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JP7816158B2 - SiSiC member, heating tool, and method for manufacturing SiSiC member - Google Patents
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JP7816158B2 - SiSiC member, heating tool, and method for manufacturing SiSiC member - Google Patents

SiSiC member, heating tool, and method for manufacturing SiSiC member

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Description

本発明は、SiSiC部材、加熱器具、およびSiSiC部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a SiSiC component, a heating tool, and a method for manufacturing a SiSiC component.

従来、炭化ケイ素(SiC)とケイ素(Si)とを含有する複合材料であるSiSiC部材が知られている(特許文献1)。 Conventionally, SiSiC components, which are composite materials containing silicon carbide (SiC) and silicon (Si), have been known (Patent Document 1).

国際公開第2019/194137号International Publication No. 2019/194137

SiSiC部材は、熱伝導性などの特性に優れることから、種々の用途に用いられることが期待されており、新たなSiSiC部材の開発も望まれている。
例えば、ドリルを用いた加工によって、SiSiC部材に、内径2mm以下かつ100mm以上の長さの長孔を空けようとしても、SiSiC部材は非常に硬いためドリルが折れ曲がり、達成できない。レーザーを用いた加工でも、内径2mm以下を維持したまま、100mm深さまでレーザーを到達させることはできない。
SiSiC members are expected to be used in a variety of applications due to their excellent properties such as thermal conductivity, and the development of new SiSiC members is also desired.
For example, even if you try to drill a long hole with an inner diameter of 2 mm or less and a length of 100 mm or more in a SiSiC member using a drill, the SiSiC member is so hard that the drill bends and you cannot achieve this.Even when using a laser, it is not possible to reach a depth of 100 mm while maintaining an inner diameter of 2 mm or less.

本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、従来には無い新規なSiSiC部材を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above points and aims to provide a novel SiSiC component that has never been seen before.

本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。 After extensive research, the inventors discovered that the above objective can be achieved by adopting the following configuration, and thus completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の[1]~[12]を提供する。
[1]少なくとも1本の長孔が内部に設けられたSiSiC部材であって、上記長孔は、径aが2.0mm以下であり、長さbが100mm以上であり、上記長孔の外周の領域である管状領域Aを有し、上記管状領域Aが、C単体、SiCおよびSiSiCからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、SiSiC部材。
[2]熱伝導率iが、170W/(m・K)以上である、上記[1]に記載のSiSiC部材。
[3]上記管状領域Aが、複数の領域に分割されている、上記[1]または[2]に記載のSiSiC部材。
[4]分割されている上記管状領域Aの分割間隔fが、0.15mm以下である、上記[3]に記載のSiSiC部材。
[5]上記長孔におけるSi噴き出し量gが、1mm未満である、上記[1]~[4]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[6]上記長孔におけるSi噴き出し量gと、上記管状領域Aの厚さdとの比g/dが、3/4以下である、上記[1]~[5]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[7]上記管状領域Aの位置ずれ量eと、上記管状領域Aの厚さdとの比e/dが、1/3未満である、上記[1]~[6]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[8]上記長孔の軸ずれ量cが、0.3mm未満である、上記[1]~[7]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[9]不純物量kが、100質量ppm以下である、上記[1]~[8]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[10]厚さが2.0~15.0mmであり、少なくとも一つの面を有し、上記面の面積が100cm以上である、上記[1]~[9]のいずれかに記載のSiSiC部材。
[11]上記[1]~[10]のいずれかに記載のSiSiC部材を備え、上記長孔に、棒状部材が差し込まれる、加熱器具。
[12]上記[1]~[10]のいずれかに記載のSiSiC部材を製造する方法であって、溝を有するSiC成形体を準備し、上記溝に、パイプを配置し、その後、SiCを含有する充填材を入れ、上記充填材が上記溝に入った上記SiC成形体に、加熱溶融したSi単体を含浸させる、SiSiC部材の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [12].
[1] A SiSiC member having at least one elongated hole formed therein, the elongated hole having a diameter a of 2.0 mm or less and a length b of 100 mm or more, and having a tubular region A that is a region on the periphery of the elongated hole, the tubular region A containing at least one kind selected from the group consisting of simple C, SiC, and SiSiC.
[2] The SiSiC member according to [1] above, having a thermal conductivity i of 170 W/(m·K) or more.
[3] The SiSiC member according to [1] or [2] above, wherein the tubular region A is divided into a plurality of regions.
[4] The SiSiC member according to [3] above, wherein the dividing interval f of the divided tubular region A is 0.15 mm or less.
[5] The SiSiC member according to any one of [1] to [4] above, wherein the amount of Si ejected from the elongated hole g is less than 1 mm.
[6] A SiSiC member according to any one of [1] to [5] above, wherein the ratio g/d of the amount of Si ejected in the elongated hole g to the thickness d of the tubular region A is 3/4 or less.
[7] The SiSiC member according to any one of [1] to [6] above, wherein the ratio e/d of the positional deviation e of the tubular region A to the thickness d of the tubular region A is less than 1/3.
[8] The SiSiC member according to any one of [1] to [7] above, wherein the axial misalignment amount c of the elongated hole is less than 0.3 mm.
[9] The SiSiC member according to any one of [1] to [8] above, wherein the impurity amount k is 100 mass ppm or less.
[10] A SiSiC member according to any one of [1] to [9] above, having a thickness of 2.0 to 15.0 mm, at least one surface, and an area of the surface of 100 cm 2 or more.
[11] A heating device comprising the SiSiC member according to any one of [1] to [10] above, wherein a rod-shaped member is inserted into the elongated hole.
[12] A method for producing a SiSiC member according to any one of [1] to [10] above, comprising the steps of: preparing a SiC molded body having a groove; arranging a pipe in the groove; subsequently, placing a filler containing SiC; and impregnating the SiC molded body with the filler in the groove with heated and melted elemental Si.

本発明によれば、従来には無い新規なSiSiC部材を提供できる。 The present invention makes it possible to provide novel SiSiC components that have never been available before.

図1はSiSiC部材を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a SiSiC member. 図2は管状領域Aを示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A. 図3は管状領域Aの長手方向を示す断面模式図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A in the longitudinal direction. 図4は複数の領域に分割されている管状領域Aを示す断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A divided into a plurality of regions. 図5はSiC成形体を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a SiC compact. 図6はSiC成形体の溝にパイプを配置した状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a pipe is placed in a groove of a SiC compact. 図7はSiC成形体の溝を充填材で埋めた状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the grooves of the SiC compact are filled with a filler material. 図8はSi噴き出しが長孔に存在する状態を示す断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which Si spouts are present in a long hole. 図9は接合面を有するSiSiC部材を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a SiSiC member having a bonding surface. 図10は領域Cを説明するための断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining the region C.

図1は、SiSiC部材1を示す斜視図である。
SiSiC部材1は、ケイ素(Si)と炭化ケイ素(SiC)とを含有する複合材料であり、例えば、熱膨張率が低く、耐熱性、耐摩耗性、熱伝導性、強度などに優れる。
SiSiC部材1の内部には、一方向に長い長孔2が設けられている。
FIG. 1 is a perspective view showing a SiSiC member 1.
The SiSiC member 1 is a composite material containing silicon (Si) and silicon carbide (SiC), and has, for example, a low coefficient of thermal expansion and excellent heat resistance, wear resistance, thermal conductivity, strength, and the like.
Inside the SiSiC member 1, a slot 2 is provided that is long in one direction.

図1では、長孔2を1本のみ図示しているが、SiSiC部材1は、複数本の長孔2を有していてもよい。複数本の長孔2が存在する場合、それぞれの長孔2は、互いに並行であっても、交差していてもよく、SiSiC部材1の用途に応じて適宜設定される。長孔2は、屈曲していてもよい。
長孔2の本数の上限は特に限定されないが、SiSiC部材1の熱伝導率を高くして加熱効率を高める観点から、例えば、長孔2に相当する部分(長孔部)の断面積がSiSiC部材1の全体の断面積に占める割合は、20%以下が好ましく、13%以下がより好ましく、8%以下が更に好ましく、4%以下が特に好ましく、1%以下がより特に好ましく、0.5%以下が最も好ましい。
長孔2は、一方の端部が封止されていてもよいし、SiSiC部材1の一端から他端まで貫通していてもよい。長孔2はSiSiC部材1の用途に応じて適宜設定される。
Although only one slot 2 is shown in Figure 1, the SiSiC member 1 may have multiple slots 2. When multiple slots 2 are present, the slots 2 may be parallel to each other or may intersect with each other, and this is set appropriately depending on the application of the SiSiC member 1. The slot 2 may be bent.
There is no particular upper limit to the number of long holes 2, but from the viewpoint of increasing the thermal conductivity of the SiSiC member 1 and improving heating efficiency, for example, the proportion of the cross-sectional area of the portion corresponding to the long holes 2 (long hole portion) to the entire cross-sectional area of the SiSiC member 1 is preferably 20% or less, more preferably 13% or less, even more preferably 8% or less, particularly preferably 4% or less, more particularly preferably 1% or less, and most preferably 0.5% or less.
The elongated hole 2 may have one end sealed, or may penetrate from one end to the other end of the SiSiC member 1. The elongated hole 2 is appropriately set depending on the application of the SiSiC member 1.

SiSiC部材1の形状および寸法は、SiSiC部材1の用途に応じて、適宜設定される。図1に示すSiSiC部材1は、直方体状であるが、円板状など他の形状であってもよい。
SiSiC部材1は、少なくとも一つの面(例えば、図1に示すSiSiC部材1の上面)を有することが好ましい。この面の面積は、実用上の利便性の観点から、例えば、100cm以上であり、300cm以上が好ましく、500cm以上がより好ましく、700cm以上が更に好ましく、800cm以上が特に好ましい。
一方、上記面積の上限は特に限定されないが、費用対効果の観点から、例えば、10000cm以下であり、5000cm以下が好ましく、2000cm以下がより好ましく、1500cm以下が更に好ましく、1000cm以下が特に好ましい。
The shape and dimensions of the SiSiC member 1 are appropriately set depending on the application of the SiSiC member 1. The SiSiC member 1 shown in Fig. 1 has a rectangular parallelepiped shape, but may have another shape such as a disk shape.
The SiSiC member 1 preferably has at least one surface (for example, the top surface of the SiSiC member 1 shown in FIG. 1 ). From the viewpoint of practical convenience, the area of this surface is, for example, 100 cm 2 or more, preferably 300 cm 2 or more, more preferably 500 cm 2 or more, even more preferably 700 cm 2 or more, and particularly preferably 800 cm 2 or more.
On the other hand, the upper limit of the area is not particularly limited, but from the viewpoint of cost-effectiveness, it is, for example, 10,000 cm2 or less, preferably 5,000 cm2 or less, more preferably 2,000 cm2 or less, even more preferably 1,500 cm2 or less, and particularly preferably 1,000 cm2 or less.

SiSiC部材1の厚さは、費用対効果の観点、および、物理的な衝撃で割れることを防止する観点から、例えば、2.0~15.0mmであり、3.0~13.0mmが好ましく、4.0~12.0mmがより好ましく、5.0~10.0mmが更に好ましく、6.0~9.0mmが特に好ましく、7.0~8.0mmが最も好ましい。 From the standpoint of cost-effectiveness and preventing cracking due to physical impact, the thickness of the SiSiC member 1 is, for example, 2.0 to 15.0 mm, preferably 3.0 to 13.0 mm, more preferably 4.0 to 12.0 mm, even more preferably 5.0 to 10.0 mm, particularly preferably 6.0 to 9.0 mm, and most preferably 7.0 to 8.0 mm.

図1に示すように、SiSiC部材1は、長孔2の外周の領域である管状領域Aと、管状領域Aの外側の領域である管外領域Bと、を有する。
管状領域Aは、C単体、SiCおよびSiSiCからなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。SiSiCは、SiCとSi単体との複合材料である。
As shown in FIG. 1, the SiSiC member 1 has a tubular region A, which is a region on the outer periphery of the slot 2, and an extra-tubular region B, which is a region outside the tubular region A.
The tubular region A preferably contains at least one material selected from the group consisting of elemental C, SiC, and SiSiC. SiSiC is a composite material of SiC and elemental Si.

管状領域Aは、C単体またはSiCを含むことがより好ましい。
この場合、管外領域BにおけるC単体またはSiCの含有量(単位:体積%)よりも、管状領域AにおけるC単体またはSiCの含有量(単位:体積%)の方が多いことが更に好ましい。管状領域Aおよび管外領域Bを有するSiSiC部材1を製造する際に、後述するように、パイプ(カーボン管またはSiC管)を用いて管状領域Aを形成する場合、管状領域Aおよび管外領域Bは、これらの要件を満たすことが好ましい。
More preferably, the tubular region A contains elemental C or SiC.
In this case, it is more preferable that the content of elemental C or SiC (unit: volume %) in the tubular region A is greater than the content of elemental C or SiC (unit: volume %) in the extra-tubular region B. When manufacturing the SiSiC member 1 having the tubular region A and the extra-tubular region B, if the tubular region A is formed using a pipe (carbon pipe or SiC pipe) as described below, it is preferable that the tubular region A and the extra-tubular region B satisfy these requirements.

〈長孔の径a〉
図2は、管状領域Aを示す断面模式図である。
長孔2の径aは、SiSiC部材1の熱伝導率を高める観点から、2.0mm以下であり、1.8mm以下が好ましく、1.5mm以下がより好ましく、1.2mm以下が更に好ましく、0.8mm以下がより更に好ましく、0.7mm以下が特に好ましく、0.4mm以下が最も好ましい。
一方、長孔2の径aが小さすぎると、後述するSi噴き出しが少量だけ発生した場合にも長孔2が閉塞しやすい。このような閉塞を抑制する観点から、長孔2の径aは、0.1mm以上が好ましく、0.2mm以上がより好ましく、0.3mm以上が更に好ましい。
<Diameter of long hole a>
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A.
From the viewpoint of increasing the thermal conductivity of the SiSiC member 1, the diameter a of the long hole 2 is 2.0 mm or less, preferably 1.8 mm or less, more preferably 1.5 mm or less, even more preferably 1.2 mm or less, even more preferably 0.8 mm or less, particularly preferably 0.7 mm or less, and most preferably 0.4 mm or less.
On the other hand, if the diameter a of the slot 2 is too small, the slot 2 is likely to be clogged even when only a small amount of Si ejection occurs, as described below. From the viewpoint of suppressing such clogging, the diameter a of the slot 2 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, and even more preferably 0.3 mm or more.

〈管状領域Aの厚さd〉
引き続き図2を参照されたい。
管状領域Aの厚さdは、薄すぎると、割れが生じて不具合が発生する場合がある。このような割れを抑制する観点から、厚さdは、0.05mm以上が好ましく、0.07mm以上がより好ましく、0.10mm以上が更に好ましく、0.12mm以上が特に好ましく、0.15mm以上が最も好ましい。
一方、上限は特に限定されないが、製造時にパイプに柔軟性を持たせ、取り扱いを簡便にする観点から、厚さdは、例えば、2.0mm以下であり、1.5mm以下が好ましく、1.0mm以下がより好ましく、0.8mm以下が更に好ましく、0.6mm以下がより更に好ましく、0.4mm以下が特に好ましく、0.25mm以下が最も好ましい。
<Thickness d of tubular region A>
Please continue to refer to FIG.
If the thickness d of the tubular region A is too thin, cracks may occur, causing problems. From the viewpoint of suppressing such cracks, the thickness d is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.07 mm or more, even more preferably 0.10 mm or more, particularly preferably 0.12 mm or more, and most preferably 0.15 mm or more.
On the other hand, although there is no particular upper limit, from the viewpoint of providing flexibility to the pipe during production and making it easy to handle, the thickness d is, for example, 2.0 mm or less, preferably 1.5 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, even more preferably 0.8 mm or less, even more preferably 0.6 mm or less, particularly preferably 0.4 mm or less, and most preferably 0.25 mm or less.

〈長孔の長さb〉
図3は、管状領域Aの長手方向を示す断面模式図である。
長孔2の長さbは、実用状の利便性の観点から、100mm以上であり、125mm以上が好ましく、150mm以上がより好ましく、180mm以上が更に好ましく、210mm以上がより更に好ましく、240mm以上が特に好ましく、270mm以上がより特に好ましく、290mm以上が最も好ましい。
一方、長さbは、費用対効果の観点から、例えば、800mm以下であり、600mm以下が好ましく、400mm以下がより好ましく、350mm以下が更に好ましく、300mm以下が特に好ましい。
<Length of slot b>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A in the longitudinal direction.
From the viewpoint of practical convenience, the length b of the long hole 2 is 100 mm or more, preferably 125 mm or more, more preferably 150 mm or more, even more preferably 180 mm or more, even more preferably 210 mm or more, particularly preferably 240 mm or more, more particularly preferably 270 mm or more, and most preferably 290 mm or more.
On the other hand, from the viewpoint of cost-effectiveness, the length b is, for example, 800 mm or less, preferably 600 mm or less, more preferably 400 mm or less, even more preferably 350 mm or less, and particularly preferably 300 mm or less.

長孔2の径a、長孔2の長さb、および、管状領域Aの厚さdは、それぞれ、後述するパイプ(カーボン管またはSiC管)の内径、長さおよび厚さに準拠する。 The diameter a of the long hole 2, the length b of the long hole 2, and the thickness d of the tubular region A correspond to the inner diameter, length, and thickness of the pipe (carbon pipe or SiC pipe) described below, respectively.

後述するように、管状領域Aが分割されている場合(図4を参照)、長孔2の径a、長孔2の長さb、および、管状領域Aの厚さdは、それぞれ、管状領域Aが分割されていないと仮定した場合の値とする。 As described below, when the tubular region A is divided (see Figure 4), the diameter a of the elongated hole 2, the length b of the elongated hole 2, and the thickness d of the tubular region A shall be the values that would be obtained if the tubular region A were not divided.

〈軸ずれ量c〉
引き続き、図3を参照されたい。
長孔2の長さbは、すなわち、長孔2の中心線Lの距離である。
例えば、SiSiC部材を製造する過程において、長孔2の中心線が、本来の中心線Lではなく、反り返った中心線Lになる場合がある。これを軸ずれと称する。
反り返った中心線Lにおいて、本来の中心線Lから最も離れた位置をPとする。位置Pの中心線Lまでの最短距離を、軸ずれ量cとする。
軸ずれ量cの値は、小さい方が好ましい。具体的には、軸ずれ量cは、0.5mm以下が好ましく、0.4mm未満がより好ましく、0.3mm未満が更に好ましく、0.2mm未満がより更に好ましく、0.1mm以下が特に好ましく、0.05mm以下が最も好ましい。
<Axis misalignment amount c>
Please continue to refer to FIG.
The length b of the slot 2 is the distance from the center line L1 of the slot 2.
For example, in the process of manufacturing a SiSiC member, the center line of the slot 2 may become a warped center line L2 instead of the original center line L1 . This is called axial misalignment.
On the warped center line L2 , the position farthest from the original center line L1 is defined as P. The shortest distance from position P to the center line L1 is defined as the amount of axial deviation c.
The smaller the value of the axial misalignment c, the better. Specifically, the axial misalignment c is preferably 0.5 mm or less, more preferably less than 0.4 mm, even more preferably less than 0.3 mm, even more preferably less than 0.2 mm, particularly preferably 0.1 mm or less, and most preferably 0.05 mm or less.

〈分割数h〉
図4は、複数の領域に分割されている管状領域Aを示す断面模式図である。
管状領域Aは、その環形状が視認できる方向から断面視したときに、図4に示すように、複数の領域に分割されていてもよい。
管状領域Aの分割数(以下、「分割数h」ともいう)は、図4では2個であるが、3個以上であってもよい。上限は特に限定されず、例えば、分割数hは、8個以下であり、6個以下が好ましい。
図4では、管状領域Aは、均等に分割されているが、均等でなくてもよい。
<Number of divisions h>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the tubular region A divided into a plurality of regions.
The tubular region A may be divided into a plurality of regions as shown in FIG. 4 when viewed in cross section from a direction in which the ring shape can be seen.
The number of divisions of the tubular region A (hereinafter also referred to as "number of divisions h") is 2 in Fig. 4, but may be 3 or more. There is no particular upper limit, and for example, the number of divisions h is 8 or less, and preferably 6 or less.
In FIG. 4, the tubular region A is divided equally, but it does not have to be equally divided.

〈位置ずれ量eおよび分割間隔f〉
図4に示すように、管状領域Aが分割されることにより、分割された領域どうしにずれ(以下、「位置ずれ」ともいう)が生じたり、分割された領域どうしの間に隙間が生じたりする。
位置ずれ量eは、長孔2の径を設計通りに製造する観点、および、後述するSi噴き出し量gの値を小さくする観点から、0.30mm以下が好ましく、0.20mm以下がより好ましく、0.15mm以下が更に好ましく、0.10mm以下がより更に好ましく、0.05m以下が特に好ましく、0.02mm以下が最も好ましい。位置ずれ量eの下限は0mmが好ましい。
管状領域Aの位置ずれ量eと、管状領域Aの厚さdとの比(e/d)は、同様の理由から、2/3(0.666…)以下が好ましく、1/3(0.333…)未満がより好ましく、1/4(0.25)未満が更に好ましく、1/10(0.1)未満がより更に好ましく、1/20(0.05)未満が特に好ましく、1/30(0.033…)未満がより特に好ましく、1/50(0.02)未満が最も好ましい。
位置ずれ量eは、図4に示すように、分割された領域の端部(同じ側の端部)どうしの距離である。
<Positional deviation amount e and division interval f>
As shown in FIG. 4, dividing the tubular region A may cause misalignment between the divided regions (hereinafter also referred to as "positional misalignment") or gaps between the divided regions.
From the viewpoint of manufacturing the elongated hole 2 with a diameter as designed and from the viewpoint of reducing the value of the Si ejection amount g described later, the positional deviation e is preferably 0.30 mm or less, more preferably 0.20 mm or less, even more preferably 0.15 mm or less, even more preferably 0.10 mm or less, particularly preferably 0.05 mm or less, and most preferably 0.02 mm or less. The lower limit of the positional deviation e is preferably 0 mm.
For the same reasons, the ratio (e/d) of the positional deviation e of the tubular region A to the thickness d of the tubular region A is preferably 2/3 (0.666...) or less, more preferably less than 1/3 (0.333...), even more preferably less than 1/4 (0.25), even more preferably less than 1/10 (0.1), particularly preferably less than 1/20 (0.05), more particularly preferably less than 1/30 (0.033...), and most preferably less than 1/50 (0.02).
As shown in FIG. 4, the positional deviation amount e is the distance between the ends (ends on the same side) of the divided areas.

ところで、炭素(C)は、ケイ素(Si)と反応して炭化ケイ素(SiC)になる場合、下記式に示すように、体積が膨張する。
C(52.1cm)+Si(96.8cm)→SiC(100.0cm
このため、管状領域Aにカーボンを含む材料を用いた場合において、導入されたSiがカーボンと反応してSiCが生成される際に、体積膨張が生じて、パイプ間の隙間に緻密層が形成される。これにより、導入されたSiは、パイプ間を通過しにくくなる。こうして、後述するSi噴き出しが抑制され、長孔に熱電対などを差し込みしやすくなる。
パイプ間の緻密層の形成によってSiを通過しにくくするためには、分割されている管状領域Aの分割間隔fは小さい方が好ましい。
管状領域Aにカーボンを含まない材料であるSiCを用いた場合には、このような緻密層の形成は起こらないが、分割されている管状領域Aの分割間隔fは狭い方が、Siが通過しにくく、後述するSi噴き出し量gは小さくなる。
分割されている管状領域Aの分割間隔fは、後述するSi噴き出し量gの値を小さくする観点から、0.15mm以下が好ましく、0.14mm以下がより好ましく、0.10mm以下が更に好ましく、0.07mm以下がより更に好ましく、0.05mm以下が特に好ましく、0.03mm以下がより特に好ましく、0.02mm以下が最も好ましい。
一方、下限は特に限定されず、分割間隔fは、例えば、0.000mm以上であり、0.005mm以上が好ましく、0.010mm以上がより好ましい。
分割間隔fは、図4に示すように、分割された領域の隣り合う端面(切断面)どうしの距離である。
When carbon (C) reacts with silicon (Si) to form silicon carbide (SiC), the volume expands as shown in the following formula.
C (52.1 cm 3 ) + Si (96.8 cm 3 ) → SiC (100.0 cm 3 )
Therefore, when a carbon-containing material is used for the tubular region A, when the introduced Si reacts with the carbon to generate SiC, volume expansion occurs, and a dense layer is formed in the gap between the pipes. This makes it difficult for the introduced Si to pass between the pipes. This suppresses the blowout of Si described below, making it easier to insert a thermocouple or the like into the long hole.
In order to make it difficult for Si to pass through by forming a dense layer between the pipes, it is preferable that the dividing interval f of the divided tubular region A is small.
If SiC, a material that does not contain carbon, is used for the tubular region A, such a dense layer will not be formed. However, the narrower the dividing spacing f between the divided tubular regions A, the more difficult it is for Si to pass through, and the smaller the amount of Si ejection g described below will be.
From the viewpoint of reducing the value of the Si ejection amount g described below, the division interval f of the divided tubular region A is preferably 0.15 mm or less, more preferably 0.14 mm or less, even more preferably 0.10 mm or less, even more preferably 0.07 mm or less, particularly preferably 0.05 mm or less, more particularly preferably 0.03 mm or less, and most preferably 0.02 mm or less.
On the other hand, there is no particular lower limit, and the division interval f is, for example, 0.000 mm or more, preferably 0.005 mm or more, and more preferably 0.010 mm or more.
As shown in FIG. 4, the division interval f is the distance between adjacent end faces (cut surfaces) of the divided regions.

〈熱伝導率i〉
SiSiC部材の熱伝導率iは、加熱効率を高める観点から、170W/(m・K)以上が好ましく、180W/(m・K)以上がより好ましく、190W/(m・K)以上が更に好ましく、200W/(m・K)以上がより更に好ましく、210W/(m・K)以上が特に好ましく、220W/(m・K)以上がより特に好ましく、230W/(m・K)以上が最も好ましい。
熱伝導率iは、LFA457 MicroFlash(NETZSCH社製)を用いて、レーザーフラッシュ法によって、室温(23℃)にて求める。より詳細には、SiSiC部材の管状領域Aを中央に含む、直径が25.4mmの範囲の熱伝導率を、熱伝導率i(熱伝導率i1)とする。測定厚さは6mmとする。
<Thermal conductivity i>
From the viewpoint of improving heating efficiency, the thermal conductivity i of the SiSiC member is preferably 170 W/(m·K) or more, more preferably 180 W/(m·K) or more, even more preferably 190 W/(m·K) or more, even more preferably 200 W/(m·K) or more, particularly preferably 210 W/(m·K) or more, more particularly preferably 220 W/(m·K) or more, and most preferably 230 W/(m·K) or more.
The thermal conductivity i is measured at room temperature (23°C) by the laser flash method using an LFA457 MicroFlash (manufactured by NETZSCH). More specifically, the thermal conductivity of a 25.4 mm diameter area including the tubular region A of the SiSiC member at its center is defined as the thermal conductivity i (thermal conductivity i1). The measurement thickness is 6 mm.

熱伝導率iは、熱伝導率測定装置TCi(C-thermtechnologies社製)を用いて、改良非定常平面測定法(ASTMD7984)によって求めることもできる。より詳細には、SiSiC部材の管状領域Aを中央に含む、直径が17.8mmの範囲の熱伝導率を、熱伝導率i(i2)とする。測定厚さは、SiSiC部材と同じ厚さとする。ただし空気層の影響を無くすため、鏡面仕上げをしたSiSiC部材を積層し計15mm以上の厚さにして測定する。この場合、測定精度は±5%程度の精度で測定できる。 Thermal conductivity i can also be determined using the improved unsteady planar measurement method (ASTM D7984) with a thermal conductivity measuring device TCi (manufactured by C-Thermtechnologies). More specifically, the thermal conductivity of a 17.8 mm diameter area that includes the tubular region A of the SiSiC component at its center is taken as thermal conductivity i (i2). The measurement thickness is the same as that of the SiSiC component. However, to eliminate the influence of air gaps, mirror-finished SiSiC components are stacked to a total thickness of 15 mm or more. In this case, measurement accuracy can be achieved with approximately ±5%.

管外領域Bのみの熱伝導率を、熱伝導率jとする。 Let the thermal conductivity of only the outer region B be thermal conductivity j.

〈不純物量k〉
SiSiC部材の不純物量kは、100質量ppm以下が好ましく、80質量ppm以下がより好ましく、60質量ppm以下が更に好ましく、40質量ppm以下が特に好ましく、20質量ppm以下が最も好ましい。
不純物は、例えば、Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、V、ZnおよびZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素である。不純物量kは、これらの元素の合計量である。
後述するように、長孔を有するSiSiC部材に接合面が設けられている場合において(図9参照)、この接合面にCuなどの不純物を含有する接着剤が使用されていると、不純物量kの値は大きくなりやすい。
一方、このような接合面を設けないでSiSiC部材を作製することにより、不純物量kの値を小さくできる。
不純物量kは、ICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析装置(SPS5520、日立ハイテクサイエンス社製)を用いて求める。
<Impurity amount k>
The impurity amount k of the SiSiC member is preferably 100 mass ppm or less, more preferably 80 mass ppm or less, even more preferably 60 mass ppm or less, particularly preferably 40 mass ppm or less, and most preferably 20 mass ppm or less.
The impurity is, for example, at least one element selected from the group consisting of Al, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, P, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Zn, and Zr. The impurity amount k is the total amount of these elements.
As will be described later, when a bonding surface is provided on a SiSiC member having a slot (see FIG. 9), if an adhesive containing impurities such as Cu is used on this bonding surface, the value of the impurity amount k is likely to be large.
On the other hand, by fabricating a SiSiC member without providing such a bonding surface, the value of the impurity amount k can be reduced.
The amount of impurities k is determined using an ICP (inductively coupled plasma) optical emission spectrometer (SPS5520, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation).

なお、不純物の多くは、SiC結晶の内部に形成された空隙に付着している。
そこで、原料として用いるSiC粒子(例えばα-SiC粒子)を使用前に所定の粒子径となるように破砕する。これにより、SiC粒子において、そのSiC結晶の内部に形成された空隙に存在するFeなどの不純物は、粒子表面に剥き出しとなり、洗浄によって除去できる。
例えば、アチソン法によって合成されたα-SiC粒子を、粉砕して分級し、最大粒子径を44μm以下、平均粒子径を2~25μmの範囲にしてから、フッ酸と硝酸との混酸および純水を用いて洗浄する。これにより、α-SiC粒子中に存在する不純物であるFeを5質量ppm以下にできる。
平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布(積算質量分布)における積算値50%での粒径を意味する(以下、同様)。
Most of the impurities are attached to voids formed inside the SiC crystal.
Therefore, SiC particles (e.g., α-SiC particles) used as a raw material are crushed to a predetermined particle size before use, so that impurities such as Fe present in voids formed inside the SiC crystals are exposed to the particle surface and can be removed by washing.
For example, α-SiC particles synthesized by the Acheson method are crushed and classified to have a maximum particle size of 44 μm or less and an average particle size in the range of 2 to 25 μm, and then washed with a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid and pure water, thereby reducing the impurity Fe present in the α-SiC particles to 5 ppm by mass or less.
The average particle size means the particle size at 50% of the cumulative value in the particle size distribution (cumulative mass distribution) determined by a laser diffraction/scattering method (the same applies hereinafter).

〈製造方法〉
SiSiC部材を製造する方法について、図5、図6および図7に基づいて説明する。
<Manufacturing method>
A method for manufacturing a SiSiC member will be described with reference to FIGS.

《SiC成形体の作製》
図5は、SiC成形体3を示す断面図である。
まず、SiC成形体3を形成する。SiC成形体3は、SiC粒子(図示せず)を含有する成形体であって、U字状の溝4を有する。溝4の形状は、後述するパイプ5(図6および図7を参照)が嵌まり込む形状であれば、特に限定されない。
<<Preparation of SiC Molded Body>>
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the SiC compact 3.
First, a SiC molded body 3 is formed. The SiC molded body 3 is a molded body containing SiC particles (not shown) and has a U-shaped groove 4. The shape of the groove 4 is not particularly limited as long as it is a shape into which a pipe 5 (see FIGS. 6 and 7 ), which will be described later, can be fitted.

SiC成形体は、多数の細孔を有する多孔質体でもある。このため、後述するように、SiC成形体に対して、溶融したSi単体が含浸される。
SiC成形体の空隙率は、10~60体積%が好ましく、12~50体積%がより好ましく、14~40体積%が更に好ましく、16~30体積%が特に好ましく、18~25体積%が最も好ましい。空隙率は、アルキメデス法によって求める。
The SiC compact is also a porous body having many pores, and therefore, as will be described later, the SiC compact is impregnated with molten elemental Si.
The porosity of the SiC molded body is preferably 10 to 60 volume %, more preferably 12 to 50 volume %, even more preferably 14 to 40 volume %, particularly preferably 16 to 30 volume %, and most preferably 18 to 25 volume %. The porosity is determined by Archimedes' method.

SiC成形体の寸法および形状は、特に限られず、最終的に得られるSiSiC部材の寸法および形状に応じて、適宜設定される。 The dimensions and shape of the SiC molded body are not particularly limited and are set appropriately depending on the dimensions and shape of the final SiSiC component.

SiC成形体を作製する方法は、特に限定されない。
例えば、SiC粒子およびバインダの混合物(SiC成形体原料)を、型に流し込み、乾燥することにより、SiC成形体を作製する。SiC成形体原料の固形分濃度は、例えば、5~100質量%の範囲で適宜変更できる。乾燥後、不活性雰囲気にて、高温(例えば1500~2300℃)で加熱して、SiC成形体を焼結させてもよい。
このような方法として、排泥鋳込成形法、アイソスタチックプレス法、押出成形法などの方法を採用できる。いずれの方法においても、SiC粒子の粒度分布の幅が広い方が、成形性が良好となり、得られるSiC成形体の密度も高くできることから、好ましい。具体的には、日本国特開平5-32458号公報に記載された方法が挙げられる。
バインダとしては、例えば、有機質の結合剤が挙げられる。有機質の結合剤としては、フェノール樹脂、ポリ酢酸ビニルエマルジョン、アクリル樹脂エマルジョンなどが好適に挙げられる。フェノール樹脂を結合剤として用いる場合、得られるSiC成形体中にカーボンが残留する。このカーボンは、後述するSi含浸の際に、溶融したSi単体と反応してβ-SiCとなる。
The method for producing the SiC compact is not particularly limited.
For example, a SiC compact can be produced by pouring a mixture of SiC particles and a binder (a SiC compact raw material) into a mold and drying it. The solid content of the SiC compact raw material can be appropriately changed within a range of, for example, 5 to 100 mass %. After drying, the SiC compact can be sintered by heating at a high temperature (e.g., 1500 to 2300°C) in an inert atmosphere.
Examples of such methods include drain casting, isostatic pressing, and extrusion. In any of these methods, a wider particle size distribution of the SiC particles is preferable because it improves formability and increases the density of the resulting SiC molded body. Specific examples include the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-32458.
Examples of binders include organic binders. Suitable organic binders include phenolic resin, polyvinyl acetate emulsion, and acrylic resin emulsion. When phenolic resin is used as the binder, carbon remains in the resulting SiC molded body. This carbon reacts with molten elemental silicon during the Si impregnation process described below to form β-SiC.

溝の無いSiC成形体を作製した後、それを加熱する前に、NC(NumericalControl)フライス盤などの公知の切削工具を用いて溝を形成してもよい。溝の形成後、加熱することにより、溝を有するSiC成形体を焼結させてもよい。 After producing a groove-free SiC molded body, grooves may be formed using a known cutting tool such as an NC (Numerical Control) milling machine before heating it. After the grooves are formed, the SiC molded body with grooves may be sintered by heating it.

SiC成形体を作製する方法は、上記方法に限定されない。
例えば、押出成形法;射出成形法;レーザー照射造形法、バインダジェット造形法などの3D(3次元)印刷法;などの方法を用いてもよい。
The method for producing the SiC compact is not limited to the above method.
For example, methods such as extrusion molding, injection molding, and 3D (three-dimensional) printing such as laser irradiation molding and binder jet molding may be used.

SiC成形体原料に用いるSiC粒子としては、α-SiC粒子が好ましい。
α-SiC粒子の平均粒子径の範囲は、以下の理由から、2~25μmが好ましく、3~15μmがより好ましい。
α-SiC粒子の平均粒子径が小さすぎる場合、上述した洗浄によって不純物であるFeを5質量ppm以下にできるが、粉砕過程で混入する不純物が多くなったり、洗浄に手間がかかったりすることがある。また、得られるSiC成形体の気孔組織が細かくなりすぎて、後述するSi含浸が困難になることもある。
一方、α-SiC粒子の平均粒子径が大きすぎる場合、使用前の分級(例えば、最大粒子径を44μm以下にする分級)において、篩を通過しない粒子が多く残り、使用できる割合が低下することがある。更に、SiC成形体の平滑度が低下し、これによって、得られるSiSiC部材の曲げ強度などの材料物性が不十分となる場合がある。
The SiC particles used as the raw material for the SiC compact are preferably α-SiC particles.
The average particle size of the α-SiC particles is preferably in the range of 2 to 25 μm, more preferably 3 to 15 μm, for the following reasons.
If the average particle size of the α-SiC particles is too small, the impurity Fe can be reduced to 5 ppm by mass or less by the above-mentioned washing, but the amount of impurities mixed in during the grinding process may increase, and the washing process may be time-consuming. Also, the pore structure of the resulting SiC molded body may become too fine, making the Si impregnation described below difficult.
On the other hand, if the average particle size of α-SiC particles is too large, many particles will not pass through a sieve during classification before use (e.g., classification to reduce the maximum particle size to 44 μm or less), resulting in a lower usable percentage.Furthermore, the smoothness of the SiC molded body will decrease, which may result in insufficient material properties such as bending strength of the resulting SiSiC member.

《パイプの配置》
次に、図6に示すように、SiC成形体3の溝4に、パイプ5を配置する。
図6は、SiC成形体3の溝4にパイプ5を配置した状態を示す断面図である。
パイプ5は、管状の部材であって、例えば、炭素(C)を含有するカーボン管、または、炭化ケイ素(SiC)を含有するSiC管である。パイプ5は、得られるSiSiC部材1(図1参照)において、管状領域Aとなる。
Pipe placement
Next, as shown in FIG. 6, a pipe 5 is placed in the groove 4 of the SiC compact 3 .
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a pipe 5 is placed in a groove 4 of a SiC molded body 3.
The pipe 5 is a tubular member, such as a carbon pipe containing carbon (C) or a SiC pipe containing silicon carbide (SiC). The pipe 5 becomes the tubular region A in the resulting SiSiC member 1 (see FIG. 1).

パイプは、SiC成形体とは異なり、多孔質体ではないこと(緻密体であること)が好ましい。これにより、後述するように、溶融したSiがパイプに含浸しにくい。Unlike SiC molded bodies, it is preferable that the pipe is not porous (it is dense). This makes it difficult for molten Si to penetrate the pipe, as described below.

パイプとしてカーボン管を使用する場合、カーボンは強度が低いため、SiSiC部材を製造する際の割れを防ぐためには、カーボン管におけるカーボン含有量をある程度大きくすることが好ましい。
具体的には、カーボン管におけるカーボンの含有量は、60体積%以上が好ましく、70体積%以上がより好ましく、75体積%以上が更に好ましく、80体積%以上が特に好ましく、80体積%超が最も好ましい。
上限は特に限定されないが、例えばカーボンの含有量が100体積%であるカーボン管は、柔軟性が低く、SiC成形体に配置する際の自由度が低下しやすい。また、カーボン管のカーボン含有量が95体積%以下であると、溶融したSiがカーボン管の一部または全体に染み込み、カーボン管との反応によりSiC化する。これにより、管状領域Aは、カーボンとSiCとを含む複合体となり、その結果、管外領域Bとの膨張係数差が小さくなることにより、製造時や使用中の熱応力に関する割れが生じにくくなる。このため、カーボン管におけるカーボンの含有量は、98体積%以下が好ましく、95体積%以下がより好ましく、92体積%以下が更に好ましく、90体積%以下が特に好ましい。
When a carbon pipe is used as the pipe, since carbon has low strength, it is preferable to increase the carbon content in the carbon pipe to a certain extent in order to prevent cracks during the production of the SiSiC member.
Specifically, the carbon content in the carbon pipe is preferably 60% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, even more preferably 75% by volume or more, particularly preferably 80% by volume or more, and most preferably more than 80% by volume.
Although there is no particular upper limit, for example, a carbon pipe with a carbon content of 100% by volume has low flexibility and tends to have reduced flexibility when placed in a SiC molded body. Furthermore, if the carbon content of the carbon pipe is 95% by volume or less, molten Si penetrates part or all of the carbon pipe and reacts with the carbon pipe to form SiC. This results in the tubular region A becoming a composite containing carbon and SiC. As a result, the difference in expansion coefficient between the tubular region A and the outer region B becomes smaller, making cracks due to thermal stress during manufacturing or use less likely to occur. Therefore, the carbon content of the carbon pipe is preferably 98% by volume or less, more preferably 95% by volume or less, even more preferably 92% by volume or less, and particularly preferably 90% by volume or less.

パイプにSiC管を使用する場合、後述するSi含浸の際の膨張係数差を小さくする観点から、SiC管におけるSiCの含有量は下記が好適である。
SiC管におけるSiCの含有量は、40体積%以上が好ましく、43体積%以上がより好ましく、47体積%以上が更に好ましく、50体積%以上が特に好ましい。
一方、SiC管におけるSiCの含有量は、95体積%以下が好ましく、85体積%以下がより好ましく、70体積%以下が更に好ましく、60体積%以下が特に好ましい。
When a SiC pipe is used for the pipe, the SiC content in the SiC pipe is preferably as follows, from the viewpoint of reducing the difference in expansion coefficient during Si impregnation, which will be described later.
The SiC content in the SiC tube is preferably 40% by volume or more, more preferably 43% by volume or more, even more preferably 47% by volume or more, and particularly preferably 50% by volume or more.
On the other hand, the SiC content in the SiC pipe is preferably 95% by volume or less, more preferably 85% by volume or less, even more preferably 70% by volume or less, and particularly preferably 60% by volume or less.

パイプは、直線状の管に限定されず、屈曲していてもよい。
パイプは、一方の端部が閉じていてもよい。
両端の空いたパイプを使用したうえで、一方の端部を封止してもよい。封止は、例えば、パイプと同じ素材の端材を、接着剤を用いて、パイプの一方の端部に接着させることにより行なう。
使用する接着剤としては、エポキシ樹脂、ポリカルボシラン、フェノール樹脂、メチルセルロースなどの樹脂を含有する接着剤が挙げられる。接着剤は、これらの樹脂のほかに、炭素粒子、SiC粒子、Si粒子などの粒子を含有してもよい。
接着剤は、SiC粒子を含有する充填材、Si粒子およびSiC粒子の混合物などであってもよい。
接着剤における各成分の含有量は、パイプ(例えばカーボン管またはSiC管)の組成等に応じて適宜調整する。
The pipe is not limited to a straight pipe, but may be bent.
The pipe may be closed at one end.
Alternatively, a pipe with both ends open may be used, with one end sealed, for example, by gluing a scrap piece of the same material as the pipe to one end of the pipe using adhesive.
Examples of the adhesive to be used include adhesives containing resins such as epoxy resin, polycarbosilane, phenolic resin, methyl cellulose, etc. In addition to these resins, the adhesive may also contain particles such as carbon particles, SiC particles, Si particles, etc.
The adhesive may be a filler containing SiC particles, a mixture of Si particles and SiC particles, or the like.
The content of each component in the adhesive is adjusted appropriately depending on the composition of the pipe (for example, a carbon pipe or a SiC pipe).

なお、カーボンシート等をパイプ形状に巻いて作製したカーボン管は、割れが発生して後述するSi噴き出しが生じやすい場合がある。 In addition, carbon pipes made by winding carbon sheets or the like into a pipe shape may be prone to cracking and causing Si ejection, as described below.

管状領域Aを分割させる場合(図4を参照)、分割されたパイプ(例えば、長手方向に沿って切断されたパイプ)を溝に配置する。 If the tubular region A is to be split (see Figure 4), the split pipe (e.g., a pipe cut longitudinally) is placed in the groove.

分割されたパイプを得る方法としては、例えば、まず、円柱状のカーボン棒またはSiC棒を長手方向に沿って切断して分割(例えば2分割)し、その後、得られた分割片の内側を削ることにより、分割されたパイプを得る方法(方法1)が挙げられる。
更に、カーボン棒またはSiC棒に、マシニングセンタのドリル等を用いて長孔を形成し、その後に分割することによって、分割されたパイプを得る方法(方法2)も挙げられる。
もっとも、方法1と比較して、方法2では、使用するカーボン棒またはSiC棒が直線状であっても、上述した軸ずれが生じやすい場合がある。したがって、軸ずれ量cを低減する観点からは、方法1が好ましい。
As a method for obtaining split pipes, for example, a method (Method 1) can be mentioned in which a cylindrical carbon rod or SiC rod is first cut along the longitudinal direction to split it (e.g., into two pieces), and then the inside of the resulting split pieces is scraped to obtain split pipes.
Furthermore, there is also a method (Method 2) in which a long hole is formed in a carbon rod or SiC rod using a drill or the like of a machining center, and then the rod is divided to obtain divided pipes.
However, compared with Method 1, Method 2 may be more susceptible to the above-mentioned axial misalignment even if the carbon rod or SiC rod used is linear. Therefore, Method 1 is preferable from the viewpoint of reducing the axial misalignment amount c.

位置ずれ量eおよび分割間隔f(図4を参照)が所望の値となるように、分割されたパイプを固定した状態にして溝に配置する。
分割されたパイプ片どうしを、上述した接着剤で接着して、隙間を埋めてもよい。
The divided pipes are fixed and placed in the grooves so that the displacement amount e and the division interval f (see FIG. 4) are the desired values.
The divided pipe pieces may be glued together with the adhesive described above to fill the gaps.

《充填》
次に、図7に示すように、SiC成形体3の溝4の内部であって、パイプ5の上を、SiC粒子を含有する充填材8で埋める。
図7は、SiC成形体3の溝4を充填材8で埋めた状態を示す断面図である。
"filling"
Next, as shown in FIG. 7, the inside of the groove 4 of the SiC compact 3 and above the pipe 5 is filled with a filler 8 containing SiC particles.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the grooves 4 of the SiC compact 3 are filled with a filler material 8. As shown in FIG.

例えば、SiC粒子およびバインダの混合物を溝に入れ、その後、この混合物を乾燥したり加熱したりする。これにより、溝の内部が、SiC成形体と同様の組成を有する充填材で埋められる。For example, a mixture of SiC particles and a binder is placed in the grooves, and then the mixture is dried and heated. This fills the grooves with a filler material that has a similar composition to the SiC compact.

上述したバインダジェット造形法を用いる場合、例えば、SiC粒子および硬化剤の混合物を溝に入れ、その後、この混合物にインクジェットノズルからバインダを噴射する。これにより、溝の内部がSiC成形体と同様の組成を有する充填材で埋められる。
このとき、溝が深い場合は、混合物を入れてバインダ噴射することを繰り返すことにより、溝を段階的に充填材で埋めてもよい。手作業での塗布により、溝を充填材で埋めてもよい。
When using the binder jet molding method described above, for example, a mixture of SiC particles and a curing agent is placed in the grooves, and then a binder is sprayed onto the mixture from an inkjet nozzle, thereby filling the grooves with a filler material having the same composition as the SiC compact.
If the grooves are deep, the grooves may be filled with filler in stages by repeatedly pouring the mixture and injecting the binder. The grooves may also be filled with filler by manual application.

以下、特に断らない限り、充填材もSiC成形体の一部として扱う。 Unless otherwise specified, the filler will be treated as part of the SiC compact below.

上述したように、SiC成形体(充填材も含む)は、乾燥後、不活性雰囲気で加熱することにより、焼結させてもよい。これにより、SiC成形体は、乾燥直後よりも緻密化して、強度が向上する。更に、加熱により不純物が揮発して、純度が向上する。
加熱温度は、1500℃以上が好ましい。これにより、SiC成形体の強度として、後述するSi含浸でのハンドリングに耐えられる十分な強度が得られる。なお、SiC成形体原料のバインダ(結合剤)として、SiC成形体中にカーボンが残留するフェノール樹脂などを使用する場合は、加熱温度を1000℃程度にすることもできる。
一方、加熱温度を例えば2100℃以上にすると、再結晶と呼ばれる結晶成長が進行し、組織が変化する。もっとも、加熱温度が高すぎると(例えば2300℃超)、結晶成長が顕著になり、更に、SiCの揮発による減量によって、強度や破壊靭性が低下する場合がある。このため、加熱温度は、2300℃以下が好ましい。
As described above, the SiC compact (including the filler) may be dried and then heated in an inert atmosphere to be sintered. This makes the SiC compact denser than immediately after drying, improving its strength. Furthermore, impurities are volatilized by heating, improving its purity.
The heating temperature is preferably 1500°C or higher. This provides the SiC compact with sufficient strength to withstand handling during the Si impregnation process described below. When a phenolic resin or the like that leaves carbon in the SiC compact is used as a binder (binding agent) for the SiC compact raw material, the heating temperature can be set to about 1000°C.
On the other hand, if the heating temperature is, for example, 2100°C or higher, crystal growth called recrystallization progresses, causing a change in the structure. However, if the heating temperature is too high (for example, above 2300°C), crystal growth becomes significant, and furthermore, weight loss due to volatilization of SiC may result in a decrease in strength and fracture toughness. For this reason, the heating temperature is preferably 2300°C or lower.

《Si含浸》
次に、SiC成形体に、ケイ素(Si)を含浸させる。以下、これを「Si含浸」ともいう。
具体的には、例えば、SiC成形体とSi単体とを相互に接触させた状態で、これら(SiC成形体およびSi単体)を加熱して、Si単体を溶融させる。これにより、溶融したSi単体が、毛細管現象により、多孔質体であるSiC成形体に含浸される。
このとき、Si単体を、SiC成形体の上面に配置した状態で溶融させることにより、重力を利用して、溶融したSi単体をSiC成形体により含浸させやすくなる。
Si単体を溶融させる環境は、減圧環境が好ましい。
<Si impregnation>
Next, the SiC compact is impregnated with silicon (Si), which will hereinafter also be referred to as "Si impregnation."
Specifically, for example, the SiC molded body and the elemental Si are brought into contact with each other and then heated to melt the elemental Si, which then impregnates the porous SiC molded body with the molten elemental Si due to capillary action.
At this time, by melting the elemental Si while it is placed on the upper surface of the SiC molded body, the molten elemental Si can be more easily impregnated into the SiC molded body by utilizing gravity.
The environment in which the elemental silicon is melted is preferably a reduced pressure environment.

加熱温度は、Siの融点以上であればよい。Siの融点は、測定方法により若干異なるが、概ね1410~1414℃である。加熱温度は、1430~1800℃が好ましい。 The heating temperature should be equal to or higher than the melting point of Si. The melting point of Si varies slightly depending on the measurement method, but is generally 1410 to 1414°C. A heating temperature of 1430 to 1800°C is preferred.

SiC成形体に含浸されたSiの一部は、パイプにも到達する。しかし、上述したようにパイプが緻密体である場合、パイプにはSiは導入されにくい。
SiC成形体に導入されたSiのうち、炭素(C)などと反応しなかった分は、そのまま残留する。以下、このようなSiを「遊離Si」ともいう。こうして、SiCと遊離Siとを含有する複合材料であるSiSiC部材が得られる。
得られるSiSiC部材においては、パイプ(カーボン管またはSiC管)であった領域が管状領域A(図1参照)となり、それ以外の領域(SiC成形体および充填材)が管外領域B(図1参照)となる。
分割されたパイプを使用する場合、隣り合う分割パイプどうしの間に生じる空間が領域C(図10参照)となる。
Some of the Si impregnated into the SiC compact also reaches the pipe, but as described above, if the pipe is a dense body, Si is less likely to be introduced into the pipe.
The Si that has been introduced into the SiC compact and has not reacted with carbon (C) or other elements remains as is. Hereinafter, this Si will also be referred to as "free Si." In this way, a SiSiC component, which is a composite material containing SiC and free Si, is obtained.
In the resulting SiSiC component, the region that was the pipe (carbon tube or SiC tube) becomes the tubular region A (see Figure 1), and the other region (SiC compact and filler) becomes the extra-tubular region B (see Figure 1).
When split pipes are used, the spaces between adjacent split pipes become areas C (see FIG. 10).

SiC成形体に導入するSiの量は、最終的に得られるSiSiC部材におけるSi単体の含有量などに応じて、適宜設定される。
なお、SiC成形体の空隙率が小さい(細孔が少ない)場合は、閉じた細孔が増えてSi含浸が困難となり得る。例えば、SiC成形体には、7質量%以上のSiが含浸されるようにするのが好ましい。
得られるSiSiC部材におけるSi単体の含有量は、35質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。これにより、高い曲げ強度などの好適な物性が得られる。
The amount of Si introduced into the SiC compact is appropriately set depending on the content of elemental Si in the SiSiC member finally obtained.
If the porosity of the SiC compact is low (the number of pores is small), the number of closed pores increases, making it difficult to impregnate the Si. For example, it is preferable to impregnate the SiC compact with 7 mass % or more of Si.
The content of elemental Si in the resulting SiSiC member is preferably 35 mass % or less, and more preferably 25 mass % or less, which allows for desirable physical properties such as high bending strength to be obtained.

得られるSiSiC部材は、Si単体を溶融させる際の加熱によって、焼結される。
すなわち、SiC(新たに生成したSiCを含む)どうし、および、SiCとSiとが結合して、緻密な焼結体が得られる。
したがって、得られるSiSiC部材は、SiおよびSiCを含有する複合材料であって、かつ、焼結体でもある。
The resulting SiSiC member is sintered by the heat applied when melting the Si element.
That is, SiC (including newly generated SiC) bonds with each other and with SiC, resulting in a dense sintered body.
Therefore, the resulting SiSiC member is a composite material containing Si and SiC, and is also a sintered body.

〈Si噴き出し量g〉
ここで、図8に基づいて、Si噴き出しの抑制について説明する。
図8は、Si噴き出し9が長孔2に存在する状態を示す断面模式図である。
<Amount of silicon ejected (g)>
Here, the suppression of Si spout-out will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a Si outflow 9 exists in the slot 2. As shown in FIG.

ケイ素(Si)の密度は、液体状態では2.560g/cmであるのに対して、固体状態では2.293g/cmである。
すなわち、遊離Siは、加熱された融液の状態から、冷却されて固体状態に戻ると、体積が12%増えて膨張する。
The density of silicon (Si) is 2.560 g/cm 3 in the liquid state, while it is 2.293 g/cm 3 in the solid state.
That is, when free Si is cooled from a heated molten state back to a solid state, it expands, increasing its volume by 12%.

このため、図8に示すように、管状領域Aが分割されている場合、遊離Siが体積膨張し、管状領域Aの隙間を通過して、噴き出し(Si噴き出し9)となって長孔2に突出し得る。
長孔2に大きなSi噴き出し9が存在する(図8中、Si噴き出し量gの値が大きい)場合は、長孔2に熱電対などの棒状部材を差し込みにくい(または、差し込みができない)。
Therefore, as shown in FIG. 8, when the tubular region A is divided, the free Si expands in volume, passes through the gaps in the tubular region A, and can protrude into the long hole 2 as a spout (Si spout 9).
If a large Si outflow 9 exists in the slot 2 (the value of the Si outflow amount g in FIG. 8 is large), it is difficult (or impossible) to insert a rod-shaped member such as a thermocouple into the slot 2 .

このとき、上述した分割間隔fおよび/または位置ずれ量e(図4を参照)の値を小さくする。これにより、Siは管状領域Aの隙間を通りにくくなる。例えば、体積膨張したSiは、管状領域Aの隙間に侵入しても、隙間の途中や出口で止まったりする。
こうして、Si噴き出し9が抑制され、長孔2に熱電対などを差し込みしやすくなる。
At this time, the values of the division interval f and/or the positional deviation e (see FIG. 4) are reduced, which makes it difficult for Si to pass through the gaps in the tubular region A. For example, even if the volumetrically expanded Si penetrates the gaps in the tubular region A, it may stop midway through the gap or at the exit.
In this way, the Si blowout 9 is suppressed, and it becomes easier to insert a thermocouple or the like into the slot 2.

長孔2に熱電対などを差し込みしやすいという理由から、Si噴き出し量gは、1mm未満が好ましく、0.7mm未満がより好ましく、0.4mm未満が更に好ましく、0.2mm未満がより更に好ましく、0.1mm未満が特に好ましく、0.05mm未満がより特に好ましく、0.01mm未満が最も好ましい。
同様の理由から、Si噴き出し量gと、上述した管状領域Aの厚さd(図2参照)との比(g/d)は、3/4(0.75)以下が好ましく、2/4(0.5)以下がより好ましく、1/4(0.25)未満が更に好ましく、1/5(0.2)未満が特に好ましく、1/10(0.1)未満が最も好ましい。
For the reason that it is easy to insert a thermocouple or the like into the long hole 2, the amount of Si ejection g is preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.7 mm, even more preferably less than 0.4 mm, even more preferably less than 0.2 mm, particularly preferably less than 0.1 mm, more particularly preferably less than 0.05 mm, and most preferably less than 0.01 mm.
For the same reason, the ratio (g/d) of the amount of Si ejected g to the thickness d of the tubular region A (see FIG. 2) is preferably 3/4 (0.75) or less, more preferably 2/4 (0.5) or less, even more preferably less than 1/4 (0.25), particularly preferably less than 1/5 (0.2), and most preferably less than 1/10 (0.1).

〈用途〉
長孔を有するSiSiC部材は、その用途は特に限定されないが、熱伝導性、強度などに優れることから、加熱器具として好適である。SiSiC部材が加熱器具である場合、例えば、SiSiC部材自身および/またはSiSiC部材に載置される被加熱体が加熱される。
このような加熱器具としては、例えば、IH(誘導加熱)調理器などの加熱調理器が備えるトッププレートが好適に挙げられる。
加熱調理器のトッププレートは、鍋などの被加熱体が載置される部材である。
トッププレートの素材としては、従来、セラミックス等が使用されている。トッププレートには、高速で昇降温でき、耐衝撃性が高いことが求められる。このため、加熱調理器のトッププレートとして、SiSiC部材を好適に使用できる。
温度制御のために、SiSiC部材が有する長孔に熱電対(図示せず)を差し込む。これにより、SiSiC部材、ひいては、SiSiC部材の上に配置された被加熱体の温度を把握できる。
<Application>
Although there are no particular limitations on the applications of the SiSiC member having the slots, it is suitable as a heating device due to its excellent thermal conductivity, strength, etc. When the SiSiC member is used as a heating device, for example, the SiSiC member itself and/or a heated object placed on the SiSiC member is heated.
A suitable example of such a heating appliance is a top plate provided in a heating cooker such as an induction heating (IH) cooker.
The top plate of the cooking device is a member on which an object to be heated, such as a pot, is placed.
Ceramics and other materials have traditionally been used for top plates. However, the top plate is required to be able to heat and cool quickly and to have high impact resistance. For this reason, SiSiC members are suitable for use as top plates for cooking appliances.
For temperature control, a thermocouple (not shown) is inserted into a long hole in the SiSiC member, which allows the temperature of the SiSiC member and, ultimately, of an object to be heated placed on the SiSiC member to be monitored.

加熱調理器は、システムキッチンの一部として使用されてもよい。
システムキッチンは、作業台、加熱調理器などの機器を有し、これらの機器がワークトップで繋がっている。ワークトップの素材としては、ステンレス、人工大理石、セラミックス等が用いられる。
加熱調理器は、例えば、ワークトップに設けられた開口に組み込まれて使用される。この場合、加熱調理器のトッププレートが、システムキッチンのワークトップの一部を構成してもよい。
The cooking appliance may be used as part of a system kitchen.
A system kitchen has a work table, a cooking appliance, and other appliances connected by a worktop, which is made of materials such as stainless steel, artificial marble, and ceramics.
The cooking device is used by being incorporated into an opening provided in a worktop, for example, and in this case, the top plate of the cooking device may form part of the worktop of the system kitchen.

ここで、加熱調理器に用いる、長孔を有するSiSiC部材の別態様について、図9に基づいて検討する。 Here, we will consider another embodiment of a SiSiC component with a long hole for use in a heating cooker, based on Figure 9.

図9は、接合面を有するSiSiC部材21を示す断面図である。
まず、図5に基づいて説明した方法と同様にして、溝4を有するSiC成形体3と、溝の無いSiC成形体3とを作製する。
その後、図9に示すように、溝4を有するSiC成形体3の上に、溝の無いSiC成形体3を配置する。このとき、両者の界面を、接着剤22を用いて接合する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a SiSiC member 21 having a bonding surface.
First, in the same manner as described with reference to FIG. 5, a SiC molded body 3 having grooves 4 and a SiC molded body 3 without grooves are produced.
9, the SiC molded body 3 without grooves is placed on the SiC molded body 3 with grooves 4. At this time, the interface between the two is bonded using adhesive 22.

図9に示すSiSiC部材21を、加熱調理器のトッププレートとして使用する場合を考える。この場合、SiSiC部材21の上面に被加熱体(図示せず)を載せ、下面側から加熱する。しかし、使用する接着剤22によっては、接合面において熱が遮られるため、被加熱体に熱が伝わりにくい(すなわち、熱伝導性が劣る)ことがある。 Let's consider the case where the SiSiC member 21 shown in Figure 9 is used as the top plate of a cooking appliance. In this case, an object to be heated (not shown) is placed on the top surface of the SiSiC member 21, and heated from the bottom side. However, depending on the adhesive 22 used, heat may be blocked at the joint surface, making it difficult for heat to be transferred to the object to be heated (i.e., poor thermal conductivity).

これに対して、SiSiC部材1(図1参照)は、このような接合面が無いため、相対的に、被加熱体を加熱しやすい。すなわち、熱伝導性が良好である。In contrast, the SiSiC member 1 (see Figure 1) does not have such a bonding surface, making it relatively easy to heat the object to be heated. In other words, it has good thermal conductivity.

SiSiC部材の用途は、上述した加熱調理器のトッププレートに限定されず、そのほかに、加熱実験用電気炉のヒーター部材;半導体デバイス製造装置用部材;等が挙げられる。
SiSiC部材の用途によっては、SiSiC部材は、その長孔に電極などの棒状部材が差し込まれて使用されてもよい。
The uses of the SiSiC member are not limited to the top plate of the above-mentioned cooking appliance, but also include heater members for electric furnaces used in heating experiments; members for semiconductor device manufacturing equipment; and the like.
Depending on the application of the SiSiC member, the SiSiC member may be used with a rod-shaped member such as an electrode inserted into the long hole.

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例に限定されない。
以下、例1~例5、例7~例16、例18、例20~例81が実施例であり、例6、例17および例19が比較例である。
The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples described below.
Below, Examples 1 to 5, 7 to 16, 18, and 20 to 81 are working examples, and Examples 6, 17, and 19 are comparative examples.

〈例1~例73〉
325メッシュの篩で分球された、最大粒子径44μm、平均粒子径8μmのα-SiC粒子に、純水および水溶性のフェノール樹脂を加えて混合し、SiC成形体原料を得た。SiC成形体原料の固形分濃度は、下記表に示す。
このSiC成形体原料を、石膏型に流し込んで着肉させた後、内部に残留しているSiC成形体原料(泥漿)を排出する方法(排泥鋳込成形法)により、直方体状の成形物を得た。SiC成形物の厚さは、後述するSi含浸の後に、下記表1に示す厚みになるように調整した。SiC成形体の厚さ以外の1辺の長さは、100~520mmの範囲で、使用するパイプの長さ等に応じて、適宜選択した。
SiC成形体の上面の面積(下記表では、単に「SiC成形体の面積」と表記)も、下記表に記載した。
<Examples 1 to 73>
α-SiC particles with a maximum particle size of 44 μm and an average particle size of 8 μm, which had been separated using a 325 mesh sieve, were mixed with pure water and a water-soluble phenolic resin to obtain a SiC compact raw material. The solid content of the SiC compact raw material is shown in the table below.
This SiC molded body raw material was poured into a plaster mold to form a solid, and then the remaining SiC molded body raw material (sludge) was drained from the mold (sludge casting method), to obtain a rectangular parallelepiped molded body. The thickness of the SiC molded body was adjusted to the thickness shown in Table 1 below after Si impregnation, which will be described later. The length of one side of the SiC molded body other than the thickness was appropriately selected from the range of 100 to 520 mm depending on the length of the pipe to be used, etc.
The area of the top surface of the SiC molded body (in the table below, simply referred to as "area of SiC molded body") is also shown in the table below.

次に、SiC成形体に、NCフライス盤を用いて、後述するパイプが嵌まり込む形状の溝を形成した。 Next, an NC milling machine was used to form a groove in the SiC molded body that would fit the pipe described below.

次に、SiC成形体の溝に、1本のパイプを配置した。用いたパイプの径(内径a)、長さbおよび厚さdは、下記表に示す。
パイプは、下記表に示す分割数hで均等に分割された(長手方向に沿って切断された)カーボン管またはSiC管を用いた。下記表の「パイプの素材」の欄には、例えば、カーボンの含有量が81体積%であるカーボン管を用いた場合は「C81」と記載し、SiCの含有量が48体積%であるSiC管を用いた場合は「SiC48」と記載した。
より具体的には、例16~例19以外では、まず、円柱状のカーボン棒またはSiC棒を長手方向に沿って切断して分割(例えば2分割)し、その後、得られた分割片の内側を削ることにより、分割されたパイプを得た。
例16~例19では、まず、カーボン棒に、マシニングセンタのドリルを用いて長孔を形成し、その後に分割することによって、分割されたパイプを得た。
Next, one pipe was placed in the groove of the SiC compact. The diameter (inner diameter a), length b, and thickness d of the pipe used are shown in the table below.
The pipes used were carbon or SiC pipes that were equally divided (cut along the longitudinal direction) into the number of divisions h shown in the table below. In the "Pipe Material" column in the table below, for example, if a carbon pipe with a carbon content of 81% by volume was used, it would be listed as "C81," and if a SiC pipe with a SiC content of 48% by volume was used, it would be listed as "SiC48."
More specifically, except for Examples 16 to 19, first, a cylindrical carbon rod or SiC rod was cut along the longitudinal direction and divided (for example, into two), and then the inside of the obtained divided pieces was scraped to obtain divided pipes.
In Examples 16 to 19, first, a long hole was formed in a carbon rod using a drill of a machining center, and then the rod was divided to obtain divided pipes.

次に、パイプ配置後の溝に、上述したSiC成形体原料を入れ、室温にて12時間乾燥させた。これにより、パイプの上を、SiC成形体と同様の組成を有する充填材で埋めた。この作業は、下記表に示す位置ずれ量eおよび分割間隔fとなるように、分割されたパイプを固定した状態で行なった。Next, the SiC compact raw material described above was placed into the grooves after the pipes were placed and allowed to dry at room temperature for 12 hours. This filled the top of the pipes with a filler material having the same composition as the SiC compacts. This work was performed with the divided pipes fixed in place so that the misalignment amount e and division interval f were as shown in the table below.

例69~例70以外では、両端の空いたパイプを、一方の端部を封止したうえで使用した。封止は、パイプの端部に、パイプと同じ素材の端材を、接着剤(以下の接着剤1または接着剤2)を用いて接着させることにより行なった。用いた接着剤を下記表に示す。
例69~例70では、両端の空いたパイプを、端部を封止することなく使用した。この場合、下記表の「接着剤」の欄には「-」を記載した。
In all cases except for Examples 69 and 70, pipes with open ends were used with one end sealed. The sealing was achieved by adhering a scrap piece of the same material as the pipe to the end of the pipe using an adhesive (Adhesive 1 or Adhesive 2 below). The adhesives used are shown in the table below.
In Examples 69 and 70, open-ended pipes were used without sealing the ends, and in these cases, a "-" is entered in the "Adhesive" column in the table below.

接着剤1としては、アリルヒドリドポリカルボシラン(SMP-10、Starfire社製)を用いた。後述するSi含浸後において、接着剤1に対応する領域のSiC含有量は、72体積%であった。
接着剤2としては、エポキシ樹脂(SMC-7030H、信越化学工業社製)に平均粒子径が25μmのカーボン粒子(SGP-25、SECカーボン社製)を15質量%で混合したものを用いた。後述するSi含浸後において、接着剤2に対応する領域のSiC含有量は、31体積%であった。
Allylhydridopolycarbosilane (SMP-10, manufactured by Starfire) was used as adhesive 1. After Si impregnation, which will be described later, the SiC content in the region corresponding to adhesive 1 was 72% by volume.
An epoxy resin (SMC-7030H, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) mixed with 15% by mass of carbon particles (SGP-25, manufactured by SEC Carbon Co., Ltd.) having an average particle size of 25 μm was used as adhesive 2. After Si impregnation, which will be described later, the SiC content in the region corresponding to adhesive 2 was 31% by volume.

例28~例29では、分割されたパイプ片どうしを、端部の封止に用いた接着剤を用いて接着させた。
ここで、領域C(図10参照)におけるC単体またはSiCの含有量が20体積%以上であるとき、領域Cを管状領域Aと一体と見なし、分割間隔fを0mmとした。
例28~例29では、上述した接着剤を用いることで、この含有量を達成できた。
特に、例28では、管状領域AはSiC含有量が71体積%のSiSiCであるのに対し、領域CはSiC含有量が72体積%のSiSiCとなり、ほぼ同組成のSiSiCで一体化していた。
In Examples 28 and 29, the split pipe pieces were glued together using the adhesive used to seal the ends.
When the content of simple carbon or SiC in region C (see FIG. 10) is 20% by volume or more, region C is regarded as being integral with tubular region A, and the division interval f is set to 0 mm.
In Examples 28 and 29, this content was achieved by using the adhesive described above.
In particular, in Example 28, the tubular region A was made of SiSiC with a SiC content of 71% by volume, while the region C was made of SiSiC with a SiC content of 72% by volume, and the SiSiC had almost the same composition and were integrated together.

次に、パイプを配置した後の溝を充填材で埋めたSiC成形体を、乾燥後、不活性雰囲気にて、電気炉を用いて、1800℃で5時間加熱した。こうして、直方体状のSiC成形体を得た。Next, the SiC molded body, with the grooves after the pipe placement filled with filler, was dried and then heated in an inert atmosphere in an electric furnace at 1800°C for 5 hours. This resulted in a rectangular SiC molded body.

次に、Si含浸を実施した。より詳細には、反応炉内にて、SiC成形体の上にSi単体を配置し、減圧環境にした状態で、1450℃まで加熱した。これにより、Si単体を溶融させて、SiC成形体の中に含浸させた。このとき、SiC成形体のすべての気孔は高純度Siで満たされ、また、パイプおよび/または接着剤の成分として存在しているカーボンは、少なくとも一部がSiと反応し炭化ケイ素化する。こうして、SiSiC部材を得た。Next, Si impregnation was carried out. More specifically, in a reactor, elemental Si was placed on top of the SiC molded body and heated to 1,450°C in a reduced pressure environment. This caused the elemental Si to melt and be impregnated into the SiC molded body. At this point, all pores in the SiC molded body were filled with high-purity Si, and at least a portion of the carbon present as a component of the pipe and/or adhesive reacted with Si to form silicon carbide. In this way, a SiSiC component was obtained.

得られたSiSiC部材について、任意の場所で断面を切り出し、その断面の光学顕微鏡写真から、Si噴き出し量gを測定した。結果を下記表に示す。
このとき、光学顕微鏡写真から、長孔の径a、長孔の長さb、管状領域Aの厚さd、位置ずれ量eおよび分割間隔fが維持されていることを確認した。
A cross section was cut out at an arbitrary location from the obtained SiSiC member, and the amount of silicon ejected (g) was measured from an optical microscope photograph of the cross section. The results are shown in the table below.
At this time, it was confirmed from the optical microscope photograph that the diameter a of the long hole, the length b of the long hole, the thickness d of the tubular region A, the positional deviation e, and the division interval f were maintained.

得られたSiSiC部材について、上述した方法によって、熱伝導率i(i1およびi2)ならびに熱伝導率jを測定した。結果を下記表に示す。The thermal conductivity i (i1 and i2) and thermal conductivity j of the obtained SiSiC components were measured using the method described above. The results are shown in the table below.

得られたSiSiC部材について、上述した方法によって、不純物量kを測定した。結果を下記表に示す。不純物としては、Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、P、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、V、ZnおよびZrを対象とした。The impurity content k of the obtained SiSiC components was measured using the method described above. The results are shown in the table below. The impurities included Al, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, P, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, Zn, and Zr.

〈評価結果まとめ〉
上記表を見ると、例えば、分割間隔fが0.15mmを超えている例42~例49および例63では、Si噴き出し量gが0.2mm以上であった。
これに対して、分割間隔fが0.15mm以下である例では、Si噴き出し量gが0.2mm未満であった(ただし、位置ずれ量eの値が大きい例23、例41および例61を除く)。
<Summary of evaluation results>
Looking at the above table, for example, in Examples 42 to 49 and 63 where the dividing interval f exceeded 0.15 mm, the Si blowout amount g was 0.2 mm or more.
In contrast, in the examples where the dividing interval f was 0.15 mm or less, the Si ejection amount g was less than 0.2 mm (excluding examples 23, 41, and 61 where the positional deviation amount e was large).

ところで、パイプの本数などを多くすると、得られるSiSiC部材の熱伝導率が低下する懸念がある。そこで、次のように、例74~例78のSiSiC部材を作製し、下記式に基づいて、熱伝導率Kを算出した。However, there is a concern that increasing the number of pipes may result in a decrease in the thermal conductivity of the resulting SiSiC component. Therefore, the SiSiC components of Examples 74 to 78 were fabricated as follows, and the thermal conductivity K was calculated based on the following formula:

K={[L-(M×N)]/L}×O
上記式中、
K:SiSiC部材の全体の熱伝導率
L:SiSiC部材の全体の断面積
M:管状領域Aの最大の断面積
N:長孔の本数
O:管外領域Bの熱伝導率を示す。
K={[L-(M×N)]/L}×O
In the above formula,
K: Overall thermal conductivity of the SiSiC member; L: Overall cross-sectional area of the SiSiC member; M: Maximum cross-sectional area of the tubular region A; N: Number of long holes; O: Thermal conductivity of the outer tubular region B.

SiC成形体原料の固形分濃度が76質量%である場合のOは230W/(m・K)、同濃度が42質量%である場合のOは182W/(m・K)、同濃度が58質量%である場合のOは202W/(m・K)、同濃度が84質量%である場合のOは232W/(m・K)であった。
いずれの例においても、管状領域Aと管外領域Bとの密着性は十分に良好であり、境界面の温度差ΔTはゼロとみなした。
When the solid content concentration of the SiC compact raw material was 76 mass%, the O was 230 W/(m K), when the solid content concentration was 42 mass%, the O was 182 W/(m K), when the solid content concentration was 58 mass%, the O was 202 W/(m K), and when the solid content concentration was 84 mass%, the O was 232 W/(m K).
In all the examples, the adhesion between the tubular region A and the extra-tubular region B was sufficiently good, and the temperature difference ΔT at the boundary surface was considered to be zero.

〈例74〉
SiC成形体原料(固形分濃度:76質量%)を用いて作製したSiC成形体(350mm×350mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:1.9mm、内径:0.7mm、厚さ:0.6mm、長さ:330mm)を等間隔で10本配置した。その他の条件は、例1と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、5.1%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、218W/(m・K)であった。
Example 74
Ten bisected carbon tubes (outer diameter: 1.9 mm, inner diameter: 0.7 mm, thickness: 0.6 mm, length: 330 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (350 mm × 350 mm, thickness: 6.5 mm) made from a SiC molded body raw material (solid content: 76 mass %). The other conditions were the same as in Example 1, and a SiSiC member was produced.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 5.1% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 218 W/(m·K).

〈例75〉
SiC成形体原料(固形分濃度:76質量%)を用いて作製したSiC成形体(300mm×300mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:4.1mm、内径:2.0mm、厚さ:1.0mm、長さ:280mm)を等間隔で10本配置した。その他の条件は、例6と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、12.8%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、201W/(m・K)であった。
Example 75
Ten bisected carbon tubes (outer diameter: 4.1 mm, inner diameter: 2.0 mm, thickness: 1.0 mm, length: 280 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (300 mm × 300 mm, thickness: 6.5 mm) made from a SiC molded body raw material (solid content: 76 mass %). The other conditions were the same as in Example 6, and a SiSiC member was produced.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 12.8% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 201 W/(m·K).

〈例76〉
SiC成形体原料(固形分濃度:49質量%)を用いて作製したSiC成形体(360mm×300mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:1.9mm、内径:0.7mm、厚さ:0.6mm、長さ:330mm)を等間隔で10本配置した。その他の条件は、例71と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、5.8%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、171W/(m・K)であった。
Example 76
Ten bisected carbon tubes (outer diameter: 1.9 mm, inner diameter: 0.7 mm, thickness: 0.6 mm, length: 330 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (360 mm × 300 mm, thickness: 6.5 mm) prepared using a SiC molded body raw material (solid content: 49 mass%). The other conditions were the same as in Example 71, and a SiSiC member was prepared.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 5.8% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 171 W/(m·K).

〈例77〉
SiC成形体原料(固形分濃度:58質量%)を用いて作製したSiC成形体(350mm×280mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:1.9mm、内径:0.7mm、厚さ:0.6mm、長さ:330mm)を等間隔で10本配置した。その他の条件は、例72と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、6.4%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、189W/(m・K)であった。
Example 77
Ten bisected carbon tubes (outer diameter: 1.9 mm, inner diameter: 0.7 mm, thickness: 0.6 mm, length: 330 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (350 mm × 280 mm, thickness: 6.5 mm) prepared using a SiC molded body raw material (solid content: 58 mass %). The other conditions were the same as in Example 72, and a SiSiC member was prepared.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 6.4% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 189 W/(m·K).

〈例78〉
SiC成形体原料(固形分濃度:84質量%)を用いて作製したSiC成形体(350mm×280mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:3.1mm、内径:1.3mm、厚さ:0.9mm、長さ:330mm)を等間隔で10本配置した。その他の条件は、例73と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、10.4%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、208W/(m・K)であった。
Example 78
Ten bisected carbon tubes (outer diameter: 3.1 mm, inner diameter: 1.3 mm, thickness: 0.9 mm, length: 330 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (350 mm × 280 mm, thickness: 6.5 mm) prepared using a SiC molded body raw material (solid content: 84 mass%). The other conditions were the same as in Example 73, and a SiSiC member was prepared.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 10.4% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 208 W/(m·K).

〈例79〉
SiC成形体原料(固形分濃度:76質量%)を用いて作製したSiC成形体(350mm×350mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:1.9mm、内径:0.7mm、厚さ:0.6mm、長さ:280mm)を1本配置した。その他の条件は、例1と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、0.4%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、229W/(m・K)であった。
Example 79
A SiSiC member was produced using a SiC molded body (350 mm × 350 mm, thickness: 6.5 mm) prepared using a SiC molded body raw material (solid content: 76 mass%). A carbon tube (outer diameter: 1.9 mm, inner diameter: 0.7 mm, thickness: 0.6 mm, length: 280 mm) divided into two was placed on the molded body. The other conditions were the same as in Example 1.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 0.4% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 229 W/(m·K).

〈例80〉
SiC成形体原料(固形分濃度:76質量%)を用いて作製したSiC成形体(350mm×350mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:1.9mm、内径:0.7mm、厚さ:0.6mm、長さ:280mm)を5本配置した。その他の条件は、例1と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、2.2%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、225W/(m・K)であった。
Example 80
Five bisected carbon tubes (outer diameter: 1.9 mm, inner diameter: 0.7 mm, thickness: 0.6 mm, length: 280 mm) were placed on a SiC molded body (350 mm × 350 mm, thickness: 6.5 mm) made from a SiC molded body raw material (solid content: 76 mass %). The other conditions were the same as in Example 1, and a SiSiC member was produced.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 2.2% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 225 W/(m·K).

〈例81〉
SiC成形体原料(固形分濃度:76質量%)を用いて作製したSiC成形体(300mm×300mm、厚さ:6.5mm)に、2分割されたカーボン管(外径:4.1mm、内径:1.8mm、厚さ:1.0mm、長さ:280mm)を等間隔で15本配置した。その他の条件は、例6と同様にして、SiSiC部材を作製した。
このとき、長孔部の断面積がSiSiC部材全体の断面積に占める割合は、19%であった。作製したSiSiC部材の熱伝導率は、上記式に基づいて算出したところ、186W/(m・K)であった。
Example 81
Fifteen carbon tubes (outer diameter: 4.1 mm, inner diameter: 1.8 mm, thickness: 1.0 mm, length: 280 mm) were arranged at equal intervals on a SiC molded body (300 mm × 300 mm, thickness: 6.5 mm) made from a SiC molded body raw material (solid content: 76 mass %). The other conditions were the same as in Example 6, and a SiSiC member was produced.
In this case, the cross-sectional area of the long hole portion accounted for 19% of the cross-sectional area of the entire SiSiC member. The thermal conductivity of the fabricated SiSiC member was calculated based on the above formula and was found to be 186 W/(m·K).

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。本出願は、2020年10月9日出願の日本国特許出願2020-171478号に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 The above describes a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various design modifications are possible within the scope of the claims. This application is based on Japanese Patent Application No. 2020-171478, filed on October 9, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.

1:SiSiC部材
2:長孔
3:SiC成形体
4:溝
5:パイプ
8:充填材
9:Si噴き出し
21:SiSiC部材
22:接着剤
A:管状領域
B:管外領域
C:領域
a:長孔の径
b:長孔の長さ
c:軸ずれ量
d:管状領域の厚さ
e:位置ずれ量
f:分割間隔
g:Si噴き出し量
、L:長孔の中心線
1: SiSiC member 2: Slot 3: SiC compact 4: Groove 5: Pipe 8: Filler 9: Si ejection 21: SiSiC member 22: Adhesive A: Tubular region B: Outer region C: Region a: Diameter of slot b: Length of slot c: Axial deviation d: Thickness of tubular region e: Position deviation f: Dividing interval g: Amount of Si ejection L 1 , L 2 : Center line of slot

Claims (12)

カーボン管を配置したSiC成形体にSi含浸することによって得られる、少なくとも1本の長孔が内部に設けられたSiSiC部材であって、
前記長孔は、径aが2.0mm以下であり、長さbが100mm以上であり、
前記長孔の外周の領域である管状領域Aを有し、
前記管状領域Aが、C単体、SiCおよびSiSiCからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、SiSiC部材。
A SiSiC member having at least one long hole formed therein , the SiSiC member being obtained by Si-impregnating a SiC molded body having a carbon tube disposed therein,
The elongated hole has a diameter a of 2.0 mm or less and a length b of 100 mm or more,
a tubular region A that is an outer peripheral region of the long hole;
The SiSiC member, wherein the tubular region A contains at least one selected from the group consisting of simple C, SiC, and SiSiC.
熱伝導率iが、170W/(m・K)以上である、請求項1に記載のSiSiC部材。 The SiSiC component according to claim 1, having a thermal conductivity i of 170 W/(m·K) or greater. 前記管状領域Aが、複数の領域に分割されている、請求項1または2に記載のSiSiC部材。 The SiSiC component according to claim 1 or 2, wherein the tubular region A is divided into multiple regions. 分割されている前記管状領域Aの分割間隔fが、0.15mm以下である、請求項3に記載のSiSiC部材。 The SiSiC component according to claim 3, wherein the division spacing f of the divided tubular region A is 0.15 mm or less. 前記長孔におけるSi噴き出し量gが、1mm未満である、請求項1~4のいずれか1項に記載のSiSiC部材。 A SiSiC component according to any one of claims 1 to 4, wherein the amount of Si ejected from the elongated hole (g) is less than 1 mm. 前記長孔におけるSi噴き出し量gと、前記管状領域Aの厚さdとの比g/dが、3/4以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載のSiSiC部材。 A SiSiC component according to any one of claims 1 to 5, wherein the ratio g/d of the amount of Si ejected through the elongated hole g to the thickness d of the tubular region A is 3/4 or less. 前記管状領域Aの位置ずれ量eと、前記管状領域Aの厚さdとの比e/dが、1/3未満である、請求項1~6のいずれか1項に記載のSiSiC部材。 The SiSiC component according to any one of claims 1 to 6, wherein the ratio e/d of the positional deviation e of the tubular region A to the thickness d of the tubular region A is less than 1/3. 前記長孔の軸ずれ量cが、0.3mm未満である、請求項1~7のいずれか1項に記載のSiSiC部材。 The SiSiC component according to any one of claims 1 to 7, wherein the axial misalignment amount c of the elongated hole is less than 0.3 mm. 不純物量kが、100質量ppm以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載のSiSiC部材。 A SiSiC component according to any one of claims 1 to 8, wherein the impurity content k is 100 mass ppm or less. 厚さが2.0~15.0mmであり、
少なくとも一つの面を有し、前記面の面積が100cm以上である、請求項1~9のいずれか1項に記載のSiSiC部材。
The thickness is 2.0 to 15.0 mm,
The SiSiC member according to any one of claims 1 to 9, having at least one surface, the surface having an area of 100 cm2 or more.
請求項1~10のいずれか1項に記載のSiSiC部材と、棒状部材とを備え、
前記長孔に、前記棒状部材が差し込まれる、加熱器具。
A SiSiC member according to any one of claims 1 to 10 and a rod-shaped member,
The rod-shaped member is inserted into the long hole.
請求項1~10のいずれか1項に記載のSiSiC部材を製造する方法であって、
溝を有するSiC成形体を準備し、
前記溝に、パイプを配置し、その後、SiCを含有する充填材を入れ、
前記充填材が前記溝に入った前記SiC成形体に、加熱溶融したSi単体を含浸させる、SiSiC部材の製造方法。
A method for manufacturing a SiSiC component according to any one of claims 1 to 10, comprising:
providing a SiC compact having a groove;
A pipe is placed in the groove, and then a filler containing SiC is placed therein;
A method for manufacturing a SiSiC member, comprising impregnating the SiC molded body with the filler material in the grooves with heated and melted elemental Si.
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