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公開番号2024104295
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-02
出願番号2024006544
出願日2024-01-19
発明の名称浸透接合CVDダイヤモンドと接合ダイヤモンド+SiC複合体の反応
出願人ツー-シックスデラウェアインコーポレイテッド,II-VI Delaware,Inc.
代理人弁理士法人北青山インターナショナル
主分類C04B 37/00 20060101AFI20240726BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】従来技術のものと比較して有利な熱的特性を設ける接合ダイヤモンド複合材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック複合層、ダイヤモンド膜層、及び前記ダイヤモンド膜層を前記セラミック複合層に接合する炭化ケイ素接合層を含む、接合ダイヤモンド複合材であり、その製造方法は、ダイヤモンド膜層をセラミックプリフォーム上に配置することであって、前記セラミックプリフォームは、ダイヤモンド粒子と炭素含有バインダとを含む、前記配置すること、前記セラミックプリフォームを溶融シリコンに曝すこと、及びセラミック複合層、及び前記セラミック複合層に前記ダイヤモンド膜を接合する炭化ケイ素接合層を形成するために、前記溶融シリコンを、前記ダイヤモンド膜及び前記セラミックプリフォームと反応させることを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
接合ダイヤモンド複合材であって、
セラミック複合層、
ダイヤモンド膜層、及び
前記ダイヤモンド膜層を前記セラミック複合層に接合する炭化ケイ素接合層、
を含む、前記接合ダイヤモンド複合材。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記セラミック複合層が、炭化ケイ素を含むマトリックスと共に接合された複数のダイヤモンド粒子を含む、請求項１に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項３】
前記マトリックスが前記炭化ケイ素接合層に接続されている、請求項２に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項４】
前記マトリックスの前記炭化ケイ素が前記炭化ケイ素接合層に接合されている、請求項２に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項５】
前記ダイヤモンド粒子が、約１０ミクロン～約１２０ミクロンの中央粒径（Ｄ５０）を有する、請求項１に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項６】
前記セラミック複合層が、約５０体積％～約７５体積％の前記ダイヤモンド粒子を含む、請求項２に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項７】
前記炭化ケイ素接合層が、前記セラミック複合層と前記ダイヤモンド膜層との間で測定して、約２０ミクロン～約２００ミクロンという平均の厚さである、請求項１に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項８】
前記炭化ケイ素接合層が１０体積％未満という残留元素のケイ素を含む、請求項１に記載の接合ダイヤモンド複合材。
【請求項９】
ダイヤモンド膜層をセラミック複合層に接合する方法であって、
ダイヤモンド膜層をセラミックプリフォーム上に配置することであって、前記セラミックプリフォームは、ダイヤモンド粒子と炭素含有バインダとを含む、前記配置すること、
前記セラミックプリフォームを溶融シリコンに曝すこと、及び
セラミック複合層、及び前記セラミック複合層に前記ダイヤモンド膜を接合する炭化ケイ素接合層を形成するために、前記溶融シリコンを、前記ダイヤモンド膜及び前記セラミックプリフォームと反応させること、
を含む、前記方法。
【請求項１０】
前記セラミック複合層が、炭化ケイ素を含むマトリックスと共に接合された複数のダイヤモンド粒子を含む、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【背景技術】
【０００１】
ダイヤモンドは、公知の最も硬い材料の１つであり、工業的な環境及び光学的な環境で使用するための優れた特性を有する。しかしながら、そのような環境においてダイヤモンド材料を成功裏に使用するためには、ダイヤモンド粒子及びダイヤモンド膜を表面に取り付け、接合しなければならない。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
ダイヤモンド膜を表面に接着する１つの従来公知の方法は、ろう付け化合物、例えば４０４７－ＦＴｅｍｐｅｒＡｌｕｍｉｎｕｍを利用することである。そのようなろう付け化合物は、ダイヤモンド膜の間で溶融及び再凝固して、膜を表面に保持することができる。残念ながら、典型的なろう付け化合物は、典型的にはダイヤモンド膜及び／または取付け表面からの異なる熱膨張係数を有するか、またはより高い温度で液化するので、それらの熱サイクルの範囲が限定される。そのような特性は、応力を受けた接合及び／または不具合をもたらす。
【発明の概要】
【０００３】
セラミック複合層と、ダイヤモンド膜層と、ダイヤモンド膜層をセラミック複合層に接合する炭化ケイ素接合層とを含む接合ダイヤモンド複合材が、本明細書に開示される。本開示の一態様では、セラミック複合層は、炭化ケイ素を含むマトリックスと共に接合された複数のダイヤモンド粒子を含む。本開示の別の態様では、マトリックスが炭化ケイ素接合層に接続される。本開示の別の態様では、マトリックスの炭化ケイ素が、炭化ケイ素接合層に接合される。
【０００４】
本開示の一態様において、ダイヤモンド粒子は、約１０ミクロン～約１２０ミクロンの中央粒径（Ｄ５０）を有する。本開示の別の態様では、セラミック複合層は、約５０体積％～約７５体積％のダイヤモンド粒子を含む。本開示のさらに別の態様では、炭化ケイ素接合層は、セラミック複合層とダイヤモンド膜層との間で測定した場合、約２０ミクロン～約２００マイクロメートルという平均の厚さである。本開示のさらに別の態様では、炭化ケイ素接合層は、１０体積％未満という残留元素のケイ素を含む。
【０００５】
ダイヤモンド膜層をセラミック複合層に接合する方法であって、ダイヤモンド膜層をセラミックプリフォーム上に配置することであって、セラミックプリフォームは、ダイヤモンド粒子と炭素含有バインダとを含む、配置すること、セラミックプリフォームを溶融シリコンに曝すこと、及びセラミック複合層、及びセラミック複合層にダイヤモンド膜を接合する炭化ケイ素接合層を形成するために、溶融シリコンを、ダイヤモンド膜及びセラミックプリフォームと反応させること、を含む方法が、本明細書に開示される。本開示の一態様では、セラミック複合層は、炭化ケイ素を含むマトリックスと共に接合された複数のダイヤモンド粒子を含む。本開示の別の態様では、反応させるステップは、ダイヤモンド膜層の少なくとも一部を炭化ケイ素接合層に変換する。本開示のさらに別の態様では、セラミックプリフォームは、炭素含有バインダを含み、反応させるステップは、炭素含有バインダの少なくとも一部を炭化ケイ素に変換する。
【０００６】
本開示の一態様では、セラミックプリフォームは、曝すステップ及び反応させるステップよりも前に、炭化ケイ素をさらに含む。本開示の別の態様では、反応させるステップは、真空下の高温で行われ、絶対的な圧力は約１１０パスカル未満であり、高温は約１６８０Ｋより高い。本開示の一態様では、開示される方法は、毛管作用により、ダイヤモンドプリフォームを通してダイヤモンド膜に向かって溶融シリコンを引き込むことを含む。本開示の別の態様では、曝すステップは、セラミックプリフォームをプリフォームフィーダ媒体上に配置し、プリフォームフィーダ媒体を溶融シリコンと接触させることを含む。
【０００７】
本開示の一態様では、反応させるステップは、実質的にすべての炭素バインダを炭化ケイ素に変換するのに十分な時間の間に完了する。本開示の別の態様では、期間は約３０分～約１０時間である。本開示のさらに別の態様では、方法は、約１０ミクロン～約１２０ミクロンの中央粒径（Ｄ５０）を有するダイヤモンド粒子を利用する。本開示の一態様では、セラミック複合層は、約５０体積％～約７５体積％のダイヤモンド粒子を含む。本開示の別の態様では、開示の方法は、セラミック複合層とダイヤモンド膜層との間で測定した場合、約２０ミクロン～約２００マイクロメートルという平均の厚さである炭化ケイ素接合層を生成する。本開示のさらに別の態様では、セラミック複合層及び炭化ケイ素接合層の各々は、約１０体積％未満という残留元素のケイ素を含む。本開示の別の態様では、開示される方法で利用されるダイヤモンド膜層は、約５００ミクロン～約２３００ミクロンの厚さを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、開示の実施形態による、接合ダイヤモンド複合材の概略図を示す。
図２は、開示の実施形態による、接合ダイヤモンド複合材の走査型電子顕微鏡による断面図を示す。
図３は、開示の実施形態による、接合ダイヤモンド複合材を形成する方法を示す。
図４は、開示の実施形態による、図３の方法の中間ステップを概略的に表したものを示す。
図５は、開示の実施形態による、図３の方法の中間ステップを概略的に表したものを示す。
図６は、開示の実施形態による、図３の方法の中間ステップを概略的に表したものを示す。
図７は、開示の実施形態による、接合ダイヤモンド複合材の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細に開示されるのは、従来技術のものと比較して有利な熱的特性を設ける接合ダイヤモンド複合材及びその製造方法である。
【００１０】
図１及び図２は、例示的な接合ダイヤモンド複合材１００を示す。図１は、拡大縮小して描かれたものではない例示的な接合ダイヤモンド複合材１００を概略的に表したものを示す。図２は、例示的な接合ダイヤモンド複合材１００の断面の走査型電子顕微鏡画像（拡大縮小）を示すが、図２は、例示的な接合ダイヤモンド複合材１００全体の拡大部分のみを示す。接合ダイヤモンド複合材１００は、例えば、セラミック複合層１１０と、ダイヤモンド膜層１３０と、ダイヤモンド膜層１３０とセラミック複合層１１０とを接合する接合層１２０とを有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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