JP2020070208A - Inorganic sintered compact - Google Patents
Inorganic sintered compact Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020070208A JP2020070208A JP2018205176A JP2018205176A JP2020070208A JP 2020070208 A JP2020070208 A JP 2020070208A JP 2018205176 A JP2018205176 A JP 2018205176A JP 2018205176 A JP2018205176 A JP 2018205176A JP 2020070208 A JP2020070208 A JP 2020070208A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- coating layer
- emissivity
- weight
- coating agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Abstract
Description
本発明は、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体であって、高い放射率が要請される無機焼結体に関するものである。 The present invention relates to a ceramic sintered body or an inorganic sintered body based on refractory bricks, which is required to have a high emissivity.
流体の流路に配置され流体から熱を回収する蓄熱体として、蓄熱式バーナ（リジェネバーナ）の熱交換部に配される蓄熱体を例示することができる。蓄熱式バーナは、鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、焼成炉などの工業炉において使用されているバーナであり、バーナの燃焼により高温となった排ガスと、バーナの燃焼のために新たに供給されるガスとを、交互に熱交換部に流通させるべく、ガスの流通方向が所定時間間隔で切り換えられる。排ガスの熱は蓄熱体によって回収され、回収された熱によって、新たに供給されるガスが予熱される。本出願人はこれまで、セラミックス焼結体を基体とする蓄熱体の熱交換特性を高めるために、比表面積や熱容量の観点から検討、開発を進めてきている（例えば、特許文献１参照）。伝熱には、伝導、対流、放射（輻射）があるが、蓄熱体による伝熱には、放射の寄与が大きいと考えられる。放射エネルギーは絶対温度の４乗に比例して増大するため、工業炉のような高温の環境下で使用される蓄熱体については、放射率を高める意義が高い。 As the heat storage body arranged in the flow path of the fluid to recover heat from the fluid, a heat storage body arranged in the heat exchange section of the heat storage type burner (regeneration burner) can be exemplified. The regenerative burner is a burner used in industrial furnaces such as forging furnaces, heat treatment furnaces, melting furnaces, and firing furnaces, and exhaust gas that has become hot due to combustion of the burner and new supply for combustion of the burner. The flowing direction of the gas is switched at a predetermined time interval so that the flowing gas and the flowing gas alternately flow through the heat exchange section. The heat of the exhaust gas is recovered by the heat storage body, and the newly supplied gas is preheated by the recovered heat. The present applicant has been studying and developing from the viewpoint of specific surface area and heat capacity in order to improve the heat exchange characteristics of a heat storage body having a ceramic sintered body as a base (see, for example, Patent Document 1). Heat transfer includes conduction, convection, and radiation (radiation), but it is considered that radiation contributes greatly to heat transfer by the heat storage body. Since the radiant energy increases in proportion to the fourth power of the absolute temperature, it is highly significant to increase the emissivity for a heat storage body used in a high temperature environment such as an industrial furnace.
一方、耐火レンガは、セラミックスと共通する原料から形成される焼結体であり、製鉄・製鋼施設において、炉壁、炉底、溶融金属を炉外に排出する管路、溶融金属にガス等を吹き込むパイプ等の炉の附属品、などを構成する構造体として使用されている。耐火レンガが使用される環境は非常に高温であり、効率良く高温が維持されることが要請されるため、構造体としての耐火レンガについても放射率を高める意義が高い。 On the other hand, refractory bricks are sintered bodies formed from raw materials that are common to ceramics, and in iron and steelmaking facilities, furnace walls, furnace bottoms, pipes for discharging molten metal outside the furnace, gas etc. It is used as a structure that constitutes furnace accessories such as blowing pipes. The environment in which refractory bricks are used is extremely high, and it is required to efficiently maintain the high temperature. Therefore, it is highly significant to increase the emissivity of refractory bricks as a structure.
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体であって、放射率が高められた無機焼結体の提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above situation, the present invention is to provide an inorganic sintered body having a ceramics sintered body or a refractory brick as a base, the emissivity of which is increased. is there.
上記の課題を解決するため、本発明にかかる無機焼結体は、
「セラミックス焼結体または耐火レンガの基体と、該基体の表面を被覆している高放射率コーティング層とを備える無機焼結体であり、
前記高放射率コーティング層は、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層であり、
前記高放射率コーティング層を備えていないことのみで相違する無機焼結体より、放射率が高い」ものである。
In order to solve the above problems, the inorganic sintered body according to the present invention,
"A ceramic sintered body or a refractory brick substrate, and an inorganic sintered body comprising a high emissivity coating layer coating the surface of the substrate,
The high emissivity coating layer is a layer of silicate glass containing elemental silicon,
The emissivity is higher than that of the inorganic sintered body, which is different only in that the high emissivity coating layer is not provided. ”
セラミックス焼結体の「セラミックス」は、酸化物セラミックスでも非酸化物セラミックスでもよく、酸化物セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、マグネシウムアルミニウムスピネル、を例示することができ、非酸化物セラミックスとしては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化マグネシウムを例示することができる。また、「耐火レンガ」としては、高アルミナ質、アルミナ−マグネシア質、マグネシア質、ジルコニア質、アルミナ−カーボン質、マグネシア−カーボン質、アルミナ−マグネシア−カーボン質、アルミナ−スピネル−カーボン質、アルミナ−ジルコニア−カーボン質の耐火レンガを例示することができる。 The “ceramics” of the ceramics sintered body may be oxide ceramics or non-oxide ceramics, and examples of the oxide ceramics include alumina, zirconia, magnesia, mullite, magnesium aluminum spinel, and non-oxide ceramics. Examples thereof include silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and magnesium nitride. Further, as "refractory brick", high alumina, alumina-magnesia, magnesia, zirconia, alumina-carbon, magnesia-carbon, alumina-magnesia-carbon, alumina-spinel-carbon, alumina- A zirconia-carbonaceous refractory brick can be illustrated.
一般的に、滑らかでつるつるした表面を有する物体や、表面に光沢のある物体の放射率は小さい。ケイ酸系ガラスの層で物体の表面を被覆すると、滑らかでつるつるした光沢のある表面となるにも関わらす、本発明者らの検討の結果、意外にも、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層で無機焼結体の基体の表面を被覆すると、無機焼結体の放射率を高めることができることが判明した。これは、単体ケイ素を含有させることにより、ケイ酸系ガラスが濃色（黒っぽい紺色〜黒色）を呈することが、理由の一つであると考えられた。なお、以下では、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層を、単に「コーティング層」と称することがある。 Generally, an object having a smooth and slippery surface or an object having a glossy surface has a low emissivity. Although coating the surface of an object with a layer of silicic acid-based glass results in a smooth, slippery and glossy surface, as a result of the study by the present inventors, surprisingly, silicic acid-based glass containing elemental silicon. It has been found that coating the surface of the substrate of the inorganic sintered body with a glass layer can increase the emissivity of the inorganic sintered body. This is considered to be one of the reasons that the silicic acid-based glass exhibits a dark color (dark blue to black) by containing elemental silicon. In the following, the layer of silicate glass containing elemental silicon may be simply referred to as "coating layer".
本発明にかかる無機焼結体は、上記構成に加え、
「前記高放射率コーティング層は、
コバルト成分を含まない、または、コバルト成分の含有量が酸化コバルト（ＩＩＩ）換算でケイ素原子１００重量部に対して２．２重量部以下である」ものとすることができる。
The inorganic sintered body according to the present invention, in addition to the above configuration,
“The high emissivity coating layer is
It does not contain a cobalt component, or the content of the cobalt component is 2.2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of silicon atom in terms of cobalt (III) oxide ”.
従来、セラミックス焼結体などの無機材料の表面を何らかのコーティング剤で被覆する場合、コバルト成分を含有するコーティング剤が多用されてきた。これは、コーティング剤にコバルト成分を含有させると、無機材料に対するコーティング剤の接着性が高まると考えられていたためである。ところが、本発明者らの検討の結果、コバルト成分を含有すると、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層が放射率を高める作用が低下することが判明した。詳細は後述するように、コーティング層は、コバルト成分は含有しないことが望ましいが、含有するとしても、酸化コバルト（ＩＩＩ）換算でケイ素原子１００重量部に対して２．２重量部以下に抑えることが望ましい。 Conventionally, when coating the surface of an inorganic material such as a ceramics sintered body with some coating agent, a coating agent containing a cobalt component has been frequently used. This is because it has been considered that when the coating agent contains a cobalt component, the adhesiveness of the coating agent to the inorganic material is improved. However, as a result of the study conducted by the present inventors, it was found that when a cobalt component is contained, the function of increasing the emissivity of the layer of silicate glass containing elemental silicon is reduced. As will be described later in detail, it is desirable that the coating layer does not contain a cobalt component, but even if it does, it should be 2.2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of silicon atom in terms of cobalt (III) oxide. Is desirable.
本発明にかかる無機焼結体は、上記構成に加え、
「前記高放射率コーティング層の厚さは、１０μｍ〜３００μｍである」ものとすることができる。
The inorganic sintered body according to the present invention, in addition to the above configuration,
The thickness of the high-emissivity coating layer is 10 μm to 300 μm.
詳細は後述するように、コーティング層の厚さが１０μｍ〜３００μｍの範囲である無機焼結体では、高い放射率がほぼ一定に保たれることが判明した。 As will be described later in detail, it has been found that the high emissivity is kept substantially constant in the inorganic sintered body having the coating layer having a thickness of 10 μm to 300 μm.
本発明にかかる無機焼結体は、上記構成に加え、
「前記基体は、酸化物セラミックス焼結体である」ものとすることができる。
The inorganic sintered body according to the present invention, in addition to the above configuration,
The “base is an oxide ceramics sintered body”.
純度の高い酸化物セラミックス焼結体は、一般的に白色系である。従って、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層が、濃色であることによって放射率を高める効果を、より顕著に発揮させることができる。 A highly pure oxide ceramics sintered body is generally white. Therefore, the effect of increasing the emissivity due to the dark color of the silicate glass layer containing elemental silicon can be more significantly exhibited.
本発明にかかる無機焼結体は、上記構成に加え、
「前記基体は、アルミナセラミックス焼結体またはジルコニアセラミックス焼結体であり、
前記高放射率コーティング層は、ケイ素原子１００重量部に対して２３重量部〜２５重量部の酸化アルミニウムを含有する」ものとすることができる。
The inorganic sintered body according to the present invention, in addition to the above configuration,
"The substrate is an alumina ceramics sintered body or a zirconia ceramics sintered body,
The high emissivity coating layer may contain 23 parts by weight to 25 parts by weight of aluminum oxide based on 100 parts by weight of silicon atoms. "
詳細は後述するように、基体がアルミナセラミックス焼結体、または、ジルコニアセラミックス焼結体である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が、少なくともケイ素原子１００重量部に対して２３重量部〜２５重量部の範囲であれば、放射率を高める作用が発揮されることが確認された。 As will be described later in detail, when the base is an alumina ceramics sintered body or a zirconia ceramics sintered body, the content of aluminum oxide in the coating layer is at least 23 parts by weight per 100 parts by weight of silicon atoms. It was confirmed that the effect of increasing the emissivity is exhibited in the range of 25 parts by weight.
以上のように、本発明によれば、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体であって、放射率が高められた無機焼結体を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an inorganic sintered body having a ceramics sintered body or a refractory brick as a base and having an increased emissivity.
以下、本発明の具体的な実施形態である無機焼結体、及び、その製造方法について説明する。本実施形態である無機焼結体は、セラミックス焼結体または耐火レンガの基体の表面が、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層である高放射率コーティング層で被覆されているものである。 Hereinafter, an inorganic sintered body, which is a specific embodiment of the present invention, and a method for manufacturing the same will be described. The inorganic sintered body of the present embodiment is one in which the surface of the ceramic sintered body or the base of the refractory brick is covered with a high emissivity coating layer which is a layer of silicate glass containing elemental silicon. .
このような構成の無機焼結体は、高放射率コーティング剤（以下、単に「コーティング剤」と称することがある）を調製するコーティング剤調製工程と、セラミックス焼結体または耐火レンガの基体の表面をコーティング剤で被覆する被覆工程と、コーティング剤が被覆された基体を加熱し、コーティング剤をガラス化して基体の表面に固着させるガラス化工程と、を具備する製造方法によって製造することができる。 The inorganic sintered body having such a structure has a coating agent preparation step for preparing a high emissivity coating agent (hereinafter, may be simply referred to as “coating agent”) and a surface of a ceramic sintered body or a refractory brick substrate surface. Can be produced by a production method comprising a coating step of coating with a coating agent, and a vitrification step of heating the substrate coated with the coating agent to vitrify the coating agent and fix it to the surface of the substrate.
より具体的に説明すると、コーティング剤調製工程では、コーティング剤の原料を、水や有機溶媒である液媒体、及び、バインダと共に十分に混合し、粘度が調整されたスラリーとする。ケイ酸系ガラスの主成分である二酸化ケイ素の供給源としては、シリカ粉末、ガラス粉末（ガラスフリット）、粘土を単独で使用し、或いは、複数を併用することができる。 More specifically, in the coating agent preparation step, the raw material of the coating agent is sufficiently mixed with water, a liquid medium such as an organic solvent, and a binder to obtain a slurry having a viscosity adjusted. As a supply source of silicon dioxide, which is the main component of silicic acid-based glass, silica powder, glass powder (glass frit), clay can be used alone or in combination.
コーティング剤には、必須の成分として単体ケイ素（金属シリコン）を含有させる。単体ケイ素は、コーティング剤を加熱によりガラス化させる工程（ガラス化工程）において、少なくとも一部が酸化されて二酸化ケイ素となる。本実施形態では、ガラス化させた後に単体ケイ素として残留させるために十分な量の単体ケイ素を、コーティング剤に含有させる。 The coating agent contains elemental silicon (metal silicon) as an essential component. In the step of vitrifying the coating agent by heating (vitrification step), at least a part of the elemental silicon is oxidized into silicon dioxide. In the present embodiment, the coating agent contains a sufficient amount of elemental silicon so that it remains as elemental silicon after vitrification.
コーティング剤の原料には、二酸化ケイ素の供給源と単体ケイ素に加えて、他の成分を含有させることができる。酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）の添加により、ガラスの粘性（流動性）や耐久性を調整することができる。アルカリ金属の酸化物（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏなど）は、ガラスの粘性を低下させると共に、ガラス転移点を低下させる。アルカリ土類金属の酸化物（ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＳｒＯなど）は、ガラスの化学的耐久性を高めると共に、ガラスの非結晶化・結晶化に影響を及ぼす。酸化アルミニウムは、ガラスの化学的耐久性を高める効果があるが、後述するように、無機焼結体の放射率に影響を及ぼす。 In addition to the source of silicon dioxide and elemental silicon, the raw material of the coating agent may contain other components. By adding boron oxide (B 2 O 3 ), the viscosity (fluidity) and durability of the glass can be adjusted. Alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, etc.) lower the glass viscosity and lower the glass transition point. The oxides of alkaline earth metals (CaO, MgO, BaO, SrO, etc.) enhance the chemical durability of the glass and affect the non-crystallization and crystallization of the glass. Aluminum oxide has the effect of increasing the chemical durability of the glass, but as described below, it affects the emissivity of the inorganic sintered body.
被覆工程は、コーティング剤を基体の表面に塗布・スプレーする工程、基体をコーティング剤に浸漬する工程とすることができる。また、基体が多孔質の場合は、コーティング剤を基体に含浸させる工程とすることができる。その場合、多孔質の基体を減圧された雰囲気におくことにより、空気が除かれた開気孔の内部にコーティング剤が浸入する。これにより、基体の表面がコーティング剤で被覆されると共に、表面に近い部分で開気孔にコーティング剤が充填される。 The coating step can be a step of applying / spraying the coating agent on the surface of the substrate, or a step of immersing the substrate in the coating agent. Further, when the substrate is porous, the step of impregnating the substrate with the coating agent can be performed. In that case, by placing the porous substrate in a depressurized atmosphere, the coating agent penetrates into the open pores from which air has been removed. As a result, the surface of the substrate is coated with the coating agent, and the open pores are filled with the coating agent at a portion close to the surface.
ガラス化工程では、まず、コーティング剤中の液媒体を除去する乾燥処理を行う。この乾燥処理は、７０℃〜１００℃の低温で２時間〜３０時間加熱することにより行うことができる。次に、コーティング剤をガラス化させるガラス化処理を行う。このガラス化処理は、例えば、コーティング剤で被覆した基体を、空気雰囲気において温度８００℃〜１２００℃で１時間〜３０時間加熱することにより行うことができる。この処理によって、コーティング剤は、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスとなり、軟化して基体の表面に密着する。その後に冷却すれば、ガラスが固化することにより、緻密な気密性のガラス相であるコーティング層となる。 In the vitrification step, first, a drying process for removing the liquid medium in the coating agent is performed. This drying treatment can be performed by heating at a low temperature of 70 ° C. to 100 ° C. for 2 hours to 30 hours. Next, a vitrification treatment for vitrifying the coating agent is performed. This vitrification treatment can be performed, for example, by heating the substrate coated with the coating agent in an air atmosphere at a temperature of 800 ° C to 1200 ° C for 1 hour to 30 hours. By this treatment, the coating agent becomes silicate glass containing elemental silicon and softens and adheres to the surface of the substrate. When cooled thereafter, the glass solidifies to form a coating layer that is a dense and airtight glass phase.
このようにして製造された無機焼結体では、基体の表面を被覆しているコーティング層の存在により、このようなコーティング層を有していない無機焼結体（基体のみからなる無機焼結体）に比べて、放射率が高められる。 In the inorganic sintered body produced in this way, due to the presence of the coating layer coating the surface of the substrate, the inorganic sintered body not having such a coating layer (inorganic sintered body consisting of the substrate only ), The emissivity is increased.
また、ケイ酸系ガラスは高温下で軟化して延び、塑性変形する。そのため、脆性材料であるセラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体が、高温の雰囲気で使用されているときに仮に亀裂が発生したとしても、軟化したケイ酸系ガラスがそれを埋めるため、亀裂が伸展して破壊に至ることが抑制される。従って、本実施形態の無機焼結体は、放射率が高められていると共に、耐熱衝撃性も高められている。 Further, the silicate glass softens and extends at high temperature, and plastically deforms. Therefore, even if a ceramic sintered body which is a brittle material or an inorganic sintered body based on refractory bricks has cracks when used in a high temperature atmosphere, the softened silicate glass does Because of the filling, the cracks are prevented from extending and breaking. Therefore, the inorganic sintered body of the present embodiment has improved emissivity and thermal shock resistance.
加えて、基体が多孔質である場合、基体の開気孔にもケイ酸系ガラスの層が充填されている。これにより、開気孔におけるケイ酸系ガラスの層がクッションとなって、無機焼結体の受ける熱衝撃が吸収・緩和されるため、このことによっても無機焼結体の耐熱衝撃性が高められている。 In addition, when the substrate is porous, the open pores of the substrate are also filled with the layer of silicate glass. As a result, the layer of silica glass in the open pores serves as a cushion to absorb and mitigate the thermal shock received by the inorganic sintered body, which also improves the thermal shock resistance of the inorganic sintered body. There is.
以下、実施例の無機焼結体、及び、その製造方法について説明する。まず、コーティング剤を調製した。コーティング剤の原料としては、組成の異なる二種類のガラス粉末、粘土、単体ケイ素、炭化ケイ素、及び、硝酸ナトリウムを使用した。これらの原料を、水及びバインダと混合してスラリー状とし、コーティング剤Ｅ１とした。コーティング剤Ｅ１の固形分組成を、表１に示す。 Hereinafter, the inorganic sintered body of the example and the manufacturing method thereof will be described. First, a coating agent was prepared. As the raw material of the coating agent, two kinds of glass powders having different compositions, clay, elemental silicon, silicon carbide, and sodium nitrate were used. These raw materials were mixed with water and a binder to form a slurry, which was used as a coating agent E1. Table 1 shows the solid content composition of the coating agent E1.
表１に示すように、コーティング剤Ｅ１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、単体ケイ素（単体Ｓｉ）に加えて、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルカリ金属の酸化物（Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ）、アルカリ土類金属の酸化物（ＣａＯ）を含有している。なお、このコーティング剤Ｅ１には、コバルト成分を含有させていない。 As shown in Table 1, in addition to silicon dioxide (SiO 2 ), elemental silicon (elemental Si), the coating agent E1 includes silicon carbide (SiC), boron oxide (B 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O). 3 ), alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O), and alkaline earth metal oxides (CaO). The coating agent E1 does not contain a cobalt component.
上記の固形分組成は、蛍光Ｘ線分析、及び、湿式化学分析によって分析したものである。蛍光Ｘ線分析では、二酸化ケイ素、単体ケイ素、及び、炭化ケイ素の合計の重量割合が酸化物換算で求められるが、湿式化学分析によって求められる二酸化ケイ素、単体ケイ素、及び、炭化ケイ素の重量比を用いて、それぞれの重量割合を算出した。 The above solid content composition was analyzed by fluorescent X-ray analysis and wet chemical analysis. In fluorescent X-ray analysis, the total weight ratio of silicon dioxide, elemental silicon, and silicon carbide is calculated in terms of oxide, but the weight ratio of silicon dioxide, elemental silicon, and silicon carbide determined by wet chemical analysis is calculated. The respective weight percentages were calculated using
セラミックス焼結体として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、及び、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体をそれぞれ使用して同一形状で同一サイズの基体を複数準備し、コーティング剤Ｅ１を表面に塗布した。その後、表面がコーティング剤Ｅ１で被覆された基体を加熱し、コーティング剤Ｅ１をガラス化して基体にしっかりと密着させた。コーティング剤Ｅ１がガラス化して形成されたコーティング層の厚さは、１００μｍであった。 A plurality of substrates having the same shape and the same size are prepared by using a sintered body of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2) and silicon carbide (SiC) as the ceramic sintered body, respectively, and the coating agent E1 Was applied to the surface. After that, the substrate having the surface coated with the coating agent E1 was heated to vitrify the coating agent E1 and firmly adhere to the substrate. The coating layer formed by vitrification of the coating agent E1 had a thickness of 100 μm.
このコーティング層について、上記と同様に分析した組成を表１に合わせて示す。コーティング剤Ｅ１の組成と、これによるコーティング層の組成とを対比すると、コーティング層ではコーティング剤Ｅ１より二酸化ケイ素が増加している一方で、単体ケイ素が減少している。このことから、ガラス化させる加熱処理の際に、単体ケイ素の一部が酸化して二酸化ケイ素となっているが、ガラス化後も単体ケイ素が残存していることが分かる。 The composition of this coating layer analyzed in the same manner as above is shown in Table 1. Comparing the composition of the coating agent E1 with the composition of the coating layer thus formed, the coating layer contains more silicon dioxide than the coating agent E1, while the elemental silicon decreases. From this, it is understood that, during the heat treatment for vitrification, a part of the elemental silicon is oxidized to be silicon dioxide, but the elemental silicon remains after vitrification.
このような単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスのコーティング層で、アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体の表面が被覆された各試料について、放射率を測定した。放射率は、遠赤外線放射率測定装置（株式会社島津製作所製、ＩＲＴｒａｃｅｒ−１００）を使用し、ＪＩＳ Ｒ１８０１に則り、１００℃〜８００℃の温度で測定した。各試料について、積分波長範囲を２．５μｍ〜２５μｍとして計算した積分放射率を、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示す。図１（ａ）は基体がアルミナの場合であり、図１（ｂ）は基体がジルコニアの場合であり、図１（ｃ）は基体が炭化ケイ素の場合である。 The emissivity was measured for each sample in which the surface of the substrate, which was a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide, was coated with the coating layer of silicate glass containing such elemental silicon. The emissivity was measured at a temperature of 100 ° C to 800 ° C according to JIS R1801 using a far infrared emissivity measuring device (IRTracer-100 manufactured by Shimadzu Corporation). The integrated emissivity calculated for each sample in the integrated wavelength range of 2.5 μm to 25 μm is shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). 1A shows the case where the base is alumina, FIG. 1B shows the case where the base is zirconia, and FIG. 1C shows the case where the base is silicon carbide.
比較のために、同一の基体（アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体）のみからなり、コーティング層を有していない試料について、同様に測定した積分放射率を図１（ａ）〜図１（ｃ）に合わせて示す。 For comparison, a sample made of the same substrate (a substrate that is a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide) and having no coating layer has an integrated emissivity similarly measured as shown in FIG. It is shown together with a) to FIG.
図１（ａ）及び図１（ｂ）から明らかなように、基体がアルミナ、及び、ジルコニアの焼結体である場合は、コーティング剤Ｅ１でコーティング層を形成することにより、全温度範囲にわたり放射率が大きく増加している。これは、アルミナ、及び、ジルコニアの焼結体が白色であるため、濃色のコーティング層で被覆することにより放射率が高められる効果が、顕著にあらわれたものと考えられる。 As is clear from FIGS. 1 (a) and 1 (b), when the substrate is a sintered body of alumina and zirconia, by forming a coating layer with the coating agent E1, radiation is performed over the entire temperature range. The rate has increased significantly. It is considered that this is because the sintered body of alumina and zirconia is white, and therefore the effect of increasing the emissivity by coating with a dark-colored coating layer is conspicuous.
一方、図１（ｃ）に示すように、基体が炭化ケイ素の焼結体である場合は、１００℃〜４００℃の範囲では放射率が上昇しているが、その上昇の程度は、基体がアルミナやジルコニアである場合に比べて小さい。これは、本実施例で使用した炭化ケイ素焼結体がもともと濃色（深緑色）を呈しており、コーティング層の無い状態でアルミナやジルコニアに比べて高い放射率を有しているため、濃色のコーティング層によって放射率が高められる効果があらわれにくいと考えられた。また、基体が炭化ケイ素である場合は、５００℃でコーティング層の有無に関わらず同程度の放射率を示し、それより高い温度ではコーティング層を有する方が、コーティング層の無い試料より放射率が僅かに減少する傾向が見られた。しかしながら、実際に炭化ケイ素セラミックス焼結体が蓄熱体などとして使用される現場には、雰囲気の温度範囲が１００℃〜４００℃程度である現場も多いため、この温度範囲であっても炭化ケイ素セラミックス焼結体の放射率を高めることができる意義は高い。 On the other hand, as shown in FIG. 1 (c), when the substrate is a sintered body of silicon carbide, the emissivity is increased in the range of 100 ° C to 400 ° C. It is smaller than when it is alumina or zirconia. This is because the silicon carbide sintered body used in this example originally has a dark color (dark green) and has a higher emissivity than alumina or zirconia without a coating layer. It was considered that the effect of increasing the emissivity by the color coating layer is unlikely to appear. Further, when the substrate is silicon carbide, it exhibits the same emissivity at 500 ° C. regardless of the presence or absence of the coating layer. At higher temperatures, the emissivity is higher in the sample having the coating layer than in the sample having no coating layer. A slight decrease was observed. However, in many places where the silicon carbide ceramics sintered body is actually used as a heat storage body, the temperature range of the atmosphere is about 100 ° C. to 400 ° C. in many places. The significance of increasing the emissivity of the sintered body is high.
そして、表１に示した組成変化と放射率の測定結果とを考え合わせると、コーティング剤の固形分組成において単体ケイ素を少なくとも２２質量％含有させることにより、放射率を高めるために必要な単体ケイ素をコーティング層に残存させることができる。 Considering the composition changes shown in Table 1 and the emissivity measurement results, it is necessary to add at least 22 mass% of elemental silicon in the solid content composition of the coating agent to increase the emissivity. Can remain in the coating layer.
次に、コーティング層が放射率を高める作用に対するコバルト成分の影響について示す。上記のコーティング剤Ｅ１の固形分組成に対し、酸化コバルト（ＩＩＩ）を外掛けで１％添加し、コーティング剤Ｅ２とした。コーティング剤（加熱前）とコーティング層（ガラス化後）とで変化しない基準として、ケイ素原子（ＳｉＯ２のＳｉ、単体ＳｉのＳｉ、及び、ＳｉＣのＳｉの合計）を選択すると、コーティング剤Ｅ２によるコーティング層におけるコバルト成分の含有量は、酸化コバルト（ＩＩＩ）換算でケイ素原子１００重量部に対して２．２重量部である。 Next, the effect of the cobalt component on the action of the coating layer to increase the emissivity will be shown. Cobalt (III) oxide was externally added to the above-mentioned solid content composition of the coating agent E1 by 1% to obtain a coating agent E2. If a silicon atom (the total of Si of SiO 2 , Si of simple substance Si, and Si of SiC) is selected as a reference that does not change between the coating agent (before heating) and the coating layer (after vitrification), the coating agent E2 is used. The content of the cobalt component in the coating layer is 2.2 parts by weight in terms of cobalt (III) oxide based on 100 parts by weight of silicon atom.
一方、コーティング剤に添加するコバルト成分は、酸化コバルト（ＩＩＩ）以外のコバルト化合物であっても良い。そこで、コバルト原子で含有量を表すと、コーティング剤Ｅ２におけるコバルト成分の含有量は、ケイ素原子１００重量部に対してコバルト原子１．５重量部である。 On the other hand, the cobalt component added to the coating agent may be a cobalt compound other than cobalt (III) oxide. Therefore, when the content is expressed by cobalt atom, the content of the cobalt component in the coating agent E2 is 1.5 parts by weight of cobalt atom relative to 100 parts by weight of silicon atom.
更に、コーティング剤Ｅ１の固形分組成に対し、酸化コバルト（ＩＩＩ）を外掛けで２％添加し、コーティング剤Ｅ３とした。上記と同様に計算すると、コーティング剤Ｅ３によるコーティング層におけるコバルト成分の含有量は、酸化コバルト（ＩＩＩ）換算でケイ素原子１００重量部に対して４．４重量部である。また、コーティング剤Ｅ３におけるコバルト成分の含有量は、ケイ素原子１００重量部に対してコバルト原子３．１重量部である。 Further, 2% of cobalt (III) oxide was externally added to the solid content composition of the coating agent E1 to obtain a coating agent E3. When calculated in the same manner as above, the content of the cobalt component in the coating layer formed by the coating agent E3 is 4.4 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atom in terms of cobalt (III) oxide. Further, the content of the cobalt component in the coating agent E3 is 3.1 parts by weight of cobalt atom with respect to 100 parts by weight of silicon atom.
上記と同一の基体（アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体）それぞれに、上記と同じ厚さ（１００μｍ）でコーティング剤Ｅ２を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料、及び、同一の基体それぞれに、上記と同じ厚さ（１００μｍ）でコーティング剤Ｅ３を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料について、１００℃〜８００℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。その結果を、それぞれコバルト成分を含まないコーティング剤Ｅ１についての測定結果と合わせて、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す。図２（ａ）は基体がアルミナの場合であり、図２（ｂ）は基体がジルコニアの場合であり、図２（ｃ）は基体が炭化ケイ素の場合である。 Samples obtained by applying the coating agent E2 with the same thickness (100 μm) as described above to each of the same substrates (substrates that are a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide) and vitrifying them to form a coating layer, And, for the same substrate, the coating agent E3 having the same thickness (100 μm) as described above was applied, and the sample was vitrified to form a coating layer. In the temperature range of 100 ° C. to 800 ° C. The rate was measured. The results are shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c) together with the measurement results of the coating agent E1 containing no cobalt component. 2A shows the case where the base is alumina, FIG. 2B shows the case where the base is zirconia, and FIG. 2C shows the case where the base is silicon carbide.
図２（ａ）及び図２（ｃ）から明らかなように、基体がアルミナ、及び、炭化ケイ素である場合は、コバルト成分の含有量が少ないコーティング剤Ｅ２を使用した試料の放射率は、コバルト成分を含まないコーティング剤Ｅ１を使用した試料の放射率とほぼ等しい。これに対し、コバルト成分の含有量が多いコーティング剤Ｅ３を使用した試料の放射率は大きく低下し、コーティング層を有していない場合（図１（ａ），（ｃ）参照）の放射率と同程度となっている。 As is clear from FIGS. 2 (a) and 2 (c), when the substrate is alumina and silicon carbide, the emissivity of the sample using the coating agent E2 having a small content of cobalt component is cobalt. It is almost equal to the emissivity of the sample using the coating agent E1 containing no component. On the other hand, the emissivity of the sample using the coating agent E3 containing a large amount of cobalt component is greatly reduced, and the emissivity of the sample having no coating layer (see FIGS. 1 (a) and 1 (c)) is It is about the same.
一方、図２（ｂ）に示すように、基体がジルコニアの場合は、コバルト成分の含有量が少ないコーティング剤Ｅ２を使用した試料の放射率は、コバルト成分を含まないコーティング剤Ｅ１を使用した試料より放射率が低下しているものの、コーティング層を有していない場合（図１（ｂ）参照）より高い放射率を示している。これに対し、コバルト成分の含有量が多いコーティング剤Ｅ３を使用した試料の放射率は、大きく低下している。 On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the case where the substrate is zirconia, the emissivity of the sample using the coating agent E2 containing a small amount of cobalt component is the same as the sample using the coating agent E1 containing no cobalt component. Although the emissivity is lower, the emissivity is higher than that without the coating layer (see FIG. 1B). On the other hand, the emissivity of the sample using the coating agent E3 containing a large amount of cobalt component is greatly reduced.
以上の結果から、無機焼結体の放射率を高める作用のためには、コーティング剤及びそれから形成されるコーティング層は、コバルト成分を含有しないことが望ましい。また、コバルト成分を含有する場合であっても、コーティング剤におけるコバルト成分の含有量としては、ケイ素原子１００重量部に対しコバルト原子１．５重量部以下に抑え、コーティング層におけるコバルト成分の含有量としては、ケイ素原子１００重量部に対し酸化コバルト（ＩＩＩ）換算で２．２重量部以下に抑えることが望ましい。 From the above results, it is desirable that the coating agent and the coating layer formed from the coating agent do not contain a cobalt component in order to increase the emissivity of the inorganic sintered body. Further, even when the cobalt component is contained, the content of the cobalt component in the coating agent is suppressed to 1.5 parts by weight or less of cobalt atom with respect to 100 parts by weight of silicon atom, and the content of the cobalt component in the coating layer. As the above, it is desirable to suppress the amount to 2.2 parts by weight or less in terms of cobalt (III) oxide with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.
次に、コーティング層が放射率を高める作用に対する酸化アルミニウの影響について示す。上記のコーティング剤Ｅ１は、固形分組成において１０．５重量％の酸化アルミニウムを含有している。これを、コーティング剤Ｅ１から形成されるコーティング層における酸化アルミニウムの含有量に換算すると、ケイ素原子１００重量部に対して２３重量部である。なお、コーティング剤に含有させるアルミニウム成分は、酸化物でなくとも他のアルミニウム化合物でも良いため、アルミニウム原子で含有量を表すと、コーティング剤Ｅ１におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子１００重量部に対してアルミニウム原子１２重量部である。 Next, the effect of aluminum oxide on the action of the coating layer to increase the emissivity will be shown. The coating agent E1 contains 10.5% by weight of aluminum oxide in the solid content composition. Converting this to the content of aluminum oxide in the coating layer formed from the coating agent E1, it is 23 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon atoms. Since the aluminum component contained in the coating agent may be other aluminum compound instead of being an oxide, the content of the aluminum component in the coating agent E1 is 100 parts by weight of silicon atom. On the other hand, it is 12 parts by weight of aluminum atom.
これに対し、コーティング剤Ｅ１の固形分組成に対し、酸化アルミニウムを外掛けで１％添加し、コーティング剤Ｅ４とした。上記と同様に計算すると、コーティング剤Ｅ４から形成されるコーティング層における酸化アルミニウムの含有量は、ケイ素原子１００重量部に対して２５重量部である。また、コーティング剤Ｅ４におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子１００重量部に対してアルミニウム原子１３重量部である。 On the other hand, aluminum oxide was added 1% to the solid content composition of the coating agent E1 to give a coating agent E4. When calculated in the same manner as above, the content of aluminum oxide in the coating layer formed from the coating agent E4 is 25 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atoms. The content of the aluminum component in the coating agent E4 is 13 parts by weight of aluminum atom with respect to 100 parts by weight of silicon atom.
上記と同一の基体（アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体）それぞれに、上記と同じ厚さ（１００μｍ）でコーティング剤Ｅ４を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料について、１００℃〜８００℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。その結果を、コーティング剤Ｅ１を使用した試料についての測定結果と合わせて、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。図３（ａ）は基体がアルミナの場合であり、図３（ｂ）は基体がジルコニアの場合であり、図３（ｃ）は基体が炭化ケイ素の場合である。 Samples obtained by applying the coating agent E4 with the same thickness (100 μm) as described above to each of the same substrates (a substrate that is a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide) and vitrifying it as a coating layer In the temperature range of 100 ° C. to 800 ° C., the integrated emissivity was measured in the same manner as above. The results are shown in FIGS. 3A to 3C together with the measurement results of the sample using the coating agent E1. FIG. 3A shows the case where the base is alumina, FIG. 3B shows the case where the base is zirconia, and FIG. 3C shows the case where the base is silicon carbide.
図３（ｃ）に示すように、基体が炭化ケイ素である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると放射率が低下しており、その放射率はコーティング層を有していない場合（図１（ｃ）参照）より小さい。これに対し、図３（ｂ）に示すように、基体がジルコニアである場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると放射率が低下しているものの、その放射率はコーティング層を有していない場合（図１（ｂ）参照）より大きい。また、図３（ａ）に示すように、基体がアルミナである場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると、放射率が更に増加している。 As shown in FIG. 3 (c), when the substrate is silicon carbide, the emissivity decreases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases, and the emissivity does not include the coating layer. (See FIG. 1 (c)). On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), when the substrate is zirconia, the emissivity decreases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases, but the emissivity of the base layer is lower than that of the coating layer. It is larger than that when not performed (see FIG. 1B). Further, as shown in FIG. 3A, when the substrate is alumina, the emissivity further increases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases.
以上のことから、基体がアルミナ、またはジルコニアの焼結体である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が、少なくともケイ素原子１００重量部に対して２３重量部〜２５重量部の範囲であれば、コーティング層によって無機焼結体の放射率が高められる効果が得られることが確認された。また、そのようなコーティング層を形成するためのコーティング剤におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子１００重量部に対してアルミニウム原子１２重量部〜１３重量部の範囲であった。 From the above, when the base is a sintered body of alumina or zirconia, the content of aluminum oxide in the coating layer should be at least 23 parts by weight to 25 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon atoms. For example, it was confirmed that the coating layer has an effect of increasing the emissivity of the inorganic sintered body. Further, the content of the aluminum component in the coating agent for forming such a coating layer was in the range of 12 to 13 parts by weight of aluminum atom relative to 100 parts by weight of silicon atom.
次に、放射率を高める作用に対するコーティング層の厚さの影響を示す。上記と同一の炭化ケイ素の焼結体の基体に、コーティング剤Ｅ１を異なる厚さで塗布し、ガラス化してコーティング層とした。コーティング層の厚さが１０μｍ、３０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、及び、４００μｍと相違する試料について、それぞれ１００℃〜８００℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。測定結果のうち、４００℃の場合を図４（ａ）に、６００℃の場合を図４（ｂ）に、８００℃の場合を図４（ｃ）に示す。 Next, the influence of the thickness of the coating layer on the effect of increasing the emissivity is shown. The coating agent E1 was applied to the same substrate of the same sintered body of silicon carbide as described above in different thicknesses, and vitrified to form a coating layer. The integrated emissivity was measured in the same manner as above in the temperature range of 100 ° C. to 800 ° C. for each of the samples having different coating layer thicknesses of 10 μm, 30 μm, 100 μm, 300 μm, and 400 μm. Of the measurement results, the case of 400 ° C. is shown in FIG. 4A, the case of 600 ° C. is shown in FIG. 4B, and the case of 800 ° C. is shown in FIG. 4C.
図４（ａ）〜図４（ｃ）から明らかなように、何れの温度においても、コーティング層の厚さが１０μｍ〜３００μｍの範囲では放射率はほぼ一定であったが、４００μｍでは放射率は大きく低下した。図示を省略した他の温度でも、この傾向は同様であった。以上のことから、コーティング層によって無機焼結体の放射率が高められる効果を得るためには、コーティング層の厚さを少なくとも１０μｍ〜３００μｍとすることが望ましいと考えられた。 As is clear from FIGS. 4A to 4C, at any temperature, the emissivity was almost constant in the range of the coating layer thickness of 10 μm to 300 μm, but the emissivity was 400 μm. It dropped significantly. This tendency was the same at other temperatures not shown. From the above, in order to obtain the effect of increasing the emissivity of the inorganic sintered body by the coating layer, it was considered desirable that the thickness of the coating layer be at least 10 μm to 300 μm.
また、基体が炭化ケイ素など非酸化物セラミックスの焼結体である場合は、酸素が存在する高温の雰囲気下で使用すると酸化してしまうという問題があるところ、ケイ酸系ガラスのコーティング層によって、酸化が抑制されると考えられる。これは、基体の表面を高い密着性で気密に被覆しているケイ酸系ガラスの層により、基体と酸素との接触が妨げられるためである。 When the substrate is a sintered body of non-oxide ceramics such as silicon carbide, there is a problem that it will be oxidized when used in a high-temperature atmosphere in which oxygen exists. It is thought that oxidation is suppressed. This is because the layer of silicate glass that covers the surface of the substrate with high adhesion and airtightness prevents contact between the substrate and oxygen.
そこで、炭化ケイ素の焼結体を基体とし、コーティング剤Ｅ１によるコーティング層の厚さを異ならせた上記の試料について、空気雰囲気下での加熱に伴う基体の酸化の度合いを評価する酸化試験を行った。炭化ケイ素の分子量は４０であり、二酸化ケイ素の分子量は６０であるため、１モルの炭化ケイ素が酸化して１モルの二酸化ケイ素となると質量は２０ｇ増加する。酸化試験は、このことを利用し、空気雰囲気下での加熱処理の前後での質量変化によって、酸化の度合いを評価するものである。 Therefore, an oxidation test for evaluating the degree of oxidation of the substrate due to heating in an air atmosphere was conducted on the above-mentioned samples in which a sintered body of silicon carbide was used as the substrate and the coating layers with the coating agent E1 had different thicknesses. It was Since the molecular weight of silicon carbide is 40 and the molecular weight of silicon dioxide is 60, the mass increases by 20 g when 1 mol of silicon carbide is oxidized to 1 mol of silicon dioxide. The oxidation test utilizes this fact and evaluates the degree of oxidation by the change in mass before and after the heat treatment in the air atmosphere.
酸化試験は、温度１３００℃まで所定速度で昇温し、その温度にて５０時間保持した後、室温まで降温するという操作を１回として、この操作を６回繰り返して加熱時間を計３００時間とすることにより行った。酸化試験の開始前の質量（初期質量）を基準とし、酸化試験後の質量の増加率が１％以下であった場合に耐酸化性を有すると評価し、質量の増加率が１％を超えた場合に耐酸化性に劣ると評価した。また、比較のために、コーティング層を有していない試料（炭化ケイ素焼結体の基体のみ）についても、同様の酸化試験を行った。 In the oxidation test, the operation of raising the temperature to 1300 ° C. at a predetermined rate, maintaining the temperature for 50 hours, and then lowering the temperature to room temperature was performed once, and this operation was repeated 6 times for a total heating time of 300 hours. It was done by doing. Based on the mass before the start of the oxidation test (initial mass), when the mass increase rate after the oxidation test was 1% or less, it was evaluated as having oxidation resistance, and the mass increase rate exceeded 1%. It was evaluated as inferior in oxidation resistance. For comparison, a similar oxidation test was performed on a sample having no coating layer (only a silicon carbide sintered body substrate).
その結果、コーティング層の厚さが３０μｍ〜４００μｍの試料は耐酸化性を有していたのに対し、コーティング層の厚さが１０μｍの試料、及び、コーティング層を有していない試料は、耐酸化性に劣るものであった。この結果から、コーティング層によって基体の炭化ケイ素の酸化を抑制することが可能であるが、コーティング層の厚さが１０μｍであると、酸化を抑制する作用を発揮するためにはコーティング層の厚さが小さ過ぎると考えられた。 As a result, the samples having a coating layer thickness of 30 μm to 400 μm had oxidation resistance, whereas the samples having a coating layer thickness of 10 μm and samples having no coating layer had acid resistance. It was inferior in chemical conversion. From this result, it is possible to suppress the oxidation of the silicon carbide of the substrate by the coating layer. However, if the thickness of the coating layer is 10 μm, the thickness of the coating layer is required to exhibit the effect of suppressing the oxidation. Was considered too small.
以上のことから、炭化ケイ素の焼結体を基体とする無機焼結体の場合、コーティング層によって放射率が高められる効果を得ると共に、コーティング層によって基体の酸化が抑制される効果を得るためには、コーティング層の厚さを少なくとも３０μｍ〜３００μｍの範囲とすることが望ましいことが確認された。 From the above, in the case of an inorganic sintered body using a sintered body of silicon carbide as a base, in order to obtain the effect of increasing the emissivity by the coating layer and the effect of suppressing the oxidation of the base by the coating layer. It was confirmed that it is desirable to set the thickness of the coating layer in the range of at least 30 μm to 300 μm.
また、コーティング層には、放射率を高める作用のために単体ケイ素を含有させているが、コーティング層が単体ケイ素を含有していることは、基体の炭化ケイ素の酸化を抑制する点でも有利である。すなわち、炭化ケイ素の焼結体を基体とする無機焼結体が、コーティング層に単体ケイ素を含有していると、高温の雰囲気で無機焼結体が使用される際に、基体の炭化ケイ素に先んじて表面のコーティング層に存在する単体ケイ素が酸化する。これにより、無機焼結体の表面に近い雰囲気中の酸素が消費されるため、基体の炭化ケイ素の酸化が抑制される。 Further, although the coating layer contains elemental silicon for the purpose of increasing the emissivity, the fact that the coating layer contains elemental silicon is advantageous from the viewpoint of suppressing the oxidation of silicon carbide of the substrate. is there. That is, when an inorganic sintered body having a silicon carbide sintered body as a base material contains elemental silicon in the coating layer, when the inorganic sintered body is used in a high temperature atmosphere, the silicon carbide of the base material is not changed. Prior to this, the elemental silicon present in the surface coating layer is oxidized. As a result, oxygen in the atmosphere close to the surface of the inorganic sintered body is consumed, so that the oxidation of silicon carbide of the substrate is suppressed.
なお、本実施例のコーティング剤は炭化ケイ素を含有しており、この炭化ケイ素はガラス化した後のコーティング層にもそのまま残存している。コーティング層に含有されている炭化ケイ素も、上記の単体ケイ素と同様に基体の炭化ケイ素に先んじて酸化するため、これによっても基体の炭化ケイ素の酸化が抑制される。 The coating agent of this example contains silicon carbide, and this silicon carbide remains as it is in the coating layer after vitrification. Since the silicon carbide contained in the coating layer also oxidizes prior to the silicon carbide of the base, like the above-mentioned elemental silicon, this also suppresses the oxidation of the silicon carbide of the base.
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements are made within the scope not departing from the gist of the present invention as shown below. And the design can be changed.
例えば、本発明の適用に当たり、基体の形状は特に限定されないため、中実の球体とすることも、単一の方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体とすることも、その他の立体形状とすることもできる。基体がどのような形状であっても、高放射率コーティング層で表面を被覆することにより、かかるコーティング層を有していない場合に比べて放射率を高めることができる。 For example, in applying the present invention, since the shape of the substrate is not particularly limited, it may be a solid sphere, or a honeycomb structure including a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single direction and arranged in a row. It is also possible to make it and other solid shapes. Regardless of the shape of the substrate, the emissivity can be increased by coating the surface with the high emissivity coating layer as compared with the case without such a coating layer.
また、上記では、基体がセラミックス焼結体である実施例を記載したが、セラミックス焼結体と共通する原料から作製され、同様に焼結体である耐火レンガについても、同様に単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層で表面を被覆することにより、放射率を高めることができる。 Further, in the above, the example in which the base body is a ceramics sintered body is described, but a refractory brick made of a material common to the ceramics sintered body and similarly a sintered body also contains elemental silicon. The emissivity can be increased by coating the surface with a layer of silicic acid based glass.
Claims (5)
前記高放射率コーティング層は、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層であり、
前記高放射率コーティング層を備えていないことのみで相違する無機焼結体より、放射率が高い
ことを特徴とする無機焼結体。 An inorganic sintered body comprising a ceramics sintered body or a refractory brick substrate, and a high emissivity coating layer coating the surface of the substrate,
The high emissivity coating layer is a layer of silicate glass containing elemental silicon,
An inorganic sintered body characterized by having a higher emissivity than an inorganic sintered body which is different only in that the high emissivity coating layer is not provided.
コバルト成分を含まない、または、コバルト成分の含有量が酸化コバルト（ＩＩＩ）換算でケイ素原子１００重量部に対して２．２重量部以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の無機焼結体。 The high emissivity coating layer,
The inorganic calcination according to claim 1, wherein the inorganic component does not contain a cobalt component, or the content of the cobalt component is 2.2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of silicon atom in terms of cobalt (III) oxide. Union.
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無機焼結体。 The inorganic sintered body according to claim 1 or 2, wherein the high emissivity coating layer has a thickness of 10 µm to 300 µm.
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の無機焼結体。 The inorganic sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is an oxide ceramics sintered body.
前記高放射率コーティング層は、ケイ素原子１００重量部に対して２３重量部〜２５重量部の酸化アルミニウムを含有する
ことを特徴とする請求項４に記載の無機焼結体。 The substrate is an alumina ceramics sintered body or a zirconia ceramics sintered body,
The inorganic sintered body according to claim 4, wherein the high emissivity coating layer contains 23 parts by weight to 25 parts by weight of aluminum oxide with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018205176A JP2020070208A (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Inorganic sintered compact |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018205176A JP2020070208A (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Inorganic sintered compact |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020070208A true JP2020070208A (en) | 2020-05-07 |
Family
ID=70546956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018205176A Pending JP2020070208A (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Inorganic sintered compact |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020070208A (en) |
-
2018
- 2018-10-31 JP JP2018205176A patent/JP2020070208A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2496745C2 (en) | Sintered silicon carbide-based refractory material with silicon nitride as binder | |
| CN101213328B (en) | Crucible for the crystallization of silicon and its preparation method | |
| JP2019137605A (en) | Heat proof clay raw material and heat proof ceramic | |
| CN109689595B (en) | Roller for a roller furnace having at least one coating on the surface | |
| JP5110540B2 (en) | FeO resistant coating material | |
| CN103232216B (en) | Inner coating for improving glazing property of turned carbon-containing fireproof material and coating method thereof | |
| JP4571588B2 (en) | Silicon carbide ceramic member having an oxide layer | |
| JP2011526878A5 (en) | ||
| US7452606B2 (en) | Silicon carbide ceramic components having oxide layer | |
| JP6667597B1 (en) | Method for producing coating agent and coating agent | |
| JP2020070208A (en) | Inorganic sintered compact | |
| JP2003095757A (en) | Thermal insulation coating material for carbon- containing refractory | |
| US20040219315A1 (en) | Silicon carbide ceramic components having oxide layer | |
| WO1998046539A1 (en) | High-radiation glass base covering material, high-radiation glass film, and process for the production of high-radiation glass film | |
| JP2000351679A (en) | Production of silicon carbide-based porous form and the resultant silicon carbide-based porous form | |
| JP2572630B2 (en) | Thermocouple protection tube and its manufacturing method | |
| JP3597641B2 (en) | Refractories for metal refining and casting | |
| JP3815877B2 (en) | Kiln and refractory | |
| US20040035327A1 (en) | Insulation material and method for coating nozzles, pouring spouts, pouring-stream protective tubes and similar tools for casting or converting melts | |
| JP6786078B2 (en) | Outer tube of double-layer protective tube for thermocouple protection and industrial furnace | |
| JP2004292704A (en) | Silica brick for coke furnace and method for producing the same | |
| JP2508511B2 (en) | Alumina composite | |
| JP2017523122A (en) | Method for producing refractory material for introduction into superstructure of glass melting tank and method for improving spectral radiation intensity of refractory molded body | |
| BR112019000937B1 (en) | LAMINATOR FOR A LAMINATOR FURNACE WITH A LAMINATOR BASE BODY AND A COATING ON THE SURFACE AND METHOD FOR PRODUCING A LAMINATOR | |
| JP3799630B2 (en) | Non-ferrous metal dip tube |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181031 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190903 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200317 |