JPH09183658A

JPH09183658A - 炭化ケイ素質耐火物

Info

Publication number: JPH09183658A
Application number: JP7351326A
Authority: JP
Inventors: Taiji Okiyama; 泰治沖山; Masatoshi Osaki; 正敏大崎; Shigeki Niwa; 茂樹丹羽; Yutaka Okada; 裕岡田; Toshiyuki Suzuki; 利幸鈴木
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化ケイ素質耐火物の優れた特徴である高強
度と高熱伝導性とを生かしながら、焼成条件に多少のば
らつきがあっても初期割れがなく、十分な耐スポーリン
グ性が得られ、厳しい使用条件で長期間使用可能な炭化
ケイ素質耐火物及び炭化ケイ素質熱処理用道具材を提供
する。【解決手段】炭化ケイ素５０〜９０重量％、コージラ
イト５〜３０重量％、粘土鉱物とアンダルサイト５〜２
０重量％から構成されることを特徴とする炭化ケイ素質
耐火物。炭化ケイ素５０〜９０重量％、コージライト５
〜３０重量％、粘土鉱物とアンダルサイト５〜２０重量
％から構成されることを特徴とする炭化ケイ素質熱処理
用道具材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭化ケイ素質耐火物
及び炭化ケイ素質熱処理用道具材に関し、特に耐スポー
リング性の向上に重点をおいた炭化ケイ素質耐火物及び
熱処理用道具材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化ケイ素質耐火物は高強度で熱伝導率
が大きいと云う特徴を有し、フェライト焼成用あるいは
コンデンサ外部電極焼き付け用の棚板・台板・厘針等の
焼成用道具材として広範に利用されている。

【０００３】これらの道具材は、炭化ケイ素質耐火物の
特徴を生かし、耐ベンド性に優れ、省エネ効果も大きい
利点を有している。

【０００４】また、炭化ケイ素質耐火物は、一般に、耐
スポーリング性にも優れていると言われている。

【０００５】しかし、実際には、炭化ケイ素質道具材を
大気・酸化雰囲気中で繰り返し使用した場合に、割れや
クラックが生じることがあった。また、使用初期段階
に、割れが発生する所謂初期割れが見られることもあっ
た。

【０００６】初期割れは、焼成条件のばらつきが原因で
生じるものと考えられている。一方、酸化雰囲気中での
使用による割れは、ＳｉＯ₂等の酸化物被膜の生成に起
因すると考えられている。

【０００７】初期割れを防止するには、焼成条件を厳格
に制御すれば良いが、これには技術的な制約もあり、ま
たコスト高にも繋がり易い。

【０００８】一方、酸化物被膜の生成を防止するために
は、耐火物中にＶ₂Ｏ₅等の酸化防止剤を含有させる方
法がある。しかし、Ｖ₂Ｏ₅等の酸化防止剤は、かなり
高価である。

【０００９】また、特開平３−３５２５６号公報は、炭
化ケイ素、アルミナ、ムライト、アンダルサイトから成
る耐火物を開示している。この耐火物は、アンダルサイ
ト粒子に特徴的な多孔構造を利用して、耐火物内部の応
力緩和特性を改善することによって、耐熱衝撃性を向上
させたものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−３５２５６号公報の耐火物も十分な耐スポーリング
性を有しておらず、焼成条件によっては、割れ・クラッ
クやその他の破損が生じる恐れがあった。

【００１１】すなわち、特開平３−３５２５６号公報の
耐火物も、厳しい使用条件では十分に満足できる耐用寿
命を得ることはできなかったのである。

【００１２】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、炭化ケイ素質耐火物の優れた特徴である高強度と
高熱伝導性とを生かしながら、焼成条件に多少のばらつ
きがあっても初期割れがなく、十分な耐スポーリング性
が得られ、厳しい使用条件で長期間使用可能な炭化ケイ
素質耐火物を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願第１発明は、炭化ケ
イ素５０〜９０重量％、コージライト５〜３０重量％、
粘土鉱物とアンダルサイト５〜２０重量％から構成され
ることを特徴とする炭化ケイ素質耐火物を要旨としてい
る。

【００１４】本願第２発明は、炭化ケイ素５０〜９０重
量％、コージライト５〜３０重量％、粘土鉱物とアンダ
ルサイト５〜２０重量％から構成されることを特徴とす
る炭化ケイ素質熱処理用道具材を要旨としている。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１６】本発明の炭化ケイ素質耐火物は、炭化ケイ
素５０〜９０重量％、コージライト５〜３０重量％、粘
土鉱物とアンダルサイト５〜２０重量％から構成され、
フェライト焼成用あるいはコンデンサ外部電極焼き付け
用の棚板・台板・厘針等の熱処理（焼成）用道具材とし
て最適である。

【００１７】コージライトは２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・
５ＳｉＯ₂であり、コーディエライトと表記することも
ある。コージライトは熱膨脹係数が小さく、耐熱衝撃性
に優れている。

【００１８】アンダルサイトはＡｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂
であり、アンダリュサイトやアンダルーサイトとも表記
される。アンダルサイトはシリマナイト、カオリナイト
と同質異像である。

【００１９】さて、炭化ケイ素及びコージライトの１０
００℃での熱膨張率は、それぞれ約０．４５％及び約
０．２％である。従って、炭化ケイ素及びコージライト
の熱膨脹率は両方とも比較的小さいと云えるが、両者の
間には比較的大きな差があると認められる。

【００２０】このため、本発明の炭化ケイ素質耐火物組
織内には、炭化ケイ素とコージライトの熱膨張率差に起
因する極めて微細な多数の空隙が形成される。

【００２１】微細空隙は、加熱・冷却に伴う膨脹・収縮
で耐火物内部に生じた熱応力を開放する作用を有してい
る。すなわち、微細空隙によって熱応力を低減し、熱応
力が耐火物組織の限界を超えることによって発生する熱
的スポーリングを、ある程度防止することができる。

【００２２】このように、本発明の炭化ケイ素質耐火物
では、耐火物内部に生じた熱応力を多数の微細空隙によ
って開放することによって、優れた耐熱スポーリング性
を得ることができる。従って、大きな熱衝撃を受けた場
合にも、組織全体の破壊を未然に防止できる。

【００２３】さらに、本発明では、粘土鉱物とアンダル
サイトを５〜２０重量％加える構成になっている。アン
ダルサイト粒子は多孔構造を特徴としており、アンダル
サイトの添加によっても耐火物組織内に微細空隙が形成
される。

【００２４】このため、耐火物組織内には、より多数の
微細空隙が形成されることになる。従って、熱応力の開
放をさらに効果的に行うことができ、耐スポーリング性
を格段に向上できる。

【００２５】また、前述したように、炭化ケイ素及びコ
ージライトは共に熱膨張率が小さいので、熱膨張・熱収
縮で発生する応力も小さい。この点も、耐スポーリング
性の向上に役立っている。

【００２６】コージライトの添加量を５〜３０重量％に
限定した理由を述べる。コージライトの添加量が５重量
％未満の場合には、低熱膨張率であるコージライトの添
加によって耐スポーリング性を高めると云う効果が十分
に得られない。

【００２７】反対に、コージライトの添加量が３０重量
％を超える場合には、炭化ケイ素の比率が相対的に小さ
くなり、高強度、高熱伝導率、成形性等の炭化ケイ素質
耐火物の特徴が得られなくなる。

【００２８】このような観点から、コージライトのさら
に好ましい添加量は、１０〜２０重量％である。

【００２９】コージライトの粒度は、０．３〜３ｍｍの
範囲に調整するのが望ましい。さらに好ましくは、１〜
３ｍｍとする。粒度をこのように限定したのは、次の理
由からである。

【００３０】一般に、コージライトは１４５０℃前後の
温度から液相を生成し始めることが知られているが、特
に微粉部は粗粒よりも液相を生成し易い性質を有してい
る。このため、粒度が０．３ｍｍ未満の場合には１４５
０℃以下の低温域でも液相を生成し、耐火物自体及び被
焼成物に悪影響が生じる恐れがある。

【００３１】一方、粒度が３ｍｍを超える場合には、コ
ージライトに含まれる不純物（酸化鉄）の影響で、焼成
後に鉄斑点が目立つようになる恐れがある。

【００３２】粘土鉱物とアンダルサイトの添加量を５〜
２０重量％に限定したのは、粘土鉱物によって適度の成
形性を確保し、アンダルサイトによって耐スポーリング
性をさらに向上するためである。粘土鉱物とアンダルサ
イトの添加量が２０重量％を超える場合には、相対的に
炭化ケイ素の比率が低下し、炭化ケイ素質耐火物の前記
特徴が損なわれる恐れが大となる。

【００３３】粘土鉱物とアンダルサイトのさらに好まし
い添加量は、１０〜１５重量％である。

【００３４】前記５〜２０ｗｔ％の添加量のうち、粘土
鉱物とアンダルサイトの配合比は、６：１〜１：１とす
ることが好ましい。

【００３５】粘土鉱物の粒度は、１μｍ〜０．２ｍｍと
することが望ましい。その理由は、０．２ｍｍを超す場
合、成形性が悪くなり、１μｍ未満の場合、焼結が進
み、耐スポーリング性が損われる恐れがあるためであ
る。また、アンダルサイトの粒度は０．０１〜２ｍｍと
することが望ましい。その理由は、２ｍｍを超す場合、
アンダルサイトに含まれる不純物（酸化鉄）の影響で、
焼結後に鉄斑点が目立つようになり、１０μｍ未満の場
合、焼結が進み、耐スポーリング性が損われる恐れがあ
るためである。

【００３６】粘土鉱物としては、カオリナイト、パーミ
キュライト、モンモリロナイト等を用いることができ
る。

【００３７】炭化ケイ素の配合比率を５０〜９０重量％
としたのは、５０重量％未満では炭化ケイ素の特徴であ
る高強度、高熱伝導率等の特性が不十分となる恐れがあ
るからである。また炭化ケイ素が９０重量％を超える
と、コージライト及びアンダルサイトの添加量が不十分
となり、耐スポーリング性を充分に向上することができ
なくなる。

【００３８】炭化ケイ素粒子の望ましい粒度は、４〜
０．０１ｍｍである。炭化ケイ素の粒度をこのように限
定する理由は、４ｍｍを超す場合、道具材の強度が低く
なり、１０μｍ未満の場合は、焼成温度が１３００℃以
下でも、ＳｉＯ₂の生成が進行し、耐スポーリング性が
損われる恐れがあるためである。

【００３９】熱伝導率に関して述べると、耐スポーリン
グ性や省エネ効果等の観点から、炭化ケイ素質耐火物の
熱伝導率は３Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃以上が好ましく、さ
らに好ましくは６Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃以上とする。

【００４０】強度に関して述べると、炭化ケイ素質耐火
物の曲げ強さは５ＭＰａ以上であることが好ましく、さ
らに好ましくは７ＭＰａ以上とする。

【００４１】各原料を前記範囲で適宜配合することによ
って、このような熱伝導率と曲げ強さを得ることができ
る。

【００４２】実施例１〜４と比較例５〜９次に、実施例１〜４と比較例５〜９について述べる。

【００４３】表１に示す比率で炭化ケイ素（ＳｉＣ）、
コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５Ｓｉ
Ｏ₂）、粘土鉱物（カオソナイト）Ａｌ₂ＳｉＯ₂（Ｏ
Ｈ）₄＋アンダルサイト（Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）を
配合し、通常の方法で炭化ケイ素質耐火物を製造した。
炭化ケイ素の粒度は３ｍｍ〜１０μｍであった。コージ
ライトの粒度は２．５〜０．５ｍｍであった。粘土鉱物
とアンダルサイトの粒度はそれぞれ０．２〜０．００１
ｍｍ、２〜０．０１ｍｍであった。

【００４４】耐火物の製造過程において、焼成用道具材
の製造を試み、その際の成形性を評価した。また、製造
した耐火物の熱伝導率を測定し、次に、これらの耐火物
を用いて、スポーリングテスト、曲げ強さテスト、実炉
耐用テストを行った。

【００４５】スポーリングテストは、３２０ｍｍ角×１
０ｍｍ厚の試料の上に、１３５ｍｍ角×１５ｍｍ厚のジ
ルコニア（重量１Ｋｇ）を載せて、トンネル式電気炉内
で設定温度に２０分間保持し、しかる後に室温まで急冷
した後のクラック発生を観察したものである。設定温度
は、５００℃から５０℃毎に上昇させた。表１には、ク
ラックの発生温度を示した。

【００４６】実炉耐用テストは、コンデンサ外部電極焼
き付け用炉を用いて行った。前記試料を各２０枚づつ投
入し、一通炉３回以内で割れが生じた割合を示し、期間
は２０枚の平均値を示した。また、初期割れの割合も調
べた。

【００４７】表１から明らかなように、実施例１〜４で
は全項目で概ね良好な結果が得られたが、比較例５〜９
では何らかの望ましくない結果が見られた。

【００４８】なお、熱伝導率のＫｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
は、×１．１６Ｗ／ｍ・Ｋによって換算できる。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】本発明の炭化ケイ素質耐火物及び炭化ケ
イ素質熱処理用道具材は、炭化ケイ素５０〜９０重量
％、コージライト５〜３０重量％、粘土鉱物とアンダル
サイト５〜２０重量％から構成されることを特徴として
いるので、炭化ケイ素質耐火物の優れた特徴である高強
度と高熱伝導性とを生かしながら、焼成条件に多少のば
らつきがあっても初期割れが無く、十分な耐スポーリン
グ性を得ることができ、厳しい使用条件で長期間使用す
ることが可能である。

【００５１】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、本発明の耐火物は、熱処理用道具材以外の
耐火物用途に用いることも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田裕愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者鈴木利幸愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化ケイ素５０〜９０重量％、コージラ
イト５〜３０重量％、粘土鉱物とアンダルサイト５〜２
０重量％から構成されることを特徴とする炭化ケイ素質
耐火物。
【請求項２】コージライトの粒度が０．３〜３ｍｍで
あることを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素質耐火
物。
【請求項３】熱伝導率が３Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃以
上、曲げ強さが５ＭＰａ以上であることを特徴とする請
求項１記載の炭化ケイ素質耐火物。
【請求項４】炭化ケイ素５０〜９０重量％、コージラ
イト５〜３０重量％、粘土鉱物とアンダルサイト５〜２
０重量％から構成されることを特徴とする炭化ケイ素質
熱処理用道具材。