KR20210091164A - 소성용 세터 - Google Patents

Abstract

소성용 세터는, 세라믹스제이며, 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 평판부와, 평판부 사이를 접속하고 있고, 평판부 사이에서 한 방향으로 신장되는 복수의 구획으로 분할되어 있는 코러게이트부를 구비하고 있다. 이 소성용 세터는, 평판부 및 코러게이트부를 구성하고 있는 골격의 개기공률이 5% 미만이다.

Description

소성용 세터

본 출원은, 2020년 1월 6일에 출원된 일본국 특허 출원 제2020-000553호에 기초한 우선권을 주장한다. 그 출원의 모든 내용은, 이 명세서 안에 참조에 의해 원용되고 있다. 본 명세서는, 소성용 세터에 관한 기술을 개시한다.

국제 공개 WO2018/047784호(이하, 특허문헌 1이라 칭함)에, 허니컴 구조(트러스 구조)를 갖는 소성용 세터가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 소성용 세터는, 표면층(피소성물을 배치하는 배치면)의 두께를 50~2000 ㎛로 하여, 배치면의 강도를 확보하고 있다. 또한, 표면층과 이면층 사이의 중간층을 허니컴 구조로 하여, 열용량을 저감하고 있다.

특허문헌 1의 소성용 세터는, 트러스 구조를 채용하고 표면층의 두께를 확보함으로써, 피소성물을 배치하거나 꺼내거나 하는 등, 통상의 사용 상태에 있어서는 충분히 강도를 발휘한다. 그러나, 소성용 세터 자체를 낙하시켜 버린 경우 등, 소성용 세터에 국소적인 충격이 가해진 경우에, 예컨대 중간층을 구성하고 있는 골격이 파손되는 일이 일어날 수 있다. 골격의 일부가 파손되면, 소성용 세터의 내구성(수명)이 저하된다. 본 명세서는, 내구성이 높은 소성용 세터를 실현하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서에서 개시하는 소성용 세터는, 세라믹스제이며, 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 평판부와, 평판부 사이를 접속하고 있고, 평판부 사이에서 한 방향으로 신장되는 복수의 구획으로 분할되어 있는 코러게이트부를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 평판부 및 코러게이트부를 구성하고 있는 골격의 개기공률이 5% 미만이어도 좋다.

도 1은 제1 실시예의 소성용 세터의 사시도를 나타낸다.
도 2는 제1 실시예의 소성용 세터의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 부분 확대도를 나타낸다.
도 4는 소성용 세터의 골격에 포함되는 특정 원소의 농도 분포를 나타낸다.
도 5는 제2 실시예의 소성용 세터의 사시도를 나타낸다.

본 명세서에서 개시하는 소성용 세터는, 세라믹스제이며, 간격을 두고 대향하는 한 쌍의 평판부와, 평판부 사이를 접속하고 있는 코러게이트부를 구비하고 있어도 좋다. 코러게이트부는, 평판부 사이에서 한 방향으로 신장되는 복수의 구획으로 분할되어 있어도 좋다. 즉, 코러게이트부에 의해, 평판부 사이에 한 방향으로 신장되는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있어도 좋다. 코러게이트부는, 파형판 모양이며, 파형의 되접힘 부분이 평판부에 접속되어 있어도 좋다. 평판부와 코러게이트부에 의해, 대략 삼각형의 트러스 구조가 구성되어 있어도 좋다. 또한, 소성용 세터는, 각각 다른 부품의 평판부와 코러게이트부를 접속(접합)한 것이어도 좋고, 평판부와 코러게이트부가 일체 성형된 것이어도 좋다. 또한, 소성용 세터는, 한 쌍의 평판부와 코러게이트부의 조합(트러스 구조)을 1개만 갖고 있어도 좋고, 상기 조합을 복수 갖고 있어도 좋다. 즉, 소성용 세터는, 1개의 트러스 구조로 구성되어 있어도 좋고, 복수의 트러스 구조를 적층함으로써 구성되어 있어도 좋다.

소성용 세터(평판부 및 코러게이트부)를 구성하고 있는 골격의 개기공률은, 5% 미만이어도 좋고, 4% 이하여도 좋으며, 3% 이하여도 좋고, 2% 이하여도 좋으며, 1% 이하여도 좋다. 골격의 개기공률이 5% 미만이면, 골격 자체의 강도가 증가하여, 소성용 세터 전체의 강도가 증가한다. 또한, 한 쌍의 평판부 사이의 공극률은, 50% 이상 95% 이하여도 좋다. 한 쌍의 평판부 사이의 공극률은, 60% 이상이어도 좋고, 70% 이상이어도 좋으며, 80% 이상이어도 좋다. 또한, 한 쌍의 평판부 사이의 공극률은, 90% 이하여도 좋고, 80% 이하여도 좋으며, 70% 이하여도 좋다. 한 쌍의 평판부 사이의 공극률이 50% 이상이면, 소성용 세터를 경량화할 수 있고, 평판부 사이를 가스(노내 가스, 피소성물로부터 발생하는 가스)가 용이하게 통과할 수 있다. 또한, 한 쌍의 평판부 사이의 공극률은, 하기 식에 의해 산출할 수 있다.

{(한 쌍의 평판부 사이의 공간 체적)-(코러게이트부의 체적)}/(한 쌍의 평판부 사이의 공간 체적)×100

한 쌍의 평판부 사이의 공극률은, 코러게이트부의 두께, 코러게이트부의 파형의 되접힘 부분의 피치를 변경함으로써 조정할 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 평판부 사이의 공극률을 증가시키기 위해서는 (1) 평판부 사이의 거리를 크게 하거나, (2) 코러게이트부의 두께를 얇게 하거나, (3) 코러게이트부의 파형의 되접힘 부분의 피치를 길게 하는 것 중 적어도 하나를 실시하면 좋다. 또한, (4) 평판부의 두께를 얇게 함으로써, 실질적으로 평판부 사이의 거리를 크게 할[상기 (1)] 수도 있다. 통상, (1)~(4)를 실시하면, 평판부 또는 코러게이트부 자체의 강도가 저하된다. 그러나, 소성용 세터(평판부 및 코러게이트부)를 구성하고 있는 골격의 개기공률을 5% 미만으로 하면, 골격 자체의 강도가 증가하므로, 골격 자체의 파손이 억제되고, 소성용 세터의 내구성(수명)이 향상된다.

상기한 소성용 세터에 있어서, 피소성물의 배치면은, 평판부와 코러게이트부에 의해 형성되는 복수의 구획으로 구성되어 있어도 좋고, 평판부로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 배치면이 상기 복수의 구획으로 구성되어 있다고 하는 것은, 소성용 세터를 평면에서 보았을(배치면을 배치면에 직교하는 방향으로부터 관찰했을) 때에, 소성용 세터의 표면(배치면)에, 평판부와 코러게이트부에 의해 형성되는 트러스 구조가 관찰되는 것을 의미한다. 두께 방향으로 신장되는 관통 구멍의 개구가 배치면에 노출되기 때문에, 피소성물로부터 발생하는 가스가, 관통 구멍을 통해 피소성물 외부로 용이하게 이동할 수 있다. 그 결과, 피소성물을 양호하게 소성할 수 있다. 또한, 평판부와 코러게이트부가 배치면에 직교하는 방향(수직 방향)으로 신장되기 때문에, 배치면의 강도를 확보할 수도 있다.

배치면이 평판부로 구성되어 있는 경우, 배치면의 이면측(코러게이트부)에는, 한 방향으로 신장되는 복수의 관통 구멍이 존재한다. 그 때문에, 배치면의 이면측을 노내 가스가 통과하여, 배치면의 면내 온도를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 피소성물에 소성 불균일이 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 트러스 구조가 두께 방향의 강도를 증대시키므로, 배치면의 강도를 확보할 수도 있다.

평판부와 코러게이트부는, 동일 재료로 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 소성용 세터(평판부 및 코러게이트부)의 골격은, 알루미나질, 멀라이트질, ZrO₂질, SiC질, Si-SiC질이어도 좋다. 「Si-SiC질」이란, SiC 입자를 주체(전체의 50 질량% 이상)으로 하고, SiC 입자 사이에 금속 Si가 포함되는 재료를 의미한다. 특히, 소성용 세터를 Si-SiC질로 형성함으로써, 소성용 세터를 구성하는 골격의 표면 부분의 개기공률을 낮게 할 수 있어, 소성용 세터의 강도가 향상된다. 또한, Si-SiC질은 열전도율이 높기 때문에, 배치면의 면내 온도가 균일해지기 쉽다.

상기한 바와 같이, 소성용 세터는, 평판부와 코러게이트부가 일체 성형된 것이어도 좋다. 이와 같은 소성용 세터는, 예컨대 가연성 재료로 목적으로 하는 형상을 형성한 후, 이 재료에 세라믹스 재료(세라믹스 슬러리)를 함침시킨 중간체를 형성하고, 중간체를 소성함으로써 제조할 수 있다. 가연성 재료로는, 예컨대 종이, 천, 수지를 들 수 있다. 이용하는 가연성 재료에 따라서는, 소성용 세터를 구성하고 있는 골격의 표면 부분과 비교하여, 골격의 내부에는 가연성 재료의 재료 성분이 남기 쉽다. 그 때문에, 골격의 표면 부분과 비교하여, 골격의 내부에, 탄소와 칼슘 중 적어도 한쪽 원소(가연성 재료에 전형적으로 포함되어 있는 원소)가 많이 포함되어 있어도 좋다. 예컨대, 소성용 세터가 Si-SiC질로 형성되어 있는 경우, 골격의 표면 부분은 주성분(전체의 50 wt% 초과)이 SiC이고 잔부가 금속 Si이며, 골격의 내부는 주성분이 금속 Si이고 잔부가 탄소, 및/또는, 칼슘이어도 좋다.

(제1 실시예)

도 1 내지 도 4를 참조하여, 소성용 세터(100)에 대해서 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 소성용 세터(100)는 판형이며, 복수의 평판부(2)와 복수의 코러게이트부(4)에 의해 구성되어 있다. 각 평판부(2)는 직사각형(장방형)이며, 1변(단변)이 소성용 세터(100)의 두께 방향(Z축 방향)으로 신장되어 있고, 다른 1변(장변)은 피소성물이 배치되는 배치면(8)에 평행한 한 방향(X축 방향)으로 신장되어 있다. 각 평판부(2)는, 배치면(8)에 평행하고 장변(상기 다른 1변)이 신장되는 방향에 직교하는 방향(Y축 방향)으로, 간격을 두고 대향하고 있다. 코러게이트부(4)는 파형판 모양이며, 한 쌍의 평판부(2) 사이에 배치되어 있다. 코러게이트부(4)의 파형의 되접힘 부분이, 평판부(2)에 접속되어 있다. 그 결과, 한 쌍의 평판부(2) 사이는 복수의 구획으로 분할되어 있다. 한 쌍의 평판부(2)와 코러게이트부(4)에 의해, 트러스 구조(10a~10f)가 형성되어 있다. 트러스 구조(10a~10f)는, Y축 방향으로 나란히 배치되어 있다(Y축 방향으로 적층되어 있음). 소성용 세터(100)에서는, 트러스 구조(10a~10f)가 Si-SiC질로 형성되어 있다. 또한, Z축 방향에 있어서, 코러게이트부(4)의 길이는 평판부(2)의 길이와 같다. 즉, 평판부(2)와 코러게이트부(4)에 의해, 배치면(8)이 형성되어 있다.

또한, 도 1에서는, 평판부(2)의 단변이 Z축 방향으로 신장되어 있고, 장변이 X축 방향으로 신장되어 있지만, 소성용 세터(100)는, 평판부(2)의 장변이 Z축 방향으로 신장되고, 단변이 X축 방향으로 신장되어 있어도 좋다. 혹은, 평판부(2)의 Z축 방향 길이와 X축 방향 길이가 동일하여도 좋다. 이 경우, 평판부(2)의 형상은 정방형이다.

도 2는 소성용 세터(100)의 평면도를 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 평판부(2)와 코러게이트부(4)에 의해, Z축 방향으로 신장되는 복수의 관통 구멍(6)이 형성되어 있다. 관통 구멍(6)은, 소성용 세터(100)의 표면으로부터 이면(Z축 방향 일단으로부터 타단)까지 신장되어 있다. 관통 구멍(6)은, 소성용 세터(100)의 거의 전체면에 형성되어 있다. 평판부(2)와 코러게이트부(4)에 의해 구성되는 트러스 구조(10a~10f)는, 실질적으로 동일한 구조이다. 그 때문에, 이하에서는 트러스 구조(10a)의 부분 확대도를 이용하여, 소성용 세터(100)의 특징을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 트러스 구조(10a)의 평판부(2) 및 코러게이트부(4)는 일체 성형되어 있다. 또한, 트러스 구조(10a)를 구성하고 있는 한 쌍의 평판부(2) 중, 트러스 구조(10b)측의 평판부(2)는, 트러스 구조(10b)를 구성하고 있는 한 쌍의 평판부(2) 중의 1개를 겸하고 있다(도 1 및 도 2도 참조). 그 때문에, 트러스 구조(10a)와 트러스 구조(10b)도 일체 성형되어 있다. 소성용 세터(100)에서는, 모든 구성 부품[평판부(2) 및 코러게이트부(4)]이 일체 성형되어 있다.

또한, 각 트러스 구조(10a~10f)의 공극률[한 쌍의 평판부(2) 사이의 공극률]은, 평판부(2) 사이의 거리(2a), 코러게이트부(4)의 두께(5) 및 되접힘 피치를 변경함으로써 조정할 수 있다. 소성용 세터(100)에서는, 트러스 구조(10a~10f)의 공극률이 50~95 체적%가 되도록, 평판부(2) 사이의 거리, 코러게이트부(4)의 두께(5), 코러게이트부(4)의 파형의 되접힘 피치가 조정되어 있다.

소성용 세터(100)는, 종이 등의 가연성 하지재(下地材)에 SiC 슬러리를 함침시킨 중간체를 형성하고, 그 후 금속 Si를 접촉시킨 상태에서 소성함으로써 제조되어 있다. 그 때문에, 소성용 세터(100)를 구성하는 골격[평판부(2) 및 코러게이트부(4)]의 표면 부분은, 주성분이 SiC이고 잔부가 금속 Si이다. 또한, 골격의 내부는, 주성분이 금속 Si이고 잔부가 하지재에 포함되는 원소(탄소, 및/또는, 칼슘)이다. 또한, 골격 표면의 개기공률은 1% 미만이다.

도 4는 소성용 세터(100)를 구성하고 있는 골격에 포함되는 하지재의 성분의 농도 분포를 나타내고 있다. 그래프의 횡축은, 골격의 두께[예컨대 도 3에 도시된 평판부(2)의 두께(3), 코러게이트부(4)의 두께(5)]를, 일단으로부터 타단까지의 거리(%)로 나타내고 있다. 종축은, 하지재에서 유래된 원소(C, Ca)의 비율을 나타내고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 골재의 표면 부분에는 「C」, 「Ca」가 거의 포함되어 있지 않다. 「C」 및 「Ca」는, 골격의 표면으로부터 소정 깊이 경과한 후에 출현하기 시작하고, 골격의 중심을 향함에 따라 증가하고 있다.

(제2 실시예)

도 5를 참조하여, 소성용 세터(200)에 대해서 설명한다. 소성용 세터(200)는, 소성용 세터(100)의 변형예이며, 평판부(2)에 의해 배치면(208)이 구성되어 있다. 소성용 세터(200)에 대해서, 소성용 세터(100)와 동일한 구성에 대해서는, 소성용 세터(100)에 붙인 참조 번호와 동일한 참조 번호를 붙임으로써 설명을 생략하는 경우가 있다.

소성용 세터(200)는, 두께 방향(Z축 방향)으로 2개의 트러스 구조(20a, 20b)가 적층되어 있다. 그 때문에, 트러스 구조(20a)를 구성하고 있는 한 쌍의 평판부(2) 중 1개가, 배치면(208)을 구성하고 있다. 또한, 도 5에서는, 2개의 트러스 구조(20a, 20b)가 Z축 방향으로 적층되어 있지만, 소성용 세터(200)는, 1개의 트러스 구조로 구성되어 있어도 좋고, 3개 이상의 트러스 구조가 Z축 방향으로 적층되어 있어도 좋다. 또한, 소성용 세터(200)는, 소성용 세터(100)와 마찬가지로, 가연성 하지재에 SiC 슬러리를 함침시킨 중간체를 형성하고, 중간체를 소성하며, 그 후 금속 Si를 접촉시킨 상태에서 더 소성함으로써 제조되어 있다. 그 때문에, 소성용 세터(200)도, 모든 구성 부품[평판부(2) 및 코러게이트부(4)]이 일체 성형되어 있다. 또한, 평판부(2)와 코러게이트부(4)로 구성되어 있는 관통 구멍(6)은, 소성용 세터(200)의 Y축 방향 일단으로부터 타단까지 신장되어 있다. 즉, 소성용 세터(200)는, 배치면(208)의 이면측에, 측면의 일단으로부터 타단까지 신장되는 관통 구멍(6)을 구비하고 있다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세히 설명하였으나, 이들은 예시에 지나지 않으며, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원시 청구항 기재의 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것으로, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

2 : 평판부
4 : 코러게이트부
100 : 소성용 세터

Claims (6)

1. 세라믹스제의 소성용 세터로서,
   간격을 두고 대향하는 한 쌍의 평판부와,
   평판부 사이를 접속하고 있고, 평판부 사이에서 한 방향으로 신장되는 복수의 구획으로 분할되어 있는 코러게이트부
   를 구비하고,
   평판부 및 코러게이트부를 구성하고 있는 골격의 개기공률이 5% 미만인 것인 소성용 세터.
2. 제1항에 있어서, 한 쌍의 평판부 사이의 공극률이 50% 이상 95% 이하인 것인 소성용 세터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 골격은, 알루미나질, 멀라이트질, ZrO₂질, SiC질, 또는 SiC의 비율이 50 질량% 이상인 Si-SiC질을 주성분으로 하는 것인 소성용 세터.
4. 제3항에 있어서, 상기 골격은, SiC 입자를 주체로 하고, SiC 입자 사이에 금속 Si가 포함되는 Si-SiC질인 것인 소성용 세터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 구획은, 피소성물의배치면을 구성하고 있는 것인 소성용 세터.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 평판부는, 피소성물의 배치면을 구성하고 있는 것인 소성용 세터.

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