JP2001066071A - 熱間加工用支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、熱伝導性等、支持体としての要求特性
を備えることに加え、溶損や摩耗が少なく耐用時間の長
い熱間加工用支持体を提供する。 【解決手段】 炭化珪素質、窒化珪素質、若しくは金属
珪素含浸炭化珪素質の焼結体からなる基材２と、基材２
の表面に形成された、被加工材４を支持するための支持
層３とから構成された熱間加工用の支持体１である。支
持層３を基材２に比して被加工材４との反応性が低い材
質により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、熱間加工用の被
加工材を加熱・加工する際に、当該被加工材を支持する
ための熱間加工用支持体に関する。

【０００２】

【従来の技術】 熱間加工は、被加工材を加熱炉内で高
温加熱した後、鍛造加工、圧延加工をはじめとする塑性
加工を行う金属材料の加工方法であり、変形抵抗が低
く、加工が容易であることから、自動車、建設機械、電
機製品、農業機械等の各種金属部品の製造に広範に用い
られている。

【０００３】 熱間加工においては、鍛造加工であれば
断面が円形、正方形等に加工された鋼片であるビレット
材等、圧延加工であれば平板状の鋼板等が被加工材とし
て使用され、これらの被加工材を燃焼式加熱炉、誘導加
熱炉等の加熱炉により所定の加工温度まで加熱した後、
所望の形状に加工する。例えば平板状の鋼板を圧延加工
する場合には、所定の温度に加熱された鋼板を上下の圧
延用ローラ間に挟持して圧延加工を行う。

【０００４】 また、円形断面のビレット材を誘導加熱
炉で加熱し、鍛造加工する場合であれば、図２に示すよ
うに被加工材であるビレット材２０を、誘導加熱炉入口
側からプッシャー、ピンチローラ等によってチューブ状
に構成された炉心管１１内に連続的に送り込むことによ
り、炉心管１１内周の底面部を摺動させながら、各加熱
ブロック１０の炉心管１１内を順番に通過させる。

【０００５】 この際、コイル導管１３への通電によっ
て発生した誘導電流によってビレット材２０を順次加熱
し、最後の加熱ブロック１０の炉心管１１に至るまでに
所望の加工温度（例えば１２００℃）とし、次いで鍛造
加工を行う。

【０００６】 上述の例においては、被加工材であるビ
レット材や鋼板を、誘導加熱炉の炉心管や圧延用ローラ
により支持した状態で加熱・加工を行っている。即ち、
当該炉心管や圧延用ローラは被加工材を加熱・加工する
際の支持体として機能している（以下、このような部材
を単に「支持体」という。）。

【０００７】 支持体には、少なくとも被加工材の加熱
条件（温度、雰囲気等）における強度と高い熱伝導率が
必要とされ、この他にも耐熱性、耐衝撃性、耐食性、低
比熱であること等、種々の特性が要求される。従って、
従来は耐火セラミックの中でもこれらの性質に優れる炭
化珪素（以下、「ＳｉＣ」と記す。）、窒化珪素（以
下、「Ｓｉ₃Ｎ₄」と記す。）、若しくは金属珪素含浸炭
化珪素（以下、「Ｓｉ−ＳｉＣ」と記す。）からなる焼
結体、が支持体として使用されてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、実際
には支持体をＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ−ＳｉＣからなる
焼結体で構成した場合でも、被加工材との摩擦によって
支持体が容易に溶損し、或いは極めて短期間で摩耗する
ため、支持体の耐用時間が１〜２ヶ月程度と短いという
現象が生じていた。

【０００９】 この現象は、熱間加工が１２００℃程度
という極めて高温で行われることに起因して、支持体を
構成するＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ−ＳｉＣと、被加工材
中に加工性向上のため添加される低融点成分（例えば鉛
等）、或いは被加工材自体（例えば鉄分等）とが反応し
てしまうためであると考えられる。本発明は、このよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、支持体としての要求特性を備え
ることに加え、溶損や摩耗が少なく耐用時間の長い熱間
加工用支持体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】 本発明者らが鋭意検討
した結果、ＳｉＣ、Ｓｉ ₃Ｎ₄又はＳｉ−ＳｉＣの焼結体
からなる基材の表面に、前記基材に比して被加工材との
反応性が低い材質からなる支持層を形成することによ
り、上記の従来技術の問題点を解決できることに想到し
て本発明を完成した。

【００１１】 即ち、本発明によれば、炭化珪素質、窒
化珪素質、若しくは金属珪素含浸炭化珪素質の焼結体か
らなる基材と、当該基材の表面に形成された、被加工材
を支持するための支持層と、から構成された熱間加工用
の支持体であって、前記支持層が、前記基材に比して被
加工材との反応性が低い材質からなることを特徴とする
熱間加工用支持体が提供される。

【００１２】 本発明の支持体は、支持層がタングステ
ン、ジルコニウム、タングステンカーバイド、ジルコニ
ア、ジルコン、スピネル、酸化クロム、アルミナ−ジル
コニア混合物、アルミナ−酸化クロム混合物のうちの少
なくとも１種からなることが好ましく、基材形状がチュ
ーブ状、樋状又はローラ状である場合に好適に用いるこ
とができる。

【００１３】 また、本発明の支持体は、支持層が単層
若しくは複層の被膜状であることが好ましく、支持層が
タングステン、ジルコニア又はジルコンの溶射被膜から
なることが更に好ましい。更に、気孔率２〜８％の金属
珪素含浸炭化珪素質の焼結体からなる基材の表面に溶射
被膜からなる支持層を有するものであることが好まし
く、金属珪素含浸炭化珪素質の焼結体からなる基材の表
面に炭化珪素のＣＶＤ被膜からなる支持層を有するもの
であることも好ましい。

【００１４】 更に、本発明の支持体は、基材の表面に
複数の板状体を配置してなる支持層を有することが好ま
しく、基材の表面に複数のジルコニア焼結体からなる板
状体を配置してなる支持層を有することが更に好まし
い。なお、本発明の支持体には、基材の表面に帯状若し
くは斑点状に形成された、多数の支持層を有するものも
包含される。

【００１５】

【発明の実施の形態】 本発明の熱間加工用支持体（以
下、単に「支持体」という。）は、ＳｉＣ等の焼結体か
らなる基材の表面に、前記基材に比して被加工材との反
応性が低い材質からなる支持層を有することを特徴とす
る。

【００１６】 このような支持体は、支持体としての要
求特性に優れるＳｉＣ等によって基材が構成されること
に加え、被加工材は専ら支持層によって支持される。即
ち、被加工材と基材を構成するＳｉＣ等とは直接接触せ
ず、両者は反応しないため、支持体の溶損や摩耗が少な
く耐用時間を長くすることが可能である。以下、本発明
について詳細に説明する。

【００１７】（１）基材 基材は支持体の主たる構成部分であるため、少なくとも
被加工材の加熱条件（温度、雰囲気等）における強度と
高い熱伝導率を有する材質で構成することが必要であ
り、この他にも耐熱性、耐衝撃性、及び耐食性を備えた
材質で構成することが好ましく、均一かつ速やかな加熱
を担保するべく比熱が小さい材質により構成することが
好ましい。

【００１８】 従って、本発明においては支持体の基材
を耐火セラミックの中でも特に上記特性に優れる炭化珪
素質（以下、「ＳｉＣ質」と記す。）、窒化珪素質（以
下、「Ｓｉ₃Ｎ₄質」と記す。）、若しくは金属珪素含浸
炭化珪素質（以下、「Ｓｉ−ＳｉＣ質」と記す。）から
なる焼結体により構成することとした。なお、本発明の
支持体は基材表面に支持層を形成するため、基材につい
ては耐摩耗性や被加工材との反応性を考慮する必要はな
い。

【００１９】 ＳｉＣ質焼結体としては、例えばＳｉＯ
₂結合のＳｉＣ焼結体やＳｉ₃Ｎ₄結合のＳｉＣ焼結体等
が、Ｓｉ₃Ｎ₄質焼結体としては、例えばＳｉ₃Ｎ₄原料粉
末に、イットリア等の焼結助剤を添加混合して成形後、
焼成して得られるＳｉ₃Ｎ₄焼結体等が挙げられる。

【００２０】 上記いずれの焼結体もＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄
のみで構成されている必要はなく、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄を
主成分とするもの、具体的にはＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄が７５
重量％以上焼結体中に含まれているものであれば足り
る。なお、基材としてより高い熱伝導性が要求される場
合にはＳｉＣ質焼結体を、耐衝撃性が要求される場合に
はＳｉ₃Ｎ₄質焼結体を選択することが好ましい。

【００２１】 Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体とは、金属Ｓｉ及
びＳｉＣを構成成分として含む焼結体をいい、例えば本
出願人が既に開示した、ＳｉＣ粉体、黒鉛粉、有機質バ
インダー及び、水分又は有機溶剤を含有してなる成形用
原料を成形し、当該成形体を金属Ｓｉ雰囲気で、かつ減
圧の不活性ガス雰囲気又は真空中において、１３５０〜
２５００℃で焼成してなるＳｉ−ＳｉＣ質焼結体等が挙
げられる（特開平5-270917号公報）。Ｓｉ−ＳｉＣ質焼
結体は熱伝導性、強度に優れるため、本発明の支持体を
構成する基材として特に好適に用いることができる。

【００２２】 Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体を基材として選択
する場合には、焼結体中の金属Ｓｉ含有量を２〜３５重
量％とすると、支持体の耐衝撃性、均熱性、耐食性が向
上するため好ましい。金属Ｓｉが２重量％未満では耐食
性、耐衝撃性が低下する場合があり、３５重量％超では
均熱性の面で劣る場合がある。なお、金属Ｓｉ含有量は
金属Ｓｉ、黒鉛粉、増孔剤の添加量により制御すること
が可能である。

【００２３】 基材の形状は、加熱炉の方式等によって
適宜選択することができる。例えば誘導加熱炉を使用す
る場合であれば基材に誘導電流を流さないため樋状（半
割チューブ状）であることが好ましく、燃焼式加熱炉を
使用する場合にはチューブ状とする必要がある。また、
鋼板を圧延加工する場合であればローラ状のものを使用
すればよい。

【００２４】（２）支持層 本発明の支持体は、基材の表面に支持層を形成してい
る。このような構成により、被加工材は専ら支持層によ
って支持され、基材を構成するＳｉＣ等とは直接接触し
ないため、被加工材中の成分（例えば鉛等）や被加工材
自体（例えば鉄等）との反応による基材（即ち支持体）
の溶損や摩耗を防止することができる。

【００２５】 支持層は、少なくとも基材と比較して被
加工材との反応性が低い材質からなることが要求され
る。本明細書において「被加工材との反応性」というと
きは、被加工材の加熱・加工条件（温度、雰囲気等）に
おける被加工材との反応性を意味し、被加工材自体との
反応性の他、被加工材中の成分（例えば鉛等の低融点成
分）との反応性も含まれる。具体的には被加工材自体或
いは被加工材中の成分と反応して低融点成分を形成する
ような材質では支持層が損耗してしまうため好ましくな
い。例えばシリカは被加工材中の鉛と反応して低融点の
鉛ガラスを生成するため、アルミナや金属珪素も鉄（即
ち被加工材自体）と反応して低融点成分を生成するため
支持層を構成する材質としては不適である。

【００２６】 「被加工材との反応性が低い材質」は、
被加工材の成分組成や加熱・加工条件等により異なるた
め、条件に適合する材質を個別に選択する必要がある。
但し、低融点成分の鉛を０．５重量％程度含む一般的な
ビレット材、鋼板を１２００℃程度で加工する場合（以
下、このような条件を「一般的な加工条件」という。）
を想定すれば、被加工材との反応性が低い金属としては
タングステン、ジルコニウム等が、セラミックとして
は、タングステンカーバイド、ジルコニア、ジルコン、
スピネル、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）等が挙げられる。

【００２７】 更には、アルミナ−ジルコニア混合物、
アルミナ−酸化クロム混合物等のように２種以上のセラ
ミック又は金属の混合物であっても良い。一般的な加工
条件の下では、アルミナ−ジルコニア混合物であればジ
ルコニアが少なくとも１０重量％以上含まれていること
が必要であり、アルミナ−酸化クロム混合物であれば酸
化クロムが少なくとも５％以上含まれていることが必要
である。

【００２８】 なお、被加工材との反応性については、
実際の加熱・加工条件（温度、雰囲気等）の下でテスト
ピース上に被加工材を一定時間載置し、テストピース表
面の変質の程度を確認する方法により比較的簡便に評価
できる。

【００２９】 支持層は被加工材と基材とを接触させな
いため、ある程度の厚みを有していることが必要であ
る。このような観点から支持層の厚みは少なくとも０．
２ｍｍ超であることが必要であり、０．５ｍｍ以上であ
ることが好ましく、１ｍｍ以上であることが更に好まし
い。被加工材と基材が接触しないことを条件としてその
形態は特に限定されないが、例えば単層若しくは複層の
被膜状とする方法や、基材表面に複数の板状体を配置し
て支持層とする方法等が挙げられる。上記いずれの形態
であっても、被加工材は専ら支持層によって支持され、
基材表面と接触することはないため本発明の目的を達成
することができる。

【００３０】 支持層を被膜状とする場合には、例えば
溶射、ＣＶＤ、スパッタ、真空蒸着、スクリーン印刷、
セラミックスラリーをディッピング後焼成する等、従来
公知の膜形成法により支持層を形成できる。被膜は単層
のものは勿論のこと、複層のものであってもよく、例え
ば図１に示すようにチューブ状、樋状の基材２の内周面
に被膜３を形成すればよい。

【００３１】 被膜状の支持層の中では溶射により形成
された溶射被膜からなる支持層が好ましい。溶射によれ
ば厚み０．５ｍｍ程度の被膜を形成することも可能であ
り、また、溶射被膜は３０００〜６０００℃の高温で溶
融した金属やセラミックを基材に噴射して形成するため
被膜の強度が高いからである。

【００３２】 溶射被膜の材質としては、既述した金
属、セラミック、或いは２種以上のセラミック又は金属
の混合物を好適に用いることができるが、特にタングス
テン、ジルコニア、又はジルコンからなる溶射被膜とす
ることが被加工材との反応性が低い点において好まし
い。中でもジルコン（ＺｒＳｉＯ₄）は耐摩耗性、耐食
性にも優れ、溶融金属に濡れ難いという特徴をも有する
ため溶射被膜を構成する材質として好適に用いることが
できる。溶射方法は特に限定されないが、タングステン
のような高融点材料の溶射が可能であるプラズマ溶射が
好ましい。

【００３３】 支持層を溶射被膜とする場合には、気孔
率が２〜８％のＳｉ−ＳｉＣ焼結体からなる基材に溶射
被膜を形成することが好ましい。基材の気孔率が２％未
満であると溶射被膜が基材に強固に固着しない一方、気
孔率が８％を超えるとＳｉ−ＳｉＣの特徴である熱伝導
性が低下し、加熱開始時や温度差がつきやすい部分にお
いて支持体がスポーリングにより破損したり、局部的な
オーバーヒート状態を生じた場合に支持体表面に劣化を
生じる場合があるからである。

【００３４】 Ｓｉ−ＳｉＣからなる基材の表面にＳｉ
ＣのＣＶＤ被膜からなる支持層を有する支持体も好まし
い。ＣＶＤによれば厚み１ｍｍ程度の被膜を形成するこ
とが可能であり、また、ＣＶＤ被膜は化学反応を利用し
て膜を形成するため被膜が緻密であり、耐摩耗性に優
れ、被加工材との反応性も低いからである。Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃからなる基材にＳｉＣのＣＶＤ被膜を形成すると、熱
伝導性に優れ、被加工材との反応性が低い支持体を構成
できる点において特に好ましい。

【００３５】 支持層を複数の板状体を基材表面に配置
して形成する場合には、既述した金属、セラミック、或
いは２種以上のセラミック又は金属の混合物からなる板
状体を基材の表面、即ち被加工材との接触面に配置すれ
ばよい。複数の板状体を基材表面に配置して支持層を形
成する方法は、機械的なはめ込みや接着が可能であり、
溶射やＣＶＤと比較して支持層の厚みを大きくできる点
において好ましい。

【００３６】 例えば、被加工材との反応性が低いセラ
ミックであるジルコニア焼結体をチューブ状や樋状の基
材の内周面、或いはローラ状基材の表面に貼着すること
により支持層を形成することができる。セラミック焼結
体を基材表面に貼着する方法としては、例えばアルミナ
−シリカ−珪酸ソーダ、アルミナ−シリカ−ＳｉＣ−燐
酸アルミニウム等の無機質接着剤により接着する方法等
が挙げられる。

【００３７】 支持層は、必ずしも基材表面の全面を被
覆するように形成する必要はなく、基材表面に断続的に
形成してもよい。例えば図３，図４に示すように基材表
面に帯状若しくは斑点状に形成することも可能である。
このような方法は、支持層と基材との熱膨張率の差を緩
和できるので、支持層の剥離を防止することができる点
において好ましい。帯状若しくは斑点状の支持層は、例
えば支持層と相補的な形状にスリット、孔を設けたアル
ミ板等で基材表面をマスキングして溶射を行う方法、基
材表面に帯状若しくは斑点状に板状体を配置する方法等
によって形成することができる。

【００３８】

【実施例】 以下、本発明の支持体について、実施例に
より更に詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。

【００３９】（実施例１）実施例１では、以下に示すＳ
ｉＯ₂結合ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄又はＳｉ−ＳｉＣの焼結体
を長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ８ｍｍの形状とした
ものを基材とし、当該基材の表面に種々の材質で支持層
を形成し、被加工材との反応性を評価した。

【００４０】 ＳｉＯ₂結合ＳｉＣ：平均粒径２５０
μｍ（最大粒径５００μｍ）の骨材となるＳｉＣを６５
重量％、平均粒径８μｍ（最大粒径２０μｍ）の微粉の
ＳｉＣを３５重量％からなる混合物１００％に対し、結
合材生成用助剤としてＣａＯ，Ｖ₂Ｏ₅を各々０．５重量
％、バインダとしてヘキサメタリン酸ナトリウムを０．
５重量％、水を２０重量％添加し混合した後、セッコウ
型を用いた鋳込み成形により成形体を得た。

【００４１】 当該成形体は８０℃で１０時間乾燥後、
酸化雰囲気で、１４００℃で５時間焼成して焼結体を得
た（以下、「焼結体Ａ」という。）。焼結体の組成はＳ
ｉＣ：ＳｉＯ₂：その他の成分＝８７：１２：１であ
り、見かけ気孔率が８．５％、嵩比重が２．５６であっ
た。

【００４２】 Ｓｉ₃Ｎ₄：平均粒径１０μｍのＳｉ₃
Ｎ₄９５重量％、焼結助剤のＹ₂Ｏ₃５重量％からなる混
合物１００重量％に対し、３０重量％の水を添加し混合
した後、セッコウ型を用いた鋳込み成形を行い、更にＣ
ＩＰ処理を施すことにより成形体を得た。当該成形体
は、窒素雰囲気下、１９００℃で焼成して焼結体を得た
（以下、「焼結体Ｂ」という。）。

【００４３】 Ｓｉ−ＳｉＣ：平均粒径８０μｍ（最
大粒径２００μｍ）の骨材となるＳｉＣを６５重量％、
平均粒径５μｍ（最大粒径８μｍ）の微粉のＳｉＣを３
０重量％、カーボン粉末５重量％からなる混合物１００
％に対し、バインダとしてヘキサメタリン酸ナトリウム
を０．５重量％、水を２５重量％添加し混合した後、セ
ッコウ型を用いた鋳込み成形により成形体を得た。

【００４４】 当該成形体は８０℃で１０時間乾燥後、
金属Ｓｉ雰囲気で、かつ、真空中において、１６５０℃
で金属Ｓｉを含浸させながら焼成して焼結体を得た（以
下、「焼結体Ｃ」という。）。焼結体の組成はＳｉＣ：
Ｓｉ＝８１：１９であり、見かけ気孔率が０．２％、嵩
比重が２．９９であった。

【００４５】（比較例１−１〜１−３）比較例１−１は
焼結体Ａ、比較例１−２は焼結体Ｂ、比較例１−３は焼
結体Ｃを所定形状（長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ８
ｍｍ）とし、そのまま使用した。

【００４６】（実施例１−１）比較例１−３のサンプル
に粒径５０〜１００μｍのタングステン粉末をプラズマ
溶射して膜厚５００μｍの溶射被膜を形成した。

【００４７】（実施例１−２）比較例１−３のサンプル
に粒径１０〜７４μｍの金属ジルコニウム粉末をプラズ
マ溶射して膜厚５００μｍの溶射被膜を形成した。

【００４８】（実施例１−３）比較例１−３のサンプル
に粒径２０〜８８μｍのタングステンカーバイド粉末を
プラズマ溶射して膜厚５００μｍの溶射被膜を形成し
た。

【００４９】（実施例１−４）比較例１−３のサンプル
に粒径３０〜７０μｍの安定化ジルコニア（ジルコニ
ア：イットリア重量比＝９２：８）粉末をプラズマ溶射
して膜厚５００μｍの溶射被膜を形成した。

【００５０】（実施例１−５）比較例１−３のサンプル
に粒径１０〜７４μｍのジルコン（ジルコニア：シリカ
重量比＝６５：３５）粉末をプラズマ溶射して膜厚５０
０μｍの溶射被膜を形成した。

【００５１】（実施例１−６）比較例１−３のサンプル
に粒径５０〜１００μｍのスピネル（アルミナ：マグネ
シア重量比＝６５：３５）粉末をプラズマ溶射して膜厚
５００μｍの溶射被膜を形成した。

【００５２】（実施例１−７）比較例１−３のサンプル
に粒径４４〜１０５μｍのアルミナ−酸化クロム（重量
比９３：７）の混合粉末をプラズマ溶射して膜厚５００
μｍの溶射被膜を形成した。即ち、混合物の溶射被膜を
形成した。

【００５３】（実施例１−８）比較例１−３のサンプル
に粒径５０〜１００μｍのタングステン粉末をプラズマ
溶射して膜厚５０μｍの溶射被膜を形成し、更に粒径３
０〜７０μｍのアルミナ：ジルコニア（重量比８０：２
０）の混合粉末をプラズマ溶射して膜厚３００μｍの溶
射被膜を形成した。即ち、複層の溶射被膜を形成した。

【００５４】（実施例１−９）比較例１−３のサンプル
に対し、ＳｉＣ生成用ガスであるＣＨ₄とＳｉＣｌ₄との
混合ガスを１３００℃で反応させてＣＶＤ処理を行い、
膜厚５００μｍのＳｉＣのＣＶＤ被膜を形成した。

【００５５】（評価）実施例、比較例のサンプルの表面
に０．５重量％の鉛を含有する、長さ１０ｍｍ×幅１０
ｍｍ×厚さ１０ｍｍのビレット材を載置し、表１に記載
の温度条件の下８時間保持し、サンプル表面の溶損の程
度を目視判断することにより、ビレット材との反応性を
評価した。溶損の程度は溶損が全く認められないか、極
わずかに溶損が認められるものを◎、部分的に溶損が認
められるものを○、全体的に溶損が認められるものを×
として評価した。その結果を表１に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】 表１に示したように、通常の熱間加工の
加熱温度１２００℃においては支持層を形成していない
比較例１−１〜１−３のサンプルは溶損が認められたの
に対し、支持層を形成した実施例１−１〜１−９のサン
プルには溶損が認められなかった。実施例１−１（タン
グステン溶射），１−４（ジルコニア溶射），１−５
（ジルコン溶射）は１３２０℃という高温条件でも溶損
は認められず実施例のサンプルの中でも特に良好な結果
を示した。

【００５８】（実施例２）実施例２では、支持体の表面
で被加工材を実際に往復運動させて支持体の溶損、摩耗
の程度を評価した。支持体としては、実施例１と同様の
方法で作製した長さ２５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ８
ｍｍの板状焼結体を基材とし、当該基材の表面に断続的
に支持層を形成したものを使用した。

【００５９】（比較例２−１，２−２）比較例２−１は
焼結体Ａ、比較例２−２は焼結体Ｃを所定形状（長さ２
５０ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ８ｍｍ）とし、そのまま
使用した。

【００６０】（実施例２−１）幅５ｍｍのスリットが１
０ｍｍ間隔で設けられているアルミニウム製のスリット
板で比較例２−２のサンプルをマスキングし、粒径５０
〜１００μｍのタングステン粉末をプラズマ溶射して、
図３に示すように幅５ｍｍ、膜厚５００μｍの帯状の溶
射被膜３３を１０ｍｍ間隔で形成した。

【００６１】（実施例２−２）隣接する３つの孔の中心
を結んだときに各辺１２ｍｍの正三角形となるように１
０ｍｍφの孔が穿設された、アルミニウム製の有孔板で
比較例２−２のサンプルをマスキングし、粒径５０〜１
００μｍのタングステン粉末をプラズマ溶射して、図４
に示すように１０ｍｍφ、膜厚５００μｍの溶射被膜４
３を斑点状に形成した。

【００６２】（実施例２−３）図５に示すように比較例
２−２のサンプルに、長さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ
１ｍｍの形状とした、見掛け気孔率０％、見かけ比重
６．０の安定化ジルコニア（ジルコニア：イットリア重
量比＝９２：８）焼結体５３を２ｍｍ間隔で、アルミナ
−シリカ−珪酸ソーダ無機質接着剤を使用して貼着し
た。

【００６３】（評価）実施例、比較例のサンプルの表面
に０．５重量％の鉛を含有する、長さ５０ｍｍ×幅１０
０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの板状ビレット材を載置し、
Ｏ₂：Ｎ₂重量比が５：９５の雰囲気の電気炉中で１３０
０℃に加熱し、速度２０ｍｍ／秒で１００時間往復運動
させ、サンプル表面の損耗度を評価した。支持体の表面
の損耗が厚さ０．１ｍｍ以下であれば◎、０．１〜１ｍ
ｍであれば○、１ｍｍ超であれば×として評価した。そ
の結果を表２に示す。なお、ビレット材は酸化による組
織変化の影響を避けるため、５時間おきに交換しながら
評価を行った。

【００６４】

【表２】

【００６５】 その結果、表２に示すように比較例２−
１，２−２では厚さ１ｍｍを超える損耗が認められたの
に対し、実施例２−１，２−２の損耗は厚さ０．１ｍｍ
以下と殆ど認められず良好な結果を示した。実施例２−
３はやや損耗が認められるものの十分実用可能なレベル
であり、実機における耐用時間は比較例２−１（１〜２
ヶ月程度）の２倍以上とすることが期待できる。

【００６６】（実施例３）実施例３では、支持体の表面
で被加工材を実際に往復運動させて支持体の溶損、摩耗
の程度を評価した。支持体は、実施例１と同様の方法で
作製した長さ２００ｍｍ×内径６８ｍｍφ×外径８０ｍ
ｍφの中空管を半割した樋状のＳｉ−ＳｉＣ焼結体を基
材とし（以下、「焼結体Ｄ」という。）、当該基材の表
面に支持層を形成したものを使用した。但し、基材は鋳
込み成形ではなく、押出成形で作製した。焼結体ＣのＳ
ｉＣ：Ｓｉ重量比は８０：２０、焼結体の見掛け気孔率
は２．５％であった。

【００６７】（比較例３−１）焼結体Ｄに支持層を形成
せずそのまま使用した。

【００６８】（実施例３−１）焼結体Ｄに粒径３０〜７
０μｍの安定化ジルコニア（ジルコニア：イットリア重
量比＝９２：８）粉末をプラズマ溶射して、図６（ａ）
に示すように膜厚５００μｍの溶射被膜６３を形成し
た。

【００６９】（実施例３−２）幅５ｍｍのスリットが２
ｍｍ間隔で設けられているアルミニウム製のスリット板
で焼結体Ｄをマスキングし、粒径３０〜７０μｍのジル
コニア（ジルコニア：カルシア重量比＝９６：４）粉末
をプラズマ溶射して、図６（ｂ）に示すように幅５ｍ
ｍ、膜厚５００μｍの帯状の溶射被膜７３を２ｍｍ間隔
で形成した。

【００７０】（実施例３−３）隣接する３つの孔の中心
を結んだときに各辺１２ｍｍの正三角形となるように１
０ｍｍφの孔が穿設された、アルミニウム製の有孔板で
焼結体Ｄをマスキングし、実施例３−１と同様の方法で
溶射を行い、図６（ｃ）に示すように１０ｍｍφ、膜厚
５００μｍの溶射被膜８３を斑点状に形成した。

【００７１】（実施例３−４）焼結体Ｄに対し、ＳｉＣ
生成用ガスであるＣＨ₄とＳｉＣｌ₄との混合ガスを１３
００℃で反応させてＣＶＤ処理を行い、図６（ａ）に示
すように膜厚５００μｍのＳｉＣのＣＶＤ被膜を形成し
た。

【００７２】（評価）実施例、比較例のサンプルの表面
に０．５重量％の鉛を含有する、長さ１００ｍｍ×外径
５５ｍｍφの円柱状ビレット材を使用し、実施例２と同
様にしてサンプル表面の損耗量を評価した。支持体の表
面の損耗が厚さ０．１ｍｍ以下であれば◎、０．１〜
１．０ｍｍであれば○、１．０ｍｍ超であれば×として
評価した。その結果を表３に示す。なお、ビレット材は
酸化による組織変化の影響を避けるため５時間おきに交
換しながら評価を行った。

【００７３】

【表３】

【００７４】 その結果、表３に示すように比較例３−
１の支持体は厚さ２．５ｍｍを超える損耗が認められた
のに対し、実施例３−１〜３−４の支持体は損耗が厚さ
０．５ｍｍ以下と殆ど認められず良好な結果を示した。

【００７５】（実施例４）実施例４では、Ｓｉ−ＳｉＣ
焼結体の気孔率が、支持体の熱伝導率及び溶射被膜の固
着強度に与える影響について評価した。実施例４でも、
実施例１と同様の方法で作製したＳｉ−ＳｉＣ焼結体を
長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ８ｍｍに切断したもの
を基材とした。但し、焼成の際に金属Ｓｉの含浸量を調
整することにより、０．３〜１０％の範囲内で見かけ気
孔率が異なる７水準の基材を作製し、実施例３−１と同
様に各基材に粒径３０〜７０μｍの安定化ジルコニア
（ジルコニア：イットリア重量比＝９２：８）粉末をプ
ラズマ溶射して、膜厚５００μｍの溶射被膜を形成し
た。

【００７６】 基材と溶射被膜の固着強度は、図７に示
すように各支持体９１の基材９２側及び支持層９３側の
双方にエポキシ樹脂系接着剤により測定用治具９４の平
板部（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を接着し、引張強度を測定
することにより評価した。熱伝導率は JIS R2618に準拠
し熱線法にて測定した。その結果を表４に示す。

【００７７】

【表４】

【００７８】 表４に示すようにＳｉ−ＳｉＣ焼結体の
見かけ気孔率が本発明の範囲（２〜８％）のものについ
ては熱伝導率、溶射被膜の固着強度とも良好であった。
一方、見掛け気孔率が２％未満のものは溶射被膜が強固
に固着されず、８％超のものは熱伝導率が低下した。

【００７９】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の支持体
は、ＳｉＣ等からなる基材の表面に、前記基材と比較し
て、被加工材との反応性が低い材質からなる支持層を形
成したので、支持体として必要な耐熱性、強度、耐衝撃
性、耐食性、耐摩耗性、低比熱、高熱伝導率を備えると
ともに、支持体の溶損や摩耗を防止できる。従って、例
えば燃焼式加熱炉や誘導加熱炉の炉心管、圧延用ローラ
として好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の熱間加工用支持体の一の実施例を示
す概略斜視図（ａ），（ｂ）である。

【図２】 誘導加熱炉の形態を示す縦断面図である。

【図３】 本発明の熱間加工用支持体の実施態様を示す
概略斜視図である。

【図４】 本発明の熱間加工用支持体の実施態様を示す
概略斜視図である。

【図５】 本発明の熱間加工用支持体の実施態様を示す
概略斜視図である。

【図６】 本発明の熱間加工用支持体の実施態様を示す
概略斜視図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。

【図７】 支持層の固着強度の試験方法を示す概略説明
図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。

【符号の説明】

１…熱間加工用支持体、２…基材、３…支持層、４…被
加工材（ビレット材）、１０…加熱ブロック、１１…炉
心管、１１ｃ…フランジ部、１２…断熱材、１３…コイ
ル導管、１４…外殻、２０…ビレット材、３１…熱間加
工用支持体、３２…基材、３３…支持層、４１…熱間加
工用支持体、４２…基材、４３…支持層、５１…熱間加
工用支持体、５２…基材、５３…支持層、６１…熱間加
工用支持体、６２…基材、６３…支持層、７１…熱間加
工用支持体、７２…基材、７３…支持層、８１…熱間加
工用支持体、８２…基材、８３…支持層、９１…熱間加
工用支持体、９２…基材、９３…支持層、９４…治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二本松 浩明 岐阜県可児郡御嵩町美佐野3040番地 エヌ ジーケイ・アドレック株式会社内 Ｆターム(参考） 4E016 DA03 EA05 EA09 EA29 FA11 FA13 4K030 AA03 AA06 AA10 BA37 CA05 FA10 LA21 4K034 AA16 BA08 CA01 EA05 EA11 EC10 EC12 EC13 4K055 AA05 HA07 HA19 HA25 HA27

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素質、窒化珪素質、若しくは金属
   珪素含浸炭化珪素質の焼結体からなる基材と、当該基材
   の表面に形成された、被加工材を支持するための支持層
   と、から構成された熱間加工用の支持体であって、 前記支持層が、前記基材に比して被加工材との反応性が
   低い材質からなることを特徴とする熱間加工用支持体。
2. 【請求項２】 支持層が、タングステン、ジルコニウ
   ム、タングステンカーバイド、ジルコニア、ジルコン、
   スピネル、酸化クロム、アルミナ−ジルコニア混合物、
   アルミナ−酸化クロム混合物のうちの少なくとも１種か
   らなる請求項１に記載の熱間加工用支持体。
3. 【請求項３】 基材形状が、チューブ状、樋状又はロー
   ラ状である請求項１又は２に記載の熱間加工用支持体。
4. 【請求項４】 支持層が、単層若しくは複層の被膜状で
   ある請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱間加工用支
   持体。
5. 【請求項５】 支持層が、タングステン、ジルコニア又
   はジルコンの溶射被膜からなる請求項４に記載の熱間加
   工用支持体。
6. 【請求項６】 気孔率２〜８％の金属珪素含浸炭化珪素
   質の焼結体からなる基材の表面に、溶射被膜からなる支
   持層を有する請求項４に記載の熱間加工用支持体。
7. 【請求項７】 金属珪素含浸炭化珪素質の焼結体からな
   る基材の表面に、炭化珪素のＣＶＤ被膜からなる支持層
   を有する請求項４に記載の熱間加工用支持体。
8. 【請求項８】 基材の表面に、複数の板状体を配置して
   なる支持層を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載
   の熱間加工用支持体。
9. 【請求項９】 基材の表面に、複数のジルコニア焼結体
   からなる板状体を配置してなる支持層を有する請求項１
   〜３のいずれか一項に記載の熱間加工用支持体。
10. 【請求項１０】 基材の表面に帯状若しくは斑点状に形
    成された、多数の支持層を有する請求項１〜９のいずれ
    か一項に記載の熱間加工用支持体。