JP2006169036A

JP2006169036A - 耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体

Info

Publication number: JP2006169036A
Application number: JP2004363260A
Authority: JP
Inventors: Koji Onishi; 宏司大西; Koji Hirashita; 浩二平下; Toshio Kawanami; 利夫河波
Original assignee: Nikkato Corp
Current assignee: Nikkato Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】耐久性が高く、銅に対する高い耐食性を有しているマグネシア焼結体の提供。
【解決手段】マグネシアを９５重量％以上含有し、気孔率が１５〜４０容量％であって、溶融金属に接するマグネシア焼結体表面部分にはカーボンをコーティングしたことを特徴とする耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体。
【選択図】なし

Description

本発明は耐久性に優れたマグネシア焼結体に関する。なお、本発明でいう耐久性とは、耐熱衝撃抵抗性や耐食性だけでなく、加熱・冷却の繰り返しによる変形や粒子脱離に対する安定性を意味する。

マグネシア焼結体は耐熱温度が高く、代表的な塩基性材料で、古くから金属溶解用るつぼなどに使用されている。
近年、携帯電話から発射される電磁波が医療機器の誤作動を引き起こす原因であることが指摘されている。また、その他あらゆる電子機器から電磁波がノイズの形で放射され、これらの電磁波による制御機器等の誤作動や暴走等の問題が発生している。さらに、電磁波による人体への悪影響についても取りざたされている。これらの電磁波の発生は、ＩＴ機器（携帯電話、プラズマディスプレイなど）の発達により益々増加の傾向を示し、その対策が検討されている。この対策の１つとして、電磁波シールドフィルムを電磁波発生個所に貼合する方法がある。この電磁波シールドフィルムは主にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの上に銅箔を接着剤で貼り合わせるものが使用されていたが、携帯電話の小型化やディスプレイの薄型化に伴って電磁波シールドフィルムの薄膜化の需要が増加し、現在ではＰＥＴフィルムの上に銅を蒸着させた電磁波シールドフィルムのニーズが高まっている。この蒸着はマグネシア製るつぼに銅を入れ、電子ビームを照射して銅を溶解させてＰＥＴフィルムの上に蒸着させる方法が主流となっている。しかしながら、溶融した銅はマグネシアと反応したり、るつぼ表面を剥離させたりして、るつぼの寿命を短くしてしまう問題があった。特許文献１及び２にはマグネシア純度を向上させることで耐食性の向上を図ることが開示されているが、十分に満足できるものではない。そのため、非特許文献１には、マグネシアるつぼ表面にＦｅＯ：Ｆｅ_２Ｏ_３＝１：１〜３：１からなる磁性を有する酸化鉄をコーティングすることによる防御策が図られているが、コーティング時にコーティング層を溶損させないような温度調整が大変難しく、また、溶融した銅とコーティング層との反応が見られ、銅に不純物として鉄が混入する問題があった。また、一方で、銅との耐食性を向上させるためにクロマグ材質（酸化クロム：２０〜３０重量％添加したマグネシア）が使用されているが、酸化クロムが今後、環境の問題で使用できなくなるという問題もある旨開示されている。

特公平５−１９７６６号公報特開平１１−８０９３８号公報耐火物工学、技報堂出版株式会社、昭和５０年１２月１日発行、６０９〜６１１頁

本発明の目的は、耐久性が高く、銅に対する高い耐食性を有しているマグネシア焼結体を提供するものである。

本発明者らは、前記のような現状を鑑みて鋭意研究を重ねてきた結果、マグネシア含有量だけでなく、気孔率をある特定の範囲内に制御し、かつカーボンを溶融金属と接する面にコーティングすることにより、銅などの溶融金属に対する耐食性を高くすることができ、耐久性の高いマグネシア焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明の第一は、マグネシアを９５重量％以上含有し、気孔率が１５〜４０容量％であり、溶融金属に接するマグネシア焼結体表面部分にはカーボンをコーティングしたことを特徴とする耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体に関する。
本発明の第二は平均気孔径が１０〜３０μｍである請求項１記載のマグネシア焼結体に関する。

以下に本発明の耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体が充足すべき各要件について詳細に記載する。

（ａ）マグネシアを９５重量％以上含有する点。
本発明においては、マグネシアを９５重量％以上、好ましくは９７重量％以上含有することが必要である。マグネシア含有量が９５重量％未満の場合は、不純物量が増加し、溶融金属に対する耐食性が低下するので好ましくない。

（ｂ）気孔率が１５〜４０容量％である点。
本発明においては、気孔率は１５〜４０容量％、好ましくは１５〜３５容量％が必要である。気孔率が１５容量％未満の場合は、耐熱衝撃抵抗性の低下が起こるだけでなく、カーボンコーティング膜とマグネシア焼結体との密着性が低下し、カーボンコーティング膜の剥がれ等が発生するので好ましくない。一方、気孔率が４０容量％を超える場合には、焼結体に気孔が多く形成され、耐食性の低下や強度低下をきたすので好ましくない。
なお、気孔率の測定は、ＪＩＳＲ２２０５に準拠して行う。

（ｃ）カーボンコーティングしている点。
本発明においては、溶融金属が接するマグネシア焼結体表面にカーボンコーティングしておくことが必要である。カーボンコーティングしてあることで銅などの溶融金属に対する耐食性が向上し、溶融金属とマグネシア焼結体との反応により剥離したマグネシア焼結体の金属への付着が全く無くなるため、蒸着、冷却後の金属の取り出しが容易であり、取り出した金属の再使用が可能となる。
なお、カーボンの純度は９０重量％以上、好ましくは９５重量％以上であることが好ましい。カーボンの純度が９０重量％未満の場合は、耐食性の低下や溶融金属に不純物が溶けて、蒸着膜の純度が低下するので好ましくない。

（ｄ）平均気孔径が１０〜３０μｍである点。
本発明においては、マグネシア焼結体の平均気孔径が１０〜３０μｍ、とくに１０〜２５μｍであることが好ましい。平均気孔径が１０μｍ未満の場合は、耐熱衝撃抵抗性の低下だけでなく、カーボンコーティング層との密着性が低下し、剥がれの原因となるので好ましくなく、３０μｍを超える場合には、強度低下が起こるだけでなく、カーボンコーティング層厚さが不均一となり、剥がれの原因となるので好ましくない。
なお、平均気孔径の測定は、ポロシメーターにより測定する。

本発明の耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体は種々の方法で作製できるが、その一例を以下に示す。
マグネシア原料粉末は１５０メッシュ以下の電融マグネシア粉体〔電融マグネシアとは天然産マグネサイトや海水マグネシアをアーク炉で溶融して得られるインゴット（固まり）を粉砕したものであり、不純物としてＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏを極少量含有している。また１５０メッシュ以上になると焼結体の気孔率が大きくなったり、気孔径が大きくなって、本発明品を得ることが出来ない。〕を用い、純度は９５重量％以上、好ましくは９７重量％以上の粉体を用いる。原料粉末に水もしくは有機溶媒等の溶媒５〜１０重量％とバインダー（セルロース、ＰＶＡ等）よりなる成形助剤５〜１５重量％を添加して成形用粉体とする。なお、ＳｉＯ_２及びＣａＯを焼結助剤として各々０．５〜２重量％添加することができ、これらの成分を添加することで焼結性及びマグネシア結晶粒子の結合強度の向上に寄与する。成形はプレス成形、スタンピング成形等の成形法により所望の形状に成形する。また、鋳込成形法を用いる場合は目的となる結晶粒径となるように各粒度のマグネシア粉体と必要に応じて焼結助剤を所定量添加し、スラリー濃度が５０〜８０重量％となるように水または有機溶媒を溶媒とし、界面活性剤（アミン系界面活性剤等）を０．１〜３重量％及びバインダー（アクリル樹脂等）を３〜１０重量％添加してボールミルでスラリーを作製し、石膏型等の型を用いて上方鋳込成形、充填鋳込成形、振動鋳込成形等の方法により成形する。
得られた成形体を１４５０〜１７００℃、好ましくは１５００〜１６５０℃で焼成することにより焼結体を得る。得られた焼結体にカーボンコーティングを施すが、コーティングするカーボンスラリーは平均粒子径５μｍ以下のカーボン粉をアルコール及び有機溶媒に分散させたものであり、これを焼結体に塗布し、乾燥することにより、本発明のマグネシア焼結体を得る。

本発明の耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体は後述の実施例、比較例にかかる表１からも明らかなように、溶融金属との反応がなく、安定して使用できる。また、金属との反応がないため、蒸着、冷却後の金属の取り出しが容易で、取り出した金属への不純物の混入がなく、金属の再利用が可能であることから金属溶解用るつぼとして有用である。

表１に示す純度９９．５重量％の電融マグネシア原料粉体に水５重量％及びバインダー（セルロース）８重量％を添加してプレス成形し、１３５０〜１７００℃で焼成して５０×５０×３０ｍｍの試料を得た。なお、実施例１は焼結助剤としてＳｉＯ_２が１重量％、ＣａＯが１．５重量％、比較例２はＳｉＯ_２が２．５重量％、ＣａＯが３重量％となるように各々ケイ石及び炭酸カルシウムで添加した。得られた焼結体特性を表１に示す。カーボンコーティングする場合は、得られた焼結体を図１のように加工した部分に平均粒子径３．５μｍのカーボン粉体を用い、これをエタノールに分散してコーティングした。なお、比較例４はカーボンコーティングを施さなかった。図１に示すように純度９９．９％の銅ペレットをマグネシア焼結体の上に載せて、電気炉に入れ、アルゴン雰囲気中で１３００℃ ３時間保持して銅ペレットを溶融した後、炉冷して固化した銅とマグネシア焼結体の状態を観察した。
その結果を表１に示す。図２及び図３は、実施例１及び比較例４のマグネシア焼結体について、図１とその説明に示す試験を実施し、試験後に溶融冷却された銅のマグネシア焼結体と接していた面の拡大写真である。本発明のマグネシア焼結体を用いて溶融した銅（図２）はマグネシア焼結体との反応が見られず、取出しが容易であったが、本発明の範囲外のマグネシア焼結体を用いて溶融した銅（図３）はマグネシア焼結体との反応が見られ、剥離したマグネシア（写真で白い部分）と強固に付着していた。

図１は、本発明の効果を確認するための試験法を説明するためのものであり、マグネシア焼結体に設けた凹部にカーボンコーティングを行い、その後で、該凹部に銅ペレットを載置した状態を示す断面図である。実施例１のマグネシア焼結体について、図１とその説明に示す試験を実施し、試験後に溶融冷却された銅のマグネシア焼結体と接していた面の拡大写真である。比較例４のマグネシア焼結体について、図１とその説明に示す試験を実施し、試験後に溶融冷却された銅のマグネシア焼結体と接していた面の拡大写真である。

Claims

マグネシアを９５重量％以上含有し、気孔率が１５〜４０容量％であって、溶融金属に接するマグネシア焼結体表面部分にはカーボンをコーティングしたことを特徴とする耐食性及び耐久性に優れたマグネシア焼結体。
平均気孔径が１０〜３０μｍである請求項１記載のマグネシア焼結体。