JP2007010235A - セラミックス熱処理用治具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、金属ケイ素粒子を含むハニカム成形体など、熱処理時に発熱を伴うような大型の成形体を熱処理するのに好適なセラミックス熱処理用治具を提供する。
【解決手段】本発明は、枠部材と、被熱処理体を載置するための板部材とを含み、前記板部材を前記枠部材の複数箇所に橋渡して配置したことを特徴とするセラミックス熱処理用治具を提供する。別の本発明は、枠部材が、被熱処理体を載置するための板部材とは別の複数の板部材を組み立ててなるセラミックス熱処理用治具を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス成形体、特には、大型のハニカム成形体を脱脂、焼成など熱処理する際に使用する熱処理用治具に関する。

従来、セラミックス成形体を焼成する際に、前記セラミックス成形体をガス通気穴を多数形成してある板(以下、穴形成板という)の上に、直接または敷き粉を介して載置し、脱脂、焼成などの熱処理する方法が提案されている（特許文献１）。提案されている方法では、成形体のサイズが小さな場合には、特に、問題がないが、大きな形状のセラミックス成形体、特に、それが熱処理段階で発熱するようなものは、その発熱により、成形体近傍の温度が局所的に上昇し、得られた焼成体が温度不均一により変形したり、内部の特性に分布が生ずるなどの問題を引き起こすおそれがある。

また、熱処理時の発熱の程度によっては、成形体を載置してある穴形成板が局所的な発熱により変形したり最悪の場合は、割れたりするおそれもある。このような場合であっても穴形成板に非常に多数のガス通気穴を高密度に形成すればこのような問題も回避できる可能性もある。しかし、穴成形板の加工が大変であり、加工費用が著しく高くなる、破損しやすくなる等の問題がある。

このような熱処理時に発熱する成形体の例としては、例えば、金属ケイ素粒子を含むハニカム成形体などが挙げられる。金属ケイ素粒子を高温で窒化して窒化ケイ素粒子とする場合に、非常に大きな発熱があり、成形体サイズが大きくなる程、その傾向が顕著である。このような発熱を伴う成形体の熱処理用治具であって、発熱をうまく熱拡散できるようなものが望まれている。

また、脱脂や焼成などの熱処理において、１回の操作でできるだけ多数の成形体を処理することが製造原価の点から望まれる。そのため成形体を焼成炉内で高さ方向に積層して焼成することが、考えられるが、前述したような発熱する成形体を多数個熱処理するのに好適な熱処理治具については、いまだ提案されていない。

特開２００５−６９６６８号公報（発明の詳細な説明、特に図３）

本発明は、金属ケイ素粒子を含むハニカム成形体など、熱処理時に発熱を伴うような大型の成形体を熱処理するのに好適なセラミックス熱処理用治具の提供を目的とする。

本発明は、枠部材と、被熱処理体を載置するための板部材とを含み、前記板部材を前記枠部材の複数箇所に橋渡して配置したことを特徴とするセラミックス熱処理用治具である。

本発明によるセラミックス用熱処理治具を使用することにより、窒化などの発熱を伴う熱処理を実施しても、変形が少なく、しかも特性の均一性が高い焼成体が得られる。また、穴形成板のように熱処理時の発熱によって、破損することもないため耐久性に優れる。しかも、本発明によるセラミックス用熱処理治具は、構造が簡単で高さ方向への積層が容易であるため、多数個の同時焼成にも適し、生産性、製造原価の点でも優れる。

本発明のセラミックス熱処理用治具（以下、本熱処理治具という）は、枠部材と、非熱処理体を載置するための板部材とを含み、前記板部材を前記枠部材の複数箇所に橋渡して配置したことを特徴とするが、このような構造をとることにより、前記板部材上に載置される被熱処理体であるセラミックス成形体の周囲は、ガスの流れが活発となり、セラミックス成形体の発熱が周囲の雰囲気ガスに充分に伝わって良好な熱拡散がなされ、熱が籠らないなどの効果が得られる。

以下、本熱処理治具を図を用いて説明する。図１は、本熱処理治具１０の一実施態様を示した図であり、当然のことながら本発明は図１に限定されるものではない。図中、１は枠部材を、２は枠部材１の上面１ｕの２箇所（Ａ地点とＢ地点）に橋渡して配置される被熱処理体を載置するための板部材を示す。

なお、図１では、板部材２は、上から見たときの形状が長方形であるから、２箇所で橋渡しするのが構造が簡便で製作しやすいので好ましいが、上から見たときの板部材２の形状は、必ずしも長方形に限られるわけではなく、三角形などでもよい。上から見たときの板部材２の形状が三角形の場合には、枠部材１の３箇所で橋渡しすることが好ましいこともある。

また、図１では枠部材１に橋渡す板部材２は２本であるが、必ずしも２本に限られるものではない。前記板部材２の数は、載置する成形体のサイズ、形状、個数に応じて、または、板部材２のサイズ等の応じて適宜選ぶことが好ましい。

本発明においては板部材２を枠部材１に橋渡しする際に、板部材２を枠部材１に固定する必要は必ずしもないが、振動等により板部材２が枠部材１から脱落等するのを防止するために、固定することが好ましい。図１のように枠部材１の上面１ｕに切り欠きを設けて、そこの切り欠きに板部材２を入れるようにすると簡便にして確実に固定できるため好ましい。なお、固定方法としては、他に耐熱性のボルト・ナットで固定してもよく、また固定する位置としても上面１ｕだけでなく、側面１ｓで固定してもよい。

本熱処理治具において、枠部材１は、枠形状を有し、所定の耐熱温度があるものであれば特に制限されないが、枠部材１を前記板部材２以外の複数の板部材（以下、枠用板部材という。図１では、４枚の板部材３）で組み立て可能な構造とすると、被熱処理体のサイズに合わせて最適なサイズの枠用板部材３を選択することにより、最適なサイズの本熱処理治具が簡単に構成できる。

また、枠用板部材の一部が破損、損耗等した場合には、該当する枠用板部材のみ交換することで本熱処理治具の耐久性を延ばすことができるため修理時間が短時間となって生産性が上がるほか、製造原価も低減できる。

組み立て可能な構造とする際に、枠用板部材３同士は、耐熱性のボルト４でねじ込んだり、ボルト・ナットで固定したり、切り欠き・はめ込み等で固定することが好ましい固定方法として挙げられる。なお、枠用板部材３の先端同士を凹凸形状７に加工してはめ込み固定した場合の例を被熱処理体を載置した状態で図２に示す。図中、９は、被熱処理体であるセラミックス成形体である。図中、図１と共通する番号・符号は、同一のものを示す。以下も同様とする。

また、本熱処理治具２０では、枠部材１に複数の柱５を立て、そこに前記の枠部材１と板部材２と同様なものを構成することにより、垂直に複数段構成とすることができる。図３にその様子を示す。図３は、２段構成を示しているが、柱５を同様に上方に立てることにより、任意の段数に構成できる。さらに、上記柱５を組み立て可能な構造とすると、被熱処理体の数に応じて本熱処理治具の高さ方向への積層数を任意に調整することができ好ましい。この場合の被熱処理体を載置した状態を図４に示す。

本熱処理治具において、枠部材１、板部材２、枠用板部材３および／または柱５にガス通過穴６を形成することにより、ガスの通気性および放熱性をさらに上げることができる。一例を図５に示す。穴のサイズ、数、位置などは、被熱処理体の数等に合わせて適宜選択できる。

本熱処理治具において、枠部材１、板部材２等の材質としては、所望の熱処理温度における耐熱性があるものであれば特に制限されないが、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックスまたは黒鉛等のカーボンが好ましい材料として挙げられる。なお、本熱処理治具の材質は、全て同一材質とする必要もなく、部位によって異種材質としてもよい。例えば、枠部材１をカーボンとし、板部材２を窒化ケイ素とするような組み合わせでもよい。また、カーボンの表面にセラミックスの被覆層を形成してもよい。

以下に本発明の実施例を説明する。

［例１（実施例）］
板厚１０ｍｍ、幅２２ｍｍで、長さ２８０ｍｍと、長さ３００ｍｍのカーボン製枠用板部材３、各２枚を幅２２ｍｍが高さ方向となるように組み立てて枠部材１とした。なお、枠用板部材３の固定は、カーボン製のボルト４でねじこんで固定した。

長さ３００ｍｍの枠部材２枚については、上面１ｕのコーナー部から９０ｍｍと１９０ｍｍの位置に、板部材２を橋渡し固定するための切欠き（深さ７ｍｍ、幅２２．５ｍｍ）を２箇所設け、そこに板厚７ｍｍ、幅２２ｍｍで長さ２８０ｍｍのカーボン製の板部材２を２本橋渡して図１の本熱処理治具１０とした。

被熱処理体９として、主に金属ケイ素粒子と樹脂成分とからなる幅６０ｍｍ×高さ６０ｍｍ×長さ２５０ｍｍの直方体形状のハニカム成形体４個を脱脂した状態で準備した。４個の被熱処理体９は、相互に接触しないようにしながら、幅６０ｍｍ×長さ２５０ｍｍの面が底面となるようにして図２のように橋渡してある２本の板部材２の両方に載置させて本熱処理治具１０にセットし、大気圧の窒素気流中で最高温度１８００℃で焼成した。

得られた焼結体の変形量として、最も変形の大きい底面の長さ２５０ｍｍの中央部分のへこみ量（以下、最大へこみ量という）を測定した結果、４個とも１ｍｍ以内と非常に変形が少ないことが確認された。最大へこみ量の測定位置を図６に示す。図６中、（ａ）はハニカム焼成体９の測定位置、（ｂ）は最大へこみ量の概念図、をそれぞれ示す。また、耐久性を確認するため同様の焼成を５０回繰り返したが、本熱処理治具１０には、クラック、破損などの不良は観察されなかった。

［例２（実施例）］
例１において、脱脂においても本熱処理治具１０を使用した他は例１と同様にした。すなわち、本熱処理治具１０に脱脂前のハニカム成形体を載置して大気圧下の窒素雰囲気中で最高温度６００℃で脱脂処理した後、そのまま焼成炉に移動して例１と同じ焼成条件で焼成した。例１と同様にして最大へこみ量を測定したところ４個とも約１ｍｍと非常に変形が少ないことが確認された。脱脂・焼成を５０回繰り返したが、本熱処理治具１０には、クラック、破損などの不良は観察されなかった。

［例３（比較例）］
例１において、本熱処理治具１０の代わりに、縦２８０ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ７ｍｍのＳｉＣ製角板を使用し、その上に例１と同じハニカム成形体４個を載置させたほかは例１と同様にして焼成した。その結果、最大へこみ量が約１２ｍｍとなり大きな変形が観察された。また、耐久性を確認するため、焼成を５回繰り返したところで、前記ＳｉＣ製角板がほぼ中央から二つに破断した。

［例４（比較例）］
例２において、本熱処理治具１０の代わりに、縦２８０ｍｍ×横３００ｍｍ×厚さ７ｍｍのＳｉＣ製角板を使用したほかは例２と同様にして脱脂・焼成した。その結果、最大へこみ量が約１５ｍｍと大きな変形が観察された。また、脱脂・焼成を３回繰り返したところで、前記ＳｉＣ製角板がほぼ中央から二つに破断した。

本発明により、金属ケイ素粒子を含むセラミックス成形体などのように被熱処理体が熱処理過程において大きな発熱を伴う場合の熱処理であっても、得られる熱処理体の変形を抑えることができ、しかも内部の特性の均一性に優れる。また、本発明により熱処理治具自体の耐久性が大幅に向上し、セラミックス成形体の熱処理の生産性向上や原価低減に大きな効果が得られる。さらに、本熱処理治具を組み立て可能な部材で構成することにより、生産量に最適なサイズの治具をタイムリーに、かつ、簡便に提供できる。

本熱処理治具（高さ方向１段の場合）の概略図。 図１の本熱処理治具上に被熱処理体を載置した場合の概略図。 図１の本熱処理治具を高さ方向に２段積層した場合の概略図。 図３の本熱処理治具上に被熱処理体を載置した場合の概略図。 図１の本熱処理治具で枠部材、板部材にガス通過穴を形成した場合の概略図。 最大へこみ量の測定位置および最大へこみ量の概念を示す図。

符号の説明

１：枠部材
１ｕ：枠部材の上面
１ｓ：枠部材の側面
２：板部材
３：枠用板部材
４：耐熱性のボルト
５：柱
６：ガス通過穴
７：枠用板部材３の先端同士をはめ込み固定するための凹凸形状
９：被熱処理体（セラミックス成形体）
１０、２０、３０：本熱処理治具
Ａ：枠部材１において板部材２を橋渡す箇所
Ｂ：枠部材１において板部材２を橋渡すＡ以外の別の箇所
Ｃ−Ｃ：最大へこみ量の測定位置

Claims (5)

1. 枠部材と、被熱処理体を載置するための板部材とを含み、前記板部材を前記枠部材の複数箇所に橋渡して配置したことを特徴とするセラミックス熱処理用治具。
2. 前記枠部材が、前記被熱処理体を載置するための板部材とは別の複数の板部材を組み立ててなる請求項１記載のセラミックス熱処理用治具。
3. 組み立てた前記枠部材を耐熱性のボルトおよび／または切欠き構造を使用して固定する請求項２記載のセラミックス熱処理治具。
4. 前記枠部材に複数の柱を設け、前記枠部材を高さ方向に複数段積層する請求項１、２または３記載のセラミックス熱処理用治具。
5. 前記柱を前記枠部材に組み立て可能なように設ける請求項１〜４のいずれか記載のセラミックス熱処理用治具。
   

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