JP2007530408A - 固化材料を案内又は搬送するための耐熱性物品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、固化材料を案内又は搬送するための、シリカガラスの主成分を含む耐熱性物品、特にローラ又は案内要素と、当該技術の物品で普通に観測されるピックアップの問題を示さない前記物品の製造方法に関する。本発明の耐熱性物品は、ガラス質の主成分と、これに均一に分布している炭素質材料を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は固化材料を案内又は搬送するための、シリカガラスを主成分とする耐熱性物品と、前記物品の製造方法に係わる。

シリカガラス（ｖｉｔｒｅｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ）は、ガラス状（不定形又は非結晶性）の二酸化ケイ素を表す総称である。高純度の砂又は石英の鉱床から、非常に高い温度において電気アーク溶融することによってそれぞれ溶融シリカ又は石英ガラスとなる原料が得られる。シリカガラスは通常１２５０℃以上の温度に耐えることができ、熱膨張係数が極めて低いことから、温度衝撃により破損する恐れがほとんどなしに急速に加熱及び冷却することができる。それは強靭且つ強固であるから、それから製作した物品は優れた耐表面損傷性及び優れた耐摩耗性を呈する。

通常、シリカガラスは１．８〜２．２ｇ／ｃｍ³の（嵩）密度、０．５０〜０．９５×１０^-6/℃の熱膨張係数（室温で）、０．６２〜１．３８Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率、及び７〜１６％の見掛け気孔率を呈する。

このような性質を活用したシリカガラスの多様な工業的用途は公知である。例えば、それは炉内において板状、ストリップ状又は箔状の固化材料（金属やガラスのような）を移動させる搬送ローラとして又は亜鉛メッキ浴内における固化金属線材用のガイドとして使用することができる。

炉を通して板、ストリップ又は箔を移送するのに使用される搬送手段を形成するシリカガラスローラ又は亜鉛メッキ浴内の線材用のガイドを形成する物品の表面には、板、ストリップ、箔又は線材からの材料の被着が起こる傾向があり、その結果として、その上を通過する板、ストリップ、箔又は線材に跡、傷及び／又は圧痕が残ることが分かった。この被着物が生じる現象は複雑であり、物品によって搬送又は案内される板、ストリップ、箔又は線材の組成や、設備の構成及び温度や、物品表面の特性によって影響される。このような被着物はビルドアップ又はピックアップと呼称され、以下の説明ではピックアップと呼称する。

このような痕の付いた板、ストリップ、箔又は線材は当然不完全品であり、廃棄するか、さもなければ低い品質等級を与えなくてはならない。設備を高温に保ちながらこれらの物品を簡単に取り替えることは必ずしも可能なことではなく、そのため物品がこのピックアップの段階に達すると、グラインダで物品を研磨するか、さもなければ取り替えるまでは、設備の運転を停止させねばならない場合が多い。運転停止は長期に亘り、生産性を著しく低下させる。設備を冷却するのに数日を要することがあり、設備を再稼動させる前に物品を実際に研磨したり取り替えたりするのに更に時間を要する。設備全体を停止しないで物品を交換できる場合でも、高温の、且つ重い物品を取り扱うのは容易な作業ではなく、別の難題に直面することになる。

公知の用途において、熔融スズ浴の終端部と徐冷ラインの開始部との間で平らな帯状ガラスを搬送するのに「スクレーパー」ローラが使用される。スクレーパーローラの下には成形された炭素ブロックが設けてあり、ローラ表面を引っ掻いて、帯状ガラスによって運ばれてきてローラ表面から離脱したスズを除去する。実際には、スクレーパーのブロックが一部のスズをローラの細孔に押入れることが観察されている。数年にわたる使用後には、かなりの割合のスズが酸化される。こうして発生した酸化スズはローラ表面を損傷し、帯状ガラスに跡をつける。

既知の他の用途（例えば米国特許第４４１２５０３号明細書に記述されている）では、亜鉛メッキ浴中で鋼の線材を案内するのにシリカガラスの耐熱性セグメントが使用されている。ある程度の時間後に、線材と接触するセグメントの表面に酸化スズと酸化鉄の混合した大きなピックアップが観察され、その結果線材に深刻な痕をつけることがある。

その技術分野では、ピックアップに関連してシリカガラスの物性を改善すべくいくつかの試みがなされている。今までのところ、最も広く採用されているアプローチでは、特定の用途に応じてシリカガラス以外の材料（例えば高ケイ素鋼）を使用している。このようにしてローラに特殊合金被覆を施すこと（米国特許第２６９５２４８号明細書）、又は特定の等級の鋼から製作した軸を使用すること（米国特許第４４７０８０２号明細書）が既に提案されている。

異なる材料、例えばグラファイトから製作したローラ、又は層状構造を持つ材料、例えばタルク、グラファイト又は窒化ホウ素から製作した層を有するローラを使用することも提案されている（フランス国特許出願公開第２６７２５８６号明細書）。

表面にピックアップを蓄積させにくい比較的「柔らかい」グラファイトローラ又はグラファイト被覆ローラを使用して、いくつかの良好な成果が得られている。このような物品では、ピックアップが形成される物品外層が、物品により搬送される板、ストリップ又は箔によって、被着物の形成より速く侵食され易く、そのためピックアップは観察されない。このような物品の明白な欠点は、耐侵食性が不十分なことから、上述した全ての問題が原因で交換しなければならないことが多いことである。

従って、本発明の目的は、当該技術分野の物品において普通に観察されるピックアップの問題を示すことなくシリカガラス物品の優れた機械的性質を具備する、固化材料を案内又は搬送するための耐熱性物品を提供することである。このような物品はまた、耐用寿命も長くなければならない。

これら及びその他の問題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の物品で解決された。

第１の態様によれば、主成分のシリカガラスは化学的に結合された（セメント結合及び/又は樹脂結合された）シリカガラス結合体から構成される。典型的には、化学的に結合されたシリカガラス結合体は、（ｉ）少なくとも７５ｗｔ％、好ましくは８５ｗｔ％超のアモルファスシリカ、（ｉｉ）２〜２３％の化学結合剤、及び（ｉｉｉ）水、を含む混合物から調製される。好適な化学結合剤は、アルミン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ポリジエトキシシロキサン（エチルシリケート）のようなポリアルコキシシロキサン、コロイダルシリカ、酢酸ジルコニウム、酢酸マグネシウム、酸化マグネシウムなど、又はこれらの混合物である。アルミン酸カルシウムが好ましい結合剤である。混合物は成形され、次いで乾燥される。このような化学的に結合されたシリカガラス結合体は一般に焼成する必要がない。乾燥した化学的に結合されたシリカガラス結合体は、一般に、７５〜９６ｗｔ％のシリカガラス、２〜２３ｗｔ％の化学結合剤、及び２〜４ｗｔ％の水を含む。

第２の、そして好ましい態様によれば、主成分のシリカガラスは一般に、少なくとも６０ｗｔ％の、好ましくは９０ｗｔ％超の、より好ましくは９５ｗｔ％超の、典型的には９９ｗｔ％超の、アモルファスシリカを含む。シリカガラスはマトリックスを形成し、スリップキャスト又は射出成形のようないずれかの公知のシリカガラスマトリックス作製方法によって得ることができる。成形されたシリカガラスは焼成される。成形体は一般に、１０００℃より高い温度で焼結することによって緻密化される。

本発明によれば、特許請求の範囲の請求項６に記載の方法でこのような物品を製造することができる。この方法は、新しく形成される物品に対して行うこともリサイクル物品（表面を機械加工後に）に対して行うこともできる。

シリカガラス主成分を含む耐熱性物品にタール（ピッチ）又は樹脂のような液状炭素質材料を含浸させることが有利である。炭素の含浸は、見掛けの気孔率を約２％以下まで低下させることにより、ピックアップを軽減するのに加え、気孔率が高ければ起こり得る腐食の攻撃から耐熱性の酸化ケイ素を更に保護するのにも役立つ。含浸処理すべき物品は容器に入れて、空気を排出する。１５分間と１時間の間、真空を維持する。これは、物品の内部気孔内に捕捉されていた空気の除去を確実にする。この時点で、液状樹脂又はタールを容器内に導入する。含浸剤の必要粘度は物品の気孔サイズに依存する。気孔が細かく分布したものは、充分な含浸のためには低粘度の含浸剤を必要とする。粘度の範囲は通常１０〜１００センチポアズの間である。適当な溶剤で薄めるなら、より高粘度の樹脂を使用することができる。含浸剤を容器に導入したら、通常は５バールと２５バールの間の圧力を加えて樹脂又はタールを気孔内へ押入れる。これで含浸工程を完了する。シリカガラス主成分の含浸処理に好適な炭素質材料はタール又はピッチ、そしてまた樹脂（例えばフェノール樹脂）である。

随意的に、充分な含浸を確実にするため、含浸前又は含浸中に物品を最高で３００℃まで加熱してもよい。

その後、含浸処理した物品を随意的に乾燥させ（例えば９０℃で）、次いで最長で１０時間２００℃〜７５０℃まで加熱して、低温揮発性の成分を追い出す。硬化した樹脂又はタールを、還元性又は不活性雰囲気中で最長２４時間９５０℃まで加熱して炭化させ、固定炭素を得ることができる。

有利には、硬化した樹脂又はタールの加熱分解を促進するために容器を高圧（最大２５バール）にすることができる。

含浸処理された物品は１〜６ｗｔ％の炭素質材料を含む。必要ならば、炭素質材料の所要量に達するよう物品を数回の含浸工程にかけることができる。物品をその表面から数ｍｍ含浸処理し、又はその厚さ全体に含浸処理することができることに注目すべきである。

特に、このような物品はピックアップの傾向が驚くほど小さい一方で、シリカガラス物品の上述の全ての優れた性質、特に耐侵食性を示す。従って、このような物品は、研磨や交換を必要とする以前の耐用寿命が特別に長い。複数のこのようなローラを含む搬送装置は、極めて厳しい用途で板、ストリップ又は箔の形態の材料の搬送に、例えば、焼き鈍し炉又は亜鉛メッキラインで高ケイ素鋼（配向結晶粒）、ステンレス鋼の板、ストリップ又は箔を搬送するのに、あるいはガラスの板、ストリップ又は箔を搬送するのに、有利に使用される。

一例として、本発明によるシリカガラスローラを２個製造し、炭素質材料以外の点で全く同じローラと比較した。表１は、本発明によるローラ（ローラ３及び４）について測定した種々の特性を、炭素質材料含浸前の同じローラ（ローラ１）と比較して示す。もう１つのローラ（ローラ２：比較例）は、０．２ｍｍのグラファイトを被覆したローラ１と同じものである。ローラ３にはピッチを含浸させ、ローラ４にはフェノール樹脂を含浸（３ｍｍの厚さで）させてある。

ローラ１及び２を、高ケイ素鋼ストリップを搬送するための搬送装置に組み込んだ。ローラ１及び２と搬送されるストリップの表面を耐用寿命点検した。結果を表ＩＩで報告する。

凡例： Ａ：ピックアップ観察できず。
Ｂ：拡大鏡でいくらかのピックアップを観察できる。
Ｃ：目視でいくらかのピックアップを観察できる。
Ｄ：顕著なピックアップ。ローラの交換が必要。
Ｅ：搬送ストリップに跡なし。
Ｆ：搬送ストリップに軽微な跡あり。
Ｇ：搬送ストリップに低い品質等級を与えねばならないような跡あり。

Claims (7)

1. シリカガラスの主成分と、これに均一に分布している炭素質材料を含む、固化材料を案内又は搬送するための耐熱性物品。
2. 当該物品は１〜６ｗｔ％の炭素質材料を含む、請求項１に記載の耐熱性物品。
3. 当該セラミック酸化物の主成分が、７５〜９６ｗｔ％のセラミック酸化物、２〜２３ｗｔ％の化学結合剤、及び２〜４ｗｔ％の水を含む化学的に結合されたセラミック酸化物結合体からなる、請求項１又２に記載の耐熱性物品。
4. 化学結合剤が、アルミン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ポリアルコキシシロキサン、コロイダルシリカ、酢酸ジルコニウム、酢酸マグネシウム、酸化マグネシウム及びそれらの混合物からなる群から選択され、好ましくはアルミン酸カルシウムである、請求項３に記載の耐熱性物品。
5. 前記セラミック酸化物の主成分が、少なくとも６０ｗｔ％、好ましくは９０ｗｔ％超、より好ましくは９５ｗｔ％超、更に好ましくは９９ｗｔ％超のセラミック酸化物を含む焼結セラミック酸化物マトリックスからなる、請求項１又は２に記載の耐熱性物品。
6. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の耐熱性物品の製造方法であって、ｂ）シリカガラス主成分に、好ましくは加熱及び／又は加圧下で、炭素質材料を含浸させる工程を含むことを特徴とする耐熱性物品製造方法。
7. 前記含浸工程に、ｃ）含浸させた炭素質材料を加熱下で、好ましくは加圧下で、分解する更なる工程が続くことを特徴とする、請求項６に記載の方法。