JP2022174406A - MoSi2 HEATER AND TERMINAL MEMBER FOR THE HEATER, AND METHOD OF MANUFACTURING MoSi2 HEATER AND METHOD OF MANUFACTURING TERMINAL MEMBER FOR THE HEATER - Google Patents

MoSi2 HEATER AND TERMINAL MEMBER FOR THE HEATER, AND METHOD OF MANUFACTURING MoSi2 HEATER AND METHOD OF MANUFACTURING TERMINAL MEMBER FOR THE HEATER Download PDF

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里安 成田
Satoyasu Narita
悠希 岡田
Yuki Okada
博 高村
Hiroshi Takamura
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Abstract

To provide a MoSi2 heater in which peeling of a metal film formed on an electrode portion is prevented, which therefore can be long-lived, and to provide a terminal member for use in the heater.SOLUTION: An MoSi2 heater is provided, comprising: a heat generating portion; a terminal portion; and an electrode portion provided at one end of the terminal portion. The electrode portion is constituted by covering the surface of the MoSi2 base material with a metal film. The diameter of the terminal portion: the diameter of the base material of the electrode portion are 1:0.91-0.98.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、MoSiヒーター及び該ヒーター用端子部材並びにMoSiヒーターの製造方法及び該ヒーター用端子部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a MoSi2 heater, a terminal member for the heater, a method for manufacturing the MoSi2 heater, and a method for manufacturing the terminal member for the heater.

MoSi(二珪化モリブデン)ヒーターは優れた耐酸化特性を有することから、大気又は酸化性雰囲気下で使用する超高温ヒーターとして古くから使用され、現在まで幅広い用途で使用されている。このヒーターは、主成分として、MoSiを含有し、電気抵抗を増加させるために、SiOなどの絶縁性酸化物等が添加されることがある。本開示においては、MoSiヒーターは、MoSiを70wt%以上含有する材料からなるものをいう。 Since MoSi 2 (molybdenum disilicide) heaters have excellent oxidation resistance, they have long been used as ultra-high temperature heaters for use in the air or in an oxidizing atmosphere, and have been used in a wide range of applications up to now. This heater contains MoSi 2 as a main component, and an insulating oxide such as SiO 2 is sometimes added to increase the electrical resistance. In the present disclosure, a MoSi 2 heater refers to one made of a material containing 70 wt % or more of MoSi 2 .

現在、ガラス工業やセラミックス焼成、その他多くの分野で使用されているMoSiヒーターには、図1に示すように、U字形状(図1(a))、L字形状(図1(b))、W字形状あるいはマルチU字形状(図1(c))、立体U字形状(図1(d))、マルチ円周U字形状(図1(e))、断熱材組込型(図1(f))など、様々な形状・サイズのものが存在し、これらは、目的や用途に応じて使い分けられている。 Currently, MoSi2 heaters used in the glass industry, ceramics firing, and many other fields have U-shaped (Fig. 1(a)), L-shaped (Fig. 1(b) ), W-shaped or multi-U-shaped (Fig. 1(c)), three-dimensional U-shaped (Fig. 1(d)), multi-circumferential U-shaped (Fig. 1(e)), thermal insulation embedded type ( There are various shapes and sizes, such as FIG.

図2に従来型のU字形状ヒーターの模式図を示す。ヒーターには様々な形状があるが、基本的には、発熱部23と両端の端子部21とから構成され、そして、端子部の一端には外部電源と接続される電極部22が設けられている。ヒーターに通電すると、径の細い高抵抗の部分が高温になって、発熱部としての役割を担い、径の太い低抵抗の部分は発熱を抑えて、給電する部分を低温に保つための端子部の役割を担う。発熱部の直径と端子部の直径は、約1:2の関係にある。 FIG. 2 shows a schematic diagram of a conventional U-shaped heater. Although there are various shapes of heaters, basically, they are composed of a heating portion 23 and terminal portions 21 at both ends, and an electrode portion 22 connected to an external power supply is provided at one end of the terminal portion. there is When the heater is energized, the high-resistance, thin-diameter part becomes hot and plays the role of a heat-generating part. play the role of The diameter of the heat generating portion and the diameter of the terminal portion have a relationship of about 1:2.

現在、市販されているMoSiヒーターは、発熱部と端子部の直径がそれぞれ、3mm/6mm、4mm/9mm、6mm/12mm、9mm/18mm、12mm/24mm、等である。また、電極部の長さは、25mm(端子部の直径:6mm、9mm)、45mm(端子部の直径:12mm)、75mm(端子部の直径:18mm)、100mm(端子部の直径:24mm)、等となっている。このように発熱部の太さと端子部の太さの組み合わせ、あるいは電極部の長さには、業界標準の値がある。 Currently commercially available MoSi 2 heaters have diameters of the heating part and the terminal part of 3 mm/6 mm, 4 mm/9 mm, 6 mm/12 mm, 9 mm/18 mm, 12 mm/24 mm, etc., respectively. The length of the electrode part is 25 mm (diameter of terminal part: 6 mm, 9 mm), 45 mm (diameter of terminal part: 12 mm), 75 mm (diameter of terminal part: 18 mm), 100 mm (diameter of terminal part: 24 mm). , etc. In this way, there are industry standard values for the combination of the thickness of the heating portion and the thickness of the terminal portion, or the length of the electrode portion.

図3に、MoSiヒーターの外部電源への接続方法の一例を示す。電極部33には、アルミ編組線31を繋ぎ、金具(クランプ)32で固定して、外部電源から電極部を介して端子部34へ給電される。アルミ編組線とクランプとをひとまとめにしたものを接続帯ともいう。図3(a)は、ヒーターに接続帯を付けた状態の写真であり、写真では、説明の都合上、片側のみに接続帯を付けたものであり、実際に使用する際には両側に接続帯が取り付けられる。図3(b)は、ヒーターの電極部に接続帯を付けた場合の模式図(正面図)であり、図3(c)は、図3(b)を上からみた図(平面図)である。 FIG. 3 shows an example of how the MoSi2 heater is connected to an external power source. An aluminum braided wire 31 is connected to the electrode portion 33 and fixed with a metal fitting (clamp) 32, and power is supplied from an external power supply to the terminal portion 34 via the electrode portion. A bundle of the aluminum braided wire and the clamp is also called a connecting band. FIG. 3(a) is a photograph of a state in which the connecting band is attached to the heater. In the photograph, the connecting band is attached only on one side for convenience of explanation. A belt is attached. FIG. 3(b) is a schematic diagram (front view) of a case where a connection band is attached to the electrode portion of the heater, and FIG. 3(c) is a top view (plan view) of FIG. 3(b). be.

一般にMoSiヒーターの電極部は、電気的な接続を高めるために、その表面に金属膜(Al溶射膜等)を形成することが行われている。溶射法による金属膜の形成工程では、はじめに、基材表面の絶縁性の酸化被膜を除去して導電性を確保する目的、及び溶射膜の密着性を高める目的でブラスト処理し、その後、ガス式や電気式溶射にて膜付けされる。ヒーターの電極部の劣化を防止するために、電極部において酸化被膜を除去した部分に金属膜を形成するとともに、端子部の酸化被膜が除去されていない部分に該金属膜をオー
バーラップさせることが記載されている(特許文献1)。
Generally, the electrode portion of the MoSi 2 heater is formed with a metal film (such as an Al sprayed film) on its surface in order to improve electrical connection. In the process of forming a metal film by thermal spraying, first, blasting is performed for the purpose of removing the insulating oxide film on the surface of the base material to ensure conductivity, and for the purpose of improving the adhesion of the thermal spraying film. or electric thermal spraying. In order to prevent deterioration of the electrode portion of the heater, it is possible to form a metal film on the portion of the electrode portion from which the oxide film has been removed, and to overlap the portion of the terminal portion from which the oxide film has not been removed with the metal film. (Patent Document 1).

特開2000-48937号公報JP-A-2000-48937

本発明は、電極部に形成した金属膜の剥離を防止し、ヒーターの長寿命化を可能にすることができるMoSiヒーター及び該ヒーターに用いる端子部材並びにMoSiヒーターの製造方法及び該ヒーター用端子部材の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention provides a MoSi2 heater capable of preventing peeling of a metal film formed on an electrode portion and enabling a longer life of the heater, a terminal member used for the heater, a method for manufacturing the MoSi2 heater, and the heater. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a terminal member.

本発明の一形態は、発熱部と端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーターであって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とするMoSiヒーターである。
本発明の別の形態は、端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーター用端子部材であって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とするMoSiヒーター用端子部材である。
One embodiment of the present invention is a MoSi2 heater comprising a heat generating portion, a terminal portion, and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion is a MoSi2 substrate surface coated with a metal film. and the diameter of the terminal part: the diameter of the base material of the electrode part= 1 :0.91 to 0.98.
Another aspect of the present invention is a terminal member for a MoSi2 heater comprising a terminal portion and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion covers the surface of the MoSi2 base material with a metal film. and the diameter of the terminal part: the diameter of the substrate of the electrode part= 1 :0.91 to 0.98.

本発明によれば、MoSiヒーターにおいて、電極部に形成された金属膜の剥離を防止し、ヒーターの長寿命化を可能にすることができるという優れた効果を有する。 EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, in a MoSi2 heater, it is possible to prevent peeling of the metal film formed on the electrode portion and to extend the life of the heater.

MoSiヒーターの形状の例示である。Fig. 4 is an illustration of the geometry of the MoSi2 heater; 従来型のMoSiヒーター(U字形状の場合)の説明図である。FIG. 2 is an illustration of a conventional MoSi 2 heater (in the case of U-shape); ヒーター電極部への接続帯の取り付けを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing attachment of a connecting band to a heater electrode; MoSi材の切断面(軸方向に対して垂直)を示すSEM写真である。 2 is a SEM photograph showing a cut surface (perpendicular to the axial direction) of a MoSi2 material. 電極部における基材の直径と低密度層の厚さの関係を示したものである。It shows the relationship between the diameter of the substrate and the thickness of the low-density layer in the electrode portion. 本実施形態のMoSiヒーター(U字形状の場合)の加工順序の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the processing order of the MoSi 2 heater (in the case of U-shape) of the present embodiment; 棒材Aの切断面(軸方向に対して垂直)におけるSEM写真である。It is a SEM photograph of a cut surface (perpendicular to the axial direction) of bar A. 棒材Bの切断面(軸方向に対して垂直)におけるSEM写真である。4 is a SEM photograph of a cut surface (perpendicular to the axial direction) of bar material B; 実施例1、比較例1の金属膜の剥離の有無を観察したSEM写真である。4 is SEM photographs for observing the presence or absence of peeling of the metal films of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2、比較例2の金属膜の剥離の有無を観察したSEM写真である。4 is SEM photographs for observing the presence or absence of peeling of the metal films of Example 2 and Comparative Example 2. FIG. 実施例、比較例の金属膜の剥離試験の結果をまとめたものである。It summarizes the results of the peeling test of the metal films of the examples and the comparative examples.

MoSiヒーターの端子部は、発熱部に比べて抵抗加熱は小さいが、端子部の一端に設けられた電極部(以下、端子電極部ということもある。)は、高温となる発熱部からの熱伝導によって温度が上昇する。また、炉の構造によっては、電極部が閉空間になっている場合があり、その場合には外気による冷却はされにくいため、温度が上がりやすくなる。MoSiヒーターでは一般に、電極部の温度は300℃以下が推奨されているが、それ以上の温度で使用される場合がある。 The terminal part of the MoSi 2 heater has a smaller resistance heating than the heat generating part, but the electrode part provided at one end of the terminal part (hereinafter also referred to as the terminal electrode part) has a high temperature from the heat generating part. Heat conduction increases the temperature. Further, depending on the structure of the furnace, the electrode portion may be a closed space. Generally, it is recommended that the temperature of the electrode portion of the MoSi 2 heater be 300° C. or less, but it may be used at a temperature higher than 300°C.

MoSiは、低温域(300℃~800℃)では、MoとSiの同時酸化が起こる。これは俗にいうペスト現象である。一般に電極部には、アルミなどの金属が溶射されて金
属膜が被覆されているが、溶射膜の場合、偏平粒子の堆積となるので緻密性に限度があり、溶射膜を通してMoSi基材表面にまで酸素が到達する。このとき、MoSi基材と金属膜の界面ではMoSiにおけるMoとSiの同時酸化が起こり、界面に隙間が生じて、時間とともにその範囲が広がり、終には金属膜が剥がれてしまうことがある。金属膜が剥がれた場合、その部分で電気抵抗が上昇するため、異常発熱やスパークにより端子部が断線し、ヒーター寿命を迎えることになる。
MoSi 2 causes simultaneous oxidation of Mo and Si at low temperatures (300° C. to 800° C.). This is the so-called plague phenomenon. In general, the electrode part is coated with a metal film by spraying a metal such as aluminum. Oxygen reaches up to At this time, simultaneous oxidation of Mo and Si in MoSi2 occurs at the interface between the MoSi2 base material and the metal film, creating a gap at the interface that expands with time, and eventually the metal film peels off. be. If the metal film is peeled off, the electrical resistance increases at that portion, and the terminals are disconnected due to abnormal heat generation or sparks, and the life of the heater ends.

本発明者はMoSi基材の軸方向に対して垂直な断面の構造を観察したところ、図4に示すように、表面から中心に向かって酸化物が蒸発して、多数の空孔が存在する低密度層の存在を発見した。また、詳細に調査したところ、図5に示すようにMoSi基材の直径に対して、低密度層の厚さが異なることを確認した。 When the present inventor observed the structure of the cross section perpendicular to the axial direction of the MoSi2 substrate, as shown in FIG. We discovered the existence of a low-density layer that A detailed investigation also confirmed that the thickness of the low-density layer varied with the diameter of the MoSi2 substrate, as shown in FIG.

通常、電極部に金属膜を形成する場合、MoSi基材の酸化被膜の除去と溶射膜の密着性を高めるためにブラスト処理が行われるが、それによって除去される領域はせいぜい20μm程度であるため、この低密度層までは除去されず、したがって、この低密度層の上に金属膜付けが行われることになる。しかし、本発明者は、この低密度層を除去した上で、通常のブラスト処理を施し、次いで、金属膜を形成したところ、高温化での金属膜の密着耐久性が格段に向上することを見出した。 Normally, when forming a metal film on the electrode part, blasting is performed to remove the oxide film of the MoSi2 base material and improve the adhesion of the sprayed film, but the removed area is at most about 20 μm. Therefore, it is not removed up to this low density layer, and therefore metal film deposition is performed on this low density layer. However, the inventors of the present invention removed this low-density layer, applied a normal blasting treatment, and then formed a metal film. Found it.

上記知見に基づき、本発明の一実施形態におけるMoSiヒーターは、発熱部と端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーターであって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とする。
前記電極部において、低密度層を除去し、電極部の基材の直径を端子部の直径より小さくした上で、金属膜を被覆することにより、MoSi基材と金属膜との界面でのMoとSiの同時酸化が抑制され、電極部における金属膜の剥がれが生じ難くなる。そして、金属膜が剥がれにくくなることで、電極部での断線がなくなり、ヒーター自体の長寿命化が可能になる。
Based on the above findings, the MoSi 2 heater in one embodiment of the present invention is a MoSi 2 heater including a heat generating portion, a terminal portion, and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion is MoSi 2 The surface of the base material is covered with a metal film, and the diameter of the terminal part: the diameter of the base material of the electrode part=1:0.91 to 0.98.
In the electrode part, the low-density layer is removed, the diameter of the base material of the electrode part is made smaller than the diameter of the terminal part, and then the metal film is coated, so that the interface between the MoSi 2 base material and the metal film Simultaneous oxidation of Mo and Si is suppressed, and peeling of the metal film at the electrode portion is less likely to occur. Since the metal film is less likely to peel off, disconnection at the electrode portion is eliminated, and the life of the heater itself can be extended.

前記低密度層は、MoSi基材の最表面から内部(軸中心)に向かって、厚さ60~220μm(公称基材直径:6mm)、厚さ75~250μm(公称基材直径:9mm)、厚さ180~520μm(公称基材直径:12mm)で存在する。この低密度層の厚みは、基材の直径に対して、0.9~3.7%(公称基材直径:6mm)、0.8~2.8%(公称基材直径:9mm)、1.5~4.5%(公称基材直径:12mm)に相当する。この低密度層を除去する目的で基材を研削等するため、電極部の基材の直径は、研削前の直径(端子部の直径に相当)に比べて小さくなる。研削量は、基材の直径と形成される低密度層の厚みを考慮して決定することができる。 The low-density layer has a thickness of 60 to 220 μm (nominal substrate diameter: 6 mm) and a thickness of 75 to 250 μm (nominal substrate diameter: 9 mm) from the outermost surface of the MoSi 2 substrate toward the inside (axis center). , with a thickness of 180-520 μm (nominal substrate diameter: 12 mm). The thickness of this low-density layer is 0.9 to 3.7% (nominal substrate diameter: 6 mm), 0.8 to 2.8% (nominal substrate diameter: 9 mm), This corresponds to 1.5-4.5% (nominal substrate diameter: 12 mm). Since the base material is ground for the purpose of removing this low-density layer, the diameter of the base material of the electrode portion becomes smaller than the diameter before grinding (corresponding to the diameter of the terminal portion). The amount of grinding can be determined in consideration of the diameter of the substrate and the thickness of the low-density layer to be formed.

MoSi基材の外周層の密度が低い場合、界面に到達した酸素が空孔を通じて外周層に広く供給され、また、空孔の存在によりMoSiの比表面積が大きくなっているため、MoSi基材の外周層の密度が高い場合に比べてペスト現象が起こり易い。したがって、電極部の外周に存在する低密度層を除去して、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98とすることで、その低密度層が除去された基材を下地として、金属膜を形成することで、ペスト現象を抑制して、金属膜の剥離等を防止することができる。 When the density of the outer peripheral layer of the MoSi2 substrate is low, oxygen that reaches the interface is widely supplied to the outer peripheral layer through the pores, and the presence of the pores increases the specific surface area of MoSi2 . The plague phenomenon is more likely to occur than when the outer peripheral layer of the substrate has a high density. Therefore, by removing the low-density layer existing on the outer periphery of the electrode portion and setting the diameter of the terminal portion: the diameter of the base material of the electrode portion = 1: 0.91 to 0.98, the low-density layer is removed. By forming a metal film on the base material having been coated, the plague phenomenon can be suppressed, and peeling of the metal film can be prevented.

例えば、公称基材直径:12mmの場合、研削後の電極部の基材の直径は10.92mm~11.64mm(端子部と電極部の基材の直径比は1:0.91~0.97)になる。これは、基材の片側の実質的な研削量を0.18mm~0.54mmとすることにより、電極部の基材の直径が0.36mm~1.08mm減に相当する。この研削により、低
密度層(0.18~0.52mm)が除去されることになる。低密度層の厚みは、基材の直径によって異なるため、その直径に応じて研削量を変えることが好ましい。
For example, when the nominal base material diameter is 12 mm, the diameter of the base material of the electrode portion after grinding is 10.92 mm to 11.64 mm (the diameter ratio of the base material of the terminal portion to that of the electrode portion is 1:0.91 to 0.91 mm). 97). This corresponds to reducing the diameter of the base material of the electrode portion by 0.36 mm to 1.08 mm by setting the substantial grinding amount of one side of the base material to 0.18 mm to 0.54 mm. This grinding will remove the low density layer (0.18-0.52 mm). Since the thickness of the low-density layer varies depending on the diameter of the substrate, it is preferable to change the amount of grinding according to the diameter.

通常、MoSi基材は、MoSiを主成分とする原料粉末を成形、焼成して作製されるが、焼成の際に、MoSiの酸化が生じないように不活性雰囲気や還元雰囲気下で処理される。そのため、MoSi基材の外周に位置するガラス成分(酸化物)が高温焼成時に蒸発して、外周層に多数の空孔が発生して、低密度層が形成される。低密度層が形成される領域(厚さ)は、原料の成分や粒径、焼成条件、基材の直径等によって変動する。そのため、事前にSEM像などを用いて、低密度層が形成される厚みを把握し、その上で、低密度層が除去されるよう研削量を決定し、研削後のMoSi基材(つまり、低密度層が除去された基材)を下地層として金属膜を形成すれば、本発明の効果を得ることができる。但し、研削量が多すぎると、抵抗の増大及び強度が低下することがあるため、低密度層の除去を超えて研削する必要はない。 Usually , the MoSi2 base material is produced by molding and firing a raw material powder containing MoSi2 as a main component. It is processed. Therefore, the glass component (oxide) located at the outer periphery of the MoSi2 substrate evaporates during high-temperature firing, generating a large number of pores in the outer peripheral layer and forming a low-density layer. The region (thickness) in which the low-density layer is formed varies depending on the composition and particle size of the raw material, the firing conditions, the diameter of the substrate, and the like. Therefore, using SEM images etc. in advance, the thickness at which the low density layer is formed is grasped, the amount of grinding is determined so that the low density layer is removed, and the MoSi 2 substrate after grinding (that is, , the substrate from which the low-density layer has been removed) is used as a base layer to form a metal film, the effect of the present invention can be obtained. However, it is not necessary to grind beyond the removal of the low density layer, as too much grinding may increase the resistance and reduce the strength.

本実施形態において、金属膜は、溶射法、めっき、イオンプレーティング等の方法を用いて形成することができる。特に、Al又はAl合金の膜が有効である。また、金属膜は50μm以上300μm以下形成することが好ましい。また、金属膜の形成の前には、酸化被膜の除去および密着性向上のために、ブラスト処理を施すことが好ましい。ブラスト処理としては、サンドブラスト等が挙げられる。 In this embodiment, the metal film can be formed using methods such as thermal spraying, plating, and ion plating. In particular, an Al or Al alloy film is effective. Also, the metal film is preferably formed to a thickness of 50 μm or more and 300 μm or less. Also, before forming the metal film, it is preferable to perform a blasting treatment in order to remove the oxide film and improve adhesion. Sandblasting etc. are mentioned as a blasting process.

本実施形態は、低密度層が除去された部分に金属膜を形成して電極部とするが、低密度層が除去された部分と除去されなかった部分との境界(端子部材の長手方向の段差部)では、構造上、酸素が侵入しやすくなる。したがって、端子部材の長手方向において、低密度層が除去されていない部分にもオーバーラップするように金属膜を形成することで効果的に酸素の侵入を抑制することができる。好ましい形態は、前記境界から端子部にかけて0.4mm以上2mm以下の範囲で、低密度層が除去されていない部分にオーバーラップするように金属膜が形成されていることが好ましい。 In this embodiment, a metal film is formed on the portion from which the low-density layer has been removed to form the electrode portion. Oxygen easily penetrates in the step portion) due to its structure. Therefore, intrusion of oxygen can be effectively suppressed by forming the metal film so as to overlap the portion where the low-density layer is not removed in the longitudinal direction of the terminal member. In a preferred form, the metal film is preferably formed so as to overlap the portion where the low-density layer is not removed within a range of 0.4 mm or more and 2 mm or less from the boundary to the terminal portion.

本実施形態に係るMoSiヒーター(U字形状の場合)の加工手順の一例を、図6を用いて説明する。なお、本実施形態は、この加工手順に限定されず、他の加工方法や加工手順を用いて作製してもよい。
図6(a):MoSiを主成分とする原料を成形、焼成してMoSi棒材を作製する。これは、後に端子部材となるものである。発熱部の記載は省略しているが、この端子部材より径の小さいMoSi棒材を作製することになる。原料や成形、焼成の条件には、特に限定はなく、一般的な方法、条件を用いればよい。
An example of the processing procedure of the MoSi 2 heater (in the case of U-shape) according to this embodiment will be described with reference to FIG. Note that the present embodiment is not limited to this processing procedure, and may be manufactured using other processing methods and processing procedures.
Fig. 6(a): A raw material containing MoSi2 as a main component is shaped and fired to produce a MoSi2 bar. This will later become a terminal member. Although the description of the heat generating portion is omitted, a MoSi 2 bar having a diameter smaller than that of the terminal member is produced. Raw materials, molding, and firing conditions are not particularly limited, and general methods and conditions may be used.

図6(b):MoSi棒材の一端をペン先のように細く切削する。ここは、後に発熱部が取り付けられる部分となる。端子部と太さと発熱部の太さの関係には業界標準があるため、それに合わせてペン先の径を決めることができる。また、端子部から発熱部に亘る傾斜比率(高さ:長さ)についても適宜、決めることができる。
次に、MoSi棒材の他端において、電極部となる部位の低密度層を除去する。除去の方法として切削が簡便であるが、研削(研磨)を用いることもできる。また、前記機械加工の他、レーザー加工等他の方法を用いてもよい。このとき、事前にMoSi材の軸方向に対して垂直な断面をSEM像で観察して、低密度層の厚みを把握し、それに応じた厚みを研削することが好ましい。
FIG. 6(b): One end of the MoSi 2 bar is cut as thin as a pen tip. This will be the part where the heat generating part will be attached later. There is an industry standard for the relationship between the thickness of the terminal part and the thickness of the heat generating part, so the diameter of the pen tip can be determined according to it. In addition, the inclination ratio (height: length) from the terminal portion to the heat generating portion can also be determined as appropriate.
Next, at the other end of the MoSi 2 bar, the low-density layer of the electrode portion is removed. Cutting is a convenient method for removal, but grinding (polishing) can also be used. In addition to the mechanical processing, other methods such as laser processing may be used. At this time, it is preferable to previously observe the cross section perpendicular to the axial direction of the MoSi 2 material with an SEM image to grasp the thickness of the low-density layer, and grind the thickness accordingly.

図6(c):除去した部分をアルミ溶射する。ここでは、例としてアルミ溶射を挙げているが、金属膜を形成すればよいので、ニッケル、クロム、チタン等の他の金属や他の成膜方法を用いることができる。また、アルミ溶射膜(金属膜の一例)の密着性を上げるために、除去した部分の表面をブラスト処理によって荒らすことが好ましい(図6(c-1
))。MoSi基材の酸化被膜は前工程で除去できているので、ブラスト処理は任意の工程である。
さらに、アルミ溶射膜(金属膜の一例)は切削した部分よりもやや外側(段差部を含めた端子部側)まで形成することが好ましい(図6(c-2))。前記の除去により、端子部と電極部の間に段差が形成され、MoSiが剥き出しとなるため、酸素が侵入し易い。したがって、酸素の侵入を防止するために、端子部の一部までオーバーラップするようにアルミ溶射を行うのが好ましい。
FIG. 6(c): The removed portion is thermally sprayed with aluminum. Here, aluminum thermal spraying is used as an example, but since it is sufficient to form a metal film, other metals such as nickel, chromium, and titanium and other film formation methods can be used. Further, in order to increase the adhesion of the aluminum sprayed film (an example of the metal film), it is preferable to roughen the surface of the removed portion by blasting (Fig. 6 (c-1
)). Blasting is an optional step because the oxide film on the MoSi2 substrate has been removed in the previous step.
Furthermore, it is preferable to form the aluminum sprayed film (an example of the metal film) slightly outside the cut portion (on the terminal portion side including the stepped portion) (FIG. 6(c-2)). As a result of the above removal, a step is formed between the terminal portion and the electrode portion, and MoSi 2 is exposed, so that oxygen can easily enter. Therefore, in order to prevent oxygen from entering, it is preferable to perform aluminum thermal spraying so as to partially overlap the terminal portion.

図6(d):MoSi棒材をU字形状に曲げ加工する。このMoSi棒材は、最終的に発熱部となるものであり、上記で説明したMoSi棒材(端子部材)よりも、太さ(径)が小さいものである。なお、W字形状のヒーターを作製する場合には、U字形状の棒材3本を交互に逆向きで組み合わせればよく、立体型U字形状あるいはマルチ円周U字形状のヒーターを作製する場合には、複数のU字形状の棒材を立体的に組み合わせることで作製することができる。また、用途によっては、U字形状とせず、直線状或いは曲線状としてもよい。 FIG. 6(d): MoSi 2 bar is bent into a U shape. This MoSi 2 bar will eventually become a heat generating portion, and has a smaller thickness (diameter) than the MoSi 2 bar (terminal member) described above. In the case of producing a W-shaped heater, three U-shaped bars may be alternately combined in opposite directions to produce a three-dimensional U-shaped or multi-circumferential U-shaped heater. In some cases, it can be produced by three-dimensionally combining a plurality of U-shaped bars. Further, depending on the application, the shape may be linear or curved instead of U-shaped.

図6(e):アルミ溶射した端子部材(図6(c))とU字形状に曲げ加工した発熱部(図6(d))とを接合して、U字形状のMoSiヒーターを作製する。接合方法には特に限定はなく、MoSiで一般的に行われている通電や誘導加熱による圧着法(通電溶接とも言う)などを用いることができる。また、ここでは、U字形状を一例として図示したが、ヒーターとして、発熱部の両端に端子部材(図6(c))を溶接すればよいので、両端を除く発熱部の一又は複数を適宜組み合わせて、溶接等することで、ヒーターの形状を比較的自由に設計することができる。 Fig. 6(e): A U-shaped MoSi 2 heater is manufactured by joining the terminal member sprayed with aluminum (Fig. 6(c)) and the heat generating part bent into a U-shape (Fig. 6(d)). do. The bonding method is not particularly limited, and a crimping method (also referred to as current welding) using current or induction heating, which is generally performed for MoSi 2 , can be used. In addition, although a U-shape is shown here as an example, terminal members (FIG. 6(c)) may be welded to both ends of the heat generating portion as a heater, so one or more of the heat generating portions excluding both ends may be appropriately By combining and welding, etc., the shape of the heater can be designed relatively freely.

本発明の実施形態に係るMoSiヒーターの加工方法は上記の通りであるが、図6(c)に示すような端子部材単独でも取り扱うことができる。このようなことから、別の実施形態に係るMoSiヒーター用端子部材は、端子部と該端子部の一端に設けた電極部とを有するMoSiヒーター用の端子部材であって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とするものである。 The processing method of the MoSi2 heater according to the embodiment of the present invention is as described above, but the terminal member alone as shown in FIG. 6(c) can also be handled. Accordingly, a terminal member for a MoSi2 heater according to another embodiment is a terminal member for a MoSi2 heater having a terminal portion and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion is It is constructed by covering the surface of a MoSi 2 base material with a metal film, and is characterized in that the diameter of the terminal portion: the diameter of the base material of the electrode portion=1:0.91 to 0.98.

以下、実施例及び比較例に基づいて説明する。なお、本実施例はあくまで一例であり、この例により何ら制限されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであり、本発明に含まれる実施例以外の種々の変形を包含するものである。 Hereinafter, description will be made based on examples and comparative examples. It should be noted that this embodiment is merely an example, and the present invention is not limited by this example. That is, the present invention is limited only by the scope of the claims, and includes various modifications other than the examples included in the present invention.

(棒材の作製)
MoSi粉とSiO粉末を96:4(wt%)の割合で秤量し、粉砕機で平均粒径を5μmになるよう混合粉砕した後、10wt%のバインダーを添加して、ミキサーで混合を行った。次に、この混合物を、押し出し機を使用して棒状に成形した後、窒素雰囲気下で脱脂、アルゴン雰囲気下で焼結を行った。その後、炉から取り出し、大気中にて通電焼結を行い、棒材A(直径6mm)、棒材B(直径9mm)を得た。
これらの棒材A、Bを軸方向に対して切断し、その切断面をSEMによって観察した。断面SEMによるそれぞれの組織画像を図7、8に示す。図7に示すように、棒材A、棒材Bともには、外周層に低密度層(厚さ200μm)存在していた。
(Production of bar material)
MoSi 2 powder and SiO 2 powder were weighed at a ratio of 96:4 (wt%), mixed and pulverized with a pulverizer so that the average particle size was 5 μm, then 10 wt% of a binder was added and mixed with a mixer. gone. Next, this mixture was molded into a bar shape using an extruder, degreased in a nitrogen atmosphere, and sintered in an argon atmosphere. After that, they were taken out from the furnace and subjected to electrical sintering in the atmosphere to obtain bar A (diameter 6 mm) and bar B (diameter 9 mm).
These bars A and B were cut in the axial direction, and the cut surfaces were observed by SEM. The respective tissue images obtained by cross-sectional SEM are shown in FIGS. As shown in FIG. 7, both bar A and bar B had a low-density layer (thickness of 200 μm) in the outer peripheral layer.

(実施例1、比較例1)
実施例1として、棒材Aを長さ100mmで切断し、片側のみ片端から24mmの箇所について、低密度層を除去するため表面から中心(軸)に向かって200μm切削加工し
た。切削しなかった箇所(端子部に相当)の直径と切削した箇所(電極部の基材に相当)の直径との比は1:0.93である。次に、切削した箇所に、深さ約20μmのブラスト処理した後、アルミのプラズマ溶射を施し、膜厚160~200μmの金属膜を形成した。
一方、比較例1として、低密度層を除去せず、片側のみ片端から24mmの箇所に、ブラスト処理した後、アルミのプラズマ溶射を施し、膜厚160~200μmの金属膜を形成した。
これらアルミ溶射が施された棒材Aを大気中450℃で1~4週間保持し、金属膜の剥がれの有無を観察した。それぞれの期間経過後における棒材Aの断面SEM写真を図9に示す。実施例1では、1週間後、4週間後でも金属膜の剥がれは見られなかったが、比較例1では、1週間後の時点で、金属膜がMoSi基材から剥がれている(隙間が生じている)のが観察された。なお、比較例1では、1週間で剥がれたため、4週間の試験は行っていない。
(Example 1, Comparative Example 1)
As Example 1, the bar A was cut at a length of 100 mm, and only one side was cut 200 μm from the surface toward the center (axis) in order to remove the low-density layer at a point of 24 mm from one end. The ratio of the diameter of the uncut portion (corresponding to the terminal portion) to the diameter of the cut portion (corresponding to the base material of the electrode portion) was 1:0.93. Next, the cut portions were blasted to a depth of about 20 μm and then plasma-sprayed with aluminum to form a metal film with a thickness of 160 to 200 μm.
On the other hand, as Comparative Example 1, without removing the low-density layer, a metal film having a thickness of 160 to 200 μm was formed by blasting and plasma spraying aluminum on only one side at a distance of 24 mm from one end.
These aluminum-sprayed bars A were held in the air at 450° C. for 1 to 4 weeks, and the presence or absence of peeling of the metal film was observed. FIG. 9 shows cross-sectional SEM photographs of the bar A after each period. In Example 1 , no peeling of the metal film was observed even after 1 week and 4 weeks. occurring) was observed. In addition, in Comparative Example 1, the test was not performed for 4 weeks because the film was peeled off after one week.

(実施例2、比較例2)
実施例2として、棒材Bを長さ100mmで切断し、片側のみ片端から24mmの箇所について、低密度層を除去するため表面から中心(軸)に向かって200μm切削加工した。切削しなかった箇所(端子部に相当)の直径と切削した箇所(電極部の基材に相当)の直径との比は1:0.96である。次に、切削した箇所に、深さ約20μmのブラスト処理した後、アルミのプラズマ溶射を施し、膜厚160~200μmの金属膜を形成した。
一方、比較例2として、低密度層を除去せず、片側のみ片端から24mmの箇所に、ブラスト処理した後、アルミのプラズマ溶射を施し、膜厚160~200μmの金属膜を形成した。
これらアルミ溶射が施された棒材Bを大気中450℃で1~4週間保持し、金属膜の剥がれの有無を観察した。それぞれの期間経過後における棒材Bの断面SEM写真を図10に示す。実施例2では、2週間後、4週間後でも金属膜の剥がれは見られなかったが、比較例2では、1週間後の時点で金属膜がMoSi基材から剥がれている(隙間が生じている)のが観察された。なお、比較例1では1週間で剥がれたため、2週間以降の試験は行っていない。以上の金属膜の剥離試験の結果をまとめたものを図11に示す。
(Example 2, Comparative Example 2)
As Example 2, the bar material B was cut at a length of 100 mm, and only one side was cut 200 μm from the surface toward the center (axis) at a location 24 mm from one end to remove the low density layer. The ratio of the diameter of the uncut portion (corresponding to the terminal portion) to the diameter of the cut portion (corresponding to the base material of the electrode portion) was 1:0.96. Next, the cut portions were blasted to a depth of about 20 μm and then plasma-sprayed with aluminum to form a metal film with a thickness of 160 to 200 μm.
On the other hand, as Comparative Example 2, a metal film having a thickness of 160 to 200 μm was formed by blasting and then plasma spraying aluminum on one side at a distance of 24 mm from one end without removing the low-density layer.
These aluminum-sprayed rods B were held in the atmosphere at 450° C. for 1 to 4 weeks, and the presence or absence of peeling of the metal film was observed. FIG. 10 shows cross-sectional SEM photographs of the bar B after each period. In Example 2 , no peeling of the metal film was observed even after 2 weeks and 4 weeks. ) was observed. In addition, in Comparative Example 1, the test was not performed after 2 weeks because the film was peeled off after 1 week. FIG. 11 shows a summary of the results of the metal film peeling test described above.

なお、工業製品としてMoSiヒーターを製造する場合、直径6mmもしくは9mm棒材の片側(金属膜を形成していない側)をペン先状に加工し、その後、U字加工された直径3mmもしくは4mmのMoSi材(発熱部に相当)と溶接して、U字ヒーターに仕上げるが、上記の溶接の有無は、本発明の効果を確認する上で関係ないため、実施例、比較例では、溶接しない状態で剥離試験を行っている。 When manufacturing a MoSi 2 heater as an industrial product, one side (the side on which the metal film is not formed) of a bar material with a diameter of 6 mm or 9 mm is processed into a pen tip shape, and then U-shaped with a diameter of 3 mm or 4 mm. MoSi 2 material (equivalent to the heat generating part) is welded to finish the U-shaped heater, but the presence or absence of the above welding is irrelevant in confirming the effect of the present invention, so in the examples and comparative examples, welding A peeling test is performed without

本発明によれば、MoSiヒーターにおいて、高温環境下でも電極部に形成された金属膜の剥離を防止し、ヒーターの長寿命化を可能にするという優れた効果を有する。本発明に係るMoSiヒーターは、超高温ヒーターとしての使用に優れ、ガラス工業やセラミックス焼成、その他多くの分野で技術的な貢献を果たすものである。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, in a MoSi2 heater, it is possible to prevent peeling of the metal film formed on the electrode part even in a high-temperature environment, thereby achieving an excellent effect of extending the life of the heater. The MoSi 2 heater according to the present invention is excellent for use as an ultra-high temperature heater and makes technical contributions in the glass industry, ceramics firing, and many other fields.

21 端子部
22 電極部
23 発熱部
31 アルミ編組線
32 金具(クランプ)
33 電極部
34 端子
41 外周層(低密度層)
21 terminal part 22 electrode part 23 heat generating part 31 aluminum braided wire 32 metal fitting (clamp)
33 electrode section 34 terminal 41 outer layer (low density layer)

Claims (8)

発熱部と端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーターであって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とするMoSiヒーター。 A MoSi2 heater comprising a heat generating portion, a terminal portion, and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion is formed by coating the surface of a MoSi2 base material with a metal film, and the terminal portion is: A MoSi 2 heater characterized in that the diameter: the diameter of the substrate of the electrode part=1:0.91 to 0.98. 端子部の長手方向において、前記端子部にオーバーラップするように前記金属膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のMoSiヒーター。 2. The MoSi 2 heater according to claim 1, wherein the metal film is formed so as to overlap the terminal portion in the longitudinal direction of the terminal portion. 前記金属膜は、Al又はAl合金から構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のMoSiヒーター。 3. The MoSi2 heater of claim 1 or 2, wherein the metal film is composed of Al or an Al alloy. 端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーター用端子部材であって、電極部はMoSi基材の表面を金属膜で被覆して構成され、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98であることを特徴とするMoSiヒーター用端子部材。 A terminal member for a MoSi2 heater comprising a terminal portion and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the electrode portion is formed by coating the surface of a MoSi2 base material with a metal film, and the terminal portion is: Diameter: A terminal member for a MoSi 2 heater, characterized in that the diameter of the base material of the electrode part=1:0.91 to 0.98. 端子部の長手方向において、前記端子部にオーバーラップするように前記金属膜が形成されていることを特徴とする請求項4に記載のMoSiヒーター用端子部材。 5. The terminal member for MoSi 2 heater according to claim 4, wherein the metal film is formed so as to overlap the terminal portion in the longitudinal direction of the terminal portion. 前記金属膜は、Al又はAl合金から構成されることを特徴とする請求項4又は5に記載のMoSiヒーター用端子部材。 6. The terminal member for MoSi2 heater according to claim 4, wherein the metal film is made of Al or an Al alloy. 発熱部と端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーターの製造方法であって、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98となるように前記電極部の基材を研削した後、前記電極部の基材の表面を金属膜で被覆し、該端子部材に発熱部となるMoSi棒材を接合することを特徴とするMoSiヒーターの製造方法。 A method for manufacturing a MoSi 2 heater having a heating portion, a terminal portion, and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the diameter of the terminal portion: the diameter of the base material of the electrode portion=1:0.91- After grinding the base material of the electrode part so that it becomes 0.98, the surface of the base material of the electrode part is coated with a metal film, and a MoSi 2 bar serving as a heat generating part is joined to the terminal member. A method of manufacturing a MoSi2 heater characterized by: 端子部と該端子部の一端に設けられた電極部とを備えたMoSiヒーター用端子部材の製造方法であって、端子部の直径:電極部の基材の直径=1:0.91~0.98となるように前記電極部の基材を研削した後、前記電極部の基材の表面を金属膜で被覆することを特徴とするMoSiヒーター用端子部材の製造方法。 A method for manufacturing a terminal member for a MoSi 2 heater having a terminal portion and an electrode portion provided at one end of the terminal portion, wherein the diameter of the terminal portion: the diameter of the base material of the electrode portion=1:0.91- A method for producing a terminal member for a MoSi2 heater, characterized in that after grinding the base material of the electrode part to a value of 0.98, the surface of the base material of the electrode part is coated with a metal film.
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