JP2024048872A - Insulation - Google Patents

Insulation Download PDF

Info

Publication number
JP2024048872A
JP2024048872A JP2022155006A JP2022155006A JP2024048872A JP 2024048872 A JP2024048872 A JP 2024048872A JP 2022155006 A JP2022155006 A JP 2022155006A JP 2022155006 A JP2022155006 A JP 2022155006A JP 2024048872 A JP2024048872 A JP 2024048872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
heat insulating
insulating member
carbon layer
heating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022155006A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
敏樹 伊藤
祐介 太田
健太 野村
暁則 折戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP2022155006A priority Critical patent/JP2024048872A/en
Publication of JP2024048872A publication Critical patent/JP2024048872A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

【課題】 交換コストの低い断熱材を提供する。【解決手段】 発熱体の周囲を覆う断熱材であって、発熱体側に配置される第1の断熱部材と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材と、を備え、上記第1の断熱部材及び上記第2の断熱部材は、いずれも、炭素繊維を含み、上記第1の断熱部材と上記第2の断熱部材は、互いに分離可能な状態で接している、ことを特徴とする断熱材。【選択図】 図1[Problem] To provide a heat insulating material with low replacement costs. [Solution] A heat insulating material that covers the periphery of a heat generating body, comprising a first heat insulating member arranged on the heat generating body side and a second heat insulating member arranged on the opposite side to the heat generating body, the first heat insulating member and the second heat insulating member both containing carbon fiber, and the first heat insulating member and the second heat insulating member are in contact with each other in a separable state. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、断熱材に関する。 The present invention relates to a heat insulating material.

炭素繊維を用いた断熱材は、耐熱温度が高く断熱性能も優れることから、単結晶引き上げ装置、セラミック焼結炉など、高温炉用断熱材として広く利用されている。 Insulation materials made from carbon fibers have a high heat resistance and excellent insulating properties, so they are widely used as insulation for high-temperature furnaces such as single crystal pulling equipment and ceramic sintering furnaces.

炭素繊維を用いた断熱材は、炭素繊維による伝熱を抑制するため、気孔率の高いフェルト、抄造体などの形態で広く利用されている。一般に、フェルトは変形性があるため、空いた空間に充填して当該空間を埋める部材や、他の部品を囲む断熱材として利用される。一方、抄造体は高い形状保持性を有するため、所定の形状に加工し、断熱部品として利用される。なお、フェルトは、圧縮した後、バインダによって固定することにより、形状保持性の良い断熱部品として使用することもできる。 Insulating materials using carbon fibers are widely used in the form of highly porous felt, paper products, etc., to suppress heat transfer through the carbon fibers. Generally, felt is deformable, so it is used as a component that fills empty spaces to fill those spaces, or as an insulating material that surrounds other parts. On the other hand, paper products have high shape retention, so they are processed into a specified shape and used as insulating parts. Felt can also be used as an insulating part with good shape retention by compressing it and then fixing it with a binder.

炭素繊維を用いた断熱材は、炉内での酸化、機械的な摩擦などにより、繊維の脱落を起こし、パーティクルを発生させることがある。また、このような不具合が、放射に対する断熱性の低下を引き起こすことがある。 Insulation materials that use carbon fibers can fall off due to oxidation in the furnace and mechanical friction, resulting in the generation of particles. Such defects can also cause a decrease in the insulation against radiation.

このような課題を解決するため、特許文献1には、嵩密度0.1~0.4g/cmの炭素質断熱部材と、嵩密度0.3~2.0g/cmの炭素質保護層と、炭素質保護層よりも嵩密度の大きい熱分解炭素皮膜と、を有する複合炭素質断熱材において、炭素質断熱部材の表面の少なくとも一部に炭素質保護層を接合して接合体を形成し、接合体の表面のうち少なくとも炭素質断熱部材の面に熱分解炭素皮膜層を形成することで、使用時の炭素繊維の消耗、劣化、粉化を抑制し、断熱特性に優れた複合炭素質断熱材を得ることが開示されている。 In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses a composite carbonaceous insulation material having a carbonaceous insulation member with a bulk density of 0.1 to 0.4 g/cm 3 , a carbonaceous protective layer with a bulk density of 0.3 to 2.0 g/cm 3 , and a pyrolytic carbon coating having a bulk density greater than that of the carbonaceous protective layer, in which the carbonaceous protective layer is joined to at least a portion of the surface of the carbonaceous insulation member to form a joint, and a pyrolytic carbon coating layer is formed on at least the surface of the carbonaceous insulation member among the surfaces of the joint, thereby suppressing wear, deterioration, and powdering of the carbon fibers during use and obtaining a composite carbonaceous insulation material with excellent thermal insulation properties.

特開2000-327441号公報JP 2000-327441 A

しかしながら、特許文献1に記載の断熱材を、誘導加熱炉等の高温における断熱材として使用した場合、熱分解炭素皮膜層の消耗や劣化は避けられず、熱分解炭素皮膜層の消耗や劣化が進んだ場合には、例え炭素質保護層や炭素質断熱部材が劣化していなくても、断熱材を丸ごと交換する必要が生じる。そのため、断熱材の交換コストが高いという問題があった。 However, when the insulating material described in Patent Document 1 is used as an insulating material at high temperatures such as in an induction heating furnace, wear and deterioration of the pyrolytic carbon coating layer is unavoidable, and when wear and deterioration of the pyrolytic carbon coating layer progresses, it becomes necessary to replace the entire insulating material even if the carbonaceous protective layer and carbonaceous insulating member are not deteriorated. This poses the problem of high replacement costs for the insulating material.

本発明は、上記課題を解決するためになされた発明であり、本発明の目的は、交換コストの低い断熱材を提供することである。 The present invention was made to solve the above problems, and the object of the present invention is to provide an insulating material with low replacement costs.

本発明の断熱材は、発熱体の周囲を覆う断熱材であって、発熱体側に配置される第1の断熱部材と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材と、を備え、上記第1の断熱部材及び上記第2の断熱部材は、いずれも、炭素繊維を含み、上記第1の断熱部材と上記第2の断熱部材は、互いに分離可能な状態で接している、ことを特徴とする。 The heat insulating material of the present invention is a heat insulating material that covers the periphery of a heating element, and is characterized in that it comprises a first heat insulating member arranged on the heating element side and a second heat insulating member arranged on the opposite side of the heating element, the first heat insulating member and the second heat insulating member both containing carbon fiber, and the first heat insulating member and the second heat insulating member are in contact with each other in a separable state.

本発明の断熱材では、第1の断熱部材と第2の断熱部材が、互いに分離可能な状態で接しているため、第1の断熱部材が劣化・消耗した場合であっても、第1の断熱部材だけを交換することができる。そのため、断熱材の交換に要する時間を短縮することができ、さらに、交換する断熱材の量も少なくなる。従って、断熱材の交換コストを低くすることができる。 In the insulation material of the present invention, the first insulation member and the second insulation member are in contact with each other in a separable state, so even if the first insulation member deteriorates or wears out, only the first insulation member can be replaced. This shortens the time required to replace the insulation material, and also reduces the amount of insulation material to be replaced. This reduces the cost of replacing the insulation material.

本発明の断熱材では、第1の断熱部材の発熱体側の面は、熱分解炭素を含む熱分解炭素層であることが好ましい。
第1の断熱部材の発熱体側の面が熱分解炭素層であるため、高温域、特に2000℃を超える高温域において、放射による熱伝導を遮断して、優れた断熱性を発揮する。また発熱体や発熱体の内側から反応性ガスが発生する場合であっても、反応性ガスに対する活性が低く、劣化や消耗が生じにくい。
In the heat insulating material of the present invention, the surface of the first heat insulating member facing the heating element is preferably a pyrolytic carbon layer containing pyrolytic carbon.
Since the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a pyrolytic carbon layer, it exhibits excellent heat insulating properties by blocking heat conduction due to radiation in high temperature ranges, particularly in high temperature ranges exceeding 2000° C. Furthermore, even if reactive gas is generated from the heating element or inside the heating element, it has low reactivity to the reactive gas and is less susceptible to deterioration or wear.

本発明の断熱材において、上記熱分解炭素層は、厚さが2μm~60μmであることが好ましい。
熱分解炭素層の厚さが2μm~60μmであると、優れたガス遮断性と放射熱の遮断特性とを両立させることができる。
In the heat insulating material of the present invention, the pyrolytic carbon layer preferably has a thickness of 2 μm to 60 μm.
If the thickness of the pyrolytic carbon layer is 2 μm to 60 μm, it is possible to achieve both excellent gas barrier properties and radiant heat barrier properties.

本発明の断熱材では、第1の断熱部材の発熱体側の面は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する炭素層であることが好ましい。
第1の断熱部材の発熱体側の面が炭素系粒子を含有する炭素層であるため、炭素繊維の劣化によるパーティクルの発生を抑制することができる。
In the heat insulating material of the present invention, the surface of the first heat insulating member facing the heating element is preferably a carbon layer containing carbon-based particles between carbon fibers.
Since the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a carbon layer containing carbon-based particles, generation of particles due to deterioration of the carbon fibers can be suppressed.

本発明の断熱材において、上記炭素層の上記炭素系粒子及び上記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されていることが好ましい。
炭素層を構成する炭素系粒子及び炭素繊維が、互いに炭素系接着材で接合されていると、炭素層が強固となる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles and the carbon fibers of the carbon layer are preferably bonded to each other with a carbon-based adhesive.
When the carbon-based particles and carbon fibers constituting the carbon layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive, the carbon layer becomes strong.

本発明の断熱材において、上記炭素系粒子は、黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子であることが好ましい。
黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子は、不純物が少なく、断熱材を構成する炭素繊維と同じカーボン系の材料であるため、高温域での耐久性が高い。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles are preferably at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and particles obtained by pulverizing carbon fibers.
At least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and crushed carbon fiber particles has few impurities and is the same carbon-based material as the carbon fibers that make up the thermal insulation material, and therefore has high durability in high temperature ranges.

本発明の断熱材において、上記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmであることが好ましい。
炭素系粒子の平均粒子径が10nm~500μmであると、炭素繊維のすき間に薄く被覆層を形成することができ、断熱材において、炭素繊維との接合を高いレベルで確保することができる。また、熱伝導率が高くなりやすい炭素層の厚さが厚くなり過ぎることを防止することができる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon-based particles preferably have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
When the average particle size of the carbon-based particles is 10 nm to 500 μm, a thin coating layer can be formed in the gaps between the carbon fibers, and the bonding with the carbon fibers in the heat insulating material can be ensured at a high level. Also, the thickness of the carbon layer, which tends to have a high thermal conductivity, can be prevented from becoming too thick.

本発明の断熱材において、上記炭素層は、厚さが10μm~1000μmであることが好ましい。
炭素層の厚さが1000μm以下であると、断熱性能の低下を抑えることができる。
炭素層の厚さが10μm以上であると、炭素層の強度を充分に確保することができる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon layer preferably has a thickness of 10 μm to 1000 μm.
When the thickness of the carbon layer is 1000 μm or less, the deterioration of the heat insulating performance can be suppressed.
When the thickness of the carbon layer is 10 μm or more, the strength of the carbon layer can be sufficiently ensured.

本発明の断熱材において、上記第1の断熱部材は、さらに、上記炭素層に対して上記発熱体側の面とは反対側の面に設けられる、上記炭素繊維からなる基材を有することが好ましい。
炭素繊維からなる基材は炭素繊維間に隙間を有しているため、断熱性能を向上させることができる。
In the heat insulating material of the present invention, it is preferable that the first heat insulating member further has a base material made of the carbon fiber and provided on the surface of the carbon layer opposite to the surface on the heating element side.
A substrate made of carbon fibers has gaps between the carbon fibers, and therefore the heat insulating performance can be improved.

本発明の断熱材において、上記基材が、上記炭素繊維のニードルマット又は上記炭素繊維の抄造体であることが好ましい。
炭素繊維のニードルマット及び炭素繊維の抄造体は、ランダムに配置された炭素繊維で構成されるため、高い断熱性を発揮することができ、第1の断熱部材を構成する基材として特に好適である。
In the heat insulating material of the present invention, the substrate is preferably a needle mat of the carbon fiber or a paper product of the carbon fiber.
The carbon fiber needle mat and the carbon fiber paper product are composed of randomly arranged carbon fibers, and therefore can exhibit high thermal insulation properties, making them particularly suitable as a base material constituting the first thermal insulation member.

本発明の断熱材において、上記基材を構成する上記炭素繊維の平均繊維長が、2mm~8mmであることが好ましい。
基材を構成する炭素繊維の平均繊維長が上記範囲であると、強度が高く、また、炭素繊維が配向しにくいため、誘導加熱炉に用いた場合、誘導加熱による発熱を最小限に抑えることができる。
In the heat insulating material of the present invention, the carbon fibers constituting the substrate preferably have an average fiber length of 2 mm to 8 mm.
When the average fiber length of the carbon fibers constituting the substrate is within the above range, the strength is high and the carbon fibers are less likely to be oriented, so that when used in an induction heating furnace, heat generation due to induction heating can be minimized.

図1は、本発明の断熱材の一例を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a typical example of the heat insulating material of the present invention. 図2は、図1におけるII-II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 図3は、本発明の断熱材を用いて構成される加熱装置の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視断面図である。FIG. 3 is a partially cutaway perspective cross-sectional view that shows a schematic example of a heating device constructed using the heat insulating material of the present invention. 図4は、図3の破線で囲った領域の部分拡大図である。FIG. 4 is a partial enlarged view of the area enclosed by the dashed line in FIG. 図5は、図2の破線で囲った領域の部分拡大図である。FIG. 5 is a partial enlarged view of the area enclosed by the dashed line in FIG. 図6は、劣化した第1の断熱部材を取り出す様子を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic view of a state in which a deteriorated first heat insulating member is removed. 図7は、新しい第1の断熱部材を挿入する様子を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic view of a state in which a new first insulating member is inserted.

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。 The following is a detailed description of an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and can be modified as appropriate within the scope of the present invention.

[断熱材]
本発明の断熱材は、発熱体の周囲を覆う断熱材であって、発熱体側に配置される第1の断熱部材と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材と、を備え、上記第1の断熱部材及び上記第2の断熱部材は、いずれも、炭素繊維を含み、上記第1の断熱部材と上記第2の断熱部材は、互いに分離可能な状態で接している、ことを特徴とする。
[Thermal insulation]
The insulating material of the present invention is an insulating material that covers the periphery of a heating element, and is characterized in that it comprises a first insulating member arranged on the heating element side and a second insulating member arranged on the opposite side of the heating element, wherein the first insulating member and the second insulating member both contain carbon fiber, and the first insulating member and the second insulating member are in contact with each other in a separable state.

(第1の断熱部材)
第1の断熱部材は、炭素繊維からなる基材を有することが好ましい。
炭素繊維からなる基材は炭素繊維間に隙間を有しているため、断熱性能を向上させることができる。
(First heat insulating member)
The first insulating member preferably has a base material made of carbon fibre.
The substrate made of carbon fibers has gaps between the carbon fibers, and therefore the heat insulating performance can be improved.

炭素繊維の平均繊維径は、1μm~20μmが好ましい。
炭素繊維の平均繊維径が20μm以下であると、炭素繊維自体による伝導伝熱の効果を抑制することができる。また炭素繊維の平均繊維径が1μm以上であると、遮光性に優れ、放射伝熱を抑制することができる。
The average fiber diameter of the carbon fibers is preferably 1 μm to 20 μm.
When the average fiber diameter of the carbon fibers is 20 μm or less, the conductive heat transfer effect of the carbon fibers themselves can be suppressed, and when the average fiber diameter of the carbon fibers is 1 μm or more, the light shielding property is excellent and radiative heat transfer can be suppressed.

炭素繊維の平均繊維長は、2mm~10000mmが好ましい。
また、炭素繊維の平均繊維長は、2mm~8mmであってもよく、10mm~10000mmであってもよい。
The average fiber length of the carbon fibers is preferably 2 mm to 10,000 mm.
The average fiber length of the carbon fibers may be 2 mm to 8 mm, or 10 mm to 10,000 mm.

炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維のいずれでも利用できるとともに、黒鉛質、炭素質いずれの炭素繊維も利用することができる。 The carbon fiber can be either pitch-based carbon fiber or PAN-based carbon fiber, and can be either graphitic or carbonaceous carbon fiber.

基材は、炭素繊維のニードルマット、又は、炭素繊維の抄造体であることが好ましい。
炭素繊維のニードルマット及び炭素繊維の抄造体は、ランダムに配置された炭素繊維で構成されるため、高い断熱性を発揮することができ、第1の断熱部材を構成する基材として特に好適である。
The substrate is preferably a needle mat of carbon fiber or a paper article of carbon fiber.
The carbon fiber needle mat and the carbon fiber paper product are composed of randomly arranged carbon fibers, and therefore can exhibit high thermal insulation properties, making them particularly suitable as a base material for constituting the first thermal insulation member.

基材が炭素繊維のニードルマットである場合、炭素繊維の平均繊維長は、10mm~10000mmであることが好ましい。
基材が炭素繊維の抄造体である場合、炭素繊維の平均繊維長は、2mm~8mmであることが好ましい。
When the substrate is a needle mat of carbon fibers, the average fiber length of the carbon fibers is preferably 10 mm to 10,000 mm.
When the substrate is a carbon fiber paper product, the average fiber length of the carbon fibers is preferably 2 mm to 8 mm.

第1の断熱部材は、基材と、基材の表面に形成される炭素繊維間に炭素系粒子を含有する炭素層を有していてもよい。
なお、炭素層を構成する上記炭素繊維は、第1の断熱部材を構成する炭素繊維と同一である。
The first heat insulating member may have a substrate and a carbon layer formed on the surface of the substrate, the carbon layer containing carbon-based particles between carbon fibers.
The carbon fibers constituting the carbon layer are the same as the carbon fibers constituting the first heat insulating member.

第1の断熱部材の発熱体側の面は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する炭素層であってもよい。
第1の断熱部材の発熱体側の面が炭素系粒子を含有する炭素層であることにより、炭素繊維の劣化によるパーティクルの発生を抑制することができる。
なお、第1の断熱部材の発熱体側の面が炭素層であるかどうかは、第1の断熱部材の断面を偏光顕微鏡等で観察することで確認することができる。
The surface of the first heat insulating member facing the heating element may be a carbon layer containing carbon-based particles between carbon fibers.
By forming the surface of the first heat insulating member facing the heating element as a carbon layer containing carbon-based particles, generation of particles due to deterioration of the carbon fibers can be suppressed.
Whether or not the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a carbon layer can be confirmed by observing a cross section of the first heat insulating member with a polarizing microscope or the like.

炭素層の厚さは、特に限定されないが、10μm~1000μmであることが好ましい。
炭素層の厚さが1000μm以下であると、断熱性能の低下を抑えることができる。
炭素層の厚さが10μm以上であると、炭素繊維の劣化によるパーティクルの発生を充分抑えることができる。
The thickness of the carbon layer is not particularly limited, but is preferably 10 μm to 1000 μm.
When the thickness of the carbon layer is 1000 μm or less, the deterioration of the heat insulating performance can be suppressed.
When the thickness of the carbon layer is 10 μm or more, the generation of particles due to deterioration of the carbon fiber can be sufficiently suppressed.

第1の断熱部材の発熱体側の面以外の面、すなわち、発熱体側の面とは反対側の面、及び/又は、長手方向の端面も、炭素層であってもよい。 The surfaces of the first insulating member other than the surface facing the heating element, i.e., the surface opposite the surface facing the heating element, and/or the longitudinal end surfaces may also be carbon layers.

炭素系粒子は、黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子であることが好ましい。
黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子は、不純物が少なく、断熱材を構成する炭素繊維及び熱分解炭素層と同じカーボン系の材料であるため、高温域での耐久性が高い。
The carbon-based particles are preferably at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and pulverized carbon fiber particles.
At least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and crushed carbon fiber particles has few impurities and is the same carbon-based material as the carbon fibers and pyrolytic carbon layer that make up the thermal insulation material, and therefore has high durability in high temperature ranges.

ガラス状カーボン粒子とは、フェノール樹脂の炭化物などの難黒鉛化性炭素を粉砕したものである。
炭素繊維を粉砕した粒子は、ミルド炭素繊維ともいう。ミルド炭素繊維の平均繊維長は、例えば20μm~500μmであることが好ましい。
The glassy carbon particles are obtained by pulverizing non-graphitizable carbon such as phenol resin carbide.
The particles obtained by pulverizing carbon fibers are also called milled carbon fibers. The average fiber length of the milled carbon fibers is preferably, for example, 20 μm to 500 μm.

炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmであることが好ましい。
炭素系粒子の平均粒子径が10nm~500μmであると、炭素繊維のすき間に薄く炭素層を形成することができ、断熱材において、炭素繊維と熱分解炭素層との接合を高いレベルで確保することができる。また、熱伝導率が高くなりやすい炭素層の厚さが厚くなり過ぎることを防止することができる。
The carbon-based particles preferably have an average particle size of 10 nm to 500 μm.
When the carbon-based particles have an average particle size of 10 nm to 500 μm, a thin carbon layer can be formed in the gaps between the carbon fibers, and the bonding between the carbon fibers and the pyrolytic carbon layer in the heat insulating material can be ensured at a high level. Also, the carbon layer, which tends to have a high thermal conductivity, can be prevented from becoming too thick.

炭素系粒子と炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されていることが好ましい。
炭素層を構成する炭素系粒子及び炭素繊維が、互いに炭素系接着材で接合されていると、炭素層が強固となる。
The carbon-based particles and carbon fibers are preferably bonded to each other with a carbon-based adhesive.
When the carbon-based particles and carbon fibers constituting the carbon layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive, the carbon layer becomes strong.

炭素系接着材とは、有機バインダが非酸化性雰囲気下で加熱されることで炭化したものである。詳細は後述する。 Carbon-based adhesives are organic binders that are carbonized by heating in a non-oxidizing atmosphere. Details will be given later.

第1の断熱部材は、基材と、基材の表面に形成される熱分解炭素からなる熱分解炭素層を有していてもよい。 The first insulating member may have a base material and a pyrolytic carbon layer made of pyrolytic carbon formed on the surface of the base material.

第1の断熱部材の発熱体側の面は、熱分解炭素からなる熱分解炭素層であってもよい。
第1の断熱部材の発熱体側の面が熱分解炭素層であることにより、ガス遮断性と放射熱の遮断特性を向上させることができる。
なお、第1の断熱部材の発熱体側の面が熱分解炭素層であるかどうかは、第1の断熱部材の断面を偏光顕微鏡等で観察することで確認することができる。
The surface of the first heat insulating member facing the heating element may be a pyrolytic carbon layer made of pyrolytic carbon.
By forming a pyrolytic carbon layer on the surface of the first heat insulating member facing the heating element, the gas barrier properties and the radiant heat barrier properties can be improved.
Whether or not the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a pyrolytic carbon layer can be confirmed by observing a cross section of the first heat insulating member using a polarizing microscope or the like.

熱分解炭素層の厚さは特に限定されないが、2μm~60μmであることが好ましい。
熱分解炭素層の厚さは、第1の断熱部材の切断面を偏光顕微鏡等で観察することにより確認することができる。
The thickness of the pyrolytic carbon layer is not particularly limited, but is preferably 2 μm to 60 μm.
The thickness of the pyrolytic carbon layer can be confirmed by observing a cut surface of the first heat insulating member using a polarizing microscope or the like.

第1の断熱部材の発熱体側の面以外の面、すなわち、発熱体側の面とは反対側の面、及び/又は、長手方向の端面も、熱分解炭素層であってもよい。 The surfaces of the first insulating member other than the surface facing the heating element, i.e., the surface opposite the surface facing the heating element, and/or the longitudinal end surfaces may also be pyrolytic carbon layers.

第1の断熱部材は、熱分解炭素層と炭素層の両方を有していてもよい。
この場合、熱分解炭素層が表面側に配置されることが好ましい。
換言すると、基材と熱分解炭素層との間に炭素層が配置されることが好ましい。
The first insulating member may have both a pyrolytic carbon layer and a carbon layer.
In this case, it is preferable that the pyrolytic carbon layer is disposed on the front surface side.
In other words, it is preferable that a carbon layer is disposed between the substrate and the pyrolytic carbon layer.

第1の断熱部材は、炭素繊維からなる基材で構成されていてもよいし、該基材と、該基材の表面に形成された熱分解炭素層と、で構成されていてもよいし、該基材と、該基材の表面に形成された炭素層と、で構成されていてもよいし、該基材と、該基材の表面に形成された炭素層と、炭素層の表面に形成された熱分解炭素層と、で構成されていてもよい。 The first insulating member may be composed of a substrate made of carbon fiber, or may be composed of the substrate and a pyrolytic carbon layer formed on the surface of the substrate, or may be composed of the substrate and a carbon layer formed on the surface of the substrate, or may be composed of the substrate, a carbon layer formed on the surface of the substrate, and a pyrolytic carbon layer formed on the surface of the carbon layer.

第1の断熱部材が熱分解炭素層と炭素層を両方有している場合、炭素層の表面には、炭素繊維が露出していることが好ましい。
炭素層の表面に炭素繊維が露出していると、熱分解炭素層が炭素繊維と直接接合するので、炭素層と熱分解炭素層との接合強度を高めることができ、炭素層と熱分解炭素層との間の層間剥離を防止することができる。
When the first heat insulating member has both a pyrolytic carbon layer and a carbon layer, it is preferable that carbon fibers are exposed on the surface of the carbon layer.
When the carbon fibers are exposed on the surface of the carbon layer, the pyrolytic carbon layer is directly bonded to the carbon fibers, thereby increasing the bonding strength between the carbon layer and the pyrolytic carbon layer and preventing delamination between the carbon layer and the pyrolytic carbon layer.

第1の断熱部材の厚さは、特に限定されないが、3~50mmであることが好ましい。
なお、第1の断熱部材の厚さは、第1の断熱部材の、発熱体側の面と、発熱体側の面とは反対側の面との間の最短距離である。
The thickness of the first heat insulating member is not particularly limited, but is preferably 3 to 50 mm.
The thickness of the first heat insulating member is the shortest distance between the surface of the first heat insulating member on the heating element side and the surface opposite to the surface on the heating element side.

第1の断熱部材の外形形状は、内側に発熱体を収容するための柱状の空間を有する形状であれば特に限定されず、例えば、円柱形、角柱形等の柱形状が挙げられる。
上記空間の外形形状は特に限定されないが、例えば円柱形、角柱形等の柱形状が挙げられる。
The outer shape of the first heat insulating member is not particularly limited as long as it has a columnar space inside for accommodating the heating element, and examples of the outer shape include columnar shapes such as a cylindrical shape and a rectangular column shape.
The outer shape of the space is not particularly limited, but examples thereof include columnar shapes such as a cylindrical shape and a rectangular column shape.

第1の断熱部材の内側に形成される空間の、長手方向に直交する方向における断面形状は、特に限定されず、例えば、真円、楕円等の円形であってもよく、四角形、五角形、六角形等の多角形であってもよい。 The cross-sectional shape of the space formed inside the first insulating member in a direction perpendicular to the longitudinal direction is not particularly limited, and may be, for example, a circular shape such as a perfect circle or an ellipse, or a polygonal shape such as a square, pentagon, or hexagon.

第1の断熱部材の嵩密度は、特に限定されないが、0.05~0.4g/cmであることが好ましい。
第1の断熱部材の嵩密度は、第1の断熱部材の重量を、第1の断熱部材の外形寸法より求めた体積で除することで測定することができる。
The bulk density of the first heat insulating member is not particularly limited, but is preferably 0.05 to 0.4 g/cm 3 .
The bulk density of the first insulating member can be measured by dividing the weight of the first insulating member by the volume determined from the outer dimensions of the first insulating member.

第1の断熱部材は、最初から筒形状に成形されたものでなくてもよい。
すなわち、第1の断熱部材は、筒形状を複数個に分割した形状の複数の断熱部材の集合体であってもよい。
また第1の断熱部材は、平面視略矩形形状の炭素繊維からなるシート状成形体を、内側に発熱体を収容するための柱状の空間が形成されるように変形させたものであってもよい。
The first heat insulating member does not have to be formed in a cylindrical shape from the beginning.
That is, the first heat insulating member may be an assembly of a plurality of heat insulating members each having a cylindrical shape divided into a plurality of pieces.
The first heat insulating member may be a sheet-like molded body made of carbon fiber and having a generally rectangular shape in plan view, which is deformed so that a columnar space for accommodating the heating element is formed inside.

シート状成形体を筒形状に変形させる場合、シート状成形体の端部同士が接触する部分(接触部)は、互いに分離可能な状態で接していてもよいし、炭素系接着材等により互いに接合されていてもよいし、炭素繊維等で縫合されていてもよい。 When the sheet-like molded body is deformed into a cylindrical shape, the portions where the ends of the sheet-like molded body come into contact with each other (contact portions) may be in contact with each other in a separable state, may be bonded to each other with a carbon-based adhesive, or may be sewn together with carbon fiber, etc.

(第2の断熱部材)
第2の断熱部材は、炭素繊維を含む。
第2の断熱部材の形状は、第1の断熱部材よりも一回り大きな略円筒形状であることが好ましい。
また、第2の断熱部材の厚さは、第1の断熱部材の厚さよりも厚いことが好ましい。
(Second heat insulating member)
The second insulating member includes carbon fiber.
The second heat insulating member preferably has a substantially cylindrical shape that is one size larger than the first heat insulating member.
Moreover, the thickness of the second heat insulating member is preferably greater than the thickness of the first heat insulating member.

第2の断熱部材の厚さは、6~500mmであることが好ましい。
なお、第2の断熱部材の厚さは、第2の断熱部材における発熱体側の面と、発熱体側の面とは反対側の面との間の最短距離である。
The thickness of the second heat insulating member is preferably 6 to 500 mm.
The thickness of the second heat insulating member is the shortest distance between the surface of the second heat insulating member facing the heating element and the surface opposite the surface facing the heating element.

第2の断熱部材の嵩密度は、0.05~0.4g/cmであることが好ましい。
第2の断熱部材の嵩密度は、第1の断熱部材の嵩密度と同様の方法で測定することができる。
The bulk density of the second heat insulating member is preferably 0.05 to 0.4 g/cm 3 .
The bulk density of the second insulating member can be measured in the same manner as the bulk density of the first insulating member.

第2の断熱部材は、第1の断熱部材と同様の構成を有していてもよい。
すなわち、第2の断熱部材は、炭素繊維からなる基材を有していてもよいし、該基材上に熱分解炭素からなる熱分解炭素層を有していてもよいし、炭素層を有していてもよいし、炭素層及び熱分解炭素層を有していてもよい。
また、第2の断熱部材を構成する炭素繊維の平均繊維径及び平均繊維長は、第1の断熱部材を構成する炭素繊維の平均繊維径及び平均繊維長と同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
The second insulating member may have a similar configuration to the first insulating member.
That is, the second insulation member may have a substrate made of carbon fiber, may have a pyrolytic carbon layer made of pyrolytic carbon on the substrate, may have a carbon layer, or may have a carbon layer and a pyrolytic carbon layer.
Furthermore, the average fiber diameter and average fiber length of the carbon fibers constituting the second insulation member may be the same as the average fiber diameter and average fiber length of the carbon fibers constituting the first insulation member, or may be different from each other.

第2の断熱部材の外形形状は、第1の断熱部材の周囲を覆うことができるものであればよく、最初から筒形状であってもよいし、筒形状を複数個に分割した形状の複数の断熱部材の集合体であってもよいし、シート状の成形体を筒形状に変形させたものであってもよい。 The external shape of the second insulating member may be any shape capable of covering the periphery of the first insulating member, and may be cylindrical from the start, may be an assembly of multiple insulating members each having a cylindrical shape divided into multiple pieces, or may be a sheet-like molded body that has been deformed into a cylindrical shape.

以下、図面を参照しながら、本発明の断熱材の一例を説明する。
図1は、本発明の断熱材の一例を模式的に示す斜視図である。図2は、図1におけるII-II線断面図である。
Hereinafter, an example of the heat insulating material of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a perspective view showing an example of the heat insulating material of the present invention, and Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in Fig. 1.

図1に示すように、断熱材1は、第1の断熱部材10と、第2の断熱部材20とを備える。
第1の断熱部材10は、発熱体を収容するための円柱形状の空間30を内側に有する。
すなわち、第1の断熱部材10は、第2の断熱部材20よりも発熱体側に配置される。
また、第1の断熱部材10は、長手方向(図1中、Z方向)に伸びる略円筒形状を有している。長手方向(Z方向)に直交するX方向及びY方向に平行な面に対し、第1の断熱部材10をZ方向から見た上面視形状は、環状である。
As shown in FIG. 1 , the thermal insulation material 1 includes a first thermal insulation member 10 and a second thermal insulation member 20 .
The first heat insulating member 10 has a cylindrical space 30 therein for accommodating a heat generating element.
That is, the first heat insulating member 10 is disposed closer to the heat generating element than the second heat insulating member 20 .
The first heat insulating member 10 has a generally cylindrical shape extending in the longitudinal direction (Z direction in FIG. 1 ). The top view shape of the first heat insulating member 10 from the Z direction is annular with respect to a plane parallel to the X direction and the Y direction perpendicular to the longitudinal direction (Z direction).

空間30は発熱体(図示しない)を収容するための空間であるから、断熱材1は発熱体の周囲を覆う断熱材である。 Since space 30 is a space for accommodating a heating element (not shown), insulation material 1 is an insulation material that covers the periphery of the heating element.

図2に示すように、第1の断熱部材10は、発熱体側の面である第1主面10aと、発熱体側の面とは反対側の面である第2主面10bと、長手方向の両端部にあたる端面10cを有している。
発熱体側の面とは反対側の面である第2主面10bは、第2の断熱部材20側の面でもある。
As shown in Figure 2, the first insulation member 10 has a first main surface 10a which is the surface facing the heating element, a second main surface 10b which is the surface opposite to the surface facing the heating element, and end surfaces 10c which correspond to both ends in the longitudinal direction.
The second main surface 10b, which is the surface opposite to the surface on the heating element side, is also the surface on the second heat insulating member 20 side.

第2の断熱部材20は、第1の断熱部材10を収容するための略円柱形状の空間を内側に有する。
すなわち、第2の断熱部材20は、第1の断熱部材10の発熱体と反対側に配置される。
The second heat insulating member 20 has a substantially cylindrical space therein for accommodating the first heat insulating member 10 .
That is, the second heat insulating member 20 is disposed on the opposite side of the first heat insulating member 10 to the heating element.

第2の断熱部材20は、長手方向(図1中、Z方向)に伸びる略円筒形状を有している。
第2の断熱部材20は、発熱体側の面である第1主面20aと、発熱体側の面とは反対側の面である第2主面20bと、長手方向の両端部にあたる端面20cを有している。
The second heat insulating member 20 has a generally cylindrical shape extending in the longitudinal direction (Z direction in FIG. 1).
The second insulation member 20 has a first main surface 20a which is the surface facing the heating element, a second main surface 20b which is the surface opposite to the surface facing the heating element, and end surfaces 20c which correspond to both ends in the longitudinal direction.

第1主面20aは、第1の断熱部材10側の面でもある。
第2主面20bは、第1の断熱部材10側の面とは反対側の面でもある。
The first main surface 20a is also the surface on the first heat insulating member 10 side.
The second main surface 20b is also the surface opposite to the surface on the first heat insulating member 10 side.

第2の断熱部材20の略円筒形状は、第1の断熱部材10よりも一回り大きな形状である。 The second insulating member 20 has an approximately cylindrical shape that is slightly larger than the first insulating member 10.

断熱材1が使用される場合、図2に示す空間30に発熱体が配置される。
このことを、図3を用いて説明する。
When the thermal insulation material 1 is used, a heating element is placed in the space 30 shown in FIG.
This will be explained with reference to FIG.

図3は、本発明の断熱材を用いて構成される加熱装置の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視断面図である。
図3に示す加熱装置100は、断熱材1と、るつぼ50と、るつぼ50を加熱させるための誘導加熱用コイル70と、を備えている。
誘導加熱用コイル70が発生させる誘導電流によりるつぼ50が加熱される。従って、るつぼ50は発熱体である。
るつぼ50は空洞51を有している。従って、加熱装置100は、誘導加熱用コイル70によりるつぼ50を発熱させることで、空洞51に配置した物質を加熱することができる。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective cross-sectional view that shows a schematic example of a heating device constructed using the heat insulating material of the present invention.
The heating device 100 shown in FIG. 3 includes a heat insulating material 1, a crucible 50, and an induction heating coil 70 for heating the crucible 50.
The crucible 50 is heated by the induced current generated by the induction heating coil 70. Therefore, the crucible 50 is a heating element.
The crucible 50 has a cavity 51. Therefore, the heating device 100 can heat the material placed in the cavity 51 by causing the crucible 50 to generate heat using the induction heating coil 70.

発熱体であるるつぼ50の周囲は、断熱材1により覆われている。
断熱材1は、発熱体側に配置される第1の断熱部材10と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材20とを備える。
発熱体であるるつぼ50が配置されている空間は、断熱材1が有する空間30の一部又は全部である。
断熱材1の外周面には、誘導加熱用コイル70が巻きつけられている。
The crucible 50 , which is a heating element, is surrounded by a heat insulating material 1 .
The heat insulating material 1 comprises a first heat insulating member 10 arranged on the heating element side, and a second heat insulating member 20 arranged on the opposite side to the heating element.
The space in which the crucible 50 , which is a heating element, is placed is a part or the whole of the space 30 that the thermal insulation material 1 has.
An induction heating coil 70 is wound around the outer circumferential surface of the heat insulating material 1 .

加熱装置100では、発熱体であるるつぼ50と断熱材1とは直接接触しているが、発熱体であるるつぼ50と断熱材1の間に適宜隙間が設けられていてもよい。 In the heating device 100, the crucible 50, which is the heating element, and the insulating material 1 are in direct contact with each other, but an appropriate gap may be provided between the crucible 50, which is the heating element, and the insulating material 1.

また、断熱材1では、第1の断熱部材10と第2の断熱部材20は、互いに分離可能な状態で接している。
従って、加熱装置100が使用されて、第1の断熱部材10が劣化した場合であっても、第1の断熱部材10だけを容易に交換することができ、交換コストを低減させることができる。
In the thermal insulation material 1, the first thermal insulation member 10 and the second thermal insulation member 20 are in contact with each other in a separable state.
Therefore, even if the heating device 100 is used and the first insulating member 10 deteriorates, only the first insulating member 10 can be easily replaced, thereby reducing replacement costs.

図3に示す加熱装置100において、るつぼ50を構成する材料は、導体であれば特に限定されないが、高温(特に2000℃以上)における耐熱性及び耐久性に優れた黒鉛が好ましい。 In the heating device 100 shown in FIG. 3, the material constituting the crucible 50 is not particularly limited as long as it is a conductor, but graphite is preferred because of its excellent heat resistance and durability at high temperatures (especially 2000°C or higher).

発熱体は上記のような、固体及び液体を加熱するためのものに限定されない。
例えば、発熱体は、黒鉛製の筒形状を有し、内部を通過するガスを加熱するものであってもよい。
また、発熱体は直接通電加熱されるヒーターであってもよく、発熱体と断熱材の間に被加熱体が入る隙間があってもよい。
Heating elements are not limited to those for heating solids and liquids as described above.
For example, the heating element may be a cylinder made of graphite that heats the gas passing through it.
The heating element may be a heater that is heated directly by electrical current, and there may be a gap between the heating element and the insulating material to accommodate the object to be heated.

図3に示す加熱装置100においては、炭素繊維を含む第1の断熱部材10が、発熱体50を覆うように使用されているといえる。
また、図3に示す加熱装置100においては、第1の断熱部材10の周囲を覆うように、かつ、第1の断熱部材10と分離可能な状態で接するように、炭素繊維を含む第2の断熱部材20が使用されているといえる。
In the heating device 100 shown in FIG. 3, the first heat insulating member 10 containing carbon fiber is used so as to cover the heating element 50.
In addition, in the heating device 100 shown in Figure 3, it can be said that a second insulating member 20 containing carbon fiber is used so as to cover the periphery of the first insulating member 10 and to be in contact with the first insulating member 10 in a separable state.

図4は、図3の破線で囲った領域の部分拡大図である。
図4に示すように、断熱材1のうち、第1の断熱部材10が発熱体50側に配置され、第2の断熱部材20が発熱体50とは反対側に配置される。
FIG. 4 is a partial enlarged view of the area enclosed by the dashed line in FIG.
As shown in FIG. 4 , in the thermal insulation material 1 , the first thermal insulation member 10 is disposed on the heating element 50 side, and the second thermal insulation member 20 is disposed on the opposite side to the heating element 50 .

第1の断熱部材10の発熱体50側の面(第1主面10a)は、後述する熱分解炭素を含む熱分解炭素層である場合、発熱体50から発せられる放射光を反射して放射伝熱を防ぐとともに、ガス遮断性に優れる。 When the surface of the first insulating member 10 facing the heating element 50 (first main surface 10a) is a pyrolytic carbon layer containing pyrolytic carbon as described below, it reflects the radiant light emitted from the heating element 50 to prevent radiant heat transfer and has excellent gas barrier properties.

なお、図4では発熱体50と第1の断熱部材10とは密着しているが、発熱体50と第1の断熱部材10との間を適宜調整して隙間を設けてもよい。隙間は、図2に示す空間30に、空間30よりも寸法の小さい発熱体50を収容することで残った空間30の一部である。 In FIG. 4, the heating element 50 and the first insulating member 10 are in close contact with each other, but the distance between the heating element 50 and the first insulating member 10 may be adjusted appropriately to provide a gap. The gap is a part of the space 30 shown in FIG. 2 that remains when a heating element 50 having dimensions smaller than the space 30 is placed in the space 30.

図5は、図2の破線で囲った領域の部分拡大図である。ただし、図5では、第1の断熱部材以外の構成を省略している。
図5に示すように、第1の断熱部材10は、発熱体を収容する空間30側に配置される面(第1主面10a)と、第2の断熱部材20側に配置される面(第2主面10b)と、端面10cと、を有している。
第1の断熱部材10の厚さは、第1主面10aと第2主面10bとの最短距離であり、図5において、両矢印d10で示される長さである。
Fig. 5 is a partial enlarged view of the area surrounded by the dashed line in Fig. 2. However, in Fig. 5, configurations other than the first heat insulating member are omitted.
As shown in Figure 5, the first insulation member 10 has a surface (first main surface 10a) that is positioned on the side of the space 30 that accommodates the heating element, a surface (second main surface 10b) that is positioned on the side of the second insulation member 20, and an end surface 10c.
The thickness of the first heat insulating member 10 is the shortest distance between the first main surface 10a and the second main surface 10b, and is the length indicated by the double-headed arrow d10 in FIG.

図5に示すように、第1の断熱部材10は、熱分解炭素層11と、炭素層12と、基材13とを有していてもよい。 As shown in FIG. 5, the first insulating member 10 may have a pyrolytic carbon layer 11, a carbon layer 12, and a substrate 13.

熱分解炭素層11は、熱分解炭素を含む層である。
図5に示すように、第1の断熱部材10の発熱体側の面(第1主面10a)は、熱分解炭素を含む熱分解炭素層11aであってもよい。この場合、第1の断熱部材10の第1主面10aに熱分解炭素層11aが設けられているといえる。
第1の断熱部材10の発熱体側の面とは反対側の面(第2主面10b)は、熱分解炭素を含む熱分解炭素層11bであってもよい。この場合、第1の断熱部材10の第2主面10bには、熱分解炭素層11bが設けられているといえる。
また、第1の断熱部材10の端面10cは、熱分解炭素を含む熱分解炭素層11cであってもよい。この場合、第1の断熱部材10の端面10cには、熱分解炭素層11cが設けられているといえる。
The pyrolytic carbon layer 11 is a layer containing pyrolytic carbon.
5, the surface (first main surface 10a) of the first heat insulating member 10 on the heating element side may be a pyrolytic carbon layer 11a containing pyrolytic carbon. In this case, it can be said that the pyrolytic carbon layer 11a is provided on the first main surface 10a of the first heat insulating member 10.
The surface (second main surface 10b) opposite to the surface on the heating element side of the first heat insulating member 10 may be a pyrolytic carbon layer 11b containing pyrolytic carbon. In this case, it can be said that the pyrolytic carbon layer 11b is provided on the second main surface 10b of the first heat insulating member 10.
Furthermore, the end surface 10c of the first heat insulating member 10 may be a pyrolytic carbon layer 11c containing pyrolytic carbon. In this case, it can be said that the end surface 10c of the first heat insulating member 10 is provided with the pyrolytic carbon layer 11c.

炭素層12は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する層である。
図5に示すように、熱分解炭素層11と基材13との間に炭素層12が設けられていてもよい。
炭素層12は、第1の断熱部材10の第1主面10a側に設けられる炭素層12aと、第2主面10b側に設けられる炭素層12bと、端面10c側に設けられる炭素層12cと、を有していてもよい。
The carbon layer 12 is a layer containing carbon-based particles between carbon fibers.
As shown in FIG. 5, a carbon layer 12 may be provided between a pyrolytic carbon layer 11 and a substrate 13 .
The carbon layer 12 may have a carbon layer 12a provided on the first main surface 10a side of the first insulation member 10, a carbon layer 12b provided on the second main surface 10b side, and a carbon layer 12c provided on the end surface 10c side.

炭素層12aは、熱分解炭素層11aに対して発熱体側の面とは反対側の面に設けられている。
なお、熱分解炭素層11aが設けられていない場合には、第1の断熱部材の発熱体側の表面は、炭素層12aであってもよい。
炭素層12bは、熱分解炭素層11bに対して発熱体側の面に設けられている。
なお、熱分解炭素層11bが設けられていない場合には、第1の断熱部材の発熱体側の面とは反対側の面10bが炭素層12bであってもよい。
炭素層12cは、熱分解炭素層11cに対して、第1の断熱部材の長手方向の端部とは反対側の面に設けられている。
The carbon layer 12a is provided on the surface of the pyrolytic carbon layer 11a opposite to the surface on the heating element side.
When the pyrolytic carbon layer 11a is not provided, the surface of the first heat insulating member facing the heating element may be a carbon layer 12a.
The carbon layer 12b is provided on the surface of the pyrolytic carbon layer 11b facing the heating element.
When the pyrolytic carbon layer 11b is not provided, the surface 10b of the first heat insulating member opposite to the surface on the heating element side may be the carbon layer 12b.
The carbon layer 12c is provided on the surface of the pyrolytic carbon layer 11c opposite to the end portion in the longitudinal direction of the first heat insulating member.

基材13は、炭素繊維からなる。
基材13は、炭素層12aに対して熱分解炭素層11a側の面とは反対側の面に設けられている。また基材13は、炭素層12bに対して熱分解炭素層11b側の面とは反対側の面に設けられているともいえる。
なお、熱分解炭素層11b及び炭素層12bが設けられていない場合には、第1の断熱部材の発熱体側の面とは反対側の面10bが基材13であってもよい。
The substrate 13 is made of carbon fiber.
The substrate 13 is provided on the surface of the carbon layer 12a opposite to the surface on the pyrolytic carbon layer 11a side. It can also be said that the substrate 13 is provided on the surface of the carbon layer 12b opposite to the surface on the pyrolytic carbon layer 11b side.
In addition, when the pyrolytic carbon layer 11 b and the carbon layer 12 b are not provided, the surface 10 b of the first heat insulating member opposite to the surface on the heating element side may be the base material 13 .

なお、図5に示す第1の断熱部材10は一例である。
本発明の断熱材を構成する第1の断熱部材は、基材13そのものであってもよく、基材13上に炭素層12が設けられたものであってもよく、基材13上に熱分解炭素層11が設けられたものであってもよく、基材13上に炭素層12及び熱分解炭素層11がこの順で設けられたものであってもよい。
The first heat insulating member 10 shown in FIG. 5 is just one example.
The first insulating member constituting the insulating material of the present invention may be the substrate 13 itself, or may be a substrate 13 having a carbon layer 12 provided thereon, or may be a substrate 13 having a pyrolytic carbon layer 11 provided thereon, or may be a substrate 13 having a carbon layer 12 and a pyrolytic carbon layer 11 provided in this order thereon.

第1の断熱部材が炭素層を有する場合、少なくとも、第1の断熱部材の発熱体側の面が炭素層であることが好ましい。
また、第1の断熱部材が熱分解炭素層を有する場合、少なくとも、第1の断熱部材の発熱体側の面が熱分解炭素層であることが好ましい。
When the first heat insulating member has a carbon layer, it is preferable that at least the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a carbon layer.
Furthermore, when the first heat insulating member has a pyrolytic carbon layer, it is preferable that at least the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a pyrolytic carbon layer.

第1の断熱部材10と第2の断熱部材20は、互いに分離可能な状態で接している。
なお、互いに分離可能な状態で接しているとは、第1の断熱部材10及び第2の断熱部材20の両方を破壊することなく互いを分離させることができる状態をいう。
The first heat insulating member 10 and the second heat insulating member 20 are in contact with each other in a separable state.
Note that being in contact with each other in a separable state refers to a state in which the first insulating member 10 and the second insulating member 20 can be separated from each other without destroying either of them.

例えば、第1の断熱部材10と第2の断熱部材20とがただ接触している状態は、互いに分離可能な状態で接しているといえる。
一方で、第1の断熱部材10と第2の断熱部材20とが炭素系接着材により接着されていて、第1の断熱部材10及び/又は第2の断熱部材20を破壊しないと互いを分離できない場合は、第1の断熱部材10と第2の断熱部材20とが互いに分離可能な状態に該当しない。
For example, when the first heat insulating member 10 and the second heat insulating member 20 are simply in contact with each other, it can be said that they are in contact with each other in a separable state.
On the other hand, if the first insulating member 10 and the second insulating member 20 are bonded together with a carbon-based adhesive and cannot be separated from each other without destroying the first insulating member 10 and/or the second insulating member 20, the first insulating member 10 and the second insulating member 20 do not fall into a state in which they can be separated from each other.

本発明の断熱材では、第1の断熱部材と第2の断熱部材が、互いに分離可能な状態で接しているため、劣化が進行した第1の断熱部材だけを取り外して交換することが容易となる。
このことを、図6及び図7を用いて説明する。
In the insulation material of the present invention, the first insulation member and the second insulation member are in contact with each other in a separable state, making it easy to remove and replace only the first insulation member that has deteriorated.
This will be explained with reference to FIG. 6 and FIG.

図6は、劣化した第1の断熱部材を取り出す様子を模式的に示す図である。図7は、新しい第1の断熱部材を挿入する様子を模式的に示す図である。
本発明の断熱材では、第1の断熱部材と第2の断熱部材が互いに分離可能な状態で接しているため、図6に示すように、劣化が進行した第1の断熱部材10’を第2の断熱部材20と分離することが容易である。
そして、図7に示すように、新たな第1の断熱部材10を第2の断熱部材20の内側に挿入することで、断熱材1の断熱性能を回復させることができる。
Fig. 6 is a schematic diagram showing how a deteriorated first heat insulating member is removed, and Fig. 7 is a schematic diagram showing how a new first heat insulating member is inserted.
In the insulating material of the present invention, the first insulating member and the second insulating member are in contact with each other in a separable state, so that it is easy to separate the first insulating member 10', which has deteriorated, from the second insulating member 20, as shown in Figure 6.
Then, as shown in FIG. 7, by inserting a new first insulating member 10 inside the second insulating member 20, the insulating performance of the insulating material 1 can be restored.

上述したように、本発明の断熱材においては、劣化が優先的に進行する第1の断熱部材だけを容易に交換することができるため、交換に係る作業時間を削減できる。さらに、交換にあたって第2の断熱部材を準備する必要がないため、交換に係る材料コストも削減することができる。 As described above, in the insulation material of the present invention, only the first insulation member, which deteriorates first, can be easily replaced, reducing the labor time required for replacement. Furthermore, since there is no need to prepare a second insulation member for replacement, the material costs required for replacement can also be reduced.

[第1の断熱部材の製造方法]
本発明の断熱材を構成する第1の断熱部材は、例えば、炭素繊維の成形体を準備する成形体準備工程により製造することができる。
[Method of manufacturing first heat insulating member]
The first heat insulating member constituting the heat insulating material of the present invention can be manufactured, for example, by a molded body preparation step of preparing a molded body of carbon fiber.

(成形体準備工程)
成形体準備工程では、炭素繊維の成形体を準備する。
(Preparation of Molded Body)
In the molded body preparation step, a molded body of carbon fiber is prepared.

炭素繊維の成形体を得る方法としては、ニードリング法や抄造法が挙げられる。 Methods for obtaining carbon fiber molded bodies include the needling method and the papermaking method.

ニードリング法の場合、例えば、平均繊維長が10mm~10000mmの炭素繊維をシート状に積層し、ニードリングにより無機繊維同士を交絡させることで炭素繊維からなる成形体を得ることができる。 In the case of the needling method, for example, carbon fibers with an average fiber length of 10 mm to 10,000 mm are stacked in a sheet form, and the inorganic fibers are entangled by needling to obtain a molded body made of carbon fibers.

抄造法の場合、例えば、平均繊維長が2mm~8mmの炭素繊維を水等の分散媒に分散させた懸濁液を準備し、型を用いて抄造することで、炭素繊維からなる成形体を得ることができる。 In the case of the papermaking method, for example, a suspension is prepared in which carbon fibers with an average fiber length of 2 mm to 8 mm are dispersed in a dispersion medium such as water, and a mold is used to make a papermaking process, thereby obtaining a molded body made of carbon fibers.

抄造に用いる型は平面でもよいが、目的の形状の曲面型でもよい。
すなわち、成形体準備工程で得られる成形体は、最初から筒形状であってもよいが、この時点では筒形状ではなく、例えば、平面視略矩形形状であってもよい。
成形体の形状が平面視略矩形形状の場合には、後述する変形工程により筒形状に変形させる。
The mold used for papermaking may be flat, or it may be curved to the desired shape.
That is, the green body obtained in the green body preparation step may have a cylindrical shape from the beginning, but at this stage it may not have a cylindrical shape but may have, for example, a generally rectangular shape when viewed from above.
When the shape of the molded body is a substantially rectangular shape in a plan view, it is deformed into a cylindrical shape by a deformation step described later.

抄造法の場合、懸濁液には有機バインダが含まれていてもよい。
懸濁液に有機バインダが含まれていると、抄造時に炭素繊維同士が固定されて、成形性が向上する。また、炭素繊維からなる成形体に有機バインダが残留して炭素繊維同士を拘束することができるため、後述の炭素層形成工程よりも前の段階における成形体のハンドリング性を向上させることができる。
In the case of the papermaking method, the suspension may contain an organic binder.
When the suspension contains an organic binder, the carbon fibers are fixed together during papermaking, improving moldability. In addition, the organic binder remains in the carbon fiber molded body and can bind the carbon fibers together, improving the handleability of the molded body at a stage prior to the carbon layer formation step described below.

なお、懸濁液に含まれていてもよい有機バインダには、後述する炭素層形成工程で用いてもよい有機バインダと同様のものを好適に用いることができる。 The organic binder that may be contained in the suspension may be the same as the organic binder that may be used in the carbon layer formation process described below.

成形体準備工程で用いられる炭素繊維としては、第1の断熱部材を構成する炭素繊維を好適に用いることができる。 The carbon fibers used in the molded body preparation process can preferably be the same as those that make up the first insulating member.

(変形工程)
なお、成形体準備工程で準備される成形体の外形形状は、最初から筒形でなくてもよい。
例えば、成形体準備工程で、平面視略矩形形状の成形体(シート状成形体)を作製し、これを変形工程により筒形状に変形させてもよい。
(Deformation process)
The outer shape of the molded body prepared in the molded body preparation step does not have to be cylindrical from the beginning.
For example, a molded body (sheet-shaped molded body) having a generally rectangular shape in plan view may be prepared in the molded body preparation step, and then this may be deformed into a cylindrical shape in the deformation step.

シート状成形体は、例えば、長手方向に対向する第1端面及び第2の端面と、該長手方向に直交する厚さ方向に対向する第1主面及び第2主面と、該長さ方向及び該厚さ方向に直交する幅方向に対向する第1側面及び第2側面を有する平面視略矩形形状であってもよい。
ここで、第1主面及び第2主面のうち、発熱体側となる主面は熱分解炭素層であることが好ましい。
The sheet-like molded body may have, for example, a generally rectangular shape in a plan view, having a first end face and a second end face facing each other in the longitudinal direction, a first main face and a second main face facing each other in a thickness direction perpendicular to the longitudinal direction, and a first side face and a second side face facing each other in a width direction perpendicular to the length direction and the thickness direction.
Of the first and second main surfaces, the main surface on the heating element side is preferably a pyrolytic carbon layer.

シート状成形体における第1端面と第2端面の間の距離は、シート状成形体の長さであり、第1の断熱部材の内周の長さに相当する。 The distance between the first end face and the second end face of the sheet-shaped molding is the length of the sheet-shaped molding, which corresponds to the length of the inner circumference of the first insulating member.

シート状成形体における第1主面と第2主面の間の距離は、シート状成形体の厚さであり、第1の断熱部材の厚さに相当する。 The distance between the first and second main surfaces of the sheet-shaped body is the thickness of the sheet-shaped body, which corresponds to the thickness of the first insulating member.

シート状成形体における第1側面と第2側面の間の距離は、シート状成形体の幅であり、第1の断熱部材の高さに相当する。 The distance between the first and second sides of the sheet-shaped body is the width of the sheet-shaped body and corresponds to the height of the first insulating member.

シート状成形体を変形させて第1の断熱部材とする際、シート状成形体の第1端面及び第2端面は、互いに分離可能な状態で接していてもよく、炭素系接着材等で接着されていてもよく、糸等で縫合されていてもよい。糸は、焼成により焼失するものであってもよく、焼成により焼失しないものであってもよい。 When the sheet-shaped molded body is deformed to form the first insulating member, the first end face and the second end face of the sheet-shaped molded body may be in contact with each other in a separable state, may be bonded with a carbon-based adhesive, or may be sewn with thread. The thread may be one that burns away when fired, or one that does not burn away when fired.

第1の断熱部材の製造にあたっては、炭素層を形成するための炭素層形成工程、及び/又は、熱分解炭素層を形成するための熱分解炭素層形成工程を行ってもよい。 When manufacturing the first insulating member, a carbon layer formation process for forming a carbon layer and/or a pyrolytic carbon layer formation process for forming a pyrolytic carbon layer may be performed.

(炭素層形成工程)
炭素層形成工程では、炭素繊維の成形体の表面に、炭素系粒子を含有するスラリーを含浸させ、焼成することによって炭素層を形成する。
(Carbon layer forming process)
In the carbon layer forming step, the surface of the carbon fiber compact is impregnated with a slurry containing carbon-based particles, and then fired to form a carbon layer.

焼成条件は特に限定されないが、温度700~2100℃、非酸化性雰囲気で1~12時間焼成を行うことが好ましい。
なお、非酸化性雰囲気には、不活性雰囲気及び還元性雰囲気を含む。
The firing conditions are not particularly limited, but firing is preferably performed at a temperature of 700 to 2100° C. in a non-oxidizing atmosphere for 1 to 12 hours.
The non-oxidizing atmosphere includes an inert atmosphere and a reducing atmosphere.

不活性雰囲気は、主成分を不活性ガスとする雰囲気である。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。
The inert atmosphere is an atmosphere containing an inert gas as a main component.
The inert gas includes nitrogen, argon, and the like.

還元性雰囲気は、主成分を還元性ガスとする雰囲気である。
還元性ガスとしては、水素、一酸化炭素、炭化水素、塩素等が挙げられる。
The reducing atmosphere is an atmosphere containing a reducing gas as a main component.
The reducing gas includes hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, chlorine, and the like.

炭素層形成工程で用いられる炭素系粒子としては、第1の断熱部材を構成し得る炭素系粒子を好適に用いることができる。 The carbon-based particles used in the carbon layer formation process can be preferably carbon-based particles that can form the first insulating member.

炭素層の形成では、表面に炭素繊維を露出させることが好ましい。
表面に炭素繊維を露出させる方法としては、炭素層形成工程において、成形体に含浸させるスラリー量を、本来成形体に含浸させられる量よりも少し減らす方法が挙げられる。
これにより、成形体の表面にスラリーが含浸されていない部分が生じ、炭素繊維が露出することとなる。
In forming the carbon layer, it is preferable to expose the carbon fibers on the surface.
As a method for exposing the carbon fibers on the surface, there is a method in which the amount of slurry impregnated into the molded body in the carbon layer forming step is slightly reduced from the amount that would normally be impregnated into the molded body.
This results in the formation of portions on the surface of the molded body that are not impregnated with the slurry, exposing the carbon fibers.

炭素層形成工程で用いるスラリーには、有機バインダが含まれていてもよい。
スラリーに有機バインダが含まれていると、成形体をスラリーに浸漬した際に、炭素系粒子が成形体の表面近傍に留まりやすくなるため、炭素層が厚くなりすぎることを防ぐことができる。
The slurry used in the carbon layer forming step may contain an organic binder.
If the slurry contains an organic binder, the carbon-based particles tend to remain near the surface of the compact when the compact is immersed in the slurry, thereby preventing the carbon layer from becoming too thick.

有機バインダとしては、非酸化性雰囲気で加熱することにより炭化する有機バインダ、及び、非酸化性雰囲気での加熱により分解するなどして残渣を生じない有機バインダの両方を用いることができる。
また、有機バインダは、溶媒に溶解するものであってもよく、溶媒中に微粒子として分散するものであってもよい。
As the organic binder, both an organic binder that is carbonized when heated in a non-oxidizing atmosphere and an organic binder that is decomposed when heated in a non-oxidizing atmosphere and does not leave a residue can be used.
The organic binder may be one that dissolves in a solvent, or one that disperses as fine particles in the solvent.

有機バインダが、非酸化性雰囲気で加熱することにより炭化する有機バインダである場合には、炭化した有機バインダが炭素系接着材として機能し、炭素系粒子と炭素繊維とを強固に接合することができる。また、成形体の表面に偏在することとなる炭素層を構成する炭素系粒子が炭素繊維から脱落することを防止することができる。 When the organic binder is an organic binder that is carbonized by heating in a non-oxidizing atmosphere, the carbonized organic binder functions as a carbon-based adhesive and can firmly bond the carbon-based particles and the carbon fibers. In addition, the carbon-based particles that make up the carbon layer that is unevenly distributed on the surface of the molded body can be prevented from falling off the carbon fibers.

炭化する有機バインダとしては、例えば、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)及びピッチ等が挙げられる。 Examples of organic binders that carbonize include phenolic resin, polyvinyl alcohol (PVA), and pitch.

スラリーに有機バインダが含まれない場合、成形体をスラリーに浸漬した後に、有機バインダ溶液を成形体の表面に含浸させることが好ましい。
これにより、スラリーに有機バインダが含まれている場合と同様に、有機バインダが炭素系接着材として機能し、炭素系粒子と炭素繊維とを強固に接合することができる。
When the slurry does not contain an organic binder, it is preferable to immerse the molded body in the slurry and then impregnate the surface of the molded body with an organic binder solution.
This allows the organic binder to function as a carbon-based adhesive, similarly to when the slurry contains an organic binder, and allows the carbon-based particles and the carbon fibers to be firmly bonded together.

炭素層形成工程においては、まず炭素系粒子と溶媒を含有し、かつ有機バインダを含有しないスラリーに成形体を浸漬させ、続いて有機バインダ溶液に成形体を浸漬することで、成形体の内部への有機バインダの浸透を少なくし、断熱性能の低下を抑制することができる。 In the carbon layer formation process, the compact is first immersed in a slurry that contains carbon-based particles and a solvent but does not contain an organic binder, and then the compact is immersed in an organic binder solution, which reduces the penetration of the organic binder into the compact and prevents a decrease in insulation performance.

(熱分解炭素層形成工程)
熱分解炭素層形成工程では、成形体の表面に熱分解炭素を含む熱分解炭素層を形成する。
(Pyrolytic carbon layer forming process)
In the pyrolytic carbon layer forming step, a pyrolytic carbon layer containing pyrolytic carbon is formed on the surface of the compact.

成形体の表面に熱分解炭素層を形成する方法は特に限定されないが、例えば、CVD炉を用いて化学気相成長により熱分解炭素層を形成する方法が挙げられる。
CVD炉を用いて熱分解炭素層を形成する工程をCVD工程ともいう。
The method for forming a pyrolytic carbon layer on the surface of the molded body is not particularly limited, but for example, a method for forming a pyrolytic carbon layer by chemical vapor deposition using a CVD furnace can be mentioned.
The process of forming a pyrolytic carbon layer using a CVD furnace is also called a CVD process.

CVD工程の条件は特に限定されない。
原料ガスは炭化水素ガスが利用でき、例えばメタン、エタン、プロパン、エチレンなどが利用できる。
The conditions for the CVD process are not particularly limited.
The raw material gas may be a hydrocarbon gas, such as methane, ethane, propane, or ethylene.

CVD工程の温度は例えば800~2000℃が好ましい。
CVD工程の温度が800℃以上であると、原料ガスが容易に分解するので熱分解炭素層を形成しやすい。
CVD工程の温度が2000℃以下であると、炭素繊維の昇華が抑制され変質が防止できる。
The temperature of the CVD process is preferably, for example, 800 to 2000°C.
If the temperature in the CVD process is 800° C. or higher, the source gas is easily decomposed, and therefore a pyrolytic carbon layer is easily formed.
When the temperature of the CVD process is 2000° C. or less, sublimation of the carbon fibers is suppressed, and deterioration can be prevented.

成形体を構成する炭素繊維が炭素質の場合、CVD工程の温度は1700℃以下であることが望ましい。
炭素質の炭素繊維は高い温度に曝すと黒鉛質に変質し、熱伝導率が高くなるなどの変質が起こるようになる。そのため、1700℃以下の温度でCVD工程を実施することにより、炭素繊維の黒鉛質への変質を抑制し、成形体の断熱性を維持することができる。
When the carbon fibers constituting the molded body are carbonaceous, the temperature in the CVD process is desirably 1700° C. or lower.
When carbonaceous carbon fibers are exposed to high temperatures, they change to graphite, causing changes such as an increase in thermal conductivity, etc. Therefore, by carrying out the CVD process at a temperature of 1700° C. or less, it is possible to suppress the change of the carbon fibers to graphite and maintain the thermal insulation properties of the molded body.

なお、熱分解炭素層形成工程は、炭素層形成工程を経た成形体に対して行ってもよい。
この場合、炭素繊維からなる基材の表面に炭素層が形成され、炭素層の表面に熱分解炭素層が形成された第1の断熱部材が得られる。
The pyrocarbon layer forming step may be performed on the molded body that has been subjected to the carbon layer forming step.
In this case, a carbon layer is formed on the surface of the substrate made of carbon fiber, and a first heat insulating member is obtained in which a pyrolytic carbon layer is formed on the surface of the carbon layer.

[第2の断熱部材の製造方法]
本発明の断熱材を構成する第2の断熱部材は、例えば、炭素繊維からなる成形体を得る成形体準備工程を有する方法により製造することができる。
[Method of manufacturing second heat insulating member]
The second heat insulating member constituting the heat insulating material of the present invention can be produced, for example, by a method having a molded body preparation step of obtaining a molded body made of carbon fiber.

(成形体準備工程)
成形体準備工程としては、第1の断熱部材の製造方法における成形体準備工程と同様の方法が好ましい。
(Preparation of Molded Body)
The molded body preparation step is preferably the same as the molded body preparation step in the first method for producing a heat insulating member.

第1の断熱部材を製造する方法と第2の断熱部材を製造する方法とが異なっていてもよい。
例えば、第1の断熱部材の製造方法において、炭素繊維の成形体を抄造法により得て、第2の断熱部材の製造方法において、炭素繊維の成形体をニードリング法により得てもよい。
The method for producing the first insulating member and the method for producing the second insulating member may be different.
For example, in the first method for producing a heat insulating member, a carbon fiber molded body may be obtained by a papermaking method, and in the second method for producing a heat insulating member, a carbon fiber molded body may be obtained by a needling method.

第2の断熱部材の製造方法は、第1の断熱部材の製造方法と同様に、炭素層形成工程を有していてもよいし、熱分解炭素層形成工程を有していてもよいし、変形工程を有していてもよい。 The method for manufacturing the second insulating member may include a carbon layer forming process, a pyrolytic carbon layer forming process, or a deformation process, similar to the method for manufacturing the first insulating member.

[断熱材の製造方法]
上記手順により得られた第1の断熱部材及び第2の断熱部材を組み合わせることで、本発明の断熱部材を得ることができる。
具体的には、発熱体を収容するための空間を覆うように第1の断熱部材を配置し、続いて、第1の断熱部材の外側を覆うように第2の断熱部材を配置することで、本発明の断熱材を得ることができる。
[Method of manufacturing the heat insulating material]
The first and second insulating members obtained by the above procedure can be combined to obtain the insulating member of the present invention.
Specifically, the insulating material of the present invention can be obtained by arranging a first insulating member so as to cover the space for accommodating the heating element, and then arranging a second insulating member so as to cover the outside of the first insulating member.

本発明の断熱材は、例えば、加熱炉等の加熱装置に好適に用いることができる。
また本発明の断熱材は、例えば、SiやSiCの単結晶成長装置において、るつぼを保温(断熱)するための断熱材として好適に用いることができる。
The heat insulating material of the present invention can be suitably used in heating devices such as heating furnaces.
Furthermore, the heat insulating material of the present invention can be suitably used, for example, as a heat insulating material for keeping a crucible warm (insulating the crucible) in an apparatus for growing single crystals of Si or SiC.

本明細書には以下の事項が開示されている。 The following items are disclosed in this specification:

本開示(1)は発熱体の周囲を覆う断熱材であって、発熱体側に配置される第1の断熱部材と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材と、を備え、前記第1の断熱部材及び前記第2の断熱部材は、いずれも、炭素繊維を含み、前記第1の断熱部材と前記第2の断熱部材は、互いに分離可能な状態で接している、ことを特徴とする断熱材である。 The present disclosure (1) is an insulating material that covers the periphery of a heating element, and is characterized in that it comprises a first insulating member arranged on the heating element side and a second insulating member arranged on the opposite side of the heating element, the first insulating member and the second insulating member both containing carbon fiber, and the first insulating member and the second insulating member are in contact with each other in a separable state.

本開示(2)は前記第1の断熱部材の発熱体側の面は、熱分解炭素を含む熱分解炭素層である、本開示(1)に記載の断熱材である。 The present disclosure (2) is the insulating material described in the present disclosure (1), in which the surface of the first insulating member facing the heating element is a pyrolytic carbon layer containing pyrolytic carbon.

本開示(3)は前記熱分解炭素層は、厚さが2μm~60μmである、本開示(2)に記載の断熱材である。 The present disclosure (3) is the insulating material described in the present disclosure (2), in which the pyrolytic carbon layer has a thickness of 2 μm to 60 μm.

本開示(4)は前記第1の断熱部材の発熱体側の面は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する炭素層である、本開示(1)に記載の断熱材である。 The present disclosure (4) is the insulating material described in the present disclosure (1), in which the surface of the first insulating member facing the heating element is a carbon layer containing carbon-based particles between carbon fibers.

本開示(5)は前記炭素層の前記炭素系粒子及び前記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されている、本開示(4)に記載の断熱材である。 The present disclosure (5) is the insulating material described in the present disclosure (4), in which the carbon-based particles and the carbon fibers of the carbon layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive.

本開示(6)は前記炭素系粒子は、黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子である、本開示(4)又は(5)に記載の断熱材である。 The present disclosure (6) is the insulating material according to the present disclosure (4) or (5), in which the carbon-based particles are at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and pulverized carbon fiber particles.

本開示(7)は前記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmである、本開示(4)~(6)のいずれか1項に記載の断熱材である。 The present disclosure (7) is an insulating material according to any one of the present disclosures (4) to (6), in which the carbon-based particles have an average particle size of 10 nm to 500 μm.

本開示(8)は前記炭素層は、厚さが10μm~1000μmである、本開示(4)~(7)のいずれか1項に記載の断熱材である。 The present disclosure (8) is an insulating material according to any one of the present disclosures (4) to (7), in which the carbon layer has a thickness of 10 μm to 1000 μm.

本開示(9)は前記第1の断熱部材は、さらに、前記炭素層に対して前記発熱体側の面とは反対側の面に設けられる、前記炭素繊維からなる基材を有する、本開示(4)~(8)のいずれか1項に記載の断熱材である。 The present disclosure (9) is an insulating material according to any one of the present disclosures (4) to (8), in which the first insulating member further has a base material made of the carbon fiber provided on the surface of the carbon layer opposite the surface on the heating element side.

本開示(10)は前記基材が、前記炭素繊維のニードルマット又は前記炭素繊維の抄造体である、本開示(9)に記載の断熱材である。 The present disclosure (10) is the insulating material described in the present disclosure (9), in which the substrate is a needle mat of the carbon fiber or a paper-made body of the carbon fiber.

本開示(11)は前記基材を構成する前記炭素繊維の平均繊維長が、2mm~8mmである、本開示(9)又は(10)に記載の断熱材である。 The present disclosure (11) is the insulating material described in the present disclosure (9) or (10), in which the average fiber length of the carbon fibers constituting the substrate is 2 mm to 8 mm.

(実施例)
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
EXAMPLES Hereinafter, examples that more specifically disclose the present invention will be described, however, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
[第1の断熱部材の製造]
[成形体準備工程]
炭素繊維(平均繊維径:13μm、平均繊維長:3.3mm)を抄造法により成形し、炭素繊維からなる円筒形状の成形体(内径95mm、高さ190mm、厚さ3mmの円筒形状)を得た。
この成形体を不活性雰囲気下で2000℃に加熱して、成形体に含まれる有機バインダ(フェノール樹脂)を炭素化した。
Example 1
[Manufacture of first heat insulating member]
[Molded body preparation process]
Carbon fibers (average fiber diameter: 13 μm, average fiber length: 3.3 mm) were molded by a papermaking method to obtain a cylindrical molded product (cylindrical shape with an inner diameter of 95 mm, a height of 190 mm, and a thickness of 3 mm) made of carbon fibers.
This compact was heated to 2000° C. in an inert atmosphere to carbonize the organic binder (phenol resin) contained in the compact.

[炭素層形成工程]
成形体の表面を加工して形状を整えた後、有機バインダ及び炭素系粒子を含有するスラリーをシート状成形体の表面の全部に塗布した。
なお、炭素系粒子としては、平均粒子径が10μmの黒鉛粒子を用いた。また有機バインダとしてはフェノール樹脂を用いた。
[Carbon layer forming process]
After the surface of the molded body was processed to adjust the shape, a slurry containing an organic binder and carbon-based particles was applied to the entire surface of the sheet-like molded body.
The carbon particles used were graphite particles with an average particle size of 10 μm, and the organic binder was a phenol resin.

続いて、スラリーを塗布したシート状成形体を還元性雰囲気の炉に入れ、温度2000℃で1時間加熱することで、炭素繊維間に炭素系粒子が配置され、炭素系粒子と炭素繊維とが互いに炭素系接着材で接合されている炭素層を、炭素繊維からなる基材の表面に形成した。 The sheet-like molded body coated with the slurry was then placed in a furnace with a reducing atmosphere and heated at 2000°C for 1 hour, forming a carbon layer on the surface of the substrate made of carbon fibers, in which carbon-based particles were arranged between the carbon fibers and the carbon-based particles and carbon fibers were bonded to each other with a carbon-based adhesive.

この時点で炭素層の表面を偏光顕微鏡で観察したところ、炭素繊維の一部が表面に露出していることを確認した。また、スラリー中の有機バインダが還元性雰囲気下で加熱されることにより炭素化した炭素系接着材によって、炭素系粒子と炭素繊維とが接合されていることを確認した。 At this point, the surface of the carbon layer was observed with a polarizing microscope, and it was confirmed that some of the carbon fibers were exposed on the surface. It was also confirmed that the carbon particles and carbon fibers were bonded together by a carbon-based adhesive, which was formed by carbonizing the organic binder in the slurry by heating it in a reducing atmosphere.

[CVD工程]
続いて、炭素層が形成されたシート状成形体をCVD炉に入れ、一度炉内を真空引きして炉内の気圧を下げた後、原料ガスを導入して、炭素層の表面に熱分解炭素層を形成して、円筒形状の第1の断熱部材を得た。
シート状成形体は支持ピンの上に載置され、支持ピンにより点支持された状態で熱分解炭素層を形成した。
シート状成形体は点支持されているため、シート状成形体のほぼ全面に、同時に熱分解炭素層が形成される。
[CVD process]
Next, the sheet-like molded body with the carbon layer formed thereon was placed in a CVD furnace, and the furnace was once evacuated to reduce the air pressure inside the furnace. After that, a raw material gas was introduced to form a pyrolytic carbon layer on the surface of the carbon layer, thereby obtaining a cylindrical first insulating member.
The sheet-like molded product was placed on the support pins, and a pyrocarbon layer was formed in a state where the sheet-like molded product was point-supported by the support pins.
Since the sheet-like molded body is supported at points, the pyrolytic carbon layer is simultaneously formed on almost the entire surface of the sheet-like molded body.

上記CVD工程において、シート状成形体の表面には炭素層が形成されているため、上記工程では原料ガスが成形体の内部にまで浸透せず、表面に沈積する。このとき、表面に露出した炭素繊維がアンカーとなって、炭素繊維からなる成形体と熱分解炭素層とを強固に接続する。
なお、第1の断熱部材の嵩密度を測定したところ、0.18g/cmであった。
In the CVD process, since a carbon layer is formed on the surface of the sheet-like molded body, the raw material gas does not penetrate into the molded body and is deposited on the surface. At this time, the carbon fibers exposed on the surface act as anchors to firmly connect the molded body made of carbon fibers and the pyrolytic carbon layer.
The bulk density of the first heat insulating member was measured and found to be 0.18 g/cm 3 .

第1の断熱部材を厚さ方向に沿って切断し、切断面のうち表面近傍を偏光顕微鏡で観察したところ、第1の断熱部材の表面には厚さ20μmの熱分解炭素層が形成されており、さらに、熱分解炭素層の直下に厚さ100μmの炭素層が形成されていることを確認した。 The first insulating member was cut along the thickness direction, and the surface of the cut surface was observed with a polarizing microscope. It was confirmed that a pyrolytic carbon layer with a thickness of 20 μm had formed on the surface of the first insulating member, and that a carbon layer with a thickness of 100 μm had formed directly beneath the pyrolytic carbon layer.

[第2の断熱部材の製造]
炭素繊維(平均繊維径:13μm、平均繊維長:3.3mm)を抄造法により成形し、炭素繊維からなる円筒形状の成形体(内径101mm、高さ190mm、厚さ10mmの円筒形状)を得た。
この成形体を不活性雰囲気下で2000℃に加熱して、成形体に含まれるバインダを炭素化して円筒形状の第2の断熱部材を得た。
[Manufacture of second insulating member]
Carbon fibers (average fiber diameter: 13 μm, average fiber length: 3.3 mm) were molded by a papermaking method to obtain a cylindrical molded product (cylindrical shape with an inner diameter of 101 mm, a height of 190 mm, and a thickness of 10 mm) made of carbon fibers.
This compact was heated to 2000° C. in an inert atmosphere to carbonize the binder contained in the compact, thereby obtaining a cylindrical second heat insulating member.

[断熱材の製造]
第2の断熱部材の内側の空間に第1の断熱部材を挿入して、実施例1に係る断熱材を製造した。
[Manufacture of heat insulating materials]
The first insulating member was inserted into the space inside the second insulating member to produce the insulating material of Example 1.

(実施例2)
炭素層形成工程およびCVD工程を行わないこと以外は、実施例1と同様にして実施例2に係る断熱材を製造した。
よって、実施例2に係る断熱材では、第1の断熱部材に炭素層及び熱分解炭素層が形成されていない。
Example 2
The heat insulating material of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the carbon layer forming step and the CVD step were not performed.
Therefore, in the heat insulating material according to Example 2, a carbon layer and a pyrolytic carbon layer are not formed in the first heat insulating member.

(比較例1)
第1の断熱部材の製造を行わず、第2の断熱部材の製造において、円筒形状の成形体の寸法を内径95mm、高さ190mm、厚さ13mmとなるように成形したほかは、実施例1と同様の手順で第2の断熱部材を得て、比較例1に係る断熱材を製造した。
比較例1に係る断熱材を構成する第2の断熱部材は、炭素繊維からなる成形体であり、表面には、熱分解炭素層及び炭素層が設けられていない。
(Comparative Example 1)
The first insulating member was not manufactured, and in the manufacture of the second insulating member, the cylindrical molded body was molded to have an inner diameter of 95 mm, a height of 190 mm, and a thickness of 13 mm. Except for this, the second insulating member was obtained in the same manner as in Example 1, and the insulating material related to Comparative Example 1 was manufactured.
The second heat insulating member constituting the heat insulating material according to Comparative Example 1 is a molded body made of carbon fiber, and neither a pyrolytic carbon layer nor a carbon layer is provided on the surface.

[消耗試験]
黒鉛製るつぼ(外径95mm、内径90mm、高さ190mmの円筒形状)に、SiC粉末を入れ、蓋をした状態で、実施例1、2及び比較例1に係る断熱材を構成する第1もしくは第2の断熱部材の内側の空間に挿入し、還元性雰囲気で、高周波誘導加熱により2400℃で72時間加熱した。
加熱終了後に、第1もしくは第2の断熱部材の内側からるつぼを取り出した後、第1もしくは第2の断熱部材のるつぼ側の表面を目視で観察した。
実施例1に係る断熱材では、熱分解炭素層の劣化が確認できたが、炭素繊維からなる基材の劣化は確認できなかった。また、第2の断熱部材についても劣化を確認できなかった。実施例2に係る断熱材では、第1の断熱部材の炭素繊維からなる基材の劣化は確認できたが、第2の断熱部材については劣化が確認できなかった。
比較例1に係る断熱材では、第2の断熱部材が劣化していることを確認した。
[Consumption test]
SiC powder was placed in a graphite crucible (cylindrical shape with an outer diameter of 95 mm, an inner diameter of 90 mm, and a height of 190 mm), and with the lid on, the crucible was inserted into the space inside the first or second insulating member constituting the insulating material of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and heated at 2400°C for 72 hours by high-frequency induction heating in a reducing atmosphere.
After the heating was completed, the crucible was removed from inside the first or second heat insulating member, and the surface of the first or second heat insulating member facing the crucible was visually observed.
In the heat insulating material according to Example 1, the deterioration of the pyrolytic carbon layer was confirmed, but the deterioration of the base material made of carbon fiber was not confirmed. In addition, the deterioration of the second heat insulating member was not confirmed. In the heat insulating material according to Example 2, the deterioration of the base material made of carbon fiber of the first heat insulating member was confirmed, but the deterioration of the second heat insulating member was not confirmed.
In the heat insulating material of Comparative Example 1, it was confirmed that the second heat insulating member was deteriorated.

[交換性の確認]
実施例1及び実施例2に係る断熱材につき、第2の断熱部材を外周から把持して固定した状態で第1の断熱部材の端部を掴み、長手方向に引っ張ったところ、第2の断熱部材から第1の断熱部材を容易に引き抜くことができた。また、新しい第1の断熱部材を挿入したところ、容易に挿入することができた。
[Check compatibility]
In the thermal insulation materials according to Examples 1 and 2, when the end of the first thermal insulation member was grasped and pulled in the longitudinal direction while the second thermal insulation member was held and fixed from the outer periphery, the first thermal insulation member could be easily pulled out from the second thermal insulation member. Also, when a new first thermal insulation member was inserted, it was easily inserted.

一方、比較例1に係る断熱材は、一体成型されているため断熱部材の劣化により、断熱材全体を交換することが必要と判断した。 On the other hand, since the insulation material in Comparative Example 1 is molded as a single piece, it was determined that the entire insulation material needed to be replaced due to deterioration of the insulation components.

以上のことから、本発明の断熱材は、交換コストを低減できることを確認した。 From the above, it has been confirmed that the insulation material of the present invention can reduce replacement costs.

1 断熱材
10 第1の断熱部材
10a 第1の断熱部材の発熱体側の面(第1主面)
10b 第1の断熱部材の発熱体側の面とは反対側の面(第2主面)
10c 第1の断熱部材の端面
10’ 劣化が進行した第1の断熱部材
11 熱分解炭素層
11a 第1の断熱部材の第1主面に設けられる熱分解炭素層
11b 第1の断熱部材の第2主面に設けられる熱分解炭素層
11c 第1の断熱部材の端面に設けられる熱分解炭素層
12 炭素層
12a 第1の断熱部材の第1主面側に設けられた炭素層
12b 第1の断熱部材の第2主面側に設けられた炭素層
12c 第1の断熱部材の端面側に設けられた炭素層
13 基材
20 第2の断熱部材
20a 第2の断熱部材の発熱体側の面(第1主面)
20b 第2の断熱部材の発熱体側の面とは反対側の面(第2主面)
20c 第2の断熱部材の端面
30 発熱体を収容する空間
50 発熱体(るつぼ)
51 空洞
70 誘導加熱用コイル
100 加熱装置


1 Thermal insulation material 10 First thermal insulation member 10a Surface (first main surface) of the first thermal insulation member on the heating element side
10b: surface (second main surface) of the first heat insulating member opposite to the surface on the heating element side
10c End surface 10' of first insulating member First insulating member 11 in which deterioration has progressed Pyrolytic carbon layer 11a Pyrolytic carbon layer 11b provided on the first main surface of the first insulating member Pyrolytic carbon layer 11c provided on the second main surface of the first insulating member Pyrolytic carbon layer 12 provided on the end surface of the first insulating member Carbon layer 12a Carbon layer 12b provided on the first main surface side of the first insulating member Carbon layer 12c provided on the second main surface side of the first insulating member Carbon layer 13 provided on the end surface side of the first insulating member Substrate 20 Second insulating member 20a Surface (first main surface) of the second insulating member facing the heating element
20b: surface (second main surface) of the second heat insulating member opposite to the surface on the heating element side
20c End surface of second heat insulating member 30 Space for accommodating heating element 50 Heating element (crucible)
51 Cavity 70 Induction heating coil 100 Heating device


Claims (11)

発熱体の周囲を覆う断熱材であって、
発熱体側に配置される第1の断熱部材と、発熱体と反対側に配置される第2の断熱部材と、を備え、
前記第1の断熱部材及び前記第2の断熱部材は、いずれも、炭素繊維を含み、
前記第1の断熱部材と前記第2の断熱部材は、互いに分離可能な状態で接している、ことを特徴とする断熱材。
A heat insulating material that covers the periphery of a heating element,
A first heat insulating member is disposed on the heating element side, and a second heat insulating member is disposed on the opposite side to the heating element,
The first heat insulating member and the second heat insulating member each contain carbon fiber,
An insulating material, characterized in that the first insulating member and the second insulating member are in contact with each other in a separable state.
前記第1の断熱部材の発熱体側の面は、熱分解炭素を含む熱分解炭素層である、請求項1に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 1, wherein the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a pyrolytic carbon layer containing pyrolytic carbon. 前記熱分解炭素層は、厚さが2μm~60μmである、請求項2に記載の断熱材。 The thermal insulation material according to claim 2, wherein the pyrolytic carbon layer has a thickness of 2 μm to 60 μm. 前記第1の断熱部材の発熱体側の面は、炭素繊維間に炭素系粒子を含有する炭素層である、請求項1に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 1, wherein the surface of the first heat insulating member facing the heating element is a carbon layer containing carbon-based particles between carbon fibers. 前記炭素層の前記炭素系粒子及び前記炭素繊維は、互いに炭素系接着材で接合されている、請求項4に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 4, wherein the carbon-based particles and the carbon fibers of the carbon layer are bonded to each other with a carbon-based adhesive. 前記炭素系粒子は、黒鉛、カーボンブラック、ガラス状カーボン粒子、及び炭素繊維を粉砕した粒子からなる群から選択される少なくとも1つの炭素系粒子である、請求項4に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 4, wherein the carbon-based particles are at least one carbon-based particle selected from the group consisting of graphite, carbon black, glassy carbon particles, and crushed carbon fiber particles. 前記炭素系粒子は、平均粒子径が10nm~500μmである、請求項4に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 4, wherein the carbon-based particles have an average particle size of 10 nm to 500 μm. 前記炭素層は、厚さが10μm~1000μmである、請求項4に記載の断熱材。 The insulating material according to claim 4, wherein the carbon layer has a thickness of 10 μm to 1000 μm. 前記第1の断熱部材は、さらに、前記炭素層に対して前記発熱体側の面とは反対側の面に設けられる、前記炭素繊維からなる基材を有する、請求項4に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 4, wherein the first heat insulating member further has a base material made of the carbon fiber provided on the surface of the carbon layer opposite to the surface facing the heating element. 前記基材が、前記炭素繊維のニードルマット又は前記炭素繊維の抄造体である、請求項9に記載の断熱材。 The heat insulating material according to claim 9, wherein the substrate is a needle mat of the carbon fiber or a paper body of the carbon fiber. 前記基材を構成する前記炭素繊維の平均繊維長が、2mm~8mmである、請求項9に記載の断熱材。

The heat insulating material according to claim 9, wherein the carbon fibers constituting the substrate have an average fiber length of 2 mm to 8 mm.

JP2022155006A 2022-09-28 2022-09-28 Insulation Pending JP2024048872A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022155006A JP2024048872A (en) 2022-09-28 2022-09-28 Insulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022155006A JP2024048872A (en) 2022-09-28 2022-09-28 Insulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024048872A true JP2024048872A (en) 2024-04-09

Family

ID=90609509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022155006A Pending JP2024048872A (en) 2022-09-28 2022-09-28 Insulation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024048872A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101472850B1 (en) High-temperature-resistant composite
US8003026B2 (en) Pitch-only densification of carbon-carbon composite materials
TW539612B (en) Composite carbonaceous heat insulator
JP6714616B2 (en) Carbon nanotube bonding sheet and method for manufacturing carbon nanotube bonding sheet
US5954875A (en) Apparatus for pulling silicon single crystal
KR20180109937A (en) Graphite membrane and graphite tape
JP2015174807A (en) Carbon fiber-based heat insulation material, and manufacturing method of the same
WO1999019273A1 (en) Fibrous composite material and process for producing the same
WO2023008392A1 (en) Thermal insulation material and method for producing thermal insulation material
JP2607670B2 (en) Molded insulation
JPH08226054A (en) Production of carbon primary molding and carbon/carbon composite material
JP2024048872A (en) Insulation
JP4338844B2 (en) Molded insulation and heat shield
KR20020084812A (en) Crucible made of carbon fiber-reinforced carbon composite material for single crystal pulling apparatus
JP2024048873A (en) Insulation
WO2024071096A1 (en) Heat insulating material
JP7373498B2 (en) Carbon fiber molded insulation material and its manufacturing method
JP2024048874A (en) Insulation
JP5690789B2 (en) Surface-treated molded heat insulating material and method for producing the same
JP2024048875A (en) Insulation
JP2019043099A (en) Carbon fiber sheet laminate and manufacturing method therefor
JPS59102880A (en) High temperature heat resistant material
JP2015071519A (en) POROUS SiC SINTERED BODY AND METHOD OF PRODUCING POROUS SiC SINTERED BODY
JPH1050677A (en) Electrode plate for plasma etching
JP2000288916A (en) Jig for polishing treatment