JP2588554B2 - Member for molten aluminum and method for producing the same - Google Patents

Member for molten aluminum and method for producing the same

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JP2588554B2
JP2588554B2 JP62335869A JP33586987A JP2588554B2 JP 2588554 B2 JP2588554 B2 JP 2588554B2 JP 62335869 A JP62335869 A JP 62335869A JP 33586987 A JP33586987 A JP 33586987A JP 2588554 B2 JP2588554 B2 JP 2588554B2
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5064Boron nitride

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はアルミニウム溶湯に対して良好な耐食性を有
するとともに高い機械的強度及び耐熱衝撃性を有する部
材及びその製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a member having good corrosion resistance to molten aluminum, high mechanical strength and high thermal shock resistance, and a method for producing the same.

[従来の技術] アルミニウムの溶湯を取り扱うストークス、ラドル、
浸漬ヒーター保護管、ガス吹込み用部材、溶湯ポンプ部
材、溶湯撹拌用部材、溶湯ストッパ及び座、トイ等に対
して、従来耐食性を有するセラミックス粉末で被覆した
鋳鉄製の部材が広く使用されていた。しかし、このよう
な部材の金属材料は接触するアルミニウム溶湯に溶解す
る傾向があり、そのためアルミニウム溶湯の品質が低下
する。また耐食性セラミックス・コーティングは金属材
料に対して十分な密着力を有していないので容易に剥離
し、そのため毎日塗布しなければならないという問題が
ある。さらに、鋳鉄のような金属で出来ているため、比
較的重く、取扱いが容易でないという問題もある。
[Prior art] Stokes, Ladle, which handles molten aluminum
Conventionally, cast iron members coated with corrosion-resistant ceramic powder have been widely used for immersion heater protection tubes, gas injection members, melt pump members, melt stirring members, melt stoppers and seats, toys, and the like. . However, the metal material of such a member tends to dissolve in the molten aluminum that comes into contact with it, and therefore the quality of the molten aluminum decreases. Further, there is a problem that the corrosion-resistant ceramic coating does not have a sufficient adhesive force to the metal material and thus easily peels off, so that it must be applied every day. Furthermore, since it is made of metal such as cast iron, there is also a problem that it is relatively heavy and handling is not easy.

そこで最近金属製部材の代りに窒化珪素又は炭化珪素
のようなセラミックスのアルミニウム溶湯用部材が使用
されるようになった。
Therefore, recently, members for molten aluminum of ceramics such as silicon nitride or silicon carbide have been used instead of metal members.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、これらのセラミックス製アルミニウム
溶湯用部材は従来金属珪素を窒化又は炭化する反応焼結
法により製造されていたため、僅か30Kg/mm2程度の曲げ
強度しか有さず、使用中の機械的な応力や衝撃に十分に
耐えることができなかった。さらに、これらのセラミッ
クス製部材は比較的密度が低いので、表面が粗く、アル
ミニウム溶湯が溶着しやすい。その上比較的良好な曲げ
強度を有するものでも十分な耐熱衝撃性を有していない
ので、熱衝撃により破壊しやすい。
[Problems to be Solved by the Invention] However, since these ceramic members for molten aluminum are conventionally manufactured by a reaction sintering method of nitriding or carbonizing metallic silicon, they have a bending strength of only about 30 kg / mm 2. In addition, they could not withstand mechanical stress and impact during use. Further, since these ceramic members have a relatively low density, the surface is rough and the molten aluminum is easily welded. Moreover, even those having relatively good bending strength do not have sufficient thermal shock resistance, and thus are easily broken by thermal shock.

また、Si3N4系セラミックやサイアロン、炭化珪素等
の十分な強度、耐熱衝撃性を有するセラミックは、アル
ミニウム溶湯とのぬれ性が悪いけれども、使用によりア
ルミニウムの付着が少しづつ発生し、使用期間の増加と
ともに特に溶湯表面付近でアルミニウム付着量が増加す
る。
Ceramics with sufficient strength and thermal shock resistance, such as Si 3 N 4 ceramics, sialon, and silicon carbide, have poor wettability with molten aluminum, but the aluminum adheres little by little due to use. As the amount of aluminum increases, the amount of adhered aluminum increases particularly near the surface of the molten metal.

従って本発明の目的は高い曲げ強度、アルミニウム溶
湯に対する良好な耐食性、高密度及び高い耐熱衝撃性を
有する内層に、アルミニウムの付着が起こりにくいBNを
主成分とする外層をコーティングしたアルミニウム溶湯
用部材を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a member for molten aluminum in which an inner layer having high bending strength, good corrosion resistance to molten aluminum, high density and high thermal shock resistance is coated with an outer layer containing BN as a main component, in which aluminum does not easily adhere. To provide.

本発明のもう1つの目的はかかるアルミニウム溶湯用
部材を製造する方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a member for molten aluminum.

[問題点を解決するための手段] 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、窒化珪素又はサイア
ロン系セラミックスの上にBNを主成分とする外層を形成
することにより、アルミニウム溶湯の付着を抑制し、ア
ルミニウム溶湯用部材の寿命を著しく長くすることがで
きることを発見し、本発明に想到した。
[Means for Solving the Problems] In view of the above object, as a result of intensive research, it has been found that by forming an outer layer mainly composed of BN on silicon nitride or sialon-based ceramics, adhesion of molten aluminum is suppressed, The present inventors have found that the life of the molten metal member can be significantly prolonged, and have reached the present invention.

すなわち、本発明によるアルミニウム溶湯用部材は、
窒化珪素、Al2O3及び焼結助剤からなる窒化珪素系又は
サイアロン系セラミックス製の内層と、前記内層をBN及
びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆し焼結してな
る外層とからなり、前記外層はBNを主成分とし、主とし
てBN−SiO2−Al2O3−焼結助剤からなることを特徴とす
る。
That is, the member for molten aluminum according to the present invention is:
An inner layer made of silicon nitride or sialon-based ceramics composed of silicon nitride, Al 2 O 3 and a sintering aid, and an outer layer obtained by coating and sintering the inner layer with a ceramic powder containing BN and SiO 2. , the outer layer is mainly composed of BN, mainly BN-SiO 2 -Al 2 O 3 - , characterized in that it consists of a sintering aid.

また本発明のアルミニウム溶湯用部材の製造方法は、
窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの成形体をBN及
びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆し、1600〜19
00℃で焼結することを特徴とする。
Further, the method for producing a member for molten aluminum of the present invention,
Shaped body of silicon nitride or sialon ceramics were coated with a ceramic powder containing BN and SiO 2, 1,600-19
It is characterized by sintering at 00 ° C.

上記窒化珪素又はサイアロン系セラミックスはSi3N47
0重量%以上と、周期律表の第III a族元素の酸化物の1
種又は2種以上20重量%以下と、Al2O320重量%以下と
を含有する。
The silicon nitride or sialon-based ceramic is Si 3 N 4 7
0% by weight or more and one of oxides of Group IIIa element of the periodic table
It contains at least 20% by weight of one or more kinds and at most 20% by weight of Al 2 O 3 .

Si3N4に関しては、α相を65重量%以上含有すべきで
ある。α相が65重量%未満だと焼結性が低く、焼結密度
が低いために機械的強度が低い。α相の含有量は85重量
%以上であるのが好ましい。
As for Si 3 N 4 , the α phase should be contained in an amount of 65% by weight or more. If the α phase is less than 65% by weight, the sinterability is low, and the mechanical strength is low due to the low sintering density. The content of the α phase is preferably at least 85% by weight.

本発明に使用し得る第III a族元素の酸化物はY2O3、L
a2O3、CeO2等である。これらの酸化物は主として焼結助
剤として作用する。Y2O3が最も好ましく、常圧焼結又は
ガス圧焼結を行う場合Y2O3は3〜10重量%とするのが好
ましい。Y2O3が3重量%未満だと焼結密度が十分でな
く、Y2O3が10重量%を超えると得られる焼結体の高温強
度は著しく低下する。このように常圧焼結又はガス圧焼
結を行うためには比較的多量のY2O3が必要である。Y2O3
のより好ましい範囲は5〜7重量%である。
Group IIIa element oxides that can be used in the present invention are Y 2 O 3 , L
a 2 O 3 , CeO 2 and the like. These oxides mainly act as sintering aids. Y is most preferably 2 O 3, if Y 2 O 3 to perform normal pressure sintering or gas pressure sintering is preferably 3 to 10 wt%. If the content of Y 2 O 3 is less than 3% by weight, the sintered density is not sufficient, and if the content of Y 2 O 3 exceeds 10% by weight, the high-temperature strength of the obtained sintered body is significantly reduced. In order to perform the normal pressure sintering or the gas pressure sintering, a relatively large amount of Y 2 O 3 is required. Y 2 O 3
Is more preferably 5 to 7% by weight.

Al2O3に関しては、3〜7重量%の範囲内であるのが
好ましい。3重量%未満だと焼結性が低く、焼結密度が
低い。一方7重量%を超えると、得られる焼結体は著し
く低い高温強度を有する。より好ましいAl2O3含有量は
3〜5重量%である。
With respect to Al 2 O 3, preferably in the range of 3-7%. If it is less than 3% by weight, sinterability is low and sintering density is low. On the other hand, when it exceeds 7% by weight, the obtained sintered body has a remarkably low high-temperature strength. A more preferred Al 2 O 3 content is 3 to 5% by weight.

本発明の窒化珪素又はアイアロン系セラミックスはさ
らに15重量%以下のAlN又はその固溶体を含有してもよ
い。ここでAlN固溶体はAlNポリタイプと呼ぶこともで
き、AlN、Si3N4及びAl2O3を含有し、AlNの含有量は約68
重量%である。AlN又はAlN固溶体の好ましい含有量は1
〜9重量%である。1重量%未満だと得られる焼結体は
著しく低い高温強度を有し、9重量%を超えると十分な
焼結性が得られず、焼結体の強度が低下する。AlN又はA
lN固溶体のより好ましい含有量は2〜9重量%である。
The silicon nitride or Iaron-based ceramic of the present invention may further contain AlN or a solid solution thereof of 15% by weight or less. Here AlN solid solution can also be referred to as AlN polytype, AlN, containing Si 3 N 4 and Al 2 O 3, the content of AlN is about 68
% By weight. The preferred content of AlN or AlN solid solution is 1
99% by weight. If it is less than 1% by weight, the obtained sintered body has a remarkably low high-temperature strength, and if it exceeds 9% by weight, sufficient sinterability cannot be obtained, and the strength of the sintered body decreases. AlN or A
A more preferable content of the 1N solid solution is 2 to 9% by weight.

上記組成のセラミックス粉末は、溶媒としてエチルア
ルコール、メチルアルコール等を用い、ボールミル中で
混合する。得られた粉末混合物に、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブタノール等の有機バインダーをセラミ
ックス成分に対して0.5〜1重量%の割合で添加し、ス
プレードライし、所望の大きさに造粒する。
The ceramic powder having the above composition is mixed in a ball mill using ethyl alcohol, methyl alcohol or the like as a solvent. An organic binder such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butanol is added to the obtained powder mixture at a ratio of 0.5 to 1% by weight based on the ceramic component, and the mixture is spray-dried and granulated to a desired size.

セラミックス造粒物を200〜60メッシュの粒径にふる
いわけした後、約700〜1500Kg/cm2の圧力で冷間静水圧
プレス(CIP)により成形する。CIP法により得られた成
形体を加熱により脱脂し、外形を整え、サンドペーパー
により研磨し、所望の長さに切断する。
After the ceramic granules are sieved to a particle size of 200 to 60 mesh, they are formed by a cold isostatic press (CIP) at a pressure of about 700 to 1500 kg / cm 2 . The molded body obtained by the CIP method is degreased by heating, trimmed, polished with sandpaper, and cut to a desired length.

焼結前に、成形体をBN及びSiO2を含有するセラミック
ス粉末で被覆する。好ましい実施例ではBNは40〜60重量
%であり、SiO2は40〜60重量%である。被覆層はスプレ
ー又ははけ塗りにより形成することができる。塗布のた
めに、アルコール、エーテル、ケトン、アルカン類、芳
香族炭化水素等のような有機溶剤を有機バインダーとと
もに使用する。このセラミックス粉末被覆層は十分な効
果を得るために少なくとも0.5mmの厚さを有する必要が
ある。
Before sintering, the green body is coated with a ceramic powder containing BN and SiO 2. In a preferred embodiment BN is 40 to 60 wt%, SiO 2 is 40 to 60 wt%. The coating layer can be formed by spraying or brushing. For coating, organic solvents such as alcohols, ethers, ketones, alkanes, aromatic hydrocarbons and the like are used together with an organic binder. This ceramic powder coating layer needs to have a thickness of at least 0.5 mm in order to obtain a sufficient effect.

本発明によりセラミックス粉末で被覆した窒化珪素又
はサイアロン系セラミックスの成形体は、300Kg/mm2
下のガス圧の窒素雰囲気中で焼結する。常圧焼結及びガ
ス圧焼結のいずれも使用することができる。
The silicon nitride or sialon-based ceramic molded body coated with the ceramic powder according to the present invention is sintered in a nitrogen atmosphere at a gas pressure of 300 kg / mm 2 or less. Both normal pressure sintering and gas pressure sintering can be used.

本明細書において使用する用語「常圧焼結」はプレス
を行わずに大気圧下で行う焼結を意味し、用語「ガス圧
焼結」はプレスを行わずにガス圧下で行う焼結を意味す
る。
As used herein, the term "normal pressure sintering" refers to sintering performed at atmospheric pressure without pressing, and the term "gas pressure sintering" refers to sintering performed under gas pressure without pressing. means.

常圧焼結は複雑な焼結装置を必要としないので、より
好ましい。この焼結方法では窒素ガスは通常2Kg/cm2
下である。窒素ガスの圧力が高くなるにしたがって焼結
体の密度も高くなる。
Normal pressure sintering is more preferable because it does not require complicated sintering equipment. In this sintering method, the nitrogen gas is usually 2 kg / cm 2 or less. The density of the sintered body increases as the pressure of the nitrogen gas increases.

本発明において焼結温度は1600〜1900℃である。1600
℃未満だと十分な焼結密度が得られず、1900℃を超える
とSi3N4が分解するおそれがある。好ましい焼結温度は1
700〜1800℃である。
In the present invention, the sintering temperature is 1600 to 1900 ° C. 1600
If the temperature is lower than 0 ° C, sufficient sintering density cannot be obtained, and if it is higher than 1900 ° C, Si 3 N 4 may be decomposed. Preferred sintering temperature is 1
700-1800 ° C.

また、窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの焼結
体にもBN及びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆
し、BNを主成分とする外層を形成することができる。そ
の場合も被覆層形成のための塗布液は前記のものと同様
であり、焼結条件も同様である。しかし、焼結体である
ため好ましい焼結温度は1600℃から1700℃である。
Also, a sintered body of silicon nitride or sialon-based ceramics can be coated with a ceramic powder containing BN and SiO 2 to form an outer layer containing BN as a main component. In this case, the coating liquid for forming the coating layer is the same as that described above, and the sintering conditions are also the same. However, since it is a sintered body, a preferable sintering temperature is 1600 ° C. to 1700 ° C.

窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの焼結体は、
AlN又はAlN固溶体を15重量%以下含有する場合には、下
記一般式: Si6-zAlzOzN8-z (ただし0<z≦4.2)により表わされる組成を有す
る。
The sintered body of silicon nitride or sialon ceramics is
When AlN or an AlN solid solution is contained in an amount of 15% by weight or less, it has a composition represented by the following general formula: Si 6-z Al z O z N 8-z (where 0 <z ≦ 4.2).

またSi3N450重量%以上と、Li,Na,Ca,Mg,Y及び希土類
元素の酸化物の1種又は2種以上20重量%以下と、Al2O
320重量%以下と、AlN又はAlN固溶体15重量%以下とを
含有する場合には、下記一般式: Mx(Si,Al)12(O,N)16 (ただし、MはLi,Na,Ca,Mg,Y及び希土類元素の1種又
は2種以上、0<x≦2)により表わされる組成を有す
る。この組成のサイアロンはα相サイアロンであり、α
−サイアロンはα相10〜70重量%とβ相20〜90重量%と
ガラス質相0.1〜10重量%とからなる。
And also Si 3 N 4 50 wt% or more, Li, Na, Ca, Mg , and 20 wt% or less of one or more oxides of Y and rare earth elements, Al 2 O
3 When containing 20% by weight or less and AlN or 15% by weight or less of an AlN solid solution, the following general formula: M x (Si, Al) 12 (O, N) 16 (where M is Li, Na, One or more of Ca, Mg, Y and rare earth elements, and has a composition represented by 0 <x ≦ 2). The sialon of this composition is an α-phase sialon, and α
-Sialon consists of 10-70% by weight of the alpha phase, 20-90% by weight of the beta phase and 0.1-10% by weight of the vitreous phase.

窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの焼結体は50
Kg/mm2以上の曲げ強度、理論値の90%以上の密度及び40
0℃以上の熱衝撃温度ΔTを有する。80〜90重量%のSi3
N4、5〜10重量%のY2O3、3〜7重量%のAl2O3及び2
〜9重量%のAlN又はAlN固溶体からなる焼結体の場合、
曲げ強度は70Kg/mm2以上であり、密度は95〜99%であ
り、熱衝撃温度ΔTは450℃以上である。
The sintered body of silicon nitride or sialon ceramics is 50
Kg / mm 2 or more bending strength, density of 90% or more of theoretical and 40
It has a thermal shock temperature ΔT of 0 ° C. or more. 80-90% by weight Si 3
N 4, 5 to 10 wt% of Y 2 O 3, 3 to 7 wt% of Al 2 O 3 and 2
In the case of a sintered body composed of 99% by weight of AlN or AlN solid solution,
The flexural strength is 70 kg / mm 2 or more, the density is 95-99%, and the thermal shock temperature ΔT is 450 ° C. or more.

BN及びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆した窒
化珪素又はサイアロン系セラミックスの成形体を焼結す
ると、2層構造を有する焼結体が得られ、外層はBNを主
成分とし、主としてBN−SiO2−Al2O3−Y2O3からなる。
内層はセラミックスの出発原料粉末と実質的に同じ組成
を有する。外層の厚さは5〜50μmであり、外層中にBN
が存在するために、部材の耐アルミニウム溶湯溶着性は
著しく良く、また耐酸化性も向上する。この外層の形成
は下記のメカニズムにより起るものと考えられる。すな
わち、表面にSiO2が存在するために粒界のガラス層が表
面に上昇し、BNが表面に焼結することができるようにな
る。窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの層から吸
引されたAl2O3及びY2O3はBNの焼結を可能とするよう作
用する。
When sintering a compact of BN and silicon nitride was coated with a ceramic powder containing SiO 2 or sialon ceramics sintered body is obtained having a two-layer structure, the outer layer is mainly composed of BN, mainly BN-SiO consisting of 2 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3.
The inner layer has substantially the same composition as the ceramic starting material powder. The thickness of the outer layer is 5 to 50 μm, and BN
, The member has remarkably good resistance to molten aluminum welding and has improved oxidation resistance. It is considered that the formation of this outer layer occurs by the following mechanism. In other words, the presence of SiO 2 on the surface raises the glass layer at the grain boundary to the surface, so that BN can be sintered on the surface. Al 2 O 3 and Y 2 O 3 sucked from the layer of silicon nitride or sialon-based ceramics act to enable sintering of BN.

このように本発明のアルミニウム溶湯用材料は2層構
造を有し、内層は高い機械的強度と耐衝撃性を有する窒
化珪素又はサイアロン系セラミックスからなり、外層は
主としてBN−SiO2−Al2O3−Y2O3からなるためにアルミ
ニウム溶湯に対する耐溶着性が良好である。従ってこの
部材は衝撃負荷、熱衝撃、溶着に対して著しく抵抗力が
大きい。さらにアルミニウムに対する耐食性も十分であ
る。このため本発明のアルミニウム溶湯用部材は著しく
長寿命である。
Thus for molten aluminum material of the present invention has a two-layer structure, the inner layer consists of silicon nitride or sialon ceramics having a high mechanical strength and impact resistance, the outer layer is mainly BN-SiO 2 -Al 2 O welding resistance against molten aluminum to consist of 3 -Y 2 O 3 is good. Therefore, this member has remarkably high resistance to impact load, thermal shock and welding. Furthermore, corrosion resistance to aluminum is sufficient. Therefore, the member for molten aluminum of the present invention has a remarkably long life.

[実施例] 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。[Examples] The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

実施例1 85.6重量%のSi3N4粉末(粒径0.8μm)に6.5重量%
のY2O3粉末(粒径1.0μm)、2.9重量%のAlNポリタイ
プ(固溶体)粉末(粒径0.8μm)及び4.8重量%のAl2O
3粉末(粒径0.1μm)を添加し、イソプロピルアルコー
ル中でボールミルにより混合した。乾燥後粉末混合物に
5%濃度のポリビニルアルコール溶液10%を添加し、ラ
バープレスに入れて、1トン/cm2の静水圧により冷間静
水圧プレス(CIP)をし、成形体を形成した。この成形
体に40重量部のBN粉末と、40重量部のSiO2粉末と、50重
量部のコロジオンと4−メチル−2−ペンタノンとから
なるセラミックス粉末ペーストを被覆した。コーティン
グ層の乾燥後の厚さは約1mmであった。次いで、1750
℃、1気圧で5時間窒素雰囲気中で焼結した。焼結後、
表面に残留するセラミックス粉末を除去した。得られた
サイアロン焼結体の部材は以下の特性を有していた。
Example 1 6.5 wt% of 85.6 wt% Si 3 N 4 powder (particle size 0.8 μm)
Y 2 O 3 powder (particle size 1.0 μm), 2.9% by weight AlN polytype (solid solution) powder (particle size 0.8 μm) and 4.8% by weight Al 2 O
Three powders (particle diameter: 0.1 μm) were added and mixed in isopropyl alcohol by a ball mill. After drying, 10% of a 5% concentration polyvinyl alcohol solution was added to the powder mixture, and the mixture was placed in a rubber press and cold isostatically pressed (CIP) with a hydrostatic pressure of 1 ton / cm 2 to form a compact. The formed body was coated with a ceramic powder paste consisting of 40 parts by weight of BN powder, 40 parts by weight of SiO 2 powder, and 50 parts by weight of collodion and 4-methyl-2-pentanone. The dried thickness of the coating layer was about 1 mm. Then 1750
Sintering was performed in a nitrogen atmosphere at 1 ° C. and 1 atm for 5 hours. After sintering
Ceramic powder remaining on the surface was removed. The member of the obtained sialon sintered body had the following characteristics.

相対密度 99.0% 曲げ強度(室 温) 80Kg/mm2 曲げ強度(1000℃) 80Kg/mm2 熱衝撃温度ΔT 600℃ 注*:4点曲げテスト(下方スパン30mm、上方スパン10m
m)による。
The relative density of 99.0% Bending strength * (Atsushi Muro) 80 Kg / mm 2 Flexural strength * (1000 ℃) 80Kg / mm 2 thermal shock temperature [Delta] T 600 ° C. Note *: four-point bending test (the lower span 30 mm, the upper spans 10m
m).

この部材を切断し、その断面を走査電子顕微鏡(SE
M)で測定した。第1図はSEM写真であり、明らかに2層
構造(灰色部分はサイアロン内層であり、白色部分は外
層である。)を示す。赤外線分析により、外層がBNを含
有することが確認された。また電子プローブ微小部分析
法(EPMA)により、外層中にAl及びSiが存在することが
確認された。Y2O3は焼結に必須の成分であるので、焼結
した外層にY2O3も存在するのは確実であると考えられ
る。このY2O3は下層の窒化珪素又はサイアロン系セラミ
ックス層から吸引されたものである。
This member is cut, and its cross section is scanned by a scanning electron microscope (SE
M). FIG. 1 is an SEM photograph, which clearly shows a two-layer structure (the gray part is the inner layer of the sialon and the white part is the outer layer). Infrared analysis confirmed that the outer layer contained BN. The presence of Al and Si in the outer layer was confirmed by electron probe microanalysis (EPMA). Since Y 2 O 3 is an essential component for sintering, it is considered that Y 2 O 3 is certainly present in the sintered outer layer. This Y 2 O 3 is drawn from the underlying silicon nitride or sialon-based ceramics layer.

この部材を溶融アルミニウム中に浸漬した。その結
果、6ケ月浸漬した後でも溶融アルミニウムにより実質
的に腐食及び溶着が起っていないことがわかった。また
浸漬中の機械的衝撃及び出し入れによる熱衝撃にも耐え
ることができた。従って、修理を要さずに1年以上使用
することができることがわかる。
This member was immersed in molten aluminum. As a result, it was found that corrosion and welding were not substantially caused by the molten aluminum even after immersion for 6 months. In addition, it was able to withstand the mechanical shock during immersion and the thermal shock caused by taking in and out. Therefore, it can be seen that the device can be used for one year or more without repair.

実施例2 82.7重量%のSi3N4、5.8重量%のY2O3、3.8重量%のA
l2O3及び7.7重量%のAlNポリタイプをセラミックス材料
として用いた以外、実施例1を繰り返した。
Example 2 82.7 wt% of Si 3 N 4, 5.8 wt% of Y 2 O 3, 3.8 wt% of A
except for using l 2 O 3 and 7.7 wt% of AlN polytype as a ceramic material, Example 1 was repeated.

得られた部材をアルミニウム溶湯に浸漬した。 The obtained member was immersed in molten aluminum.

その結果、実施例1と同様に6ケ月浸漬した後でも部
材はほとんどアルミニウム溶湯中に溶解していなかっ
た。
As a result, the members were hardly dissolved in the molten aluminum even after immersion for 6 months as in Example 1.

実施例3 実施例1と同じセラミックス材料を用い、同じ方法で
成形体を形成した。その成形体のまわりに80重量%のSi
3N4粉末と20重量%のBN粉末とからなる粉末を充填し、1
750℃、1気圧で5時間窒素雰囲気中で焼結した。次い
で、得られた焼結体表面に実施例1と同様のセラミック
ス粉末ペーストを被覆し、1650℃、1気圧で3時間窒素
雰囲気中で焼結した。
Example 3 A molded body was formed using the same ceramic material as in Example 1 and by the same method. 80% Si by weight around the compact
Filled with powder consisting of 3 N 4 powder and 20 wt% BN powder, 1
Sintering was performed at 750 ° C. and 1 atm for 5 hours in a nitrogen atmosphere. Next, the surface of the obtained sintered body was coated with the same ceramic powder paste as in Example 1, and sintered at 1650 ° C. and 1 atm for 3 hours in a nitrogen atmosphere.

得られた部材をアルミニウム溶湯に浸漬した。 The obtained member was immersed in molten aluminum.

その結果、実施例1及び2と同様に6ケ月浸漬した後
でも部材はほとんどアルミニアム溶湯中に理解していな
かった。
As a result, the members were hardly understood in the aluminum melt even after immersion for 6 months as in Examples 1 and 2.

[発明の効果] 上記の通り、本発明のアルミニウム溶湯用部材は2層
構造を有し、内層は焼結した窒化珪素又はサイアロン系
セラミックスからなり、外層は主としてBN−SiO2−Al2O
3−Y2O3からなるので、破壊、亀裂、溶着、腐食等を起
こすことなく長期間の使用に耐えることができる。また
鋳鉄製管を使用しないので軽量であり、かつアルミニウ
ム溶湯中へ理解するようなこともない。従って、アルミ
ニウム溶湯の品質低下を防止することができる。
As described above [Effect of the invention], molten aluminum member of the present invention has a two-layer structure, the inner layer consists of sintered silicon nitride or sialon ceramic, outer layer primarily BN-SiO 2 -Al 2 O
Since consisting 3 -Y 2 O 3, can be destroyed, cracks, weld, to withstand long-term use without causing corrosion. In addition, since a cast iron pipe is not used, it is lightweight, and there is no need to understand in a molten aluminum. Therefore, it is possible to prevent quality deterioration of the molten aluminum.

このような特徴を有する本発明のアルミニウム溶湯用
部材はストークス、ラドル、浸漬ヒーター保護管、ガス
吹込み用部材、溶湯ポンプ部材、溶湯撹拌用部材、溶湯
ストッパ及び座、及びトイ等に好適に使用することがで
きる。
The aluminum melt member of the present invention having such features is suitably used for Stokes, ladle, immersion heater protection tube, gas injection member, melt pump member, melt stirring member, melt stopper and seat, toy, and the like. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は実施例1の部材の断面の結晶組織を示す走査顕
微鏡写真である。
FIG. 1 is a scanning micrograph showing the crystal structure of the cross section of the member of Example 1.

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】窒化珪素、Al2O3及び焼結助剤からなる窒
化珪素系又はサイアロン系セラミックス製の内層と、前
記内層をBN及びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆
し焼結してなる外層とからなり、前記外層はBNを主成分
とし、主としてBN−SiO2−Al2O3−焼結助剤からなるこ
とを特徴とするアルミニウム溶湯用部材。
1. An inner layer made of silicon nitride or sialon ceramics comprising silicon nitride, Al 2 O 3 and a sintering aid, and said inner layer is coated with a ceramic powder containing BN and SiO 2 and sintered. made consists of a outer layer, the outer layer is mainly composed of BN, mainly BN-SiO 2 -Al 2 O 3 - molten aluminum member, characterized in that it consists of a sintering aid.
【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載のアルミニウ
ム溶湯用部材において、前記窒化珪素又はサイアロン系
セラミックスが50kg/mm2以上の曲げ強度、理論値の90%
以上の密度及び400℃以上の熱衝撃温度ΔTを有するこ
とを特徴とするアルミニウム溶湯用部材。
2. The member for molten aluminum according to claim 1, wherein said silicon nitride or sialon-based ceramic has a bending strength of 50 kg / mm 2 or more, and 90% of a theoretical value.
A member for molten aluminum, having the above density and the thermal shock temperature ΔT of 400 ° C. or more.
【請求項3】特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
アルミニウム溶湯用部材において、前記窒化珪素又はサ
イアロン系セラミックスがSi3N470重量%以上と、周期
律表の第III a族元素の酸化物の1種又は2種以上20重
量%以下と、Al2O320重量%以下とを含有することを特
徴とするアルミニウム溶湯用部材。
3. The member for molten aluminum according to claim 1, wherein the silicon nitride or the sialon-based ceramic is 70% by weight or more of Si 3 N 4, and the third nitride of the periodic table. A member for molten aluminum, comprising one or more of oxides of group elements and not more than 20% by weight and Al 2 O 3 not more than 20% by weight.
【請求項4】特許請求の範囲第1項に記載のアルミニウ
ム溶湯用部材において、前記窒化珪素又はサイアロン系
セラミツクスが一般式: Si6-zAlzOzN8-z (ただし0<z≦4.2)を有するβ−サイアロンであっ
て、Si3N470重量%以上と、周期律表の第III a族元素の
酸化物の1種又は2種以上20重量%以下と、Al2O320重
量%以下と、AlN又はAlN固溶体15重量%以下とを含有す
ることを特徴とするアルミニウム溶湯用部材。
4. The member for molten aluminum according to claim 1, wherein said silicon nitride or sialon-based ceramic has a general formula: Si 6-z Al z O z N 8-z (where 0 <z ≦ 4.2) a β-sialon having at least 70% by weight of Si 3 N 4 , at least one oxide of an element of Group IIIa element of the periodic table and at most 20% by weight, and Al 2 O 3 A member for molten aluminum, comprising 20% by weight or less and AlN or 15% by weight or less of an AlN solid solution.
【請求項5】特許請求の範囲第1項に記載のアルミニウ
ム溶湯用部材において、前記窒化珪素又はサイアロン系
セラミックスは一般式: Mx(Si,Al)12(O,N)16 (ただし、0<x≦2、MはLi,Na,Ca,Mg,Y及び希土類
元素のうち1種又は2種以上を示す。)を有するα−サ
イアロンであって、α相サイアロン10〜70重量%とβ相
サイアロン20〜90重量%とカラス質相0.1〜10重量%と
からなり、Si3N450重量%以上と、Li,Na,Ca,Mg,Y及び希
土類元素の酸化物の1種又は2種以上20重量%以下と、
Al2O320重量%以下と、AlN又はAlN固溶体15重量%以下
とを含有することを特徴とするアルミニウム溶湯用部
材。
5. The member for molten aluminum according to claim 1, wherein said silicon nitride or sialon-based ceramic has a general formula: M x (Si, Al) 12 (O, N) 16 (where 0 <X ≦ 2, M represents one or more of Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements), wherein 10 to 70% by weight of α-phase sialon and β Consisting of 20 to 90% by weight of a phase sialon and 0.1 to 10% by weight of a crow phase, 50% by weight or more of Si 3 N 4 and one or two of oxides of Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements Not less than 20% by weight
A member for molten aluminum, comprising 20% by weight or less of Al 2 O 3 and 15% by weight or less of AlN or an AlN solid solution.
【請求項6】特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれ
かに記載のアルミニウム溶湯用部材において、前記外層
が5〜50μmの厚さを有することを特徴とするアルミニ
ウム溶湯用部材。
6. A member for molten aluminum according to any one of claims 1 to 5, wherein said outer layer has a thickness of 5 to 50 μm.
【請求項7】特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれ
かに記載のアルミニウム溶湯用部材において、前記部材
がストークス、ラドル、浸漬ヒーター保護管、ガス吹込
み用部材、溶湯ポンプ部材、溶湯撹拌用部材、溶湯スト
ッパ及び座、及びトイのいずれかであることを特徴とす
るアルミニウム溶湯用部材。
7. A member for molten aluminum according to any one of claims 1 to 6, wherein said member is Stokes, a ladle, an immersion heater protective tube, a member for gas injection, a molten metal pump member, A member for molten aluminum, which is any one of a molten metal stirring member, a molten metal stopper and a seat, and a toy.
【請求項8】窒化珪素又はサイアロン系セラミックスか
らなる内層と窒化ホウ素を主成分とする外層とからなる
アルミニウム溶湯用部材を製造する方法において、前記
窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの成形体をBN及
びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆し、1600〜19
00℃で焼結することを特徴とする方法。
8. A method for manufacturing a member for molten aluminum comprising an inner layer made of silicon nitride or sialon-based ceramics and an outer layer containing boron nitride as a main component, wherein the molded body of silicon nitride or sialon-based ceramics is made of BN and SiO. 2 is coated with a ceramic powder containing, 1600-19
A method characterized by sintering at 00 ° C.
【請求項9】特許請求の範囲第8項に記載の方法におい
て、前記セラミックス粉末の被覆が0.5mm以上の厚さで
あることを特徴とする方法。
9. The method according to claim 8, wherein said ceramic powder coating has a thickness of 0.5 mm or more.
【請求項10】特許請求の範囲第8項に記載の方法にお
いて、前記窒化珪素又はサイアロン系セラミックスの焼
結体をBN及びSiO2を含有するセラミックス粉末で被覆
し、1600〜1900℃で焼結することを特徴とする方法。
10. The method according to claim 8, wherein the sintered body of silicon nitride or sialon-based ceramic is coated with a ceramic powder containing BN and SiO 2 and sintered at 1600 to 1900 ° C. A method comprising:
【請求項11】特許請求の範囲第10項に記載の方法にお
いて、前記セラミックス粉末の被覆が0.5mm以上の厚さ
であることを特徴とする方法。
11. The method according to claim 10, wherein the coating of the ceramic powder has a thickness of 0.5 mm or more.
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