JP2820423B2 - セラミックスヒータ炉 - Google Patents
セラミックスヒータ炉Info
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- JP2820423B2 JP2820423B2 JP1029726A JP2972689A JP2820423B2 JP 2820423 B2 JP2820423 B2 JP 2820423B2 JP 1029726 A JP1029726 A JP 1029726A JP 2972689 A JP2972689 A JP 2972689A JP 2820423 B2 JP2820423 B2 JP 2820423B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミックスヒータ炉に関し、特に焼成
炉、熱間静水圧プレス装置（HIP）用炉、超高温試験測
定炉、単結晶溶解炉等の発熱体としてセラミックスヒー
タを使用するセラミックスヒータ炉に関する。
炉、熱間静水圧プレス装置（HIP）用炉、超高温試験測
定炉、単結晶溶解炉等の発熱体としてセラミックスヒー
タを使用するセラミックスヒータ炉に関する。
［従来の技術］ 従来のセラミックスヒータ炉に使用されているセラミ
ックスヒータは、第３図に示すように、セラミックスヒ
ータエレメント１の上下部に電極5,5が捲装された給電
部2,4と、これらの給電部2,4間の発熱部３とからなって
いる。なお、この電極5,5にはリード線6,6が接続されて
いる。
ックスヒータは、第３図に示すように、セラミックスヒ
ータエレメント１の上下部に電極5,5が捲装された給電
部2,4と、これらの給電部2,4間の発熱部３とからなって
いる。なお、この電極5,5にはリード線6,6が接続されて
いる。
このセラミックスヒータエレメント１のセラミックス
材料は、第５図に示すように、その特性上、常温下及び
1000℃以下の温度領域で比抵抗値が高いので、本来、発
熱部３の太さがあればよい給電部2,4を発熱部３より太
くして、抵抗値を低く抑えるようにしている。すなわ
ち、抵抗値を低く抑えるために、セラミックスヒータエ
レメント１の線径を太くするようにしている。
材料は、第５図に示すように、その特性上、常温下及び
1000℃以下の温度領域で比抵抗値が高いので、本来、発
熱部３の太さがあればよい給電部2,4を発熱部３より太
くして、抵抗値を低く抑えるようにしている。すなわ
ち、抵抗値を低く抑えるために、セラミックスヒータエ
レメント１の線径を太くするようにしている。
このように、抵抗値を低くするための給電部2,4を発
熱部３より太くしている第３図に示す従来のセラミック
スヒータでは、給電部2,4に印加する電圧を高くする必
要があり、この通電により給電部2,4が発熱し熱膨張し
て熱応力が発生し、早期に破損すると言う問題があっ
た。
熱部３より太くしている第３図に示す従来のセラミック
スヒータでは、給電部2,4に印加する電圧を高くする必
要があり、この通電により給電部2,4が発熱し熱膨張し
て熱応力が発生し、早期に破損すると言う問題があっ
た。
この問題を解決すべく、本発明者らは、先に棒状セラ
ミックスヒータエレメントの両端部に給電部を設け、同
給電部の外周面に電極を取付けたセラミックスヒータに
おいても、該給電部の外周面に前記電極の幅よりも広い
金属被覆層を形成したヒータエレメントを提案した（特
願昭62−256316号）。
ミックスヒータエレメントの両端部に給電部を設け、同
給電部の外周面に電極を取付けたセラミックスヒータに
おいても、該給電部の外周面に前記電極の幅よりも広い
金属被覆層を形成したヒータエレメントを提案した（特
願昭62−256316号）。
第４図はこの先願のヒータエレメントの構造を示す図
である。
である。
第４図において、Ｕ字形の棒像セラミックスヒータエ
レメント10において、11が発熱部で、12がセラミックス
ヒータエレメント10の両端部に設けられた給電部であ
り、該給電部12の外周面に電気抵抗の低い（電気伝導性
の良好な）金属被覆層13,13が形成され、該金属被覆層1
3,13の外周面に電極14,14が取付けられ、該電極14,14に
リード線15,15が取付けられている。
レメント10において、11が発熱部で、12がセラミックス
ヒータエレメント10の両端部に設けられた給電部であ
り、該給電部12の外周面に電気抵抗の低い（電気伝導性
の良好な）金属被覆層13,13が形成され、該金属被覆層1
3,13の外周面に電極14,14が取付けられ、該電極14,14に
リード線15,15が取付けられている。
なお、金属被覆層13,13の幅は電極14,14の幅よりも広
くなっている。
くなっている。
上記の棒状セラミックスヒータエレメント10の材料に
は、例えば純度が99.5％以上のジルコニア（ZrO2）が使
用される。このジルコニア（ZrO2）は、６〜10モル％の
イットリア（Y2O2）か、10〜15モル％のカルシニア（Ca
O）又はマグネシア（MgO）を添加して安定化させたもの
で、成形前は粉末状になっている。
は、例えば純度が99.5％以上のジルコニア（ZrO2）が使
用される。このジルコニア（ZrO2）は、６〜10モル％の
イットリア（Y2O2）か、10〜15モル％のカルシニア（Ca
O）又はマグネシア（MgO）を添加して安定化させたもの
で、成形前は粉末状になっている。
また、９〜14モル％のイットリア（Y2O2）とカルシニ
ア（CaO）を添加した粉末状のものであってもよいが、
その場合には、高価なイットリア（Y2O2）の量を２〜６
モル％程度に少なくすることができる。
ア（CaO）を添加した粉末状のものであってもよいが、
その場合には、高価なイットリア（Y2O2）の量を２〜６
モル％程度に少なくすることができる。
以上の材料を棒状に成形するには、押出成形法、静水
圧プレス法、鋳込成形法を採用し、成形後所望のヒータ
形状に加工することができる。その際、焼結は、1600〜
1850℃の温度に数時間以上保持して行う。
圧プレス法、鋳込成形法を採用し、成形後所望のヒータ
形状に加工することができる。その際、焼結は、1600〜
1850℃の温度に数時間以上保持して行う。
また、棒状セラミックスヒータエレメント10には、冷
却時の熱衝撃や熱膨張時の熱応力による破損を防止する
ために、図示省略のスリットを軸方向及び円周方向に設
けてもよい。
却時の熱衝撃や熱膨張時の熱応力による破損を防止する
ために、図示省略のスリットを軸方向及び円周方向に設
けてもよい。
上記の金属被覆層13の材料には、白金、白金−ロジウ
ム合金、金等が使用され、これらのペーストによる塗
布、ディッピング、メッキ溶射により棒状セラミックス
ヒータエレメント10の給電部12の外周面に層状に金属被
覆層13が形成される。その厚さは、５〜50μｍとするこ
とが好ましい。電極14及びリード線15の材料には、白金
ロジウム線や白金線が使用され、これらの線が金属被覆
層13の端部に近い部分に数回巻付けられて電極14が構成
される。
ム合金、金等が使用され、これらのペーストによる塗
布、ディッピング、メッキ溶射により棒状セラミックス
ヒータエレメント10の給電部12の外周面に層状に金属被
覆層13が形成される。その厚さは、５〜50μｍとするこ
とが好ましい。電極14及びリード線15の材料には、白金
ロジウム線や白金線が使用され、これらの線が金属被覆
層13の端部に近い部分に数回巻付けられて電極14が構成
される。
なお、第４図のものは、各給電部12にテーパを付して
いるが、その理由は各給電部12の径を発熱部11の径より
も太くして、各電極14の金属被覆層13に対する接触面積
を増大させるためである。
いるが、その理由は各給電部12の径を発熱部11の径より
も太くして、各電極14の金属被覆層13に対する接触面積
を増大させるためである。
［発明が解決しようとする課題］ 上記の棒状セラミックスヒータエレメント10は、1600
〜2000℃程度の超高温領域で使用するのに適したもので
あるが、本発明者等の実験により、実際には、このよう
な超高温域で使用すると、ヒータエレメント材料（ジル
コニア焼結体）の高温強度が低下して変形（クリープ）
が生じるため、ヒータエレメントを自立型にしてヒータ
を構成することは困難であることが明らかになった。
〜2000℃程度の超高温領域で使用するのに適したもので
あるが、本発明者等の実験により、実際には、このよう
な超高温域で使用すると、ヒータエレメント材料（ジル
コニア焼結体）の高温強度が低下して変形（クリープ）
が生じるため、ヒータエレメントを自立型にしてヒータ
を構成することは困難であることが明らかになった。
そこで、本発明では、上記のような超高温領域でも安
定して使用することのできるセラミックスヒータエレメ
ントの構成を考案し、このセラミックスヒータエレメン
トを用いたセラミックスヒータ炉を提案することを目的
とする。
定して使用することのできるセラミックスヒータエレメ
ントの構成を考案し、このセラミックスヒータエレメン
トを用いたセラミックスヒータ炉を提案することを目的
とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を、棒状（中実、中空いずれで
も良い）セラミックスヒータエレメントの発熱部及び給
電部の表面を覆い、かつ組立て自在に分割されたエレメ
ント支持体を具備し、1600℃以上の超高温領域で使用す
ることを特徴とするセラミックスヒータ炉により達成す
るものである。
も良い）セラミックスヒータエレメントの発熱部及び給
電部の表面を覆い、かつ組立て自在に分割されたエレメ
ント支持体を具備し、1600℃以上の超高温領域で使用す
ることを特徴とするセラミックスヒータ炉により達成す
るものである。
このエレメント支持体の材料としては、繊維強度セラ
ミックス多孔質体で、気孔率が20〜50％のものを使用す
る。該多孔質の母材としては、マグネシア、カルシア、
イットリア等で安定化させたジルコニア、マグネシア、
アルミナ等の高温用酸化物や複合酸化物が適しており、
強化用繊維としては、母材と同材質か、これらと反応し
ない熱的に安定な酸化物のウイスカや短又は長繊維が適
している。
ミックス多孔質体で、気孔率が20〜50％のものを使用す
る。該多孔質の母材としては、マグネシア、カルシア、
イットリア等で安定化させたジルコニア、マグネシア、
アルミナ等の高温用酸化物や複合酸化物が適しており、
強化用繊維としては、母材と同材質か、これらと反応し
ない熱的に安定な酸化物のウイスカや短又は長繊維が適
している。
［作用］ 本発明セラミックスヒータ炉においては、該炉を1600
℃を超える超高温領域で運転し、棒状セラミックスヒー
タエレメントが変形を生じたとしても、該エレメントが
エレメント支持体で支持されているため、大きく変形す
ることはない。
℃を超える超高温領域で運転し、棒状セラミックスヒー
タエレメントが変形を生じたとしても、該エレメントが
エレメント支持体で支持されているため、大きく変形す
ることはない。
従って、上記のような超高温領域での連続した運転が
可能となり、同時にセラミックスヒータの寿命が飛躍的
に向上する。
可能となり、同時にセラミックスヒータの寿命が飛躍的
に向上する。
また、エレメント支持体に使用される上記の繊維強化
セラミックス多孔質体は、熱衝撃応力を緩和する作用を
有する。この多孔質体の気孔率は、この熱衝撃応力を効
果的に緩和し得る最適な範囲が、上記の20〜50％であ
る。
セラミックス多孔質体は、熱衝撃応力を緩和する作用を
有する。この多孔質体の気孔率は、この熱衝撃応力を効
果的に緩和し得る最適な範囲が、上記の20〜50％であ
る。
なお、エレメント支持体は、母材粉末と強化用繊維と
を所定の割合で混合した後、鋳込み成形等で必要な形状
に加工し、1600〜1900℃で焼成等して調製される。
を所定の割合で混合した後、鋳込み成形等で必要な形状
に加工し、1600〜1900℃で焼成等して調製される。
このエレメント支持体の比抵抗値は、棒状のセラミッ
クスヒータエレメントの10倍以上であるため、もし上記
のような超高温領域で運転中にセラミックスヒータエレ
メントとエレメント支持体が接触したとしても、この棒
状セラミックスヒータエレメントからエレメント支持体
への短絡は起こらない。
クスヒータエレメントの10倍以上であるため、もし上記
のような超高温領域で運転中にセラミックスヒータエレ
メントとエレメント支持体が接触したとしても、この棒
状セラミックスヒータエレメントからエレメント支持体
への短絡は起こらない。
［実施例］ 第１図は本発明セラミックスヒータ炉の一実施例を示
す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面矢視図であ
る。
す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面矢視図であ
る。
第1,2図において、20が本発明に係るセラミックスヒ
ータであり、棒状（中実又は中空）のセラミックスヒー
タのエレメント10、これを支持するための内側エレメン
ト支持体21と外側エレメント支持体22、内側エレメント
支持体21の上端部に嵌合する炉室上蓋23、断熱シエル24
及び被加熱材料を載せるための炉床26から構成される炉
室28を持つ。
ータであり、棒状（中実又は中空）のセラミックスヒー
タのエレメント10、これを支持するための内側エレメン
ト支持体21と外側エレメント支持体22、内側エレメント
支持体21の上端部に嵌合する炉室上蓋23、断熱シエル24
及び被加熱材料を載せるための炉床26から構成される炉
室28を持つ。
内側エレメント支持体21と外側エレメント支持体22
は、棒状セラミックスヒータエレメント10の周囲を囲む
ように、該棒状セラミックスヒータエレメント10の形状
に合った溝を有し、該内・外側エレメント21,22に分
割、組立て可能に構成されている。
は、棒状セラミックスヒータエレメント10の周囲を囲む
ように、該棒状セラミックスヒータエレメント10の形状
に合った溝を有し、該内・外側エレメント21,22に分
割、組立て可能に構成されている。
また、上記の炉室28の温度、炉室28内に配置された側
温センサ25により検出し、これにより炉室28内の温度を
制御する。
温センサ25により検出し、これにより炉室28内の温度を
制御する。
更に、上記のセラミックスヒータ20は炉架台29上にセ
ットされ、周囲を予熱ヒータ27で囲まれたセラミックス
ヒータ炉（加熱炉）30として構成される。
ットされ、周囲を予熱ヒータ27で囲まれたセラミックス
ヒータ炉（加熱炉）30として構成される。
このセラミックスヒータ炉30は、上蓋31、円筒胴33、
下蓋32よりなる高圧容器40内にセットされ、高圧、高温
下での酸素ガスを数vol％から数十vol％含有する熱間静
水圧成形（HIP）処理等に使用される。
下蓋32よりなる高圧容器40内にセットされ、高圧、高温
下での酸素ガスを数vol％から数十vol％含有する熱間静
水圧成形（HIP）処理等に使用される。
棒状セラミックスヒータエレメント10及び予熱ヒータ
27への給電は、それぞれ高圧容器40下蓋32を貫通して配
された給電ケーブル34,35により行う。
27への給電は、それぞれ高圧容器40下蓋32を貫通して配
された給電ケーブル34,35により行う。
内・外側ヒータ支持体21,22及び炉室28上蓋23は、棒
状セラミックスヒータエレメント10により超高温（1600
〜2000℃）に加熱されるので、耐熱性が有り、超高温域
において強度劣化が少ない材質を選ぶ必要がある。
状セラミックスヒータエレメント10により超高温（1600
〜2000℃）に加熱されるので、耐熱性が有り、超高温域
において強度劣化が少ない材質を選ぶ必要がある。
第1,2図の例では、ジルコニアファイバで強化したジ
ルコニア複合材からなる多孔質体（空孔率30〜50％）を
使用した。
ルコニア複合材からなる多孔質体（空孔率30〜50％）を
使用した。
本例の構造を持つセラミックスヒータ炉30で昇温試験
を実施した。
を実施した。
運転条件は、予熱ヒータ27の温度;1300℃、炉室28内
の温度;2100℃、圧力;200Kg/cm2、圧力媒体ガス；酸素
・アルゴン混合ガス（酸素ガス濃度５％）とした。
の温度;2100℃、圧力;200Kg/cm2、圧力媒体ガス；酸素
・アルゴン混合ガス（酸素ガス濃度５％）とした。
この結果、運転中は電気系の短絡もなく、2100℃の保
持が良好にできた。
持が良好にできた。
また、運転後の各部材の状況は良好であり、破損等も
なく、連続運転における耐久性が大きく向上したことが
確認された。
なく、連続運転における耐久性が大きく向上したことが
確認された。
棒状セラミックスヒータエレメント10は、多少変形が
認められたが、内・外側エレメント支持体21,22により
支持され、大きな変形は生じなかった。
認められたが、内・外側エレメント支持体21,22により
支持され、大きな変形は生じなかった。
［発明の効果］ 以上のように、本発明セラミックスヒータ炉によれ
ば、棒状セラミックスヒータエレメントの超高温域での
高温強度低下に伴う変形を、支持体を設けることによっ
て防止乃至は局所的な変形に止めることができるため、
超高温域での性能（保温性、断熱効果、熱効率）の向上
及び寿命の延長を図ることができる。
ば、棒状セラミックスヒータエレメントの超高温域での
高温強度低下に伴う変形を、支持体を設けることによっ
て防止乃至は局所的な変形に止めることができるため、
超高温域での性能（保温性、断熱効果、熱効率）の向上
及び寿命の延長を図ることができる。
第１図は本発明炉の一実施例を示す縦断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ線横断面図、第３図は従来のセラミック
スヒータ炉を示す一部縦断面図、第４図は先願に係る棒
状セラミックスヒータエレメントを示す一部縦断面図、
第５図はセラミックスの温度と比抵抗値特性を示すグラ
フである。 10:棒状（中実又は中空）セラミックスヒータエレメン
ト 21,22:内・外側エレメント支持体 30:セラミックスヒータ炉
第１図のＡ−Ａ線横断面図、第３図は従来のセラミック
スヒータ炉を示す一部縦断面図、第４図は先願に係る棒
状セラミックスヒータエレメントを示す一部縦断面図、
第５図はセラミックスの温度と比抵抗値特性を示すグラ
フである。 10:棒状（中実又は中空）セラミックスヒータエレメン
ト 21,22:内・外側エレメント支持体 30:セラミックスヒータ炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正木 孝樹 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ 株式会社滋賀事業所内 (72)発明者 伊藤 俊明 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ 株式会社滋賀事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−48789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−91988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−92127（ＪＰ，Ａ) 特公 昭41−3947（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 3/14 H05B 3/64 H05B 3/06 F27D 3/12
Claims (1)
- 【請求項１】棒状セラミックスヒータエレメントの発熱
部及び給電部の表面を覆い、かつ組立て自在に分割され
た気孔率20〜50％の繊維強化セラミックス多孔質体から
なるエレメント支持体を具備し、1600℃以上の超高温領
域で使用することを特徴とするセラミックスヒータ炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1029726A JP2820423B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | セラミックスヒータ炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1029726A JP2820423B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | セラミックスヒータ炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02210784A JPH02210784A (ja) | 1990-08-22 |
| JP2820423B2 true JP2820423B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=12284111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1029726A Expired - Lifetime JP2820423B2 (ja) | 1989-02-10 | 1989-02-10 | セラミックスヒータ炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820423B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103940244B (zh) * | 2014-04-03 | 2015-08-05 | 鞍山星源达科技有限公司 | 一种仪器设备用热元件嵌入式的炉膛构造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2949884C2 (de) * | 1979-12-12 | 1985-05-30 | Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt | Ventilanordnung zur Regelung der Leelaufdrehzahl von Otto-Motoren |
| JPH0782911B2 (ja) * | 1986-08-15 | 1995-09-06 | 三菱重工業株式会社 | 加圧加熱炉 |
| JPS6391988A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-22 | 日本化学陶業株式会社 | 電気炉 |
-
1989
- 1989-02-10 JP JP1029726A patent/JP2820423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02210784A (ja) | 1990-08-22 |
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