JP3029534B2 - 高温炉用断熱材 - Google Patents
高温炉用断熱材Info
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- JP3029534B2 JP3029534B2 JP6093835A JP9383594A JP3029534B2 JP 3029534 B2 JP3029534 B2 JP 3029534B2 JP 6093835 A JP6093835 A JP 6093835A JP 9383594 A JP9383594 A JP 9383594A JP 3029534 B2 JP3029534 B2 JP 3029534B2
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Description
【０００１】本発明は、真空熱処理炉、シリコン単結晶
引き上げ炉、セラミック焼成炉等に用いられる断熱性や
強度に優れた炭素繊維クロス積層体からなる高温炉用断
熱材に関するものである。
引き上げ炉、セラミック焼成炉等に用いられる断熱性や
強度に優れた炭素繊維クロス積層体からなる高温炉用断
熱材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高温用の断熱材の材料として、炭
素繊維材料、黒鉛材料、炭素／炭素複合体（Ｃ／Ｃコン
ポジット）材料等が用いられ、これらを板材またはフェ
ルト材等にして単独であるいは組み合わせて構成し、断
熱材として用いている。
素繊維材料、黒鉛材料、炭素／炭素複合体（Ｃ／Ｃコン
ポジット）材料等が用いられ、これらを板材またはフェ
ルト材等にして単独であるいは組み合わせて構成し、断
熱材として用いている。
【０００３】しかしながら、炭素繊維材料を用いた断熱
材は、炭素繊維材料の嵩密度は０．１〜０．５ｇ／ｃｍ
3、熱伝導率は０．２〜２．０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃
であり、断熱性は有するものの、曲げ強度は０．０２〜
０．２ｋｇ／ｍｍ2と低く、構造部材である断熱材とし
ては強度に劣る。
材は、炭素繊維材料の嵩密度は０．１〜０．５ｇ／ｃｍ
3、熱伝導率は０．２〜２．０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃
であり、断熱性は有するものの、曲げ強度は０．０２〜
０．２ｋｇ／ｍｍ2と低く、構造部材である断熱材とし
ては強度に劣る。
【０００４】また、黒鉛材料を用いた断熱材は、黒鉛材
料の嵩密度は１．６〜２．０ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は
１．０〜８．０ｋｇ／ｍｍ2であり構造部材としての強
度は有するものの、熱伝導率は７０〜１００Ｋｃａｌ／
ｍ・ｈｒ・℃と非常に高く、熱損失が大きく、断熱性に
劣るため断熱材として問題がある。
料の嵩密度は１．６〜２．０ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は
１．０〜８．０ｋｇ／ｍｍ2であり構造部材としての強
度は有するものの、熱伝導率は７０〜１００Ｋｃａｌ／
ｍ・ｈｒ・℃と非常に高く、熱損失が大きく、断熱性に
劣るため断熱材として問題がある。
【０００５】そして、この黒鉛材料には、次のような問
題がある。すなわち、（１）薄肉化すると割れ易い。
（２）円筒状の場合、円柱材から切りだすので、材料が
無駄となる。（３）大型材の素材に限界がある。（４）
嵩密度が高く、薄肉化が困難なため、熱容量が大きくな
る。
題がある。すなわち、（１）薄肉化すると割れ易い。
（２）円筒状の場合、円柱材から切りだすので、材料が
無駄となる。（３）大型材の素材に限界がある。（４）
嵩密度が高く、薄肉化が困難なため、熱容量が大きくな
る。
【０００６】一方、Ｃ／Ｃコンポジット材料を用いた断
熱材は、Ｃ／Ｃコンポジット材料の嵩密度は１．４〜
１．８ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は５．０〜２０ｋｇ／ｍ
ｍ2、熱伝導率は５〜２０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であ
り、円筒成形も可能で、上記した黒鉛材料のような材料
の無駄はないが、過剰強度となる場合が多く、また熱伝
導率も低くないため断熱性に劣ったものである。
熱材は、Ｃ／Ｃコンポジット材料の嵩密度は１．４〜
１．８ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は５．０〜２０ｋｇ／ｍ
ｍ2、熱伝導率は５〜２０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であ
り、円筒成形も可能で、上記した黒鉛材料のような材料
の無駄はないが、過剰強度となる場合が多く、また熱伝
導率も低くないため断熱性に劣ったものである。
【０００７】このように高温炉用断熱材として、高強度
で、断熱性に優れ、しかも任意の寸法、形状に製造可能
なものは未だ得られていない。
で、断熱性に優れ、しかも任意の寸法、形状に製造可能
なものは未だ得られていない。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】本発明は、これら
従来技術の課題を解消し、充分な強度を有し、かつ断熱
性に優れ、しかも任意の寸法、形状に製造可能な断熱
材、特に高温炉用断熱材を提供することを目的とする。
従来技術の課題を解消し、充分な強度を有し、かつ断熱
性に優れ、しかも任意の寸法、形状に製造可能な断熱
材、特に高温炉用断熱材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、炭
素繊維クロスを断熱材の材料として用いることによって
達成される。
素繊維クロスを断熱材の材料として用いることによって
達成される。
【００１０】すなわち、本発明の高温炉用断熱材は、炭
素繊維クロス間に炭素化もしくは黒鉛化した樹脂および
ピッチから選ばれる１種とチョップファイバーとが介在
している炭素繊維クロス積層体からなることを特徴とす
る。
素繊維クロス間に炭素化もしくは黒鉛化した樹脂および
ピッチから選ばれる１種とチョップファイバーとが介在
している炭素繊維クロス積層体からなることを特徴とす
る。
【００１１】本発明では、炭素繊維クロスを用いる。こ
こでいう炭素繊維とは、耐炎化処理されたレーヨン繊
維、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維や
不融化処理されたピッチ繊維あるいはフェノール樹脂繊
維等を炭素化処理、またはさらに必要に応じて黒鉛化処
理したものである。炭素化処理とは通常４５０〜１５０
０℃での熱処理であり、黒鉛化処理とは通常２０００〜
３０００℃での熱処理をいう。炭素繊維クロスの織り方
は特に限定されず、平織、朱子織、綾織等が挙げられ
る。
こでいう炭素繊維とは、耐炎化処理されたレーヨン繊
維、ポリアクリロニトリル繊維、フェノール樹脂繊維や
不融化処理されたピッチ繊維あるいはフェノール樹脂繊
維等を炭素化処理、またはさらに必要に応じて黒鉛化処
理したものである。炭素化処理とは通常４５０〜１５０
０℃での熱処理であり、黒鉛化処理とは通常２０００〜
３０００℃での熱処理をいう。炭素繊維クロスの織り方
は特に限定されず、平織、朱子織、綾織等が挙げられ
る。
【００１２】本発明では、この炭素繊維クロスを単独で
あるいは前記樹脂またはピッチを含浸した後、積層する
と共に、各炭素繊維クロス間に、炭素化もしくは黒鉛化
可能な樹脂またはピッチとチョップファイバーを介在さ
せ成形する。チョップファイバーと樹脂またはピッチと
の比率（重量比）は１／５〜５／１である。
あるいは前記樹脂またはピッチを含浸した後、積層する
と共に、各炭素繊維クロス間に、炭素化もしくは黒鉛化
可能な樹脂またはピッチとチョップファイバーを介在さ
せ成形する。チョップファイバーと樹脂またはピッチと
の比率（重量比）は１／５〜５／１である。
【００１３】ここで炭素化もしくは黒鉛化可能な樹脂と
しては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、
ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリ
イミド、熱硬化性アクリル樹脂等が挙げられる。これら
の樹脂の中では残炭率が大きく、接着性に優れたフェノ
ール樹脂またはフラン樹脂が好ましく用いられる。ま
た、ピツチとしては石油ピッチや石炭ピッチが用いられ
る。
しては、フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、
ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリ
イミド、熱硬化性アクリル樹脂等が挙げられる。これら
の樹脂の中では残炭率が大きく、接着性に優れたフェノ
ール樹脂またはフラン樹脂が好ましく用いられる。ま
た、ピツチとしては石油ピッチや石炭ピッチが用いられ
る。
【００１４】これら樹脂またはピッチの含有量は、炭素
繊維クロス積層体総量に対して５〜７５重量％、好まし
くは１０〜５０重量％である。
繊維クロス積層体総量に対して５〜７５重量％、好まし
くは１０〜５０重量％である。
【００１５】チョップファイバーとしては長さ０．５ｍ
ｍ以下の炭素繊維、黒鉛繊維等の短繊維が用いられる。
このようなチョップファイバーを用いることによって、
炭素繊維クロス間の接着性が向上する。
ｍ以下の炭素繊維、黒鉛繊維等の短繊維が用いられる。
このようなチョップファイバーを用いることによって、
炭素繊維クロス間の接着性が向上する。
【００１６】このように積層された炭素繊維クロス積層
体を４５０〜１５００℃で炭素化処理を行ない、炭素繊
維クロス間に介在する樹脂またはピッチを炭素化する。
さらに、炭素繊維クロス積層体を緻密化するために、炭
素繊維クロス積層体を樹脂またはピッチに含浸した後、
４５０〜１５００℃で再度焼成（炭素化処理）を行な
い、含浸された樹脂またはピッチを炭素化する工程を繰
り返してもよい。
体を４５０〜１５００℃で炭素化処理を行ない、炭素繊
維クロス間に介在する樹脂またはピッチを炭素化する。
さらに、炭素繊維クロス積層体を緻密化するために、炭
素繊維クロス積層体を樹脂またはピッチに含浸した後、
４５０〜１５００℃で再度焼成（炭素化処理）を行な
い、含浸された樹脂またはピッチを炭素化する工程を繰
り返してもよい。
【００１７】このようにして得られた炭素繊維クロス積
層体をそのまま断熱材として用いてもよいが、２０００
〜３０００℃で熱処理（黒鉛化処理）を行ない、炭素化
した樹脂またはピツチを黒鉛化し、得られた炭素繊維ク
ロス積層体を断熱材として用いてもよい。さらに、ハロ
ゲンガス等で高温処理する高純度化処理を実施すること
もできる。
層体をそのまま断熱材として用いてもよいが、２０００
〜３０００℃で熱処理（黒鉛化処理）を行ない、炭素化
した樹脂またはピツチを黒鉛化し、得られた炭素繊維ク
ロス積層体を断熱材として用いてもよい。さらに、ハロ
ゲンガス等で高温処理する高純度化処理を実施すること
もできる。
【００１８】このようにして本発明の炭素繊維クロス積
層体からなる断熱材が得られる。この炭素繊維クロス積
層体の嵩密度は０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は
０．５〜５．０ｋｇ／ｍｍ2、熱伝導率は０．５〜２．
０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲にある。
層体からなる断熱材が得られる。この炭素繊維クロス積
層体の嵩密度は０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3、曲げ強度は
０．５〜５．０ｋｇ／ｍｍ2、熱伝導率は０．５〜２．
０Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲にある。
【００１９】本発明の断熱材は単独で用いてもよいが、
他の断熱材、例えば膨張黒鉛やフェルト材等と組み合わ
せて複合断熱材として用いてもよい。また、本発明の断
熱材の形状は任意であり、例えば円筒状、板状等が例示
される。さらに、その寸法も任意である。例えばシリコ
ン単結晶引き上げ装置のインナーシールドには、７００
φ×７１０ φ×６００ Ｈ（ｍｍ）で、５ ｔ×８００ φ
（ｍｍ）のものが使われる。厚さは２〜２０ｍｍが適当
である。
他の断熱材、例えば膨張黒鉛やフェルト材等と組み合わ
せて複合断熱材として用いてもよい。また、本発明の断
熱材の形状は任意であり、例えば円筒状、板状等が例示
される。さらに、その寸法も任意である。例えばシリコ
ン単結晶引き上げ装置のインナーシールドには、７００
φ×７１０ φ×６００ Ｈ（ｍｍ）で、５ ｔ×８００ φ
（ｍｍ）のものが使われる。厚さは２〜２０ｍｍが適当
である。
【００２０】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
【００２１】実施例１ 耐炎化処理されたポリアクリロニトリル繊維を出発材料
として用いた。このポリアクリロニトリル繊維クロスを
８００℃で焼成（炭素化処理）し、さらに次いで２００
０℃で焼成（黒鉛化処理）し、炭素繊維クロスとした。
炭素繊維クロスは、平織、目付２５０ｇ／ｍ2、縦側の
引張強度は１０〜１５ｋｇ／ｃｍである。
として用いた。このポリアクリロニトリル繊維クロスを
８００℃で焼成（炭素化処理）し、さらに次いで２００
０℃で焼成（黒鉛化処理）し、炭素繊維クロスとした。
炭素繊維クロスは、平織、目付２５０ｇ／ｍ2、縦側の
引張強度は１０〜１５ｋｇ／ｃｍである。
【００２２】この炭素繊維クロスを樹脂含浸処理した
後、所要枚数を積層すると共に、炭素繊維クロス間に、
フェノール樹脂粉末とチョツプファイバー（０．５ｍｍ
以下の黒鉛繊維からなる短繊維）を介在させた後、ロー
ルフォーミングにより円筒形に成形した。フェノール樹
脂粉末の量は炭素繊維クロス積層体総量の３７重量％と
なるように調整した。また、フェノール樹脂とチョップ
ファイバーの重量比率は１：１とした。
後、所要枚数を積層すると共に、炭素繊維クロス間に、
フェノール樹脂粉末とチョツプファイバー（０．５ｍｍ
以下の黒鉛繊維からなる短繊維）を介在させた後、ロー
ルフォーミングにより円筒形に成形した。フェノール樹
脂粉末の量は炭素繊維クロス積層体総量の３７重量％と
なるように調整した。また、フェノール樹脂とチョップ
ファイバーの重量比率は１：１とした。
【００２３】この円筒形に成形された炭素繊維クロス積
層体を８００℃で焼成（炭素化処理）し、フェノール樹
脂を炭素化し、次いで炭素繊維クロス積層体をフェノー
ル樹脂溶液中に含浸後、再度８００℃に焼成（炭素化処
理）して、含浸されたフェノール樹脂を炭素化し、炭素
繊維クロス積層体を緻密化した。最後に、この炭素繊維
クロス積層体を２０００℃で熱処理（黒鉛化処理）し、
炭素化したフェノール樹脂をさらに黒鉛化し、炭素繊維
クロス積層体からなる断熱材を得た。
層体を８００℃で焼成（炭素化処理）し、フェノール樹
脂を炭素化し、次いで炭素繊維クロス積層体をフェノー
ル樹脂溶液中に含浸後、再度８００℃に焼成（炭素化処
理）して、含浸されたフェノール樹脂を炭素化し、炭素
繊維クロス積層体を緻密化した。最後に、この炭素繊維
クロス積層体を２０００℃で熱処理（黒鉛化処理）し、
炭素化したフェノール樹脂をさらに黒鉛化し、炭素繊維
クロス積層体からなる断熱材を得た。
【００２４】この断熱材である炭素繊維クロス積層体の
嵩密度は０．９ｇ／ｃｍ3、固有抵抗は９．７×１０-3
Ωｃｍ、曲げ強度は１．２ｋｇ／ｍｍ2、引張強度は
１．１ｋｇ／ｍｍ2、平行方向熱膨張係数は０．５〜
１．５×１０-8／℃、直角方向熱膨張係数は２．０〜
３．０×１０-8／℃、２０００℃における熱伝導率は
１．４Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃と良好な値を示した。
嵩密度は０．９ｇ／ｃｍ3、固有抵抗は９．７×１０-3
Ωｃｍ、曲げ強度は１．２ｋｇ／ｍｍ2、引張強度は
１．１ｋｇ／ｍｍ2、平行方向熱膨張係数は０．５〜
１．５×１０-8／℃、直角方向熱膨張係数は２．０〜
３．０×１０-8／℃、２０００℃における熱伝導率は
１．４Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃と良好な値を示した。
【００２５】実施例２ 実施例１と同様の方法によって、炭素繊維クロスを樹脂
含浸処理した後、所要枚数を積層すると共に、炭素繊維
クロス間に、フェノール樹脂粉末とチョツプファイバー
（０．５ｍｍ以下の黒鉛繊維からなる短繊維）を介在さ
せた後、ボードプレスにより板状に成形した。
含浸処理した後、所要枚数を積層すると共に、炭素繊維
クロス間に、フェノール樹脂粉末とチョツプファイバー
（０．５ｍｍ以下の黒鉛繊維からなる短繊維）を介在さ
せた後、ボードプレスにより板状に成形した。
【００２６】次いで、同様の構成方法によって、焼成、
樹脂含浸、焼成、黒鉛化し、炭素繊維クロス積層体から
なる板状の断熱材を得た。
樹脂含浸、焼成、黒鉛化し、炭素繊維クロス積層体から
なる板状の断熱材を得た。
【００２７】この板状の断熱材を、還元性雰囲気の炉内
温度２０００℃の高温炉のインナーシールドに利用し
た。この結果、従来の黒鉛材料製のインナーシールドを
用いた場合に比べて、高強度で、断熱性に優れ、消費電
力を１０〜２０％削減することができた。
温度２０００℃の高温炉のインナーシールドに利用し
た。この結果、従来の黒鉛材料製のインナーシールドを
用いた場合に比べて、高強度で、断熱性に優れ、消費電
力を１０〜２０％削減することができた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
充分な強度を有し、かつ断熱性に優れ、しかも任意の寸
法、形状に製造可能な断熱材、特に高温炉用断熱材が得
られる。
充分な強度を有し、かつ断熱性に優れ、しかも任意の寸
法、形状に製造可能な断熱材、特に高温炉用断熱材が得
られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 C03B 15/00 - 15/36 D03D 15/00 - 15/12
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素繊維クロス間に炭素化もしくは黒鉛
化した樹脂およびピッチから選ばれる１種とチョップフ
ァイバーとが介在している炭素繊維クロス積層体からな
ることを特徴とする高温炉用断熱材。 - 【請求項２】 前記炭素繊維クロス積層体の嵩密度が
０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3 、曲げ強度が０．５〜５．０
ｋｇ／ｍｍ2 、熱伝導率が０．５〜２．０Ｋｃａｌ／ｍ
・ｈｒ・℃である請求項１に記載の高温炉用断熱材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093835A JP3029534B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 高温炉用断熱材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6093835A JP3029534B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 高温炉用断熱材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07276549A JPH07276549A (ja) | 1995-10-24 |
| JP3029534B2 true JP3029534B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=14093455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6093835A Expired - Lifetime JP3029534B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | 高温炉用断熱材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029534B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008023777A1 (fr) | 2006-08-22 | 2008-02-28 | Kureha Corporation | Article moulé stratifié contenant une fibre de carbone et son procédé de fabrication |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000141526A (ja) * | 1998-11-13 | 2000-05-23 | Nippon Carbon Co Ltd | 炭素繊維成形断熱材 |
| JP5423709B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2014-02-19 | 信越半導体株式会社 | ＳｉＣ成長装置 |
| JP2013053017A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-03-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶育成装置 |
| CN102732970B (zh) * | 2012-07-16 | 2015-12-16 | 登封市蓝天石化光伏电力装备有限公司 | 一种晶体生长炉用隔热装置 |
-
1994
- 1994-04-08 JP JP6093835A patent/JP3029534B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008023777A1 (fr) | 2006-08-22 | 2008-02-28 | Kureha Corporation | Article moulé stratifié contenant une fibre de carbone et son procédé de fabrication |
| CN101505955B (zh) * | 2006-08-22 | 2012-04-11 | 株式会社吴羽 | 含有碳纤维的叠层成型体及其制造方法 |
| US8962500B2 (en) | 2006-08-22 | 2015-02-24 | Kureha Corporation | Molded article containing stacked carbon fiber and method for producing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07276549A (ja) | 1995-10-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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