JP3108493B2 - Heat exchanger components - Google Patents

Heat exchanger components

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JP3108493B2
JP3108493B2 JP04000724A JP72492A JP3108493B2 JP 3108493 B2 JP3108493 B2 JP 3108493B2 JP 04000724 A JP04000724 A JP 04000724A JP 72492 A JP72492 A JP 72492A JP 3108493 B2 JP3108493 B2 JP 3108493B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器用部材に関
し、さらに詳しくは、気体間の熱交換を蓄熱体を介して
行なう方式の高温熱交換器において使用される蓄熱体な
どの部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger member, and more particularly to a member such as a heat storage element used in a high-temperature heat exchanger in which heat exchange between gases is performed via a heat storage element.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】近年、省資源、環境に対する
負荷の軽減などを考慮して、熱エネルギーの有効利用
(廃熱の回収など)が重要視されてきており、そのため
に熱交換器の役割が増大している。従来からも、比較的
低温の条件下に使用される熱交換器においては、耐熱性
などの性能上の制約が少ないので、種々の材料が広く使
用されていて、熱交換器自体も広く普及している。
2. Description of the Related Art In recent years, effective use of heat energy (recovery of waste heat, etc.) has been emphasized in consideration of resource saving and reduction of environmental load. Role is growing. Conventionally, in heat exchangers used under relatively low temperature conditions, there are few restrictions on performance such as heat resistance, so various materials have been widely used, and heat exchangers themselves have been widely used. ing.

【0003】しかしながら、高温ガスからの熱回収を目
的とする高温用熱交換器においては、材料上の制約が大
きいので、実用的な機器の開発が遅れており、新たな素
材の開発が切望されている。例えば、1000℃以上の
高温の気体間での熱交換を蓄熱材を介して行なう公知の
高温用熱交換器においては、セラミックスの蓄熱体(棒
状、ペブルなど)が使用されており、特に1500℃以
上の作動条件下では、アルミナ系の材料が使用されてい
る。しかるに、1800℃を超える高温で使用される熱
交換器の蓄熱体としてアルミナを使用する場合には、そ
の溶融乃至融着を生じることがあり、問題となってい
る。
However, in a high-temperature heat exchanger for the purpose of recovering heat from a high-temperature gas, the development of practical equipment has been delayed due to great restrictions on materials, and the development of new materials has been eagerly desired. ing. For example, in a known high-temperature heat exchanger in which heat exchange between a high-temperature gas of 1000 ° C. or more is performed through a heat storage material, a ceramic heat storage material (such as a rod or a pebble) is used. Under the above operating conditions, an alumina-based material is used. However, when alumina is used as a heat storage element of a heat exchanger used at a high temperature exceeding 1800 ° C., melting or fusing may occur, which is a problem.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、1800℃
以上の高温、場合によっては2000℃以上の高温にお
いても使用可能である程度に優れた耐熱性および耐久性
を有する熱交換器用部材を提供することを主な目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to
A main object of the present invention is to provide a heat exchanger member having excellent heat resistance and durability that can be used at the above-mentioned high temperature, and in some cases, at a high temperature of 2000 ° C. or more.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】2000℃以上の高温で
使用される熱交換器の蓄熱体などの部材は、下記のよう
な高度の性能を具備している必要がある。
[Means for Solving the Problems] A member such as a heat storage element of a heat exchanger used at a high temperature of 2000 ° C. or more must have the following high performance.

【0006】(a)2000℃以上の高温ガスと直接接
触するので、使用温度において溶融しないだけではな
く、蓄熱体が相互に融着してガスの通気性を低下させな
いこと。 (b)高温ガスとの接触により、有害成分を蒸発させな
いこと。
(A) Since it is in direct contact with a high-temperature gas of 2000 ° C. or more, not only does it not melt at the operating temperature, but also the heat storage bodies do not fuse with each other to lower the gas permeability. (B) Do not evaporate harmful components by contact with high-temperature gas.

【0007】(c)部材からの蒸発成分がガスを汚染し
ないこと。
(C) The vapor component from the member does not contaminate the gas.

【0008】(d)耐熱衝撃性に優れ、使用中に破壊し
ないこと。
(D) It has excellent thermal shock resistance and does not break down during use.

【0009】(e)長期間の使用後にも、実質的に劣化
を生じないという優れた耐久性を備えていること。
(E) It has excellent durability such that it does not substantially deteriorate even after long-term use.

【0010】本発明者は、上記のような技術の現状に留
意しつつ研究を重ねた結果、極めて多数存在する耐熱性
酸化物セラミックスの中でも、ジルコニア系セラミック
ス焼結体、特にY2 3 により安定化されたジルコニア
系セラミックス焼結体の結晶相および結晶粒径、不純物
濃度などを制御したものが、高温で使用される熱交換器
用部材として優れた性能を発揮することを見出した。
The present inventor has conducted research while paying attention to the current state of the art as described above. As a result, among the extremely large number of heat-resistant oxide ceramics, a zirconia-based ceramic sintered body, particularly Y 2 O 3 , has been used. It has been found that a stabilized zirconia-based ceramic sintered body in which the crystal phase, crystal grain size, impurity concentration, and the like are controlled exhibits excellent performance as a heat exchanger member used at high temperatures.

【0011】即ち、本発明は、下記の熱交換器用部材を
提供するものである; 1. 下記の構成要件を備えた熱交換器用部材; (1)Y2 3 を4.5〜8モル%含有するジルコニア
質焼結体からなる、(2)焼結体の主たる結晶相が立方
晶である、(3)SiO2 の含有量が0.5重量%以下
で且つAl2 3 の含有量が1重量%以下である、
(4)焼結体の平均結晶粒径が5μm以上である。
That is, the present invention provides the following heat exchanger member; A heat exchanger member having the following constitutional requirements: (1) a zirconia sintered body containing 4.5 to 8 mol% of Y 2 O 3 , (2) a main crystal phase of the sintered body is cubic (3) the content of SiO 2 is 0.5% by weight or less and the content of Al 2 O 3 is 1% by weight or less,
(4) The average crystal grain size of the sintered body is 5 μm or more.

【0012】2. Y2 3 の含有量(Yとして)の1
/2までをMg、Caおよびランタノイドの少なくとも
1種により置換した上記項1に記載の熱交換器用部材。
2. 1 of the content of Y 2 O 3 (as Y)
Item 2. The heat exchanger member according to Item 1, wherein up to / 2 is replaced by at least one of Mg, Ca, and a lanthanoid.

【0013】本発明による熱交換器部材は、下記の
(1)〜(4)の性質により特徴付けられる。
The heat exchanger member according to the present invention is characterized by the following properties (1) to (4).

【0014】(1)Y2 3 を4.5〜8モル%含有す
るジルコニア質焼結体からなる。
(1) A zirconia sintered body containing 4.5 to 8 mol% of Y 2 O 3 .

【0015】純粋なジルコニア焼結体は、約1100℃
において結晶相が単斜晶から正方晶に転移し、さらに2
400℃において立方晶に転移する。この転移は、可逆
的な転移であるため、正方晶から単斜晶に転移する際に
4%にも及ぶ膨脹を伴い、焼結体が破壊されてしまう。
この転移量を減少させるために、ジルコニア焼結体は、
2 3 、MgO,CaO、ランタノイド元素などの酸
化物を安定化剤としてジルコニア焼結体に固溶させた立
方晶系または準安定正方晶の形態で使用されている。
The pure zirconia sintered body has a temperature of about 1100 ° C.
The crystal phase changes from monoclinic to tetragonal in
Transform to cubic at 400 ° C. Since this transition is a reversible transition, the transition from a tetragonal system to a monoclinic system involves expansion as much as 4%, and the sintered body is destroyed.
In order to reduce this amount of transition, the zirconia sintered body is
It is used in a cubic or metastable tetragonal form in which an oxide such as Y 2 O 3 , MgO, CaO or a lanthanoid element is dissolved as a stabilizer in a zirconia sintered body.

【0016】本発明においては、特に安定化剤としてY
2 3 を4.5〜8モル%含有するジルコニア質焼結体
を使用する。Y2 3 以外の酸化物を安定化剤とするジ
ルコニア質焼結体は、18000℃以上の高温条件下に
亀裂などを生じるので使用できない。ジルコニア質焼結
体中のY2 3 の含有量が4.5モル%未満である場合
には、高温条件下で使用した際に単斜晶を生じて亀裂を
発生させるのに対し、8モル%を上回る場合には、結晶
相の転移は生じないが、耐熱衝撃性が低下して、亀裂或
いは破壊を生じやすくなる。Y2 3 の含有量は、5〜
7モル%とすることがより好ましい。
In the present invention, in particular, Y is used as a stabilizer.
The 2 O 3 using a zirconia sintered body containing 4.5 to 8 mol%. A zirconia sintered body using an oxide other than Y 2 O 3 as a stabilizer cannot be used because cracks and the like occur under high temperature conditions of 18000 ° C. or higher. When the content of Y 2 O 3 in the zirconia-based sintered body is less than 4.5 mol%, a monoclinic crystal is formed and cracks are generated when used under a high temperature condition. If it exceeds mol%, no crystal phase transition occurs, but the thermal shock resistance is reduced and cracks or fractures are more likely to occur. The content of Y 2 O 3 is 5 to
More preferably, it is 7 mol%.

【0017】なお、本発明においては、ジルコニア質焼
結体中のY2 3 の1/2(Yとしての量)までをMg
O、CaOおよびランタノイド元素(57Laから71Lu
までの15種の内遷移元素を意味する)の酸化物の少な
くとも1種(それぞれの金属元素としての量)により置
換することができる。この場合にも、Y2 3 のみを使
用する場合と実質的に変わらない効果が得られる。
In the present invention, up to 1/2 (amount as Y) of Y 2 O 3 in the zirconia sintered body is changed to Mg.
O, CaO and lanthanoid elements ( 57 La to 71 Lu)
Up to 15 types of oxides (meaning the respective internal metal elements). Also in this case, an effect substantially the same as when using only Y 2 O 3 is obtained.

【0018】(2)焼結体の主たる結晶相が立方晶であ
る。
(2) The main crystal phase of the sintered body is cubic.

【0019】本発明で使用するジルコニア焼結体の結晶
相は、主として立方晶からなっていることを必須とす
る。単斜晶を多量に含む場合には、前述の如く、他の結
晶相への転移により、焼結体の破壊を生ずる。単斜晶が
少量である場合には、転移に際して熱応力を吸収して、
耐熱衝撃性を向上させるので、5容量%程度までの存在
は許容される。正方晶の存在は、機械的強度および耐熱
衝撃性の向上という観点からは好ましいが、繰り返し使
用により単斜晶に転移して、焼結体の破壊を生じさせる
ので、10容量%までを上限とする。
It is essential that the crystal phase of the zirconia sintered body used in the present invention is mainly composed of cubic crystals. When a large amount of monoclinic crystal is contained, as described above, the sintered body is broken by the transition to another crystal phase. If the amount of monoclinic is small, it absorbs thermal stress during the transition,
Since the thermal shock resistance is improved, the presence of up to about 5% by volume is permissible. The presence of a tetragonal system is preferable from the viewpoint of improvement in mechanical strength and thermal shock resistance, however, it changes to a monoclinic system by repeated use and causes a fracture of a sintered body. I do.

【0020】(3)焼結体中のSiO2 の含有量が0.
5重量%以下で且つAl2 3 の含有量が1重量%以下
である。
(3) When the content of SiO 2 in the sintered body is 0.
5% by weight or less and the content of Al 2 O 3 is 1% by weight or less.

【0021】ジルコニア焼結体には、焼結助剤または原
料不純物に由来するSiO2 およびAl2 3 が必然的
に含まれる。
The zirconia sintered body naturally contains SiO 2 and Al 2 O 3 derived from sintering aids or raw material impurities.

【0022】SiO2 は、ZrO2 およびY2 3 と高
温で反応して液相を形成するので、多量に存在する場合
には、、部材間の融着を引き起こしたり、部材の高温耐
久性を低下させたりする。従って、その含有量は、最大
限0.5重量%までであり、より好ましくは0.2重量
%以下であり、最も好ましくは0.1重量%以下であ
る。Al2 3 は、SiO2 程にはジルコニア焼結体に
悪影響を及ぼさないが、それでも高温でZrO2 の粒界
に凝集されて、膨脹率の差による熱歪みの増大を生じ、
またより高温ではZrO2 と反応して液相を形成するの
で、部材間での融着を生ずる。従って、その含有量は、
最大限1重量%までであり、より好ましくは0.5重量
%以下であり、最も好ましくは0.2重量%以下であ
る。
Since SiO 2 reacts with ZrO 2 and Y 2 O 3 at a high temperature to form a liquid phase, if it is present in a large amount, it may cause fusion between the members or may cause the high-temperature durability of the members. Or decrease. Therefore, its content is at most 0.5% by weight, more preferably 0.2% by weight or less, most preferably 0.1% by weight or less. Al 2 O 3 does not adversely affect the zirconia sintered body as much as SiO 2 , but is still agglomerated at the ZrO 2 grain boundaries at high temperatures, causing an increase in thermal strain due to the difference in expansion coefficient,
At a higher temperature, it reacts with ZrO 2 to form a liquid phase, so that fusion occurs between members. Therefore, its content is
It is at most 1% by weight, more preferably 0.5% by weight or less, and most preferably 0.2% by weight or less.

【0023】また、Fe2 3 などの不純物(HfO2
を除く)の合計含有量も、最大限1重量%以下でなけれ
ばならず、より好ましくは0.5重量%以下であり、最
も好ましくは0.2重量%以下である。
Further, impurities such as Fe 2 O 3 (HfO 2
) Should be at most 1% by weight or less, more preferably 0.5% by weight or less, and most preferably 0.2% by weight or less.

【0024】(4)焼結体の平均結晶粒径が5μm以上
である。
(4) The average crystal grain size of the sintered body is 5 μm or more.

【0025】ジルコニア焼結体は、その結晶粒径が小さ
いほど機械的特性は良好となるが、その反面耐熱衝撃抵
抗性、耐食性、耐融着性などは、低下する。従って、耐
熱衝撃抵抗性、耐食性、耐融着性などを重視する本発明
においては、ジルコニア焼結体の平均結晶粒径は、5μ
m以上であることが必要であり、好ましくは10μm以
上であり、より好ましくは15〜500μmである。
The mechanical properties of the zirconia sintered body are better as the crystal grain size is smaller, but the thermal shock resistance, corrosion resistance, fusion resistance and the like are reduced. Therefore, in the present invention, which emphasizes thermal shock resistance, corrosion resistance, fusion resistance, etc., the average crystal grain size of the zirconia sintered body is 5 μm.
m or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 to 500 μm.

【0026】本発明の熱交換器用部材は、例えば以下の
様にして製造することができる。まず、所定の割合でジ
ルコニア粉末と安定化剤粉末とを混合するか、或いは両
材料源を溶液状態で混合した後共沈などにより固相化し
た後、仮焼して、原料粉末を作成する。次いで、この粉
末を粉砕し、機械プレス成形、CIP、鋳込成形などの
公知の方法により、所定の形状に成形した後、1500
〜1900℃の温度で焼成することにより、所望の熱交
換器用部材を得る。
The heat exchanger member of the present invention can be manufactured, for example, as follows. First, a zirconia powder and a stabilizer powder are mixed at a predetermined ratio, or both materials are mixed in a solution state and then solidified by coprecipitation or the like, and then calcined to prepare a raw material powder. . Next, this powder is pulverized and formed into a predetermined shape by a known method such as mechanical press molding, CIP, or casting, and then 1500.
By baking at a temperature of 1900 ° C., a desired heat exchanger member is obtained.

【0027】なお、本発明の熱交換器用部材を製造する
に際しては、製品中のSiO2 、Fe2 3 などの不純
物の含有量が規定の範囲内にとどまる様に、原料の選択
および製造工程の管理を行なう必要がある。また、焼結
体中の結晶相および結晶粒径についても、規定通りのも
のとなるように、原料の種類、状態、配合割合などを注
意深く選定し、且つ製造工程の管理を行なう必要があ
る。これらの選定或いは管理は、当業者ならば、容易に
行ない得るところである。
When manufacturing the heat exchanger member of the present invention, the selection of the raw materials and the manufacturing process are performed so that the content of impurities such as SiO 2 and Fe 2 O 3 in the product is kept within a specified range. Need to be managed. In addition, it is necessary to carefully select the type, state, compounding ratio, and the like of the raw materials and to control the manufacturing process so that the crystal phase and the crystal grain size in the sintered body are as specified. Such selection or management can be easily performed by those skilled in the art.

【0028】 この様にして得られたジルコニア焼結体
は、通常かさ密度が4.8g/mm3 以上であり、必要に応
じて耐熱衝撃性と機械的強度とをバランスさせることが
できる。例えば、焼結体中にある程度の気孔を存在させ
て、かさ密度を4.8〜5.7g/mm3 に調整して耐熱衝
撃性を向上させたり、或いは焼結体の気孔を少なくし、
かさ密度を5.7g/mm3 以上として、機械的強度を15
kgf/mm2 以上に高めたりすることができる。これらの物
性は、部品の種類、使用条件などに応じて適宜選択すれ
ば良い。
[0028] The zirconia sintered body thus obtained usually has a bulk density of 4.8 g / mm 3 or more, and can balance thermal shock resistance and mechanical strength as required. For example, a certain amount of pores are present in the sintered body, the bulk density is adjusted to 4.8 to 5.7 g / mm 3 to improve the thermal shock resistance, or the pores of the sintered body are reduced,
When the bulk density is 5.7 g / mm 3 or more, the mechanical strength is 15
kgf / mm 2 or more. These physical properties may be appropriately selected according to the type of parts, use conditions, and the like.

【0029】本発明によるジルコニア質焼結体からなる
熱交換器用部材は、2000℃を超える様な高温条件下
においても使用可能な程度の高度の耐熱性および耐久性
を備えている。従って、高温用熱交換器の蓄熱体(ペブ
ル、棒状体など)、壁材料などとして有用であり、また
坩堝、タンディッシュノズル、高温炉壁材料などとして
も有用である。さらに、このジルコニア質焼結体は、高
温で導電性を有するので、発熱体としても好適である。
The heat exchanger member made of the zirconia sintered body according to the present invention has a high degree of heat resistance and durability that can be used even under a high temperature condition exceeding 2000 ° C. Therefore, it is useful as a heat storage body (pebble, rod-like body, etc.) and wall material of a heat exchanger for high temperature, and also useful as a crucible, a tundish nozzle, a high temperature furnace wall material and the like. Further, since the zirconia sintered body has conductivity at a high temperature, it is also suitable as a heating element.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によるジルコニア質焼結体からな
る熱交換器用部材は、例えば蓄熱体として使用する場合
に、1800℃以上、場合によっては2000℃以上に
も達する高温条件下においても、溶融しないし、また相
互に融着してガスの流通を妨げることもない。また、高
温での使用時にも破壊を生じないし、長期にわたる繰り
返し使用後にも劣化しない。さらに、本発明のジルコニ
ア質焼結体は、化学的に極めて安定しているので、有害
成分を蒸発させず、またガスを汚染することもない。
According to the present invention, a heat exchanger member made of a zirconia sintered body according to the present invention can be melted even under a high temperature condition of 1800 ° C. or more, and even 2000 ° C. or more when used as a heat storage body. They do not fuse with each other and do not hinder the flow of gas. Moreover, it does not break even when used at a high temperature, and does not deteriorate even after repeated use over a long period of time. Furthermore, since the zirconia sintered body of the present invention is extremely stable chemically, it does not evaporate harmful components and does not pollute gas.

【0031】[0031]

【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。
EXAMPLES Examples and comparative examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

【0032】実施例1 純度99.98%以上のZrO2 およびY2 3 粉末を
第1表に示すZrO2 含有量となるように配合し、水の
存在下に湿式により均一に混合した。混合に際しては、
不純物の混入を防止するために、ジルコニアからなる容
器と部材とを使用した。次いで、乾燥した粉末を130
0℃で3時間熱処理し、合成原料粉末を得た。
Example 1 ZrO 2 and Y 2 O 3 powders having a purity of 99.98% or more were blended so as to have a ZrO 2 content shown in Table 1 and uniformly mixed by a wet method in the presence of water. When mixing
In order to prevent impurities from being mixed, a container and a member made of zirconia were used. The dried powder is then added to 130
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 3 hours to obtain a raw material powder.

【0033】得られた合成粉末にAl2 3 および/ま
たはSiO2 を加え(但し試料No.1−g〜1−iの
み)、最終的に得られる焼結体が第1表に示す組成を有
する様に原料粉末を調製した。なお、第1表において、
2 3 含有量はモル%により示し、SiO2 含有量お
よびAl2 3 含有量は、重量%により示してある。
Al 2 O 3 and / or SiO 2 were added to the obtained synthetic powder (however, only sample Nos. 1-g to 1-i), and the finally obtained sintered body had the composition shown in Table 1. A raw material powder was prepared so as to have In Table 1,
The Y 2 O 3 content is given in mol%, the SiO 2 content and the Al 2 O 3 content in wt%.

【0034】 第 1 表 試料No. Y2 3 含有量 SiO2 含有量 Al2 3 含有量 (%) (%) (%) 1−a 4.2 0.01 0.01 1−b 4.6 0.01 0.01 1−c 5.0 0.01 0.01 1−d 6.0 0.01 0.01 1−e 6.0 0.01 0.01 1−f 7.0 0.01 0.01 1−g 7.0 0.35 0.5 1−h 7.0 0.6 0.01 1−i 7.0 0.01 1.2 1−j 7.0 0.5 1.2 1−k 8.1 0.01 0.01 次いで、上記の原料粉末をジルコニア製のボールミルと
ボールとを使用して24時間湿式粉砕し、アクリル樹脂
系成形バインダーを加えた後、スプレードライヤーにて
顆粒径60μmの成形用粉体を調製した。この粉体を成
形圧1ton/cm2 で直径18mmの球にCIP成形した後、
大気中で第2表に示す温度で3時間焼成して、直径15
mmの焼結体ボールを得た。その特性を第2表に併せて示
す。
Table 1 Sample No. Y 2 O 3 content SiO 2 content Al 2 O 3 content (%) (%) (%) 1-a 4.2 0.01 0.01 1-b 4.6 0.01 0.01 1-c 5.0 0.01 0.01 1-d 6.0 0.01 0.01 1- e 6.0 0.01 0.01 1-f 7.0 0.01 0.01 1 1-g 7.0 0.35 0.5 1-h 7.0 0.6 0.01 1-i 7 0.0 0.01 1.2 1-j 7.0 0.5 1.2 1-k 8.1 0.01 0.01 Next, the above-mentioned raw material powder was prepared using a zirconia ball mill and a ball. After wet pulverization for 24 hours and addition of an acrylic resin-based molding binder, a molding powder having a granule diameter of 60 μm was prepared using a spray dryer. After CIP molding this powder into a sphere having a diameter of 18 mm at a molding pressure of 1 ton / cm 2 ,
Baking in air at the temperature shown in Table 2 for 3 hours
mm sintered body balls were obtained. The characteristics are also shown in Table 2.

【0035】 第 2 表 試料No. 焼成温度 立方晶含有量 結晶粒径 (℃) (%) (m) 1−a 1600 80 5.5 1−b 1600 92 7.0 1−c 1600 95 10.5 1−d 1600 100 20 1−e 1450 98 4.0 1−f 1650 100 35 1−g 1650 98 30 1−h 1600 95 30 1−i 1650 95 25 1−j 1600 93 20 1−k 1650 100 45 ついで、第2表に示す特性を有する焼結体ボールを内径
10cm、高さ30cmの円筒中に充填し、下部から燃焼ガ
ス(温度約2050℃)を送り、上部が1900℃にな
るまで800℃/時間の速度で上部が1900℃になる
まで昇温し、同温度で3時間保持した(最高温度部分は
約2000℃に到達していた)後、燃焼ガスの供給を停
止し、温風を供給して500℃まで冷却した。この様な
操作を3回繰り返した。
Table 2 Sample No. Firing temperature Cubic content Crystal grain size (℃) (%) (M) 1-a 1600 80 5.5 1-b 1600 92 7.0 1-c 1600 95 10.5 1-d 1600 100 20 1-e 1450 98 4.0 1-f 1650 100 35 1-g 1650 98 30 1-h 1600 95 30 1-i 1650 95 25 1-j 1600 93 20 1-k 1650 100 45 Next, a sintered ball having the characteristics shown in Table 2 was obtained with an inner diameter of 10 cm and a height of 1 mm. Fill into a 30 cm cylinder, send combustion gas (temperature about 2050 ° C) from the lower part, raise the temperature at a rate of 800 ° C / hour until the upper part reaches 1900 ° C, and raise the temperature until the upper part reaches 1900 ° C. After the temperature was maintained for a period of time (the highest temperature portion reached about 2000 ° C.), the supply of the combustion gas was stopped, and hot air was supplied to cool to 500 ° C. Such an operation was repeated three times.

【0036】その後、円筒から焼結体ボールを取り出
し、その変化の状況を調べた。
Thereafter, the sintered balls were taken out of the cylinder and the state of the change was examined.

【0037】下記第3表にその結果を示す。なお、第3
表において、各記号は以下の状態を示す。
The results are shown in Table 3 below. The third
In the table, each symbol indicates the following state.

【0038】◎…極めて良好 ○…良好 ×…不良 −…判定不能 第 3 表 試料No. 融着 亀裂 割れ 重量減少 1−a ◎ × × − 1−b ◎ ○ ◎ ◎ 1−c ◎ ○ ◎ ◎ 1−d ◎ ◎ ◎ ◎ 1−e × ○ ◎ ◎ 1−f ◎ ◎ ◎ ◎ 1−g ○ ○ ◎ ○ 1−h × × ○ × 1−i × ○ ◎ ○ 1−j × × × − 1−k ◎ × × − 第3表に示す結果から、本発明による焼結体(試料No.
1−b、1−c、1−d、1−fおよび1−g)は、高
温熱交換器用部材として優れた特性を備えていることが
明らかである。
…: Extremely good ○: Good ×: Poor--Not judged Table 3 Sample No. Reduction in weight of fused crack cracking 1-a ◎ × ×-1-b ◎ ○ ◎ ◎ 1-c ◎ ○ ◎ ◎ 1-d ◎ ◎ ◎ ◎ 1-e × ○ ◎ ◎ 1-f ◎ ◎ ◎ ◎ 1-g ○ ○ ◎ ○ 1-h × × ○ × 1-i × ○ ◎ ○ 1-j × × × -1 From the results shown in Table 3, the sintered body according to the present invention (sample No.
It is clear that 1-b, 1-c, 1-d, 1-f and 1-g) have excellent properties as members for high-temperature heat exchangers.

【0039】実施例2 純度99.98%以上のZrO2 粉末およびY2 3
末ならびに第2安定化剤としてのCaCO3 、MgCO
3 、CeO2 、Yb2 3 またはNd2 3 を第4表に
示す組成となるように配合し、以下実施例1と同様にし
て直径15mmの焼結体ボールを得た。その特性を第5表
に示す。
Example 2 ZrO 2 powder and Y 2 O 3 powder having a purity of 99.98% or more, and CaCO 3 and MgCO 2 as a second stabilizer
3 , CeO 2 , Yb 2 O 3 or Nd 2 O 3 were blended so as to have the composition shown in Table 4, and a sintered ball having a diameter of 15 mm was obtained in the same manner as in Example 1. The characteristics are shown in Table 5.

【0040】なお、第4表において、Y2 3 含有量お
よび第2安定化剤含有量はモル%により示し、SiO2
含有量およびAl2 3 含有量は、重量%により示して
ある。
[0040] Note that in Table 4, Y 2 O 3 content and the second stabilizer content indicated by mol%, SiO 2
The content and Al 2 O 3 content are indicated by weight%.

【0041】 第 4 表 試料No. Y2 3 第2安定化剤 SiO2 Al2 3 含有量(%) 含有量(%) 含有量(%) 含有量(%) 2−a 2.0 CaO:4.0 0.01 0.01 2−b 2.5 MgO:6.0 0.01 0.01 2−c 3.5 CaO:3.0 0.01 0.01 2−d 5.0 MgO:2.0 0.01 0.01 2−e 5.0 CeO2 :1.0 0.01 0.01 2−f 5.0 Nd2 3 :1.5 0.01 0.01 2−g 5.0 Yb2 3 :1.0 0.01 0.01 2−h 6.0 CaO:5.0 0.01 0.01 2−i 5.0 MgO:2.0 0.1 0.2 2−j 5.0 MgO:2.0 0.6 0.2 2−k 5.0 Yb2 3 :1.0 0.2 0.2 2−l 3.5 CaO:3.0 0.01 1.2 第 5 表 試料No. 焼成温度 立方晶含有量 結晶粒径 (℃) (%) (m) 2−a 1600 90 15 2−b 1650 95 25 2−c 1600 95 20 2−d 1600 100 20 2−e 1650 100 35 2−f 1650 100 35 2−g 1650 100 35 2−h 1650 100 45 2−i 1600 98 30 2−j 1600 92 30 2−k 1650 100 35 2−l 1600 85 20 得られた焼結体ボールを実施例1と同様な耐熱性試験法
により評価した。結果は、第6表に示す通りであった。
Table 4 Sample No. Y 2 O 3 Second stabilizer SiO 2 Al 2 O 3 Content (%) Content (%) Content (%) Content (%) 2-a 2.0 CaO: 4.0 0.01 0.01 2-b 2.5 MgO: 6.0 0.0. 01 0.01 2-c 3.5 CaO: 3.0 0.01 0.01 2-d 5.0 MgO: 2.0 0.01 0.01 2-e 5.0 CeO 2 : 1.0 0.01 0.01 2-f 5.0 Nd 2 O 3 : 1.5 0.01 0.01 2-g 5.0 Yb 2 O 3 : 1.0 0.01 0.01 0.01 2-h 6 5.0 CaO: 5.0 0.01 0.01 2-i 5.0 MgO: 2.0 0.1 0.2 2-j 5.0 MgO: 2.0 0.6 0.2 2-k 5.0 Yb 2 O 3: 1.0 0.2 0.2 2-l 3.5 CaO: 3.0 0.01 1.2 table 5 sample No. firing temperature cubic content grain size (℃) (%) (M) 2-a 1600 90 15 2-b 1650 9525 2-c 1600 95 20 2-d 1600 100 20 2-e 1650 100 35 2-f 1650 100 35 2-g 1650 100 35 2- h 1650 100 45 2-i 1600 98 30 2-j 1600 92 30 2-k 1650 100 35 2-l 1600 85 20 The obtained sintered body ball was evaluated by the same heat resistance test method as in Example 1. The results were as shown in Table 6.

【0042】 第 6 表 試料No. 融着 亀裂 割れ 重量減少 2−a ○ × × − 2−b ◎ × × − 2−c ○ ○ ◎ ◎ 2−d ◎ ◎ ◎ ○ 2−e ◎ ◎ ◎ ◎ 2−f ◎ ◎ ◎ ◎ 2−g ◎ ◎ ◎ ◎ 2−h ○ × × ○ 2−i ◎ ○ ◎ ○ 2−j × × × − 2−k ○ ◎ ◎ ◎ 2−l ○ × ○ ◎ 第6表に示す結果から、本発明による焼結体(試料No.
2−c、2−d、2−e、2−f、2−g、2−iおよ
び2−k)は、高温熱交換器用部材として優れた特性を
備えていることが明らかである。
Table 6 Sample No. Reduction in weight of fused crack cracks 2-a ○ × × − 2-b ◎ × × − 2-c ○ ○ ◎ ◎ 2-d ◎ ◎ ◎ ○ 2-e ◎ ◎ ◎ ◎ 2-f ◎ ◎ ◎ ◎ 2-g ◎ ◎ ◎ ◎ 2-h ○ × × ○ 2-i ◎ ○ ◎ ○ 2-j × × × − 2-k ○ ◎ ◎ ◎ 2-l ○ × ○ ◎ From the results shown in Table 6, the sintered body according to the present invention (sample No.
It is apparent that 2-c, 2-d, 2-e, 2-f, 2-g, 2-i and 2-k) have excellent properties as members for a high-temperature heat exchanger.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−252963(JP,A) 米国特許4288251(US,A) Georg Oehlschlege l「Schaden an Y▲下2▼ O▲下3▼−teilstabilis ierten Zirkonoxid− SauerstoffmeBsonde n nach dem Einsatz in Regenerativkam mern von Flachglas wannen」Glastechnis che Berichte(1986),第 59巻,第8号,第211−218頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/48 F28F 21/04 CA(STN) REGISTRY(STN) JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-252963 (JP, A) U.S. Pat. Zirkonoxid- SauerstoffmeBsonde n nach dem Einsatz in Regenerativkam mern von Flachglas wannen "Glastechnis che Berichte (1986), Vol. 59, No. 8, pp. 211-218 (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) C04B 35/48 F28F 21/04 CA (STN) REGISTRY (STN) JICST file (J IS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記の構成要件を備えた熱交換器用部材; (1)Y2 3 を4.5〜8モル%含有するジルコニア
質焼結体からなる、 (2)焼結体の主たる結晶相が立方晶である、 (3)SiO2 の含有量が0.5重量%以下で且つAl
2 3 の含有量が1重量%以下である、 (4)焼結体の平均結晶粒径が5μm以上である。
1. A heat exchanger member having the following components: (1) a zirconia sintered body containing 4.5 to 8 mol% of Y 2 O 3 ; (2) a main sintered body (3) The content of SiO 2 is 0.5% by weight or less and the crystal phase is cubic.
The content of 2 O 3 is 1% by weight or less. (4) The average crystal grain size of the sintered body is 5 μm or more.
【請求項2】Y2 3 の含有量(Yとして)の1/2ま
でをMg、Caおよびランタノイドの少なくとも1種に
より置換した請求項1に記載の熱交換器用部材。
2. The heat exchanger member according to claim 1, wherein up to 1/2 of the content of Y 2 O 3 (as Y) is replaced by at least one of Mg, Ca and lanthanoids.
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Georg Oehlschlegel「Schaden an Y▲下2▼O▲下3▼−teilstabilisierten Zirkonoxid−SauerstoffmeBsonden nach dem Einsatz in Regenerativkammern von Flachglaswannen」Glastechnische Berichte(1986),第59巻,第8号,第211−218頁

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