JP3110256B2 - 燃料噴射ノズル用炭化珪素セラミック・スリーブの製造方法 - Google Patents
燃料噴射ノズル用炭化珪素セラミック・スリーブの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＣＯＭ、ＣＷＭ焚きボイ
ラの燃料噴射ノズルの耐摩耗ライニングとして使用する
炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックス製スリーブ及びその前
駆体の製造方法に関する。
ラの燃料噴射ノズルの耐摩耗ライニングとして使用する
炭化珪素（ＳｉＣ）セラミックス製スリーブ及びその前
駆体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯＭ、ＣＷＭ焚きボイラに使用される
燃料噴射ノズルとしては、通常燃料と蒸気等との２流体
混合型が用いられている。これらのノズルではＣＯＭ、
ＣＷＭのような燃料の母材に対する摩耗性が極めて高い
ために、蒸気等の噴霧媒体との合流部等で耐摩耗材によ
るライニングを行い長寿命化を図っている。そして、こ
れらのノズルはバーナ当たり数十箇となり、またバーナ
はボイラの大容量化にともなって十数台となることから
相当数の耐摩耗ライニング材が必要となる。このような
ノズルの耐摩耗ライニング材としては、ＷＣ、Ｓｉ3 Ｎ
4 、ＳｉＣ等の素材が検討されてきたが、これまでの研
究により、高い硬度を有するＳｉＣセラミックスが最適
であることが判明している。特に粒界層をもたないボロ
ン・カーボンを焼結助剤としたいわゆる固相焼結タイプ
のＳｉＣセラミックスが好ましいとされている。
燃料噴射ノズルとしては、通常燃料と蒸気等との２流体
混合型が用いられている。これらのノズルではＣＯＭ、
ＣＷＭのような燃料の母材に対する摩耗性が極めて高い
ために、蒸気等の噴霧媒体との合流部等で耐摩耗材によ
るライニングを行い長寿命化を図っている。そして、こ
れらのノズルはバーナ当たり数十箇となり、またバーナ
はボイラの大容量化にともなって十数台となることから
相当数の耐摩耗ライニング材が必要となる。このような
ノズルの耐摩耗ライニング材としては、ＷＣ、Ｓｉ3 Ｎ
4 、ＳｉＣ等の素材が検討されてきたが、これまでの研
究により、高い硬度を有するＳｉＣセラミックスが最適
であることが判明している。特に粒界層をもたないボロ
ン・カーボンを焼結助剤としたいわゆる固相焼結タイプ
のＳｉＣセラミックスが好ましいとされている。
【０００３】しかしながら、一般に市販されている上記
のＳｉＣセラミックスには依然として内部に１０μｍ程
度の比較的大きな気孔を多数有しており、これらの気孔
がＳｉＣセラミックス本来の優れた耐摩耗性を低下させ
ている。そこで、これらの気孔を低減させるために様々
な努力が行われてきている。たとえば、湿式混合した原
料粉体を一旦噴霧造粒してから加圧成形する際に、造粒
粉の間に粗大な気孔が残り、これが焼成後も気孔として
残る。そこで、造粒粉末を成形する際に非常な高圧を加
え、このような気孔を予め除去しておく高圧成形法が焼
成後の気孔を低減するのに有効である。しかし、このよ
うな方法は従来テストピースかまたは極めて単純な形状
のものの小量生産に限定されていた。
のＳｉＣセラミックスには依然として内部に１０μｍ程
度の比較的大きな気孔を多数有しており、これらの気孔
がＳｉＣセラミックス本来の優れた耐摩耗性を低下させ
ている。そこで、これらの気孔を低減させるために様々
な努力が行われてきている。たとえば、湿式混合した原
料粉体を一旦噴霧造粒してから加圧成形する際に、造粒
粉の間に粗大な気孔が残り、これが焼成後も気孔として
残る。そこで、造粒粉末を成形する際に非常な高圧を加
え、このような気孔を予め除去しておく高圧成形法が焼
成後の気孔を低減するのに有効である。しかし、このよ
うな方法は従来テストピースかまたは極めて単純な形状
のものの小量生産に限定されていた。
【０００４】なぜならば、これまでの経験から成形体中
の上記のような気孔を十分に低減するためには３０００
ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧が必要であるが、このような高
圧に耐える金型は小型・単純形状に限定されるからであ
る。また、金型を使用せずに冷間静水圧成形プレス（以
下、ＣＩＰと呼ぶ）によりゴム型等を使用して成形する
方法があるが、複雑形状になると金型を一部に使用する
ために加圧力は低圧に限定される。そして、３０００ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の高圧を達成できる冷間静水圧成形プレ
スは通常小型機であり量産には適さず、一方大型機では
非常に高価な設備となる。
の上記のような気孔を十分に低減するためには３０００
ｋｇ／ｃｍ2 以上の高圧が必要であるが、このような高
圧に耐える金型は小型・単純形状に限定されるからであ
る。また、金型を使用せずに冷間静水圧成形プレス（以
下、ＣＩＰと呼ぶ）によりゴム型等を使用して成形する
方法があるが、複雑形状になると金型を一部に使用する
ために加圧力は低圧に限定される。そして、３０００ｋ
ｇ／ｃｍ2 以上の高圧を達成できる冷間静水圧成形プレ
スは通常小型機であり量産には適さず、一方大型機では
非常に高価な設備となる。
【０００５】そこで、前述の燃料噴射ノズルのライニン
グとして使用するＳｉＣセラミック・スリーブは従来は
生産効率の悪い小型の冷間静水圧成形プレスを使用して
中実円筒形状に高圧成形したものから内部を削り出す等
の工夫が必要であり、極めて高価なものとならざるを得
なかった。また、ＳｉＣセラミックスでは通常の焼結工
程の後に、熱間静水圧プレス（以下、ＨＩＰと呼ぶ）処
理により焼成体中に残っている気孔をさらに低減できる
ことが知られているが、顕著な効果を得るためには予め
上記のような方法で焼成体中の気孔率をできるだけ低減
しておく必要があった。
グとして使用するＳｉＣセラミック・スリーブは従来は
生産効率の悪い小型の冷間静水圧成形プレスを使用して
中実円筒形状に高圧成形したものから内部を削り出す等
の工夫が必要であり、極めて高価なものとならざるを得
なかった。また、ＳｉＣセラミックスでは通常の焼結工
程の後に、熱間静水圧プレス（以下、ＨＩＰと呼ぶ）処
理により焼成体中に残っている気孔をさらに低減できる
ことが知られているが、顕著な効果を得るためには予め
上記のような方法で焼成体中の気孔率をできるだけ低減
しておく必要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、これま
での燃料噴射ノズルのライニング用のＳｉＣセラミック
・スリーブとしては、依然として１０μｍ程度の比較的
大きな気孔を多数有したものを使用するか、または、上
記のような方法で気孔を低減したものの、極めて高価な
ものとならざるを得なかった。そこで気孔を低減したＳ
ｉＣセラミック・スリーブの製造方法として、さらに量
産性に優れ、かつ安価な方法が求められるところであっ
た。本発明は上述した技術水準に鑑み、上述したような
従来技術の有する問題点を解決し得る燃料噴射ノズル用
ＳｉＣセラミック・スリーブの製造方法を提供しようと
するものである。
での燃料噴射ノズルのライニング用のＳｉＣセラミック
・スリーブとしては、依然として１０μｍ程度の比較的
大きな気孔を多数有したものを使用するか、または、上
記のような方法で気孔を低減したものの、極めて高価な
ものとならざるを得なかった。そこで気孔を低減したＳ
ｉＣセラミック・スリーブの製造方法として、さらに量
産性に優れ、かつ安価な方法が求められるところであっ
た。本発明は上述した技術水準に鑑み、上述したような
従来技術の有する問題点を解決し得る燃料噴射ノズル用
ＳｉＣセラミック・スリーブの製造方法を提供しようと
するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）ＳｉＣ粉末に１．０〜３．０重量％の炭素及び
０．３〜０．５重量％の硼素を混合した混合粉末を、円
筒状ゴム型の中心に芯金を設置し上下部を蓋により密封
しうるようにした容器内に密封し、１，０００〜２，０
００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でスリーブ状に成形した後、該
成形物の外表面の全てに接する面をもつ形状のゴムある
いはビニール類製の容器内に挿入、密閉した上、３，０
００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力の下で冷間静水圧成形する
ことを特徴とする燃料噴射ノズル用ＳｉＣセラミック・
スリーブ前駆体の製造方法。 （２）上記（１）記載の方法で得られた燃料噴射ノズル
用ＳｉＣセラミック・スリーブ前駆体を不活性雰囲気下
で１，９００〜２，３００℃で予備焼成した後、更に不
活性雰囲気下で１，９００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力の
下、１，９５０〜２，３００℃の温度で２時間もしくは
それ以上の熱間静水圧処理を行なうことを特徴とする燃
料噴射ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブの製造方
法。である。
０．３〜０．５重量％の硼素を混合した混合粉末を、円
筒状ゴム型の中心に芯金を設置し上下部を蓋により密封
しうるようにした容器内に密封し、１，０００〜２，０
００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でスリーブ状に成形した後、該
成形物の外表面の全てに接する面をもつ形状のゴムある
いはビニール類製の容器内に挿入、密閉した上、３，０
００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力の下で冷間静水圧成形する
ことを特徴とする燃料噴射ノズル用ＳｉＣセラミック・
スリーブ前駆体の製造方法。 （２）上記（１）記載の方法で得られた燃料噴射ノズル
用ＳｉＣセラミック・スリーブ前駆体を不活性雰囲気下
で１，９００〜２，３００℃で予備焼成した後、更に不
活性雰囲気下で１，９００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力の
下、１，９５０〜２，３００℃の温度で２時間もしくは
それ以上の熱間静水圧処理を行なうことを特徴とする燃
料噴射ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブの製造方
法。である。
【０００８】
【作用】一般的に言って、固相焼結タイプのセラミック
・スリーブの製造方法としては、硼素と炭素を焼結助剤
とする常圧焼結法が量産性に優れているが、本発明の製
造方法を採ることによる作用について以下に説明する。
先ず、炭化珪素ＳｉＣ粉末に焼結助剤として混合する硼
素や炭素の混合率について述べると、炭素についてはカ
ーボンブラックやタールピッチの形で添加し、湿式混合
する方法が一般的に行われているが、溶剤に可溶な有機
樹脂を添加して加熱分解させる方法が炭素の分散性に勝
っており良好な結果が得られる。そして、このような有
機樹脂としては安定して高い炭素収率が得られるフェノ
ール樹脂が最適である。しかしながらフェノール樹脂は
熱硬化性であり、これを添加して湿式混合したスラリを
噴霧乾燥して得られた造粒粉は乾燥用の熱風により硬化
して硬くなっているために、通常の加圧力では成形中に
造粒粉が十分に潰れずに粒間に粗大な気孔が残る。フェ
ノール樹脂の添加量を減らせば造粒粉の潰れ性は向上す
るが、炭化して残留する炭素量がＳｉＣ粉末に対して
１．０重量％未満になると、常圧焼結法では十分に緻密
化しない。又残留する炭素量がＳｉＣ粉末に対して３．
０重量％を越えるまでフェノール樹脂の添加量を増す
と、造粒粉が潰れにくくなるばかりでなく焼結中に粗大
粒が発生しやすくなる。従って、加熱分解によって１．
０〜３．０重量％の炭素量となる相当量のフェノール樹
脂の添加とする必要がある。又、硼素については０．３
重量％未満の場合、常圧焼結法では十分に緻密化せず、
０．５重量％より多いと耐酸性が低下するので、結局、
０．３〜０．５重量％の添加量が適当となる。
・スリーブの製造方法としては、硼素と炭素を焼結助剤
とする常圧焼結法が量産性に優れているが、本発明の製
造方法を採ることによる作用について以下に説明する。
先ず、炭化珪素ＳｉＣ粉末に焼結助剤として混合する硼
素や炭素の混合率について述べると、炭素についてはカ
ーボンブラックやタールピッチの形で添加し、湿式混合
する方法が一般的に行われているが、溶剤に可溶な有機
樹脂を添加して加熱分解させる方法が炭素の分散性に勝
っており良好な結果が得られる。そして、このような有
機樹脂としては安定して高い炭素収率が得られるフェノ
ール樹脂が最適である。しかしながらフェノール樹脂は
熱硬化性であり、これを添加して湿式混合したスラリを
噴霧乾燥して得られた造粒粉は乾燥用の熱風により硬化
して硬くなっているために、通常の加圧力では成形中に
造粒粉が十分に潰れずに粒間に粗大な気孔が残る。フェ
ノール樹脂の添加量を減らせば造粒粉の潰れ性は向上す
るが、炭化して残留する炭素量がＳｉＣ粉末に対して
１．０重量％未満になると、常圧焼結法では十分に緻密
化しない。又残留する炭素量がＳｉＣ粉末に対して３．
０重量％を越えるまでフェノール樹脂の添加量を増す
と、造粒粉が潰れにくくなるばかりでなく焼結中に粗大
粒が発生しやすくなる。従って、加熱分解によって１．
０〜３．０重量％の炭素量となる相当量のフェノール樹
脂の添加とする必要がある。又、硼素については０．３
重量％未満の場合、常圧焼結法では十分に緻密化せず、
０．５重量％より多いと耐酸性が低下するので、結局、
０．３〜０．５重量％の添加量が適当となる。
【０００９】このような混合率となるようにフェノール
樹脂と硼素を添加した造粒粉体を使用して、前述のよう
に、これまで適用が限定されていた高圧成形法により、
燃料噴霧ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブを安価
で、かつ量産可能な方法について検討した結果、最初、
比較的低圧において所定のスリーブ形状とした成形体
を、再度高圧で加圧する二段加圧成形法が極めて合目的
な方法であるとの知見を得た。
樹脂と硼素を添加した造粒粉体を使用して、前述のよう
に、これまで適用が限定されていた高圧成形法により、
燃料噴霧ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブを安価
で、かつ量産可能な方法について検討した結果、最初、
比較的低圧において所定のスリーブ形状とした成形体
を、再度高圧で加圧する二段加圧成形法が極めて合目的
な方法であるとの知見を得た。
【００１０】次に、この二段加圧成形法について説明す
る。スリーブ形状の成形体を得るためには、ゴム円筒と
スリーブの中空部を形成するための芯金からなる型に造
粒粉体を投入してシールし、ＣＩＰにより成形する方法
が一般的である。しかし、前述のように通常の芯金では
変形を防ぐために加圧力を２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以下
に限定する必要があった。又、強度の高い高価な芯金を
使用して、より高圧で成形することも検討されたが、
３，０００ｋｇ／ｃｍ2 以上の加圧が可能なＣＩＰは小
型であり、ゴム円筒とスリーブの中空部を形成するため
の芯金からなる型では一回に処理できる個数が限られる
ことにより、処理回数を大幅に増やす必要があり不具合
である。そこで、一旦加圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以
下の比較的大型のＣＩＰにより所定のスリーブ形状に成
形したものを、小型の高圧ＣＩＰにより再加圧する方法
を検討した。これがテストピースのような中実の単純形
状であればビニール類の袋やゴム袋に入れて減圧密封
し、再加圧することは容易である。しかし、このような
方法は中空部を有するスリーブ形状では所定の形状を保
つことができず、といってこの中空部分に再び芯金を挿
入してビニール類の袋やゴム袋で包み加圧する方法も、
芯金によって袋が破れ易く安定した歩留りが得られぬと
いう問題点がある。
る。スリーブ形状の成形体を得るためには、ゴム円筒と
スリーブの中空部を形成するための芯金からなる型に造
粒粉体を投入してシールし、ＣＩＰにより成形する方法
が一般的である。しかし、前述のように通常の芯金では
変形を防ぐために加圧力を２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以下
に限定する必要があった。又、強度の高い高価な芯金を
使用して、より高圧で成形することも検討されたが、
３，０００ｋｇ／ｃｍ2 以上の加圧が可能なＣＩＰは小
型であり、ゴム円筒とスリーブの中空部を形成するため
の芯金からなる型では一回に処理できる個数が限られる
ことにより、処理回数を大幅に増やす必要があり不具合
である。そこで、一旦加圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以
下の比較的大型のＣＩＰにより所定のスリーブ形状に成
形したものを、小型の高圧ＣＩＰにより再加圧する方法
を検討した。これがテストピースのような中実の単純形
状であればビニール類の袋やゴム袋に入れて減圧密封
し、再加圧することは容易である。しかし、このような
方法は中空部を有するスリーブ形状では所定の形状を保
つことができず、といってこの中空部分に再び芯金を挿
入してビニール類の袋やゴム袋で包み加圧する方法も、
芯金によって袋が破れ易く安定した歩留りが得られぬと
いう問題点がある。
【００１１】ＣＩＰの特徴は加圧媒体の水を介して等方
的な圧力を加え得る点にある。そこで更に検討を進めた
結果、加圧媒体の水をスリーブの内側に導入しスリーブ
内面より同時に加圧することで、スリーブ形状を保ちつ
つ内外より均一加圧できることに思い至った。
的な圧力を加え得る点にある。そこで更に検討を進めた
結果、加圧媒体の水をスリーブの内側に導入しスリーブ
内面より同時に加圧することで、スリーブ形状を保ちつ
つ内外より均一加圧できることに思い至った。
【００１２】そこで、図２に示すようなゴムもしくはビ
ニール類で作られた型、すなわち、該成形物の表面の全
てに接する面をもつ形状の容器を製作し、これに一旦加
圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以下の比較的大型のＣＩＰ
により所定のスリーブ形状に成形したものを、小型の高
圧ＣＩＰにより３，０００〜１０，０００ｋｇ／ｃｍ2
（設備能力があれば更に高い圧力）で再加圧したとこ
ろ、安定した高い歩留りで成形体を回収できることが判
明した。そして、このゴムもしくはビニール類で作られ
た型は前述のゴム円筒とスリーブの中空部を形成するた
めの芯金からなる型に比較してコンパクトになるので一
回当たり多数処理可能であり、金型を全く使用していな
いので事実上加圧力に制限はない。この方法によれば、
得られる成形体は前述のように成形後に内部を削り出す
等の工程も不要で安価となり、小型のＣＩＰ装置でも量
産が可能である。又、ＣＩＰ装置の能力次第で如何なる
圧力であっても再加圧が可能である。
ニール類で作られた型、すなわち、該成形物の表面の全
てに接する面をもつ形状の容器を製作し、これに一旦加
圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 以下の比較的大型のＣＩＰ
により所定のスリーブ形状に成形したものを、小型の高
圧ＣＩＰにより３，０００〜１０，０００ｋｇ／ｃｍ2
（設備能力があれば更に高い圧力）で再加圧したとこ
ろ、安定した高い歩留りで成形体を回収できることが判
明した。そして、このゴムもしくはビニール類で作られ
た型は前述のゴム円筒とスリーブの中空部を形成するた
めの芯金からなる型に比較してコンパクトになるので一
回当たり多数処理可能であり、金型を全く使用していな
いので事実上加圧力に制限はない。この方法によれば、
得られる成形体は前述のように成形後に内部を削り出す
等の工程も不要で安価となり、小型のＣＩＰ装置でも量
産が可能である。又、ＣＩＰ装置の能力次第で如何なる
圧力であっても再加圧が可能である。
【００１３】上記のように、３，０００〜１０，０００
ｋｇ／ｃｍ2 の高圧で再加圧されたスリーブ形状の前駆
体は造粒粉体中の気孔の数と大きさが十分に減縮された
ものとなっているが、これを焼成し、仕上げる次のステ
ップのセラミック・スリーブの製造方法について説明す
る。すなわち、第１ステップで得られた前駆体加工の最
初の加工は予備焼成であるが、不活性雰囲気下、好まし
くはアルゴンガス雰囲気下で１，９００〜２，３００
℃、好ましくは２，０５０〜２，１５０℃で０．５時間
程度予備焼成すると密度が３．１０ｇ／ｃｃ以上、気孔
率５％以下で平均気孔径２．０μｍ以下の微細な気孔か
らなる焼成体が得られる。
ｋｇ／ｃｍ2 の高圧で再加圧されたスリーブ形状の前駆
体は造粒粉体中の気孔の数と大きさが十分に減縮された
ものとなっているが、これを焼成し、仕上げる次のステ
ップのセラミック・スリーブの製造方法について説明す
る。すなわち、第１ステップで得られた前駆体加工の最
初の加工は予備焼成であるが、不活性雰囲気下、好まし
くはアルゴンガス雰囲気下で１，９００〜２，３００
℃、好ましくは２，０５０〜２，１５０℃で０．５時間
程度予備焼成すると密度が３．１０ｇ／ｃｃ以上、気孔
率５％以下で平均気孔径２．０μｍ以下の微細な気孔か
らなる焼成体が得られる。
【００１４】次に、この予備焼成体を１，９００〜２，
０００ｋｇ／ｃｍ2 （設備能力があれば更に高い圧力）
の圧力の下で１，９５０〜２，３００℃の温度にて２時
間以上の熱間静水圧処理（ＨＩＰ処理）を行なうと密度
が３．１５ｇ／ｃｃ以上、気孔率５％以下で平均気孔径
１．０μｍ以下の極めて微細な気孔からなる緻密で耐摩
耗性に優れたＳｉＣセラミック・スリーブを得ることが
できる。
０００ｋｇ／ｃｍ2 （設備能力があれば更に高い圧力）
の圧力の下で１，９５０〜２，３００℃の温度にて２時
間以上の熱間静水圧処理（ＨＩＰ処理）を行なうと密度
が３．１５ｇ／ｃｃ以上、気孔率５％以下で平均気孔径
１．０μｍ以下の極めて微細な気孔からなる緻密で耐摩
耗性に優れたＳｉＣセラミック・スリーブを得ることが
できる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例について、以下図面に基づい
て具体的に説明する。 （１）図１は一定条件下での、請求項１での再加圧力と
前駆体密度、更に請求項２の予備焼成時の焼成体密度の
関係を示したものである。この確認テストは、市販のＳ
ｉＣ粉末（セントラル硝子、Ｆグレード）に、加熱分解
後の炭素量換算で１．６重量％相当のフェノール樹脂を
添加し、更にこれに硼素０．４重量％を加えて湿式混合
した後、噴霧造粒した粉体を金型プレスにより面圧５０
０ｋｇ／ｃｍ2 で２０×２０×６ｔのタイル状に予備成
形したものをＣＩＰにより再度加圧して前駆体とし、更
に請求項２の予備焼成を不活性雰囲気としてのアルゴン
ガス雰囲気の中で２，１００℃で焼成した場合について
計測したものである。このテスト結果ではＣＩＰによる
再加圧力が増すにつれて前駆体密度、焼成体密度共に増
加向上し、焼成体密度を３．１０ｇ／ｃｃ以上、気孔率
５％とするためには３，０００ｋｇ／ｃｍ2 以上のＣＩ
Ｐによる再加圧が必要であることが判った。
て具体的に説明する。 （１）図１は一定条件下での、請求項１での再加圧力と
前駆体密度、更に請求項２の予備焼成時の焼成体密度の
関係を示したものである。この確認テストは、市販のＳ
ｉＣ粉末（セントラル硝子、Ｆグレード）に、加熱分解
後の炭素量換算で１．６重量％相当のフェノール樹脂を
添加し、更にこれに硼素０．４重量％を加えて湿式混合
した後、噴霧造粒した粉体を金型プレスにより面圧５０
０ｋｇ／ｃｍ2 で２０×２０×６ｔのタイル状に予備成
形したものをＣＩＰにより再度加圧して前駆体とし、更
に請求項２の予備焼成を不活性雰囲気としてのアルゴン
ガス雰囲気の中で２，１００℃で焼成した場合について
計測したものである。このテスト結果ではＣＩＰによる
再加圧力が増すにつれて前駆体密度、焼成体密度共に増
加向上し、焼成体密度を３．１０ｇ／ｃｃ以上、気孔率
５％とするためには３，０００ｋｇ／ｃｍ2 以上のＣＩ
Ｐによる再加圧が必要であることが判った。
【００１６】（２）（１）のモデルがタイル状のもので
あったのに対してスリーブ形状としたものについて、請
求項１でいう成形用の型を用い、請求項１の一定条件の
二段階加圧を行ない、更に請求項２の予備焼成を４例に
ついて実施し、焼成体密度をそれぞれについて測定した
結果を下記表１に示す。
あったのに対してスリーブ形状としたものについて、請
求項１でいう成形用の型を用い、請求項１の一定条件の
二段階加圧を行ない、更に請求項２の予備焼成を４例に
ついて実施し、焼成体密度をそれぞれについて測定した
結果を下記表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】本テストは（１）と同様にＳｉＣ粉末（セ
ントラル硝子、Ｆグレード）に、加熱分解後の炭素量換
算で１．６重量％相当のフェノール樹脂を添加し、更に
これに硼素０．４重量％を加えて湿式混合した後、噴霧
造粒した粉体を図３のゴム型及び芯金に充填し大型ＣＩ
Ｐ（最大加圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 ）により１，８
００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力下でスリーブ形状に成形したも
のを図２の両端開放のシリンダ状の成形体の全表面を包
むゴム型に挿入し、小型の高圧ＣＩＰ（最大加圧力６，
０００ｋｇ／ｃｍ2 ）にて３，０００ｋｇ／ｃｍ2 で再
加圧したものを、請求項２の不活性雰囲気としてのアル
ゴンガス雰囲気中上表の各温度で焼成したものである。
この４例の内２，１００℃で予備焼成した焼成体の表面
をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図４であり、大
部分が２．０μｍ以下の微細な気孔からなっていること
が認められる。又、この焼成体密度をアルキメデス法に
より求めたところ３．１０ｇ／ｃｃ、気孔率約４％であ
った。
ントラル硝子、Ｆグレード）に、加熱分解後の炭素量換
算で１．６重量％相当のフェノール樹脂を添加し、更に
これに硼素０．４重量％を加えて湿式混合した後、噴霧
造粒した粉体を図３のゴム型及び芯金に充填し大型ＣＩ
Ｐ（最大加圧力２，０００ｋｇ／ｃｍ2 ）により１，８
００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力下でスリーブ形状に成形したも
のを図２の両端開放のシリンダ状の成形体の全表面を包
むゴム型に挿入し、小型の高圧ＣＩＰ（最大加圧力６，
０００ｋｇ／ｃｍ2 ）にて３，０００ｋｇ／ｃｍ2 で再
加圧したものを、請求項２の不活性雰囲気としてのアル
ゴンガス雰囲気中上表の各温度で焼成したものである。
この４例の内２，１００℃で予備焼成した焼成体の表面
をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図４であり、大
部分が２．０μｍ以下の微細な気孔からなっていること
が認められる。又、この焼成体密度をアルキメデス法に
より求めたところ３．１０ｇ／ｃｃ、気孔率約４％であ
った。
【００１９】（３）又、上記（２）の予備焼成を行った
モデル焼成体について、更に請求項２のＨＩＰ処理を行
ってからテストピースを切り出して密度計測と、ＪＩＳ
Ｒ１６０１準拠の３点曲げ強度試験を実施した。その
結果は下記表２に示すとおりである。
モデル焼成体について、更に請求項２のＨＩＰ処理を行
ってからテストピースを切り出して密度計測と、ＪＩＳ
Ｒ１６０１準拠の３点曲げ強度試験を実施した。その
結果は下記表２に示すとおりである。
【００２０】
【表２】 上表のモデルＮｏ．２の本焼成体の表面をラップ研摩し
て顕微鏡観察したものが図５であり、大部分が１．０μ
ｍ以下の微細気孔からなっていることが判る。密度は
３．１６ｇ／ｃｃ、気孔率は約３％であった。
て顕微鏡観察したものが図５であり、大部分が１．０μ
ｍ以下の微細気孔からなっていることが判る。密度は
３．１６ｇ／ｃｃ、気孔率は約３％であった。
【００２１】（４）本発明に対する比較例として、請求
項１での２段目の加圧を行わないで、請求項２の予備焼
成を実施した場合を図６に示す。すなわち、この確認テ
ストは、市販のＳｉＣ粉末（セントラル硝子、Ｆグレー
ド）に加熱分解後の炭素量換算で１．６重量％相当のフ
ェノール樹脂を添加し、更にこれに硼素０．４重量％を
加えて湿式混合した後、噴霧造粒した粉体を図３のゴム
型及び芯金に充填し大型ＣＩＰ（最大加圧力２，０００
ｋｇ／ｃｍ2 ）により１，８００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
下、スリーブ形状に成型するまでは、前記（２）と全く
同一であるが、再加圧なしに、請求項２の予備焼成をア
ルゴンガス雰囲気中２，１００℃にて焼成したものであ
る。そして、焼成体の密度をアルキメデス法により求め
たところ３．１０ｇ／ｃｃ気孔率約４％であった。更に
この表面をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図６で
あり、造粒粉が充分に潰れていないことによって１０μ
ｍ程度の粗大な気孔が多数残留しているのが認められ
る。
項１での２段目の加圧を行わないで、請求項２の予備焼
成を実施した場合を図６に示す。すなわち、この確認テ
ストは、市販のＳｉＣ粉末（セントラル硝子、Ｆグレー
ド）に加熱分解後の炭素量換算で１．６重量％相当のフ
ェノール樹脂を添加し、更にこれに硼素０．４重量％を
加えて湿式混合した後、噴霧造粒した粉体を図３のゴム
型及び芯金に充填し大型ＣＩＰ（最大加圧力２，０００
ｋｇ／ｃｍ2 ）により１，８００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
下、スリーブ形状に成型するまでは、前記（２）と全く
同一であるが、再加圧なしに、請求項２の予備焼成をア
ルゴンガス雰囲気中２，１００℃にて焼成したものであ
る。そして、焼成体の密度をアルキメデス法により求め
たところ３．１０ｇ／ｃｃ気孔率約４％であった。更に
この表面をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図６で
あり、造粒粉が充分に潰れていないことによって１０μ
ｍ程度の粗大な気孔が多数残留しているのが認められ
る。
【００２２】又、この予備焼成体を、２，０００ｋｇ／
ｃｍ2 、２，０００℃で２時間ＨＩＰ処理したものを、
アルキメデス法により密度を測定したところ、密度は
３．１１ｇ／ｃｃ、気孔率は約４％であった。この表面
をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図７で、（３）
の図５と比較して比較的大きな気孔が残っており、ＨＩ
Ｐ処理の効果が充分に表われていないことが判る。
ｃｍ2 、２，０００℃で２時間ＨＩＰ処理したものを、
アルキメデス法により密度を測定したところ、密度は
３．１１ｇ／ｃｃ、気孔率は約４％であった。この表面
をラップ研摩して顕微鏡観察したものが図７で、（３）
の図５と比較して比較的大きな気孔が残っており、ＨＩ
Ｐ処理の効果が充分に表われていないことが判る。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、緻密な燃料噴射ノズル用
ＳｉＣセラミック・スリーブ及びその前駆体の量産性に
優れた製造方法を提供することができるようになり、Ｃ
ＯＭ，ＣＷＭなどの燃料噴射ノズルの長寿命化が可能と
なる。
ＳｉＣセラミック・スリーブ及びその前駆体の量産性に
優れた製造方法を提供することができるようになり、Ｃ
ＯＭ，ＣＷＭなどの燃料噴射ノズルの長寿命化が可能と
なる。
【図１】本発明の実施例に係る成形時の再加圧力と成形
体密度、焼成体密度の関係図表。
体密度、焼成体密度の関係図表。
【図２】本発明の実施例に係る再加圧用ゴム型断面図。
【図３】従来より用いられているスリーブ成形用ゴム型
及び芯金断面図。
及び芯金断面図。
【図４】本発明の実施例における３，０００ｋｇ／ｃｍ
2 再加圧し、予備焼成した段階の焼成体断面のセラミッ
ク組織を示す顕微鏡写真。
2 再加圧し、予備焼成した段階の焼成体断面のセラミッ
ク組織を示す顕微鏡写真。
【図５】本発明の実施例における再加圧し、予備焼成し
たものを更に２，０００℃、２，０００ｋｇ／ｃｍ2 で
ＨＩＰ処理したもののセラミック組織を示す顕微鏡写
真。
たものを更に２，０００℃、２，０００ｋｇ／ｃｍ2 で
ＨＩＰ処理したもののセラミック組織を示す顕微鏡写
真。
【図６】比較例としての１，８００ｋｇ／ｃｍ2 １段加
圧のみで、後２，１００℃で予備焼成した場合のセラミ
ック組織の顕微鏡写真。
圧のみで、後２，１００℃で予備焼成した場合のセラミ
ック組織の顕微鏡写真。
【図７】上記比較例の予備焼成したものを更に２，００
０℃、２，０００ｋｇ／ｃｍ2でＨＩＰ処理したものの
セラミック組織の顕微鏡写真。
０℃、２，０００ｋｇ／ｃｍ2でＨＩＰ処理したものの
セラミック組織の顕微鏡写真。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23D 11/38 B23B 7/06 B28B 3/00 102 C04B 35/565
Claims (2)
- 【請求項１】 ＳｉＣ粉末に１．０〜３．０重量％の炭
素及び０．３〜０．５重量％の硼素を混合した混合粉末
を、円筒状ゴム型の中心に芯金を設置し上下部を蓋によ
り密封しうるようにした容器内に密封し、１，０００〜
２，０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でスリーブ状に成形した
後、該成形物の外表面の全てに接する面をもつ形状のゴ
ムあるいはビニール類製の容器内に挿入、密閉した上、
３，０００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力の下で冷間静水圧成
形することを特徴とする燃料噴射ノズル用ＳｉＣセラミ
ック・スリーブ前駆体の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法で得られた燃料噴射
ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブ前駆体を不活性雰
囲気下で１，９００〜２，３００℃で予備焼成した後、
更に不活性雰囲気下で１，９００ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧
力の下、１，９５０〜２，３００℃の温度で２時間もし
くはそれ以上の熱間静水圧処理を行なうことを特徴とす
る燃料噴射ノズル用ＳｉＣセラミック・スリーブの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06202935A JP3110256B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 燃料噴射ノズル用炭化珪素セラミック・スリーブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06202935A JP3110256B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 燃料噴射ノズル用炭化珪素セラミック・スリーブの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0849815A JPH0849815A (ja) | 1996-02-20 |
| JP3110256B2 true JP3110256B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=16465603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06202935A Expired - Fee Related JP3110256B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 燃料噴射ノズル用炭化珪素セラミック・スリーブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3110256B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5068218B2 (ja) * | 2008-05-13 | 2012-11-07 | 三菱電機株式会社 | 炭素繊維強化炭化ケイ素複合材料およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP06202935A patent/JP3110256B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0849815A (ja) | 1996-02-20 |
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