JP6113272B2 - 棚システム用のセラミックの板 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックの板に関する。本発明はさらに、セラミックの板と中空プロファイル（中空成形材）とを備えた、高温プロセスにおける焼成用窯道具としての保持装置に関する。

熱安定的な特性を有するセラミック材料から成る支持ビームおよびセットプレートは、たとえばプロセス素地のための力支持性の保持装置として、または高温プロセス、たとえば工業用セラミックスの焼成および焼結における焼成用窯道具（Brennhilfsmittel;ＢＨＭ）として使用される。提供されている焼成空間の経済的な利用のためには、棚構造体のようなセッティング（窯詰）システムが使用される。焼成させたい品物を棚に積載することは、種々様々に行われ得る。自動化の場合には、ハンドリングシステムによって焼成過程後に棚構造体がばらされる傾向が増えており、これにより品物は一層容易に棚板から取り出され、新しい品物が一層容易に配置され得る。これにより、棚板は焼成炉外部で運搬手段としても使用され得る。焼成プロセスのためには、品物を積載された棚板が再び組み立てられて、棚システムを形成する。

棚構築のためには、ＳｉＣを主体とした材料が、その高い機械的強度および耐熱交番性に基づいて有利であることが判っている。低い比重および高い耐クリープ性に基づいて、ＳｉＣ材料は比較的軽量でかつ形状安定的である。したがって、ＳｉＣ材料は自動的な積み卸し（ローディングおよびアンローディング）のために特に適している。独国特許出願公開第１０２０１００６１１３４号明細書には、焼成台車構造体のための炭化ケイ素から成る、このようなセラミックの板が記載されている。板の下側には、ビーム状の中空室補強部が形成されており、ビーム状の中空室はそれぞれ１つの菱形を取り囲んでいる。しかし、ＳｉＣは、酸化雰囲気中で９００℃よりも高い温度で二酸化ケイ素に変わり、これにより、焼成用窯道具の表面にも、ガラス質の層が形成される。その結果、焼成温度および焼成時間に関連して、焼成用窯道具の接触面において接着が生じる。温度が増大するにつれて、酸化速度が増大し、ひいてはガラス層の形成が増大する。これに加えて、温度が増大するにつれて、ガラス層の粘度が下げられ、このことは接触面の一層良好な湿潤をもたらし、これにより接着が増幅される。独国特許出願公開第１０２０１００６１１３４号明細書に開示されているセラミックの板は、大きな平坦な面を有しており、この面には大きな焼成品も確実に貯えることができる。板の下側に設けられたビーム状の中空室補強部も、架台または焼成台車内での組込みの際に大面積にわたってベースに載置される。板と焼成品との間もしくは板とベースとの間のこれらの大きな接触面は、酸化雰囲気中での高い温度においてセラミックの板と焼成品もしくはベースとの大面積にわたる接着を生ぜしめ、ひいては焼成品または板の破損を生ぜしめる。それゆえに、酸化雰囲気中での１４５０℃を上回る焼成温度では、棚構造体への自動的な積卸しの際のスムーズな進行がもはや与えられていない。

本発明の根底を成す問題は、高い温度下での使用時に、面状の接触部を回避することにより、接触面において僅かな接着傾向しか有しないような、高温プロセス用の改善されたセッティングシステムまたは棚システムを提供することである。

本発明の課題は、請求項１の特徴部および請求項９の特徴部に記載の特徴により解決される。本発明の有利な実施態様は、従属項形式の各請求項から明らかとなる。

本発明によるセラミックの板は、高温使用のための焼成用窯道具として用いられる。このセラミックの板は、少なくとも２つのウェブを有しており、これらのウェブはセラミックの板の上側および／または下側に配置されており、この場合、これらのウェブは上側および／または下側で丸み付けされている。これにより、本発明による格子板は、次のような利点を有する。すなわち、セラミックの板と焼成品または別の焼成用窯道具（たとえば棚システム）との接触面が、点状の、場合によっては線状の接触個所にまで減少される。これにより、接触個所における接着は回避される。

焼成品、特にセラミックの製品を製造し得るようにするためには、これらの焼成品が炉内で焼成されなければならない。セラミックの製品は、炉内への持込みおよび炉からの取出しのために、製品の運搬のために働くことのできる装置に貯えられる。このためには、支持装置から成る焼成台車構造体を有する、相応する炉台車が知られている。焼成品のための相応する保持装置または支持システムは、複数の支持部および支持キャリヤ、たとえば支持ビーム、クロスビームおよび／または板から形成されていて、一般に焼成用窯道具と呼ばれる。その場合、炉台車を用いて、焼成品は炉内に持ち込まれ、かつ焼成後には炉から再び取り出される。このような炉台車によってプロセスシーケンスを自動化することもできる。

本発明の有利な実施態様では、ウェブの半径が、１ｍｍ〜２０ｍｍ、好適には２ｍｍ〜１０ｍｍである。本発明の枠内で、「半径」とは、ウェブの曲率半径を意味する。ウェブの曲率に基づき、載置面は最小化される。前記範囲内において、一方では焼成品の確実でかつ安定した載置が可能となり、他方では焼成品とセラミックの板との間の接触面が小さく保持されて、焼成過程の際に接着が回避されるようになる。さらに、ウェブを丸み付けすることにより、セラミックの板を載置する際の応力ピークによるスポーリングが回避される。

好適には、前記ウェブは、セラミックの板に載置される焼成品および／またはセラミックの板が載置される１つまたは複数の別の焼成用窯道具と共に、点状または線状の接触面を有する。特に好適には、ウェブと焼成品との間にも、ウェブと前記別の焼成用窯道具との間にも、点状または線状の接触面が存在する。セラミックの板に対して直接に接触する別の焼成用窯道具の例は、特に棚構造体のようなセッティングシステムである。点状および線状の接触面の形成により、本発明によれば、セラミックの板と焼成品および／または別の焼成用窯道具との接着が回避される。点状の接触面は、棚システムの昇温時および降温時における熱膨張により離れる。したがって、焼成品ならびにセラミックの板は、ハンドリング器具により僅かに力を加えるだけでスムーズに解離され得る。

点状の接触面の最大面積は、好適には３ｍｍ^２、特に好適には１ｍｍ^２である。これに基づき、焼成品とセラミックの板との間の接触面は、焼成過程において接着が全く生じないか、または極めて僅かな接着しか生じない程度に小さく保持される。

セラミックの板の本発明におけるウェブは、５ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する。この直径は、ウェブの最も広幅の個所で測定される。

ウェブは、好適にはセラミックの板に沿って対角線方向に配置されていて、特に好適にはセラミックの板全体に沿って延びている。このような配置によって、板を鋳込み成形により製造する場合には、空気封入物が生じることなしに型の充填が可能となる。

セラミックの板の特に好適な実施態様では、それぞれ４つのウェブが、１つの開口の輪郭を菱形に画定している。

択一的な別の実施態様では、前記開口が円形に形成されている。

セラミックの板は、好適には２×２個〜１００×１００個、特に好適には１０×１０個〜５０×５０個の開口を有する。

本発明によるセラミックの板は、５ｍｍ〜２０ｍｍの厚さＤおよび／または５００ｍｍ〜７００ｍｍの幅Ｂを有する。

本発明は、さらに棚システムであって：
− 少なくとも２つの中空プロファイル（中空成形材）であって、該中空プロファイルの一方の側に少なくとも２つのウェブを備えた中空プロファイルと、
− 前記中空プロファイルに載設配置されている少なくとも１つのセラミックの板と、
を有する棚システムにおいて、
前記中空プロファイルと前記セラミックの板とが、前記ウェブの範囲でのみ互いに接触している、
ことを特徴とする棚システムを包含する。

本発明による棚システムの内部では、セラミックの板と中空プロファイルとの接着が回避され得る。なぜならば、これら両コンポーネントの接触面が最小限にまで減少されるからである。したがって、セラミックの板は焼成過程後に棚システムから抵抗なく、ひいては自動化可能にも、取り出され得る。

中空プロファイルに設けられたウェブと、セラミックの板に設けられたウェブとは、互いに線状にのみ、好適には点状にのみ接触する。したがって、本発明によるセラミックの板および中空プロファイルには、接触面が減少されて、点状の、大きくとも線状の接触個所が得られるという利点がある。これにより、接触個所における接着は回避される。

特に好適な実施態様では、セラミックの板に設けられたウェブと、中空プロファイルに設けられたウェブとが、互いに対して傾けられているので、両ウェブの間には点状の接触面しか存在せず、これにより接触面は一層減少される。

本発明による棚システムの好適な実施態様では、中空プロファイルに設けられたウェブと、セラミックの板に設けられたウェブとの間の点状の接触面の最大面積が、３ｍｍ^２、好適には１ｍｍ^２である。これに基づいて、中空プロファイルとセラミックの板との間の接触面は、焼成過程において接着が全く生じないか、または極めて僅かな接着しか生じない程度に小さく保持される。

中空プロファイルに設けられたウェブは、中空プロファイル本体を越えて少なくとも１ｍｍ、好適には１.５ｍｍ〜５ｍｍだけ突出している。

中空プロファイルに設けられたウェブは、好適には中空プロファイルの上側と下側とに配置されている。

さらに、中空プロファイルに設けられたウェブは、中空プロファイルの全幅に沿って配置されている。

さらに別の可能な実施態様では、中空プロファイルが付加的ないぼ状の突起を含んでいる。これにより、セラミックの板はウェブによって、これらのいぼ状の突起にのみ載置され、このことは接触面の一層の最小化をもたらすので有利である。

本発明による棚システムのセラミックの板および／または中空プロファイルは、炭化ケイ素、好適には再結晶炭化ケイ素（ＲＳｉＣ）、窒化物結合炭化ケイ素（ＮＳｉＣ）、反応結合シリコン含浸炭化ケイ素（ＳｉＳｉＣ）、密に焼結された炭化ケイ素もしくは高密度焼結炭化ケイ素（ＳＳｉＣ）および／またはこれらの混合物を含有している。

焼成用窯道具は、焼成炉内で高い焼成温度にさらされていて、この焼成温度に耐えなければならない。それゆえに、焼成用窯道具は、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ムライト、ＲＳｉＣ、ＳｉＳｉＣまたはＮＳｉＣを主体としたセラミック材料から成っている。各材料の選択は、その都度の運転条件に関連している。セラミック材料は粘稠性の状態で石膏モデル内に充填され、この石膏モデル内で乾燥する。

本発明は、さらに、好適には棚システム、特に好適にはウェブを備えた中空プロファイルを有する棚システムにおける、高温プロセスにおける焼成用窯道具としての、ウェブを備えたセラミックの板の使用を包含する。

以下に、本発明の有利な構成を図面につき詳しく説明する。

公知先行技術による格子板として形成されたセラミックの棚板を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ったセラミックの棚板の横断面図である。 図１に示したセラミックの棚板の角隅範囲（Ｚ）の拡大図である。 格子板として形成された本発明によるセラミックの棚板を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿ったセラミックの棚板の横断面図である。 図４に示したセラミックの棚板の角隅範囲（Ｚ）の拡大図である。 図６のＧ−Ｇ線に沿ったセラミックの棚板の横断面図である。 ビームとして形成された本発明による中空プロファイルを示す平面図である。 図８に示した中空プロファイルの空間的な斜視図である。 図８のＤ−Ｄ線に沿った中空プロファイルの一部を示す横断面図である。 図８のＣ−Ｃ線に沿った中空プロファイルの横断面図である。 セラミックの棚板と中空プロファイルとを備えた棚システムを示す平面図である。 図１２に示した棚システムの側面図である。 図１３のＦ−Ｆ線に沿った棚システムの横断面図である。 図１４に示したセラミックの棚板と中空プロファイルとの間の接触範囲（Ｈ）の拡大図である。

図１、図２および図３には、公知先行技術による比較例が図示されている。本発明の実施形態は図４〜図１５に図示されている。

図１、図２および図３には、公知先行技術による、炉内の高温安定性のベースとして使用するための複数の開口３を備えた格子板１が図示されている。格子板１は、ケイ素および炭化ケイ素を用いて鋳込み成形法（スリップキャスティング法）で成形され、引き続き、窒素雰囲気下に焼結されて、Ｓｉ_３Ｎ_４結合ＳｉＣ（ＮＳｉＣ）を形成している。格子板１は５８０ｍｍの外側の幅Ｂおよび１０ｍｍの厚さＤを有する。

図４、図５、図６および図７には、複数の開口３を備えた本発明によるセラミックの板１が図示されている。このセラミックの板１はケイ素および炭化ケイ素を用いて鋳込み成形法で成形され、引き続き、窒素雰囲気下に焼結されて、Ｓｉ_３Ｎ_４結合ＳｉＣ（ＮＳｉＣ）を形成している。セラミックの板１は５８０ｍｍの外側の幅Ｂおよび１２ｍｍの厚さＤを有する。

本発明によるセラミックの板１の基本形状は、同じく格子板である。本発明によれば、セラミックの板１の表面が公知先行技術とは異なっている。格子板に沿って複数のウェブ２が延びており、これらのウェブ２はセラミックの板１に比べて１ｍｍだけ隆起されている。これによって、横断面で見て横置きされたセラミックの板１はウェブ２に沿ってのみ載置されている。ウェブ２の上面は丸み付けられており、本実施形態では３．６ｍｍの半径を持って丸み付けられている。これにより、セラミックの板１を載置する際の応力ピークによるスポーリングが回避され、そしてセラミックの板１の接触面が減少されることが望ましい。接触面を減少させることにより、本発明によれば、焼成プロセスにおける両部分の接着が回避される。

本実施形態では、ウェブ２が、セラミックの板１の全幅にわたって対角線方向に延びている。しかし、ウェブ２は、セラミックの板１が中空プロファイル４によって支持される範囲にのみ形成されるか、または横方向で、菱形体の節点によって、中断されたウェブ２としても形成され得る。

図８、図９、図１０および図１１には、方形の横断面を有する本発明における中空プロファイル（中空成形材）４が図示されている。図示された実施形態では、中空プロファイル４がビームである。中空プロファイル４は、ケイ素および炭化ケイ素を用いて鋳込み成形法で成形され、引き続き、窒素雰囲気下に焼結されて、Ｓｉ_３Ｎ_４結合ＳｉＣ（ＮＳｉＣ）を形成している。中空プロファイル４は、２６４０ｍｍの長さならびに５８ｍｍの高さおよび４０ｍｍの幅を有している。

中空プロファイル４の表面は、本発明によれば、公知先行技術とは異なっている。中空プロファイル４の上側および下側には、横方向で複数のウェブ５が延びている。これらのウェブ５は中空プロファイル表面に対して２ｍｍだけ隆起されている。これによって、中空プロファイル４は、横断面で見て縦置きされた状態でウェブ５に沿ってのみ載置される。ウェブ５の上面は丸み付けられており、本実施形態ではＲ＝５ｍｍを持って丸み付けられている。これにより、中空プロファイル４を載置する際の応力ピークによるスポーリングが回避され、かつ中空プロファイル４の接触面が減少されることが望ましい。接触面を減少させることにより、本発明によれば、焼成プロセスにおける両部分の接着が回避される。中空プロファイル４は付加的に、いぼ状の突起６を有している。これにより、板はウェブによってこれらのいぼ状の突起にのみ載置され、このことは接触面の一層の減少をもたらすので有利である。

図１２、図１３、図１４および図１５には、本発明による中空プロファイル４とセラミックの板１とから成る棚システム７が図示されている。ウェブ２とウェブ５とが互いに対して傾けられて延在していることにより、中空プロファイル４とセラミックの板１との相互接触面が減少されて、点状の載置が得られる。これにより、焼成過程における両部分の接着が回避されるので特に有利である。

例および比較例
本発明による中空プロファイル４とセラミックの板１とから成る棚システム７を、１５００℃の温度、最大温度での１０ｈの保持時間および７５ｈの全焼成サイクルでの焼成過程において焼成用窯道具としてテストした。本発明による中空プロファイル４とセラミックの板１との接触面は、ウェブ２とウェブ５とが互いに対して傾けられて延在していることにより、減少されて、点状の載置が得られる。

本発明による中空プロファイル４とセラミックの板１とは、公知先行技術に比べて、減少された接触面を有すると同時に、既に焼結後に意想外にも接着を示さなかったか、または極めて僅かな接着しか示さなかった。

点状の接触面は、棚システムの昇温および降温時における熱膨張により解離する。中空プロファイル４とセラミックの板１との残りの固着は、ハンドリング器具によって僅かに力を加えるだけでスムーズに解離され得る。

１ セラミックの板、格子板、棚板
２ ウェブ
３ 開口
４ 中空プロファイル、ビーム
５ ウェブ
６ いぼ状の突起
７ 棚システム、セッティングシステム
Ｂ セラミックの板の幅Ｂ
Ｄ セラミックの板の厚さＤ

Claims (13)

1. 焼成用窯道具としての高温使用のための棚システム（７）であって、
   少なくとも２つの中空プロファイル（４）であって、該中空プロファイル（４）の片側に少なくとも２つのウェブ（５）を備えた中空プロファイル（４）と、
   セラミックの板（１）であって、複数の開口（３）を備えた格子板と、該格子板から隆起するように該セラミックの板（１）の上側および下側に形成されるウェブ（２）と、を有するセラミックの板（１）と、を備え、
   前記セラミックの板（１）が前記中空プロファイル（４）上に載置されており、前記ウェブ（２）が、上側および下側で丸み付けされており、前記セラミックの板（１）に載置される焼成品との点状の接触面を形成しており、
   前記中空プロファイル（４）に設けられた前記ウェブ（５）と、前記セラミックの板（１）に設けられた前記ウェブ（２）とが、互いに点状に接触していることを特徴とする、棚システム（７）。
2. 前記セラミックの板（１）の前記ウェブ（２）の曲率半径が、１ｍｍ〜２０ｍｍである、請求項１記載の棚システム（７）。
3. 前記セラミックの板（１）に載置される焼成品との前記点状の接触面の最大面積が、３ｍｍ^２である、請求項１または２記載の棚システム（７）。
4. 前記セラミックの板（１）を板の面に対して垂直方向から見たとき、前記ウェブ（２）の最も広幅の箇所の長さが、５ｍｍ〜２０ｍｍである、請求項１から３までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
5. 前記セラミックの板（１）の前記格子板の格子は、該セラミックの板（１）の対角線方向に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
6. 前記セラミックの板（１）の前記格子板は、各開口（３）の輪郭を菱形に画定している、請求項１から５までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
7. 前記セラミックの板（１）が、２×２個〜１００×１００個の前記開口（３）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
8. 前記セラミックの板（１）が、５ｍｍ〜２０ｍｍの厚さＤおよび／または５００ｍｍ〜７００ｍｍの幅Ｂを有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
9. 前記中空プロファイル（４）に設けられた前記ウェブ（５）と、前記セラミックの板（１）に設けられた前記ウェブ（２）との間の点状の接触面の最大面積が、３ｍｍ^２である、請求項１から８までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
10. 前記中空プロファイル（４）に設けられた前記ウェブ（５）が、前記中空プロファイル（４）本体から少なくとも１ｍｍだけ突出している、請求項１から９までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
11. 前記中空プロファイル（４）に設けられた前記ウェブ（５）が、前記中空プロファイル（４）の上側と下側とに配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
12. 前記中空プロファイル（４）に設けられた前記ウェブ（５）が、前記中空プロファイル（４）の全幅に沿って配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の棚システム（７）。
13. 前記セラミックの板（１）および／または前記中空プロファイル（４）が、再結晶炭化ケイ素（ＲＳｉＣ）、窒化物結合炭化ケイ素（ＮＳｉＣ）、反応結合シリコン含浸炭化ケイ素（ＳｉＳｉＣ）、密に焼結された炭化ケイ素（ＳＳｉＣ）および／またはこれらの混合物を含有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の棚システム（７）。

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