JP6667597B1 - Method for producing coating agent and coating agent - Google Patents

Method for producing coating agent and coating agent Download PDF

Info

Publication number
JP6667597B1
JP6667597B1 JP2018205196A JP2018205196A JP6667597B1 JP 6667597 B1 JP6667597 B1 JP 6667597B1 JP 2018205196 A JP2018205196 A JP 2018205196A JP 2018205196 A JP2018205196 A JP 2018205196A JP 6667597 B1 JP6667597 B1 JP 6667597B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coating agent
silicon
emissivity
coating layer
sintered body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018205196A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020070348A (en
Inventor
雅裕 宮脇
雅裕 宮脇
善孝 高瀬
善孝 高瀬
高木 修
修 高木
知幸 山田
知幸 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TYK Corp
Original Assignee
TYK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TYK Corp filed Critical TYK Corp
Priority to JP2018205196A priority Critical patent/JP6667597B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6667597B1 publication Critical patent/JP6667597B1/en
Publication of JP2020070348A publication Critical patent/JP2020070348A/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

【課題】セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体の放射率を高めることができるコーティング剤の製造方法、及び、該製造方法により製造されるコーティング剤を提供する。【解決手段】二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーに、加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有させることにより、高放射率コーティング剤を製造する。製造されたコーティング剤は、二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有している。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a coating agent capable of increasing the emissivity of an inorganic sintered body based on a ceramics sintered body or a refractory brick, and a coating agent produced by the production method. SOLUTION: A slurry having a silicon dioxide content, which is converted into a silicic acid-based glass by heating, is made to have a high emissivity by containing the elemental silicon which remains only as a silicon-only substance when the silicic acid-based glass is heated. A coating agent is manufactured. The produced coating agent is a slurry that contains silicon dioxide and becomes a silicic acid glass by heating, and contains only elemental silicon that remains as elemental silicon when it becomes silicic acid glass by heating. . [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体用のコーティング剤の製造方法、及び、該製造方法により製造されるコーティング剤に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a coating agent for an inorganic sintered body having a ceramic sintered body or a refractory brick as a base, and a coating agent produced by the production method.

流体の流路に配置され流体から熱を回収する蓄熱体として、蓄熱式バーナ(リジェネバーナ)の熱交換部に配される蓄熱体を例示することができる。蓄熱式バーナは、鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、焼成炉などの工業炉において使用されているバーナであり、バーナの燃焼により高温となった排ガスと、バーナの燃焼のために新たに供給されるガスとを、交互に熱交換部に流通させるべく、ガスの流通方向が所定時間間隔で切り換えられる。排ガスの熱は蓄熱体によって回収され、回収された熱によって、新たに供給されるガスが予熱される。本出願人はこれまで、セラミックス焼結体を基体とする蓄熱体の熱交換特性を高めるために、比表面積や熱容量の観点から検討、開発を進めてきている(例えば、特許文献1参照)。伝熱には、伝導、対流、放射(輻射)があるが、蓄熱体による伝熱には、放射の寄与が大きいと考えられる。放射エネルギーは絶対温度の4乗に比例して増大するため、工業炉のような高温の環境下で使用される蓄熱体については、放射率を高める意義が高い。   Examples of the heat storage element that is disposed in the fluid flow path and recovers heat from the fluid include a heat storage element that is disposed in a heat exchange unit of a regenerative burner (regenerative burner). A regenerative burner is a burner used in industrial furnaces such as forging furnaces, heat treatment furnaces, melting furnaces, and firing furnaces. The flowing direction of the gas is switched at predetermined time intervals so that the gas flows alternately through the heat exchange unit. The heat of the exhaust gas is recovered by the regenerator, and the recovered heat preheats a newly supplied gas. The present applicant has been studying and developing from the viewpoint of the specific surface area and the heat capacity in order to enhance the heat exchange characteristics of the heat storage body having a ceramic sintered body as a base (for example, see Patent Document 1). Although heat transfer includes conduction, convection, and radiation (radiation), it is considered that radiation contributes greatly to heat transfer by a heat storage body. Since the radiant energy increases in proportion to the fourth power of the absolute temperature, increasing the emissivity of a heat storage element used in a high-temperature environment such as an industrial furnace is highly significant.

一方、耐火レンガは、セラミックスと共通する原料から形成される焼結体であり、製鉄・製鋼施設において、炉壁、炉底、溶融金属を炉外に排出する管路、溶融金属にガス等を吹き込むパイプ等の炉の附属品、などを構成する構造体として使用されている。耐火レンガが使用される環境は非常に高温であり、効率良く高温が維持されることが要請されるため、構造体としての耐火レンガについても放射率を高める意義が高い。   On the other hand, refractory bricks are sinters formed from raw materials common to ceramics.In steelmaking and steelmaking facilities, furnace walls, furnace bottoms, pipes for discharging molten metal outside the furnace, It is used as a structure that constitutes a furnace accessory such as a blown pipe. The environment in which refractory bricks are used is extremely high temperature, and it is required that the high temperature be maintained efficiently. Therefore, it is highly significant to increase the emissivity of refractory bricks as a structure.

本発明者らは、無機焼結体の基体自体の改良ではなく、基体を被覆するコーティング層によって放射率を高めることができれば、基体の種類によらず無機焼結体の放射率を簡易に高めることができると考えた。   The inventors of the present invention will not simply improve the base of the inorganic sintered body itself, but simply increase the emissivity of the inorganic sintered body regardless of the type of the base if the emissivity can be increased by a coating layer covering the base. Thought it could be.

特許第6194068号公報Japanese Patent No. 6194068

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体の放射率を高めることができるコーティング剤の製造方法、及び、該製造方法により製造されるコーティング剤の提供を、課題とするものである。   In view of the above circumstances, the present invention provides a method for producing a coating agent capable of increasing the emissivity of a ceramic sintered body or an inorganic sintered body based on a refractory brick, and is produced by the production method. It is an object to provide a coating agent.

上記の課題を解決するため、本発明にかかる高放射率コーティング剤の製造方法は、
「二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーに、
加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有させる」ものである。
In order to solve the above problems, a method for producing a high emissivity coating agent according to the present invention,
"Slurry containing silicon dioxide, which becomes silicate glass by heating,
When the silicate glass is formed by heating, only the simple silicon which remains as the simple silicon is contained. "

一方、本発明にかかる高放射率コーティング剤(単に、「コーティング剤」と称することがある)は、
「二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、
加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有する」ものである。これは、上記構成の製造方法により製造されるコーティング剤の構成である。
On the other hand, the high emissivity coating agent according to the present invention (may be simply referred to as “coating agent”) is
`` It is a slurry that contains silicon dioxide and becomes a silicate glass by heating,
It contains simple silicon which remains only as simple silicon when it becomes a silicate glass by heating. " This is the configuration of the coating agent manufactured by the manufacturing method having the above configuration.

一般的に、滑らかでつるつるした表面を有する物体や、表面に光沢のある物体の放射率は小さい。ケイ酸系ガラスの層で物体の表面を被覆すると、滑らかでつるつるした光沢のある表面となるにも関わらす、本発明者らの検討の結果、意外にも、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層(以下、「コーティング層」と称することがある)で無機焼結体の基体の表面を被覆すると、無機焼結体の放射率を高めることができることが判明した。これは、単体ケイ素を含有させることにより、ケイ酸系ガラスが濃色(黒っぽい紺色〜黒色)を呈することが、理由の一つであると考えられた。   Generally, emissivity of an object having a smooth and smooth surface or an object having a glossy surface is small. Despite the fact that coating the surface of an object with a layer of silicate glass results in a smooth, smooth and glossy surface, as a result of our studies, surprisingly, the It has been found that the emissivity of the inorganic sintered body can be increased by coating the surface of the inorganic sintered body with a glass layer (hereinafter, may be referred to as a “coating layer”). This was considered to be one of the reasons that the silicate glass exhibited a deep color (blackish dark blue to black) by containing elemental silicon.

コーティング剤に単体ケイ素を含有させておいても、コーティング剤をガラス化させる加熱の際に、少なくとも一部の単体ケイ素は酸化して二酸化ケイ素となってしまう。そのため、本発明のコーティング剤には、ガラス化した後でも単体ケイ素として残留させるために十分な量の単体ケイ素を、含有させる必要がある。   Even when simple silicon is contained in the coating agent, at least a part of the single silicon is oxidized to silicon dioxide during heating for vitrifying the coating agent. Therefore, the coating agent of the present invention needs to contain a sufficient amount of elemental silicon to remain as elementary silicon even after vitrification.

本発明にかかる高放射率コーティング剤は、上記構成に替えて、
「二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、
固形分組成における単体ケイ素の含有率は、少なくとも22質量%である」ものとすることができる。
High emissivity coating agent according to the present invention, instead of the above configuration,
`` It is a slurry that contains silicon dioxide and becomes a silicate glass by heating,
The content of elemental silicon in the solid content composition is at least 22% by mass. "

詳細は後述するように、コーティング剤の固形分組成における単体ケイ素の含有率を少なくとも22質量%とすることにより、コーティング剤をガラス化させたコーティング層に、単体ケイ素を残留させることができる。   As will be described in detail later, by setting the content of simple silicon in the solid content composition of the coating agent to at least 22% by mass, the simple silicon can be left in the coating layer where the coating agent is vitrified.

本発明にかかる高放射率コーティング剤は、上記構成に加え、
「コバルト成分を含有しない、または、コバルト成分の含有量がケイ素原子100重量部に対してコバルト原子1.5重量部以下である」ものとすることができる。
The high emissivity coating agent according to the present invention, in addition to the above configuration,
"It does not contain a cobalt component, or the content of the cobalt component is 1.5 parts by weight or less of cobalt atoms per 100 parts by weight of silicon atoms."

従来、セラミックス焼結体などの無機材料の表面を何らかのコーティング剤で被覆する場合、コバルト成分を含有するコーティング剤が多用されてきた。これは、コーティング剤にコバルト成分を含有させると、無機材料に対するコーティング剤の接着性が高まると考えられていたためである。ところが、本発明者らの検討の結果、コバルト成分を含有すると、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層が放射率を高める作用が低下することが判明した。   Conventionally, when coating the surface of an inorganic material such as a ceramic sintered body with a certain coating agent, a coating agent containing a cobalt component has been frequently used. This is because it has been considered that when the coating agent contains a cobalt component, the adhesiveness of the coating agent to the inorganic material is enhanced. However, as a result of the study of the present inventors, it has been found that when a cobalt component is contained, the effect of increasing the emissivity of the layer of silicate glass containing elemental silicon is reduced.

詳細は後述するように、コーティング層は、コバルト成分は含有しないことが望ましく、そのためには、コーティング剤がコバルト成分を含有しないものとする。また、コーティング層はコバルト成分を含有するとしても、酸化コバルト(III)換算でケイ素原子100重量部に対して2.2重量部以下に抑えることが望ましい。そのためには、コーティング剤におけるコバルト成分の含有量を、ケイ素原子100重量部に対してコバルト原子1.5重量部以下とする。   As will be described in detail later, it is desirable that the coating layer does not contain a cobalt component, and for that purpose, the coating agent does not contain a cobalt component. Further, even if the coating layer contains a cobalt component, it is desirable to suppress the content to 2.2 parts by weight or less based on 100 parts by weight of silicon atoms in terms of cobalt (III) oxide. For that purpose, the content of the cobalt component in the coating agent is set to 1.5 parts by weight or less of cobalt atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

本発明にかかる高放射率コーティング剤の製造方法は、上記構成において、「ケイ素原子100重量部に対して12重量部〜13重量部のアルミニウム原子を含有する」ものである。また、本発明にかかる高放射率コーティング剤は、上記構成において、「ケイ素原子100重量部に対して12重量部〜13重量部のアルミニウム原子を含有する」ものである。 In the method for producing a high emissivity coating agent according to the present invention, the composition described above "contains 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms per 100 parts by weight of silicon atoms". The high emissivity coating agent according to the present invention, Oite the above configuration, "containing 12 parts by weight to 13 parts by weight of aluminum atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms" Ru der ones.

これは、コーティング層を形成する対象とする無機焼結体の基体が、アルミナセラミックス焼結体、または、ジルコニアセラミックス焼結体である場合に適しているコーティング剤の構成である。詳細は後述するように、基体がアルミナセラミックス焼結体、または、ジルコニアセラミックス焼結体である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が、少なくともケイ素原子100重量部に対して23重量部〜25重量部の範囲であれば、放射率を高める作用が発揮されることが確認された。そのためには、コーティング剤におけるアルミニウム成分の含有量を、ケイ素原子100重量部に対してアルミニウム原子12重量部〜13重量部とする。   This is a configuration of a coating agent that is suitable when the substrate of the inorganic sintered body on which the coating layer is to be formed is an alumina ceramic sintered body or a zirconia ceramic sintered body. As will be described in detail later, when the substrate is an alumina ceramic sintered body or a zirconia ceramic sintered body, the content of aluminum oxide in the coating layer is at least 23 parts by weight based on at least 100 parts by weight of silicon atoms. It was confirmed that the effect of increasing the emissivity was exhibited within the range of 25 parts by weight. For this purpose, the content of the aluminum component in the coating agent is set to 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

以上のように、本発明によれば、セラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体の放射率を高めることができるコーティング剤の製造方法、及び、該製造方法により製造されるコーティング剤を、提供することができる。   As described above, according to the present invention, a method for producing a coating agent capable of increasing the emissivity of an inorganic sintered body based on a ceramic sintered body or a refractory brick, and a coating produced by the production method An agent can be provided.

(a),(b),(c)は、それぞれアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素セラミックス焼結体の基体の表面を、コーティング剤E1によるコーティング層で被覆した試料の積分放射率を、コーティング層を有しない試料と対比したグラフである。(A), (b), and (c) respectively show the integrated emissivity of a sample in which the surface of a substrate of alumina, zirconia, or silicon carbide ceramics was coated with a coating layer of a coating agent E1, and the coating layer having a coating layer. It is a graph compared with the sample which does not. (a),(b),(c)は、それぞれアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素セラミックス焼結体の基体の表面を、コーティング剤E2によるコーティング層で被覆した試料、及びコーティング剤E3によるコーティング層で被覆した試料の積分放射率を、コーティング剤E1によるコーティング層で被覆した試料と対比したグラフである。(A), (b), and (c) respectively show a sample in which the surface of a substrate of alumina, zirconia, and silicon carbide ceramics was coated with a coating layer of a coating agent E2 and a coating layer of a coating agent E3. 5 is a graph comparing the integrated emissivity of a sample obtained with a sample coated with a coating layer with a coating agent E1. (a),(b),(c)は、それぞれアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素セラミックス焼結体の基体の表面を、コーティング剤E4によるコーティング層で被覆した試料の積分放射率を、コーティング剤E1によるコーティング層で被覆した試料と対比したグラフである。(A), (b), and (c) show the integrated emissivity of a sample in which the surface of a substrate of alumina, zirconia, and silicon carbide ceramics was coated with a coating layer of a coating agent E4, respectively. It is a graph in comparison with the sample coated with the coating layer. (a),(b),(c)は、炭化ケイ素セラミックス焼結体の基体の表面を、厚さの異なるコーティング層(コーティング剤E1による)で被覆した試料について、それぞれ400℃、600℃、及び、800℃で測定した積分放射率を示すグラフである。(A), (b), and (c) show the samples obtained by coating the surface of the silicon carbide ceramics sintered body with coating layers having different thicknesses (by the coating agent E1) at 400 ° C., 600 ° C., respectively. 3 is a graph showing the integrated emissivity measured at 800 ° C.

以下、本発明の具体的な実施形態であるコーティング剤の製造方法、これにより製造されるコーティング剤、コーティング剤により形成されたコーティング層を有する無機焼結体、及び、無機焼結体の製造方法について説明する。   Hereinafter, a method of manufacturing a coating agent according to a specific embodiment of the present invention, a coating agent manufactured by the method, an inorganic sintered body having a coating layer formed by the coating agent, and a method of manufacturing an inorganic sintered body Will be described.

本実施形態であるコーティング剤の製造方法は、二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーに、加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有させるものである。   The method for producing a coating agent according to the present embodiment contains silicon dioxide, and a slurry that becomes a silicate glass by heating, a simple silicon that only remains as a simple silicon when it becomes a silicate glass by heating. It is to be contained.

コーティング剤の製造方法をより具体的に説明すると、まず、コーティング剤の原料を、水や有機溶媒である液媒体、及び、バインダと共に十分に混合し、粘度が調整されたスラリーとする。   More specifically, the method for producing the coating agent will be described. First, the raw material of the coating agent is sufficiently mixed with a liquid medium such as water or an organic solvent, and a binder to obtain a slurry whose viscosity is adjusted.

ケイ酸系ガラスの主成分である二酸化ケイ素の供給源としては、シリカ粉末、ガラス粉末(ガラスフリット)、粘土を単独で使用し、或いは、複数を併用することができる。コーティング剤には、必須の成分として単体ケイ素(金属シリコン)を含有させる。単体ケイ素は、コーティング剤を加熱によりガラス化させる工程において、少なくとも一部が酸化されて二酸化ケイ素となる。そこで、ガラス化させた後に単体ケイ素として残留させるために十分な量の単体ケイ素を、コーティング剤に含有させる。   As a source of silicon dioxide, which is a main component of the silicate glass, silica powder, glass powder (glass frit), and clay can be used alone or in combination. The coating agent contains elemental silicon (metallic silicon) as an essential component. At least a part of the elemental silicon is oxidized into silicon dioxide in the step of vitrifying the coating agent by heating. Therefore, a sufficient amount of elemental silicon to remain as elementary silicon after vitrification is contained in the coating agent.

コーティング剤の原料には、二酸化ケイ素の供給源と単体ケイ素に加えて、他の成分を含有させることができる。酸化ホウ素(B)の添加により、ガラスの粘性(流動性)や耐久性を調整することができる。アルカリ金属の酸化物(NaO、KO、LiOなど)は、ガラスの粘性を低下させると共に、ガラス転移点を低下させる。アルカリ土類金属の酸化物(CaO、MgO、BaO、SrOなど)は、ガラスの化学的耐久性を高めると共に、ガラスの非結晶化・結晶化に影響を及ぼす。酸化アルミニウムは、ガラスの化学的耐久性を高める効果があるが、後述するように、無機焼結体の放射率に影響を及ぼす。 The raw material of the coating agent may contain other components in addition to the source of silicon dioxide and the elemental silicon. By adding boron oxide (B 2 O 3 ), the viscosity (fluidity) and durability of the glass can be adjusted. Alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, etc.) lower the viscosity of the glass and lower the glass transition point. Alkaline earth metal oxides (CaO, MgO, BaO, SrO, etc.) increase the chemical durability of the glass and affect the non-crystallization / crystallization of the glass. Aluminum oxide has the effect of increasing the chemical durability of the glass, but affects the emissivity of the inorganic sintered body, as described later.

上記の製造方法により、二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有すコーティング剤が製造される。   According to the above production method, a slurry containing silicon dioxide, which is a slurry that becomes a silicate glass by heating, and a coating agent containing a simple silicon that only remains as a simple silicon when it becomes a silicate glass by heating, Manufactured.

上記構成のコーティング剤を使用することにより、セラミックス焼結体または耐火レンガの基体の表面が、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスの層である高放射率コーティング層で被覆されている構成の無機焼結体を製造することができる。   By using the coating agent having the above structure, the surface of the ceramic sintered body or the refractory brick substrate is coated with a high emissivity coating layer which is a layer of silicate glass containing elemental silicon. A sintered body can be manufactured.

より具体的に説明すると、上記構成の無機焼結体は、基体の表面をコーティング剤で被覆する被覆工程と、コーティング剤が被覆された基体を加熱し、コーティング剤をガラス化して基体の表面に固着させるガラス化工程と、を具備する製造方法によって製造することができる。   More specifically, the inorganic sintered body having the above-described structure has a coating step of coating the surface of a substrate with a coating agent, and heating the substrate coated with the coating agent to vitrify the coating agent to form a coating on the surface of the substrate. And a vitrification step of fixing.

被覆工程は、コーティング剤を基体の表面に塗布・スプレーする工程、基体をコーティング剤に浸漬する工程とすることができる。また、基体が多孔質の場合は、コーティング剤を基体に含浸させる工程とすることができる。その場合、多孔質の基体を減圧された雰囲気におくことにより、空気が除かれた開気孔の内部にコーティング剤が浸入する。これにより、基体の表面がコーティング剤で被覆されると共に、表面に近い部分で開気孔にコーティング剤が充填される。   The coating step can be a step of applying and spraying a coating agent on the surface of the substrate, or a step of dipping the substrate in the coating agent. When the substrate is porous, a step of impregnating the substrate with a coating agent can be performed. In that case, by placing the porous substrate in a decompressed atmosphere, the coating agent enters into the open pores from which air has been removed. Thus, the surface of the substrate is covered with the coating agent, and the open pores are filled with the coating agent in a portion near the surface.

ここで、基体とするセラミックス焼結体の「セラミックス」は、酸化物セラミックスでも非酸化物セラミックスでもよく、酸化物セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、マグネシウムアルミニウムスピネル、を例示することができ、非酸化物セラミックスとしては、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化マグネシウムを例示することができる。また、基体とする「耐火レンガ」としては、高アルミナ質、アルミナ−マグネシア質、マグネシア質、ジルコニア質、アルミナ−カーボン質、マグネシア−カーボン質、アルミナ−マグネシア−カーボン質、アルミナ−スピネル−カーボン質、アルミナ−ジルコニア−カーボン質の耐火レンガを例示することができる。   Here, the “ceramic” of the ceramic sintered body as the base may be an oxide ceramic or a non-oxide ceramic, and examples of the oxide ceramic include alumina, zirconia, magnesia, mullite, and magnesium aluminum spinel. Examples of the non-oxide ceramic include silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, and magnesium nitride. Examples of the refractory brick as the base include high alumina, alumina-magnesia, magnesia, zirconia, alumina-carbon, magnesia-carbon, alumina-magnesia-carbon, and alumina-spinel-carbon. , Alumina-zirconia-carbon refractory bricks.

ガラス化工程では、まず、コーティング剤中の液媒体を除去する乾燥処理を行う。この乾燥処理は、70℃〜100℃の低温で2時間〜30時間加熱することにより行うことができる。次に、コーティング剤をガラス化させるガラス化処理を行う。このガラス化処理は、例えば、コーティング剤で被覆した基体を、空気雰囲気において温度800℃〜1200℃で1時間〜30時間加熱することにより行うことができる。この処理によって、コーティング剤は、単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスとなり、軟化して基体の表面に密着する。その後に冷却すれば、ガラスが固化することにより、緻密な気密性のガラス相であるコーティング層となる。   In the vitrification step, first, a drying treatment for removing a liquid medium in the coating agent is performed. This drying treatment can be performed by heating at a low temperature of 70 ° C to 100 ° C for 2 hours to 30 hours. Next, vitrification treatment for vitrifying the coating agent is performed. This vitrification treatment can be performed, for example, by heating the substrate coated with the coating agent at a temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. for 1 hour to 30 hours in an air atmosphere. By this treatment, the coating agent becomes silicate glass containing elemental silicon, softens, and adheres to the surface of the substrate. After cooling, the glass solidifies to form a coating layer that is a dense and airtight glass phase.

このようにして製造された無機焼結体では、基体の表面を被覆しているコーティング層の存在により、このようなコーティング層を有していない無機焼結体(基体のみからなる無機焼結体)に比べて、放射率が高められる。   In the inorganic sintered body manufactured as described above, the presence of the coating layer covering the surface of the base causes the inorganic sintered body not having such a coating layer (the inorganic sintered body including only the base) to be present. E), the emissivity is increased.

また、ケイ酸系ガラスは高温下で軟化して延び、塑性変形する。そのため、脆性材料であるセラミックス焼結体または耐火レンガを基体とする無機焼結体が、高温の雰囲気で使用されているときに仮に亀裂が発生したとしても、軟化したケイ酸系ガラスがそれを埋めるため、亀裂が伸展して破壊に至ることが抑制される。従って、本実施形態のコーティング剤で形成されたコーティング層を有する無機焼結体は、放射率が高められていると共に、耐熱衝撃性も高められている。   Further, the silicate glass is softened and extended under high temperature and plastically deforms. Therefore, even if a ceramic sintered body which is a brittle material or an inorganic sintered body based on a refractory brick is used in a high-temperature atmosphere, even if a crack is generated, the softened silicate-based glass causes the crack. The filling suppresses the extension of the crack and the destruction. Therefore, the inorganic sintered body having the coating layer formed by the coating agent of the present embodiment has an increased emissivity and an increased thermal shock resistance.

加えて、基体が多孔質である場合、基体の開気孔にもケイ酸系ガラスの層が充填されている。これにより、開気孔におけるケイ酸系ガラスの層がクッションとなって、無機焼結体の受ける熱衝撃が吸収・緩和されるため、このことによっても無機焼結体の耐熱衝撃性が高められている。   In addition, when the substrate is porous, the open pores of the substrate are also filled with a layer of silicate glass. As a result, the layer of silicate glass in the open pores serves as a cushion, and the thermal shock received by the inorganic sintered body is absorbed and moderated, which also increases the thermal shock resistance of the inorganic sintered body. I have.

以下、実施例のコーティング剤、その製造方法、及び、実施例のコーティング剤により形成されたコーティング層を有する無機焼結体について説明する。まず、コーティング剤を製造した。コーティング剤の原料としては、組成の異なる二種類のガラス粉末、粘土、単体ケイ素、炭化ケイ素、及び、硝酸ナトリウムを使用した。これらの原料を、水及びバインダと混合してスラリー状とし、コーティング剤E1とした。コーティング剤E1の固形分組成を、表1に示す。   Hereinafter, a coating agent of an example, a manufacturing method thereof, and an inorganic sintered body having a coating layer formed by the coating agent of the example will be described. First, a coating agent was manufactured. As a raw material of the coating agent, two kinds of glass powders having different compositions, clay, simple silicon, silicon carbide, and sodium nitrate were used. These raw materials were mixed with water and a binder to form a slurry, which was used as a coating agent E1. Table 1 shows the solid composition of the coating agent E1.

Figure 0006667597
Figure 0006667597

表1に示すように、コーティング剤E1は、二酸化ケイ素(SiO)、単体ケイ素(単体Si)に加えて、炭化ケイ素(SiC)、酸化ホウ素(B)、酸化アルミニウム(Al)、アルカリ金属の酸化物(NaO、KO)、アルカリ土類金属の酸化物(CaO)を含有している。なお、このコーティング剤E1には、コバルト成分を含有させていない。 As shown in Table 1, in addition to silicon dioxide (SiO 2 ) and simple silicon (simple Si), the coating agent E1 includes silicon carbide (SiC), boron oxide (B 2 O 3 ), and aluminum oxide (Al 2 O). 3 ) contains alkali metal oxides (Na 2 O, K 2 O) and alkaline earth metal oxides (CaO). Note that this coating agent E1 does not contain a cobalt component.

上記の固形分組成は、蛍光X線分析、及び、湿式化学分析によって分析したものである。蛍光X線分析では、二酸化ケイ素、単体ケイ素、及び、炭化ケイ素の合計の重量割合が酸化物換算で求められるが、湿式化学分析によって求められる二酸化ケイ素、単体ケイ素、及び、炭化ケイ素の重量比を用いて、それぞれの重量割合を算出した。   The above-mentioned solid content composition was analyzed by fluorescent X-ray analysis and wet chemical analysis. In the fluorescent X-ray analysis, the total weight ratio of silicon dioxide, elemental silicon, and silicon carbide is determined in terms of oxide, but the weight ratio of silicon dioxide, elemental silicon, and silicon carbide determined by wet chemical analysis is The respective weight ratios were calculated.

セラミックス焼結体として、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO2)、及び、炭化ケイ素(SiC)の焼結体をそれぞれ使用して同一形状で同一サイズの基体を複数準備し、コーティング剤E1を表面に塗布した。その後、表面がコーティング剤E1で被覆された基体を加熱し、コーティング剤E1をガラス化して基体にしっかりと密着させた。コーティング剤E1がガラス化して形成されたコーティング層の厚さは、100μmであった。 A plurality of substrates having the same shape and the same size are prepared by using a sintered body of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2), and silicon carbide (SiC), respectively, as a ceramic sintered body, and a coating agent E1 Was applied to the surface. Thereafter, the substrate whose surface was coated with the coating agent E1 was heated to vitrify the coating agent E1 and firmly adhere to the substrate. The thickness of the coating layer formed by vitrification of the coating agent E1 was 100 μm.

このコーティング層について、上記と同様に分析した組成を表1に合わせて示す。コーティング剤E1の組成と、これによるコーティング層の組成とを対比すると、コーティング層ではコーティング剤E1より二酸化ケイ素が増加している一方で、単体ケイ素が減少している。このことから、ガラス化させる加熱処理の際に、単体ケイ素の一部が酸化して二酸化ケイ素となっているが、ガラス化後も単体ケイ素が残存していることが分かる。   Table 1 shows the composition of the coating layer analyzed in the same manner as described above. When the composition of the coating agent E1 is compared with the composition of the coating layer formed by the coating agent E1, silicon dioxide is increased in the coating layer compared to the coating agent E1, while elementary silicon is decreased. From this, it can be seen that, during the heat treatment for vitrification, a part of the simple silicon is oxidized to silicon dioxide, but the simple silicon remains after the vitrification.

このような単体ケイ素を含有するケイ酸系ガラスのコーティング層で、アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体の表面が被覆された各試料について、放射率を測定した。放射率は、遠赤外線放射率測定装置(株式会社島津製作所製、IRTracer−100)を使用し、JIS R1801に則り、100℃〜800℃の温度で測定した。各試料について、積分波長範囲を2.5μm〜25μmとして計算した積分放射率を、図1(a)〜図1(c)に示す。図1(a)は基体がアルミナの場合であり、図1(b)は基体がジルコニアの場合であり、図1(c)は基体が炭化ケイ素の場合である。   The emissivity was measured for each sample in which the surface of the substrate, which is a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide, was coated with the coating layer of the silicate glass containing elemental silicon. The emissivity was measured at a temperature of 100 ° C. to 800 ° C. according to JIS R1801, using a far-infrared emissivity measuring device (IRTracer-100, manufactured by Shimadzu Corporation). FIGS. 1A to 1C show the integrated emissivity calculated for each sample when the integrated wavelength range is 2.5 μm to 25 μm. FIG. 1A shows the case where the substrate is alumina, FIG. 1B shows the case where the substrate is zirconia, and FIG. 1C shows the case where the substrate is silicon carbide.

比較のために、同一の基体(アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体)のみからなり、コーティング層を有していない試料について、同様に測定した積分放射率を図1(a)〜図1(c)に合わせて示す。   For comparison, the integrated emissivity of a sample consisting of only the same substrate (substrate which is a sintered body of alumina, zirconia and silicon carbide) and having no coating layer is shown in FIG. a) to FIG. 1 (c).

図1(a)及び図1(b)から明らかなように、基体がアルミナ、及び、ジルコニアの焼結体である場合は、コーティング剤E1でコーティング層を形成することにより、全温度範囲にわたり放射率が大きく増加している。これは、アルミナ、及び、ジルコニアの焼結体が白色であるため、濃色のコーティング層で被覆することにより放射率が高められる効果が、顕著にあらわれたものと考えられる。   As is clear from FIGS. 1 (a) and 1 (b), when the substrate is a sintered body of alumina and zirconia, by forming a coating layer with the coating agent E1, radiation is obtained over the entire temperature range. The rate has increased significantly. This is probably because the sintered body of alumina and zirconia is white, and the effect of increasing the emissivity by coating with a dark coating layer has been remarkably exhibited.

一方、図1(c)に示すように、基体が炭化ケイ素の焼結体である場合は、100℃〜400℃の範囲では放射率が上昇しているが、その上昇の程度は、基体がアルミナやジルコニアである場合に比べて小さい。これは、本実施例で使用した炭化ケイ素焼結体がもともと濃色(深緑色)を呈しており、コーティング層の無い状態でアルミナやジルコニアに比べて高い放射率を有しているため、濃色のコーティング層によって放射率が高められる効果があらわれにくいと考えられた。また、基体が炭化ケイ素である場合は、500℃でコーティング層の有無に関わらず同程度の放射率を示し、それより高い温度ではコーティング層を有する方が、コーティング層の無い試料より放射率が僅かに減少する傾向が見られた。しかしながら、実際に炭化ケイ素セラミックス焼結体が蓄熱体などとして使用される現場には、雰囲気の温度範囲が100℃〜400℃程度である現場も多いため、この温度範囲であっても炭化ケイ素セラミックス焼結体の放射率を高めることができる意義は高い。   On the other hand, as shown in FIG. 1 (c), when the substrate is a sintered body of silicon carbide, the emissivity increases in the range of 100 ° C. to 400 ° C. Smaller than the case of alumina or zirconia. This is because the silicon carbide sintered body used in this example originally exhibited a deep color (dark green) and had a higher emissivity than alumina or zirconia without a coating layer. It was thought that the effect of increasing the emissivity by the color coating layer was unlikely to appear. Further, when the substrate is silicon carbide, the same emissivity is exhibited at 500 ° C. regardless of the presence or absence of the coating layer. At a higher temperature, the emissivity of the sample having the coating layer is higher than that of the sample having no coating layer. A slight decrease was observed. However, there are many sites where the silicon carbide ceramic sintered body is actually used as a heat storage body or the like, in which the temperature range of the atmosphere is about 100 ° C. to 400 ° C. Therefore, even in this temperature range, the silicon carbide ceramics is used. It is highly significant that the emissivity of the sintered body can be increased.

そして、表1に示した組成変化と放射率の測定結果とを考え合わせると、コーティング剤の固形分組成において単体ケイ素を少なくとも22質量%含有させることにより、放射率を高めるために必要な単体ケイ素をコーティング層に残存させることができる。   When the composition change and the measurement result of the emissivity shown in Table 1 are considered, the simple silicon necessary for increasing the emissivity by containing at least 22% by mass of the simple silicon in the solid content composition of the coating agent. Can be left in the coating layer.

次に、コーティング層が放射率を高める作用に対するコバルト成分の影響について示す。上記のコーティング剤E1の固形分組成に対し、酸化コバルト(III)を外掛けで1%添加し、コーティング剤E2とした。コーティング剤(加熱前)とコーティング層(ガラス化後)とで変化しない基準として、ケイ素原子(SiOのSi、単体SiのSi、及び、SiCのSiの合計)を選択すると、コーティング剤E2によるコーティング層におけるコバルト成分の含有量は、酸化コバルト(III)換算でケイ素原子100重量部に対して2.2重量部である。 Next, the effect of the cobalt component on the action of the coating layer to increase the emissivity will be described. Coating (E) was added to the solid content composition of the above coating agent E1 at an outer rate of 1% to obtain coating agent E2. When silicon atoms (total of Si of SiO 2 , Si of elemental Si, and Si of SiC) are selected as a standard that does not change between the coating agent (before heating) and the coating layer (after vitrification), the coating agent E2 The content of the cobalt component in the coating layer is 2.2 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atoms in terms of cobalt (III) oxide.

一方、コーティング剤に添加するコバルト成分は、酸化コバルト(III)以外のコバルト化合物であっても良い。そこで、コバルト原子で含有量を表すと、コーティング剤E2におけるコバルト成分の含有量は、ケイ素原子100重量部に対してコバルト原子1.5重量部である。   On the other hand, the cobalt component added to the coating agent may be a cobalt compound other than cobalt (III) oxide. Therefore, when the content is represented by cobalt atoms, the content of the cobalt component in the coating agent E2 is 1.5 parts by weight of cobalt atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

更に、コーティング剤E1の固形分組成に対し、酸化コバルト(III)を外掛けで2%添加し、コーティング剤E3とした。上記と同様に計算すると、コーティング剤E3によるコーティング層におけるコバルト成分の含有量は、酸化コバルト(III)換算でケイ素原子100重量部に対して4.4重量部である。また、コーティング剤E3におけるコバルト成分の含有量は、ケイ素原子100重量部に対してコバルト原子3.1重量部である。   Furthermore, 2% of cobalt (III) oxide was externally added to the solid composition of the coating agent E1 to obtain a coating agent E3. When calculated in the same manner as described above, the content of the cobalt component in the coating layer by the coating agent E3 is 4.4 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atoms in terms of cobalt (III) oxide. Further, the content of the cobalt component in the coating agent E3 was 3.1 parts by weight of cobalt atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

上記と同一の基体(アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体)それぞれに、上記と同じ厚さ(100μm)でコーティング剤E2を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料、及び、同一の基体それぞれに、上記と同じ厚さ(100μm)でコーティング剤E3を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料について、100℃〜800℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。その結果を、それぞれコバルト成分を含まないコーティング剤E1についての測定結果と合わせて、図2(a)〜図2(c)に示す。図2(a)は基体がアルミナの場合であり、図2(b)は基体がジルコニアの場合であり、図2(c)は基体が炭化ケイ素の場合である。   The same substrate (a substrate as a sintered body of alumina, zirconia, and silicon carbide) is coated with a coating agent E2 at the same thickness (100 μm) as described above, and is vitrified to form a coating layer. A coating agent E3 is applied to each of the same substrates at the same thickness (100 μm) as described above, and the sample is vitrified to form a coating layer. The rate was measured. The results are shown in FIGS. 2A to 2C together with the measurement results for the coating agent E1 containing no cobalt component. FIG. 2A shows the case where the substrate is alumina, FIG. 2B shows the case where the substrate is zirconia, and FIG. 2C shows the case where the substrate is silicon carbide.

図2(a)及び図2(c)から明らかなように、基体がアルミナ、及び、炭化ケイ素である場合は、コバルト成分の含有量が少ないコーティング剤E2を使用した試料の放射率は、コバルト成分を含まないコーティング剤E1を使用した試料の放射率とほぼ等しい。これに対し、コバルト成分の含有量が多いコーティング剤E3を使用した試料の放射率は大きく低下し、コーティング層を有していない場合(図1(a),(c)参照)の放射率と同程度となっている。   As is clear from FIGS. 2A and 2C, when the substrate is alumina and silicon carbide, the emissivity of the sample using the coating agent E2 having a small content of the cobalt component is cobalt It is almost equal to the emissivity of the sample using the coating agent E1 containing no component. On the other hand, the emissivity of the sample using the coating agent E3 having a high content of the cobalt component is greatly reduced, and the emissivity of the sample having no coating layer (see FIGS. 1 (a) and 1 (c)). It is about the same.

一方、図2(b)に示すように、基体がジルコニアの場合は、コバルト成分の含有量が少ないコーティング剤E2を使用した試料の放射率は、コバルト成分を含まないコーティング剤E1を使用した試料より放射率が低下しているものの、コーティング層を有していない場合(図1(b)参照)より高い放射率を示している。これに対し、コバルト成分の含有量が多いコーティング剤E3を使用した試料の放射率は、大きく低下している。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the substrate is zirconia, the emissivity of the sample using the coating agent E2 having a low content of the cobalt component is lower than that of the sample using the coating agent E1 containing no cobalt component. Although the emissivity is lower, the emissivity is higher than when the coating layer is not provided (see FIG. 1B). On the other hand, the emissivity of the sample using the coating agent E3 having a large content of the cobalt component is greatly reduced.

以上の結果から、無機焼結体の放射率を高める作用のためには、コーティング剤及びそれから形成されるコーティング層は、コバルト成分を含有しないことが望ましい。また、コバルト成分を含有する場合であっても、コーティング剤におけるコバルト成分の含有量としては、ケイ素原子100重量部に対しコバルト原子1.5重量部以下に抑え、コーティング層におけるコバルト成分の含有量としては、ケイ素原子100重量部に対し酸化コバルト(III)換算で2.2重量部以下に抑えることが望ましい。   From the above results, in order to increase the emissivity of the inorganic sintered body, it is desirable that the coating agent and the coating layer formed therefrom do not contain a cobalt component. Further, even when a cobalt component is contained, the content of the cobalt component in the coating agent is suppressed to 1.5 parts by weight or less of cobalt atoms per 100 parts by weight of silicon atoms, and the content of the cobalt component in the coating layer is suppressed. It is desirable that the content be suppressed to 2.2 parts by weight or less in terms of cobalt oxide (III) per 100 parts by weight of silicon atoms.

次に、コーティング層が放射率を高める作用に対する酸化アルミニウムの影響について示す。上記のコーティング剤E1は、固形分組成において10.5重量%の酸化アルミニウムを含有している。これを、コーティング剤E1から形成されるコーティング層における酸化アルミニウムの含有量に換算すると、ケイ素原子100重量部に対して23重量部である。なお、コーティング剤に含有させるアルミニウム成分は、酸化物でなくとも他のアルミニウム化合物でも良いため、アルミニウム原子で含有量を表すと、コーティング剤E1におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子100重量部に対してアルミニウム原子12重量部である。   Next, the effect of aluminum oxide on the function of the coating layer to increase the emissivity will be described. The coating agent E1 contains 10.5% by weight of aluminum oxide in a solid content composition. When this is converted into the content of aluminum oxide in the coating layer formed from the coating agent E1, it is 23 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atoms. The aluminum component contained in the coating agent is not limited to an oxide, but may be another aluminum compound. Therefore, when the content is represented by aluminum atoms, the content of the aluminum component in the coating agent E1 is 100 parts by weight of silicon atoms. On the other hand, it is 12 parts by weight of aluminum atoms.

これに対し、コーティング剤E1の固形分組成に対し、酸化アルミニウムを外掛けで1%添加し、コーティング剤E4とした。上記と同様に計算すると、コーティング剤E4から形成されるコーティング層における酸化アルミニウムの含有量は、ケイ素原子100重量部に対して25重量部である。また、コーティング剤E4におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子100重量部に対してアルミニウム原子13重量部である。   On the other hand, 1% of aluminum oxide was externally added to the solid composition of the coating agent E1 to obtain a coating agent E4. When calculated in the same manner as described above, the content of aluminum oxide in the coating layer formed from the coating agent E4 is 25 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon atoms. The content of the aluminum component in the coating agent E4 is 13 parts by weight of aluminum atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

上記と同一の基体(アルミナ、ジルコニア、及び、炭化ケイ素の焼結体である基体)それぞれに、上記と同じ厚さ(100μm)でコーティング剤E4を塗布し、ガラス化してコーティング層とした試料について、100℃〜800℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。その結果を、コーティング剤E1を使用した試料についての測定結果と合わせて、図3(a)〜図3(c)に示す。図3(a)は基体がアルミナの場合であり、図3(b)は基体がジルコニアの場合であり、図3(c)は基体が炭化ケイ素の場合である。   Coating agent E4 was applied to each of the same substrates (substrates that were sintered bodies of alumina, zirconia, and silicon carbide) at the same thickness (100 μm) as above, and the sample was formed into a coating layer by vitrification. The integrated emissivity was measured in the temperature range of 100 ° C. to 800 ° C. in the same manner as described above. The results are shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) together with the measurement results for the sample using the coating agent E1. FIG. 3A shows the case where the substrate is alumina, FIG. 3B shows the case where the substrate is zirconia, and FIG. 3C shows the case where the substrate is silicon carbide.

図3(c)に示すように、基体が炭化ケイ素である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると放射率が低下しており、その放射率はコーティング層を有していない場合(図1(c)参照)より小さい。これに対し、図3(b)に示すように、基体がジルコニアである場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると放射率が低下しているものの、その放射率はコーティング層を有していない場合(図1(b)参照)より大きい。また、図3(a)に示すように、基体がアルミナである場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が増加すると、放射率が更に増加している。   As shown in FIG. 3 (c), when the substrate is silicon carbide, the emissivity decreases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases, and the emissivity decreases when the coating layer is not provided. (See FIG. 1C). On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), when the base material is zirconia, the emissivity decreases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases, but the emissivity is lower than that of the coating layer. If not (see FIG. 1B). Further, as shown in FIG. 3A, when the substrate is alumina, the emissivity further increases as the content of aluminum oxide in the coating layer increases.

以上のことから、基体がアルミナ、またはジルコニアの焼結体である場合は、コーティング層における酸化アルミニウムの含有量が、少なくともケイ素原子100重量部に対して23重量部〜25重量部の範囲であれば、コーティング層によって無機焼結体の放射率が高められる効果が得られることが確認された。また、そのようなコーティング層を形成するためのコーティング剤におけるアルミニウム成分の含有量は、ケイ素原子100重量部に対してアルミニウム原子12重量部〜13重量部の範囲であった。   From the above, when the substrate is a sintered body of alumina or zirconia, the content of aluminum oxide in the coating layer is at least 23 parts by weight to 25 parts by weight with respect to at least 100 parts by weight of silicon atoms. For example, it was confirmed that the effect of increasing the emissivity of the inorganic sintered body by the coating layer was obtained. Further, the content of the aluminum component in the coating agent for forming such a coating layer was in the range of 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms.

次に、放射率を高める作用に対するコーティング層の厚さの影響を示す。上記と同一の炭化ケイ素の焼結体の基体に、コーティング剤E1を異なる厚さで塗布し、ガラス化してコーティング層とした。コーティング層の厚さが10μm、30μm、100μm、300μm、及び、400μmと相違する試料について、それぞれ100℃〜800℃の温度範囲で、上記と同様に積分放射率を測定した。測定結果のうち、400℃の場合を図4(a)に、600℃の場合を図4(b)に、800℃の場合を図4(c)に示す。   Next, the effect of the thickness of the coating layer on the effect of increasing the emissivity will be described. A coating agent E1 was applied at different thicknesses to the same sintered body of silicon carbide as described above and vitrified to form a coating layer. For samples having different coating layer thicknesses of 10 μm, 30 μm, 100 μm, 300 μm, and 400 μm, the integrated emissivity was measured in a temperature range of 100 ° C. to 800 ° C. in the same manner as described above. Among the measurement results, FIG. 4A shows the case of 400 ° C., FIG. 4B shows the case of 600 ° C., and FIG. 4C shows the case of 800 ° C.

図4(a)〜図4(c)から明らかなように、何れの温度においても、コーティング層の厚さが10μm〜300μmの範囲では放射率はほぼ一定であったが、400μmでは放射率は大きく低下した。図示を省略した他の温度でも、この傾向は同様であった。以上のことから、コーティング層によって無機焼結体の放射率が高められる効果を得るためには、コーティング層の厚さを少なくとも10μm〜300μmとすることが望ましいと考えられた。   As is clear from FIGS. 4A to 4C, the emissivity was almost constant when the thickness of the coating layer was in the range of 10 μm to 300 μm at any temperature. Greatly reduced. This tendency was the same at other temperatures not shown. From the above, it was considered that it is desirable that the thickness of the coating layer be at least 10 μm to 300 μm in order to obtain the effect of increasing the emissivity of the inorganic sintered body by the coating layer.

また、基体が炭化ケイ素など非酸化物セラミックスの焼結体である場合は、酸素が存在する高温の雰囲気下で使用すると酸化してしまうという問題があるところ、ケイ酸系ガラスのコーティング層によって、酸化が抑制されると考えられる。これは、基体の表面を高い密着性で気密に被覆しているケイ酸系ガラスの層により、基体と酸素との接触が妨げられるためである。   Further, when the substrate is a sintered body of non-oxide ceramics such as silicon carbide, there is a problem that when used in a high-temperature atmosphere where oxygen is present, there is a problem that the substrate is oxidized. It is considered that oxidation is suppressed. This is because the layer of the silicate glass that hermetically covers the surface of the substrate with high adhesion prevents the contact between the substrate and oxygen.

そこで、炭化ケイ素の焼結体を基体とし、コーティング剤E1によるコーティング層の厚さを異ならせた上記の試料について、空気雰囲気下での加熱に伴う基体の酸化の度合いを評価する酸化試験を行った。炭化ケイ素の分子量は40であり、二酸化ケイ素の分子量は60であるため、1モルの炭化ケイ素が酸化して1モルの二酸化ケイ素となると質量は20g増加する。酸化試験は、このことを利用し、空気雰囲気下での加熱処理の前後での質量変化によって、酸化の度合いを評価するものである。   Therefore, an oxidation test was performed on the above-described sample in which the sintered body of silicon carbide was used as a base and the thickness of the coating layer was varied by the coating agent E1 to evaluate the degree of oxidation of the base with heating in an air atmosphere. Was. Since the molecular weight of silicon carbide is 40 and the molecular weight of silicon dioxide is 60, when 1 mole of silicon carbide is oxidized to 1 mole of silicon dioxide, the mass increases by 20 g. The oxidation test utilizes this fact to evaluate the degree of oxidation by a change in mass before and after a heat treatment in an air atmosphere.

酸化試験は、温度1300℃まで所定速度で昇温し、その温度にて50時間保持した後、室温まで降温するという操作を1回として、この操作を6回繰り返して加熱時間を計300時間とすることにより行った。酸化試験の開始前の質量(初期質量)を基準とし、酸化試験後の質量の増加率が1%以下であった場合に耐酸化性を有すると評価し、質量の増加率が1%を超えた場合に耐酸化性に劣ると評価した。また、比較のために、コーティング層を有していない試料(炭化ケイ素焼結体の基体のみ)についても、同様の酸化試験を行った。   In the oxidation test, the operation of raising the temperature to a temperature of 1300 ° C. at a predetermined rate, maintaining the temperature at that temperature for 50 hours, and then lowering the temperature to room temperature was performed once. It was done by doing. Based on the mass (initial mass) before the start of the oxidation test, if the rate of increase in mass after the oxidation test was 1% or less, it was evaluated as having oxidation resistance, and the rate of increase in mass exceeded 1%. Was evaluated as poor in oxidation resistance. For comparison, a similar oxidation test was also performed on a sample having no coating layer (only the silicon carbide sintered body substrate).

その結果、コーティング層の厚さが30μm〜400μmの試料は耐酸化性を有していたのに対し、コーティング層の厚さが10μmの試料、及び、コーティング層を有していない試料は、耐酸化性に劣るものであった。この結果から、コーティング層によって基体の炭化ケイ素の酸化を抑制することが可能であるが、コーティング層の厚さが10μmであると、酸化を抑制する作用を発揮するためにはコーティング層の厚さが小さ過ぎると考えられた。   As a result, samples having a coating layer thickness of 30 μm to 400 μm had oxidation resistance, whereas samples having a coating layer thickness of 10 μm and samples having no coating layer had acid resistance. It was inferior to chemical conversion. From this result, it is possible to suppress the oxidation of silicon carbide of the substrate by the coating layer. However, if the thickness of the coating layer is 10 μm, the thickness of the coating layer is required to exhibit the effect of suppressing the oxidation. Was considered too small.

以上のことから、炭化ケイ素の焼結体を基体とする無機焼結体の場合、コーティング層によって放射率が高められる効果を得ると共に、コーティング層によって基体の酸化が抑制される効果を得るためには、コーティング層の厚さを少なくとも30μm〜300μmの範囲とすることが望ましいことが確認された。   From the above, in the case of an inorganic sintered body having a sintered body of silicon carbide as a base, in order to obtain an effect of increasing the emissivity by the coating layer and to obtain an effect of suppressing oxidation of the base by the coating layer. It was confirmed that it is desirable that the thickness of the coating layer be at least 30 μm to 300 μm.

また、コーティング層には、放射率を高める作用のために単体ケイ素を含有させているが、コーティング層が単体ケイ素を含有していることは、基体の炭化ケイ素の酸化を抑制する点でも有利である。すなわち、炭化ケイ素の焼結体を基体とする無機焼結体が、コーティング層に単体ケイ素を含有していると、高温の雰囲気で無機焼結体が使用される際に、基体の炭化ケイ素に先んじて表面のコーティング層に存在する単体ケイ素が酸化する。これにより、無機焼結体の表面に近い雰囲気中の酸素が消費されるため、基体の炭化ケイ素の酸化が抑制される。   The coating layer contains elemental silicon for the purpose of increasing the emissivity.However, the coating layer containing elemental silicon is advantageous in that oxidation of silicon carbide of the substrate is suppressed. is there. In other words, when the inorganic sintered body having a sintered body of silicon carbide as a base contains elemental silicon in the coating layer, when the inorganic sintered body is used in a high-temperature atmosphere, the silicon carbide of the base becomes Prior to this, the elemental silicon present in the surface coating layer is oxidized. This consumes oxygen in an atmosphere near the surface of the inorganic sintered body, thereby suppressing oxidation of silicon carbide of the base.

なお、本実施例のコーティング剤は炭化ケイ素を含有しており、この炭化ケイ素はガラス化した後のコーティング層にもそのまま残存している。コーティング層に含有されている炭化ケイ素も、上記の単体ケイ素と同様に基体の炭化ケイ素に先んじて酸化するため、これによっても基体の炭化ケイ素の酸化が抑制される。   The coating agent of this example contains silicon carbide, and this silicon carbide remains as it is in the coating layer after vitrification. Silicon carbide contained in the coating layer is also oxidized prior to the silicon carbide of the base similarly to the above-described single silicon, so that oxidation of the silicon carbide of the base is also suppressed.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。   As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements can be made without departing from the gist of the present invention as described below. And design changes are possible.

例えば、本発明のコーティング剤でコーティング層を形成する対象とする無機焼結体の基体の形状は、特に限定されないため、中実の球体とすることも、単一の方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体とすることも、その他の立体形状とすることもできる。基体がどのような形状であっても、高放射率コーティング層で表面を被覆することにより、かかるコーティング層を有していない場合に比べて放射率を高めることができる。   For example, since the shape of the substrate of the inorganic sintered body on which the coating layer is formed with the coating agent of the present invention is not particularly limited, it may be a solid sphere or a row extending in a single direction. The honeycomb structure may be a honeycomb structure including a plurality of cells partitioned by divided partitions, or may have another three-dimensional shape. Regardless of the shape of the substrate, the emissivity can be increased by coating the surface with a high emissivity coating layer as compared to a case without such a coating layer.

また、上記では、基体がセラミックス焼結体である実施例を記載したが、セラミックス焼結体と共通する原料から作製され、同様に焼結体である耐火レンガについても、本発明のコーティング剤によるコーティング層で表面を被覆することにより、同様に放射率を高めることができる。   Further, in the above description, the embodiment in which the base body is a ceramic sintered body is described. However, the refractory brick, which is produced from the same material as the ceramic sintered body and is also a sintered body, is similarly coated with the coating agent of the present invention. By covering the surface with a coating layer, the emissivity can likewise be increased.

Claims (4)

二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーに、
加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有させると共に、
ケイ素原子100重量部に対して12重量部〜13重量部のアルミニウム原子を含有させる
ことを特徴とする高放射率コーティング剤の製造方法。
A slurry containing silicon dioxide, which becomes a silicate glass by heating,
In addition to containing simple silicon that only remains as simple silicon when it becomes silicate glass by heating ,
A method for producing a high-emissivity coating agent, comprising 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms per 100 parts by weight of silicon atoms .
二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、
加熱によりケイ酸系ガラスとなった際に単体ケイ素として残留するだけの単体ケイ素を含有すると共に、
ケイ素原子100重量部に対して12重量部〜13重量部のアルミニウム原子を含有する
ことを特徴とする高放射率コーティング剤。
A slurry containing silicon dioxide, which becomes a silicate glass by heating,
In addition to containing simple silicon that only remains as simple silicon when it becomes silicate glass by heating ,
A high emissivity coating agent comprising 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms per 100 parts by weight of silicon atoms .
二酸化ケイ素を含有し、加熱によりケイ酸系ガラスとなるスラリーであり、
固形分組成における単体ケイ素の含有率は、少なくとも22質量%であると共に、
ケイ素原子100重量部に対して12重量部〜13重量部のアルミニウム原子を含有する
ことを特徴とする高放射率コーティング剤。
A slurry containing silicon dioxide, which becomes a silicate glass by heating,
The content of elemental silicon in the solid content composition is at least 22% by mass ,
A high emissivity coating agent comprising 12 to 13 parts by weight of aluminum atoms per 100 parts by weight of silicon atoms .
コバルト成分を含有しない、または、コバルト成分の含有量がケイ素原子100重量部に対してコバルト原子1.5重量部以下である
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の高放射率コーティング剤。
The high emissivity according to claim 2 or 3, wherein the cobalt component is not contained, or the content of the cobalt component is 1.5 parts by weight or less of cobalt atoms with respect to 100 parts by weight of silicon atoms. Coating agent.
JP2018205196A 2018-10-31 2018-10-31 Method for producing coating agent and coating agent Active JP6667597B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205196A JP6667597B1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method for producing coating agent and coating agent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018205196A JP6667597B1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method for producing coating agent and coating agent

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6667597B1 true JP6667597B1 (en) 2020-03-18
JP2020070348A JP2020070348A (en) 2020-05-07

Family

ID=70000602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018205196A Active JP6667597B1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method for producing coating agent and coating agent

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6667597B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020070348A (en) 2020-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4376579B2 (en) Silicon nitride bonded SiC refractory and method for producing the same
JP2019137605A (en) Heat proof clay raw material and heat proof ceramic
JP4473438B2 (en) Cordierite honeycomb structure and manufacturing method thereof
CN101952214A (en) Durable frit composition & composites and devices comprised thereof
JP2021134092A (en) Light-weight kiln tool and manufacturing method thereof
JPH0628947B2 (en) Double-layer heat-resistant plate for tool bricks
CN109689595B (en) Roller for a roller furnace having at least one coating on the surface
JP5709007B2 (en) Heat storage body for heat storage type burner and method for manufacturing heat storage body for heat storage type burner
JP6667597B1 (en) Method for producing coating agent and coating agent
JP4571588B2 (en) Silicon carbide ceramic member having an oxide layer
JP2011526878A5 (en)
US9857100B2 (en) Heat collector for solar thermal power generation
DK1322566T3 (en) Process for the preparation of barium lanthan silicate glass ceramic materials
JP2003095757A (en) Thermal insulation coating material for carbon- containing refractory
JP2020070208A (en) Inorganic sintered compact
CN100390105C (en) Silicon carbide ceramic components having oxide layer
JP7247141B2 (en) Heat storage element and method for manufacturing heat storage element
CN109231972A (en) Lightweight electro-corundum brick
JP2006294964A (en) Boron diffusing material and its manufacturing method
JPH10212158A (en) Refractory for glass fusion furnace
JP6166854B1 (en) Silicic refractory brick and manufacturing method thereof
JP2000351679A (en) Production of silicon carbide-based porous form and the resultant silicon carbide-based porous form
JP2000256074A (en) Air permeable ceramic sintered compact substrate for floating object and its production
JPH0233673B2 (en) SERAMITSUKUKANNOSETSUGOTAITOSETSUGOHO
JP3815877B2 (en) Kiln and refractory

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181031

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200225

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6667597

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250