JP6680668B2 - 蓄熱体の製造方法 - Google Patents
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Description
「球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、
焼成により多孔質セラミックス焼結体となる成形原料で、可塑性を有する円柱状の成形体を成形し、
円柱状の該成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させることにより、前記成形体の複数を合体させることなく、個々の前記成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化し、
球状化された前記成形体を焼成することにより蓄熱体基体とした後、
加熱によりガラスとなるガラス質充填剤、及び、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤の少なくとも一方を含有する充填材料で、前記蓄熱体基体の表面を被覆し、且つ、前記蓄熱体基体の内部に向かって前記充填材料を浸入させることにより、
前記蓄熱体基体の中心部において気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層、前記蓄熱体基体の表面を前記充填材料が被覆している被覆層、及び、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有する蓄熱体とする」ものである。
「多孔質セラミックス焼結体からなり、少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90である蓄熱体基体と、
ガラス及び酸化物セラミックスの少なくとも一方を含有する充填材料が、前記蓄熱体基体の表面を被覆している被覆層と、を具備しており、
前記蓄熱体基体は、気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層を中心部に有していると共に、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有している」ものである。
「前記蓄熱体基体は、内部から表面に向かって略放射状に延びている亀裂を有しており、
前記亀裂の開端は、前記被覆層で被覆されていると共に、
前記亀裂の内部は、前記充填材料によって部分的に充填されている」ものとすることができる。
焼成工程後で被覆・充填工程前の蓄熱体基体を所定のサイズに切り出し、アルキメデス法により測定した。
焼成工程後で被覆・充填工程前の蓄熱体基体を、互いに直交する三方向からそれぞれ撮影した。撮像において試料と背景とを二値化により識別し、試料の二次元形状について面積Sと周囲の長さLを画像処理によって求め、円形度を算出した。
熱処理工程後の試料を、中心を通る面で切断し、樹脂に埋設して切断面を研磨した。研磨後の切断面を走査型電子顕微鏡で撮影した。撮像を画像処理し、充填されていない気孔と、充填材料で充填された気孔及びマトリックス部分とを、二値化により識別した。撮像において被覆層から多孔質層までを含む長方形の領域を、一対の辺の方向が試料の深さ方向と一致するように設定し、その領域を深さ方向に所定長さ(100μm)で区分し、区分された各領域について、その面積における気孔(充填されていない気孔)の面積の占める割合を算出して気孔率(%)とした。試料の表面からの深さに対して、気孔率をプロットしたグラフを作成した。例として、試料S5のグラフを走査型電子顕微鏡の撮像と共に図3に示し、試料S6のグラフを図4に示す。なお、被覆層の厚さ及び傾斜層の厚さの測定には、撮像において亀裂のない領域を用いた。
試料を1300℃の温度で36時間、空気雰囲気下で加熱し、その前後の質量を測定した。炭化物も窒化物も酸化によって質量が増加するため、単位時間当たりの質量増加率を算出し、1時間当たりの質量増加率が0.01%以下である場合を耐酸化性に優れると評価して「〇」で表し、0.01%を超える場合は耐酸化性を有しないと評価して「×」で表した。なお、質量増加率は、以下のように算出される。
質量増加率(%)=(加熱後の質量−加熱前の質量)×100/加熱前の質量
試料を1000℃の温度で30分間加熱し、水中に入れて急冷し5分間保持した後、常温の空気中で15分間保持する操作を1サイクルとし、このサイクルを繰り返した。5サイクル繰り返しても破壊に至らない場合を、耐熱衝撃性に優れると評価して「〇」で表し、5サイクルに至る前に破壊した場合は、耐熱衝撃性を有しないと評価して「×」で表した。5サイクル繰り返しても破壊しないものの、被覆層の剥離が生じた場合を「△」で表した。
・蓄熱体基体の見掛け気孔率が3%程度の緻密質である場合は、耐熱衝撃性を有しない。熱膨張及び熱収縮を吸収する気孔がほとんどないためと考えられる。
・蓄熱体基体を構成するセラミックスが非酸化物である場合、見掛け気孔率が3%程度までの緻密質であれば、高温の酸化性雰囲気下で蓄熱体を使用しても酸化はさほど進行しないが、見掛け気孔率が6%に至ると耐酸化性が低下する。気孔を介して酸素との接触面積が増加するためと考えられる。
・見掛け気孔率が6%以上の蓄熱体基体であっても、表面に少なくとも200μm厚さの被覆層があれば、耐酸化性を有する。これは、傾斜層の厚さが2μmと、傾斜層がほとんどない試料S3でも同様であった。
・耐熱衝撃性に優れる試料S4〜S9では、傾斜層の厚さは40μm〜5800μmでああった。これを、試料(直径約20mm)の半径に対する割合に換算すると、0.4%〜58%である。
10a 成形体(円柱状の成形体)
10b 成形体(球状化された蓄熱体)
20 蓄熱体基体
21 多孔質層
22 傾斜層
30 被覆層
Claims (2)
- 球状のセラミックス製の蓄熱体の製造方法であって、
焼成により多孔質セラミックス焼結体となる成形原料で、可塑性を有する円柱状の成形体を押出成形によって成形し、
円柱状の該成形体のみを、上下に配置した二枚の平盤の間に介在させ、少なくとも一方の前記平盤を面方向で円または螺旋を描くように運動させつつ、二枚の前記平盤の間隔を狭めて行くことにより、前記成形体に一定ではない複数の方向から外力を作用させて押圧することにより、前記成形体の複数を合体させることなく、個々の前記成形体をそれぞれ塑性変形させて球状化し、
球状化された前記成形体を焼成することにより蓄熱体基体とした後、
加熱によりガラスとなるガラス質充填剤、及び、酸化物セラミックスを含有するセラミックス質充填剤の少なくとも一方を含有する充填材料で、前記蓄熱体基体の表面を被覆し、且つ、前記蓄熱体基体の内部に向かって前記充填材料を浸入させることにより、
前記蓄熱体基体の中心部において気孔が前記充填材料で充填されていない多孔質層、前記蓄熱体基体の表面を前記充填材料が被覆している被覆層、及び、前記多孔質層から前記被覆層に向かって前記充填材料で充填されていない気孔の割合が連続的に減少している傾斜層を有する蓄熱体とする
ことを特徴とする蓄熱体の製造方法。 - 前記蓄熱体基体は、少なくとも三つの異なる方向から見たときの二次元形状の円形度がそれぞれ0.86〜0.90である
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄熱体の製造方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2016245176A JP6680668B2 (ja) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | 蓄熱体の製造方法 |
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