JPH02116677A

JPH02116677A - 管状セラミック製品ならびにその製造方法および装置

Info

Publication number: JPH02116677A
Application number: JP63267997A
Authority: JP
Inventors: R Kaspsyk Martin; マーティン　アール　カスプシイク
Original assignee: Gas Research Institute
Current assignee: GTI Energy
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1990-05-01
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPH0637330B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ケイ素、炭化ケイ素からなる管状セラミック
製品ならびにその製品をつくる方法および装置に関する
ものである。

（ロ）従来技術炭化ケイ素、ケイ素とカーボンの結晶上の混合物は、硬
さ、強さ、すぐれた耐酸・耐食性があることが長く知ら
れてきた。炭化ケイ素は低膨張係数、良好な熱伝達特性
を有し、また、昇熱時の高強度およびすぐれたクリープ
抵抗を示す。これらの好ましい特性は、強い共有原子価
の化学的結合に寄与している。これはまた炭化ケイ素の
望ましくない特性の原因ともなる。それが材料を有用な
形状に加工または製造することを困難にしている。例え
ば、炭化ケイ素は高温で溶解するよりも解離するので、
溶解工程によって製品をつくることを困難にし、また、
炭化ケイ素が非常に遅い拡散速度を有しているので、塑
性変形工程による製造は実現できない。

炭化ケイ素粒子の本体を形成し、そして結合された本体
を成形するために高温で粒子を結合または焼結させるこ
とによって成形された炭化ケイ素製品をつくることが提
案された。粒子状の炭化ケイ素の出発材料が十分に微細
でかつ適当な焼結処理がなされるならば、微細粒子材料
は高温で十分な自己拡散を示し、粒子材料が実質的に濃
密な単相材料に焼結・形成される。一般に、焼結工程は
微細粉末の出発材料を必要とし、特に圧力をかけない焼
結工程がよシ微細な出発材料を必要とした。出発材料の
必要な微細性および純度のために、焼結工程によって形
成される製品は比較的に高価である。

粗く純度の低い炭化ケイ素の粉末は、高温で一体に結合
することが知られている。しかし、その製品は相当な孔
質になるので、通常は強く、耐食性、よシ十分な濃縮材
料とはならない。このような材料の特性は、この材料の
孔に蒸気または液状のケイ素を浸透させることによって
実質的に改良されて、２相のケイ素−炭化ケイ素製品を
つくる。このような工程は出発材料として比較的に安価
な粗い粉末を利用するのではあるが、それらは２つの高
温炉を必要とした。その１つの炉は炭化ケイ素を炭化ケ
イ素結合体に形成し、別の炉は形成本体にケイ素を浸透
させる。

粗く純度の低い炭化ケイ素の粉末と微粒子カーボンまた
はカーボン源材料との混合物がつくられ、そして順次高
温でケイ素を浸透させて、°′反応結合″′または゛′
反応焼結”炭化ケイ素製品を形成する。カーボン成分は
微粒子グラファイトまたはアモルファス・カーボンの形
体でもよく、またはカーボン源材料の形体でもよい。例
えば、ピッチ、樹脂、または類似の材料の炭化有機材料
が加熱中にカーボンに分解する。

浸透ケイ素は予成形本体中のカーボンと反応して、有機
炭化ケイ素粒子と結合して濃密な炭化ケイ素製品をつく
る追加の炭化ケイ素を形成する。

代表的には、反応結合炭化ケイ素材料は、はとんど無に
近い孔質と、第２相の存在または通常約８容積チ以上の
ケイ素の残部によって特徴付けられている。

代表的なケイ化または代表的な反応結合工程においては
、微粒子炭化ケイ素およびカーボンの出発材料が、一般
に“グリーン・ボディ″′（素材）と言われている製品
に予成形され、次いで焼成される。微粒子炭化ケイ素お
よびカーボンの出発混合物が形成のさいに助けとなるバ
インダによって普通に混合される。バインダが乾燥して
いるか、または比較的に乾燥している場合には、粉末が
プレスまたはアイソプレスを用いた所望の形状のグＩＪ
　−７・ボディに圧縮されてもよい。バインダが液状ま
たは半液状で、十分な量で用いられた場合には、混合物
は適当に滑シ鋳造、押出し、注入成形されて、形成され
たグリーン・ボディをつくる。

高温熱交換成分が比較的に薄い壁を好ましくは有してい
て高速の熱伝達を容易にする。種々の方法によって炭化
ケイ素の管状製品をつくる試みが以前になされたが、い
ずれも市場においては成功を納めていない。

例えば、米国特許第８０１，２９６号は、炭化ケイ素の
外層をつくるために固体カーボン・ロッドをケイ化させ
、次いでカーボン内面を燃やして炭化ケイ素の外層を残
すことによって中空の炭化ケイ素をつくる方法を開示し
ている。

米国特許第１．２６４４７８号は、管状の炭化ケイ素製
品を得るために、炭化ケイ素およびカーボンの管状本体
を予成形しかつケイ化する代表的な方法を記載している
。

米国特許第１．７５へ４５７号は、炭化ケイ素管をつく
るために、予成形柱に酸化ケイ素およびカーボンの反応
を示唆している。

米国特許第４４９５．９３９号は、微粒子炭化ケイ素お
よびカーボンの管を予成形し、その管を炉内に垂直に定
置し、管の底を液状ケイ素に接触させてケイ化すること
によって管状の炭化ケイ素をつくることを示唆している
。

米国特許第３，８８２，２１０号は、炭化ケイ素の管を
つくるために、アルファ炭化ケイ素とグラファイトの予
成形管を炭化することを示唆している。

米国特許第４，２６５，８４３号は、まず低温でケイ素
の存在している回転子成形カーボン管を加熱して管に浸
み込ませ、次いで高温で加熱してケイ素とカーボンとを
反応させて炭化ケイ素の管をっくる管状の炭化ケイ素の
製造を記載している。

（ハ）発明が解決しようとした課題前述したように、長（（４−８フイート）、太く（外径
４−８インチ）、薄肉（１／８−１／４インチ）の管を
つくることは困難な問題を生じる。

従来の方法で最初につくられる必要のある管状素材は固
有の構造的弱さがあシ、細心の注意を払わない限り、容
易に変形し、破壊される。引き続く処理工程において、
管状素材は注意深く乾燥及び／又は焼成され、ケイ化の
ために炉内に定置される。予成形体のもろさおよび重労
働入力をもたらす必要な多作業は、費用の点だけからも
多くの用途において管状炭化ケイ素の使用を妨げる大き
な要因となっている。

ここで使用する゛反応焼結″とは、化学反応による結合
を意味し、ケイ素がカーボンと単独で、または炭化ケイ
素と混合して反応することを含む。

ここで用いる″カーボン″とは、浸透ケイ素と反応して
余分の炭化ケイ素を形成する加熱のさいのカーボンをつ
くるカーボンまたはカーボン源を意味する。

ここで用いる６管状″とは、製品が管の形体を有するこ
と、すなわち、それが筒状になっていることを意味する
。本発明ではほぼ丸い断面を有する管について記載する
が、本発明ではそれに限られず、長円、方形、多角形断
面を有していてもよく、内外面が異なる断面になってい
る管でもよい。本発明は管内に多数の通路を別個にもつ
管であってもよい。

に）課題を解決するための手段本発明は、炭化ケイ素およびケイ素からなる管状製品お
よびこの製品の製造方法および装置に関するものである
。その製品は、それらが金属中にケイ素を含み、かつ化
学的に結合されたケイ素を含むという点で特徴付けられ
てい右。

その方法は、微粒子炭化ケイ素、カーボンまたはケイ素
とカーボンとの混合物の少なくとも１本の中空垂直管状
柱に隣接してまたは連続して、微粒子ケイ素の少なくと
も１本の中空垂直管状柱を同軸に定置させる工程と、隣
し合っている柱をケイ化温度、すなわち、ケイ素の融点
（約１４１０−１４２０℃）以上でかつ約２４００℃以
下の温度まで加熱する工程からできている。この温度に
おいては、微粒子ケイ素成分は溶解または蒸発し、微粒
子の炭化ケイ素、カーボンまたはそれらの混合物を含む
柱の孔の中に浸透し、管状セラミック製品をつくる。

装置は、微粒子供給材料を保持する複数の供給ホッパと
、少なくとも２つの間隔をあけた同軸配置の寸法的に安
定した管状型部材からなる装填機構とからできている。

装填機構は、垂直に定置された電気誘導炉の炉チーーブ
内に間隔をあけて嵌合する寸法になっており、かつ、炉
チーーブの内外に移動できる。選択された微粒子供給材
料は型部材の間のまわシにある空間に流し込むことによ
って、適当に乾燥鋳造される。例えば、装填機構は、最
初は炉チューブ内に同軸に定置され、炉加熱要素を間隔
をあけて取り囲む。充填または乾燥鋳造作業が完了後、
装填機構が炉から取り去られる。

型部材の外面と炉内壁との間にある空間に微粒子断熱材
料が適当に充満され、型部材間の空間に選択的にケイ素
、カーボン、またはそれらの混合物で満たされ、内側型
部材と加熱要素との間の空間に選択的にケイ素で満なさ
れる。乾燥鋳造作業後、微粒子供給材料の別個の垂直中
空柱が炉内に同軸に配置されてとどまっている。炉が頂
部から底部までケイ化温度まで順次増大して加熱される
。ケイ素成分は、炭化ケイ素、カーボン、またはそれら
の混合物を含む柱に浸透する。浸透された柱は次に冷却
されて、濃密な管状ケイ素−炭化ケイ素製品をつくる。

微粒子の炭化ケイ素の出発材料は、材料が押込みなしに
装置を通って流動する十分に粗い粒径になっている。粒
子は直径５０ミクロン以上で５００ミクロン以下であり
、また、ここで用いる°°微微粒子上この意味である。

微粒子炭化ケイ素の出発材料が単独の粒径であるか、ま
たはよシ高い詰込み効率をつくる別個の粒径の組合せか
らなっていてもよい。

微粒子カーボンは単独の供給材料として用いられるか、
または微粒子炭化ケイ素と混合されて用いられてもよい
。微粒子カーボン成分は、浸透シリコンに反応して、炭
化ケイ素を形成し、最終製品中に残る自由な無反応ケイ
素の量を減少させる。最終製品中に望まれる自由なケイ
素の量は製品の用途にもとづいて決まる。例えば、目的
の製品が耐摩耗、耐酸、耐食性を要求する場合には、最
小または微小の自由ケイ素および自由カーボンの量は、
ケイ素およびカーボンの硬度および化学的不活性が炭化
ケイ素のそれ以下であるので、製品中に要求される。

本発明の特別に有用な別の実施例においては、微粒子グ
ラファイトおよびケイ素が出発材料として用いられる。

このような別個の実施例においては、微粒子のグラファ
イトおよびケイ素の互いに隣接した柱がケイ化温度まで
加熱される。ケイ素は炭化ケイ素を形成するためにグラ
ファイトに反応するグラファイト柱に浸透する。微粒子
グラファイトが微細で約５０ミクロン以下である場合に
は、グラファイトは炭化ケイ素に完全に変換される。グ
ラファイト粒子が直径約５０ミクロン以上の場合には、
炭化ケイ素の薄層がグラファイト粒子上に形成し、ま九
、３相の材料がつくられる。

このような材料は、炭化ケイ素の小さい相と大きい相と
してケイ素およびグラファイトを有する。

グラファイト相の大量の存在によって本製品の物理的特
性に影響を及はす。グラファイト、カーボンの結晶形体
は小さい弾性係数で、低い熱膨張係数、および高熱伝導
性を有している。約１０容量パーセント以上の量で本製
品に共同されたとき、その製品は改良された熱衝撃およ
び熱応力抵抗を示す約６０容積パーセント以上の量はケ
イ素浸透工程を達成するには困難である。

本発明の工程は、累月ではなく、前述の必須の管成形方
法が本発明によってなされるという点に特徴がある。微
粒子材料が炉内に供給され、焼成後、最終セラミック管
が炉から取シ出される。

本発明の管状製品は、ケイ素を自由状態の無反応でかつ
化学的に結合された形体で含む組成である。その組成は
、自由で無反応のケイ素および炭化ケイ素、カーボン、
またはそれらの混合物から選ばれた材料から構成される
。最終製品は約５から約６０容積チ、特に約１０から約
５５容積チの自由ケイ素を含有し、約４０から約９５容
積チ、特に有効には約４５から９０容積チの炭化ケイ素
を含有し、約０から約４０容積チの自由カーボンを含有
する。

合成管状製品は、乾燥鋳造、すなわち選択された微粒子
出発材料の隣接または連続の中空同軸配置垂直柱に流す
ことによってつくられる。微粒子材料の中空同軸柱が続
いて加熱されて柱中の材料を反応させて管状製品を形成
する。柱は個々に微粒子ケイ素および微粒子炭化ケイ素
、カーボン、またはそれらの混合物からできている。以
下に詳述する添附図面は、乾燥鋳造工程を実施するのに
特に適した装置を示す。加熱工程は誘導加熱によって、
不活性雰囲気または真空中で好ましくは実施される。適
切なケイ化温度は、ケイ素の融点以上（通常は少なくと
も約１５００℃）でかつ２４００℃以下である。

ケイ素成分は、約１５００から４０ミクロン以下までの
範囲にある平均粒径を有する市販の微粒子ケイ素でもよ
い。特に有用なケイ素材料が直径約１００から約１００
０ミクロンの範囲にある。ケイ素粒子の寸法は、流動お
よび詰込み特性を除いて厳密ではない。その理由はケイ
素成分がケイ化工程中に完全に溶解されるからである。

炭化ケイ素の成分は粒子である。すなわち、その粒子は
約５０ミクロン以下の直径を有し、さらに好ましくは約
７５とｉｏミクロンとの間の平均粒径を有している。炭
化ケイ素成分は、アルファまたはベータ相炭化ケイ素か
ら適当に選ばれる。

アルファおよびベータ相材料の混合物が使われてもよい
。炭化ケイ素の出発材料は分離または純度を要求せず、
また、鉄、カルシウム、アルミニウムのような不純物の
少量ばかシではなく、無反応カーボン、ケイ素、酸化ケ
イ素の微量が悪い影響を与えずに現れてもよい。

カーボン成分は、炭化ケイ素との混合物に用いられたと
きに自由に流動する寸法になっている場合には、その成
分はアモルファス・カーボンかまたはグラファイトかの
いずれでもよい。約ｏ、ｏｉと約５０ミクロンとの間に
ある粒径を有し、特に約０５と約２５ミクロンとの間に
ある平均粒径を有する自由流動材料は、無反応カーボン
が最終製品に必要な場合には、使用される傾向がある。

無反応カーボンが最終製品に必要とされる場合には、粗
いカーボン出発材料が用いられる。この場合、約５０か
ら約１５００ミクロンまでの範囲、特に約１００から１
０００ミクロンまでの範囲の粒径のカーボン材料が代表
的に用いられる。

本発明のケイ化作業を実施するさいに、微粒子ケイ素の
中空柱が溶解し、微粒子炭化ケイ素、カーボン、または
それらの混合物を含む中空柱内に浸透する。このような
場合に、ケイ素成分が溶融によって取り除かれるので、
後者の柱の壁は隣接壁の支持の喪失の九めに部分的に壊
れる。この状況は、乾燥微粒子仮バインダ（例えば、熱
硬化樹脂、適当なフェノール樹脂）の少量を、炭化ケイ
素、カーボン、またはそれらの混合物からなる柱として
用いられる供給材料中に混合することによって非常に最
小にされるか完全に防止される。

別の樹脂が、アセトンのような溶剤中に樹脂を分解しか
つ樹脂溶液を供給材料内に混合することによって、供給
材料に加えられる。引き続く乾燥が、供給材料の微粒子
上に均等に結合した樹脂を堆積する。供給材料の約１．
５から１０ｊｌ量％までの樹脂の量が広く用いられる。

残余がケイ素成分に反応する余分のカーボンを与える場
合に、バインダが加熱のさいに柱中にカーボン残余を残
すものでなければならない。

ケイ化工程は、ケイ素の融点（約１４１０−１４２０℃
）以上の温度でかつ約２４００℃以下の温度で実施され
る。ケイ化工程は不活性雰囲気１＋は真空（後者が好ま
しい）で実施される。約０．００１　Ｔｏｒｒと約２．
　ＯＴｏｒｒとの間の真空が著しく使用に適している。

不活性雰囲気が用いられる場合には、わずかに高いケイ
化温度が通常要求される。適切な不活性雰囲気は、例え
ば、窒素、アルゴンおよびヘリウム等の高貴ガスである
。不活性雰囲気は、ケイ化工程に悪影響を与えないもの
である。ケイ化工程が完成した後に、管状製品が好まし
くは炉内で約１２００℃以下の温度まで冷却される。そ
のとき、不活性雰囲気または真空が製品の酸化を防止す
るように維持される。微粒子炭化ケイ素、カーボン、ま
たはそれらの混合物の中空柱を完全に浸透させるための
ケイ素の重量は、炭化ケイ素、またはカーボン粒子の詰
込み密度、カーボンの形式および量、成分の粒径、管状
製品の所望の厚みおよび組成から計算されうる。適量は
、このようなデータから計算されるか、または決定され
てもよい。

加熱の好ましい形体は電気誘導加熱によってなされ、ま
た、好ましい炉はコア形式またはコアなし形式のもので
ある垂直真空誘導炉である。加熱は′炉の頂部から底部
まで実施される。すなわち、ケイ化工程は、出発材料の
同軸配置微粒子中空柱の頂部から出発して徐々に実施さ
れ、柱の底部またはペースまで続けて実施される。

（ホ）実施例第１図から第４図までにおいて、微粒子供給材料は、１
１．１！、ｊ５のような供給ホッパをかいして供給され
る。炉内で形成される微粒子材料の各中空垂直柱につい
て１つのホッパが適当に設けられる。例えば、図示する
ように、１つのホッパは微粒子ケイ素を供給し、１つの
ホッパは微粒子炭化ケイ素、カーボン、またはそれらの
混合物を供給し、また、１つのホッパは微粒子断熱材料
を供給する。装填機構１７は、薄肉金属管から適当につ
くられた複数（少なくとも２つ）の同軸に配置された寸
法の安定した中空開口端円筒型部材１９．２１からでき
ている。装填機構１７は垂直真空誘導炉２３内に間隔を
あけて嵌合する寸法になっている。装填機構１７は、適
当に微粒子溶融石英である絶縁材料２８上に定置される
。誘導炉２３は炉チーーブ２５、電気誘導電源２９に電
気的に接続された垂直可動誘導コイル２７からできてい
る。図示するように、第１図から第５図までおよび第７
図において、誘導炉２５は、例えば加熱コアまたは要素
３１を有している。炉チューブ２５は溶解された石英か
ら適当につくられる。このような材料は、良好な電気的
絶縁体であシ、実質的に不浸透であり、高温によく耐え
、大径管として市場で入手できる。加熱要素３１は、グ
ラファイトから適当につくられ、抵抗加熱要素に通常必
要とされる螺旋または切断をせずにグラファイトの単純
な中空管の形体になっていてもよい。装填機構１７は、
当該技術においては公知の可逆昇降機構３０（例えば、
調節自在のねじ、ラック、ビニオン、ウオーム・ホイル
機構）によって炉の内外に適当に動かされる。

第２図は、中央間隔部材３９を示す。この部材３９は装
填機構１７の外周に定置されてもよい。

部材３９は装填機構１７を炉チューブ２５内で中心位置
決めさせるさいに著しく有効であ已。中央間隔部材３９
は、狭く、間欠的で外側円筒形部材１９に周囲にそって
定置されたストリップの形体で、延長してもよい。

炉２３に装填する念めには、装填機構１７が可逆昇降機
構５０によって、炉チューブ２５の内部ベース部分上に
定置された絶縁物２８と接触するように第３図に示す位
置まで下降される。装填機構１７は、それが炉チューブ
２５内で中央にまたはほぼ中央に位置決めされるように
定置される。

ホッパ１１，１３．１５は複数の供給部材または供給ラ
イン５５，５５．５７を有している。これらのラインは
、円筒型部材１９．２１の間のまわりの空間に個々のホ
ッパを別個に接続するホースまたはシュートの形体のも
のでもよい。供給部材は流れを制御するために弁３６を
有していてもよい。図示するように、円筒型部材１９．
２１のまわシにある空間は炉チューブ、部材、コアまた
は加熱要素の内側に環状に画定される。

第５図に示すように、装填機構１７は炉チーープ２５内
で中央またはほぼ中央に位置決めされる。

炉チーープ２５の内部、装填機構１７、および加熱要素
３１によって画定される環状空間は、ホッパ１１，１３
．１５からの微粒子材料で充満される。

図示するように、炉チーープ２５の内面と装填機構１７
の円筒形部材１９の外面との間の空間は微粒子絶縁材料
４１で満たされている。絶縁材料４１は微粒子リアクタ
ント材の一方の面について物理的支持を与え、高温から
炉テニープを絶縁し、最終製品を炉チューブから容易に
取シ除かれるようにする働きをする。絶縁材料４１は、
ケイ素、炭化ケイ素、カーボンまたは炉チューブの材料
に反応しない任意の材料でもよい。その材料は、溶融ケ
イ素によって湿らされていない、すなわち、浸透されて
いないケイ素ではないものである。窒化ボロン、窒化ア
ルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニューム、酸化ジ
ルコニュームのような酸化物および溶解石英が有効であ
る。窒化ボロン、窒化アルミニューム、溶解石英が著し
く有効であることがわかった。円筒形部材２１の外面と
円筒形部材１９の内面とによって画定される環状空間は
、微粒子炭化ケイ素、カーボンまたはそれらの混合物４
３で満たされている。円筒形部材２１の内面と加熱要素
３１とによって画定される環状空間は微粒子ケイ素４５
を満たされている。加熱要素５１の外面は、窒化ボロン
、窒化アルミニニーム、窒化ケイ素によって被覆されて
、溶融ケイ素が湿れたシそれと反応したシしないよりに
する。高密度微細粒子のグラファイトの加熱要素は、低
密度粗粒子のグラファイトよシも溶融ケイ素に対してよ
り大きい抵抗があることがわかった。

第４図は、炉チューブ２５が充填された後の第３図の構
造を示す。装填機構１７が炉チューブ２５から取り除か
れて、リアクタント材料および絶縁材料の中空柱が残さ
れる。カバー３２はチューブ２５上に置かれる。炉充填
物とカバー３２との間の空間は、炉のペース部分に用い
られるものと類似の絶縁材料で適当に満たされてもよい
。

可動誘導コイル２７は炉チューブ２５の頂部に定置され
、加熱要素３１が温度上昇をするように作動する。加熱
要素が十分に高温に達したとき、微粒子ケイ素の中空柱
が溶解され、微粒子材料の適当な隣接柱内に注入される
。誘導コイル２７は、可逆昇降機構５０によって炉チュ
ーブ２５にそって順次下方に動かされ、ケイ化方法を徐
々に実施する。

第５図は、炉の最初の加熱が開始した後の第４図の構造
を示す。図示するようにケイ素柱の頂部が部分的に解け
て炭化ケイ素、カーボン、または管５４を形成するそれ
らの混合物を含む柱内に浸透する。ケイ化温度まで加熱
が炉の頂部から底部まで徐々に進行される。

第６図は、無磁心型炉が用いられ、加熱要素がない別の
実施例を示す。この実施例においては、カーボン、好ま
しくはグラファイト４７の垂直柱がリアクタントとして
また加熱要素として用いられる。炉チューブ２５の中央
部またはコアは絶縁材料４９で満たされる。

第７図はさらに別の実施例を示す。この実施例において
は、仮支持体５１．５３が追加の安定性を微粒子材料の
柱に与え、また、装填機構１７の除去を容易にする。支
持体５ｆ、５３は紙のような可燃性の材料から適当につ
くられる。ワックス紙または被覆紙が用いられてもよい
。完全に可燃性の材料またはカーボンを残す材料が等し
く適している。

具体例１上述した装填機構および垂直真空誘導炉が用いられた。

装填機構は外管１９を有している。外管は外径５７．１
５ｍ（２，２５０ｉｎ）　、内径５４．６６ｔｐｍ　（
２，１５２ｉｎ）になっている。外管の一端は内面に向
かって斜めに形成されて約５４．６１ｍｍ（１１５ｉｎ
　）の直径を有するナイフ・エツジを形成する。装填機
構は内管２１を有している。内管２１は、外径５（Ｌ８
１ｍ１１（２，ｏｏｉｎ）、内径４　ａ３１Ｂ（１，９
０２ｉｎ）になっている。内管の一端は外に向かって斜
めに形成されて、直径５０８■（２，０００ｉｎ）を有
するナイフ・エツジを形成する。内管は止めねじによっ
て外管内に同軸状に保持される。

装填機構は、内径７α４１ｗ！ｍ（２，７７２ｉｎ）、
外径７６．８３５ｍ（＆０２５　ｉｎ）、長さ６０９．
６ｗｍ（２４ｉｎ）の溶解石英炉チー−ブ内に中心位置
決めされる。炉チューブは支持フレームに垂直方向に定
置された。

炉チューブの底端は、アルミニューム板によって保持さ
れた平らなゴム真空ガスケットによって閉じられた。真
空ホースおよびポンプがアルミニューム板に接続される
。石英管の３インチ（７６４ｍ）底は、ゴム真空ガスケ
ットを熱的に絶縁するために１２．７■（α５ｉｎ）厚
カーボン・フェルト・ディスクによって満たされた。

５つの供給ホッパが用いられた。その１つは窒化ボロン
粒子８ＨＰ−４０級、８ｏｈｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏｍｐａｎｙの製品であり、他
の１つはケイ素粒子、Ｓｉｌｉｇｒａｉｎ　５ＧＩ−２
０メツシユ、Ｂ　ｌｋｅｍＭｅｔａｌｓ　Ｃｏｍｐａｎ
Ｙの製品であシ、他の１つは炭化ケイ素粒子、９５％　
５０／１００メツシユ・サイズＡ１のブレンド、Ｅｘｏ
ｌｏｎ−ＥＳＫ　Ｃｏｍｐａｎｙの製品、５チドライ・
フェノール樹脂、ダイフェン級８７７Ｐ。

Ｓｈｅｒｗｉｎ　−Ｗｉｌｌｉａｍｓ　Ｃｏｍｐａｎｙ
の製品である。

微粒子供給材料は、内径１／４インチ（６，３５ｍ）の
１８本のプラスチック・フィーダ管で、各供給材料につ
いて６本の管を通して供給された。供給管は装填機構の
周囲で６０度ずつ配置される。供給管は、微粒子の窒化
ボロンを装填機構の外管と炉チーープの内面との間に供
給し、微粒子の炭化ケイ素を装填機構の管内に供給し、
微粒子のケイ素を装填機構の内面と炉加熱管の外面との
間に供給するように配置される。

充填後、装填機構はゆっくシと上昇されて、微粒子の窒
化ボロン、炭化ケイ素樹脂、ケイ素の中空柱を別個に同
軸に配置される。装填機構を取り去った後に、頂部の空
間はカーボン・フェールト・ディスクで満たされ、ゴム
・ガスケットと金属板とによって蓋をされる。真空が炉
チューブの下端に加えられる。

外径４．７６２＋ｍ（５／　１６　ｉｎ）の銅製管で、
１２巻きのフィルであって、内径７９．３７５ｗ（５１
／Ｂ　１ｎ）、長さ７６．２ｔｙｓＣ５ｉｎ）の誘導コ
イルが４５０　ＫＨｚ　、　２　’／２Ｋｗ　Ｌｅｐｅ
ｌ誘導電源に接続された。コイルはα８プレート電源入
力を用いた炉チューブにおいて開始した。コイルは１分
間にａ３８２ｍｍ　（０，３３ｉｎ）の速度で炉チュー
ブにそって下降された。石英管の底が近付けられたとき
に、コイルが停止され、電源が切られた。炉チューブが
室温まで冷却され、開かれて、管状製品が取り出された
。窒化ボロンがゆるい粒状にあシ、浸透工程によって影
響を受けていないときに、ケイ化炭化ケイ素管が石英炉
から容易に取シ出される。ケイ素柱が炭化ケイ素柱内へ
の浸透によって取シ出されたとき、加熱要素がケイ化炭
化ケイ素管から容易に取り除かれる。

ケイ化炭化ケイ素管製品は微細構造では小孔を有する丸
く直状になることがわかった。微細構造における炭化ケ
イ素の容積は、視覚検査で約５０％に見積られた。製品
の外径は約５４．８６４ｍ　（２，１６０ｉｎ）、内径
は約５α０５８ｆｔＩ！Ｒ（１，９７０ｉｎ）であった
。

具体例２この具体例においては、約−１５０メツシユの粒径とα
５８り／備のタップ密度を有するグラファイト粉が、具
体例１において用いられたように炭化ケイ素樹脂要素の
代シに用いられ、また、炉加熱要素の代りに絶縁粒子の
コアが用いられた。他に用いられた工程は具体例１のも
のに準じた。管状製品の磨き断面の顕微鏡写真は、グラ
ファイト粒子が完全には炭化ケイ素に変換されてはいな
く、また、炭化ケイ素の薄層のみがケイ素母材によって
取シ囲まれたグラファイト粒子の面上に現われることを
明らかにした。

具体例３この具体例においては、炉チューブが絶縁粒子のコアの
まわシに詰められた絶縁粒子、ケイ素粒子、グラファイ
ト粉末の同軸層によって満たされた。その他の工程は具
体例１のものに準じた。

製品は具体例２のものに類似していた。

【図面の簡単な説明】

第１図は最適炉負荷装置を示す縦断面図。第２図は第１
図の２−２ａからみ九装填装置の横断面図であって利用
されうる中央間隔機構を示す。第３図は第１図の誘導炉の部分縦断面図であって乾燥鋳
造方法によって満たされた炉内に定置される装填機構を
示す。第４図は炉が充満されかつ装填機構が取シ除かれ
たときの第１図の誘導炉の部分縦断面図。第５図は第１
図の誘導炉の部分縦断面図であってケイ化温度まで加熱
された炉と製造された管状製品を示す。第６図は第１図
の誘導炉の部分縦断面図であって、炉が無磁心型であわ
、内部加熱要素が利用されていない別の構成を示す。第７図は第１図の誘導炉の部分縦断面図であって、微粒
子の柱が追加の仮支持機構を有している別の構成を示す
。１１．１５，１５　：供給ホッパ　１７：装填機構１９
．２１　　：型部材　　　２５：ｆ！ｊ導炉２５：炉チ
ューブ　　　２７：誘導コイル２９：誘導電源　　　　
３０：可逆昇降機構５５．５５，５７　：供給ライン　
３６：弁４１：絶縁材料　　　　４３：混合物４５：微粒子ケイ素代理人ザ＋”’ｉ！　ｌ高野武和賀ＩＧ　２ＩＧ　３ＦＩＧ５ＦＩＧ７

Claims

【特許請求の範囲】

１．　下記の工程からなる、ケイ素および炭化ケイ素か
らなるセラミック・チューブの製造方法。ａ）　微粒子のケイ素からなる中空の垂直管状柱を、炭
化ケイ素、カーボンまたはそれらの混合物のグループか
ら選ばれた微粒子の材料からなる第２の中空の垂直管状
柱に隣接させて同軸に定置させること、ｂ）　前記ケイ素を前記第１の柱から前記第２の柱まで
浸透させるケイ化温度まで両柱を加熱すること、ｃ）　該浸透された柱を冷却して中空で寸法的に安定し
たセラミック・チューブを形成すること。
２．　前記第２の柱が炭化ケイ素からつくられているこ
とを特徴とした請求項１記載の方法。
３．　前記第２の柱がカーボンからつくられていること
を特徴とした請求項１記載の方法。
４．　前記第２の柱が炭化ケイ素およびカーボンからつ
くられていることを特徴とした請求項１記載の方法。
５．　前記両柱は、ケイ素の溶融点以上でかつ約２４０
０℃以下の温度に加熱されることを特徴とした請求項１
記載の方法。
６．　前記浸透する工程が真空の下で実施されることを
特徴とした請求項１記載の方法。
７．　前記浸透する工程が不活性雰囲気で実施されるこ
とを特徴とした請求項１記載の方法。
８．　炭化ケイ素、カーボン、またはそれらの混合物を
含む柱が樹脂バインダを含むことを特徴とした請求項１
記載の方法。
９．　前記バインダが乾燥微粒子形体で加えられること
を特徴とした請求項８記載の方法。
１０．前記バインダが液体の形体で加えられ、また、微
粒子材料上に引き続いて乾燥されることを特徴とした請
求項８記載の方法。
１１．前記加熱工程が電気誘導によってなされることを
特徴とした請求項１記載の方法。
１２．前記加熱工程が抵抗加熱コアを有する電気誘導炉
内で実施されることを特徴とした請求項１記載の方法。
１３．前記加熱工程が無磁心型電気誘導炉内で実施され
ることを特徴とした請求項３記載の方法。
１４．請求項１記載の方法によってつくられた中空管状
セラミック製品。
１５．前記製品がケイ素および炭化ケイ素からつくられ
ていることを特徴とした請求項１４記載の製品。
１６．前記製品がケイ素、炭化ケイ素、グラファイトか
らつくられていることを特徴とした請求項１４記載の製
品。
１７．下記のものからなる微粒子材料の柱で管状垂直電
気誘導炉を満たす装置。ａ）　前記誘導炉内に間隔をあけて嵌合する寸法の複数
の環状に間隔をあけた開口円筒型部材、ｂ）　前記炉内
に装填機器を置く機構、ｃ）　微粒子供給材料の供給を保持する機構、ｄ）　ホ
ッパ機構から前記円筒型部材の間のまわりの空間に微粒
子材料を選択的に供給するように配置された複数の供給
機構、ｅ）　微粒子材料の柱を残して前記炉から前記円筒型部
材を取り除く機構、ｆ）　前記炉を加熱する誘導コイル機構。
１８．前記炉が真空誘導炉であることを特徴とした請求
項１７記載の装置。
１９．前記供給機構がホースであることを特徴とした請
求項１７記載の装置。
２０．前記炉がコア型炉であることを特徴とした請求項
１７記載の装置。
２１．前記炉が無磁心型炉であることを特徴とした請求
項１７記載の装置。
２２．前記外側円筒型部材が該部材を前記炉内に間隔を
あけて定置するように円周間隔部を有していることを特
徴とした請求項１７記載の装置。