JPH02289467A - セラミックスのヒーターチューブ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 例えばダイカスト工場では、溶解炉で金属を溶解し、溶
湯を貯湯槽に保持して必要に応じて汲出し使用する。貯
湯槽では浸漬ヒーターを溶湯中に浸漬して溶湯を所定の
温度に保持する１本発明は、例えばこの浸漬管ヒーター
に使用するセラミックスのヒーターチューブに関する。

［従来の技術］ ヒーターチューブは溶湯中に長期間浸漬したまへ使用さ
れるため、溶湯に対する耐浸透性の優れた材質が望まし
い０例えば多孔質の材質のヒーターチューブを溶湯中に
長期間浸漬して使用すると、溶湯がヒーターチューブの
内側迄浸透してヒーターチューブに内蔵した発熱体を損
傷する。

従ってヒーターチューブには緻密質なセラミックスが使
用される。

ヒーターチューブにはまた耐衝撃性の優れた材質が望ま
れる。ヒーターチューブに内蔵した例えば通電発熱体は
、オン−オフの通電を繰返して溶湯を所定の温度に制御
する。従ってヒーターチューブは例えばオン通電の際は
１０００℃以上に急速に加熱されまた例えばオフ通電の
際は溶湯温度例えば６５０℃に冷却されて、熱衝撃が繰
返し付加される。

このためヒーターチューブは優れた耐熱衝撃性を有する
事が重要である。

以上述べた如く、ヒーターチューブとしては、緻密質で
かつ耐衝撃性の優れた材質が望まれるが、通常のセラミ
ックスでは緻密質なものは耐１１？撃性が劣るために、
ヒーターチューブとしての特性を十分に満足させるには
至っていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者等は、ウィスカーを分散複合せしめかつ靭性を
改善した、常圧で成形−焼結したセラミックスを発明し
て、特願昭６３−３２９４２７号で特許出願した６本発
明者等はこのセラミックスをヒーターチューブに使用す
る研究を更に行い１本発明をなすに至った。

即ち本発明は、緻密質であるために溶湯中に長期間浸漬
しても溶湯が浸透し難く、かつ耐衝撃性が優れているた
め熱衝撃を繰返し付加しても破損することのない、セラ
ミックスのヒーターチューブを提供するものである。

［課題を解決するための手段および作用］本発明のセラ
ミックスのヒーターチューブは。

炭化珪素のウィスカーが、窒化珪素のマトリックスに、
ヒーターチューブの壁面と略平行にかつ２次元にランダ
ムに配向し分散されている。

以下に具体的に説明する０本発明では炭化珪素のウィス
カーを窒化珪素のマトリックスに分散せしめる。炭化珪
素は窒化珪素よりも熱伝導性がよいために、炭化珪素の
ウィスカーを分散せしめる事により熱伝導性のよいヒー
ターチューブが得られる。また炭化珪素のウィスカーは
高温でも極めて高強度であるため、炭化珪素のウィスカ
ーを分散せしめる事により、高温で高強度のヒーターチ
ューブが得られる０本発明の炭化珪素のウィスカーは、
例えば直径が約０．１−１μで長さが約５〜１００μの
炭化珪素の短繊維で、マトリックスに対して例えば５〜
３０重量％用いる。

本発明のヒーターチューブのマトリックスは窒化珪素で
ある。窒化珪素は例えば溶融アルミニウムとの濡れ性が
悪く、従ってマトリックスが窒化珪素のセラミックスは
溶湯の浸透を防止する。本発明で窒化珪素のマトリック
スは、平均粒径が例えば約１μの窒化珪素粉を用いて形
成する。

本発明で炭化珪素のウィスカーは、ヒーターチューブの
壁面と略平行にかつ２次元的にランダムな向きに配向し
て、マトリックス中に分散されている。第１図は本発明
のヒーターチューブの円筒部におけるウィスカーの配向
の説明図で、第１図（Ａ）はヒーターチューブの壁面を
示す図で、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の縦断面の説明
図、第１図（Ｃ）は第１図（Ａ）のイーイ断面を展開し
た説明図である。

本発明の炭化珪素のウィスカー１は第１図（Ｂ）にみら
れる如く、外面が２で内面が２１のヒーターチューブの
壁面と略平行に、外面２から内面２′に至る全肉厚に亘
って、外面２や内面２′と略平行に、また第１図（Ｃ）
にみられる如く２次元にランダムな向きに配向して、窒
化珪素のマトリックス３中に分散している０例えばヒー
ターチューブに内蔵した発熱体がオツ通電されると、ヒ
ーターチューブの内面２°は昇熱し膨張してヒーターチ
ューブの外面２側には、引張り応力が付与されるが、高
強度な炭化珪素のウィスカーがこの応力に耐えるために
、マトリックス３に作用する引張り応力は軽減されて、
クラック等の欠陥の発生を防止する。

また第１図でマトリックス３に例えば微細クラック４や
４１が発生しても、４や４′が炭化珪素のウィスカー１
に達すると、微細クラックは進行が停止する。ヒーター
チューブの壁面と平行にかつ２次元にランダムに配向し
た炭化珪素のウィスカーは、ヒーターチューブの表面に
付加される引張り応力から、窒化珪素のマトリックスを
最も有効に保護する０本発明のヒーターチューブは、分
散せしめた全ての炭化珪素のウィスカーがヒーターチュ
ーブの壁面と略平行にかつ２次元にランダムに配向して
いるため、優れた耐衝撃性を有している。

次に本発明のヒーターチューブの製造方法の例を説明す
る６本発明では例えば平均粒径が約１μの窒化珪素粉７
５重量％と、直径が約１μで長さが約１００μの炭化珪
素ウィスカー１０重量％と、コージェライト系の焼結助
剤１５重量％とを、分散媒である水と混合して、粘度が
３．０ボイズ以下の泥漿とする。

本発明で泥漿の粘度とは、ＪＩＳ　Ｚ　８８０９による
粘度計校正用標準液で校正された回転型粘度計で測定し
た粘度をいう。

本発明のヒーターチューブの製造に際しては、泥漿の粘
度を３．０ボイズ以下に調整しこの泥漿を石膏型に注入
し、着肉せしめ、残余の泥漿を排泥して密度が６０％以
上のグリーン成形体とする。

泥漿の粘度は、例えば分散媒の添加量やＰＨ等を調整し
て３．０ボイズ以下とする。粘度が３．０ポイズ以下の
泥漿を用いたこのグリーン成形体は密度が高く、更に炭
化珪素のウィスカーはヒーターチューブの壁面となるグ
リーン成形体の外面と略平行に２次元にランダムに配向
して分散されている。

このグリーン成形体は乾燥し、更に焼結するが、グリー
ン成形体の密度が高いために焼結して得られるヒーター
チューブは緻密質である。また焼結に際してはウィスカ
ーの配向は変らないため、焼結して得られたヒーターチ
ューブに分散されているウィスカーは、ヒーターチュー
ブの壁面と略平行にかつ２次元にランダムに配向して分
散されている。

本発明者等は、前記の泥漿にＣＭＣを加えて粘度を調整
し、粘度が約ｌＯポイズの泥漿と約５ボイズの泥漿を作
成し、これを用いたヒーターチューブ（比較材）を作成
した。

第２図は粘度が約１０ボイズの泥漿を用いた際の、グリ
ーン成形体における炭化珪素のウィスカーの配向を説明
する図である。粘度が１０ポイズの泥漿を用いると、ウ
ィスカーが３次元にランダムな向きに配向したグリーン
成形体となるが、炭化珪素のウィスカーを３次元にラン
ダムな向きに配向させると、密度が６０％以上のグリー
ン成形体が得られない、ウィスカーが３次元にランダム
な向きに配向し密度が６０％未満のグリーン成形体は、
焼結しても緻密質なヒーターチューブとならないし、ま
た焼結に際してはウィスカーの配向が変らないため、焼
結して得られたヒーターチューブに分散されているウィ
スカーは、ヒーターチューブの壁面と３次元にランダム
な向きに配向されて靭性の改善効果が少ない。

粘度が約５ボイズの泥漿を用いると、炭化珪素のウィス
カーが窒化珪素のマトリックスにヒーターチューブの壁
面と略平行に２次元にランダムに配向して分散された、
−見したところ第１図と同様のグリーン成形体やヒータ
ーチューブが得られる。またグリーン成形体の密度は６
０％以上となる。

しかし粘度が約５ボイズの泥漿を用いて製作したグリー
ン成形体は、後で述べる焼成に際して、肉厚方向の収縮
率にばらつきが大きく、また焼成後のヒーターチューブ
には多数のミクロクラックが１５１１される。泥漿の粘
度が約５ボイズの際に、ヒーターチューブに多数のミク
ロクラックが発生する理由は下記の如くと思考される。

ウィスカーはグリーン成形体内部で網状体を形成するが
、泥漿の粘度が約５ボイズでは網状体の形成が十分には
均一ではない。網状体が不均一に形成したグリーン成形
体を焼成すると、網状体が密に形成された部分と疎に形
成された部分とで収縮量が相違し、この収縮量の相違に
よってミクロクラックが発生する。

この多数のミクロクラックが発生したヒーターチューブ
は、−見したところ第１図と同様に炭化珪素のウィスカ
ーが配向していても、靭性の改善が不十分である。

本発明では、粘度が３ポイズ以下の泥漿を使用するが、
粘度が３ポイズ以下の泥漿を用いると、後で述べるグリ
ーン成形体の焼成に際して、肉厚方向の収縮率は均一で
、また焼成時のヒーターチューブのミクロクラックが防
止されて、靭性の優れたヒーターチューブが得られる。

本発明で粘度が約１０ボイズと約５ボイズの泥漿を。

ＣＭＣを用いて粘度を調整した泥漿の例について説明し
たが、他の方法例えば窒化珪素の粉末の粒度等を選定し
て粘度を調整した泥漿についても同様の結果が得られる
。

本発明で、粘度が３．０ポイズ以下の泥漿を用いて製造
したグリーン成形体は例えば１気圧の窒素雰囲気炉中で
１７００℃で３時間焼成するが、以上の工程を経て、緻
密質で、かつヒーターチューブの内面から外面に至る全
肉厚に亘って炭化珪素のウィスカーが、窒化珪素のマト
リックス中に、ヒーターチューブの壁面と略平行に５例
えばヒーターチューブの壁面との傾斜が３０°以下に配
向され、更にミクロクラックが防止されたセラミックス
のヒーターチューブが得られる。

［実施例］ 第１表でＮｏｌは、窒化珪素単味の泥漿でグリーン成形
体を形成したヒーターチューブである。緻密質であるが
、耐衝撃性が低い。

Ｎｏ２は炭化珪素のウィスカーを１５％含有する泥漿で
グリーン成形体を形成したヒーターチューブであるが、
粘度が１０ポイズの泥漿を使用したため。

炭化珪素のウィスカーはランダムに配向している。

しかしこのヒーターチューブは相対密度が低くまた耐衝
撃性が不十分である。

Ｎｏ３は粘度が１．２ボイスの泥漿を用いた本発明のヒ
ーターチューブで、ウィスカーを１５％含有するが、ヒ
ーターチューブの内面から外面に至る全肉厚に亘って、
炭化珪素のウィスカーはヒーターチューブの壁面と略平
行に、即ちヒーターチューブの内面や外面と３０°以下
の傾斜角度で分散配向され、またミクロクラックが防止
されていた。このヒーターチューブは相対密度が高く、
かつ優れた耐衝撃性を備えている。

［発明の効果］ 本発明のヒーターチューブは、緻密質で溶湯中に長期間
浸漬しても溶湯が浸透し難い、また本発明のヒーターチ
ューブは耐衝撃性が優れているため熱衝撃を繰返し付加
しても長期間に亘って破損する事がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヒーターチューブの円筒部におけるウ
ィスカーの配向の例の説明図。 第２図はウィスカーが３次元にランダムに配向した例の
説明図。 である。 ｌ：炭化珪素のウィスカー　　２：ヒーターチューブの
外面、２′：ヒーターチューブの内面、３：マトリック
ス、　　４（４’）：微細クラック。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化珪素のウィスカーが窒化珪素のマトリックスに分
   散複合したセラミックスのヒーターチューブにおいて、
   炭化珪素のウィスカーが、窒化珪素のマトリックスにヒ
   ーターチューブの壁面と略平行に２次元にランダムに配
   向して分散されかつ、粘度が３．０ポイズ以下の泥漿を
   用いた泥漿法で製造されていることを特徴とする、セラ
   ミックスのヒーターチューブ