JPH03146413A - 炭化珪素チューブ及びその製造法 - 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） 本発明は、高圧の噴流水で加工を行うウォータージェッ
トノズル用チューブ、または、高圧の噴流水にガーネッ
ト、アルミナ等の研削砥粒を混合したアブレーシブタイ
プウォータージェットノズル等に使用される炭化珪素チ
ューブに関する。

（従来の技術） ウォータージェット加工装置は、高圧を加えた水を、細
い直径のノズルより吹き出すことによって超音速の噴流
となし、その勢いで素材を加工する。プラスチック、Ｊ
Ｌ　　合金等はとんどの素材の加工が可能である。加工
時には、粉塵や熱の発生がほとんどなく、３次元的な加
工も可能である。

加工の精度と速度をさらにあげるために、高圧の噴流水
にアルミナ、ガーネット等の研削砥粒を混合したアブレ
ーシブタイプウォータージェットも開発されている。噴
流の出口になるノズルには、摩耗が著しいことから１通
常超硬合金やアルミナセラミックス等が用いられている
。又、ダイヤモンド、立方晶窒化はう素の焼結体でつく
られたものもある（実開昭８３−５０７００）、　　Ｌ
かし、　これらは高価であり、かつ素材本来の硬度から
期待されるほどの耐久性を示さないのが現状である。

炭化珪素は、ダイヤモンド、立方晶窒化はう素につぐ硬
度を有する素材であるとともに気相合成法による析出も
比較的容易であるため、ノズル材料として有望である。

（発明が解決しようとする！ＩＩ！ｇ）従来の炭化珪素
成形品は、アチソン法等で合成した炭化珪素の微粉末に
、炭素、はう素、アルミニウム等の様々な焼結助材を混
ぜて、所望の形に成形後、焼結させて得られる。これを
ウォータージェットノズルとして使用すると炭化珪素本
来の硬度から期待される耐久性を示さないことがわかっ
た。原因は、焼結助材が優先的に消耗し、あるいは焼結
助材との結合が十分でないため炭化珪素の粒がｍｇｌｔ
、て脱落し、炭化珪素本来の硬度を十分に生かしきれな
いためと思われる。また、ウォータージェットノズルの
内径は＋　　１ａｖＩＩ程度と小さく。

形状にも厳しい精度が要求されることから、炭化珪素焼
結晶の加工を困難なものにしている。

＜！ｌＩｍを解決するための手段） 発明者らは、焼結助材を含まない高純度の炭化珪素を所
望の形状で直ちに得る方法として、化学気相合成法につ
いて検討した。その結果、同方法で得られるノズルが従
来の炭化珪素焼結加工品よりも優れた性能を有すること
を見いだし１本発明に至った。

即ち、本発明は密度が３．１８〜３．２１ｇ／ｃ　ｍ’
、不純物含有量が２０　ｐｐ＋ｍ以下で不通気性の多結
晶炭化珪素からなるチューブ、ウォータージェットノズ
ル用チューブ及びこれらの製造法である。

密度は高い程好ましく、本発明のものは３．１８　ｇ　
／　ｃ　ｍ’以上であり、その上限は理論密度３゜２１
　ｇ　／　ａ　ｍ’とほとんど同等にすることができる
。

そしてこれらは殆ど不通気性である。

チューブの形状は添付図面に示すように各種のものが可
能であり、またこれをノズルとして使用する場合は外径
１〜１０　ｍ　ｍ、　　肉厚は０．１〜４゜８　ｍ　ｍ
の範囲のものが適当である。

次にチューブの製造法について説明する。

本発明のチューブは炭化＠素の粉末を用いて焼結して作
ることは不可能であり、化学気相合成法で得ることがで
きる。

炭化珪素を化学気相合成法で作製するためには、基材と
なる物質が必要である０本発明の場合、ノズル状に炭化
珪素を作製するために、所定の径を持つ円柱状基材を用
いた。材質は黒鉛で、特に不純物を嫌う場合には精製し
たものを用いた１円柱の長さはウォータージェットノズ
ルの長さに合わせて加工し化学気相法で炭化珪素を蒸着
した。なお、蒸着する炭化珪素の熱膨張係数は、約４．
５ＸｌＯ−’　１　／”Ｃであるため、基材である黒鉛
は、熱膨張係数が、４．５×工０−６〜５．０ｘｌＯ−
’　１／℃であるものを用いた。化学気相法としては公
知の方法であればどの様な方法でもよい０例えば、メチ
ルトリクロロシランの様なシラン系炭化水素と水素ガス
を用いた方法、シラン系ガスと炭化水素ガスを水素ガス
で希釈したものを用いる方法、ＳｉＯ２と炭素〈黒鉛）
から発生するＳｉＯガスとＣＯガスを用いる方法がある
。このような化学気相法を用い、所定の厚みに炭化珪素
で被覆した柱状の黒鉛基材を所定の長さに切断し、黒鉛
基材を空気中で酸化除去すれば所定形状のチューブが作
製できる。チューブの使用方法としては、超硬ノズルの
内側にロウ付けあるいは接着する方法。

また、炭化珪素を厚く蒸着し、そのまま使用する方法等
がありいずれの方法であってもよい。

（作用） 化学気相合成法により、＃！結助材を含まない高純度の
多結晶炭化珪素が得られ、しかも多結晶粒子が緻密に結
合しているので、密度が高く、不通気性のものとなる。

これをウォータージェットノズルとして使用すれば、耐
摩耗性が著しく向上する。

（実施例） 等方性黒鉛を加工して直径１．８ｍｍ、長さ４５　ｍ　
ｍの黒鉛製丸棒を得た。このｊＬ欅を基材としてＳｉＯ
及びＣＯガス雰囲気中で１７００℃に加熱することによ
り、その表面に膜厚２　ｍ　ｍの炭化珪素多結晶膜を析
出させた。

丸棒の端面に析出した炭化珪素膜を削り落として空気中
で８００℃に加熱し、内径１．８ｍｍ、肉厚２ｍｍ、　
　長さ４０　ｍ　ｍの炭化珪素製チューブを得た。

膜は密度が３．　２１　ｇ／　ｃ　ｍ’、不純物は５　
ｐｐｍで、殆どガスを通さなかった。

この方法により以下に示す各種のチューブを作成しノズ
ルとした。

第１図は上記チューブを用いたノズルの概略断面図であ
る０図中、１はチューブ、２はこれを保護、補強するた
めの外筒である。この例は、軸方向に一定な内径を有す
る円形断面炭化珪素チューブの内筒を金属あるいは超硬
合金製の外筒に一体的に固着した場合である。この内筒
と外筒の固着方法としてはロー付け、接着等を用いるが
、チューブの外径が、大きい場合は焼きばめも可能であ
る。

このような構成において、研磨材が混入された超高速噴
流がチューブによって形成された噴射孔を通過する。こ
の噴射孔の内壁は耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素で
あり、摩耗が生じに＜＜。

長時間の使用に耐え得る。

第２図は本発明の他の態様を示す、第２図において、符
号は１１１図と同一のため説明を省略する。

第２図は、多結晶の炭化珪素チューブの内径が軸線方向
に沿ってテーパー状に変化する場合を示している。外筒
との固着方法は実施例１と同一の方法が用いられる。

第３図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第３
ＥＩにおいて、符号は第１図と同一であるため説明を省
略する。第３図において、内径が軸方向に沿って連続的
に変化する炭化珪素チューブが用いられている。外筒と
の固着方法は第１図と同一である。

１１４図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第
４図において、符号は第１図と同一のため説明を省略す
る。第４図ではロート状の多結晶炭化珪素チューブが用
いられている。外筒との固着方法は第１図と同一の方法
が用いられる。

第５図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第５
図において、符号は第１図と同一のため説明を省略する
。第５図は多結晶の炭化珪素を単体で使用した場合の一
例を示している。厚肉の成型体の場合は本例のごとく補
強用の外筒を省略した使用が可能であり、また、超高速
噴流の入口部にテーパー状の導入口を追加工（研削）す
ることも出来る。さらに必要に応じて外径部の加工を行
うことも可能である。

第６図は本発明のさらに他の態様の断面図である。第６
図において、第１図と同一部材には同一符号を付けて重
複する説明を省略する。

図中３は金属焼結体からなる補強用外筒である。

第６図では多結晶の炭化珪素と外筒部とが一体的に焼結
された構造となっている。この例では炭化珪素の内径が
上部の入り口から下部の出口部にかけて連続的に収縮、
拡大した形状となっている。

なお、上記各側では１本発明の気相合成炭化珪素製耐摩
粍部品が、研磨材が混合された超高速噴流を通過させる
研磨材混入噴射ノズルとして使用される場合について説
明したが、これに限ることなく、研磨材の混入されない
超高圧流体及び高圧流体の噴射ノズルとして用いても良
いことは勿論である。さらに、上記各側に対して、ノズ
ル内壁の断面形状（長手断面および横衛面）ならびに外
形状について、あるいは内筒と外筒との接合、固着方法
について種々な変形および組合せが考えられるが、これ
らについても当然本発明の範囲に含まれるものである。

（発明の効果） 以上で説明したように１本発明の高圧流体噴射ノズルに
よれば、耐摩耗性に優れた多結晶の炭化珪素により噴射
孔の内壁が形成される。このために、ノズルから噴射さ
れる高速噴流の径が長期間安定しており、ノズル交換頻
度が減少し、作業能率ならびに切断精度が向上するとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭化珪素チューブを使用したノズルの
断面図、第２図〜第６図は本発明の他の態様を示すノズ
ルの断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）密度が３．１８〜３．２１ｇ／ｃｍ＾３、不純物
   含有量が２０Ｐｐｐｍ以下で不通気性の多結晶炭化珪素
   からなるチューブ。
2. （２）ウオータージエットノズル用である請求項１記載
   のチューブ。
3. （３）柱状黒鉛の表面に気相合成法により炭化珪素を析
   出させ、その後黒鉛を除去することを特徴とする請求項
   １又は２記載のチューブの製造法。