JPH03210705A - 高温用電気絶縁充填材及びその製造方法とそれを充填したシースヒーター - Google Patents

高温用電気絶縁充填材及びその製造方法とそれを充填したシースヒーター

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JPH03210705A
JPH03210705A JP1306488A JP30648889A JPH03210705A JP H03210705 A JPH03210705 A JP H03210705A JP 1306488 A JP1306488 A JP 1306488A JP 30648889 A JP30648889 A JP 30648889A JP H03210705 A JPH03210705 A JP H03210705A
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JP
Japan
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magnesia
mgo
less
powder
sheath heater
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Pending
Application number
JP1306488A
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English (en)
Inventor
Fusao Kono
房夫 河野
Hiroshi Takeuchi
弘 竹内
Kunihiko Nibu
丹生 国彦
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Shin Nihon Kagaku Kogyo KK
Original Assignee
Shin Nihon Kagaku Kogyo KK
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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] 本発明は高温における電気絶縁抵抗の優れた電気絶縁充
填材に関するものである。
[従来の技術] シースヒーターの絶縁充填材として酸化マグネシウム(
MgO)が利用される。それはMgOが高温下での電気
絶縁抵抗が非常に高いという特徴があるためである。
シースヒーターはMgOを充填したのち、圧延減径・焼
鈍・封止・曲げ加工を経て製造されるが、その過程で充
填材の物性が変化する。
従来使用されている電融マグネシアはその製造方法上大
きな塊状で得られるために、細いシ−スヒーターの絶縁
充填材として使用するにはどうしても破砕して整粒せざ
るを得ず、その破砕粒は角張った形状をしているので、
充填するのが困難であるばかりでなく、充填後の成型加
工時に発熱線を傷付けたり、再破砕が起こり、寿命低下
の大きい原因となっていた。
電融マグネシアの充填後の成型加工時の再破砕の防止に
ついてはディナミートノーベル社が特開昭51−150
094号に耐火性酸化物添加物を加える方法を記載して
いる。しかしこの方法においても、再破砕は十分に防止
しえず、寿命低下を大幅に改善するには至らなかった。
又焼結マグネシアは製造し易く、電融マグネシアに比べ
充填後の成型加工時の再破砕が少なく、近年注目されて
はいるが本発明者らが特開昭82−90807号で記載
した球状焼結マグネシアでも充填後の成型加工時の再破
砕は少ないが細いヒーターや高温用ヒーターを作るには
未だ絶縁抵抗が低かった。
又、充填材のカーボン含有量が多いとマグネシア粉体に
“ブラックニング現象が起こりシースヒーターの寿命低
下につながることは知られたところであり、電融マグネ
シアでは溶融時にカーボン電極を使うためにある程度の
カーボンの含有は避けられなかった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、絶縁抵抗が高く、カーボン含有量が極めて少
なくしかもシリカ粉を混合した充填材を用い、シースヒ
ーターの成型加工時の再破砕等の物性変化を少なくする
ことによって、高温における電気絶縁抵抗が高い電気絶
縁充填材及びその製造方法とそれを充填したシースヒー
ターを提供しようとするものである。
[課題を解決するための手段] マグネシア中の不純物が結晶内や結晶粒界に偏在したり
、酸化カルシウムのように固溶したりして、焼結MgO
の絶縁抵抗が低い原因となっている、MgOの格子歪み
を熱処理により除去し、又熱処理によりカーボン含有量
が極めて少ない焼結マグネシア粉体にシリカ粉を混合し
た電気絶縁充填材を得ることができた。又、上で得た充
填材より製造されたシースヒーターは高温における電気
絶縁抵抗が極めて高いものであった。
すなわち本発明は a)その化学組成が ■ MgO≧93vt% ■ CaO≦1.5 vt% ■ 5iOz≦4vt% ■ Fe20a+Al2O3≦ 0.4vt%■ B2
O3≦0.1wt% ■ IglO8S≦0.8vt% であり、 b)MgOの格子歪みカ15X 104以下C)カーボ
ン含有量が180pI)−以下d)充填密度が1.90
〜2.BOg7ccである粉体に一次粒子径が5o■μ
以下であり、表面にシアノール基を持っシリカ粉を0.
1〜1、Owt%混合したことを特徴とする電気絶縁充
填材、及びその電気絶縁充填材を用いたシースヒーター
である。
本発明において、化学組成が上記の範囲内にあるときに
シースヒーターの電気絶縁抵抗が極めて高く、化学組成
が上記の範囲を外れるとシースヒーターの電気絶縁抵抗
が低くなるので高温用として実用性がなくなる。特にC
aOが1 、2vt%以下が望ま、しい。
又本発明において、MgO格子歪みが20×lO→以下
であることが必要であり、その範囲を外れるとシースヒ
ーターの電気絶縁抵抗が低くなるので高温用として実用
性がなくなる。更に好ましくはMgOの格子歪みがIO
X 10’以下である。
又本発明において、マグネシア粉体の充填密度は1.9
0〜2.30g/ccの範囲である必要があり、上記の
範囲を外れるとシースヒーターの電気絶縁抵抗が低くな
るうえに、抵抗値の低下も大きくなるので高温用として
実用性がなくなる。更に好ましくはマグネシア粉体の充
填性は2.00〜2.20g/ccの範囲が望ましい。
更に好ましくは2.05〜2.20g/ccの範囲であ
る。
又本発明において、MgOのカーボン含有量が180p
pm以下であることが必要であり、その値を越えるとシ
ースヒーターの抵抗値の低下が非常に大きく、寿命が短
くて高温用として実用性がなくなる。更に好ましくはM
gOのカーボン含有量が1100pp以下である。
マグネシア粉体に混合するシリカ粉の一次粒子径は5h
μ以下である必要があり、上記の範囲を外れるとシース
ヒーターの電気絶縁抵抗が低くなるので高温用として実
用性がなくなる。
好ましくはシリカ粉の一次粒子径は12mμ以下である
マグネシア粉体に混合するシリカ粉の比表面積は84■
’ 7g以上である必要があり、上記の範囲を外れると
シースヒーターの電気絶縁抵抗が低くなるので高温用と
して実用性がなくなる。
好ましくはシリカ粉の比表面積は200m’ 7g以上
であり、更にシリカ粉の比表面積は8001218以上
であることが望ましい。
又、シリカ粉の表面はシアノール基を持ち撥水性を有す
る必要があり、これは充填する際に水分等をシース内に
持ち込むのを防ぐ。しかしアルキル基等炭素を有する官
能基は抵抗劣化の原因になり好ましくない。
又マグネシア粉体に混合するシリカ粉の量は0.1〜1
.0wt%である必要があり、その範囲を外れると成型
加工時の再破砕を少なくする効果が失われてシースヒー
ターの電気絶縁抵抗が低くなるので高温用として実用性
がなくなる。更に好ましくはシリカ粉混合量は0.3〜
0.5 vt%である。又シリカ粉は気相法で合成され
た無定形シリカであることが好ましい。
又本発明のマグネシア粉体から製造したシースヒーター
の中から取り出した前述のマグネシア粉体のMgOの格
子歪みが15X 10−4以下である必要があり、上記
の範囲を外れるとシースヒーターの電気絶縁抵抗が低く
なるので高温用として実用性がなくなる。更に好ましく
はMgOの格子歪みが7×104以下が更に望ましい。
このようなシースヒーターの充填材の製造方法は例えば
マグネシア粉体を最高温度1000”C以上で熱処理す
る。
本発明において、最高温度1000”C以下では熱処理
の効果が小さく 、1000℃以上、好ましくは120
0−1400℃が望ましい。
本発明において、酸性溶液に接触した後最高温度100
0℃以上で熱処理する方が好ましい。
本発明において、充填材であるマグネシア粉体は電融マ
グネシアと焼結マグネシアのいずれでもよいが好ましく
は焼結マグネシアが望ましい。
又、マグネシア粉体のうち420μ■の篩を通過し、2
5μ腸の篩を通過しない部分を採取するのが適当である
。又、粉体にはZ r02などの助剤等の他の成分が影
響のない範囲で含まれていても良い。
[実施例コ 以下、本発明を実施例および比較例によって、具体的に
説明する。
本発明における実施例の化学組成のうちMgO,Cab
、   5iOz  、  Fezes  、Al2O
3、B2O3はマグネシア粉末を塩酸水溶液で熱溶解し
たのち、又ZrO2は炭酸ソーダーと炭酸ボレートの混
合物を用い、アルカリ溶融したのち、硝酸水溶液に熱溶
解し、日本ジャーレルアッシュ製の575−II製のI
 CAPを用いて測定した。
Iglossは試料10gを精秤し、白金ルツボに入れ
、それを電気炉に入れ1000℃で1時間加熱後の減量
を元の重量に対する百分率で示したものである。
又、マグネシア粉体のカーボン含有量は試料籾を窒素気
流中で2300℃の温度にした後に酸素を吹き込み、カ
ーボンを酸素と反応させて二酸化炭素とする。それを赤
外吸収により測定した。
測定機器はレコー社のLeco −CS 44型である
又粉体の比表面積はBET法で測定した。
格子歪みの測定はX線回折(理学電機製IR−IA型)
により4DkV、 20mA、  1ノ4deg/ig
+、time constant 5secの条件でM
gOの (1,1,1)、(2,0,0)、  (2,
2,0)、  (3,1,1)、  (2,2,2)、
(4,0,0)、(4,2,0)の各ピークの積分幅を
測定し、kαI、kα2の分離補正(文献l)、スタン
ダード補正(文献1)を行い、真の半価幅を求める。得
られた半価幅からHallプロット(文献2)を行い、
最小二乗法による直線回帰から傾きを求め、傾きの1/
2の値をもって格子歪みとした。なお標準試料はMgO
純度99.9%のマグネシア単結晶を粉砕したのち、4
4〜20μ腸のものを1300℃で5時間熱処理したも
のを用いた。測定試料も粒径44〜20μ麿のものを用
いた。
(上記文献1) r The measurement
 ofparNcle 5ize by the X−
ray 5ethodJ by P。
W、Jones、、Proe、Roy、Soc、、A 
IO2,16(1938)。
(上記文献2)Hall、W、H,、Proc、Roy
 、Soc、。
A62..741(1949)。
又、粉末の充填密度、フロータイムはASTM 5ta
ndards D 2755に規定されている方法によ
りアメリカのBoeh Tool and Die C
ompany製の装置を用いて測定した。
粒度分布はJIS標準篩を用いて求めた。
又、本発明の実施例及び比較例に用いたシースヒータは
線径0.45m5のニクロム線と外径811%長さ 6
50■■のインコロイバイブの間隙にマグネシア粉体を
充填した後、6.8■まで圧延減径し、1050℃で3
0分焼鈍した後にガラスシールとシリコンシールしたも
のを用いた。
更にマグネシア粉体を充填したシースヒーターの寿命テ
ストは100Vを印加し、20分0N−10分OFFの
繰り返しで2000回まで行った。
[実施例1及び比較例1] ロータリーキルンで2000℃の温度で焼処理した1m
m以下の高純度マグネシア粉をステンレス製の金網を用
いて、420μ瓢から25μmで篩い分けた。これに−
次粒子径が12−μ以下であり、表面にシアノール基を
有するシリカ粉を0.5wt%ミキサーを使い混合した
このマグネシア粉体の化学組成、粒度分布、充填性、フ
ロータイム、格子歪み及び初期の絶縁抵抗を第1表に示
した。更にこのマグネシア粉体を原料としシースヒータ
ーを作り、所定ノ条件で絶縁抵抗の経時変化を第1図に
示す。
又、比較例1として原料に用いたマグネシア粉の上記測
定値を併記した。
第1表 第1図において、実施例は繰り返し2000回までの寿
命の低下が35%であるのに対し、比較例は83%であ
る。
実施例2 0−タリーキルンで2000℃の温度で焼成した1mm
以下の高純度マグネシア粉をステンレス製の金網を用い
て、420μ■から25μlで篩分けた。これに比表面
積が°200(■2/g)のシリカ粉を0゜5wt%ミ
キサーを使い混合した。
このマグネシア粉体の化学組成、粒度分布、充填性、フ
ロータイム、格子歪み及び初期の絶縁抵抗を第2表に示
した。更にこのマグネシア粉体を原料としシースヒータ
を作り、所定の条件で絶縁抵抗の経時変化を第1因に示
す。
第1図において、 実施例は繰り返し2000回ま での寿命の低下が30%である。
実施例3 カーボン含有量の異なるマグネシア粉体を用いてシース
ヒーターを作製し、前述の方法で寿命テストを行い、そ
の結果を第3表に示した。
なお、化学組成、粒度分布、充填性、フロータイムは実
施例1と同じである。
第3表 実施例4 実施例1に用いたマグネシア粉体に比表面積及び混合量
を変えたシリカ粉を混合した後ヒーターを作製し、前述
の方法で初期抵抗(7v/cm2)の測定と寿命テスト
(7v/c■2)を行い、その結果を第4表に示した。
第4表 実施例5 実施例1に用いたマグネシア粉体の充填密度を変え、比
表面積200(s’ /g)のシリカ粉を0.5wt%
混合したのちヒーターを作製し、前述の方法で初期抵抗
の測定と寿命テストを行い、その結果を第5表に示した
第5表 実施例6 格子歪みの異なるマグネシア粉体に比表面積200m2
/gのシリカ粉を0.5wt%混合したのヒーターを作
製し、初期の絶縁抵抗を測定し、その結果を第6表に示
した。また、格子歪みは原料としたマグネシア粉体の値
とヒーターから取り出したマグネシア粉体の値とを併記
した。
第6表 実施例7 実施例1のマグネシア粉体を1200℃で1時間加熱・
冷却した後、比表面積2DDm2/gのシリカ粉を0.
5wt%混合した後ヒーターを作製し、初期の絶縁抵抗
を測定し、その結果を第7表に示した。
[発明の効果コ 以上説明したように、本発明の電気絶縁充填材はシース
ヒーターの原料として極めて優れており、これから製造
されたシースヒーターは初期の絶縁抵抗が優れているば
かりでなく、絶縁抵抗の劣化が極めて小さく、ヒーター
の寿命が非常に長くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1 (A) 、実施例2(B)、比較例
1(x〉の絶縁抵抗の経時変化を示すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マグネシアで a)その化学組成が 1 MgO≧93wt% 2 CaO≦1.5wt% 3 SiO_2≦4wt% 4 Fe_2O_3+Al_2O_3≦0.4wt% 5 B_2O_3≦0.1wt% 6 lgloss≦0.3wt% であり、 b)MgOの格子歪みが20×10^−^4以下 c)カーボン含有量が180ppm以下 d)充填密度が1.90〜2.30g/ccである粉体
    に一次粒子径が50mμ以下であり、表面にシアノール
    基を持つシリカ粉を0.1〜1.0wt%混合したこと
    を特徴とする電気絶縁充填材。
  2. (2)原料であるマグネシア粉体を最高温度1000℃
    以上で熱処理することを特徴とする請求項(1)記載の
    電気絶縁充填材の製造方法。
  3. (3)請求項(1)記載の電気絶縁充填材を充填したこ
    とを特徴とするシースヒーター。
JP1306488A 1989-10-04 1989-11-28 高温用電気絶縁充填材及びその製造方法とそれを充填したシースヒーター Pending JPH03210705A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017145990A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 日本特殊陶業株式会社 グロープラグ

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017145990A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 日本特殊陶業株式会社 グロープラグ

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