JPH04169203A - セラミックチューブの製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、熱処理炉や反応炉の炉芯管、均熱管等として
使用されるセラミックチューブの製造方法に関し、更に
詳述すると、薄肉で大口径、長尺のチューブであっても
製造工程中につぶれ等の変形が発生することを可及的に
防止して高い寸法精度で製造することができるセラミッ
クチューブの製造方法に関する。

［従来の技術］ セラミック酸のチューブは、従来より耐熱性、耐食性、
耐摩耗性等に優れていることから熱処理炉や反応炉の炉
芯管、均熱管などの各種の用途に広く用いられているが
、近年のセラミックの製造技術の進歩にともない、チュ
ーブの大口径化、長尺化２薄肉化が要望されるようにな
ってきている。

しかしながら、セラミックチューブは、一般に原料粉末
にバインダーを添加混合して成形した成形体を焼成（一
次焼成もしくは二次焼成）した後、焼結することにより
製造されるが、大口径で薄肉のチューブの場合は、大口
径になればなるほど、また薄肉になればなるほど、製造
過程中に生じる変形量が太き（なり、寸法精度の問題が
生じ、用途によっては使用に適さなくなる場合もある。

そこで従来、このようなセラミックチューブの製造過程
における、変形の発生を防止する手段として、成形体を
その外側又は内側からガイドで支え、焼成工程、焼結工
程を行うことが提案されている（特開昭６２−１５８１
６３号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記方法においては、製造するチューブの形状
毎に又は各工程毎にその成形体に合わせて設計したガイ
ドが必要になり、これが製造コストを引き上げる要因と
なてしまう。

また、厚肉のセラミックチューブを製造した後、外周面
を所望の厚さに切削加工することにより変形の発生を防
止する方法も考えられるが、この方法は変形の防止につ
いては有効ではあるものの、周知のようにセラミックに
切削加工を施すことは非常に困難であり、製造コストを
大幅に引き上げることになる。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、大口径、薄
肉、長尺のチューブであっても製造工程中におけるつぶ
れ等の変形を可及的に防止し、寸法精度の優れた製品を
コストの増加を招くことなく製造することができるセラ
ミックチューブの製造方法を提供することを目的とする
。

［発明を解決するための手段及び作用］本発明者は、上
記目的を達成するため、鋭意検討を行った結果、原料粉
末を筒形形状に成形し、これを直接又は一次焼成した後
、焼結してセラミックチューブを製造する方法において
、上記成形時に成形体の外周面軸方向両端部に周方向に
沿ってリング状厚肉部を形成し、一次焼成後又は焼結後
に該厚肉部を切断除去した場合、或は上記成形時に所望
の肉厚より厚肉の筒状成形体を成形し、これを一次焼成
した後、得られた焼成体の軸方向両端部を除く外周面を
切削加工して所望の肉厚に薄肉化すると共に、軸方向両
端部の非切削部分をリング状厚肉部として残留させ、焼
結後、該厚肉部を切断除去した場合、大口径、薄肉、長
尺のセラミックチューブであっても寸法精度に優れた製
品をコストの大幅な上昇を招（ことな（製造することが
できることを知見した。

即ち、成形時に筒状成形体の外周面軸方向両端部に局方
行に沿ってリング状の厚肉部を形成することにより、該
厚肉部によって以後の焼成工程、焼結工程においてつぶ
れ等の変形が生じることが可及的に防止され、成形時の
寸法精度が焼結後まで良好に保持され、更に該厚肉部を
焼結後又は焼成後に切断除去することにより、然したる
コストの増加もなく、寸法精度の優れたセラミックチュ
ーブが得られることを見い出した。

また、成形時に変形の生じ難い厚肉の筒状成形体を成形
し、この厚肉成形体を一次焼成した後、両端部を除く本
体部分の外周面を切削加工して該本体部分を所望の肉厚
に薄肉化すると共に、外周面両端部の非切削部分をリン
グ状厚肉部として残し、これを焼結することにより、成
形時より一次焼成終了時までは厚肉の筒状物であるため
、一次焼成終了時まで変形が生じることなく、また焼成
体を所望の肉厚に薄肉化する切削加工は、比較的加工の
容易な焼成体に対して行われるので容易に行うことがで
き、更に焼結時には非切削加工部分のリング状厚肉部に
より変形の発生が可及的に防止され、上記切削加工時の
寸法精度が焼結終了時まで良好に保持されると共に、上
記リング状厚肉部を切断除去することにより、寸法精度
の良好なセラミックチューブを低コストで製造し得るこ
とを見い出したものである。

従って、本発明は、原料粉末を筒形形状　に成形し、こ
れを直接または一次焼成した後、焼結してセラミックチ
ューブを製造する方法において、上記成形時に成形体の
外周面軸方向両端部に周方向に沿ってリング状厚肉部を
形成し、一次焼成後又は焼結後に該厚肉部を切断除去す
ることを特徴とするセラミックチューブの製造方法、及
び原料粉末を筒形形状に成形し、これを一次焼成した後
、焼結してセラミックチューブを製造する方法において
、上記成形時に所望の肉厚より厚肉の筒状成形体を成形
し、これを一次焼成した後、得られた焼成体に軸方向両
端部を除く外周面を切削加工して所望の肉厚に薄肉化す
ると共に、軸方向両端部の非切削部分をリング状厚肉部
として残留させ、焼結後該厚肉部を切断除去することを
特徴とするセラミックチューブの製造方法を提供する。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。

本発明に従ってセラミックチューブを製造する場合は、
まず原料粉末に必要に応じてバインダーを混合して成形
し、図面に示した如き外周面軸方向両端部にリング状の
厚肉部２，２が形成された筒形形状の成形体ｌを成形す
る。

この場合、上記厚肉部２，２の厚さｔは、チューブ本体
３の肉厚Ｔの１．５〜５倍、特に２〜３倍とすることが
好適であり、またその幅ｌは１０　ｍ　ｍ以上、特に３
０〜５０　ｍ　ｍとすることが好ましい。

このような成形体ｌを得る方法としては、両端部に厚肉
部２，２を有する筒状成形体１を直接成形することもで
きるが、所望の寸法より厚肉の筒状成形体を成形した後
、両端部を厚肉部２．２として残してチューブ本体３部
分の外周面を切削加工し、該本体３部分の肉厚を所望の
厚さに薄肉化することにより成形体ｌの両端部にリング
状の厚肉部２，２を形成することもできる。この場合、
原料粉末の成形法としては、押し出し成形法、スリップ
キャスト法等の通常の方法を採用することができるが、
特にラバープレス等による圧縮成形法が好適に採用され
る。

なお、上記原料粉末及びバインダーは通常のものを用い
ることができる。具体的に例示すると、原料粉末として
は炭化珪素粉末、窒化ケイ素粉末、アルミナ粉末、ムラ
イト粉末、ジルコニア粉末又はこれらの混合粉末を挙げ
ることができ、またバインダーとしては、フェノール樹
脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂やメ
チルセルロース、ポリビニルアルコールなどを挙げるこ
とができる。

次に、上記成形体を焼結するが、通常は４００〜１００
０°Ｃ程度の温度で成形体を加熱し、成形体中のバイン
ダーを分解すると共に、成形体を適度に硬化させる一次
焼成工程を行い、成形体を焼成体とした後、焼結を行う
ことが一般的である。なお、焼成中の雰囲気はアルゴン
ガス等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。

この焼成体または上記成形体を焼結する焼結工程は、セ
ラミックの種類に応じた通常の条件で行うことができる
。具体的には、アルゴンガス等の不活性雰囲気中で４０
０〜Ｉ　０００℃、特に６５０〜９００℃の温度で加熱
する方法が一般的であるが、焼結温度は、上記温度範囲
に限定されず、原料粉末の種類や成形体を直接焼結する
か、一次焼成した後焼結するかなどといった条件に応じ
て適宜設定される。また、原料粉末として炭化珪素粉末
を用いた場合には、加熱下に溶融金属珪素を浸透させる
反応焼結とすることもできる。

この一次焼成工程及び焼結工程は、成形体又は焼成体の
両端部に形成されたリング状厚肉部の作用によって、つ
ぶれ等の変形を生じさせることなく、成形時の寸法精度
を良好に保持したまま行うことができる。

次いで、得られた焼結体の軸方向両端部に形成されたリ
ング状の厚肉部を切断除去する。

なお、必要によってはこの厚肉部切断工程は、焼成工程
を経て焼結工程を行う場合に、焼結前に仮焼体に対して
行うこともできるが、焼結後に厚肉部を切断除去するこ
とがより好ましい。ここで、この厚肉部切断工程は、本
体部分３と厚肉部２，２との境界部分の薄肉部分４．４
を単に切断除去するもので、焼結体に外周面を切削加工
する場合のように困難なものではなく、然したるコスト
を要することなく、容易に行うことができるものである
。

また、本発明においては、原料粉末に必要に応じてバイ
ンダーを混合し、これを成形して所望の肉厚より厚肉の
筒状成形体を成形した後、これを焼成し、この焼成体を
外周加工して両端部にそれぞれリング状厚肉部を残し、
焼結後に該厚肉部を切断除去する方法を採用することも
できる。

この場合、成形体の肉厚は、所定肉厚の１．５〜５倍、
特に２〜３倍とすることが好ましい。このような肉厚に
成形することにより、上記成形体を焼成する一次焼成工
程を行う際、この−夕焼成工程中につぶれ等の変形を生
じることな（、上記成形時の寸法精度を良好に保持した
焼成体を得ることができる。これに対し、肉厚が５倍以
上となると、後述する切削工程において、その切削作業
に必要以上の労力を要することになり、また材料コスト
も必要以上に増加することになる。一方、肉厚が１．５
倍未満であると、成形後から一次焼成の終了時までに変
形が生じる恐れがあり、寸法精度の優れたセラミックチ
ューブが得られない場合がある。

焼成後の外周加工は、成形体への外周加工と同様にして
行うことができるが、この場合、切削作業は比較的加工
の容易な焼成体に対して行うので、作業性は良好である
。なお、一次焼成後に更に２次焼成を行っても良く、こ
の場合は、２次焼成後に上記外周加工を行うこともでき
る。

また、このように両端部にリング状厚肉部を有する焼成
体を焼結する場合、これら厚肉部の作用により焼結終了
時まで変形の発生が可及的に防止されて上記外周加工時
の寸法精度が良好に保持されるものである。

なお、本発明の製造方法は、筒状のセラミックチューブ
であればいずれのものも良好に製造することができるが
、特に内径が１００〜１２００　ｍ　ｍ　、肉厚が１　
、５〜１５　ｍ　ｍ　、長さが５００〜４０００　ｍ　
ｍといった大口径、薄肉、長尺のセラミックチューブを
製造する場合に好適に採用されるもので、このような大
口径、薄肉で長尺のセラミックチューブをつぶれ等の変
形の発生を可及的に防止して高い寸法精度で製造するこ
とができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の製造方法によれば、大口
径、薄肉で長尺の形状であっても、製造中につぶれ等の
変形が生じることを可及的に防止し、寸法精度の優れた
セラミックチューブを大幅なコストの増加を招くことな
く、容易に製造することができるものである。

以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本
発明は下記実施例に限定されるものではない。

［実施例１］ 炭化珪素粉末（平均粒径１５０μｍ）１００重量部にバ
インダーとしてフェノール樹脂を５重量部添加し、良く
混合した後、この混合粉末をゴム型に仕込み、圧力１．
０ｔｏｎ／　ｃｍ２で加圧成形し、外径１９５ｍｍφ、
内径１８０ｍｍφ、長さ１８００　ｍ　ｍの円筒状成形
体を作成した。

この成形体の両端から５０　ｍ　ｍの部分を除く外周面
を外径１８６　ｍ　ｍφ（肉厚３ｍｍ）となるまで均一
に削り、両端部に幅５０　ｍ　ｍ　、肉厚７　、５　ｍ
　ｍのリング状厚肉部を有する本体部分の厚さが３ｍｍ
の成形体とし、これを不活性ガス雰囲気中９００℃で１
時間１次焼成した後、温度を２１００°Ｃまで上げて、
１２時間焼結した。得られた焼結体の両端部の厚肉部を
切断除去し、セラミックチューブを得た。

このセラミックチューブの内径を測定したところ、最大
が１７１．３ｍｍφで、最小が１７１．５ｍｍφであり
、はとんど変形していなかった。

比較として上記と同様にして成形した円筒状成形体の外
周面全面を外径１８６ｍｍφ（肉厚３　ｍ　ｍ　）とな
るまで均一に削り、これを実施例と同様に焼成、焼結し
、セラミックチューブを得た。

このセラミックチューブの内径を測定したところ、最大
が１７３．３ｍｍφ、最小が１７０　、７　ｍ　ｍφで
あり、２　、６　ｍ　ｍものつぶれ変形が認められた。

［実施例２コ 上記実施例１と同様にして外径２７８ｍｍφ、内径２６
３　ｍ　ｍφ、長さ２１００ｍｍの円筒状成形体を作成
し、この成形体を不活性ガス雰囲気中９００℃で一次焼
成して焼成体を得た。

得られた焼成体の両端から５０　ｍ　ｍの部分を除く外
周面を外径２７０　ｍ　ｍφ（肉厚３　、５　ｍ　ｍ　
）となるまで均一に削り、両端部に幅５０　ｍ　ｍ　、
肉厚７　、５　ｍ　ｍのリング状厚肉部を有する本体部
分の厚さが３　、５　ｍ　ｍの焼成体とし、これを焼結
した。得られた焼結体の両端部の厚肉部を切断除去し、
セラミックチューブを得た。

このセラミックチューブの内径を測定したところ最大が
２５０　、６　ｍ　ｍφで、最小が２５０　、３　ｍ　
ｍφであり、はとんど変形は生じていなかった。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明製造方法に係る製造方法で作成した成形
品の一例を示す断面図である。 １・・・筒形成形体、２．２・・・リング状厚肉部、３
・・・成形体本体 出願人　　信越化学工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．原料粉末を筒形形状に成形し、これを直接又は一次
   焼成した後、焼結してセラミックチューブを製造する方
   法において、上記成形時に成形体の外周面軸方向両端部
   に周方向に沿ってリング状厚肉部を形成し、一次焼成後
   又は焼結後に該厚肉部を切断除去することを特徴とする
   セラミックチューブの製造方法。
2. ２．原料粉末を筒形形状に成形し、これを一次焼成した
   後、焼結してセラミックチューブを製造する方法におい
   て、上記成形時に所望の肉厚より厚肉の筒状成形体を成
   形し、これを一次焼成した後、得られた焼成体の軸方向
   両端部を除く外周面を切削加工して所望の肉厚に薄肉化
   すると共に、軸方向両端部の非切削部分をリング状厚肉
   部として残留させ、焼結後該厚肉部を切断除去すること
   を特徴とするセラミックチューブの製造方法。