JPH04182356A - 炭化珪素成形体及びその製造方法 - 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】 （技術分野） 本発明は高温下で極めて酸化されにくい炭化珪素成形体
及びその製造方法に関するものである。

（従来技術及びその問題点） 炭化珪素成形体は、電気炉や加熱炉の炉材や、電気炉を
初めとした加熱器の熱源或いは燃焼器の着火源等様々の
用途に用いられている。しかしながら炭化珪素成形体の
弱点は空気中で長時間高温度使用すると酸化されて電気
抵抗が増大するばかりでなく、最終的に破壊されるとこ
ろにある。本発明者らはそこで耐酸化性の高い炭化珪素
成形体を見出すべく、種々の炭化珪素成形体をとりよせ
、これを２０％のスチームを含む希薄燃料を燃焼させて
得た１２００℃の燃焼ガス中にさらすことにより、促進
酸化試験を行なった。その結果、通常の緻密型といわれ
ている炭化珪素成形体はすべて短時間で酸化によるシリ
カの生成を特徴づける白変膨張による崩壊が起こった。

これらの炭化珪素成形体の酸化は分析の結果、ＳｉＣの
単結晶の表面から酸化が進むことにより起こっているこ
とが分かった。

又成形体の表面、内部のいかんにかかわらず、単結晶の
酸化層の厚みはぼぼ同じであった。そこで炭化珪素のこ
うした耐酸化性の弱点を改良するためにはＳｉＣの単結
晶サイズを大きくするか酸素の通路となるＳｉＣ細孔を
できるだけ小さくすることが有効であると考えられる。

しかしながら本発明者らの試験結果によれば、単結晶サ
イズを数１０１１ｍという大きなものにした炭化珪素成
形体でも前記促進酸化試験条件では、数１００時間で成
形体が白変崩壊した。したがって単結晶サイズを大きく
して耐酸化性を改良するには限界がある。そこでＳｉＣ
の粒度を種々かえ、充填密度を」二げると共に、焼結助
剤を加えて気孔率６％に迄緻密化した炭化珪素成形体を
作り、気孔率２４％の炭化珪素成形体と耐酸化性を比較
してみた。気孔率６％のものは２４％のものに比べてか
なりの耐酸化性を示したが、それでも前記促進酸化試験
条件下では数１００時間で酸化白変し、しかも成形体の
膨張が認められた。

そこで、本発明者らは、炭化珪素成形体の細孔を徹底的
に閉塞する方法について検討した。成形体の細孔を閉塞
する方法については、従来いくつかの方法が知られてい
る。例えば、特公昭６１−１９５９８号には焼結体の気
孔にコロイド状アルミナを充填する方法が提案されてい
る。また、特開昭６３−２８６８号、特開昭６３−６４
９６７号には金属酸化物を炭化珪素成形体の細孔に含浸
させ、寸法安定性、強度を改良する方法が記載されてい
る。しかし、これらの方法では、気孔への酸化物の含浸
に酸化物ゾル液を使って行なっているため、気孔率を０
．５％以下にすることはできない。こうしたコロイド物
質を溶媒に分散させて含浸させる方法で、細孔を完全に
閉塞させるには、多数回にわたる含浸焼成を繰り返さな
くてはならず極めて面倒である。

従って、前記従来法は実用性に欠けるものである。

また、特開昭６１−１６３１６６号では、炭化珪素成形
体の細孔内に炭素を浸透させた後、真空炉内で溶融金属
Ｓｉを含浸させて炭素をＳｉＣに珪化させて緻密な炭素
珪素成形体を作る方法が提案されている。

この方法は気孔率０．５％以下の炭化珪素成形体を得る
ことかできるものの、得られる成形体は、１４００℃以
上で使用するとシリコンが表面に析出し耐久性の低下す
る欠点がある。その上釉孔内の金属Ｓ１により導電性が
」１昇して、通電発熱体としては、利用することができ
ない。

（発明の課題） 本発明は、前記従来技術に見られる欠点の克服された耐
酸化性の大きい炭化珪素発熱体及びその製造方法を提供
することをその課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、絶縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物を融点以
上に加熱し、溶融液として炭化珪素細孔に含浸せしめる
ことにより、細孔を完全に閉塞し耐酸化性が犬で性能的
にも優れ、かつ通電発熱体として好適な炭化珪素成形体
が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、細孔内に融点が１３００〜
１７００℃の範囲にある絶縁性の金属酸化物又は複合金
属酸化物を含有する炭化珪素を主成分とする成形体であ
って、０．５％以下の気孔率を有することを特徴とする
炭化珪素成形体が提供される。

また、本発明によれば、融点が１３００〜１７００℃の
範囲にある絶縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物の溶
融液を炭化珪素を主成分とする成形体に含浸させ、気孔
率を０．５％以下にせしめることを特徴とする耐酸化性
の大きい炭化珪素成形体の製造方法が提供される。

本発明で用いる金属酸化物及び複合金属酸化物は、通電
発熱体としての使用時において、その高温で溶融しない
ように少なくとも使用温度より５０℃以上、好ましくは
１００℃以上高い融点をもつものを選ぶべきである。し
かし、これ以上高い融点のものである必要はない。とい
うのは炭化珪素成形体の細孔への含浸時の温度が高くな
るほど、その含浸装置及び含浸操作が難しいものとなる
からである。通常、炭化珪素成形体の使用温度範囲から
考えて、金属酸化物又は複合酸化物の融点は１３００〜
１７００℃にあるものが選ばれる。こうした点から炭化
珪素成形体の細孔内に含浸させる金属酸化物には、その
入手容易性の点から、２種以上の金属酸化物の混合物で
ある複合金属酸化物が適している。このような金属酸化
物や複合金属酸化物は、たとえば、ファインセラミック
スハンドブンク（朝食書店１９８４年発行）５４１〜５
４２頁の表中に示されており、この表中に示されたもの
の中から使用温度より１００℃程度融点の高いものを適
当に選、Ｓ＼ことが好ましい。

炭化珪素成形体を長時間使用することを考えた場合、金
属酸化物又は複合金属酸化物の選定には、下記２点を配
慮するのが好ましい。

（１）アルカリ金属酸化物、特にＢｅＯなどのような蒸
発し易い成分を含んでいないこと。

（２）熱膨張率がＳｉＣと同程度かそれ以下であること
。

これらの点を考慮すると、コージライト（２Ｍｇ０・２
ＡＱ　２０３・５Ｓｉ０２、融点１４７０°Ｃ）や、ウ
ィレマイト（Ｚｎ２ＳｉＯ４、融点１５１２°Ｃ）等の
使用が好ましい。

金属酸化物や複合金属酸化物の含浸にあたっては、あら
かじめ炭化珪素成形体を空気或いはスチ−ム／空気混合
ガスに１４００〜１６００℃で短時間さらすことにより
、その結晶表面に酸化皮膜を生成させておくことが好ま
しい。こうすることにより炭化珪素成形体に対する金属
酸化物又は複合金属酸化物の濡れ性が改良され、炭化珪
素成形体の細孔中へのそれら金属酸化物溶融液の含浸が
充分行なわれることになる。

（実施例） ２０％の気孔率を有する常圧焼結型炭化珪素のチップを
空気中で１６００℃で５時間焼成した後、このチップ中
に、コージライ）・を１５００℃で溶融して含浸せしめ
て本発明品の試料を得た。このものの気孔率は０．１５
％であった。又この試料を２０％のスチームを含む希薄
燃料を燃焼させて得られる１２００℃の燃焼ガスと接触
させる促進酸化試験に供したところ、２０００時間経過
後、チップ表面が白変したが、クラック等はみられず、
すぐれた耐酸化性を示すことが確認された。

（発明の効果） 本発明成形体は、炭化珪素を主成分とする成形体であっ
て、その細孔内に融点が１３００〜１７００℃の範囲に
ある絶縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物を含有させ
、成形体の気孔率を０．５％以下に低減させたことによ
り、非常にすくれた耐酸化性を有するものである。

また、本発明の方法によれば、前記特徴を有する耐酸化
性の大きい炭化珪素成形体を一回の含浸工程で製造し得
るという利点を有する。

本発明の炭化珪素成形体は、板状、柱状、筒状、ブロッ
ク状等の種々の形状であることができ、そのすぐれた耐
酸化性及び通電発熱性を利用して、電気炉や加熱炉にお
ける権利として使用し得る他、電気炉における通電発熱
体、燃焼器における着火源、各種加熱器における熱源等
として利用することができる。

特許出願人　溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研
究組合 代理人弁理士池浦敏明（ほか１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）細孔内に融点が１３００〜１７００℃の範囲にあ
   る絶縁性の金属酸化物又は複合金属酸化物を含有する炭
   化珪素を主成分とする成形体であって、０．５％以下の
   気孔率を有することを特徴とする炭化珪素成形体。
2. （２）融点が１３００〜１７００℃の範囲にある絶縁性
   の金属酸化物又は複合金属酸化物の溶融液を炭化珪素を
   主成分とする成形体に含浸させ、気孔率を０．５％以下
   にせしめることを特徴とする耐酸化性の大きい炭化珪素
   成形体の製造方法。
3. （３）該成形体を、１４００〜１６００℃の温度におい
   て空気又は空気とスチームとの混合ガスと接触させて表
   面に酸化皮膜を生成させた後、該金属酸化物又は複合金
   属酸化物の溶融液を該成形体に含浸させる請求項２の方
   法。