JPH09235161A - 耐食性に優れたSi−SiC質焼結体およびそれからなる窯道具ならびに窯炉の内張材、およびこれらを用いた窯炉 - Google Patents

耐食性に優れたSi−SiC質焼結体およびそれからなる窯道具ならびに窯炉の内張材、およびこれらを用いた窯炉

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JPH09235161A
JPH09235161A JP8044729A JP4472996A JPH09235161A JP H09235161 A JPH09235161 A JP H09235161A JP 8044729 A JP8044729 A JP 8044729A JP 4472996 A JP4472996 A JP 4472996A JP H09235161 A JPH09235161 A JP H09235161A
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Shigeru Hanzawa
茂 半澤
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 腐食源であるイオン結合性の高い元素が存在
する高温環境下での耐食性に優れ、長期の使用に耐え得
るSi−SiC質焼結体およびそれらからなる窯道具を
提供することができる。 【解決手段】 SiとSiCを含有してなるSi−Si
C質焼結体である。SiO2の含有量が0.5重量%以
下で、かつ酸素含有量が0.25重量%以下である、イ
オン結合性の高い元素を含む高温雰囲気下で耐食性を有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、耐食性に優れた
Si−SiC質焼結体およびそれからなる窯道具ならび
に窯炉の内張材、およびこれらを用いた窯炉に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来、炭化珪素(SiC)質焼結体
は、その優れた耐熱性及び耐火性から工業上重要な位置
を占めており、具体例としては、クレーボンドの炭化珪
素質焼結体や窒化珪素結合の炭化珪素質焼結体が碍子、
衛生陶器、食器、額縁体及び陶管等の陶磁器やタイル等
の焼成用の棚組材や棚板として多用されている。また、
SiC質焼結体として、SiCとSiを構成成分として
含むSi−SiC質焼結体が知られており、このSi−
SiC質焼結体は、主として半導体焼成用炉心管、ロー
ラーハースキルン用ローラー熱交換体用チューブ等の特
殊用途に用いられていた。
【0003】 しかしながら、従来のSi−SiC質焼
結体をそのまま窯炉の内張材として使用した場合、酸素
の存在下で加熱すると酸化を起こし強度低下を招いた
り、更に他の腐食源(例えば鉛、ビスマス、アンチモ
ン、塩素、フッ素等)が存在する環境ではその腐食源の
種類に応じて焼結体や窯の内張材と反応を起こしたりす
るため、窯炉の内張材の腐食劣化が加速されてしまい本
来の機能を果たすことができなくなり窯の寿命を低下さ
せるという問題があった。
【0004】 以上のことから、多様な分野における各
種の材料、製品の製造プロセスに対応してより厳しい雰
囲気環境下にも耐え得る信頼性の高い窯道具ならびに窯
炉の内張材が期待されている。
【0005】
【発明が解決しょうとする課題】 本発明は上記した従
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、特に腐食源が存在する高温の環境下での耐食
性に優れたSi−SiC質焼結体およびそれからなる窯
道具ならびに窯炉の内張材およびこれらを用いた窯炉を
提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、SiとSiCを含有してなるSi−SiC質焼結
体であって、そのSiO2 の含有量が0.5重量%以下
でかつ酸素含有量が0.25重量%以下である、イオン
結合性の高い元素を含む800〜1400℃の高温雰囲
気下で耐食性を有するSi−SiC質焼結体と、それか
ら構成されている窯道具ならびに窯炉の内張材が提供さ
れる。尚、高温雰囲気には、イオン結合性の高い元素が
Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、P
b、Bi、Cl、Fの少なくとも一種であり、更に融点
が650℃以下、かつ沸点が1500〜1750℃の金
属元素が含まれている。
【0007】 更に、本発明によれば、連続炉の少なく
とも800〜1400℃の加熱雰囲気に曝される領域を
本発明のSi−SiC質焼結体で構成されている窯炉が
提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】 本発明のSi−SiC質焼結体
では、その酸素含有量が0.5重量%以下に制御されて
いるが、0.3重量%以下に制御することがより好まし
く、0.1重量%以下に制御することがさらに好まし
い。上記焼結体に含まれる酸素は、SiO2 以外にA
l、Fe、Ca等の微量成分の酸化物として存在するも
のとがある。
【0009】 SiO2 は、Si−SiC質焼結体の原
料であるSiC粉体及び金属Siに不純物として含まれ
るものおよび、Si−SiCの製造過程での酸化により
生成するものとがあり、このいずれのSiO2 も耐クリ
ープ性を低下させる原因となる。又、焼成過程で、Si
O及びCOが、SiO2 とC粉体との反応によって生じ
るが、このガスがSi,SiC,Cとの酸化、還元を繰
り返しSi−SiC質焼結体のO2 量増加の原因とな
る。従って、酸素含有量を上記の値に制御することによ
り、Si−SiC質焼結体の耐酸化性及び耐クリープ性
を向上させることができる。
【0010】 又、本発明のSi−SiC質焼結体で
は、イオン結合性の高い元素を含む高温雰囲気が800
〜1400℃であることが好ましい。この理由として
は、800℃以下の場合、イオン結合性の高い元素との
反応性が高くないので、他の材質でも対応でき、140
0℃以上の場合、金属Si自身が1410℃付近で融解
し、反応を起こしてしまうためである。このため、本発
明のSi−SiC質焼結体は、1350℃以下で使用す
ることが好ましい。
【0011】 次に、本発明のSi−SiC質焼結体
が、Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、T
l、Pb、Bi、Cl、F等の元素を含む雰囲気にさら
された場合の耐食性について説明する。即ち、後述の実
施例で詳しく説明するが、塩素、フッ素等のイオン結合
性の強い気体元素の場合では、特に高温で酸化物なかで
もSiO2 を多く含むセラミックスの粒界を激しく浸食
するが、本発明のSiO2 及びO2 の含有量を低下させ
たSi−SiC質焼結体では、浸食がほとんど進行しな
いことを確認した。また、本発明者が確認したところ、
Ge、As、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、P
b、Biを含む高温の雰囲気、すなわち、鉛、ビスマ
ス、アンチモン等の融点が650℃以下で沸点が175
0℃以下のイオン結合性の強い金属元素を含む被焼成物
を焼成する場合には、窯詰時や焼成の初期に発生した被
焼成物の微粉片が棚材や窯の内張材等に堆積したり、付
着したりしたものが、焼成中に融解しこれら内張材と反
応を起こし激しい腐食を起こすことが明らかになった。
しかし、沸点が1500℃以上であるため通常の窯の焼
成帯の最高温度域付近でも蒸気化して排気されることが
ないのでより腐食が加速されると考えられた。
【0012】 一方、本発明のSi−SiC質焼結体の
場合には、前記のイオン結合性の強い元素との反応状態
が起こらないためほとんど焼結体が浸食されず、特に鉛
及びビスマスはセラミック表面を流れるのみであった。
以上のことから、鉛、アンチモン及びビスマスを含む雰
囲気での高温接触反応において、本発明のSi−SiC
質焼結体は、耐食性に優れていることが判明した。さら
に、他のイオン結合性の高い元素であるGe、As、S
e、In、Sn、Te、Tlと本発明のSi−SiC質
焼結体との反応性についても同様の確認したところ反応
はほとんど認められなかった。又、同じく、塩素やフッ
素を含む雰囲気の高温接触反応についても耐食性に優れ
ており、特に、フッ素の場合、PSZでは溶解してしま
うが、本発明のSi−SiC質焼結体の場合、組織内の
Siのみが浸食されるだけであることも見出した。
【0013】 更に、本発明のSi−SiC質焼結体を
用いた窯炉の内張材等を構造部材に用いた窯炉は、乾燥
(水分除去)から焼成までの一連の工程を行うセラミッ
クスや電子部品等の焼成作業において好適に用いること
ができる。この場合、従来のSi−SiC質焼結体を用
いた窯炉の内張材では、酸素の存在下で加熱すると酸化
が進行し、特に、被焼成物中に他の腐食源(例えば、
鉛、ビスマス、アンチモン、塩素、フッ素等)が存在す
る環境における焼成工程ではその種類に応じて反応が加
速されたりするため、窯炉の内張材が浸食されてしま
い、窯炉を傷める原因となる。
【0014】 しかし、本発明のSi−SiC質焼結体
を窯炉の内張材として用いると、耐食性、耐酸化性に優
れているため、窯炉の耐久性を向上させ、補修コストの
低減を図ることができる。即ち、腐食性ガスを発生する
原料や腐食原因物質を含むセラミックスを焼成しても内
張材の傷みが少なく、また、内張材が酸化劣化してその
微粉が被焼成物に落下することにより、得られる製品の
外観等を損なうこと(ボロフリ現象)を回避することが
できる。又、本発明のSi−SiC質焼結体は比重が小
さくて強度が良好なところから、内張材の厚さを薄くす
ることができる。更に、Si−SiC質焼結体の熱伝導
率が良好なことから、熱効率が向上し、燃費の削減が可
能になるとともにSi−SiCを内張材とする窯炉で
は、炉内の均熱化が早く、均質な焼成物を得ることによ
る歩留の向上が期待できる。つまり、本発明のSi−S
iC質焼結体を用いた窯炉の内張材は、多分野における
各材料の製造プロセスに対応してより厳しい環境に耐え
得る信頼性の高いものである。
【0015】 次に、本発明のSi−SiC質焼結体か
らなる窯炉用の内張材を用いた連続炉の例を説明する。
図2は、本発明に適用した連続炉(ローラーハースキル
ン)の概略的な縦断正面図であり、図3は、本発明に適
用した連続炉(ローラーハースキルン)の一部を省略し
た概略的な縦断側面図である。当該連続炉はローラーハ
ースキルンであって、耐火煉瓦で形成された炉本体11
内にその長手方向に延びる長い空洞を備え、同空洞内に
はその底部に複数の下側隔壁12と、その頂部に複数の
上側隔壁13がそれぞれ設けられている。これら各下側
隔壁12は上方へ所定長さ延びているとともに、各上側
隔壁13は各下側隔壁12の上端縁に対向して下方へ所
定長さ延びていて、各下側隔壁12の上端縁との間に所
定の間隔を保持して隙間を形成している。本発明では、
これら炉内部に接する隔壁、炉の内張、及びロール等と
いった高温で腐食雰囲気にさらされる部分をSi−Si
C質焼結体で構成、特に、800〜1400℃に加熱さ
れる部分を構成することが好ましい。この隙間には、そ
の長手方向に多数のローラー14が配設されている。各
ローラー14は炉本体11の左右の各側壁部11aを貫
通した状態で回転可能に支持されており、炉本体11の
空洞を横切って左右に延びた状態で互いに並列的に配設
されている。各ローラー14のうちの所定のものは図示
しない駆動モーターの駆動により回転駆動するように構
成されている。
【0016】 これにより、当該連続炉においては、各
下側隔壁12の上端縁とこれに対向する各上側隔壁13
の下端縁との間に被焼成物であるセラミック成形品の搬
送路15が形成されているとともに、空洞内を入口側か
ら出口側に大別して予熱領域R1、焼成領域R2、冷却
領域R3の3つの領域に区画されている。各領域には、
搬送路15を挟んでその上下にガスバーナー16がそれ
ぞれ多数配設されていて、被焼成物は予熱領域R1で漸
次昇温され、焼成領域R2では約1400℃で焼成さ
れ、冷却領域R3では焼成物が漸次冷却されるように最
適な温度、および雰囲気が設定される。
【0017】 当該連続炉において、各下側隔壁12は
炉本体11と同様に耐火煉瓦で形成されており、炉本体
11の頂壁部11bにおける各下側隔壁12の上端縁に
対向する部位には縦溝11cが形成されているととも
に、縦溝11cに連続して下方へ延びる縦溝11dが炉
本体11の両側壁部11aに形成されている。又、縦溝
11dの底部には受承部材17が配設されている。受承
部材17は上方へ開口する断面U字状を呈していて、空
洞を横切って左右方向へ延びている。一例では、各上側
隔壁13はSi−SiCの焼結材からなる板材にて形成
されており、炉本体11の頂部から各縦溝11c、11
d内に挿入されていて、その下端部を受承部材17にて
受承され、かつその上端部を縦溝11c内に埋没させた
状態で頂壁部11bに挟持されている。
【0018】 受承部材17の一例は、高温下で高強度
を有するSi−SiCの焼結材からなるもので、その内
部には上側隔壁13を受承した状態でセラミックファイ
バーのブランケットからなるシール部材が介在されてい
る。また、炉本体11においては、その頂壁部11bに
設けた縦溝11cの上端開口部に、セラミックファイバ
ーのブランケットからなるシール部材18が充填されて
いて、上側隔壁13が外部から遮断されている。
【0019】 なお、当該連続炉においては、下側隔壁
12の頂部が上方へ突出する三角形状に形成されてお
り、ローラー14は下側隔壁12の近傍においては、そ
の頂部を挟んで配設されて、ローラー14が損傷した場
合には破損したローラー14が炉本体11の底部に落下
して、その後の被焼成物および焼成物の搬送に支障をき
たすことがないように配慮されている。
【0020】 このように構成した連続炉においては、
各上側隔壁13の全てが炉本体11内に位置するため温
度差が極めて大きい部分が発生することがない。このた
め、上側隔壁13の大きな温度差に起因する損傷の発生
を防止することができる。また、当該連続炉において、
上側隔壁13として採用している炭化珪素の焼結材から
なる板材は熱伝導が大きくかつ強度が高いことから、予
熱領域R1と焼成領域R2との区画する隔壁として適し
ている。尚、本実施例においては、本発明をローラーハ
ースキルンに適用した例について示したが、本発明は被
処理物の搬送手段を異にする各種の連続炉の内張材にも
同様に適用できる。
【0021】 次に、本発明のSi−SiC質焼結体の
製造方法について説明する。まず、成形用原料として
は、SiC粉末、C粉末、有機バインダ及び水分又は有
機溶剤を含有した原料を用いる。次いで、この成形用原
料を混連し、成形して得た成形体を、金属Si雰囲気下
で、減圧の不活性ガス雰囲気又は真空中に置き、成形体
中に金属Siを含浸させてSi−SiC質焼結体を製造
する。
【0022】 本発明のSi−SiC質焼結体の製造方
法においては、焼結体中のSiO2 をSiOガスにして
除去するために、焼成過程において、焼成温度を120
0〜1350℃で0.5〜24時間保持する工程の後、
金属Siを上記成形体に含浸させるべく、1420〜1
480℃でさらに0.5〜24時間保持する。1200
〜1350℃で1〜24時間保持することにより、Si
2 とC粉体とが反応し、気体であるSiO及びCOを
生じるため、焼結体中のSiO2 含有量を減らすことが
できるのであるが、この保持時間は、2〜20時間であ
ることがより好ましく、5〜15時間であることがさら
に好ましい。又、金属Siと共に1420〜1480℃
で1〜24時間保持することにより、SiO及びCOが
焼結体より抜ける際に生じた気孔に、溶融したSiが毛
細管現象により含浸し、気孔を少なくすることができる
のであるが、この保持時間は、2〜20時間であること
がより好ましく、5〜15時間であることがさらに好ま
しい。
【0023】 気孔率(焼結の体積に対する気孔が占め
る体積の割合)は、0.8%以下とすることが望まし
い。この場合の金属Siの添加量は、含浸効率との関係
等から、0.8%の気孔率を実現するのに必要とされる
理論量より過剰なものとする必要がある。即ち、0.8
%の気孔率を実現するには、金属Siを当該理論量より
1.05倍以上過剰に添加する必要がある。この際、添
加される金属Siは、SiC+C→SiCの反応に寄与
する分と、気孔を埋める分と、過剰なSi分の3態様で
消費される。1.05倍未満の場合には、Siの含浸不
良を生じ、得られる焼結体の気孔率が増大し、耐酸化性
を低下させることとなり好ましくない。又、過剰の金属
Siを付与することにより、焼結体の表面には余分なS
iが含出することになるが、これはサンドブラスト、旋
盤加工等によって除去することが可能である。
【0024】 又、焼結体中のSiO2 量を前記の値に
制御するには、原料であるSiC粉体及び金属Siを選
択して用いることが好ましい。即ち、C粉体、SiC粉
体及び金属Siに含まれるSiO2 量の総量を、これら
の総計の1.5重量%以下、より好ましくは1.2重量
%以下、さらに好ましくは0.5重量%以下で制御する
ことが望ましい。そのためには、SiC粉体としては、
そのSiO2 含有量が0.01〜1.5重量%、より好
ましくは0.01〜1.2重量%、さらに好ましくは
0.01〜0.5重量%であるものを用いることが望ま
しい。一方、金属Siとしては、そのSiO2 含有量が
0.01〜1.5重量%、より好ましくは0.01〜
1.2重量%、さらに好ましくは0.01〜0.5重量
%であるものを用いることが望ましい。原料中のSiO
2 含有量が多い場合、上記の焼成方法のみでは、焼結体
中の酸素含有量を0.5重量%以下に減らすことが困難
だからである。
【0025】 さらに、本発明の焼結体の製造方法にお
いては、原料であるC粉体、SiC粉体及び金属Siに
含まれるFeの総量は上記C粉体、SiC粉体及び金属
Siの総計の0.5重量%以下、より好ましくは0.3
重量%以下、さらに好ましくは0.2重量%以下に制御
することが望ましい。又、Caの総量を上記C粉体、S
iC粉体及び金属Siの総計の0.5重量%以下、より
好ましくは0.3重量%以下、さらに好ましくは0.2
重量%以下に制御することが望ましい。焼成過程におい
て、Fe及びCaは、気化して一部失われるため、原料
中のFe及びCa量を上記範囲に抑えることにより、焼
結体中のFe及びCa量を前記の値とすることができ
る。
【0026】 なお、本発明における成形体の成形方法
としては、プレス成形、流し込み成形、押し出し成形の
いずれでも可能であるが、量産性の観点からはプレス加
工が好ましい。加圧方式としては油圧プレスが好まし
く、この場合の油圧プレス圧は、通常300〜2000
kg/cm2である。
【0027】
【実施例】 本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではな
い。尚、各例によって得られた焼結体は、以下に示す方
法により性能を評価した。
【0028】 (酸素含有量の測定方法)60mm×6
0mm×5mm(厚さ)のテストピースを切り出し、こ
れを錫にて溶融して溶融液とし、炭素還元雰囲気で酸素
より生じた一酸化炭素量の測定値から酸素含有量を求め
た。
【0029】 (Fe及びCaの測定方法)蛍光X線法
により行った。
【0030】 (耐酸化性の評価方法)60mm×60
mm×5mm(厚さ)のテストピースを切り出し、これ
を1150℃の炉内へ放置し、95%の温水で飽和させ
たO2ガス気流下で酸化させ、時間当たりの酸化増量を
測定することにより、耐酸化性を評価した。
【0031】 (耐クリープ性の評価方法)110mm
×20mm×5mm(厚さ)のテストピースを切り出
し、これを図1に示すように100mmの間隔で下方か
ら支持し、大気中1350℃で中央部から下向きに30
0kg/cm2の荷重をかけ、0〜100hrの間に変
形した量を測定した。
【0032】 (実施例1、比較例1)平均粒径3μm
のSiC微粉と平均粒径100μmのSiC粗粒を3
0:70の重量比で混合したSiC粉末に対し、平均粒
径1μmのC粉を表1に示す割合で混合した。この混合
物100重量部に対し有機バインダ(メチルセルロー
ス)2重量部、及び水分又は有機溶剤3重量部を配合
し、成形原料を得た。この際、後から添加する金属Si
中の成分も含めてSiO2含有量、Fe及びCaの量を
表1に示すような値に制御した。
【0033】
【表1】
【0034】 次に、これらの原料をボールミルを用い
て解砕し、解砕した成形用原料を金型内に導入し、油圧
プレスを用いて500kg/cm2で成形し、厚さ5m
mの板状成形体(400mm×400mm)を得た。
【0035】 次いで、BN(窒化珪素)コーティング
の反応防止層を施したカーボンるつぼ中に、板状成形体
及び金属Siを設置した。金属Siは、SiC粉体及び
C粉体に対して表1に示す割合となるように添加した。
この板状成形体及び金属Siを、1200〜1350
℃、及び1420〜1480℃でそれぞれ表1に示す所
定時間保持して焼成を行い、Si−SiC質焼結体を製
造した。尚、焼成は、lTorrのアルゴンガス雰囲気
下にて行った。得られたSi−SiC質焼結体の酸素含
有量、Fe含有量、Caの含有量、耐酸化性、耐クリー
プ性の測定結果を表2に示す。
【0036】
【表2】
【0037】表2より、従来品と比較して明らかに本発
明のSi−SiC質焼結体は、優れた耐酸化性、耐クリ
ープ性を有することがわかる。
【0038】 (実施例2:耐腐食性の評価試験1)試
験体として、本発明のSi−SiC質焼結体と比較例と
して数種類の市販のセラミックス(主にムライト、Si
2結合SiC、SiO2質レンガ、Si−SiC等)を
用いた。直径10mm、高さ20mmのイオン結合性の
高い元素(表3記載の元素)を含有したペレット(供試
体)を試験体に接触、保持した時(表3記載の条件)に
おける試験体の浸透深さ、耐食性を観察した。得られた
結果を表3に示す。
【0039】
【表3】
【0040】 (実施例3:耐腐食性の評価試験2)本
発明のSi−SiC質焼結体をCaF2雰囲気下で(ロ
ーラーハースキルンの内張材として)5カ月、12カ
月、21カ月間用いた時の平均腐食量、重量増加率変
化、嵩比重変化、気孔率変化、曲げ強度変化を測定し
た。尚、この評価試験における測定温度範囲は、773
〜1190℃の領域に30mm×40mm×5tのサン
プルを置き、定期的に取り出し、評価を行った。得られ
た結果を図4〜7に示す。
【0041】 (実施例4:耐腐食性の評価試験3)試
験体として、本発明のSi−SiC質焼結体と比較例と
して数種類のセラミック(主にSi−SiC、PSZ、
Si34、アルミナ等)を用いた。反応物質である元素
が塩素及びフッ素である場合を想定して、塩酸及びフッ
酸を用い、オートクレーブ内で試験体を保持した時の平
均腐食量及び強度低下率を測定した。尚、塩酸を用いた
試験では、密閉状態、36%HC1×150℃×20
0hr、大気開放状態、20%HCl×90℃×10
00hrの2つの条件で行った。又、フッ酸を用いた試
験では、10%HF×90℃×168hrの条件で行っ
た。得られた結果を表4に示す。
【0042】
【表4】
【0043】 (考察1:耐腐食性の評価試験1)表3
より、本発明のSi−SiC質焼結体は、イオン結合性
の高い元素(Pb,Bi,Sb,Ge,As,Se,I
n,Sn,Te,Tl)を含む雰囲気の高温接触反応に
おいて、従来存在しているセラミック材料と比較して、
腐食の状態が明らかに少ないことから、耐食性に優れて
いることが判明した。
【0044】 次に、表3より、例えば鉛を含む雰囲気
の高温接触反応では、従来存在するセラミックの大部分
について、浸食がかなり進行する傾向にあることがわか
る。又、比較的、耐食性があるセラミック(N−10
0;日本ガイシ製)であっても、反応による表面のへこ
みが生じ、更にその表面に鉛化合物が広がり、全体に固
着している。一方、本発明のSi−SiC質焼結体の場
合、ほとんど浸食されておらず、鉛がセラミック表面を
流れた後が観測された。以上のことから、鉛を含む雰囲
気の高温接触反応により、耐食性に優れていることが判
明した。
【0045】 更に、表3より、例えばビスマスを含む
雰囲気の高温接触反応では、従来存在するセラミックの
大部分について浸食がかなり進行し、粒界に隙間が生
じ、内部まで反応していることがわかる。又、比較的、
耐食性があるセラミック(N−100;日本ガイシ製)
であっても、その表面にビスマス化合物が広がり、全体
に固着している。一方、本発明のSi−SiC質焼結体
の場合、ほとんど浸食されておらず、ビスマスがセラミ
ック表面を流れた跡が観測された。以上のことから、ビ
スマスを含む雰囲気の高温接触反応において、耐食性に
優れていることが判明した。尚、本発明のSi−SiC
質焼結体は、その他のイオン結合性の高い元素(Sb,
Ge,As,Se,In,Sn,Te,Tl)を含む雰
囲気の高温接触反応においても、耐食性に優れているこ
とが、表3より明らかである。
【0046】 (考察2:耐腐食性の評価試験2)Ca
2雰囲気下の高温接触反応において、本発明のSi−
SiC質焼結体は、1年間の使用後でも強度低下を生じ
ていない。それいついて、以下に説明する。
【0047】 図4〜7に示したグラフより、Si−S
iC質焼結体をローラーハースキルンの内張材として用
いた時における使用期間5カ月、12カ月、21カ月に
ついての考察を行う。もとの材料が完全に均一なもので
なく製造上のバラツキがあるため分かりにくいが、 5カ月、12カ月、21カ月と使用期間を延長させ
ても、その重量増加率嵩比量変化、気孔率変化、強度変
化に大差がないデータであり期間よりも使用温度に左右
されることを示している。 使用温度が800℃前後と1100℃前後の2点に
について考えると、下記の傾向がある。 即ち、1100℃前後では、材料の変化があまりない。
しかし、800℃前後では材料に気孔を生じ、その中に
雰囲気ガス成分が侵入し、見掛け上嵩比重が変化してい
ないように見えるが、曲げ強度の低下傾向からわずかで
はあるが浸食傾向が進んでいる。このように温度域によ
って、浸食による寿命の差はあるが、最も劣化した80
0℃前の領域ですら12カ月の使用後20Kgf/mm
2の強度を保持できる材料は本発明の材料だけである。
【0048】 (考察3:耐腐食性の評価試験3)表4
より、本発明のSi−SiC質焼結体の場合、塩酸を用
い、オートクレーブ内で試験体を保持した時、従来存在
しているセラミックと比較し、耐食性が高いことが判明
した。但し、ここで強度低下率に注目すると、密閉状態
の場合と比較し、大気開放状態の場合、SEMによる観
察では変化はないが、強度低下をきたしていることが判
明した。更に、フッ酸を用い、オートクレーブ内で試験
体を保持した時、従来存在しているセラミック、PSZ
では、溶解してしまうが、本発明のSi−SiC質焼結
体の場合、フッ酸により組織内のSiのみが浸食される
ことが判明した。
【0049】 尚、各評価試験で用いた試験体は以下の
ような組成、調製されたものである。 (1)本発明のSi−SiC質焼結体は、実施例1によ
って調製されたものである。 (2)MX−800の組成は、SiO2 28wt%,
Al23 71wt%,その他(Ca,Fe等) 1w
t%である。 (3)MX−200の組成は、SiC 22wt%,S
iO2 17wt%,Al23 60wt%,その他
(Ca,Fe等) 1wt%である。 (4)N−100の組成は、SiC 90wt%,Si
2 7wt%,Al23 2wt%,その他(Ca,
V,Fe等) lwt%である。 (5)Si34は、平均粒径3μmのα−Si34に5
wt%のMgOを加え、よく混合後、60mm×60m
m×5tの板を500kgf/cm2の圧力でプレスす
る。その後、N2雰囲気中、1700℃で2時間焼成し
たものである。 (6)ISOLITE LBK30は、SiO2質軽量
レンガであり、比重は0.88g/ccである。 (7)OYK SK34は、SiO2質レンガであり、
比重は2.19g/ccである。 (8)PSZ 3モル%のY23を含むZrO2粉末(平均粒径2μ
m)を混合した後70mm×70mm×6tの板を50
0kgf/cm2の圧力でプレス成形し、その後大気
中、1450℃で1時間焼成したものである。 (9)Al23 平均粒径0.5μmのAl23に1wt%のMgOを添
加し混合した後70mm×70mm×6tの板を500
kgf/cm2の圧力でプレス成形し、その後大気中、
1700℃で2時間焼成したものである。 (10)SSC 平均粒径0.5μmのβ−SiCにB4Cを0.5wt
%の添加し混合した後70mm×70mm×6tの板を
500kgf/cm2の圧力でプレス成形し、その後A
rlatmの雰囲気で1800℃まで昇温度しついで真
空で2250℃まで昇温度し2時間保持焼成したもので
ある。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
腐食源であるイオン結合性の高い元素、特に、鉛、ビス
マス、アンチモン、塩素、フッ素等が存在する高温の環
境下での耐食性に優れ、長期の使用に耐え得るSi−S
iC質焼結体およびそれからなる窯道具ならびに窯炉の
内張材およびこれらを用いた窯炉を提供することができ
る。従って、本発明の焼結体は、多分野における各材料
の製造プロセスに対応してより厳しい環境に耐え得る信
頼性の高い窯炉の内張材に好ましく用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 耐クリープ性評価試験の例を示す側面説明図
である。
【図2】 本発明に適用した連続炉(ローラーハースキ
ルン)の概略的な縦断正面図である。
【図3】 本発明に適用した連続炉(ローラーハースキ
ルン)の一部を省略した概略的な縦断側面図である。
【図4】 CaF2雰囲気下(ローラーハースキルン)
での本発明におけるSi−SiC質焼結体の温度変化に
よる重量増加率を示したグラフである。
【図5】 CaF2雰囲気下(ローラーハースキルン)
での本発明におけるSi−SiC質焼結体の温度変化に
よる嵩比重を示したグラフである。
【図6】 CaF2雰囲気下(ローラーハースキルン)
での本発明におけるSi−SiC質焼結体の温度変化に
よる気孔率を示したグラフである。
【図7】 CaF2雰囲気下(ローラーハースキルン)
での本発明におけるSi−SiC質焼結体の温度変化に
よる曲げ強度を示したグラフである。
【符号の説明】
11 炉本体 11a 側壁面 11b 頂壁面 11c,11d 縦溝 12 下側隔壁 13 上側隔壁 14 ローラー 15 搬送路 16 ガスバーナー 17 受承部材 18 シール部材 R1 予熱領域 R2 焼成領域 R3 冷却領域

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiとSiCを含有してなるSi−Si
    C質焼結体であって、SiO2 の含有量が0.5重量%
    以下で、かつ酸素含有量が0.25重量%以下である、
    イオン結合性の高い元素を含む高温雰囲気下で耐食性を
    有することを特徴とするSi−SiC質焼結体。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の高温雰囲気が800〜
    1400℃であることを特徴とするSi−SiC質焼結
    体。
  3. 【請求項3】 イオン結合性の高い元素が、Ge、A
    s、Se、In、Sn、Sb、Te、Tl、Pb、B
    i、Cl、Fの少なくとも1種である請求項1及び2に
    記載のSi−SiC質焼結体。
  4. 【請求項4】 イオン結合性の高い元素が、融点が65
    0℃以下で、かつ沸点が1500〜1750℃の金属元
    素である請求項1〜3記載のSi−SiC質焼結体。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4に記載のSi−SiC質焼
    結体から構成されていることを特徴とする窯道具ならび
    に窯炉の内張材。
  6. 【請求項6】 連続炉の少なくとも800〜1400℃
    に加熱される領域に請求項1〜4記載のSi−SiC質
    焼結体で構成される窯炉の内張材を用いていることを特
    徴とする窯炉。
JP8044729A 1996-03-01 1996-03-01 耐食性に優れたSi−SiC質焼結体およびそれからなる窯道具ならびに窯炉の内張材、およびこれらを用いた窯炉 Pending JPH09235161A (ja)

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