JPH09328364A

JPH09328364A - 溶融金属用部材

Info

Publication number: JPH09328364A
Application number: JP8143088A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Fukui; 俊巳福井
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属用部材として各種環境下で汎用的に
使用可能で、且つ高純度溶融金属への使用が可能な粉落
ちがないか、あるいはあっても極めて少ない安価な炭素
複合材料を得ることにある。【解決手段】メソフェーズ誘導炭素が４０〜９７容積
％と残部が実質的に１種又は２種以上のセラミックス粒
子である溶融金属用部材において、セラミックス粒子の
粒径が０．５ｍｍ以下であリ、モザイク組織マトリック
スを有することを特徴とする。セラミックス粒子は、炭
化物、硼化物より選ばれた１種又は２種以上の化合物を
含み、角張った形状のものを含有することが好ましく、
粒径１０μｍを超え０．５ｍｍ以下で９０重量％以上で
あることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質炭素よりな
る炭素質材料を含む耐酸化性に優れ、高強度、高導電性
の溶融金属用部材に関し、特に、アルミニューム、銀、
銅、錫等の非鉄金属溶融炉用の内張り、坩堝、取鍋、
樋、ノズル、ストッパー、保護管等の構成部材に適した
溶融金属用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属用部材は、耐熱性、熱伝導率、
耐熱衝撃性及び機械的強度に優れ、溶融金属との濡れ性
の低いことが要求され、さらには、電気伝導性の良いこ
と、耐酸化性、不浸透性等も要求される。このような要
求に対し、耐熱合金やセラミックス材料が従来より用い
られている。

【０００３】炭素質材料は、前記の要求を満たす優れた
特性を有する材料の一つであり、高温での安定性に優
れ、自己潤滑性があり、溶融金属に対する濡れ性が低
く、耐蝕性に優れていることから、溶融金属用の部材と
して使用されている。

【０００４】また、黒鉛等の炭素原料が鉄鋼用耐火物の
スラグ浸透性と熱衝撃抵抗性を改良するための添加成分
として用いられており、代表的な耐火物として、転炉用
マグネシア−炭素煉瓦、ミルスケールや蛍石が処理剤と
して用いられる溶銑予備処理炉用アルミナ−炭化珪素−
炭素煉瓦や連続鋳造用アルミナ−炭素系ノズル耐火物等
がある。

【０００５】ところが、炭素材料は、酸化され易い、機
械的強度に劣る、あるいは緻密な材料の製造が難しい等
の欠点のため、優れた特性を有するにもかかわらず使用
条件が大きく限定されていた。一方、ガラス状炭素材料
は一般に黒鉛材料に比べ、高密度化が可能であり機械的
特性や気密性に優れているが、一般的に溶融金属に対す
る耐蝕性が劣ると考えられ、溶融金属用部材として殆ど
検討されていないのが現状である。

【０００６】鉄鋼用炭素含有耐火物は、気孔率が大き
く、曲げ強度は高々数ＭＰａであり、通常のセラミック
ス材料に比べ機械的強度が小さいため、ぼろつきが多く
欠落が発生し易すい。また、一般に、使用される原料の
不純物レベルが高く、高純度溶融金属処理に用いると、
粉落ちにより耐火物自体が溶融金属の汚染の原因となる
ため、高純度溶融金属へ使用できない。さらに、その製
造プロセスや使用耐火物骨材の構成より、薄物が出来な
い等の形状についても制限が多い。

【０００７】なお、「粉落ち」は、黒鉛等の通常の炭素
材料に見られる、微量不純物の混入によって生じる汚染
の原因となるぼろつき等の欠落の発生や、撫たり擦るこ
とで容易に摩耗される現象をいう。「粉落ち」は、白色
紙で炭素材料の加工面を擦った時の黒色の付着の有無で
判断する。

【０００８】このような欠点を改良するため、特開平６
−１００３６６号では、セラミックス−炭素系複合材の
セラミックス粉末は平均粒径０．５〜１０μｍの粉末を
添加し、これを遊星ミル等で湿式粉砕して５μｍ以下と
し、粉砕過程で丸みを帯びた粒子形状のものとしている
が、破壊強さに弱く、かつ粉落ちに影響を与えている。

【０００９】また、特公平７−３５２５０号には、燐状
黒鉛、土状黒鉛、コークス、カーボンブラック等の炭素
原料、酸化物、炭化物、窒化物等の無機化合物、金属粉
末（以下「フィラー」という。）を予めメソフェーズピ
ッチ前駆体を含むタール留分中に懸濁し、加熱すること
でタール留分中の軽質留分を除去し、さらに３５０〜５
００°Ｃで熱処理しフィラー表面上に炭素を被覆した原
料を用い炭素複合材料を製造する方法が開示されている
が、工程が非常に煩雑であり、得られた材料の物性は実
施例によれば常温での曲げ強度で高々３１〜６９ＭＰａ
程度であり、十分に高強度化が達成されたとは言い難
い。また、黒鉛やコークス等をフィラーとして用いる場
合、粉落ちを回避できない。

【００１０】特公昭６２−１２１９１号、特公昭６２−
４６５０８号、特開昭６１−２４７６６１号によって、
生コークス粉末と炭化珪素と炭化硼素、さらに他の硼化
物を配合、磨砕処理した後、黒鉛化処理する方法によ
り、炭素複合材を製造する方法が開示されているが、炭
素マトリックスと分散粒子の形状が異なれば、当然のこ
とながら得られた炭素複合材料の物性値に影響を与え
る。すなわち、磨砕処理により丸みを帯びた粒子形状と
なるので、見掛気孔率が低く、密度が高い割には硬度が
低く弾性率が高い（表７の市販品参照）。

【００１１】なお、特開平２−２５８６７５号記載の生
コークスに炭化珪素を配合した金属溶湯用炭素材料は、
銅等の溶融金属用部材として有効であるが、製造工程が
多岐繁雑化し、製品の価格が高くなり、汎用的に使用さ
れてない。

【００１２】この様に非黒鉛材料を出発原料とした炭素
複合材料は多く開示されているが、これらの材料は黒鉛
を母材とした材料と明かに異なる特性を有する材料であ
り、常温域での摺動特性及び高温物性や高温での溶融金
属に対する特性が全く異り、溶融金属用部材として適し
てない。

【００１３】他にも溶融金属用として、特公平６−２８
７８０号、特公平６−９９１８２号、特開平５−４８６
１号等でメソフェーズ炭素を使用した炭素含有耐火物が
開示されているが、その目的は結合剤であり、かつ炭素
原料の大部分は黒鉛質である。したがって、その耐火物
の気孔率は大きく、曲げ強度は高々数ＭＰａ程度であ
り、通常のセラミックス材料に比べ機械的強度が小さ
く、ぼろつきが多く欠落が発生し易い。また、黒鉛質の
材料を使用しているため粉落ちが避けられない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のとおり、従来の
炭素材料は、溶融金属用であっても粉落ちによる溶融金
属の汚染等によって、溶融金属用部材として限られたも
のとなるばかりでなく、安価な材料が提供されるまでに
至ってないのが現状である。

【００１５】そこで、本発明は、溶融金属用部材として
各種環境下で汎用的に使用可能で、且つ高純度溶融金属
への使用が可能な粉落ちがないか、あるいはあっても極
めて少ない安価な炭素複合材料を得ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、メソフェーズ
誘導炭素が４０〜９７容積％と残部が実質的に１種又は
２種以上のセラミックス粒子である溶融金属用部材にお
いて、セラミックス粒子の粒径が０．５ｍｍ以下であ
リ、モザイク組織マトリックスを有することを特徴とす
る。

【００１７】本発明において、「モザイク組織」とは
「モザイク組織」及び／又は「ファインモザイク組織」
をいう。

【００１８】セラミックス粒子は、炭化物、硼化物より
選ばれた１種又は２種以上の化合物を含み、角張った形
状のものを含有することが好ましく、粒径１０μｍを超
え０．５ｍｍ以下で９０重量％以上であることが好まし
い。

【００１９】モザイク組織の炭素は９０容積％以上であ
ることが好ましく、さらに、本発明の溶融金属用部材は
黒鉛又はコークスを含まないことが望ましい。

【００２０】また、有機結合剤は、固定炭素量としてセ
ラミックス粒子の炭化物等の化合物以外の全炭素に対し
て１０容量％以下とする。

【００２１】本発明の溶融金属用部材は、溶融非鉄金属
用部材に適し、特に、溶融銅用部材に適している。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明に用いるセラミックス粒子
としては、粒径が０．５ｍｍ以下であリ、特に、粒径１
０μｍを超え０．５ｍｍ以下が好ましく、炭素母材とセ
ラミックス粒子との間には直接的な結合は生成していな
いが、粒径が１０μｍを超えるとアンカー効果がより発
揮できるが、粒径が０．５ｍｍを超えるとセラミックス
粒子の脱落防止を抑えることが出来なくなる。

【００２３】また、セラミックス粒子の９０重量％以上
を角張ったセラミックス粒子とすることにより、アンカ
ー効果を発揮し、セラミックス粒子の脱落、粉落ちを防
止することができる。

【００２４】本発明のセラミックス粒子としては、目的
の溶融金属との濡れ性を大幅に低下させない限り特に限
定されるものではなく、炭化物、硼化物、窒化物、酸化
物など一般に入手可能なセラミックスでよく、用途、材
料に付与する機能、取り扱う溶融金属の種類や操業条件
等により選択される。例えば、耐酸化性の向上のために
は、炭化珪素、炭化硼素の使用が好ましく、導電率等の
物性値の向上のために、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ族金属の
炭化物、硼化物成分を含むことが好ましい。また、硬度
を向上させるには、炭化珪素、炭化硼素などの炭化物や
α−アルミナ等が好ましい。

【００２５】高純度溶融銅用としては、溶融銅との濡れ
性を考慮すると、酸化物系セラミックス粒子の使用が可
能であるが、高純度、特に低酸素銅の場合、酸化物の使
用は、セラミックスから酸素の汚染が生じることもある
ため、炭化硼素、炭化珪素の一種又は２種以上を使用す
ることが好ましい。炭化硼素、炭化珪素のほかに、非酸
化物系のセラミックス材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＷＣ等の
炭化物、ＴｉＢ₂、ＺｒＢ₂等の硼化物、ＢＮ、ＡｌＮ、
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ、ＺｒＮ等の窒化物は、炭素材料と同
様に溶融銅との濡れ性に問題はない。

【００２６】セラミックス粒子の含有量は３〜６０容積
％が好ましく、３容積％未満では、強度等の機械特性が
小さくなり、その適用部位が限定され、６０容積％を超
えると、機械的強度が低下し、溶融金属部材としての特
性が発揮できず、粉落ちが発生する。

【００２７】メソフェーズ誘導炭素は炭素源としてマト
リックスに用いるため、その含有量は４０〜９７容積％
が好ましい。４０容積％未満又は９７容積％を超えると
機械的強度が低下し、特に、４０容積％未満ではセラミ
ックス粒子の粉落ち又は脱落を防止することができなく
なり、目的とする溶融金属部材としての特性を発揮する
ことができない。

【００２８】図１は角張ったセラミックス粒子とモザイ
ク組織のマトリックスを示す模式図、図２は偏光写真に
よるモザイク組織のマトリックスの拡大図で、図１にお
いて、黒い粒子は角張ったセラミックス粒子１を示し、
白と黒の線で示す部分はモザイク組織２を示す。メソフ
ェーズ誘導炭素により、マトリックスのミクロ領域で結
晶性炭素の黒鉛の配向による異方性の問題が解消できる
ため、マトリックス部をモザイク組織とすることがで
き、モザイク組織による機械的強度が大きいマトリック
スと角張ったセラミックス粒子とを相互に組み合わせる
ことができるので、機械的特性や溶融金属に対する耐蝕
性が向上すると考えられる。

【００２９】黒鉛やコークス等の無定形炭素は強度が低
いために粉落ちの原因となり、これらの炭素のまわりを
メソフェーズ誘導炭素で固めても、粉末原料内部から壊
れるので、黒鉛やコークス等の無定形炭素の添加は好ま
しくない。

【００３０】メソフェーズ誘導炭素も高温処理すること
で黒鉛化し、黒鉛化には通常２５００〜３０００°Ｃ近
い高温が必要であるが、本発明の場合、焼成温度が低い
ので、焼成により生成する黒鉛はそれほど結晶子径が大
きくない、すなわち黒鉛化度が低いので問題となること
はない。

【００３１】結合剤としては素地強度を高め作業性を向
上させるために、フェノール樹脂、ＰＶＡ樹脂、セルロ
ース系化合物等の有機系結合剤が使用でき、特に、レゾ
ール系フェノール樹脂は高残炭率なのでよい。

【００３２】結合剤のフェノール樹脂が炭化するとモザ
イク組織でなく等方組織となり、また、炭素の９０容積
％以上がモザイク組織でない場合、耐食性が低下するの
で、結合剤の添加量は固定炭素量（ＪＩＳ−Ｋ−３４２
５の測定による。）として化合物以外の全炭素に対して
１０容積％以下、より好ましくは５容積％以下がよい。

【００３３】結合剤は、有機結合剤に限らず、アルミナ
ゾル、シリカゾル、アルミナセメント等の無機系あるい
は有機珪素樹脂等も使用できる。

【００３４】なお、素地強度がさほど大きくなく、かつ
作業性が特別に良くはないが、使用できるものとして、
上述の結合剤を用いることなく、単にエタノール等の有
機溶媒のみを用いることもできる。

【００３５】本発明の材料は、公知の通常のセラミック
ス製造プロセスにより製造することができる。

【００３６】メソフェーズ誘導炭素とセラミックス粒子
を所定量秤量した後、湿式もしくは乾式法で混合する。
より均質な混合を行うためには、湿式法による混合が好
ましい。溶媒としては、水、アルコール、アセトン、そ
の他の有機溶媒を用いることができ、好ましくは、水、
メタノールやエタノール等の低級アルコールを用いる。
水を分散媒とする場合、炭素粉末の水への分散性が低い
ためβ−ナフタリンスルホン酸誘導体等を分散剤として
使用することが好ましい。

【００３７】得られたスラリーは、粘度及び溶剤量を調
整した後、鋳込法、射出法、ドクターブレード法などで
各種形状に成形する。また、スラリーを乾燥することに
より造粒粉体とし、１軸プレス法、ＣＩＰ法により成形
する。混合粉末造粒には、噴霧乾燥法が一般に行われる
が、この他ミキサーにより溶媒と結合剤を添加しながら
混合する等の方法があり、特に限定されない。スラリー
調整時に、必要に応じ上述の有機系、無機系の結合剤が
用いられる。

【００３８】成形体は、アルゴン、ヘリウム、窒素等の
非酸化雰囲気中、あるいはコークス等の炭素質材料に埋
め込み匣詰めし、１０００°Ｃ以上の温度で加熱し製造
される。焼成温度が１０００°Ｃ未満であると密度、強
度、硬さ、導電率などの物性が低下する。焼成温度の上
昇によりマトリックス炭素の黒鉛化度が増加し、その特
性は黒鉛を添加した炭素複合材料の物性に類似してく
る。特に、２０００°Ｃを超す温度での焼成により黒鉛
化が著しく進行するが、２０００°Ｃを超す高温で機械
的特性等の著しい向上が見られないので、特定の操業条
件での使用を除き、経済性を考慮すれば、１０００〜２
０００°Ｃの焼成がより好ましい。

【００３９】昇温速度は、出発原料であるメソフェーズ
誘導炭素の特徴に大きく依存する。従来例では、焼結体
の発泡や割れを抑えるため通常５°Ｃ／時以下、速くて
も２０°Ｃ／時程度であり、長時間の加熱処理が必要で
あり経済的とは言えない。速い昇温速度で発泡や割れを
抑えるには、メソフェーズ誘導炭素原料の固定炭素量を
８４重量％以上、キノリンへの溶解成分量を１４重量％
以下に調整したものが好ましく、このような原料の使用
により、１°Ｃ／分以上の昇温速度での焼成が可能とな
り、生産性が大幅に向上し、経済的メリットが非常に大
きい。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例及び比較例の配合割合、混合
成形法及び焼成条件を表１〜表３に示す。

【００４１】なお、本発明は、セラミックス粒子の比重
が種類毎に異なるため、重量％で特定することが難しい
ので、含有量を容量％で特定したが、実施例及び比較例
では、セラミックス粒子が特定されているため、配合割
合は全て重量％で示した。また、表中の全炭素容量％は
メソフェーズ誘導炭素の炭素の真比重を２、黒鉛を２．
２とし、炭素重量とセラミックス粒子重量より計算した
炭素の容積％を記載している。したがって、セラミック
ス粒子の容積％は、セラミックス粒子の容積％＝１００
％−炭素の容積％で求めることができる。

【００４２】さらに、有機結合剤は、外掛け（＋で表
示）で示したが、固定炭素量４０重量％のレゾール型フ
ェノール樹脂あるいは水溶性レゾール樹脂を用いている
ので、全炭素量の１０容積％以下となっている。

【００４３】表１〜３において、混合方法：ＳＤは、ボールミル混合後、スプレードライ
乾燥により造粒粉末を作製混合方法：Ｍは、卓上ミキサーを用い、溶媒と結合剤を
添加しながら混合成形方法：Ｃは、一軸成形後、ＣＩＰ処理、Ｓは、鋳込
み成形炭素組織：Ｍは、モザイク組織、Ｆは流れ構造、Ｉは等
方構造をそれぞれ示す。

【００４４】また、表４〜６中の〇は殆ど侵食されてい
ない、△は明確な反応相が見られるがほとんど侵食が見
られないことを示す。

【００４５】

【表１】

【表２】

【表３】表１〜表３の各実施例及び比較例の特性について表４〜
表６にそれぞれ示す。なお、表４〜表６中の〇は殆ど侵
食されていない、△は明確な反応相が見られるがほとん
ど侵食が見られないことを示す。

【００４６】

【表４】

【表５】

【表６】実施例１〜１０，１４，１８〜２５メソフェーズ誘導炭素（平均粒径：２０μｍ、固定炭素
量：８８重量％、キノリン可溶成分：５重量％）と、所
定量の角張った粒子形状のセラミックス粒子を９０重量
％含むセラミックス粒子と、結合剤として外掛け５重量
％のレゾール型フェノール樹脂（固定炭素量４０重量
％）をＳｉＣボールと樹脂製ポットを用い、エタノール
を溶媒としてポットミルで２０時間混合した後、噴霧乾
燥法により混合造粒粉体を得た。一軸成形後、１４０Ｍ
ＰａでＣＩＰ処理し、５０×５０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍ
の成形体を得、１５０°Ｃでフェノール樹脂の硬化処理
をした後、昇温速度５°Ｃ／分で所定の１０００〜２０
００°Ｃで２時間、アルゴン気流中で焼成し炭素複合材
料を得た。

【００４７】また、炭化硼素は粒径１５μｍ以下で平均
粒径５μｍ、α−炭化珪素は粒径１５μｍ以下で平均粒
径４μｍ、β−炭化珪素は粒径１μｍ以下で平均粒径
０．４μｍのものをそれぞれ用いた。又、表１、２、３
の炭化硼素、α−炭化珪素の欄の上段は配合割合、下段
は粒径を示す。

【００４８】実施例１１実施例６で得られた成形体と同様の硬化処理後、昇温速
度５°Ｃ／分で窒素雰囲気中で１６００°Ｃで焼成し炭
素複合材料を得た。

【００４９】実施例１２実施例６で得られた成形体と同様の硬化処理後、昇温速
度５°Ｃ／分で窒素雰囲気中で１６００°Ｃで焼成し炭
素複合材料を得た。

【００５０】実施例１３実施例６で得られた成形体と同様の硬化処理後、匣中の
コークス粉に埋め込み大気中で昇温速度５０°Ｃ／時で
１４８０°Ｃ焼成し炭素複合材料を得た。

【００５１】実施例１５実施例６の組成となるようにメソフェーズ誘導炭素（平
均粒径：２０μｍ、固定炭素量：８６重量％、キノリン
可溶成分：１２重量％）とα−炭化珪素を配合しで得ら
れた成形体を実施例６と同様の硬化処理後、昇温速度５
０°Ｃ／時でアルゴン雰囲気中で１６００°Ｃで焼成し
炭素複合材料を得た。

【００５２】実施例１６実施例６と同配合の粉末に、β−ナフタリンスルホン酸
誘導体を分散剤として外掛０．３重量％加え卓上ミキサ
ーで混合し、水を外掛５重量％と結合剤として水溶性レ
ゾール樹脂（固定炭素４０重量％）を外掛５重量％添加
し造粒粉体を作製した。一軸成形後、１４０ＭＰａでＣ
ＩＰ処理し、５０×５０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍの成形体
を得、実施例２と同条件で焼成し、炭素複合材料を得
た。

【００５３】実施例１７実施例６と同配合の粉末に、β−ナフタリンスルホン酸
誘導体を分散剤として外掛０．３重量％、アルミナセメ
ントを外掛３重量％添加し水系スラリーを作製した。得
られたスラリーを樹脂型に鋳込、一晩放置し硬化させ
た。乾燥後、５０×５０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍの成形体
を得、実施例２と同条件で焼成し、炭素複合材料を得
た。

【００５４】実施例２６実施例２と同一条件で作成された成形体をＮ₂中、５°
Ｃ／時で１６００°Ｃで焼成した。

【００５５】表に記載した以外に、窒化硼素、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、硼化チタン、硼化ジルコニウ
ム、イットリア安定化ジルコニア、シリカ、金属シリコ
ン、二硫化モリブデン等との複合化により同等の物性の
炭素複合材料が得られ、窒素中で焼成しても同等の物性
を有する炭素複合材料が得られた。

【００５６】また、実施例１の成形体を匣中のコークス
粉に埋め、１０００°Ｃで２時間焼成することでも実施
例１と同等の物性となった。

【００５７】本発明の実施例では粉落ちが全く認められ
なかった。

【００５８】２０００°Ｃで焼成した炭素複合材の黒鉛
化度は４０重量％で、黒鉛化が進行していることが分か
る。また、母材炭素を偏光顕微鏡で観察すると全ての実
施例でモザイク組織が観察された。

【００５９】さらに、本発明は表７にもあるように、見
掛気孔率（実際には気孔率も含む）が大きいにも関わら
ず同程度の強度を有している。さらに、同程度の強度で
あるのに弾性率が小さくなっている（通常、セラミック
ス材料では強度が大きくなれば弾性率も大きくな
る。）。炭素材料で気孔率を下げることは一般に非常な
労力を要する。したがって、ある程度の気孔率のままで
高強度化可能であることは非常にメリットがある。

【００６０】

【表７】比較例１実施例６で用いたメソフェーズ炭素とα−炭化珪素を各
々３０重量％と７０重量％配合し、同様の手順で炭素複
合材料（炭素量は３７．２容量％）を得たが、粉落ちが
見られた。

【００６１】比較例２実施例６で用いたメソフェーズ炭素とα−炭化珪素を各
々９８重量％と２重量％配合し、同様の手順で得られた
炭素複合材料（炭素量は９８．６容量％）を得たが、内
部に発泡や亀裂が見られ、その強度は５０ＭＰａ以下と
本発明の実施例に比べ劣っていた。また、上記の様に内
部に亀裂が入っているので、耐食性試験ができなかっ
た。

【００６２】比較例３実施例６で用いたメソフェーズ炭素７５重量％と１〜
０．５ｍｍ粗粒子の間に粒度調整したα−炭化珪素を２
５重量％配合し、実施例１５の手順で炭素複合材料を得
たが、炭化珪素粒子の粗粒子の脱落が見られ、強度も３
３ＭＰａと低くなっている。

【００６３】比較例４実施例６で用いたメソフェーズ炭素とα−炭化珪素を各
々５０重量％と２５重量％及び平均粒径３μｍの土状黒
鉛粉末を２５重量％配合し、実施例６の手順で炭素複合
材料を得たが、粉落ちが見られた。

【００６４】比較用の炭素材料として、市販のガラス状
炭素材（東海カーボンＣＧ２０；比較例５）と人造黒鉛
（比較例６）を用いた。

【００６５】高純度溶融銅での不純物の混入確認のた
め、実施例２と６と２０の坩堝を作製し、純度９９．９
９重量％の溶融Ｃｕ（１２００°Ｃ×２４時間）を入
れ、Ｃｕの汚染状況を不純物の混入量と導電率の変化に
より調査した。比較として炭化珪素（粉落ちはない）を
同時に評価した。その結果を表２に示す。実施例２と６
では、Ｃｕの汚染は認められず、導電率はＣｕ中の酸素
濃度により純Ｃｕの酸素濃度に関係なく導電率の低下は
殆ど見られないのでよい。炭化珪素焼結体では、導電率
の大幅な低下とＡｌによる汚染が見られた。また、試験
後の銅インゴット内部に混入物は認められなかった。

【００６６】なお、導電率は１００が標準となり数字が
小さくなると導電率が低下するので悪いことを示す。

【００６７】

【表８】得られた焼結体の密度をアルキメデス法で、ＪＩＳ三点
曲げ法により強度と弾性率を測定した。ショア硬さ、４
端子法による比抵抗、熱機械分析法で５０〜１０００°
Ｃの間での熱膨張率を測定し炭素質材質の評価を行っ
た。

【００６８】焼結体を２０×２０×２０ｍｍに加工し、
Ａｒ中で溶融アルミニウム（ＡＤＣ１０材質、７５０°
Ｃで１０日）、溶融銀（４Ｎ試薬（純度９９．９９重量
％を示す。以下同じ。）、１０００°Ｃで４８時間）、
溶融銅（４Ｎ試薬、１２００°Ｃで４８時間）、溶融錫
（４Ｎ試薬、１２００°Ｃで４８時間）中に漬け耐蝕性
の評価を行った。アルミニウムのみ大気中での侵食試験
を行った。ガラス状炭素材（東海カーボンＣＧ２０；比
較例３）と人造黒鉛（比較例４）を比較として用いた。

【００６９】本発明による炭素複合材料は、各種の溶融
金属に対する耐蝕性が優れている。特に、炭化珪素と炭
化硼素を添加した実施例２〜４、１８は大気中での使用
も可能であった。ガラス状炭素材（比較例５）は、特に
高融点の溶融金属に対する耐蝕性が低くなる傾向にあ
る。人造黒鉛（比較例６）は、各種溶融金属に対する耐
蝕性に問題はないが、酸化雰囲気での使用は不可能であ
る。また、表面の粉落ちが多く、クリーンな環境を提供
できない。

【００７０】本発明で得られる炭素複合材は、溶融金属
用の部材として有効であるが、その用途は、機械的特性
を応用した分野にも当然適用可能であり、本発明に示さ
れた使用範囲に限定されるものではない。

【００７１】

【発明の効果】

（１）メソフェーズ誘導炭素のモザイク組織のマトリ
ックスと特定粒径のセラミックスとにより、粉落ちのな
い溶融金属用部材として使用できる。

【００７２】（２）モザイク組織を有することで、ミ
クロ領域で結晶性炭素の等方性が達成されるために黒鉛
の配向による異方性の問題が解消できることにより、結
果として機械的特性や溶融金属に対する耐蝕性が向上す
る。

【００７３】（３）特殊な黒鉛質複合材や金属炭化物
や硼化物焼結体に比べその製造が容易であり安価に供給
することが出来るという経済的効果を有する。

【００７４】（４）粉末の発生を嫌いクリーンな環境
を必要とするところで使用できる。

【００７５】（５）特定粒子形状の角張ったセラミッ
クス粒子相互に組み合せることで、粉落ちがないか、き
わめて少ない溶融金属用部材として使用可能な炭素複合
材料が得られる。

【００７６】（６）炭化物又は硼化物から選択した１
種以上のセラミックス粒子の各種成分特性の相乗効果に
より、各セラミックス材料の特徴である優れた機械的特
性、導電性、耐酸化性等の特性を付与できる。

【００７７】（７）前記の効果によって溶融非鉄金属
炉用、特に溶融銅用部材として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】角張ったセラミックス粒子とモザイク組織のマ
トリックスを示す模式図である。

【図２】偏光写真によるモザイク組織のマトリックスの
拡大図である。

【符号の説明】

１セラミックス粒子２モザイク組織

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メソフェーズ誘導炭素が４０〜９７容積
％と残部が実質的に１種又は２種以上のセラミックス粒
子である溶融金属用部材において、セラミックス粒子の
粒径が０．５ｍｍ以下であリ、モザイク組織のマトリッ
クスを有することを特徴とする溶融金属用部材。
【請求項２】セラミックス粒子が角張ったセラミック
ス粒子を含有することを特徴とする請求項１記載の溶融
金属用部材。
【請求項３】セラミックス粒子が粒径１０μｍを超え
０．５ｍｍ以下のセラミックス粒子を９０重量％以上含
有することを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属
用部材。
【請求項４】モザイク組織の炭素が９０容積％以上で
あることを特徴とする請求項１、２又は３記載の溶融金
属用部材。
【請求項５】黒鉛又はコークスが添加されていないこ
とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の溶融金属
用部材。
【請求項６】セラミックス粒子が炭化物、硼化物より
選ばれた１種又は２種以上の化合物を含むことを特徴と
する請求項１、２、３、４又は５記載の溶融金属用部
材。
【請求項７】有機結合剤を固定炭素量として化合物以
外の全炭素に対して１０容積％以下であることを特徴と
する請求項１、２、３、４、５又は６記載の溶融金属用
部材。
【請求項８】溶融金属用部材が溶融非鉄金属用部材で
あることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又
は７記載の溶融金属用部材。
【請求項９】溶融金属用部材が溶融銅用部材であるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は
８記載の溶融金属用部材。