JPH10297972A - 高温用ＭｏＳｉ２ 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材とその製造方法 - Google Patents
高温用ＭｏＳｉ２ 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材とその製造方法Info
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- JPH10297972A JPH10297972A JP9123493A JP12349397A JPH10297972A JP H10297972 A JPH10297972 A JP H10297972A JP 9123493 A JP9123493 A JP 9123493A JP 12349397 A JP12349397 A JP 12349397A JP H10297972 A JPH10297972 A JP H10297972A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＭｏＳｉ2 基セラミックスヒーターを１８０
０℃以上で使用した場合の耐熱性及び耐酸化性を向上す
る。 【解決手段】 ＭｏＳｉ2 のＭｏの一部をＷで置換し
た、Ｗ固溶ＭｏＳｉ2 型セラミックスにＭｏＢ粒子を５
〜３０容量％で分散し、かつ複合セラミックスの相対密
度を９８％以上、平均粒径を２５μｍ以下とする。
０℃以上で使用した場合の耐熱性及び耐酸化性を向上す
る。 【解決手段】 ＭｏＳｉ2 のＭｏの一部をＷで置換し
た、Ｗ固溶ＭｏＳｉ2 型セラミックスにＭｏＢ粒子を５
〜３０容量％で分散し、かつ複合セラミックスの相対密
度を９８％以上、平均粒径を２５μｍ以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭｏＳｉ2 基複合
セラミックスに関し、より詳しく述べるならば、Ｗ固溶
強化とＭｏＢによる分散強化によってヒーター発熱部の
高温耐熱性と耐クリープ性を向上させ、長寿命を達成で
きるように改良したＭｏＳｉ2 基複合セラミックスヒー
ターの発熱部素材およびその製造方法に関する。
セラミックスに関し、より詳しく述べるならば、Ｗ固溶
強化とＭｏＢによる分散強化によってヒーター発熱部の
高温耐熱性と耐クリープ性を向上させ、長寿命を達成で
きるように改良したＭｏＳｉ2 基複合セラミックスヒー
ターの発熱部素材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭｏＳｉ2 はシリカ保護皮膜の生成能力
が高く優れた耐酸化性を示すので、大気雰囲気加熱炉用
高温ヒーターの中で利用されている。市販されているＭ
ｏＳｉ2 系セラミックスヒーターとしては、カンタル・
ガデリウス社の技術資料（１９８９年１０月）に製品名
がカンタルスーパー１９００として記載されているもの
があり、このセラミックスヒーターは、約２０％のガラ
ス相とＷを固溶したＭｏＳｉ2 からなり、発熱部温度が
１９００℃まで使用できるものである。このセラミック
スヒーターは所定の最高温度まで昇温できるものの、比
較的多量のガラス相が含まれるため、高温での耐クリー
プ性に難があるので変形などによる短寿命に対し改善の
余地がある。
が高く優れた耐酸化性を示すので、大気雰囲気加熱炉用
高温ヒーターの中で利用されている。市販されているＭ
ｏＳｉ2 系セラミックスヒーターとしては、カンタル・
ガデリウス社の技術資料（１９８９年１０月）に製品名
がカンタルスーパー１９００として記載されているもの
があり、このセラミックスヒーターは、約２０％のガラ
ス相とＷを固溶したＭｏＳｉ2 からなり、発熱部温度が
１９００℃まで使用できるものである。このセラミック
スヒーターは所定の最高温度まで昇温できるものの、比
較的多量のガラス相が含まれるため、高温での耐クリー
プ性に難があるので変形などによる短寿命に対し改善の
余地がある。
【０００３】ところで、ＭｏＳｉ2 単独からなるセラミ
ックスヒーターは１０００℃以上の温度域で使用する
と、クリープ変形し始め、特にこの種のヒーター使用温
度域である１５００℃以上の温度になると、激しい高温
変形が起こる。このような状況に鑑み、本出願人はＭｏ
Ｂ粒子の分散強化により、高温変形に強く、発熱部温度
が１８００℃まで使用できるＭｏＳｉ2 基セラミックス
ヒーターを開発した（資料：ＪＩＴＡ ＮＥＷＳ Ｎ
ｏ．４（１９９３），ｐ１６）。このＭｏＢ強化ＭｏＳ
ｉ2 セラミックスヒーターは高温変形に対しては強いも
のの、発熱部温度が１８００℃以上の温度域で使用する
と短寿命の問題がある。さらに本出願人は特願平７−２
９１１８０号（平成７年１１月９日出願、以下「先願」
と言う）において、粒子分散強化したＭｏＳｉ2 セラミ
ックス材料の高温耐熱性と耐クリープ性を向上させるた
め、粒子分散強化と固溶強化を同時に利用した分散−固
溶型（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基複合セラミックスを提案し
た。
ックスヒーターは１０００℃以上の温度域で使用する
と、クリープ変形し始め、特にこの種のヒーター使用温
度域である１５００℃以上の温度になると、激しい高温
変形が起こる。このような状況に鑑み、本出願人はＭｏ
Ｂ粒子の分散強化により、高温変形に強く、発熱部温度
が１８００℃まで使用できるＭｏＳｉ2 基セラミックス
ヒーターを開発した（資料：ＪＩＴＡ ＮＥＷＳ Ｎ
ｏ．４（１９９３），ｐ１６）。このＭｏＢ強化ＭｏＳ
ｉ2 セラミックスヒーターは高温変形に対しては強いも
のの、発熱部温度が１８００℃以上の温度域で使用する
と短寿命の問題がある。さらに本出願人は特願平７−２
９１１８０号（平成７年１１月９日出願、以下「先願」
と言う）において、粒子分散強化したＭｏＳｉ2 セラミ
ックス材料の高温耐熱性と耐クリープ性を向上させるた
め、粒子分散強化と固溶強化を同時に利用した分散−固
溶型（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基複合セラミックスを提案し
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】「先願」において提案
された粒子分散と固溶強化による（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基
複合セラミックスを１８００℃以上の温度域で使用する
と、材料の室温強度や高温クリープ性のみではなく、そ
の高温耐酸化性も直接にヒーターの寿命に影響すること
が分かった。さらに、新たな実験を行ったところ、本材
料の耐酸化性は材料組成の他、脱脂、焼成などの製造条
件と焼成後の組織に左右されるとの結果が得られたの
で、確実に本材料の超高温用ヒーターへの応用を実現す
るためには、如何に本材料の耐酸化性を安定して向上さ
せるかという課題が先願では解決されていなかった。従
って、本発明の目的は、強度、高温耐クリープ特性、お
よび高温耐酸化性に優れ、発熱部温度が１８００℃以
上、最高１９００℃で使用できるセラミックスヒーター
発熱部素材およびその製造法の提供することにある。
された粒子分散と固溶強化による（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基
複合セラミックスを１８００℃以上の温度域で使用する
と、材料の室温強度や高温クリープ性のみではなく、そ
の高温耐酸化性も直接にヒーターの寿命に影響すること
が分かった。さらに、新たな実験を行ったところ、本材
料の耐酸化性は材料組成の他、脱脂、焼成などの製造条
件と焼成後の組織に左右されるとの結果が得られたの
で、確実に本材料の超高温用ヒーターへの応用を実現す
るためには、如何に本材料の耐酸化性を安定して向上さ
せるかという課題が先願では解決されていなかった。従
って、本発明の目的は、強度、高温耐クリープ特性、お
よび高温耐酸化性に優れ、発熱部温度が１８００℃以
上、最高１９００℃で使用できるセラミックスヒーター
発熱部素材およびその製造法の提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高温ＭｏＳ
ｉ2 複合セラミックスヒーターの発熱部素材は、ＭｏＳ
ｉ2 のＭｏの一部をＷで置換した、Ｗ固溶ＭｏＳｉ2 型
セラミックスにＭｏＢ粒子を５〜３０容量％で分散した
複合セラミックスからなり、相対密度が９８％以上、平
均粒径が２５μｍ以下であることを特徴とするものであ
る。
ｉ2 複合セラミックスヒーターの発熱部素材は、ＭｏＳ
ｉ2 のＭｏの一部をＷで置換した、Ｗ固溶ＭｏＳｉ2 型
セラミックスにＭｏＢ粒子を５〜３０容量％で分散した
複合セラミックスからなり、相対密度が９８％以上、平
均粒径が２５μｍ以下であることを特徴とするものであ
る。
【０００６】以下本発明を詳細に説明する。ＷＳｉ2 は
融点が２１６０℃であり、ＭｏＳｉ2 の融点（２０３０
℃）より１３０℃も高いため、１８００℃以上の温度で
発熱するヒーターの使用条件からすると、ＷＳｉ2 側に
位置することが有利であるが、耐酸化性を高めるために
はＭｏＳｉ2 基とする複合材料が望ましい。そこで本発
明材はＭｏＳｉ2 基とし、より好ましくは、（Ｍｏ1-X
ＷX ）Ｓｉ2 で表されるセラミックスの組成式中のＷ固
溶量（ｘ）は３５〜４５％であることが好ましい。ｘ＝
４０にて最良の特性を得ることができる。
融点が２１６０℃であり、ＭｏＳｉ2 の融点（２０３０
℃）より１３０℃も高いため、１８００℃以上の温度で
発熱するヒーターの使用条件からすると、ＷＳｉ2 側に
位置することが有利であるが、耐酸化性を高めるために
はＭｏＳｉ2 基とする複合材料が望ましい。そこで本発
明材はＭｏＳｉ2 基とし、より好ましくは、（Ｍｏ1-X
ＷX ）Ｓｉ2 で表されるセラミックスの組成式中のＷ固
溶量（ｘ）は３５〜４５％であることが好ましい。ｘ＝
４０にて最良の特性を得ることができる。
【０００７】本発明では、強度、高温クリープ特性を改
善するために分散強化の手法を用いるが、分散粒子とし
ては使用温度範囲で（Ｍｏ1-x ＷX ）Ｓｉ2 マトリック
スと反応しないＭｏＢを利用し、第２相の複合により
（Ｍｏ1-X ＷX ）Ｓｉ2 の粒成長が抑制され、緻密な組
織が得られ、機械的特性は向上するなどの効果を実現す
る。このために適正な第２相の添加量は５〜３０容量％
である。さらに、好ましくはＭｏＢの平均粒径が５μｍ
以下であると、緻密な焼結体が得られ高温耐クリープ特
性など機械的性質が良好になる。
善するために分散強化の手法を用いるが、分散粒子とし
ては使用温度範囲で（Ｍｏ1-x ＷX ）Ｓｉ2 マトリック
スと反応しないＭｏＢを利用し、第２相の複合により
（Ｍｏ1-X ＷX ）Ｓｉ2 の粒成長が抑制され、緻密な組
織が得られ、機械的特性は向上するなどの効果を実現す
る。このために適正な第２相の添加量は５〜３０容量％
である。さらに、好ましくはＭｏＢの平均粒径が５μｍ
以下であると、緻密な焼結体が得られ高温耐クリープ特
性など機械的性質が良好になる。
【０００８】さらに、耐酸化性と長寿命を得るために
は、後述の実施例、比較例により詳しく説明するよう
に、複合セラミックスの相対密度が９８％以下でありか
つ、（Ｍｏ1-X ＷX ）Ｓｉ2 とＭｏＢの各粒子の平均粒
径が２５μｍ以下であることが必要である。
は、後述の実施例、比較例により詳しく説明するよう
に、複合セラミックスの相対密度が９８％以下でありか
つ、（Ｍｏ1-X ＷX ）Ｓｉ2 とＭｏＢの各粒子の平均粒
径が２５μｍ以下であることが必要である。
【０００９】続いて、本発明のＭｏＢ粒子分散強化−
（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基複合セラミックスの製造方法につ
いて説明する。セラミックスヒーター素材の製造方法と
しては、まず長い棒材の成形に適する押出し成形法を利
用し、粘結材は焼成後にガラスになる慣用的粘土ではな
く、セルロース系の有機結合剤（バインダー）を用い
て、押出し成形後、乾燥、脱脂、焼成、皮膜付け処理等
工程を経てヒーター用の素材が得られる。粘度は多くの
不純物を含むため高温特性を低下させる。そのため不純
物を含まない有機結合剤を使用する。
（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 基複合セラミックスの製造方法につ
いて説明する。セラミックスヒーター素材の製造方法と
しては、まず長い棒材の成形に適する押出し成形法を利
用し、粘結材は焼成後にガラスになる慣用的粘土ではな
く、セルロース系の有機結合剤（バインダー）を用い
て、押出し成形後、乾燥、脱脂、焼成、皮膜付け処理等
工程を経てヒーター用の素材が得られる。粘度は多くの
不純物を含むため高温特性を低下させる。そのため不純
物を含まない有機結合剤を使用する。
【００１０】ここで、ヒーター使用時の耐酸化性と長寿
命を得るために適正な脱脂条件と焼成条件によって高密
度かつ微細組織を有する素材を造る。即ち、８０％以上
の脱脂率を有する脱脂条件と、ヒーター使用温度より低
い温度で緻密（相対密度＞９８％）に焼成する。
命を得るために適正な脱脂条件と焼成条件によって高密
度かつ微細組織を有する素材を造る。即ち、８０％以上
の脱脂率を有する脱脂条件と、ヒーター使用温度より低
い温度で緻密（相対密度＞９８％）に焼成する。
【００１１】（Ｍｏ1-X ，ＷX ）Ｓｉ2 なる固溶体組成
を有し、平均粒径２〜５μｍの混合粉末および平均粒径
５μｍ以下の第２相粉末を所定量秤量し、さらに必要に
応じて適当な有機結合剤と水を加えて混練する。混練は
ニーダーなどにより、例えば１５分以上行うのがよい。
混練後、結合剤に水が十分吸収されるように、例えば４
８時間以上の一定の時間乾燥を防いだ密閉雰囲気内で養
生することが望ましい。
を有し、平均粒径２〜５μｍの混合粉末および平均粒径
５μｍ以下の第２相粉末を所定量秤量し、さらに必要に
応じて適当な有機結合剤と水を加えて混練する。混練は
ニーダーなどにより、例えば１５分以上行うのがよい。
混練後、結合剤に水が十分吸収されるように、例えば４
８時間以上の一定の時間乾燥を防いだ密閉雰囲気内で養
生することが望ましい。
【００１２】次に、得られた混練物を押出し法によって
所定サイズの棒材に成形する。その後、季節変化に伴う
乾燥遅速による乾燥不良が起こらないように温度と湿度
が制御された乾燥室内である程度に乾燥した後、最終的
にオーブン中で完全乾燥させる。
所定サイズの棒材に成形する。その後、季節変化に伴う
乾燥遅速による乾燥不良が起こらないように温度と湿度
が制御された乾燥室内である程度に乾燥した後、最終的
にオーブン中で完全乾燥させる。
【００１３】混練・成形時に有機結合剤を使用すると、
乾燥したグリーン素材を焼成する前にまず非酸化性雰囲
気中で脱脂を行う必要がある。ここで、素材の脱脂率が
７５〜８５％になるように、グリーン素材寸法に合わせ
て、保持温度４００〜５００℃、全脱脂時間１８〜３６
ｈの範囲内で脱脂条件を調整して脱脂を行う。この際、
素材の脱脂率が７５％より低いとその後の焼成工程で緻
密化になり難く、脱脂率が８５％より高いと焼成作業中
にグリーン素材が割れ易いことになる。
乾燥したグリーン素材を焼成する前にまず非酸化性雰囲
気中で脱脂を行う必要がある。ここで、素材の脱脂率が
７５〜８５％になるように、グリーン素材寸法に合わせ
て、保持温度４００〜５００℃、全脱脂時間１８〜３６
ｈの範囲内で脱脂条件を調整して脱脂を行う。この際、
素材の脱脂率が７５％より低いとその後の焼成工程で緻
密化になり難く、脱脂率が８５％より高いと焼成作業中
にグリーン素材が割れ易いことになる。
【００１４】一方、高密度かつ微細組織を有する素材を
得るため、脱脂後の素材を最高使用温度より低い１６５
０〜１７５０℃の温度範囲で焼成するのが望ましい。焼
成部品はその使用温度より高い温度で焼成するのが一般
的であるが、本複合セラミックスのヒーターとしての最
高使用温度（１８００〜１９００℃）付近で焼成する
と、粗大粒などの原因により酸化皮膜付け処理で緻密な
皮膜ができにくい為、耐酸化性が悪く、短寿命につなが
る。これに対して、焼成温度が低過ぎると、十分な密度
が得られないため、焼成温度より高い温度域の使用中に
焼成がさらに進行するとともに、ヒーター寸法の変化や
表面皮膜の剥離など望ましくない現象が起こり、ヒータ
ーの短寿命につながる。したがって上記温度範囲内での
焼成が好ましい。
得るため、脱脂後の素材を最高使用温度より低い１６５
０〜１７５０℃の温度範囲で焼成するのが望ましい。焼
成部品はその使用温度より高い温度で焼成するのが一般
的であるが、本複合セラミックスのヒーターとしての最
高使用温度（１８００〜１９００℃）付近で焼成する
と、粗大粒などの原因により酸化皮膜付け処理で緻密な
皮膜ができにくい為、耐酸化性が悪く、短寿命につなが
る。これに対して、焼成温度が低過ぎると、十分な密度
が得られないため、焼成温度より高い温度域の使用中に
焼成がさらに進行するとともに、ヒーター寸法の変化や
表面皮膜の剥離など望ましくない現象が起こり、ヒータ
ーの短寿命につながる。したがって上記温度範囲内での
焼成が好ましい。
【００１５】上述のように本発明方法では、適正な脱脂
率と、緻密化可能な最低焼成温度での焼成により、ヒー
ター材料として必要な良好な耐酸化性と高密度を同時に
有する素材の製造が実現できた。
率と、緻密化可能な最低焼成温度での焼成により、ヒー
ター材料として必要な良好な耐酸化性と高密度を同時に
有する素材の製造が実現できた。
【００１６】
【実施例】実施例１〜２（Ｊ１〜２）および比較例１〜４（Ｈ１〜
４） 平均粒径３．２μｍの（Ｍｏ0.6 Ｗ0.4 ）Ｓｉ2 粉末と
平均粒径２．１μｍのＭｏＢを１０容量％になるように
配合した混合粉末１００部にセルロース系結合剤を７．
６部と水１２部加え、２０分混練し、得られた混練物を
３日以上に養生し、押出し機を用いて焼成後φ６ｍｍの
棒状素材になるようなグリーン成形体を成形し、その後
室温で乾燥した。
４） 平均粒径３．２μｍの（Ｍｏ0.6 Ｗ0.4 ）Ｓｉ2 粉末と
平均粒径２．１μｍのＭｏＢを１０容量％になるように
配合した混合粉末１００部にセルロース系結合剤を７．
６部と水１２部加え、２０分混練し、得られた混練物を
３日以上に養生し、押出し機を用いて焼成後φ６ｍｍの
棒状素材になるようなグリーン成形体を成形し、その後
室温で乾燥した。
【００１７】乾燥後のグリーン成形体をそれぞれ脱脂条
件Ａ（全脱脂時間３６ｈ、保持温度３８０℃）、脱脂条
件Ｂ（全脱脂時間２４ｈ、保持温度４２０℃）、脱脂条
件Ｃ（全脱脂時間１８ｈ、保持温度４５０℃）、脱脂条
件Ｄ（全脱脂時間１２ｈ、保持温度５２０℃）と、焼成
条件Ａ（保持温度１６００℃、保持時間１ｈ）、焼成条
件Ｂ（保持温度１７００℃、保持時間１ｈ）、焼成条件
Ｃ（保持温度１８００℃、保持時間１ｈ）で処理を行っ
た。その結果を表１に示す。また、比較例１、２と実施
例２の焼結組織を図１に示す。
件Ａ（全脱脂時間３６ｈ、保持温度３８０℃）、脱脂条
件Ｂ（全脱脂時間２４ｈ、保持温度４２０℃）、脱脂条
件Ｃ（全脱脂時間１８ｈ、保持温度４５０℃）、脱脂条
件Ｄ（全脱脂時間１２ｈ、保持温度５２０℃）と、焼成
条件Ａ（保持温度１６００℃、保持時間１ｈ）、焼成条
件Ｂ（保持温度１７００℃、保持時間１ｈ）、焼成条件
Ｃ（保持温度１８００℃、保持時間１ｈ）で処理を行っ
た。その結果を表１に示す。また、比較例１、２と実施
例２の焼結組織を図１に示す。
【００１８】
【表１】 ＊は本発明外の値である。
【００１９】表１の結果により、４００℃以下の温度で
長時間の脱脂（Ａ）を行った比較例１および５００℃以
上の温度で短時間の脱脂（Ｄ）を行った比較例４はいず
れもいずれも望ましい脱脂率の範囲内で入らない例であ
る。このうち比較例１は焼結体の相対密度が低い。比較
例４のように８９％の高脱脂率（Ｄ）になると、脱脂さ
れたグリーン素材が脆くなり、微少の振動でも割れてし
まうため、焼成工程への移行作業は難しくなる。比較例
２では、低い脱脂率でも高温で焼成すれば緻密化になる
が、図１（写真１）に示したように焼成中の粒成長によ
って平均粒径が５０μｍ以上にもなることがわかる。比
較例３の結果から、脱脂率が高く（Ｃ）とも焼成温度が
低いと緻密な焼結体が得られないことがわかる。
長時間の脱脂（Ａ）を行った比較例１および５００℃以
上の温度で短時間の脱脂（Ｄ）を行った比較例４はいず
れもいずれも望ましい脱脂率の範囲内で入らない例であ
る。このうち比較例１は焼結体の相対密度が低い。比較
例４のように８９％の高脱脂率（Ｄ）になると、脱脂さ
れたグリーン素材が脆くなり、微少の振動でも割れてし
まうため、焼成工程への移行作業は難しくなる。比較例
２では、低い脱脂率でも高温で焼成すれば緻密化になる
が、図１（写真１）に示したように焼成中の粒成長によ
って平均粒径が５０μｍ以上にもなることがわかる。比
較例３の結果から、脱脂率が高く（Ｃ）とも焼成温度が
低いと緻密な焼結体が得られないことがわかる。
【００２０】比較例５（Ｈ５） 次に各種性能を比較するために、約２０％のガラス相と
（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 固溶体セラミックスから成り、最高
発熱温度は１９００℃の市販品を比較例（Ｈ５）として
実施例１、２と比較例１、２、５における組織サイズ、
破壊強度、クリープ特性の評価を行った。
（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 固溶体セラミックスから成り、最高
発熱温度は１９００℃の市販品を比較例（Ｈ５）として
実施例１、２と比較例１、２、５における組織サイズ、
破壊強度、クリープ特性の評価を行った。
【００２１】実施例１、２と比較例１、２、５について
画像解析と３点曲げ試験法を用いて組織の平均粒径、室
温曲げ強度、および１３００℃、５０ＭＰａの負荷応力
で時間までのクリープ速度（定常状態クリープひずみ速
度）を測定した。ここで強度試験片は鏡面仕上げした四
角断面試験ではなく、直接に棒状素材を試験片として使
用した。その測定結果を表２に示す。
画像解析と３点曲げ試験法を用いて組織の平均粒径、室
温曲げ強度、および１３００℃、５０ＭＰａの負荷応力
で時間までのクリープ速度（定常状態クリープひずみ速
度）を測定した。ここで強度試験片は鏡面仕上げした四
角断面試験ではなく、直接に棒状素材を試験片として使
用した。その測定結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
【００２３】比較例１では、平均粒径が小さいにも拘ら
ず緻密化してない（相対密度９１．４％）ため、平均強
度も低く、クリープ変形が激しい。比較例２では、高密
度と比較的高強度と小さいクリープ速度を有するが、ク
リープ試験中に粒成長が起こったため、平均粒径が実施
例２より４倍以上も大きくなった。これは後述のヒータ
ーとしての耐酸化性や寿命などに悪影響を与える。ま
た、市販品の比較例５は、結晶粒径、室温曲げ強度およ
びクリープ速度など特性がいずれも実施例に及ばないこ
とがわかる。
ず緻密化してない（相対密度９１．４％）ため、平均強
度も低く、クリープ変形が激しい。比較例２では、高密
度と比較的高強度と小さいクリープ速度を有するが、ク
リープ試験中に粒成長が起こったため、平均粒径が実施
例２より４倍以上も大きくなった。これは後述のヒータ
ーとしての耐酸化性や寿命などに悪影響を与える。ま
た、市販品の比較例５は、結晶粒径、室温曲げ強度およ
びクリープ速度など特性がいずれも実施例に及ばないこ
とがわかる。
【００２４】実施例１、２と比較例１、２における酸化
皮膜付け処理 実施例１、２と比較例１、２について、図２に示したよ
うな温度−時間変化をもたらす通電加熱による酸化皮膜
付け処理を行い、その酸化皮膜の生成状態を調べた。表
３にその結果を示す。
皮膜付け処理 実施例１、２と比較例１、２について、図２に示したよ
うな温度−時間変化をもたらす通電加熱による酸化皮膜
付け処理を行い、その酸化皮膜の生成状態を調べた。表
３にその結果を示す。
【００２５】
【表３】
【００２８】表２で示した粗大粒の比較例２では、形成
された皮膜は多孔質のため、研磨など作業中で剥がれや
すく、組織観察が不可能であった。比較例１では、緻密
な皮膜が得られたが、焼成密度が低いため、１８００℃
以上の高温で使用すると、形成された皮膜が剥離し易い
傾向を示す。
された皮膜は多孔質のため、研磨など作業中で剥がれや
すく、組織観察が不可能であった。比較例１では、緻密
な皮膜が得られたが、焼成密度が低いため、１８００℃
以上の高温で使用すると、形成された皮膜が剥離し易い
傾向を示す。
【００２９】比較例６（Ｈ６） １８００℃以上の高温で使用する時のヒーターの耐久性
を市販のＭｏＢ粒子強化ＭｏＳｉ2 ヒーターを比較例６
として実施例と同様に寿命評価を行う。実施例１、２と比較例１、２、５、６におけるヒーター
としての評価試験 実施例１、２と比較例１、２、５、６で製作したヒータ
ー発熱部（図３参照）を最高温度が１８００℃まで使用
できる高温炉内にセットし、昇温−保持−降温のサイク
ルで寿命試験を行う。図３において、１は端子部、４は
発熱部、５は導電性金属接続部であり、ｄφは発熱部直
径６ｍｍ，Ａｅは発熱部長さ３００ｍｍ，Ｄは端子部直
径１２ｍｍ，Ａｕは端子部長さ２００ｍｍ，ＳはＵ字状
端子間隙５０ｍｍである。ここで昇温、降温速度が１０
℃／ｍｉｎ、炉内保持温度が１７５０〜１８００℃、保
持時間が１０時間のプログラムを用いた。また、ヒータ
ー発熱部の標準寸法に対する変形量をサイクルごとに測
定した。表４に変形、寿命評価の結果を示す。
を市販のＭｏＢ粒子強化ＭｏＳｉ2 ヒーターを比較例６
として実施例と同様に寿命評価を行う。実施例１、２と比較例１、２、５、６におけるヒーター
としての評価試験 実施例１、２と比較例１、２、５、６で製作したヒータ
ー発熱部（図３参照）を最高温度が１８００℃まで使用
できる高温炉内にセットし、昇温−保持−降温のサイク
ルで寿命試験を行う。図３において、１は端子部、４は
発熱部、５は導電性金属接続部であり、ｄφは発熱部直
径６ｍｍ，Ａｅは発熱部長さ３００ｍｍ，Ｄは端子部直
径１２ｍｍ，Ａｕは端子部長さ２００ｍｍ，ＳはＵ字状
端子間隙５０ｍｍである。ここで昇温、降温速度が１０
℃／ｍｉｎ、炉内保持温度が１７５０〜１８００℃、保
持時間が１０時間のプログラムを用いた。また、ヒータ
ー発熱部の標準寸法に対する変形量をサイクルごとに測
定した。表４に変形、寿命評価の結果を示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】表４により、使用中の変形量が小さく、し
かも通電サイクル回数が６０回以上の長寿命を示すのは
実施例１、２である。比較例５は一応長寿命を示すが、
使用中の変形が大きいため、焼結部品が炉内充満されて
使用するときヒーターと接触する恐れがある。現実的に
接触によるヒーター断線事故などのため、品質に影響す
るケースがある。比較例２は寸法安定性を有するが、皮
膜の緻密性を欠けたため、皮膜が変質しやすく、寿命が
短い原因となる。
かも通電サイクル回数が６０回以上の長寿命を示すのは
実施例１、２である。比較例５は一応長寿命を示すが、
使用中の変形が大きいため、焼結部品が炉内充満されて
使用するときヒーターと接触する恐れがある。現実的に
接触によるヒーター断線事故などのため、品質に影響す
るケースがある。比較例２は寸法安定性を有するが、皮
膜の緻密性を欠けたため、皮膜が変質しやすく、寿命が
短い原因となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したとおり、ＭｏＢ分散粒子と
（Ｍｏ1-X ，ＷX ）Ｓｉ2 固溶セラミックスから成る材
料組成を用いて、本発明で提案した製造方法で造られた
ヒーター発熱部素材は優れた耐熱性、耐酸化性を有し、
ヒーター発熱温度が１８００℃以上に要求される高温用
ヒーター材料として十分に使用できる。
（Ｍｏ1-X ，ＷX ）Ｓｉ2 固溶セラミックスから成る材
料組成を用いて、本発明で提案した製造方法で造られた
ヒーター発熱部素材は優れた耐熱性、耐酸化性を有し、
ヒーター発熱温度が１８００℃以上に要求される高温用
ヒーター材料として十分に使用できる。
【図１】実施例２、比較例１と２の焼結後の断面組織を
示す顕微鏡写真である。
示す顕微鏡写真である。
【図２】ＭｏＢ−（Ｍｏ，Ｗ）Ｓｉ2 複合セラミックス
ヒーター素材の酸化皮膜付け通電条件を示す。
ヒーター素材の酸化皮膜付け通電条件を示す。
【図３】寿命評価用セラミックスヒーターの正面図であ
る。
る。
１．端子部 ２．発熱部
Claims (6)
- 【請求項１】 ＭｏＳｉ2 のＭｏの一部をＷで置換し
た、Ｗ固溶ＭｏＳｉ2型セラミックスにＭｏＢ粒子を５
〜３０容量％で分散した複合セラミックスからなり、か
つ相対密度が９８％以上、平均粒径が２５μｍ以下であ
ることを特徴とする高温用ＭｏＳｉ2 基複合セラミック
スヒーターの発熱部素材。 - 【請求項２】 前記Ｗ固溶ＭｏＳｉ2 型セラミックスが
一般式：（Ｍｏ1-X ＷX ）Ｓｉ2 （但し、ｘ＝０．３５
〜０．４５）で表される組成を有する請求項１記載の高
温用ＭｏＳｉ2 基複合セラミックスヒーターの発熱部素
材。 - 【請求項３】 通電自己発熱により１８００℃以上の温
度に加熱される請求項１又は２記載の高温用複合セラミ
ックスヒーターの発熱部素材。 - 【請求項４】 請求項１記載の前記複合セラミックスの
粉末混合物と有機バインダーを押出法によって成形し、
さらに押出成形物の乾燥、脱脂、焼成ならびに酸化雰囲
気中加熱による皮膜付け処理を順次行うことを特徴とす
る請求項１から３までの何れか１項記載の高温用ＭｏＳ
ｉ2 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材の製造方
法。 - 【請求項５】 ７５〜８５％の脱脂率で前記脱脂を行う
請求項４記載の高温用ＭｏＳｉ2 基複合セラミックスヒ
ーターの発熱部素材の製造方法。 - 【請求項６】 前記焼成をセラミックスヒーター使用温
度より低い温度で行う請求項４又は５記載の高温用セラ
ミックスヒーターの発熱部素材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9123493A JPH10297972A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 高温用ＭｏＳｉ２ 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9123493A JPH10297972A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 高温用ＭｏＳｉ２ 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10297972A true JPH10297972A (ja) | 1998-11-10 |
Family
ID=14862000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9123493A Pending JPH10297972A (ja) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | 高温用ＭｏＳｉ２ 基複合セラミックスヒーターの発熱部素材とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10297972A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003500812A (ja) * | 1999-05-20 | 2003-01-07 | サンドビック アクティエボラーグ | 抵抗加熱素子 |
-
1997
- 1997-04-25 JP JP9123493A patent/JPH10297972A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003500812A (ja) * | 1999-05-20 | 2003-01-07 | サンドビック アクティエボラーグ | 抵抗加熱素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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