JPS60217140A - セラミツク複合構造管の製造方法 - Google Patents
セラミツク複合構造管の製造方法Info
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- JPS60217140A JPS60217140A JP7340084A JP7340084A JPS60217140A JP S60217140 A JPS60217140 A JP S60217140A JP 7340084 A JP7340084 A JP 7340084A JP 7340084 A JP7340084 A JP 7340084A JP S60217140 A JPS60217140 A JP S60217140A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、チルミント反応を利用して、円筒管内面にセ
ラミック層を被覆形成するセラミック複合構造管の製造
方法。
ラミック層を被覆形成するセラミック複合構造管の製造
方法。
管内面にセラミック層が被覆形成された複合構造管は、
セラミック層が耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の良好な特
性を発揮するため、各種流体の輸送管や工業用配管部材
として広汎な適用用途を有している。
セラミック層が耐熱性、耐摩耗性、耐食性等の良好な特
性を発揮するため、各種流体の輸送管や工業用配管部材
として広汎な適用用途を有している。
この種の複合構造管の製造手段としては、従来種々の方
法が実施されてきているが、最近ではその好適な製造手
段として、遠心力とテルミット反応を利用するいわゆる
遠心テルミット法が提起されている。この方法を最も代
表的なアルミニウムー酸化鉄系のテルミット反応を利用
して、鋼管のような鉄又は鉄合金製円筒管の内面にアル
ミナ（ＡＮ２０３）のセラミックコーティングを施す場
合を例に説明すると、第１図に示すように、鉄系円筒管
１内にアルミニウム（、ｌりと酸化鉄（Ｆｅ２０３又は
Ｆｅ３０４）の各粉末あるいは粒子ニヨる一定比率の混
合物からなるチルミント剤２を装填し、これを高速回転
による遠心力場内で着火して、下記式に示す如きテルミ
ット反応を行わせ、この発熱反応により生成される溶融
金属（Ｆｅ）と溶融セラミック（ＡＮｚＯｉ＞とを比重
分離して、第２図に示すように円筒管１の内面に金属層
３を介して所期のセラミック層４を被覆形成するもので
ある。
法が実施されてきているが、最近ではその好適な製造手
段として、遠心力とテルミット反応を利用するいわゆる
遠心テルミット法が提起されている。この方法を最も代
表的なアルミニウムー酸化鉄系のテルミット反応を利用
して、鋼管のような鉄又は鉄合金製円筒管の内面にアル
ミナ（ＡＮ２０３）のセラミックコーティングを施す場
合を例に説明すると、第１図に示すように、鉄系円筒管
１内にアルミニウム（、ｌりと酸化鉄（Ｆｅ２０３又は
Ｆｅ３０４）の各粉末あるいは粒子ニヨる一定比率の混
合物からなるチルミント剤２を装填し、これを高速回転
による遠心力場内で着火して、下記式に示す如きテルミ
ット反応を行わせ、この発熱反応により生成される溶融
金属（Ｆｅ）と溶融セラミック（ＡＮｚＯｉ＞とを比重
分離して、第２図に示すように円筒管１の内面に金属層
３を介して所期のセラミック層４を被覆形成するもので
ある。
Ｆｅ２０３ ＋２Ａ６→Ａ６２０３→−２Ｆｅ＋１９９
Ｋｃａｌ／ Ａ １２２０３１モル３Ｆｅ３ ｏ４＋
８Ａｎ→４Ａｆｆ２０３ ＋９Ｆｅ＋１９４ Ｋｃａｌ
／ Ａ Ｉｔ ２０３１モルこの方法によれば、一般に
は上記の／ｌ−酸化鉄系のみならず種々の強還元性元素
と金属酸化物よりなるテルミット反応系を利用すること
ができ、その装填量を調整することによって円筒管内面
に所望の厚さで種々のセラミックコーティングを簡単に
施すことができ、しかもそのセラミックコーティングは
同時に生成される金属層を介して円筒管に高い密着状態
で結合される利点を有する。
Ｋｃａｌ／ Ａ １２２０３１モル３Ｆｅ３ ｏ４＋
８Ａｎ→４Ａｆｆ２０３ ＋９Ｆｅ＋１９４ Ｋｃａｌ
／ Ａ Ｉｔ ２０３１モルこの方法によれば、一般に
は上記の／ｌ−酸化鉄系のみならず種々の強還元性元素
と金属酸化物よりなるテルミット反応系を利用すること
ができ、その装填量を調整することによって円筒管内面
に所望の厚さで種々のセラミックコーティングを簡単に
施すことができ、しかもそのセラミックコーティングは
同時に生成される金属層を介して円筒管に高い密着状態
で結合される利点を有する。
ところが、前記チルミント反応系による生成セラミック
層は、気孔率が高い上、金属層とセラミック層との分離
が不充分であり、更にセラミックの表面が荒れ、平滑性
や美麗さの点で問題があった。
層は、気孔率が高い上、金属層とセラミック層との分離
が不充分であり、更にセラミックの表面が荒れ、平滑性
や美麗さの点で問題があった。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたもので、その目的
とするところは、セラミ・７り層と金属層との密着性が
促進され、特にセラミック層が緻密であり且つその表面
が平滑、美麗なセラミック複合構造管の製造方法を提供
するもので、その特徴とする処は、円筒管内面に散布す
る前記テルミツト剤として、テルミツト剤に添加物であ
るケイ素化合物又は金属化合物が添加された添加チルミ
ント剤を用い、該添加テルミツト剤を円筒管内面に下層
以上散布し、その後、添加チルミント剤層の内周に着火
性の良好な添加又は無添加テルミツト剤を散布する点に
ある。
とするところは、セラミ・７り層と金属層との密着性が
促進され、特にセラミック層が緻密であり且つその表面
が平滑、美麗なセラミック複合構造管の製造方法を提供
するもので、その特徴とする処は、円筒管内面に散布す
る前記テルミツト剤として、テルミツト剤に添加物であ
るケイ素化合物又は金属化合物が添加された添加チルミ
ント剤を用い、該添加テルミツト剤を円筒管内面に下層
以上散布し、その後、添加チルミント剤層の内周に着火
性の良好な添加又は無添加テルミツト剤を散布する点に
ある。
以下本発明について詳述する。
先ず、本発明に使用する円筒管１について述べる。前記
説明では、この円筒管１として鉄系のものについて述べ
たが、本発明に使用する円筒管１は鉄系に限らず、テル
ミット反応に耐える高融点の金属、例えば銅、ニッケル
なども例示でき、更にコンクリート、石綿セメントのよ
うな無機質系のものであってもよい。また、該円筒管１
は、予め作成されたものである必要はなく、通常の遠心
鋳造により作成された円筒管をそのまま引き続いて使用
してもよい。
説明では、この円筒管１として鉄系のものについて述べ
たが、本発明に使用する円筒管１は鉄系に限らず、テル
ミット反応に耐える高融点の金属、例えば銅、ニッケル
なども例示でき、更にコンクリート、石綿セメントのよ
うな無機質系のものであってもよい。また、該円筒管１
は、予め作成されたものである必要はなく、通常の遠心
鋳造により作成された円筒管をそのまま引き続いて使用
してもよい。
次に、チルミント剤に添加される添加物について述べる
。該添加物としては、化学反応に対し、ある程度安定で
、テルミット反応生成物であるセラミックと溶は合い、
溶融セラミックの流動性を増し、凝固後のセラミックの
性能を向上させるケイ素化合物や金属化合物を意味し、
例えばケイ素化合物としては、５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４等
を、金属化合物としてはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｕＯｌ
ＭｇＯ，ＢａＯ１Ｃｏｏ、Ｎ ｉ ＯＸＮ ｔ ２０３
、ＭｎＯ２、Ｃｒ２０３、ＮａＦ、ＣａＦ２等を挙げる
ことができる。
。該添加物としては、化学反応に対し、ある程度安定で
、テルミット反応生成物であるセラミックと溶は合い、
溶融セラミックの流動性を増し、凝固後のセラミックの
性能を向上させるケイ素化合物や金属化合物を意味し、
例えばケイ素化合物としては、５ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４等
を、金属化合物としてはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｕＯｌ
ＭｇＯ，ＢａＯ１Ｃｏｏ、Ｎ ｉ ＯＸＮ ｔ ２０３
、ＭｎＯ２、Ｃｒ２０３、ＮａＦ、ＣａＦ２等を挙げる
ことができる。
次に、上記添加物の添加配合された添加チルミント剤の
散布について述べる。
散布について述べる。
先ず、第３図に示す如く、前記円筒管１を遠心機金枠６
内に挿入し、その両端を中心部に孔８を有するバンド７
・７で固定し、所定の回転に達したところで、テルミツ
ト剤散布用の樋９をバンド７の孔８へ挿入反転し、添加
テルミット５を円筒管１内へ散布する。
内に挿入し、その両端を中心部に孔８を有するバンド７
・７で固定し、所定の回転に達したところで、テルミツ
ト剤散布用の樋９をバンド７の孔８へ挿入反転し、添加
テルミット５を円筒管１内へ散布する。
ここで、添加テルミツト剤５としては、添加率の異なっ
゛た種々のものを用い、各添加テルミツト剤毎に散布し
、円筒管内面に異なった配合率の添加テルミツト剤の多
層を形成させる。第４図は、層数が３層の場合を示し、
円筒管ｌ内面より、添加率及び所定量が各々ａＩ、ａ２
、ａ３ｗｔ％：Ｗｌ、Ｗ２、Ｗ３ｋｇである添加テルミ
ツト剤（５ａ１）、（５ａｚ）、（５ｄ ３）が１１に
布された状態を示している。
゛た種々のものを用い、各添加テルミツト剤毎に散布し
、円筒管内面に異なった配合率の添加テルミツト剤の多
層を形成させる。第４図は、層数が３層の場合を示し、
円筒管ｌ内面より、添加率及び所定量が各々ａＩ、ａ２
、ａ３ｗｔ％：Ｗｌ、Ｗ２、Ｗ３ｋｇである添加テルミ
ツト剤（５ａ１）、（５ａｚ）、（５ｄ ３）が１１に
布された状態を示している。
この場合、最内層の添加テルミツト剤（５ａ３）は、着
火性の良好なものであることが必要であり、一般的には
添加率が１０ｗｔ％以下のものであることが望ましい。
火性の良好なものであることが必要であり、一般的には
添加率が１０ｗｔ％以下のものであることが望ましい。
勿論無添加テルミツト剤であってもよい。
その理由は、ある程度の着火性の良好なチルミント剤Ｗ
３ｋｇがあれば、一旦反応が起こり雰囲気温度が上昇す
ると他の着火しにくい高添加率の添加テルミツト剤も容
易にチルミント反応を起こすようになるためである。
３ｋｇがあれば、一旦反応が起こり雰囲気温度が上昇す
ると他の着火しにくい高添加率の添加テルミツト剤も容
易にチルミント反応を起こすようになるためである。
ところで添加テルミツト剤を用いる理由は、テルミット
反応熱により添加物も溶融されて、アルミナの融点より
低い融点のセラミックが生成すると共に粘性が低下し、
これによって溶融セラミック層からの気泡の放出が促進
され、合せて添加物の作用により緻密、美麗なセラミッ
ク層が形成されるためである。
反応熱により添加物も溶融されて、アルミナの融点より
低い融点のセラミックが生成すると共に粘性が低下し、
これによって溶融セラミック層からの気泡の放出が促進
され、合せて添加物の作用により緻密、美麗なセラミッ
ク層が形成されるためである。
この場合、テルミツト剤層が添加テルミツト剤のみによ
る１層の場合、テルミット反応を十分行わせて品質の良
いセラミックを得るためには、その添加量が添加テルミ
ツト剤の総量に対し］、５ｗｔ％以下にしないと、チル
ミント反応熱が添加物に吸収され過ぎてセラミック層及
び金属層が十分熔解せず、比重分離もしないので、気泡
の少ない緻密なセラミックを生成しないばかりか、未反
応の粉末が残存する場合もある。ところが、前述したよ
うに、添加チルミント剤を一層以上散布し、その最内層
を着火性の良好なもので構°成すると、添加テルミツト
剤の全量に対し添加物の添加量が２５ｗｔ％程度まで添
加でき、前記の作用がより有効に働くのである。即ち、
第４図に示す実施例の場合、全添加テルミツト剤の重量
（ｗ １ ＋Ｗ２ ＋ｗ３ ）ｋｇに対する、下記式で
示される総合的な添加率Ｍｗｔ％は約２５ｗｔ％まで可
能である。
る１層の場合、テルミット反応を十分行わせて品質の良
いセラミックを得るためには、その添加量が添加テルミ
ツト剤の総量に対し］、５ｗｔ％以下にしないと、チル
ミント反応熱が添加物に吸収され過ぎてセラミック層及
び金属層が十分熔解せず、比重分離もしないので、気泡
の少ない緻密なセラミックを生成しないばかりか、未反
応の粉末が残存する場合もある。ところが、前述したよ
うに、添加チルミント剤を一層以上散布し、その最内層
を着火性の良好なもので構°成すると、添加テルミツト
剤の全量に対し添加物の添加量が２５ｗｔ％程度まで添
加でき、前記の作用がより有効に働くのである。即ち、
第４図に示す実施例の場合、全添加テルミツト剤の重量
（ｗ １ ＋Ｗ２ ＋ｗ３ ）ｋｇに対する、下記式で
示される総合的な添加率Ｍｗｔ％は約２５ｗｔ％まで可
能である。
ａｌ Ｗ１＋ａ２ °Ｗ２ ＋ ａ ３ ’ Ｗ３Ｍ＝
（ｗｔ％） Ｗ １＋Ｗ；！ ＋Ｗ３ 以上に述べた添加テルミツト剤の多層散布をした後、通
常の如く所定の回転（ＧＮＯで７０〜２００）にしたと
ころで、円筒管１内の最内層の添加テルミツト剤（前記
実施例の場合（５ａ３））又は無添加テルミツト剤内面
に着火し、テルミット反応を起こさせ、溶融金属と溶融
セラミックとを比重分離してセラミック複合構造管を得
る。
（ｗｔ％） Ｗ １＋Ｗ；！ ＋Ｗ３ 以上に述べた添加テルミツト剤の多層散布をした後、通
常の如く所定の回転（ＧＮＯで７０〜２００）にしたと
ころで、円筒管１内の最内層の添加テルミツト剤（前記
実施例の場合（５ａ３））又は無添加テルミツト剤内面
に着火し、テルミット反応を起こさせ、溶融金属と溶融
セラミックとを比重分離してセラミック複合構造管を得
る。
次に実施例を掲げて説明する。
〈実施例〉
（１）円筒管として外径１０１．６ ｍφ×板厚４．２
龍ｔ×全長２５０ｍ”の鋼管を使用した。
龍ｔ×全長２５０ｍ”の鋼管を使用した。
（２）該鋼管を遠心機金型に設置後、これを５００ｒｐ
ｍに回転し、５ｉ０２：３０ｗｔ％の添加テルミツト剤
１ 、３ ｋｇを先ず前記鋼管内面に散布し、次にＳ
ｉ ０２ ： ５ｗｔ％の添加テルミット剤０．５に、
ｇを散布した。この場合、総合的な添加率Ｍは、Ｍ＝
（３０ｘ１．３ ＋ ５Ｘ０．５ ） ／ ０．３ ＋
０．５ ）＝２３ｗｔ％ となる。
ｍに回転し、５ｉ０２：３０ｗｔ％の添加テルミツト剤
１ 、３ ｋｇを先ず前記鋼管内面に散布し、次にＳ
ｉ ０２ ： ５ｗｔ％の添加テルミット剤０．５に、
ｇを散布した。この場合、総合的な添加率Ｍは、Ｍ＝
（３０ｘ１．３ ＋ ５Ｘ０．５ ） ／ ０．３ ＋
０．５ ）＝２３ｗｔ％ となる。
（３）続いて、金型回転数を１４０Ｏｒｐｍとして、添
加テルミツト剤の最内面に着火し、テルミット反応を起
こさせた。
加テルミツト剤の最内面に着火し、テルミット反応を起
こさせた。
（４）反応終了後充分時間をおき、金型を冷却させ、遠
心機を停止し金型より鋼管を取り出し、セラミック複合
鋼管を得た。
心機を停止し金型より鋼管を取り出し、セラミック複合
鋼管を得た。
この複合鋼管の横断面の研磨表面組織を光学顕微鏡で見
るとガラス化された組織が広範囲の領域でみられ、セラ
ミック層の緻密性や気泡の残存について極めて良く改善
されていた。また、金属層とセラミック層の密着性も良
好であった。更に、セラミック層の表面は平滑で、繊維
状の秩序正しい微細な紋様が現れていた。しかし、圧壊
強度は、２５００ ｋｇ ／ ｃｆと比較的低かった。
るとガラス化された組織が広範囲の領域でみられ、セラ
ミック層の緻密性や気泡の残存について極めて良く改善
されていた。また、金属層とセラミック層の密着性も良
好であった。更に、セラミック層の表面は平滑で、繊維
状の秩序正しい微細な紋様が現れていた。しかし、圧壊
強度は、２５００ ｋｇ ／ ｃｆと比較的低かった。
因みに、無添加のものでは約３５００ｋｇ／ｃＪ、 Ｓ
ｉ Ｏ２： １０ｕｔ％以下の添加のものでは２５０
０〜３５００ ｋｇ ／ ｃＪである。ところが、熱的
性質ではアルミナ主成分のセラミックに比して熱伝導率
が０．０３ ｃａ１／ｓｅｃ、ｄｅｇ、ｃｍ （ａｔ２
０℃）と低下し、更に熱膨張率も低くなるので、熱変化
に対し優れた性質が具備していると考えられる。
ｉ Ｏ２： １０ｕｔ％以下の添加のものでは２５０
０〜３５００ ｋｇ ／ ｃＪである。ところが、熱的
性質ではアルミナ主成分のセラミックに比して熱伝導率
が０．０３ ｃａ１／ｓｅｃ、ｄｅｇ、ｃｍ （ａｔ２
０℃）と低下し、更に熱膨張率も低くなるので、熱変化
に対し優れた性質が具備していると考えられる。
したがって、５ｉ０２添加の場合は、耐摩耗性や耐腐食
性はやや劣るが、これらの性質よりもセラミック層の緻
密さ及びその表面の平滑さ、美麗さが要求されるものに
は勿論のこと、熱の逃げの少ない保温性の優れた、ある
いは温度変化に対し強い性質が要求されるものにも有効
に利用され得る。
性はやや劣るが、これらの性質よりもセラミック層の緻
密さ及びその表面の平滑さ、美麗さが要求されるものに
は勿論のこと、熱の逃げの少ない保温性の優れた、ある
いは温度変化に対し強い性質が要求されるものにも有効
に利用され得る。
以上述べたように、本発明の製造方法によると、テルミ
ツト剤として、テルミツト剤に添加物であるケイ素化合
物又は金属化合物が添加された添加テルミツト剤を用い
、該添加テルミ・ノド剤を円筒管内面に一層以上散布し
、最内層を着火性の良好な添加または無添加テルミツト
剤としたので、添加物をテルミツト剤に高添加率で添加
配合出来、それ故、金ｊ！層とセラミック層の分離及び
セラミック層の緻密性、その表面の平滑さ及び美麗さが
極めて良好となる。更に添加物はテルミツト剤に比べて
安価であるので製造コストは低下されるので、性能−コ
ストの面からも利用価値が大きい。
ツト剤として、テルミツト剤に添加物であるケイ素化合
物又は金属化合物が添加された添加テルミツト剤を用い
、該添加テルミ・ノド剤を円筒管内面に一層以上散布し
、最内層を着火性の良好な添加または無添加テルミツト
剤としたので、添加物をテルミツト剤に高添加率で添加
配合出来、それ故、金ｊ！層とセラミック層の分離及び
セラミック層の緻密性、その表面の平滑さ及び美麗さが
極めて良好となる。更に添加物はテルミツト剤に比べて
安価であるので製造コストは低下されるので、性能−コ
ストの面からも利用価値が大きい。
第１図及び第２図は、遠心テルミット法の製造工程を示
す円筒管の横断面図であり、第１図はテルミット反応前
のテルミツト剤の散布状態を、第２図はテルミット反応
後における金属層を介してのセラミック層の被覆状態を
示している。第３図は、本発明に係る添加テルミツト剤
を収納した散布用樋の円筒管内への挿入状態を示す説明
図、第４図は、本発明に係る添加テルミツト剤の多層散
布の一例を示す円筒管の横断面図を示す。 １・・・円筒管、２・・・テルミツト剤、３・・・金属
層、４・・・セラミック層、５・５ａＩ ・５ａ２ ・
５ａ３・・・添加テルミツト剤。 特許出願人 工業技術院長 用田裕部 同 上 久保田鉄工株式会社
す円筒管の横断面図であり、第１図はテルミット反応前
のテルミツト剤の散布状態を、第２図はテルミット反応
後における金属層を介してのセラミック層の被覆状態を
示している。第３図は、本発明に係る添加テルミツト剤
を収納した散布用樋の円筒管内への挿入状態を示す説明
図、第４図は、本発明に係る添加テルミツト剤の多層散
布の一例を示す円筒管の横断面図を示す。 １・・・円筒管、２・・・テルミツト剤、３・・・金属
層、４・・・セラミック層、５・５ａＩ ・５ａ２ ・
５ａ３・・・添加テルミツト剤。 特許出願人 工業技術院長 用田裕部 同 上 久保田鉄工株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、円筒管内面にチルミント剤を散布し、遠心力場内で
該テルミツト剤に着火し、テルミット反応を行わせて、
前記円筒管内面にテルミット反応により生成した金属層
及びセラミック層を被覆形成する方法において、前記テ
ルミツト剤として、テルミツト剤に添加物であるケイ素
化合物又は金属化合物が添加された添加テルミツト剤を
用い、該添加テルミツト剤を円筒管内面に一層以上散布
し、最内層を着火性の良好な添加又は無添加テルミツト
剤とすることを特徴とするセラミック複合構造管の製造
方法。 ２、添加物が５ｉ０２である特許請求の範囲第１項記載
のセラミック複合構造管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7340084A JPS60217140A (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | セラミツク複合構造管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7340084A JPS60217140A (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | セラミツク複合構造管の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217140A true JPS60217140A (ja) | 1985-10-30 |
| JPH0445339B2 JPH0445339B2 (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=13517105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7340084A Granted JPS60217140A (ja) | 1984-04-11 | 1984-04-11 | セラミツク複合構造管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217140A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895675A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 炭化珪素／金属複合管およびその製造方法 |
-
1984
- 1984-04-11 JP JP7340084A patent/JPS60217140A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895675A (ja) * | 1981-11-28 | 1983-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 炭化珪素／金属複合管およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0445339B2 (ja) | 1992-07-24 |
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