JPS631266B2 - - Google Patents
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- JPS631266B2 JPS631266B2 JP57215943A JP21594382A JPS631266B2 JP S631266 B2 JPS631266 B2 JP S631266B2 JP 57215943 A JP57215943 A JP 57215943A JP 21594382 A JP21594382 A JP 21594382A JP S631266 B2 JPS631266 B2 JP S631266B2
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- nitride
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- ceramic material
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は加熱炉、均熱炉、焼鈍炉などの高温雰
囲気で使用される耐熱用セラミツク材料に関す
る。例えば加熱炉に於けるスキツドレール用材料
としては従来から各種耐熱合金が用いられていた
が、炉内雰囲気温度が1300〜1350℃に設定され、
スラブ等の金属片が1250〜1300℃に加熱されると
いう如く高温域にさらされるのでスキツドレール
に用いられている耐熱合金にとつても極めて苛酷
な使用条件である。従つて一般には第１図に示す
ように、炉Ｆ内の下部の架台１に水冷スキツドパ
イプ２を複数本配設するとともに、各スキツドパ
イプの上面にスキツドレール３を敷設して炉床
（スキツド）を構成し、パイプ２内を流通する冷
却水にてスキツドレールの昇温を防止するように
した水冷方式が採られている。しかし、この場
合、スキツドレール上に載置された金属片Ｓは、
レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却
されるため、温度むらが生じる。 この温度むらは金属片Ｓの在炉時間を長時間に
設定することにより緩和することはできるが、そ
の効果は十分でなく、また加熱炉の効率が著しく
悪くなる。 この対策として、スキツドレール３にセラミツ
ク材料からなる耐熱台を設け、金属片Ｓとレール
３との直接々触を防止することが提案され、その
セラミツク材料として、酸化ジルコニウム
（ZrO2）系、アルミナ（Al2O3）系、窒化ケイ素
（Si3N4）系などが試験的に使用されている。と
ころが、これらセラミツク材料は、急速加熱材た
る金属片のスケールとの反応が生じ易いため、長
時間の安定した操業を維持することは不可能であ
る。 ところでセラミツク材料の中で他の材料と比較
した場合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属
に対して極めて優れた耐食性を示すものとして炭
化クロム系セラミツク材料がある。この炭化クロ
ム系セラミツク材料として、従来、炭化クロムを
金属コバルトやニツケルで結合焼結したものが、
耐熱材料や耐食材料としては知られているが、こ
れらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では室温時の１／３以下の強度に激減するので、
加熱炉の炉床のように高温下で動的応力が作用す
る苛酷な使用環境にはとうてい耐え得ず、結局ス
キツドレール耐熱台用材料としては適用すること
ができない。 本発明は上述の諸問題を解決する為に炭化クロ
ム主成分とし特にその被加熱材たる金属あるいは
そのスケールと反応し難い材料を提供せんとする
ものであり、その要旨は窒化クロム、窒化チタ
ン、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化ジルコニウ
ム、窒化アルミニウム、窒化バナジウム、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素から選ばれる１種以上が0.2〜
10重量％、残部が炭化クロムからなる組成の耐熱
用セラミツク材料であり、この場合に窒化ホウ素
と窒化ケイ素についてはそれらのいずれか又は双
方ともを繊維状形態で用いると後で詳記する如く
材料の機械的強度を大きく向上せしめるのでより
好ましいものである。なお本発明材料は上述の如
き組成範囲に各種材料粉末を配合しその後公知の
焼結方法、即ちコールドプレス法、ホツトプレス
法あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による方法に
より焼結して得られるが、この焼結条件としては
コールドプレス法の場合真空度10-1〜10-3torr、
温度1300〜1500℃、ホツトプレス法の場合加圧力
50〜350Kg／cm2、温度1350〜1550℃、又熱間等方
圧加圧焼結法の場合には圧力500Kg／cm2以上、温
度1500℃以下に設定するのがそれぞれ好ましい。
そして用いる各種原料粉末は出来る限り高純度の
もの、好ましくは99％以上の純度を有するものを
使用する様にする、これは不純物があると高温焼
成時にそれが蒸発して気孔の原因となつたり低融
点相を形成するなどして得られる製品の高温特性
の低下を招くからである。またこの原料粉末は焼
結性を向上せしめ得られる製品が高密度となる為
に粒度10μm以下の微細粉末を使用するのが望ま
しい。 次に本発明材料を開発するに至つた試験並びに
その結果を示す。即ち、 純度99.9％で粒度が5μmの炭化クロム粉末と他
の各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に
混合したもの100重量部に対しパラフインを３重
量部添加混合したものを原料粉末とした。なお下
記第１表中でNo42、43、44、50、51、52、58、
62、65、68、71、73、75、77の場合はそこで用い
た窒化ケイ素は直径10μmの又窒化ホウ素は直径
6μmの繊維状物を用い（これら該当Noの下にア
ンダーライン「―」を付している）、その他のも
のについてはすべて粉末状物を用いた。 この様にして得た原料を成形圧力1.5トン／で
10mm×30mm×６mmに成形し、780℃、10分間真空
中にて予備焼結をし、次いで真空中1450℃、60分
間本焼結を行つて得た焼結体から各種試験用供試
体を得た。 これらの各種焼結体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、耐スケール性についての各値をそ
れぞれ下記第２表に示す。この中で耐スケール性
は大気中1300℃で供試体とSC46材とを５mm×５
mmの接触面積に対し5.5Kg／cm2の荷重をかけた状
態で５時間保持した後、両者を引離せば供試体の
一部が供試体から剥離しSC46材側に付着するの
で該剥離量（体積）で示す。
囲気で使用される耐熱用セラミツク材料に関す
る。例えば加熱炉に於けるスキツドレール用材料
としては従来から各種耐熱合金が用いられていた
が、炉内雰囲気温度が1300〜1350℃に設定され、
スラブ等の金属片が1250〜1300℃に加熱されると
いう如く高温域にさらされるのでスキツドレール
に用いられている耐熱合金にとつても極めて苛酷
な使用条件である。従つて一般には第１図に示す
ように、炉Ｆ内の下部の架台１に水冷スキツドパ
イプ２を複数本配設するとともに、各スキツドパ
イプの上面にスキツドレール３を敷設して炉床
（スキツド）を構成し、パイプ２内を流通する冷
却水にてスキツドレールの昇温を防止するように
した水冷方式が採られている。しかし、この場
合、スキツドレール上に載置された金属片Ｓは、
レールとの接触面から熱を奪われ、局部的に冷却
されるため、温度むらが生じる。 この温度むらは金属片Ｓの在炉時間を長時間に
設定することにより緩和することはできるが、そ
の効果は十分でなく、また加熱炉の効率が著しく
悪くなる。 この対策として、スキツドレール３にセラミツ
ク材料からなる耐熱台を設け、金属片Ｓとレール
３との直接々触を防止することが提案され、その
セラミツク材料として、酸化ジルコニウム
（ZrO2）系、アルミナ（Al2O3）系、窒化ケイ素
（Si3N4）系などが試験的に使用されている。と
ころが、これらセラミツク材料は、急速加熱材た
る金属片のスケールとの反応が生じ易いため、長
時間の安定した操業を維持することは不可能であ
る。 ところでセラミツク材料の中で他の材料と比較
した場合に特異な性質を示し、とりわけ溶融金属
に対して極めて優れた耐食性を示すものとして炭
化クロム系セラミツク材料がある。この炭化クロ
ム系セラミツク材料として、従来、炭化クロムを
金属コバルトやニツケルで結合焼結したものが、
耐熱材料や耐食材料としては知られているが、こ
れらは加熱炉内での高温雰囲気では、強度の劣化
と、スケールとの反応が著しく、例えば、1200℃
では室温時の１／３以下の強度に激減するので、
加熱炉の炉床のように高温下で動的応力が作用す
る苛酷な使用環境にはとうてい耐え得ず、結局ス
キツドレール耐熱台用材料としては適用すること
ができない。 本発明は上述の諸問題を解決する為に炭化クロ
ム主成分とし特にその被加熱材たる金属あるいは
そのスケールと反応し難い材料を提供せんとする
ものであり、その要旨は窒化クロム、窒化チタ
ン、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化ジルコニウ
ム、窒化アルミニウム、窒化バナジウム、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素から選ばれる１種以上が0.2〜
10重量％、残部が炭化クロムからなる組成の耐熱
用セラミツク材料であり、この場合に窒化ホウ素
と窒化ケイ素についてはそれらのいずれか又は双
方ともを繊維状形態で用いると後で詳記する如く
材料の機械的強度を大きく向上せしめるのでより
好ましいものである。なお本発明材料は上述の如
き組成範囲に各種材料粉末を配合しその後公知の
焼結方法、即ちコールドプレス法、ホツトプレス
法あるいは熱間等方圧加圧焼結法等による方法に
より焼結して得られるが、この焼結条件としては
コールドプレス法の場合真空度10-1〜10-3torr、
温度1300〜1500℃、ホツトプレス法の場合加圧力
50〜350Kg／cm2、温度1350〜1550℃、又熱間等方
圧加圧焼結法の場合には圧力500Kg／cm2以上、温
度1500℃以下に設定するのがそれぞれ好ましい。
そして用いる各種原料粉末は出来る限り高純度の
もの、好ましくは99％以上の純度を有するものを
使用する様にする、これは不純物があると高温焼
成時にそれが蒸発して気孔の原因となつたり低融
点相を形成するなどして得られる製品の高温特性
の低下を招くからである。またこの原料粉末は焼
結性を向上せしめ得られる製品が高密度となる為
に粒度10μm以下の微細粉末を使用するのが望ま
しい。 次に本発明材料を開発するに至つた試験並びに
その結果を示す。即ち、 純度99.9％で粒度が5μmの炭化クロム粉末と他
の各種添加物をそれぞれ下記第１表に示す割合に
混合したもの100重量部に対しパラフインを３重
量部添加混合したものを原料粉末とした。なお下
記第１表中でNo42、43、44、50、51、52、58、
62、65、68、71、73、75、77の場合はそこで用い
た窒化ケイ素は直径10μmの又窒化ホウ素は直径
6μmの繊維状物を用い（これら該当Noの下にア
ンダーライン「―」を付している）、その他のも
のについてはすべて粉末状物を用いた。 この様にして得た原料を成形圧力1.5トン／で
10mm×30mm×６mmに成形し、780℃、10分間真空
中にて予備焼結をし、次いで真空中1450℃、60分
間本焼結を行つて得た焼結体から各種試験用供試
体を得た。 これらの各種焼結体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、耐スケール性についての各値をそ
れぞれ下記第２表に示す。この中で耐スケール性
は大気中1300℃で供試体とSC46材とを５mm×５
mmの接触面積に対し5.5Kg／cm2の荷重をかけた状
態で５時間保持した後、両者を引離せば供試体の
一部が供試体から剥離しSC46材側に付着するの
で該剥離量（体積）で示す。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
上記した第２表の各値を炭化クロムに対する添
加窒化物の添加量をある範囲に分けてまとめると
下記第３表の如くなる。
加窒化物の添加量をある範囲に分けてまとめると
下記第３表の如くなる。
【表】
以上の試験結果から判る如く、炭化クロムに対
し添加する各種窒化物の添加量については、それ
らを少なくとも0.2重量％用いなければ効果が不
足し相対理論密度、抗折力が小さく特にスケール
との反応性を示す剥離量が著しく大であるし、一
方これら窒化物をあまり多く加えその量が10重量
％を越える如くになると再び相対理論密度、抗折
力が低下するのでこれらの添加窒化物量は0.2〜
10重量％とする。 上記した如く本発明のセラミツク材料は相対理
論密度が97.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大で
あり、特に高温にさらされた状態でも被加熱材の
スケールと反応しないという優れた性質を有して
いるので、従来用いられていた様な特別な冷却設
備の必要もなくスキツドレールをはじめとする急
熱、急冷を受ける様な高温用部材として最適であ
る。そして特に繊維状窒化物を用いた試料にあつ
てはその抗折力は著しく大きな値を示し一層効果
的である。 第２図〜第４図は、それぞれ本発明のセラミツ
ク材料にてスキツドレール耐熱台を製し、スキツ
ドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキツド
パイプ２に敷設された耐熱合金製スキツドレール
３の上面に本発明のセラミツク材料からなる板状
の耐熱台４―１を設けてスキツドを構成し、それ
に金属片Ｓを載置するようにしたものである。ス
キツドレール３に対する耐熱台４―１の固定は、
図示のように適当な係止具５を介添させればよ
い。第３図は、本発明のセラミツク材料にてレー
ル状の耐熱台４―２を形成し、これを直接スキツ
ドパイプ２の上面に敷設し係止具６で支持してス
キツドを構成した例である。この場合、耐熱台４
―２とスキツドパイプ２との直接々触をさけるた
めに、第４図に示すように、例えばセラミツクフ
アイバーなどからなる断熱材層７を介在させ、そ
の上に耐熱台４―２を敷設することも好ましいこ
とである。 以上述べて来た如く、本発明の耐熱セラミツク
材料は、抗折力が大で、しかもスケールとの反応
性が非常に小さく、かつ断熱性に富む為にそれを
例えばスキツドレールそのもの、あるいはスキツ
ドレール用耐熱台の如き用途に使用した場合に十
分に耐え得、しかも被加熱材と当接しても該当接
部から熱を奪うという事が無い為に、該被加熱材
の局部的な冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事な
く均一加熱を達成する事が出来る。従つて温度む
らを緩和する為に従来行つていた様に在炉時間を
長くする必要がなく、かつスキツドレールを介し
て冷却水系が外部へ運び去る熱量も減少するので
作業能率の向上及び熱使用量の減少が図れるもの
である。
し添加する各種窒化物の添加量については、それ
らを少なくとも0.2重量％用いなければ効果が不
足し相対理論密度、抗折力が小さく特にスケール
との反応性を示す剥離量が著しく大であるし、一
方これら窒化物をあまり多く加えその量が10重量
％を越える如くになると再び相対理論密度、抗折
力が低下するのでこれらの添加窒化物量は0.2〜
10重量％とする。 上記した如く本発明のセラミツク材料は相対理
論密度が97.0％以上で抗折力が40Kg／mm2と大で
あり、特に高温にさらされた状態でも被加熱材の
スケールと反応しないという優れた性質を有して
いるので、従来用いられていた様な特別な冷却設
備の必要もなくスキツドレールをはじめとする急
熱、急冷を受ける様な高温用部材として最適であ
る。そして特に繊維状窒化物を用いた試料にあつ
てはその抗折力は著しく大きな値を示し一層効果
的である。 第２図〜第４図は、それぞれ本発明のセラミツ
ク材料にてスキツドレール耐熱台を製し、スキツ
ドを構成した例を示す。第２図は、水冷スキツド
パイプ２に敷設された耐熱合金製スキツドレール
３の上面に本発明のセラミツク材料からなる板状
の耐熱台４―１を設けてスキツドを構成し、それ
に金属片Ｓを載置するようにしたものである。ス
キツドレール３に対する耐熱台４―１の固定は、
図示のように適当な係止具５を介添させればよ
い。第３図は、本発明のセラミツク材料にてレー
ル状の耐熱台４―２を形成し、これを直接スキツ
ドパイプ２の上面に敷設し係止具６で支持してス
キツドを構成した例である。この場合、耐熱台４
―２とスキツドパイプ２との直接々触をさけるた
めに、第４図に示すように、例えばセラミツクフ
アイバーなどからなる断熱材層７を介在させ、そ
の上に耐熱台４―２を敷設することも好ましいこ
とである。 以上述べて来た如く、本発明の耐熱セラミツク
材料は、抗折力が大で、しかもスケールとの反応
性が非常に小さく、かつ断熱性に富む為にそれを
例えばスキツドレールそのもの、あるいはスキツ
ドレール用耐熱台の如き用途に使用した場合に十
分に耐え得、しかも被加熱材と当接しても該当接
部から熱を奪うという事が無い為に、該被加熱材
の局部的な冷却に伴う温度むらを生ぜしめる事な
く均一加熱を達成する事が出来る。従つて温度む
らを緩和する為に従来行つていた様に在炉時間を
長くする必要がなく、かつスキツドレールを介し
て冷却水系が外部へ運び去る熱量も減少するので
作業能率の向上及び熱使用量の減少が図れるもの
である。
第１図は従来の加熱炉炉床の断面図、第２図〜
第４図はそれぞれ本発明の耐熱セラミツク材料に
よる耐熱台の使用形態を示す要部の断面図。 図中、Ｓ：被加熱材たる金属片、２：スキツド
パイプ、３：スキツドレール、４―１，４―２，
４―３：耐熱台。
第４図はそれぞれ本発明の耐熱セラミツク材料に
よる耐熱台の使用形態を示す要部の断面図。 図中、Ｓ：被加熱材たる金属片、２：スキツド
パイプ、３：スキツドレール、４―１，４―２，
４―３：耐熱台。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化クロム、窒化チタン、窒化タンタル、窒
化ニオブ、窒化ジルコニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化バナジウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素か
ら選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残部が炭
化クロムからなる組成の耐熱用セラミツク材料。 ２ 窒化ケイ素、窒化ホウ素の少なくとも１種が
繊維状である特許請求の範囲第１項記載の耐熱用
セラミツク材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57215943A JPS59107972A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57215943A JPS59107972A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107972A JPS59107972A (ja) | 1984-06-22 |
| JPS631266B2 true JPS631266B2 (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=16680823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57215943A Granted JPS59107972A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107972A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6136173A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | 工業技術院長 | 高温固体潤滑性セラミツクス |
| US4927791A (en) * | 1987-10-06 | 1990-05-22 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Chromium carbide sintered body |
| JPH01108166A (ja) * | 1987-10-20 | 1989-04-25 | Kurasawa Opt Ind Co Ltd | 炭化クロムセラミックス |
| JP2779190B2 (ja) * | 1988-12-19 | 1998-07-23 | ヤマハ発動機株式会社 | 自動二輪車の冷却装置 |
| US5580833A (en) * | 1994-10-11 | 1996-12-03 | Industrial Technology Research Institute | High performance ceramic composites containing tungsten carbide reinforced chromium carbide matrix |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP57215943A patent/JPS59107972A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107972A (ja) | 1984-06-22 |
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