JPS63389B2 - - Google Patents
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- JPS63389B2 JPS63389B2 JP57215940A JP21594082A JPS63389B2 JP S63389 B2 JPS63389 B2 JP S63389B2 JP 57215940 A JP57215940 A JP 57215940A JP 21594082 A JP21594082 A JP 21594082A JP S63389 B2 JPS63389 B2 JP S63389B2
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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耐酸化性を高めた材料を提
供せんとするものであり、その要旨は酸化アルミ
ニウム、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化マグネシ
ウムから選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残
部が炭化クロムなる組成の耐熱用セラミツク材料
であり、この場合に酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、酸化マグネシウムについてはそれらを繊維状
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No.７、８、９、20、21、22、28、
29、30、33、35の場合には原料として直径9μｍ
のAl2O3繊維、10μｍのSiO2繊維あるいは20μｍの
MgO繊維を用い（これらのものは該当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
して得た原料を成形圧力1.5トン／cm2で10mm×30
mm×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。これらの各種焼体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、熱伝導率及び耐酸化性についての
各値をそれぞれ下記第２表に示す。この中で熱伝
導率は真空中800℃でレーザーフラツシユ法によ
り測定し、耐酸化性は供試体を1300℃の大気中に
１時間放置しその時の単位面積当たりの重量減少
量を測定した。
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耐酸化性を高めた材料を提
供せんとするものであり、その要旨は酸化アルミ
ニウム、酸化クロム、酸化ケイ素、酸化マグネシ
ウムから選ばれる１種以上が0.2〜10重量％、残
部が炭化クロムなる組成の耐熱用セラミツク材料
であり、この場合に酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、酸化マグネシウムについてはそれらを繊維状
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No.７、８、９、20、21、22、28、
29、30、33、35の場合には原料として直径9μｍ
のAl2O3繊維、10μｍのSiO2繊維あるいは20μｍの
MgO繊維を用い（これらのものは該当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
して得た原料を成形圧力1.5トン／cm2で10mm×30
mm×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。これらの各種焼体についての相対理論密度、
抗折力、粒度、熱伝導率及び耐酸化性についての
各値をそれぞれ下記第２表に示す。この中で熱伝
導率は真空中800℃でレーザーフラツシユ法によ
り測定し、耐酸化性は供試体を1300℃の大気中に
１時間放置しその時の単位面積当たりの重量減少
量を測定した。
【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
加酸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。
加酸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、炭化クロムに添
加する各種酸化物の量が0.2重量％未満ではその
効果が少ない為に相対理論密度が上がらず、熱伝
導率はやや高過ぎ、又耐酸化性に劣るし、逆にこ
の酸化物が多量すぎて10重量％を越えると熱伝導
率は小で好ましいのだが相対理論密度が96.9％以
下で抗折力も39Kg／mm以下と小さく機械的強度上
問題があるし、又酸化減量が多くなるのでその添
加範囲は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、断熱性に優れ、高温に加熱されても殆ど酸化
しないという優れた性質を有し、しかも被加熱材
たる金属片やそのスケールとの反応性も小なので
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
特に繊維状酸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、これ
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とスキツドバイプ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、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。
加する各種酸化物の量が0.2重量％未満ではその
効果が少ない為に相対理論密度が上がらず、熱伝
導率はやや高過ぎ、又耐酸化性に劣るし、逆にこ
の酸化物が多量すぎて10重量％を越えると熱伝導
率は小で好ましいのだが相対理論密度が96.9％以
下で抗折力も39Kg／mm以下と小さく機械的強度上
問題があるし、又酸化減量が多くなるのでその添
加範囲は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、断熱性に優れ、高温に加熱されても殆ど酸化
しないという優れた性質を有し、しかも被加熱材
たる金属片やそのスケールとの反応性も小なので
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
特に繊維状酸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、これ
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とスキツドバイプ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、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 酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化ケイ
素、酸化マグネシウムから選ばれる１種以上が
0.2〜10重量％、残部が炭化クロムなる組成の耐
熱用セラミツク材料。 ２ 酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネ
シウムの少なくとも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 |
|---|---|---|---|
| JP57215940A JPS59107971A (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 |
|---|---|---|---|
| JP57215940A JPS59107971A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59107971A JPS59107971A (ja) | 1984-06-22 |
| JPS63389B2 true JPS63389B2 (ja) | 1988-01-06 |
Family
ID=16680776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57215940A Granted JPS59107971A (ja) | 1982-12-09 | 1982-12-09 | 耐熱用セラミツク材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59107971A (ja) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| JPS61215253A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-25 | 工業技術院長 | 酸化クロム系セラミツクス材料 |
-
1982
- 1982-12-09 JP JP57215940A patent/JPS59107971A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59107971A (ja) | 1984-06-22 |
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