JPH0143714B2 - - Google Patents

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JPH0143714B2
JPH0143714B2 JP58100925A JP10092583A JPH0143714B2 JP H0143714 B2 JPH0143714 B2 JP H0143714B2 JP 58100925 A JP58100925 A JP 58100925A JP 10092583 A JP10092583 A JP 10092583A JP H0143714 B2 JPH0143714 B2 JP H0143714B2
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JP
Japan
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sintered body
silicon carbide
present
sio
steel
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JP58100925A
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JPS59227787A (ja
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Hidetoshi Yamauchi
Shoji Tanigawa
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0143714B2 publication Critical patent/JPH0143714B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035Silica

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、高温構造材として適した炭化珪素焼
結体を利用した熱処理炉内で被熱処理材を支持す
るための支持台に係り、特に本発明は、極めて緻
密で耐浸食性に優れた保護被膜を有する支持台に
関する。 従来、鉄鋼の製造工程において、鋼材を熱処理
するための均熱炉、焼鈍炉の如き熱処理炉が使用
されている。前記熱処理される鋼材等の被熱処理
物は熱処理炉内において支持台例えばスキツドボ
タン、スキツドレール等の上に載置され熱処理さ
れる。前記スキツドボタン、スキツドレール等の
支持台は従来水冷された鋼製のものが使用されて
いるが、前記支持台として前述の如き水冷された
鋼製のものを使用すると被熱処理物である鋼材の
支持台に接する部分とその他の部分との間に著し
い熱勾配が生じて熱効率に劣るばかりでなく、鋼
材にスキツドマーク等の欠陥が発生し易い欠点が
あつた。 ところで、本発明者らは、炭化珪素焼結体が化
学的および物理的特性特に高温強度、耐スポーリ
ング性に優れさらに炭化物のなかでは最も酸化し
難い部類に属しているため、特にガスタービン部
品、熱交換器のような苛酷な条件下で使用される
高温構造物の如き用途に対して極めて好適な材料
として知られていることに想到し、炭化珪素焼結
体を前述の如き支持台として適用すべく検討し
た。しかしながら炭化珪素焼結体は反応性の強い
金属、例えば鋼と高温域で直接接触させると浸食
され易く、前述の如き熱処理炉内における被熱処
理物の支持台に使用すると鋼との接触点から炭化
珪素焼結体を構成する元素であるSiあるいはCが
分解して鋼中に拡散し鋼を汚染するばかりでなく
炭化珪素焼結体が浸食され消耗してしまうため、
前述の如き反応性の強い金属と高温域で直接接触
させる用途に適用することは困難であつた。 本発明者らは先に集積回路用基板あるいはIC
パツケージ用材料としての特性に優れた電子回路
用基板について研究し、先に特願昭56−209991号
により「酸化アルミニウムと二酸化珪素との共融
生成配化物を主成分とする密着性に優れた絶縁性
表面被膜を有する炭化珪素質基板。」およびその
製造方法を提案した。前記発明の炭化珪素質基板
は常温における絶縁性を付与することを目的とす
る表面被膜を有するものである。 本発明者らは、上記発明の炭化珪素質基板と同
質の炭化珪素焼結体を高温で使用される熱処理炉
の被熱処理材の支持台として用いることに想到
し、本発明を完成した。すなわち炭化珪素焼結体
の表面にAl2O3とSiO2とを主成分とする共融生成
酸化物よりなる被膜を形成させることにより、高
温で使用される熱処理炉の被熱処理材の支持台と
して好適に用いることができる。 本発明によれば、Al2O3とSiO2とを主成分とす
る共融生成酸化物よりな緻密でかつ耐浸食性に優
れた保護被膜を有する熱処理炉用支持台とするこ
とによつて前記目的を達成することができる。 次に本発明を詳細に説明する。 本発明において、前記保護被膜はAl2O3とSiO2
とを主成分とする共融生成酸化物であることが必
要であり、前記SiO2は主として炭化珪素焼結体
の酸化によつて生成したSiO2であることが好ま
しい。前記Al2O3とSiO2とを主成分とする共融生
成酸化物よりなる保護被膜は極めて緻密でしかも
ピンホール等の欠陥がなく、優れた耐浸食性を有
する。また炭化珪素の酸化によつて生成する
SiO2は比較的低温でも炭化珪素焼結体表面に存
在するAl2O3と相互に共融した状態の酸化物を形
成し易く、しかも炭化珪素焼結体と入り組んだ遷
移層を有し炭化珪素焼結体との密着性に極めて優
れた保護被膜を形成することができる。 本発明において、前記保護被膜の膜厚は0.5〜
25μmの範囲内であることが好ましい。その理由
は前記保護被膜の膜厚が0.5μmより薄いと炭化珪
素焼結体の保護作用を安定して得ることが困難で
信頼性に乏しく、一方25μmより厚いと保護被膜
と炭化珪素焼結体をとの熱膨張率の差による影響
が顕著になりクラツク等が生じて信頼性が劣化す
るばかりでなく著しい場合には保護被膜が剥離し
てしまうからであり、1.0〜15μmの範囲内が最適
である。 本発明において、前記保護被膜中に含有される
Al2O3とSiO2はAl2O3/SiO2モル比が0.024〜1.8の
範囲内であることが好ましい。その理由は前記
Al2O3/SiO2モル比が0.024より小さいと炭化珪素
の酸化によつて生成するSiO2のクリストバライ
ト化を防止する効果を不充分となり、均一で緻密
な被膜を得ることができないからであり、一方
1.8より大きいと共融生成酸化物の融点が高く、
均一な厚さの被膜を形成することが困難であるば
かりでなく、被膜と炭化珪素焼結体との熱膨張率
の差が大きくなるため、被膜が剥離し易くなるか
らであり、なかでも0.05〜1.0の範囲内で最も好
適な結果が得られる。 なお、本発明における炭化珪素焼結体は少なく
とも750℃の温度領域で使用される高温構造材と
して極めて好適なものであり、特に1100〜1500℃
の酸化性雰囲気で使用される如き用途に適してい
る。 次に本発明の耐浸食性に優れた保護被膜を有す
る支持台を製造する方法について説明する。 本発明によれば、支持台とする炭化珪素焼結体
表面にあらかじめアルミニウム含有物を塗布した
後酸化性雰囲気中で過熱したこの支持台表面を酸
化せしめることにより、Al2O3とSiO2とを主成分
とする共融生成酸化物よりなる保護被膜が生成さ
れる。 本発明によれば、前記アルミニウム含有量は前
記共融生成酸化物が形成される際の酸化性雰囲気
中でAl2O3となるものであり、その塗布量は、前
記保護被膜の膜厚を0.5〜25μm、Al2O3とSiO2
Al2O3/SiO2モル比を0.024〜1.8の範囲内とする
ためにAl2O3に換算して0.004〜2.9mg/cm2の範囲
内とすることが好ましい。前記アルミニウム含有
物としては例えばアルミナゾル、金属アルミニウ
ム、アルミニウム含有合金、酸化アルミニウム、
水酸化アルミニウム、アルミン酸塩、アルミノ珪
酸塩、リン酸アルミニウム、あるいは酢酸アルミ
ニウムのなかから選ばれるいずれか少なくとも1
種を使用することが好ましく、特にアルミナゾル
は前記共融生成酸化物が形成される際に極めて微
細な反応性の高いAl2O3を供給することができる
ため最も好ましい。 本発明によれば、前記酸化性雰囲気中における
加熱温度は750〜1650℃の範囲内とすることが好
ましい。前記温度が750℃より低いと炭化珪素焼
結体の酸化速度が著しく実用的でないからであ
り、一方1650℃より高いと炭化珪素焼結体の酸化
速度が著しく速く目的とする膜厚に制御すること
が困難であるばかりでなく、炭化珪素の酸化によ
つて生ずるCOガス等によつて被膜と炭化珪素焼
結体の間に気泡が生成するため均一でで密着性の
良好な酸化物被膜を得ることが困難であるからで
ある。 本発明によれば、前記共融生成酸化物の共融化
を促進し、炭化珪素焼結体との密着性を向上させ
るためにアルカリ金属含有物であるいはアルカリ
土類金属含有物のいずれか少なくとも1種を炭化
珪素焼結体の表面に塗布することができる。前記
アルカリ金属含有量およびアルカリ土類金属含有
物は前記共融生成酸化物よりなる保護被膜が形成
される際の酸化性雰囲気中でアルカリ金属あるい
はアルカリ土類金属の酸化物になるものであり、
前記含有物の塗布量は酸化物に換算して5mg/cm2
以下とすることが有利であり、共融生成酸化物の
融点降下を考慮するとなるべく少なほうが望まし
く2.5mg/cm2以下とすることが最も適している。
前記アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、例
えばLi、Na,K、Be、Mg、Ca等であり、これ
らの元素あるいはその化合物を単独あるいは混合
して使用することができる。 本発明によれば、前記保護被膜はP、B、Ge、
As、Sb、Bi、V、Zn、CdあるいはPbの酸化物
を含有することもできる。 本発明によれば、前記酸化性雰囲気として、雰
囲気中に水蒸気を含有させることが有利である。
その理由は前記雰囲気中に水蒸気を含有させるこ
とによつて炭化珪素の酸化を促進することがで
き、比較的低温でも効率的に共融生成酸化物より
なる保護被膜を形成することができるからであ
る。 次に本発明を実施例について説明する。 実施例 1 炭化珪素焼結体は製支持台(以下「本発明焼結
前体」という)はホウ素を1.0重量%、遊離炭素
を2.0重量%含有し、3.1g/cm3の密度を有する無
加圧焼結体あつて、20×20×5mmの板状物をあら
かじめポリツシング加工し、最終的に3μmのダ
イヤモンド砥粒で表面仕上げしたものを使用し
た。 前記本発明焼結体を、Cal22.0gをアルミナゾ
ル1重量%水溶液100mlに溶解させた水溶液中に
浸漬した後、乾燥中に装入し110℃で1時間乾燥
した。前記本発明焼結体の表面にはAl2O3に換算
して約0.13mg/cm2のアルミナゾルとCaOに換算し
て約0.25mg/cm2のCaCl2が存在していた。 次いで前記本発明焼結体を内径が40mmの管状炉
に装入し酸化処理を行なつた。前記酸化処理は酸
素ガスを1/minの割合で管状炉中へ装入し
1450℃で3時間保持して行なつた。 得られた保護被膜は透明なガガラス状で、その
厚は約3μmであり、ピンホール、マイクロクラ
ツク等の欠陥も殆ど観察されず、平滑な表面性状
を有していた。 なお、この保護被膜のAl2O3/SiO2モル比は
0.24であり、X線回折測定を行なつたところ、微
量のクリストバライト結晶を含有していることが
確認された。 次いでこの保護被膜を形成させた本発明焼結体
をエレマ炉中に装入しその上に10mmφ×10mmの鋼
(SS41)を第1図に示す如く載置して1200℃、
1300℃、1400℃の各温度で2時間加熱した。前記
加熱温度が1200℃および1300℃の場合炭化珪素焼
結体の表面は何ら変化が認められなかつたが、加
熱温度が1400℃の場合には本発明焼結体の鋼との
接触面において炭化珪素焼結体の表面が若干浸食
されていることが認められた。 なお、前記エレマ炉中の雰囲気は空気雰囲気で
ある。 実施例 2 実施例1と同様の方法であるが、酸化処理時の
酸化法ガスとして水蒸気と酸素とをほぼ1:1の
比率で混合させたガスを使用して本発明焼結体表
面に保護被膜を形成した。 得られた保護被膜の膜厚は約5μmであり、実
施例1で得たものと同様に欠陥も殆んど認められ
ず極めて平滑な表面性状を有していた。 次いで実施例1と同様にして鋼との反応性を試
験した。結果は殆ど実施例1の場合と同様である
が、加熱温度が1400℃の場合における浸食程度は
実施例1の場合に比較して若干少なかつた。 実施例 3 実施例1と同様の方法であるが、第1表に示し
た添加剤を溶解しているアルミナゾル水溶液を使
用し、必要に応じて酸化処理温度を変化させて保
護被膜を得た。 次いで実施例1とほぼ同様の方法であるが、第
1表に示した如き鋼を使用し加熱温度を変えて反
応性試験を行なつた。 乾燥後の本発明焼結体の表面に存在する各物質
の酸化物に換算した量、保護被膜の特性および鋼
との反応性試験の結果は第1表に示した。
【表】 (注) 浸食試験結果
○:良好、△:やや良、×:浸食有
比較例 1 実施例1と同様にして表面仕上げした本発明焼
結体を使用し、実施例1とほぼ同様の方法で鋼と
の反応性試験を行なつた。 加熱温度が1200℃の場合は本発明焼結体の表面
には殆ど浸食の形跡を認めることはできなかつた
が、加熱温度が1300℃以上の場合はいずれも本発
明焼結体の表面が浸食されていることが認められ
た。 比較例 2 実施例1と同様にして表面仕上げをした本発明
焼結体を実施例1で使用した管状炉に装入し、実
施例1と同様の条件で酸化処理を行なつた。 得られた酸化物被膜は白色の不透明なものであ
り、X線回折測定を行なつたところ、ほとんどが
クリストバライト結晶であることが確認された。 次いで実施例1とほぼ同様にして鋼との反応性
試験を行なつた。 加熱温度が1200℃の場合は本発明焼結体の表面
には殆ど浸食の形跡を認めることはできなかつ
た。加熱温度が1300℃の場合には比較例1の結果
に比較して若干程度は少ないが鋼との接触面にお
いて炭化珪素焼結体の表面が浸食されるているこ
とが認められた。 実施例 4 実施例1と同様にして保護被膜を施した本発明
焼結体を使用して、銅、ニツケル、アルミニウム
およびマグネシウムに対する反応性試験を行な
い、結果を第2表に示した。なお、アルミニウム
とマグネシウムに対する反応性は700℃の溶湯中
に浸漬して行なつた。
【表】 第2表に示した結果よりわかるように本実施例
の保護被膜を有する支持台はいずれの場合も極め
て良好な耐浸食性を有していることが認められ
た。 以上述べた如く、本発明によれば炭化珪素焼結
体製支持台の表面に極めて緻密で機械的強度に優
れた保護被膜を形成することができ、前記保護被
膜を有する支持台は高温域で反応性の強い金属と
直接接触させて使用する用途に適用することがで
きるものであつて産業上に寄与する効果は極めて
大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは、それぞれ本発明の実施例およ
び比較例で行なつた浸食性試験の実施形態を示す
斜視図、断面図である。 1……耐火物、2……支持台、3……試験金
属、4……保護被膜層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭化珪素焼結体で造つた本体の表面に、
    Al2O3とSiO2とを主成分とする共融生成酸化物よ
    りなる緻密かつ耐浸食性に優れた保護皮膜を形成
    したことを特徴とする熱処理炉用支持台。
JP10092583A 1983-06-08 1983-06-08 熱処理炉用支持台 Granted JPS59227787A (ja)

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JP10092583A JPS59227787A (ja) 1983-06-08 1983-06-08 熱処理炉用支持台

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