JPH0454356B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0454356B2 JPH0454356B2 JP62179037A JP17903787A JPH0454356B2 JP H0454356 B2 JPH0454356 B2 JP H0454356B2 JP 62179037 A JP62179037 A JP 62179037A JP 17903787 A JP17903787 A JP 17903787A JP H0454356 B2 JPH0454356 B2 JP H0454356B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating element
- graphite
- gas
- graphite material
- deterioration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Resistance Heating (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水素ガスを含む窒素ガス雰囲気中に
おいて、1400℃以上の高温下で使用し得る黒鉛発
熱体に関する。 〔従来の技術〕 電気抵抗炉の熱源として用いられる黒鉛発熱体
は、一般に雰囲気ガスとして窒素ガスあるいはア
ルゴンガスなどの非酸化性ガスあるいは不活性ガ
ス雰囲気中で用いられることが多い。 このような雰囲気中では、一般的な黒鉛材料で
ある嵩密度が1.8ｇ／cm3以下、気体透過度が10
cm2／ｓ以上の材料でも発熱体として2000℃以上の
高温まで使用することができる。 しかし、最近被加熱物を還元性雰囲気中で熱処
理するために水素ガスを数％添加した窒素ガス雰
囲気中1400℃以上の高温で用いられる場合があ
る。 黒鉛材には、通常Fe、Ti、Ｖ、Niなどの金属
類が数十ppm以上のオーダーで含まれており、こ
の黒鉛材を前記雰囲気中で発熱体として使用する
と1400℃以上の高温域において、これらの金属類
が炭素と水素との反応による炭化水素の生成、あ
るいは炭素と水素と窒素との反応によるシアン化
水素の生成などを促進するために、黒鉛発熱体の
表面には細孔が多数発生する。その結果、細孔部
での電気抵抗値が高くなつて異常発熱し、黒鉛発
熱体の損傷劣化が進行する。例えば、約1600℃の
炉内温度においても一週間程度で使用に耐えられ
なくなる。 この損傷劣化を防止するために、黒鉛材の表面
に熱分解炭素を形成して保護することも考えられ
るが、形状的な制約、施工条件、製造費用などの
面から実用化が難しい。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記問題点を解消し、水素ガス含有窒
素ガス雰囲気中、1400〜1800℃で使用しても損傷
劣化の少ない黒鉛発熱体を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち本発明は、水素ガスを含む窒素ガス雰
囲気中で使用する黒鉛発熱体であつてFe10ppm
以下、Ti、Ｖ、Niの合計量が10ppm以下であり、
かつ表層部に気体不透過性の炭素質層を形成被着
した黒鉛材から成ることを特徴とする黒鉛発熱体
である。 本発明は黒鉛材中に含まれる金属不純物の量を
低減して存在する水素ガスによる炭化水素やシア
ン化水素などの生成反応を抑制して、黒鉛発熱体
の損傷劣化の防止をはかるものである。この場合
金属不純物の含有量を20ppm以下、とくに
Fe10ppm以下、Ti、Ｖ、Niの合計量を10ppm以
下に低減すれば黒鉛発熱体の損傷劣化を効果的に
防止し得る。 また、この損傷劣化反応は黒鉛発熱体表面の細
孔内での水素および窒素ガスの拡散が反応を律速
するものであるから、黒鉛発熱体表層部の細孔を
少なくすることが損傷劣化を防止する上で有効で
ある。本発明は、黒鉛発熱体の表層部に気体不透
過性の炭素質層を形成被着することにより表層部
を気密化し、細孔内での損傷劣化反応の遅延化を
はかるものである。 金属不純物は、黒鉛材をハロゲン、ハロゲン化
水素などのガスを流通させながら加熱処理する公
知の方法で除去することができる。この場合、予
め、金属不純物を除去処理した黒鉛材を発熱体形
状に加工してもよいし、あるいは発熱体形状に加
工した黒鉛材を処理して金属不純物を除去しても
よい。 このようにして金属不純物を所定値以下に除去
し、高純度化した発熱体形状の黒鉛材は、その表
層部に気体不透過性の炭素質層を形成被着して表
面細孔を閉塞するとともに緻密化をはかる。炭素
質層は、黒鉛材表層部に熱硬化性樹脂を含浸、塗
布、吹付けなどの方法により被覆し、加熱硬化し
た後非酸化性雰囲気中1500〜2000℃に加熱して焼
成炭化することにより形成被着される。熱硬化性
樹脂としては、炭化率の高いフエノール系やフラ
ン系の樹脂が好ましく用いられ、これらの樹脂は
そのままもしくはアルコール、アセトンなどの適
宜な有機溶媒に溶解し、粘度を調節して使用され
る。この場合、緻密質で気体不透過性の優れた炭
素質層を形成被着するためには、これらの熱処理
過程はできるだけ緩徐に行うことが好ましい。例
えば加熱硬化は10℃／ｈ程度の昇温速度で加熱し
また焼成炭化は20℃／ｈ程度の速度で昇温し、
1500〜2000℃の温度域に約２時間保持することが
好ましい。このようにして形成された炭素質層
は、表層部において黒鉛材と複合的に混在した状
態で形成され表層部に緻密質で気体不透過性の炭
素質層が強固に一体化被着される。この場合、炭
素質層は、0.1mm以上の厚さで被着し、また、気
体透過度も５×10-3cm2／ｓ以下に気密化すること
が望ましい。 〔作用〕 上記構成に基づき、本発明の黒鉛発熱体は、水
素ガスを含む窒素ガス雰囲気における炭化水素の
生成反応やシアン化水素の生成反応などを促進す
るFe、Ti、Ｖ、Niなどの金属不純物の含有量を
所定値以下に低減するとともに、更に表層部に形
成被着した炭素質層により細孔内での反応の効果
的な防止がはかられる。 その結果、これらの機能が相乗的に作用して黒
鉛発熱体の損傷劣化を著しく防止することが可能
となる。 〔実施例〕 実施例 １ 黒鉛材料を加熱炉に入れて、塩化水素ガスを流
通させながら2800℃に昇温して金属不純物の除去
処理を行つた。この黒鉛材料を直径15mm、長さ
300mmの円柱状の試片に加工した後、フエノール
樹脂（住友デユレズ(株)製PR−940）をアセトンに
70wt％の濃度に溶解した溶液を塗布し、10℃／
ｈの昇温速度で200℃に加熱して硬化した。次い
でアルゴンガス雰囲気中20℃／ｈの昇温速度で昇
温し、1800℃に２時間保持して炭化し、表層部に
炭素質層を形成被着させた。 この黒鉛発熱体４本を炉室寸法200×150×400
mmの電気炉に装着し水素ガス5vol％、窒素ガス
95vol％の割合に調節した混合ガスを２m3／ｈの
流量で送入した。 この雰囲気で、黒鉛発熱体に通電して温度1700
℃に保持したときの、発熱体の抵抗値を、印加し
た電圧電流値から算出して表−１に示した。 比較のために、金属不純物の除去処理および炭
素質層の形成被着処理を施さない黒鉛材をそのま
ま使用した場合についても同表中に併記した。
おいて、1400℃以上の高温下で使用し得る黒鉛発
熱体に関する。 〔従来の技術〕 電気抵抗炉の熱源として用いられる黒鉛発熱体
は、一般に雰囲気ガスとして窒素ガスあるいはア
ルゴンガスなどの非酸化性ガスあるいは不活性ガ
ス雰囲気中で用いられることが多い。 このような雰囲気中では、一般的な黒鉛材料で
ある嵩密度が1.8ｇ／cm3以下、気体透過度が10
cm2／ｓ以上の材料でも発熱体として2000℃以上の
高温まで使用することができる。 しかし、最近被加熱物を還元性雰囲気中で熱処
理するために水素ガスを数％添加した窒素ガス雰
囲気中1400℃以上の高温で用いられる場合があ
る。 黒鉛材には、通常Fe、Ti、Ｖ、Niなどの金属
類が数十ppm以上のオーダーで含まれており、こ
の黒鉛材を前記雰囲気中で発熱体として使用する
と1400℃以上の高温域において、これらの金属類
が炭素と水素との反応による炭化水素の生成、あ
るいは炭素と水素と窒素との反応によるシアン化
水素の生成などを促進するために、黒鉛発熱体の
表面には細孔が多数発生する。その結果、細孔部
での電気抵抗値が高くなつて異常発熱し、黒鉛発
熱体の損傷劣化が進行する。例えば、約1600℃の
炉内温度においても一週間程度で使用に耐えられ
なくなる。 この損傷劣化を防止するために、黒鉛材の表面
に熱分解炭素を形成して保護することも考えられ
るが、形状的な制約、施工条件、製造費用などの
面から実用化が難しい。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記問題点を解消し、水素ガス含有窒
素ガス雰囲気中、1400〜1800℃で使用しても損傷
劣化の少ない黒鉛発熱体を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち本発明は、水素ガスを含む窒素ガス雰
囲気中で使用する黒鉛発熱体であつてFe10ppm
以下、Ti、Ｖ、Niの合計量が10ppm以下であり、
かつ表層部に気体不透過性の炭素質層を形成被着
した黒鉛材から成ることを特徴とする黒鉛発熱体
である。 本発明は黒鉛材中に含まれる金属不純物の量を
低減して存在する水素ガスによる炭化水素やシア
ン化水素などの生成反応を抑制して、黒鉛発熱体
の損傷劣化の防止をはかるものである。この場合
金属不純物の含有量を20ppm以下、とくに
Fe10ppm以下、Ti、Ｖ、Niの合計量を10ppm以
下に低減すれば黒鉛発熱体の損傷劣化を効果的に
防止し得る。 また、この損傷劣化反応は黒鉛発熱体表面の細
孔内での水素および窒素ガスの拡散が反応を律速
するものであるから、黒鉛発熱体表層部の細孔を
少なくすることが損傷劣化を防止する上で有効で
ある。本発明は、黒鉛発熱体の表層部に気体不透
過性の炭素質層を形成被着することにより表層部
を気密化し、細孔内での損傷劣化反応の遅延化を
はかるものである。 金属不純物は、黒鉛材をハロゲン、ハロゲン化
水素などのガスを流通させながら加熱処理する公
知の方法で除去することができる。この場合、予
め、金属不純物を除去処理した黒鉛材を発熱体形
状に加工してもよいし、あるいは発熱体形状に加
工した黒鉛材を処理して金属不純物を除去しても
よい。 このようにして金属不純物を所定値以下に除去
し、高純度化した発熱体形状の黒鉛材は、その表
層部に気体不透過性の炭素質層を形成被着して表
面細孔を閉塞するとともに緻密化をはかる。炭素
質層は、黒鉛材表層部に熱硬化性樹脂を含浸、塗
布、吹付けなどの方法により被覆し、加熱硬化し
た後非酸化性雰囲気中1500〜2000℃に加熱して焼
成炭化することにより形成被着される。熱硬化性
樹脂としては、炭化率の高いフエノール系やフラ
ン系の樹脂が好ましく用いられ、これらの樹脂は
そのままもしくはアルコール、アセトンなどの適
宜な有機溶媒に溶解し、粘度を調節して使用され
る。この場合、緻密質で気体不透過性の優れた炭
素質層を形成被着するためには、これらの熱処理
過程はできるだけ緩徐に行うことが好ましい。例
えば加熱硬化は10℃／ｈ程度の昇温速度で加熱し
また焼成炭化は20℃／ｈ程度の速度で昇温し、
1500〜2000℃の温度域に約２時間保持することが
好ましい。このようにして形成された炭素質層
は、表層部において黒鉛材と複合的に混在した状
態で形成され表層部に緻密質で気体不透過性の炭
素質層が強固に一体化被着される。この場合、炭
素質層は、0.1mm以上の厚さで被着し、また、気
体透過度も５×10-3cm2／ｓ以下に気密化すること
が望ましい。 〔作用〕 上記構成に基づき、本発明の黒鉛発熱体は、水
素ガスを含む窒素ガス雰囲気における炭化水素の
生成反応やシアン化水素の生成反応などを促進す
るFe、Ti、Ｖ、Niなどの金属不純物の含有量を
所定値以下に低減するとともに、更に表層部に形
成被着した炭素質層により細孔内での反応の効果
的な防止がはかられる。 その結果、これらの機能が相乗的に作用して黒
鉛発熱体の損傷劣化を著しく防止することが可能
となる。 〔実施例〕 実施例 １ 黒鉛材料を加熱炉に入れて、塩化水素ガスを流
通させながら2800℃に昇温して金属不純物の除去
処理を行つた。この黒鉛材料を直径15mm、長さ
300mmの円柱状の試片に加工した後、フエノール
樹脂（住友デユレズ(株)製PR−940）をアセトンに
70wt％の濃度に溶解した溶液を塗布し、10℃／
ｈの昇温速度で200℃に加熱して硬化した。次い
でアルゴンガス雰囲気中20℃／ｈの昇温速度で昇
温し、1800℃に２時間保持して炭化し、表層部に
炭素質層を形成被着させた。 この黒鉛発熱体４本を炉室寸法200×150×400
mmの電気炉に装着し水素ガス5vol％、窒素ガス
95vol％の割合に調節した混合ガスを２m3／ｈの
流量で送入した。 この雰囲気で、黒鉛発熱体に通電して温度1700
℃に保持したときの、発熱体の抵抗値を、印加し
た電圧電流値から算出して表−１に示した。 比較のために、金属不純物の除去処理および炭
素質層の形成被着処理を施さない黒鉛材をそのま
ま使用した場合についても同表中に併記した。
上記説明で明らかなように、本発明の黒鉛発熱
体は、水素ガスを含む窒素ガス雰囲気中1400℃以
上の実用高温域において極めて安定して長期に亙
つての使用が可能となる。
体は、水素ガスを含む窒素ガス雰囲気中1400℃以
上の実用高温域において極めて安定して長期に亙
つての使用が可能となる。
第１図は、水素ガスを含む窒素ガス雰囲気中の
炉内に放置した場合の重量減少率、第２図は同じ
く抵抗値の変化率を示す図である。
炉内に放置した場合の重量減少率、第２図は同じ
く抵抗値の変化率を示す図である。
Claims (1)
- １ 水素ガスを含む窒素ガス雰囲気中で使用する
黒鉛発熱体であつて、Fe10ppm以下、Ti、Ｖ、
Niの合計量が10ppm以下であり、かつ表層部に
気体不透過性の炭素質層を形成被着した黒鉛材か
ら成ることを特徴とする黒鉛発熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17903787A JPS6424383A (en) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | Graphite heat emitting body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17903787A JPS6424383A (en) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | Graphite heat emitting body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6424383A JPS6424383A (en) | 1989-01-26 |
| JPH0454356B2 true JPH0454356B2 (ja) | 1992-08-31 |
Family
ID=16059015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17903787A Granted JPS6424383A (en) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | Graphite heat emitting body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6424383A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000223245A (ja) | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 炭素系発熱体およびその製造方法 |
| JP3866104B2 (ja) * | 1999-09-14 | 2007-01-10 | 株式会社協和コーポレーション | 発光発熱体用球体及び発光発熱体 |
| FR2826541B1 (fr) * | 2001-06-21 | 2004-01-09 | Centre Nat Rech Scient | Perfectionnements a la structure d'un four a resistance graphite |
| US20190373680A1 (en) * | 2016-11-22 | 2019-12-05 | Gentherm Gmbh | Film heater and method of making |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59125611A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-20 | Fujitsu Ltd | 基板の熱処理装置 |
| JPS6241705A (ja) * | 1985-08-16 | 1987-02-23 | Denki Kagaku Kogyo Kk | ガラス状炭素被覆炭素材の製造方法 |
| JPS62124734A (ja) * | 1985-11-25 | 1987-06-06 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 半導体気相成長用サセプタ |
| JPS62153165A (ja) * | 1985-12-26 | 1987-07-08 | 電気化学工業株式会社 | ガラス状炭素被覆炭素材の製造法 |
-
1987
- 1987-07-20 JP JP17903787A patent/JPS6424383A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6424383A (en) | 1989-01-26 |
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