JPH061683A

JPH061683A - 耐熱材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH061683A
Application number: JP4159631A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hayashi; 桂林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-06-18
Filing date: 1992-06-18
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性，金属との耐食性に優れ、薄物であって
も高い強度を有する耐熱材およびその製造方法を提供す
る。【構成】セラミックスと高融点金属よりなる耐熱材であ
って、少なくとも熱が印加される面の反対側に２０〜１
００体積％の高融点金属を含有する支持層を有すること
を特徴とする。このような耐熱材は、例えば、セラミッ
クスが多孔質体であり、支持層が、多孔質セラミックス
の空隙の少なくとも一部に高融点金属を析出して構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、鉄鋼等の生産
において使用される連続鋳造法やアルミニウムのダイキ
ャスト用構造材，高速度で移動する機体（ロケットな
ど）に使用される耐熱材に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、鉄鋼等の生産では、高炉で製造した
銑鉄を精鋼−鋳造−均熱化（再加熱）−圧延という工程
で鋼板としている。

【０００３】しかしながら、このような鋳造法では、銑
鉄を冷却して製造したインゴットを再度加熱した後、圧
延する必要があり、熱エネルギーを無駄に使用してい
た。このような熱エネルギーの無駄を無くすため、均熱
化工程を無くした連続鋳造法が開発されている（鉄鋼製
造法、日本鉄鋼協会編参照）。

【０００４】このような連続鋳造装置としては、例え
ば、図３に示すようなものが知られている。即ち、連続
鋳造装置は、タンディッシュ１１と、鋳型１３と、ロー
ラエプロン１５と、矯正ロール１７と、切断機１９とか
ら構成されており、鋳片は鋳型１３を通過することによ
り成形され、外側面から冷却される。このような連続鋳
造装置の耐熱材として、従来から耐火レンガが使用され
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ような連続鋳造法をさらに改良しようとすると、非常に
高温の鋳片を冷却するため耐熱材に急激な温度勾配が形
成されるが、従来の耐熱材では数度の使用で破損し、或
いはこれに近い状態となり、使用不可となるという問題
があった。そして、近年では、このような高温中で多数
回使用しても、使用不可とならない耐熱材が要求されて
いた。

【０００６】また、高速度で移動する機体の先端部は高
温になるが、このような部分の耐熱材には、薄くても高
い強度が必要とされるが、このような使用条件に充分に
耐えうる耐熱材は未だに開発されていなかった。

【０００７】本発明は、高強度で急激な温度勾配に充分
に耐えうる耐熱材を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記問題
点に対して検討を加えた結果、金属との耐食性に優れ、
断熱性能に優れたセラミックスと、高強度の高融点金属
との複合材を耐熱材として使用すると、耐熱性や金属と
の耐食性に優れ、薄物であっても高い強度を有すること
を見出し、本発明に到った。

【０００９】即ち、本発明の耐熱材は、セラミックスと
高融点金属よりなる耐熱材であって、少なくとも熱が印
加される面の反対側に２０〜１００体積％の高融点金属
を含有する支持層を有することを特徴とする。このよう
な耐熱材は、例えば、セラミックスが多孔質体であり、
支持層が、前記多孔質セラミックスの空隙の少なくとも
一部に高融点金属を存在させて形成しても良い。

【００１０】このような耐熱材は、例えば、繊維あるい
は粒子からなる多孔質セラミックスの少なくとも一つの
面から、化学的気相法により高融点金属を含浸させるこ
とにより製造される。また、例えば、粒子からなる緻密
質セラミックスの表面に、化学的気相法により高融点金
属を析出させることにより製造される。

【００１１】本発明の耐熱材は、図１に示すように、耐
熱層３１と、支持層３３とから構成されており、耐熱層
３１の厚さは任意であり、支持層３３の厚さは０．１〜
１０ｍｍが好ましい。特に、０．５〜５ｍｍが好まし
い。そして、支持層３３側は温度の低い側に使用する。

【００１２】セラミックスの少なくとも熱が印加される
面と反対側、即ち、低温となる側に支持層を形成したの
は、セラミックス単独では他の金属耐熱材よりも強度が
低いため、支持層を形成することにより耐熱材としての
強度を向上させるためである。また、支持層を、２０〜
１００体積％の高融点金属を含有させて形成したのは、
高融点金属が２０体積％よりも少ない場合には、耐熱材
の強度向上の効果が得られないからである。耐熱層は、
セラミックスと高融点金属或いはセラミックスのみから
なり、支持層は、セラミックスと高融点金属或いは高融
点金属のみから構成されている。

【００１３】また、支持層を、多孔質セラミックスの空
隙の少なくとも一部に高融点金属を存在させて形成して
も良いが、この場合の多孔質セラミックスは、安定化Ｚ
ｒＯ₂繊維，Ａｌ₂Ｏ₃繊維，Ｓｉ₃Ｎ₄ウイスカー，
ＳｉＣウイスカー，Ｓｉ₃Ｎ₄等で形成したプリフォー
ムが好ましい。又、セラミックスの低温となる側の空隙
の一部に高融点金属を存在させて形成しても良く、空隙
の殆ど全てに高融点金属を存在させても良い。このよう
に、多孔質セラミックスの空隙に高融点金属を析出する
ことにより、急熱，急冷時の熱衝撃性に優れた耐熱材と
なる。高融点金属としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗがあるが、これらの炭化物，
窒化物等の化合物の一部を含有しても良い。また、支持
層は、複数層あっても良い。例えば、Ｔｉの支持層とＺ
ｒの支持層が存在しても良い。

【００１４】本発明の耐熱材を作成する方法としては、
例えば、安定化ＺｒＯ₂繊維，Ａｌ₂Ｏ₃繊維，Ｓｉ₃
Ｎ₄ウイスカー，ＳｉＣウイスカー，Ｓｉ₃Ｎ₄からな
る多孔質セラミックスに、化学的気相法（ＣＶＤ）によ
り高融点金属を含浸させることにより製造される。具体
的には、例えば、安定化ＺｒＯ₂繊維，Ａｌ₂Ｏ₃繊
維，Ｓｉ₃Ｎ₄ウイスカー，ＳｉＣウイスカー，Ｓｉ₃
Ｎ₄粉末等を、所定の成形方法により成形し、１０００
〜１８００℃で１〜６時間焼成し、多孔質セラミックス
を作成し、研磨等の加工を施す。成形方法としては、従
来使用されるプレス成形や鋳込み成形等が使用される。

【００１５】この後、多孔質セラミックスを化学的気相
含浸装置内に収容し、この化学的気相含浸装置内に所定
のガスを導入することにより、多孔質セラミックスの表
面および内部に高融点金属を含浸する。即ち、Ｗの支持
層を形成する場合について説明すると、化学的気相含浸
装置内を温度６５０〜１４００℃に保持し、気相含浸装
置内にＨ₂／ＷＦ₆のモル比が４以上となるように混合
したＷＦ₆＋Ｈ₂ガスを導入することにより、セラミッ
クスの表面および内部にＷからなる高融点金属を含浸す
る。

【００１６】そして、Ｗが含浸されたセラミックスを気
相含浸装置から取り出し、その表面を必要に応じて研
磨，カット等の加工を施すことにより、本発明の耐熱材
を作成する。本発明の耐熱材は、セラミックスと高融点
金属の組成比を、耐熱材の厚さ方向に徐々に変化させた
いわゆる傾斜機能を有するものであっても良い。また、
高融点金属の酸化を防止するため、耐熱層と支持層との
間に、ＳｉＯ₂，Ｃｒ等の酸化防止層を形成しても良
い。

【００１７】また、本発明の耐熱材は、粒子からなる緻
密質セラミックスを化学的気相含浸装置内に収容し、こ
の化学的気相含浸装置内に所定のガスを導入することに
より、緻密質セラミックスの表面に高融点金属を析出さ
せて形成しても良い。この場合には、支持層は、高融点
金属のみから構成される。このような緻密質セラミック
を用いると、耐風化性に優れた耐熱材を提供することが
できる。

【００１８】このような耐熱材を、例えば、連続鋳造装
置に適用する場合について説明すると、支持層に高い熱
伝導性を有する金属、例えば、銅からなる水冷ジャケッ
トを溶着し、セラミックス側に高熱の鋳片を流通させて
使用される。また、本発明の耐熱材は、上記のような連
続鋳造装置に適用されることは勿論であるが、さらに、
高速度で移動する機体（ロケット，ジェット機等）にも
適用され、高温と低温の繰り返しとなる場所や、それほ
ど高温ではない場所にも本発明の耐熱材を適用しても良
い。

【００１９】

【作用】本発明の耐熱材は、セラミックスの熱が印加さ
れる面と反対側に支持層が形成されているので、セラミ
ックスの有する耐熱性、即ち、急激な温度勾配にも耐え
るとともに、支持層により耐熱材自体を高強度とするこ
とが可能となる。

【００２０】また、繊維あるいは粒子からなるセラミッ
クスの少なくとも一つの面から、化学的気相含浸法によ
り高融点金属を含浸させることにより、本発明の耐熱材
を容易に作成することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。

【００２２】焼結体組成や空隙率が表１，表２となるよ
うな厚さ２〜１０ｍｍのセラミックスを準備した。そし
て、このセラミックスを化学的気相含浸装置内に収容
し、この化学的気相含浸装置内を所定条件に保持し、気
相含浸装置内にフッ化ガスと水素ガスの混合ガス（例え
ば、ＷＦ₆＋Ｈ₂ガス）を導入することにより、セラミ
ックスの表面や内部に高融点金属を析出させ、厚さ１〜
３ｍｍの支持層を形成した。この後、高融点金属が析出
したセラミックスを気相含浸装置から取り出し、その表
面を必要に応じて研磨，カット等の加工を施すことによ
り、本発明の耐熱材を作成した。

【００２３】図２に、安定化ＺｒＯ₂繊維（直径１０μ
ｍ）４１より形成した多孔質セラミックスに、Ｗを析出
させた例について示す。符号４３は耐熱層で、４５は支
持層を示している。この場合には、多孔質セラミックス
の空隙にはＷが充填されている。

【００２４】かくして得られた耐熱材に銅からなる水冷
ジャケットを溶着し、耐熱層側に高熱の鋳片を流通さ
せ、その耐用回数を調べた。また、耐熱層と支持層の気
孔率をアルキメデス法により測定するとともに、高融点
金属量をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により測定した。
この結果を表１，表２に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】尚、試料Ｎo.７，１０，１３，１６につい
ては、高融点金属のみの支持層を形成した。また、試料
Ｎo.３，４，５，６，９，１２，１５の支持層について
は、その空隙の全部に高融点金属を析出させ、試料Ｎo.
２の支持層については、その空隙の一部に高融点金属を
析出させた。さらに、試料Ｎo.１７，１８，２０では、
粉末を使用した緻密質セラミックスを用いた。また、試
料Ｎo.２１は、Ｗからなる支持層と安定化ＺｒＯ₂繊維
からなる耐熱層との間に、Ｃｒ層を形成した例である。
試料Ｎo.７，１０，１３，１６は、高融点金属Ｗのみの
部分を支持層とし、この支持層と耐熱層との間には、セ
ラミック中にＷが含浸された層が介在されている例であ
る。

【００２８】表１によれば、本発明の耐熱材について
は、耐用回数が大幅に向上した。これは、耐熱材の強
度，熱衝撃性が向上したためと考えられる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、セ
ラミックスの熱が印加される面と反対側に支持層が形成
されているので、セラミックスの有する耐熱性、即ち、
急激な温度勾配にも耐えるとともに、支持層により耐熱
材自体を高強度とすることができる。また、繊維あるい
は粒子からなる多孔質セラミックスの少なくとも一つの
面から、化学的気相含浸法により高融点金属を含浸させ
たり、緻密質セラミックスの表面に、化学的気相含浸法
により高融点金属を析出させることにより、本発明の耐
熱材を容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の耐熱材を示す縦断面図である。

【図２】安定化ＺｒＯ₂繊維に、Ｗを含浸させた例を示
す説明図である。

【図３】鉄鋼の製造に使用される連続鋳造法を説明する
ための説明図である。

【符号の説明】

３１，４３耐熱層３３，４５支持層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスと高融点金属よりなる耐熱材
であって、少なくとも熱が印加される面の反対側に２０
〜１００体積％の高融点金属を含有する支持層を有する
ことを特徴とする耐熱材。
【請求項２】セラミックスが多孔質体であり、支持層
が、前記多孔質セラミックスの空隙の少なくとも一部に
高融点金属を存在させて構成される請求項１記載の耐熱
材。
【請求項３】繊維あるいは粒子からなる多孔質セラミッ
クスの少なくとも一つの面から、化学的気相法により高
融点金属を含浸させることを特徴とする耐熱材の製造方
法。
【請求項４】粒子からなる緻密質セラミックスの表面
に、化学的気相法により高融点金属を析出させることを
特徴とする耐熱材の製造方法。