JPH0656530A - 高温型炭化珪素質発熱体の製造方法 - Google Patents

高温型炭化珪素質発熱体の製造方法

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JPH0656530A
JPH0656530A JP4251804A JP25180492A JPH0656530A JP H0656530 A JPH0656530 A JP H0656530A JP 4251804 A JP4251804 A JP 4251804A JP 25180492 A JP25180492 A JP 25180492A JP H0656530 A JPH0656530 A JP H0656530A
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vacuum
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明彦 佐藤
Miyazu Yoshida
みやず 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の炭化珪素質発熱体では使用が困難であ
った1600℃以上の高温での耐酸化性に優れる高温型
炭化珪素質発熱体の製造方法を提供する。 【構成】 出発原料として3〜15μm炭素粉末と10
〜50μmの炭化珪素粉末とを混合する工程、加圧成形
により理論成形密度の92〜98%の成形本体を得る工
程、成形体を非酸化雰囲気中2000℃以上で反応焼結
し、残留Si7%以下、かさ比重3.00以上とする工
程、該反応焼結体を真空度10−1torr以上、処理
温度1600〜2000℃で真空処理する工程とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1700℃近傍まで加
熱できる高温型炭化珪素質発熱体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、炭化珪素質発熱体はセラミックス
発熱体の中でも、抵抗値が適当であること。他に比べ価
格的にも安価なことから各種分野で広く利用されてい
る。たとえば、金属の熱処理やセラミックス製品の焼成
等、酸化雰囲気中1200〜1500℃で加熱焼成する
場合はほとんど炭化珪素質発熱体が使用されている。し
かし、炭化珪素質発熱体はその製造方法から多孔質であ
り、1600℃以上の高温領域では酸化が著しく、短命
であった。一方、1600℃以上の酸化雰囲気中で使用
できるセラミックス質発熱体としては二珪化モリブデン
質発熱体やランタンクロマイト発熱体がある。しかし、
これらの発熱体もそれぞれ欠点があった。例えば二珪化
モリブデン質発熱体は高温域で軟化することや常温域で
脆いなど使いづらい点があった。また、抵抗が低いので
設備容量を大きくする必要があり、コストが高くつくこ
とが問題であった。またランタンクロマイト発熱体は、
抵抗値は炭化珪素質発熱体と同程度であるが昇温時の抵
抗変化が急激なため調整が難しいこと。高温で成分であ
る酸化クロムが揮発する等使いづらい欠点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記で説明したよう
に、いずれの発熱体もある程度の効果はあるが、コス
ト、操作性に難があり、こうした点ですぐれる炭化珪素
質発熱体の高温での寿命特性の改善が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、高温
型炭化珪素質発熱体の製造方法において、原料粉末とし
て粒子径3〜15μmの炭素粉末と粒子径10〜50μ
mの炭化珪素粉末とを混合し、加圧成形により理論成形
密度の92〜98%の成形体を作る工程と該成形体を窒
素雰囲気中2000℃以上で珪化する工程と該珪化体を
真空度10−1torr以下、処理温度1600〜20
00℃にて加熱処理を行う工程からなることを特徴とす
る。上記の窒素雰囲気中の反応焼結は二次的なSiCの
合成だけでなく、SiCにNをドープさせ、所定の抵
抗を得る目的がある。ここで原料の粒度を炭素粉末10
〜15μmおよび炭化珪素10〜50μmとしたのはこ
の範囲をはずれると理論成形密度の92〜98%の成形
体が得られず、この場合、遊離の炭素や遊離Siが過剰
に焼結体中に残留し、目的の高温型炭化珪素質発熱体が
得られないためである。また、反応焼結において、窒素
雰囲気中2000℃以上で行うとしたのは、2000℃
未満では反応焼結が十分進まず、未反応部分が生じ、焼
結体の特性が劣るためである。さらに、真空加熱処理工
程において真空度を10−1torr以下の高真空、処
理温度を1600〜2000℃としたのは、これ以外の
条件ではやはり焼結体の密度が上がらずとくに高温での
耐酸化特性が劣るためである。なお、真空加熱処理の後
さらに窒素をドープする工程を付加することによって抵
抗値や抵抗温度特性などを変更することも可能である。
また、本発明に係る発熱体は耐酸化特性を向上させたも
のであるが、非酸化雰囲気中での使用でも十分な耐熱性
を具備しており、用途は、酸化雰囲気中に限定されな
い。
【0005】
【作用】本発明において、真空加熱処理工程について詳
細に説明する。まず第一に真空度10−1torr以下
の高真空で加熱処理することは、反応焼結体中に残った
Siを除去することを目的としている。発熱体としてS
iを残すと低抵抗となるばかりか抵抗温度係数も負とな
って発熱体として使用が困難となる。残ったSiを除去
するためには、例えば大気圧、非酸化性雰囲気中で20
00℃の高温で加熱処理方法があるが、その場合Siは
除去できるが構成するSiC粒子が異常粒成長を起こし
緻密な組織とならず組織が弱くなる。このような場合、
発熱体として使用すると酸化が内部まで進行し、長寿命
化は図れない。第二の目的としては、上記のように気孔
の制御にある。気孔が大きくなると耐酸化性に劣るた
め、SiCの異常粒成長を押さえ、緻密な組織にするこ
とが必要である。このため、真空加熱処理によりSiC
の粒子成長をおさえ気孔を調整することが耐酸化性に対
して大きな効果を示す。この結果、発熱体として使用中
非常に緻密なSiOの保護膜が形成され、酸素が内部
まで拡散せず、酸化雰囲気中で良好な耐久性を示すもの
である。
【0006】
【実施例】本発明を実施例をもとに説明する。炭素粉末
として、黒鉛粉末(粒子径5〜13μm)30重量%と
炭化珪素粉末として、α−SiC(粒子径20〜50μ
m)70重量%に一般的なセルロース系バインダーを数
%と水を添加し、混合し、加圧プレスで所定の形状に成
形した。得られた成形体の寸法は、外径20mm、内径
10mm、長さ300mmの管状であって、理論成形密
度の95%であった。得られた成形体を電気炉で窒素ガ
ス雰囲気中、処理温度2200℃で反応焼結させた。反
応焼結体の物理特性は、かさ比重3.11、焼結体中の
遊離Siは5重量%であった。つぎに該焼結体を真空焼
結炉で真空度3×10−4torr、処理温度1700
℃で2時間処理し、炭化珪素質発熱体を得た。比較のた
め、従来の方法によって再結晶質炭化珪素質発熱体を製
作し、上記と同寸法の発熱体を得た。両者の特性を表1
に示した。さらに本発明の発熱体と従来法による再結晶
質炭化珪素質発熱体の寿命比較のために以下のテストを
行なった。本発明の発熱体と従来法による再結晶質炭化
珪素質発熱体を炉内寸法200mm×200mm×30
0mmの電気炉に各2本づつ設置し、発熱させて炉内温
度1650℃で保持した。連続1000時間通電したの
ちの発熱体の抵抗増加率を測定した結果を表1に示し
た。
【0007】
【表1】
【0008】
【発明の効果】実施例で明らかなように本発明の炭化珪
素質発熱体の製造方法によれば従来の炭化珪素質発熱体
では困難であった1600℃以上の高温域で十分な耐酸
化性をもち、実用に耐える発熱体が得られることがわか
った。これによって従来の高温発熱体では達成できなか
ったコストと操作性のよさで炭化珪素質発熱体の応用分
野が広がることが期待できる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温型炭化珪素質発熱体の製造方法にお
    いて、原料粉末として粒子径3〜15μmの炭素粉末と
    粒子径10〜50μmの炭化珪素粉末とを混合し、加圧
    成形により理論成形密度の92〜98%の成形体を作る
    工程と該成形体を窒素雰囲気中2000℃以上で珪化す
    る工程と該珪化体を真空度10−1torr以下、処理
    温度1600〜2000℃にて加熱処理を行う工程から
    なることを特徴とする高温型炭化珪素質発熱体の製造方
    法。
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