JPS624351B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS624351B2 JPS624351B2 JP53004842A JP484278A JPS624351B2 JP S624351 B2 JPS624351 B2 JP S624351B2 JP 53004842 A JP53004842 A JP 53004842A JP 484278 A JP484278 A JP 484278A JP S624351 B2 JPS624351 B2 JP S624351B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- weight
- silicon nitride
- sintering
- melting
- 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
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- Ceramic Products (AREA)
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属溶解用るつぼ、特に亜鉛、アルミ
ニウム、錫等の非鉄金属の溶解に適した窒化珪素
質の金属溶解用るつぼに関する。
ニウム、錫等の非鉄金属の溶解に適した窒化珪素
質の金属溶解用るつぼに関する。
亜鉛等の金属溶解用るつぼとしては、これまで
鋳鉄等の金属製のもの、黒鉛質のもの、アルミナ
質のものが用いられてきた。このようなるつぼ材
料には溶融金属に対する耐食性、耐熱性、耐熱衝
撃性、更には取り扱い時に破損しにくいような機
械的強度が要求されるが、上記のるつぼ材料でこ
れらの要求を全て満たすものはなかつた。
鋳鉄等の金属製のもの、黒鉛質のもの、アルミナ
質のものが用いられてきた。このようなるつぼ材
料には溶融金属に対する耐食性、耐熱性、耐熱衝
撃性、更には取り扱い時に破損しにくいような機
械的強度が要求されるが、上記のるつぼ材料でこ
れらの要求を全て満たすものはなかつた。
即ち鋳鉄製の金属溶解用るつぼは耐熱衝撃性、
機械的強度ではすぐれているが、亜鉛、アルミニ
ウム等の溶融金属に侵されやすく、寿命が短か
く、更に、溶融金属を汚染するという問題があ
り、黒鉛質のものと同様に耐食性及び耐酸化性に
欠点がある。またアルミナ質のものは耐食性、耐
熱性にはすぐれているが耐熱衝撃性に問題があ
り、その寿命は短い。
機械的強度ではすぐれているが、亜鉛、アルミニ
ウム等の溶融金属に侵されやすく、寿命が短か
く、更に、溶融金属を汚染するという問題があ
り、黒鉛質のものと同様に耐食性及び耐酸化性に
欠点がある。またアルミナ質のものは耐食性、耐
熱性にはすぐれているが耐熱衝撃性に問題があ
り、その寿命は短い。
本発明は従来の金属溶解用るつぼが有していた
問題点を解決することを目的とし、窒化珪素を主
成分とし、これに焼結促進剤である酸化マグネシ
ウムとランタン族酸化物とを加え、焼結すること
を特徴とし、耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性にすぐ
れしかも十分な機械的強度を有した金属溶解用る
つぼを提供するものである。
問題点を解決することを目的とし、窒化珪素を主
成分とし、これに焼結促進剤である酸化マグネシ
ウムとランタン族酸化物とを加え、焼結すること
を特徴とし、耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性にすぐ
れしかも十分な機械的強度を有した金属溶解用る
つぼを提供するものである。
窒化珪素は溶融金属、特に亜鉛、錫などの非鉄
金属に対し極めてすぐれた耐食性、耐熱性を有
し、更にアルミナに数倍勝る耐熱衝撃性を有する
材料であるが、窒化珪素が極めて焼結性の悪い粉
体であり、窒化珪素焼結体を安価に製造する方法
としては金属珪素の予備成型体を1100〜1400℃の
高温で窒素と反応させる反応焼結法と、窒化珪素
粉末にアルミナ等の焼結促進剤を添加して予備成
型した後に無加圧で焼結する方法しかなかつた。
しかし、反応焼結法で得られる焼結体は気孔率が
20％以上もあり、溶融金属がしみ込んだり、内部
に吸着された水分の除去が困難で溶融金属を急に
接触させた時に割れを生じたり、また、機械的強
度も低いので取り扱いに注意を要する等の欠点の
多いものであつた。また焼結促進剤を添加して無
加圧で焼結する場合には、従来、アルミナ等の焼
結促進剤を多量に添加しないと緻密な成型体が得
られず、そのため、窒化珪素が本来有している耐
食性、耐熱衝撃性が著しく損なわれてしまい、窒
化珪素質の焼結体を、金属溶解用るつぼとして用
いることはできなかつた。
金属に対し極めてすぐれた耐食性、耐熱性を有
し、更にアルミナに数倍勝る耐熱衝撃性を有する
材料であるが、窒化珪素が極めて焼結性の悪い粉
体であり、窒化珪素焼結体を安価に製造する方法
としては金属珪素の予備成型体を1100〜1400℃の
高温で窒素と反応させる反応焼結法と、窒化珪素
粉末にアルミナ等の焼結促進剤を添加して予備成
型した後に無加圧で焼結する方法しかなかつた。
しかし、反応焼結法で得られる焼結体は気孔率が
20％以上もあり、溶融金属がしみ込んだり、内部
に吸着された水分の除去が困難で溶融金属を急に
接触させた時に割れを生じたり、また、機械的強
度も低いので取り扱いに注意を要する等の欠点の
多いものであつた。また焼結促進剤を添加して無
加圧で焼結する場合には、従来、アルミナ等の焼
結促進剤を多量に添加しないと緻密な成型体が得
られず、そのため、窒化珪素が本来有している耐
食性、耐熱衝撃性が著しく損なわれてしまい、窒
化珪素質の焼結体を、金属溶解用るつぼとして用
いることはできなかつた。
しかし本発明者は焼結促進剤として酸化マグネ
シウムとランタン族酸化物を同時に窒化珪素に添
加した場合には、従来のものより少ない添加量で
十分に緻密化し、溶融金属がしみ込んだり、水分
を吸着することもなく、十分な機械的強度を有
し、しかも焼結促進剤の量が少ないので窒化珪素
本来の耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性が全く損なわ
れずに保持されるという利点があり、金属溶解用
るつぼ材料に適していることを見い出したのであ
る。
シウムとランタン族酸化物を同時に窒化珪素に添
加した場合には、従来のものより少ない添加量で
十分に緻密化し、溶融金属がしみ込んだり、水分
を吸着することもなく、十分な機械的強度を有
し、しかも焼結促進剤の量が少ないので窒化珪素
本来の耐食性、耐熱性、耐熱衝撃性が全く損なわ
れずに保持されるという利点があり、金属溶解用
るつぼ材料に適していることを見い出したのであ
る。
本発明の金属溶解用るつぼは、窒化珪素70〜99
重量％に焼結促進剤として酸化マグネシウム0.5
〜29.5重量％とランタン族酸化物0.5〜29.5重量％
とを加えた粉末混合物を、アイソスタテイツクプ
レス法もしくは泥漿鋳込法によつて所要のるつぼ
形状に成型し、該予備成型体を非酸化性雰囲気中
で1600〜1800℃に加熱焼結することにより得られ
る。
重量％に焼結促進剤として酸化マグネシウム0.5
〜29.5重量％とランタン族酸化物0.5〜29.5重量％
とを加えた粉末混合物を、アイソスタテイツクプ
レス法もしくは泥漿鋳込法によつて所要のるつぼ
形状に成型し、該予備成型体を非酸化性雰囲気中
で1600〜1800℃に加熱焼結することにより得られ
る。
本発明において原料混合粉末の各成分の配合量
は極めて重要であり、以下にその限定の理由を述
べる。
は極めて重要であり、以下にその限定の理由を述
べる。
まず、窒化珪素本来の性質を維持するためには
焼結促進剤の総添加量が30重量％以下でなければ
ならず、これをこえた量が添加された場合には焼
結体の緻密さに変化はないが、耐食性、耐熱衝撃
性が著しく損なわれてしまう。また気孔率１％以
下の小さい緻密な焼結体を得るためには、焼結促
進剤の総添加量が１重量％以上で、かつ酸化マグ
ネシウムとランタン族酸化物がそれぞれ0.5重量
％以上であることが必要であり、これらの総添加
量が１重量％未満であつたり、酸化マグネシウム
またはランタン族酸化物が0.5重量％未満であつ
たりすると気孔率の大きい焼結体しか得られず、
低い機械的強度と溶融金属のしみ込みが問題にな
る。なお、焼結促進剤である酸化マグネシウムと
ランタン族酸化物は原料配合時から酸化物の形で
加えられる必要は必ずしももなく、焼結過程で酸
化物に変化するこれらの硝酸塩等を用いても良
い。また、ランタン族酸化物は、１種以上を選択
して用いても、焼結促進の効果は変わらない。
焼結促進剤の総添加量が30重量％以下でなければ
ならず、これをこえた量が添加された場合には焼
結体の緻密さに変化はないが、耐食性、耐熱衝撃
性が著しく損なわれてしまう。また気孔率１％以
下の小さい緻密な焼結体を得るためには、焼結促
進剤の総添加量が１重量％以上で、かつ酸化マグ
ネシウムとランタン族酸化物がそれぞれ0.5重量
％以上であることが必要であり、これらの総添加
量が１重量％未満であつたり、酸化マグネシウム
またはランタン族酸化物が0.5重量％未満であつ
たりすると気孔率の大きい焼結体しか得られず、
低い機械的強度と溶融金属のしみ込みが問題にな
る。なお、焼結促進剤である酸化マグネシウムと
ランタン族酸化物は原料配合時から酸化物の形で
加えられる必要は必ずしももなく、焼結過程で酸
化物に変化するこれらの硝酸塩等を用いても良
い。また、ランタン族酸化物は、１種以上を選択
して用いても、焼結促進の効果は変わらない。
次に原料混合粉末から予備成型体を作る方法に
ついて述べると、本発明の金属溶解用るつぼの作
製に特に適しているのはアイソスタテイツクプレ
ス法と泥漿鋳込法である。アイソスタテイツクプ
レス法では所定の配合量に混合した原料粉末にメ
チルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機
結合剤と水とを適量加え、充分にねつ合した後、
このねつ合物もしくはこれを造粒したものを所要
の形状のゴム型に充填し、アイソスタテイツクプ
レス装置で静水圧を加えることで予備成型体が得
られる。また、泥漿鋳込法では、粒度配合した原
料粉末に適量の有機結合剤、水、解膠剤を加えて
泥漿を調製し、これを所要の形状の石膏型に鋳込
み、乾燥脱型することにより予備成型体が得られ
る。
ついて述べると、本発明の金属溶解用るつぼの作
製に特に適しているのはアイソスタテイツクプレ
ス法と泥漿鋳込法である。アイソスタテイツクプ
レス法では所定の配合量に混合した原料粉末にメ
チルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機
結合剤と水とを適量加え、充分にねつ合した後、
このねつ合物もしくはこれを造粒したものを所要
の形状のゴム型に充填し、アイソスタテイツクプ
レス装置で静水圧を加えることで予備成型体が得
られる。また、泥漿鋳込法では、粒度配合した原
料粉末に適量の有機結合剤、水、解膠剤を加えて
泥漿を調製し、これを所要の形状の石膏型に鋳込
み、乾燥脱型することにより予備成型体が得られ
る。
焼結時の雰囲気は窒化珪素の酸化を防ぐために
非酸化性とすることが必要で、特に好ましいのは
窒素雰囲気か、窒素と水素の混合雰囲気である
が、アルゴン等の雰囲気でも可能である。また焼
結温度は窒化珪素の熱分解を防ぐために1800℃以
下、焼結の迅速な進行を得るためには1600℃以上
が必要である。
非酸化性とすることが必要で、特に好ましいのは
窒素雰囲気か、窒素と水素の混合雰囲気である
が、アルゴン等の雰囲気でも可能である。また焼
結温度は窒化珪素の熱分解を防ぐために1800℃以
下、焼結の迅速な進行を得るためには1600℃以上
が必要である。
以下、実施例に従つて本発明を説明する。
実施例 １
窒化珪素70重量％、酸化マグネシウム15重量
％、酸化セリウム15重量％からなる混合粉末にポ
リビニルアルコール1.5重量％水溶液を適量加
え、充分にねつ合した後、これをゴム型に充填し
アイソスタテイツクプレス法で成型した。。この
予備成型体を窒素雰囲気中1600℃で１時間加熱焼
結し、外径80mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼ
を得た。この焼結体の気孔率は0.2％で、曲げ強
度は42.6Kg/mm2であつた。
％、酸化セリウム15重量％からなる混合粉末にポ
リビニルアルコール1.5重量％水溶液を適量加
え、充分にねつ合した後、これをゴム型に充填し
アイソスタテイツクプレス法で成型した。。この
予備成型体を窒素雰囲気中1600℃で１時間加熱焼
結し、外径80mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼ
を得た。この焼結体の気孔率は0.2％で、曲げ強
度は42.6Kg/mm2であつた。
該るつぼに亜鉛のインゴツト500ｇを入れ、55
℃に加熱して亜鉛を溶融し、この温度で500時間
保持した。500時間後溶融した亜鉛をるつぼから
流し出し、冷却後るつぼ内壁の損傷の有無を調べ
たところ、亜鉛による侵色は全く認められず本発
明のるつぼが極めてすぐれた耐食性を有すること
が明らかになつた。またるつぼの壁への亜鉛の付
着は殆んどなかつた。比較のために鋳鉄製のるつ
ぼを用いて同一条件で試験を実施したが、亜鉛に
よる侵食が激しく、50時間以上溶融を続けること
は不可能であつた。
℃に加熱して亜鉛を溶融し、この温度で500時間
保持した。500時間後溶融した亜鉛をるつぼから
流し出し、冷却後るつぼ内壁の損傷の有無を調べ
たところ、亜鉛による侵色は全く認められず本発
明のるつぼが極めてすぐれた耐食性を有すること
が明らかになつた。またるつぼの壁への亜鉛の付
着は殆んどなかつた。比較のために鋳鉄製のるつ
ぼを用いて同一条件で試験を実施したが、亜鉛に
よる侵食が激しく、50時間以上溶融を続けること
は不可能であつた。
実施例 ２
窒化珪素90重量％、酸化マグネシウム３重量
％、酸化プラセオジウム７重量％からなる混合粉
末にポリビニルアルコール１重量％水溶液を適量
加え、塩酸を滴下し、てPH５とした泥漿を調整し
た、この泥漿を所要の形状の石膏型に鋳込み、脱
型乾燥後、窒素雰囲気中1700℃で１時間加熱焼結
して外径80mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼを
得た。この焼結体の気孔率は0.4％で曲げ強度は
37.6Kg/mm2であつた。
％、酸化プラセオジウム７重量％からなる混合粉
末にポリビニルアルコール１重量％水溶液を適量
加え、塩酸を滴下し、てPH５とした泥漿を調整し
た、この泥漿を所要の形状の石膏型に鋳込み、脱
型乾燥後、窒素雰囲気中1700℃で１時間加熱焼結
して外径80mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼを
得た。この焼結体の気孔率は0.4％で曲げ強度は
37.6Kg/mm2であつた。
比較例
窒化珪素60重量％、酸化マグネシウム20重量
％、酸化プラセオジウム20重量％の本発明の範囲
外の配合量を持つた混合粉末を用い、実施例２と
同一の方法で予備成型体を得、窒素雰囲気中1600
℃で１時間加熱焼結して、実施例２と同一寸法の
るつぼを得た。この焼結体の気孔率は0.1％で曲
げ強度は9.8Kg/mm2であつた。
％、酸化プラセオジウム20重量％の本発明の範囲
外の配合量を持つた混合粉末を用い、実施例２と
同一の方法で予備成型体を得、窒素雰囲気中1600
℃で１時間加熱焼結して、実施例２と同一寸法の
るつぼを得た。この焼結体の気孔率は0.1％で曲
げ強度は9.8Kg/mm2であつた。
実施例２および比較例で作製したるつぼ及びこ
れらと同一寸法の鋳鉄製のるつぼにそれぞれアル
ミニウムのインゴツトを入れ、800℃に加熱して
アルミニウムを溶融し、この温度に保持した。鋳
鉄製のるつぼは侵食が激しく、20時間以上の使用
は不能であつた。鋳鉄製のものを除いた２つのる
つぼについては、200時間溶融を続けた後、アル
ミニウムをるつぼから流し出し、るつぼ内壁の損
傷の有無を調べ、また溶融後のアルミニウムの発
光分析を行つた。
れらと同一寸法の鋳鉄製のるつぼにそれぞれアル
ミニウムのインゴツトを入れ、800℃に加熱して
アルミニウムを溶融し、この温度に保持した。鋳
鉄製のるつぼは侵食が激しく、20時間以上の使用
は不能であつた。鋳鉄製のものを除いた２つのる
つぼについては、200時間溶融を続けた後、アル
ミニウムをるつぼから流し出し、るつぼ内壁の損
傷の有無を調べ、また溶融後のアルミニウムの発
光分析を行つた。
比較例のるつぼはかなり侵食を受け、また溶融
後のアルミニウム中にプラセオジウムが検出され
たのに対し、実施例２のるつぼは全く侵されてお
らず、また発光分析の結果ではプラセオジウムは
検出されず、本発明のるつぼが溶融物の純度を全
く損なわないことが明らかになつた。
後のアルミニウム中にプラセオジウムが検出され
たのに対し、実施例２のるつぼは全く侵されてお
らず、また発光分析の結果ではプラセオジウムは
検出されず、本発明のるつぼが溶融物の純度を全
く損なわないことが明らかになつた。
実施例 ３
窒化珪素99重量％、酸化マグネシウム0.5重量
％、酸化ネオジウム0.5重量％からなる混合粉末
を実施例２と同一の方法で成型、焼結し、外径80
mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼを得た。この
焼結体は気孔率0.9％、曲げ強度50.2Kg/mm2であつ
た。該るつぼに950℃のアルミニウム溶湯を注ぎ
込み、１分後再びアルミニウム溶湯（溶湯温度
830℃）を流し出し、冷却することを繰り返し
た。比較のため用いたアルミナ製るつぼが１回で
割れたのに対し、本発明のるつぼは10回の繰り返
し後も何らの異常は認められず、極めてすぐれた
耐熱衝撃性を有していることが明らかになり、金
属溶解用るつぼのみならず溶融金属の容器として
も使用できる。
％、酸化ネオジウム0.5重量％からなる混合粉末
を実施例２と同一の方法で成型、焼結し、外径80
mm、内径60mm、高さ100mmのるつぼを得た。この
焼結体は気孔率0.9％、曲げ強度50.2Kg/mm2であつ
た。該るつぼに950℃のアルミニウム溶湯を注ぎ
込み、１分後再びアルミニウム溶湯（溶湯温度
830℃）を流し出し、冷却することを繰り返し
た。比較のため用いたアルミナ製るつぼが１回で
割れたのに対し、本発明のるつぼは10回の繰り返
し後も何らの異常は認められず、極めてすぐれた
耐熱衝撃性を有していることが明らかになり、金
属溶解用るつぼのみならず溶融金属の容器として
も使用できる。
Claims (1)
- １ 窒化珪素70〜99重量％、酸化マグネシウム
0.5〜29.5重量％、ランタン族酸化物0.5〜29.5重
量％からなる粉末混合物を予備成型し、それを非
酸化性雰囲気下、1600〜1800℃の温度で常圧焼結
してなることを特徴とする気孔率１％以下の窒化
珪素質金属溶解用るつぼ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP484278A JPS5499114A (en) | 1978-01-20 | 1978-01-20 | Crucible for melting metal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP484278A JPS5499114A (en) | 1978-01-20 | 1978-01-20 | Crucible for melting metal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5499114A JPS5499114A (en) | 1979-08-04 |
| JPS624351B2 true JPS624351B2 (ja) | 1987-01-29 |
Family
ID=11594928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP484278A Granted JPS5499114A (en) | 1978-01-20 | 1978-01-20 | Crucible for melting metal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5499114A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5824496B2 (ja) * | 1979-11-22 | 1983-05-21 | 株式会社東芝 | 窒化珪素を含む潤滑性焼結体 |
| NO341496B1 (no) | 2014-01-03 | 2017-11-27 | Subsea Logistics As | Undersjøisk lagringsenhet og -system, og fremgangsmåte |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1549762A (en) * | 1975-05-21 | 1979-08-08 | Tba Industrial Products Ltd | Unsaturated polyester resin compositions |
| JPS5231910A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Toshiba Corp | Cutting tool |
| JPS5851910B2 (ja) * | 1975-11-07 | 1983-11-18 | 株式会社東芝 | チツカケイソケイシヨウケツタイノセイゾウホウホウ |
-
1978
- 1978-01-20 JP JP484278A patent/JPS5499114A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5499114A (en) | 1979-08-04 |
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