炉内SiC棚板の温度分布と熱応力分布・スリット有無での比較（降温時）

炉内降温時のSiC棚板の温度分布と熱応力のシュミレーションを用い、SiC棚板スリット有・無しの比較をしてみました。

  • 初期温度：1,300℃
  • 冷却：空気温度20℃で自然放冷
  • 解析対象：冷却開始5分後の温度分布を基に、棚板に発生する熱応力を解析

１．スリット無しの場合

  • 解析結果：SiC棚板の各辺の中央部分に引っ張り応力が発生。周縁部が先に温度が下がり収縮し、温度の高い中央部はまだ膨張したままの為、周縁部が引っ張られる状態を確認。
  • コメント：下写真の様に、「辺の中央部分＝応力の一番大きい箇所」から割れているスリット無しのSiC棚板はよく見られます。＊写真のSiC棚板が降温時に割れた物である事は、写真撮影後に棚板を割り破断面の酸化状態を確認しています。降温時に割れた破断面は酸化せずにSiC結晶の光沢がある状態であり、昇温時に割れた破断面はSiC結晶の表面が酸化して艶消しになります。

２．スリット有の場合

  • 解析結果：温度分布はスリット無しの場合と同じですが、発生する応力は大幅に低減。
  • コメント：周縁部の温度が先に下がっても、スリットにより周縁部の引っ張り応力が低減していることが確認できましたので、SiC棚板のスリットは降温時の割れ（いわゆる冷め割れ）対策に有効である事が示されました。

次回は昇温時の解析結果をご紹介致します。

Si-SiC（反応焼結SiC）ヒーターチューブ・保護管

Si-SiC（反応焼結SiC）のヒーターチューブ・保護管です。下写真のサイズは外径φ130（内径φ115）x 長さ1,405mm、フランジ部φ160 x 10tです。

全く新しい成形方法の確立により、フランジ部分も正確な寸法でチューブ本体との一体成型が比較的簡単に可能となりましたので、フランジ接合部からの亀裂破損のリスクが大きく軽減されます。

Si-SiC（反応焼結SiC）ですので最高使用温度は1,350℃までです。

アルミナ・ムライト製ピン・ロッド

押し出し成形品アルミナ・ムライト製ピン・ロッドのご紹介です。

下の写真はアルミナ99.5%ち密質（右側4本）とアルミナ80%（＝ムライト）ポーラス質（左側4本）です。

材質的には他にアルミナ96%、92%や、アルミナ50%前後の磁器質、コーディライト質、マグネシア質等が有ります。様々な太さ・穴サイズに既存の型で対応でき、また数量がまとまれば新たに金型を作成し対応も可能です。長さも押し出し成形品のカットで柔軟に対応でき、ち密質の場合は太さや材質にもよりますが最長約1,000mmまで製作可能です。

価格も比較的安くお出しできますので、是非お問合せ下さい。

再結晶SiC枠

SiC99%で、最高使用温度が1600℃と高いのが再結晶SiCの特徴で、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気ですと2,000℃でも使用可能です。

下の写真はその再結晶SiC製の枠で、サイズ520 x 520 x 100Hを4つ組み上げています。

再結晶SiCは寸法精度を比較的出しやすく、このサヤも上下ではめ合わせ形状にし、組み上げた時にずれない様な設計にしています。

中国の陶磁器吊るし焼き

中国福建省徳化の工場での陶磁器の吊るし焼きの様子です。

Si-SiC（反応焼結SiC）ビームと細いSi-SiCロッドを使用して吊るしています。

因みに比較的大きなトンネル炉もSi-SiCビーム組台車です。

細いSi-SiCロッドの代わりにアルミナ製ロッドでも良いかと思います。

中国の陶磁器産地徳化の工場2

中国の陶磁器産地、福建省徳化の工場紹介続きです。焼成治具はSi-SiC（反応焼結SiC）製の支柱とビームが主流でこの点は日本よりも進んでいると言えるでしょう。

素焼窯の棚組

絵付け窯の棚組

本焼成の棚組

見てお判りの通り、ビーム組みにする事により、支柱の占めるスペースが最小限に抑えられ積載率が上がっています。

更にSi-SiC支柱に多数の穴が開いており細いSi-SiCビームを通す事で棚組の高さを細かく変えられる仕様にはなっていますが、実際の現場では製品高さに応じて棚組の高さを変えるところまでの作業はしていませんでした。

中国の陶磁器産地徳化の工場1

中国の陶磁器産地はいくつかありますがその中の一つ、福建省にある徳化の紹介です。山に囲まれた盆地で土地が広くない為、陶磁器工場は全てビルになっており、6階建て等で、日本にはないスタイルです。

焼成炉の煙突は建物の横から上に伸びています。

ビルの中が工場の為にスペースもあまり広くなく、石膏型置き場と成形・乾燥場所が近かったりするのが気になります。石膏型の表面についているふわふわした白い粉＝芒硝（ぼうしょう）【硫酸ナトリウム】が窓から入ってくる風に吹かれて飛び、素地の上などに着くと焼成後に黒く変色してしまいます。

耐火物専門の当社の本題である、焼成治具については次回ご紹介致します。

Si-SiC（反応焼結SiC）ビーム

Si-SiC（反応焼結SiC）は曲げ強度が250Mpaと高機能SiC耐火物の中では強度がありますので、台車の構造材としてのビームによく使われます。ただし、最高使用温度が1350℃ですので、それ以上高温の条件下ですと、含侵している金属シリコンが染み出てきてしまいますので、ご使用頂けません。

比較的平べったい形状のビームも製造可能です。

穴開きのビームも製造可能です（穴開け加工は焼成前のグリーンにのみ加工可能です）。

弊社では様々な形状・サイズのSi-SiCビームをご提供できますので、是非お問合せ下さい、

アルカリ成分によるアルミナセッター表面の荒れ

ファインセラミックスの焼成において、原料配合にアルカリ成分が多い場合は、窯道具であるアルミナセッターの劣化が早いです。下の写真は少し表面が荒れてきたアルミナセッターです。

これはアルカリ成分（ナトリウムNa、カリウムK、カルシウムCa、マグネシウムMg、バリウムBa等）が焼成時に製品より揮発し、アルミナセッター表面と反応し、表面の層のみ膨張して行き表面にクラックが入る現象です。ひどくなると下の写真の様にまでなります（尚、ここまでになるとアルミナセッターの全体サイズも少し膨張して大きくなっています）。

このアルカリアタックに対して耐性のある特別配合のアルミナセッターもあります。表面が荒れるスピードは通常のアルミナセッターと比べ各段に遅いですので、この現象でお困りの企業様は是非ご相談下さい。

酸化物結合SiCプレス成型品 角サヤとフタ

SiC耐火物の中でも一番安価な酸化物結合SiCで製造した角サヤ（匣鉢）とフタです。

これだけ立ちの高い形状を均一な密度でプレス成型し、端面の平面度を出し、フタの反りも無く、サヤとフタがほぼ隙間なくピッタリ合う精度で作るのには高い技術が必要です。プレス成型品ですので、鋳込み成形品と違い内在する気孔（ポア）は非常に少なく、比重は約2.8あり、耐久性があります。