SiC棚板破断面の酸化温度の検証テスト

SiC棚板が低温時に(物理的な力で)割れたのか、焼成時の高温時に(ヒートショックで)割れたのかは破断面の光沢度で判断できるという記事は以前掲載しましたが、更に突っ込んで、その割れがヒートカーブ中の昇温時か降温時かの判断ができるのかどうかの検証です。

焼成最高温度1300℃等でもSiC棚板がヒートショックで割れるのは赤熱状態より低温の800℃以下の温度帯です。仮に800℃くらいの温度ではSiC棚板破断面は酸化されない=つや消しにならないという事であれば、判断面がつや消しになったのは一度それ以上の温度にさらされたという事になり=昇温時の割れという事になります。

下の写真は常温で物理的に割ったSiC棚板(左)を800℃の素焼の炉に入れた結果(右)です。SiC surface change見ての通り、破断面が酸化されつや消しになりました。この結果、降温時のヒートショック(冷め割れ)でも破断面がつや消しになりうるという事で、結論としては「破断面が酸化されつや消しになっている場合は高温時に割れた事は判っても、昇温時の割れか降温時の割れかの区別はつかない」という事になります。

中国製SiC棚板使用による支柱へのSiC粒付着

中国製SiC棚板の問題点の追加です。

下の写真は中国製SiC棚板と一緒に使われたムライト系L型支柱(日本製)ですが、棚板の裏面と接した支柱の端面にSiC粒が付着してしまっています。

Support used with Chinese SiCSupport used with Chinese SiC bかなり使い込まれたSiC棚板と支柱ではまれにSiC粒が少しだけ支柱に付くケースはありますが、この様な比較的新しい支柱にこれだけ大きなSiC粒が付着しているのは中国製SiC棚板が原因です。

中国製SiC棚板はSiC自体の結合力が弱い為、使っていてもSiCのぼろ振りがおきるくらいであり、また耐酸化性能が落ちる為、棚板表面が酸化されSiC からシリカ(SiO2)が生成されやすく、シリカは冷えると固まりますので棚板側が支柱をえぐり取ったり、棚板本体のSiC粒が支柱にくっついて剥離したりします。こうなってくると支柱からSiC粒を取るのも難しく、アルミナを塗ってもSiC棚板と支柱はまたくっついてしまい、結果支柱にもダメージを与えた形になってしまっています。

中国製SiC棚板の特徴 その3(鉄分の問題)

中国製SiC棚板の主な特徴として最後に挙げるのが鉄分の問題です。

下の写真は何回か焼成に使われた(まだ比較的新しい)中国製SiC棚板です。

Chinese SiC Plate iron1 Chinese SiC Plate iron2

鉄分の茶色がひどく、コーティング層をも突き抜けたりしており、これでは焼成製品に鉄の茶色が色移りしてしまいます。

SiCの原料は精錬されたインゴットを粉砕して作られますが、SiC原料製造の品質管理の段階で既に鉄分の多い原料が作られるケースが多く、原料価格は安いのですが品質も価格相応です。またSiC棚板製造メーカーにおいても管理やノウハウのレベルが高くない場合はSiC棚板に鉄分がさらに混入してしまいます。

以上3回に渡って見てきた中国製SiC棚板の問題点ですが、これら以外にも新品時から既に棚板が曲がっていたり、使用して半年くらいで棚板が曲がり出したり、白っぽくなる酸化膨張が早かったり、表面にバリがあり平面でなかったり等々、色々なケースがある様です。

中国製SiC棚板の特徴 その2(成形の問題)

中国製SiC棚板の特徴のひとつに、成形の問題があります。

下の写真はコーティングを取ってSiC棚板の地肌が見える状態にしたものです。Chinese SiC Plate lax1 chinese SiC Plate lax2この手のSiC棚板はプレス成形で作られますが、見て判る通り同じ板でも密になっている部分となっていない部分の差が激しく、また板によっても違いが大きいです。

原因は、SiC原料の配合、混錬、状態管理や金型への原料充填、プレス機の性能、金型の剛性など様々考えられます。SiC原料の流動性の悪さから、ある程度の見た目の不均一は仕方ないにせよ、この様に大きくばらつきがあると、割れや曲がりの原因となりますし、原料が締まって成形されていないとSiC粒のぼろ降りの原因にもなります。

流動性の悪いSiCをいかにしっかり均一に成形できるかが、SiC棚板の性能を左右する一つの重要な要素です。

尚、棚組み下段へのSiCのぼろ降りは成形の問題以外に他の原因もありますが、残念ながらSiCのぼろ降りは中国製SiC棚板の一つの特徴でもあります。

中国製SiC棚板の特徴 その1(コーティング問題)

中国製SiC棚板はその品質的な問題から日本ではあまり見かける事は無いですが、例を挙げてその特徴を見てゆきます。

下の写真は中国製SiC棚板のアルミナコーティングです。新品状態はまだ焼きついていないのでコーティング面が柔らかいのは普通なのですが、この板はあまりにも柔らかすぎ、指で軽くこすってもどんどんコーティングが取れてしまいます。Chinese SiC plate coatingこうなると、棚板輸送中でもどんどんコーティングが取れてしまうという事になります。因みにこの板は焼成後でもコーティングの固着が弱くどんどん取れていってしまう状態でした。

SiC棚板のコーティングは製品との引っ付きを防ぐ為の物であり、製品が強く引っ付こうとする時にはコーティングの細かい粒子が製品と一緒に少しづつ剥がれる事により製品自体の引っ付きを防いでいるのですが、コーティングが必要以上に柔らかく容易にどんどん剥がれてしまうとコーティングの持ちが悪く、すぐにコーティングが効かなくなるという事になります。

ムライトパイプ支柱とキャップ

比較的肉厚な押出し成型品ムライトパイプ支柱とキャップです。下の写真の支柱サイズは90x90x483mm、厚さ20mmです。Mullite support 90x90x483

ムライトパイプ支柱の上にキャップをはめ込み、その上にSiCビーム等が載ります。Mullite support 90x90x483 & 100x100x39 B

押出し成形品で、支柱の高さはどこで切断するかによって決まりる為、高さは自由に選択できます。この手の製品はある程度まとまった数量のご注文が必要ですが、比較的安価にご提供できますのでご相談下さい。

重量物焼成に使用されるSiC製I型支柱

酸化物(シリカ)結合SiCの支柱です。20170519_SiCsupport04247

写真の物は高さ350mmで上下頭部分は80x80mmです。

一般的にはムライト質の白色の支柱が多く使われますが、碍子(がいし)等の重量物を焼成される場合はSiC製支柱も使われます。前々回のブログ記事にあるように、ムライト製支柱の圧縮強度は約680kgf/㎠ですがこのSiC製支柱の圧縮強度は約1,500kgf/㎠です。又、ムライト支柱は熱間荷重により縮んで行きますが、SiC支柱にはそれがありません。

但し、SiC支柱とSiC棚板は焼成後引っ付く可能性がありますので、基本的には組みっぱなし(焼成毎に棚組をくずさない)の台車に組まれる場合が多いです。

尚、当社でもこの手のSiC支柱は在庫しておりませんので、基本的には全て受注生産となります(受注生産の場合は最低ご注文数量の設定がございますので別途お問い合わせ下さい)。

再結晶SiC(Re-SiC)大型肉厚ボード

下の写真は再結晶SiC(Re-SiC)製の大型肉厚ボード(中実材)で、サイズは幅130mm 厚み30mm 長さ2300mmです。Recrystalized SiC board 130x30x2300mm

再結晶SiCの特徴はSiC99%で最高使用温度が1600℃と高い事です。アルミナ系でここまでの大型サイズの物を作るのはかなり難しく、またSiC系はアルミナ系と違い曲げ強度は最高使用温度まで低下しないという特徴があり(アルミナ系は温度が上がっていくと強度は下がって行きます)、高温での耐熱間荷重を要求される吊るし焼き等に使用されます。

耐火物の圧縮強度について

圧縮強度とは、上から荷重をかけたとき単位面積当たりどのくらいの荷重まで破壊されずに耐えられるかを示す強度です。press strength

例えば上の写真の様なムライト製支柱の圧縮強度は約680kgf/㎠(室温)という数値になりますが、これはある試験片を上下面研磨し、専用機器にて測定した結果の一つであり、実際の現場での支柱がその数値まで耐えられるかという話になるとまた微妙に違ってきます。

例えば実際の支柱の接地面や支柱が接する相手の接触面が平滑でなく凸部がある場合は荷重がそこに集中し早く破壊されますし、支柱の高さが高い場合は中央部から亀裂が発生する確率が上がりそこから早く破壊が起きたりしますので、各種耐火物のデータ表などに出ている圧縮強度の数値は保証値ではなくあくまでも目安です。実際の耐火物の強度を知りたい場合は実際にその物を専用機器にかけ測定するのが一番正確です。この件の関連記事はこちらです。

ムライト支柱の鉄分の由来

セラミックス焼成時に一般的に使用される支柱はアルミナ約70%前後のムライト支柱です。この支柱にはいくらかの鉄分が入ってきますが、その由来には2パターンあります。

一つはプレスの金属金型由来で、特にI型支柱等の比較的肉厚の支柱は成型時のプレスを打つ回数が多くどうしても金型と擦れ合い鉄粉が支柱表面にうつりやすいです。もう一つは原料由来で、ムライト支柱の主原料は天然鉱物であるアンダルサイトであり大なり小なり原料の中に鉄分が入っており、その割合にもぶれがあります。

Mullite iron spots

尚、再生リサイクル原料を使うとこの様な原料由来の鉄粉が出る割合が低かったりしますが、支柱その物の性能から言うと天然鉱物のバージン原料からの方が良い物ができます。

因みに、支柱は通常直接製品に接する事は無いですので、焼成時に支柱に含まれる鉄粉が製品に悪影響を及ぼすという事はありません。