投稿者: suga

セラミック製品の焼成で一般的によく使われている酸化物結合SiC棚板（カーボランダム棚板）の割れの原因とスリット（切込）について説明致します。

SiC棚板にはこの様にスリットが入っているものが多いですが、これは炉の中で板の温度が上昇/降下する際に発生する歪を吸収する為にあります。

炉の温度が上がって行く時、中に入っている棚板は端の方から徐々に温度が上がってゆきます。また炉の温度が下がって行く時は逆に端の方から温度が下がって行き、棚板の中心部分は中々温度が下がりません。

どの物質でも同じですが、温度が高くなると物は膨張し、低くなると収縮します。一枚のSiC棚板の中で端と中心に温度差が出来た時、すなわち膨張・収縮率の差で歪が生まれそれが板が割れる原因となります（端の温度が早く下がる＝端だけが早く収縮しようとします）。

一般的には特に温度が降下する時（約800℃～300℃の間）に板の中に温度差が生まれやすく、割れやすいとされています（冷め割れ）。その歪を吸収して板が割れるのを防ぐためにスリット（切込）が施されております。木材の柱等で（湿度による）膨張・収縮によって折れるのを防ぐために入っている切込と同じ原理です。

因みに「スリットの根元からクラックが入っている場合がほとんどなので、スリットは無い方が丈夫なのでは？」という声をよく聞きますが、歪を吸収しているのがスリットですので、スリット根元からクラックが入るというのはごく自然な事で、スリットが無い板ではもっと早くから真っ二つに割れていると思われます。スリット無のSiC棚板が割れる場合は下の写真の様に真ん中から割れる場合がほとんどで、これは端の温度と一番温度差があるのが中心部分という事によるものと考えられます。

•  焼成サイクル（炉に入れてから出すまで）が短く、焼成カーブが急な場合
• 棚組において棚板と棚板のスペースが狭く板の中心部分に熱がこもり易い場合
• 板の中心部分に温度の下がり難い重量物を置いて焼成する場合

も1枚のSiC棚板の中で温度差が生まれやすく、板が割れやすいという事になります。

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反応焼結Si-SiC

金属シリコンSiを含浸させる事により気孔を埋め作られたSi-SiCは緻密体であり、他のSiC耐火物に比べても更に高強度・高熱伝導・高耐酸化・高耐磨耗という性質を持っています。一般の酸化物結合SiCに比べ機械的強度は約5倍、熱伝導率は約2倍あります。またSiC耐火物の最大の弱点である酸化による劣化もほとんど無く、一般的に3000～4000サイクルの焼成に耐えられると言われております。これらの特性を生かし例えば下記の様な用途で使用されます。

• 焼成台車のストラクチャービームや支柱
• ローラーハース焼成炉のローラー
• ラジアントチューブバーナー
• バーナーノズル
• 配管の耐磨耗用ライニング

尚、使用温度が1,350℃を超えると金属シリコンSiが溶け出してしまいますので1,350℃以上の条件には使用できません。また鋳込み成型品ですので厚み5～12mmまでの均一の厚さの形状しか作ることができず、強い衝撃に対しては比較的割れ易いのでハンドリングには注意が必要です。

具体的なデータは大幸セラミックホームページ中の高機能SiC耐火物ページをご参照下さい。お問い合わせ時には形状、用途、使用条件、必要数量等をご連絡下さい。

SiC（カーボランダム)棚板・ストラクチャーパイプ・キャップなどのSiC耐火物は一般的には使用を重ねると少しずつ膨張してゆきますが、これはSiCが酸化されてゆく為です。SiCが酸化されると膨張・劣化し、その結果曲がりやクラックが発生します。SiC耐火物の性能は正にこの「酸化され易いかされ難いか」によって左右されると言っても過言ではありません。他社製品の中にはこの膨張・劣化の激しいものもありますので注意が必要です。

他社製酸化物結合SiCキャップの劣化の例
上の写真は他社製酸化物結合SiCキャップの新品時の状態とサイズで、直径は10cm。

それの使用後の写真が下記です。変化した点は

• 直径が10.3cmちょっとにまで膨張
• 色が白っぽく変化
• 手で触っても表面がボロボロ取れるくらいに劣化

新品時の見た目、重量とも当社品とあまり変わりは無いのですが、使用を繰り返した後の劣化具合は全く異なります。当社酸化物結合SiC製品ではこの様な事はなく、これは「酸化され難さ」という性能の差によるもので、酸化雰囲気の焼成では特に差が出ます。現在御使用のSiC耐火物の劣化が早いと思われる方は一度弊社へご相談下さい。