炭化ケイ素(SiC)の製造工程 / 現地SiC製錬工場レポート1

SiC耐火物の原料となる炭化ケイ素(SiC)は人工的に作られる合成鉱物です。現在世界で使われるSiC原料のほとんどは中国で製造されており、4回に分けて現地SiC製錬工場の製造工程等を詳しく見てゆきます。

中国の北西部、甘粛(かんしゅく)省・蘭州市から高速道路で1時間弱走ったところにあるSiC製錬工場です。SiCは電気抵抗炉で製錬される為豊富な電力が必要ですが、この辺りは黄河上流域で水力発電があます。またSiCの元原料となるコークスと石英も近くで採れる為ここに工場が建設されました。SiC smelting company entrance 1SiC smelting company transformerこの地域はステップ気候のため植林した木以外は大きな樹木がない荒涼とした山岳地帯です。工場には独自の35,000KVA変電設備があります。

SiC smelting plant environmental slogan工場内にスローガンが掲載されている通り、近年の中国の環境保全政策は益々厳しさを増し、本工場も共産党の査察を定期的に受け訪問時も査察前で操業は停止しておりました。政府の環境保全政策の為、この辺りに10数年前までは20社ほどあったSiC製錬会社が今では3社しか残っていないとの事で、SiC原料高騰の最初の原因はここから来ている事が判ります。

工場の全景写真です。2007年に設立された工場で、年間SiC製錬能力は約20,000トンで規模的には中規模クラスですが、中国でも指折りの高品質SiCを供給できる工場です。社長は地元の有力共産党代表です。SiC smelting panorama次回はSiCの元原料について見てゆきます。

酸化物(SiO2/シリカ)結合SiC プレス成形品とその金型について

酸化物結合SiC耐火物はプレス成形で様々な形状が製作可能です。

SiC millston 2プレス成形品ですので最初に金型の製作が必要です。使用条件等を確認させて頂いた上で御注文数量が継続的にある程度見込める場合は、金型代をご負担頂いた上で初回は少量生産でも対応致します。一度製作頂いた金型は後の消耗による金型更新時でも費用はこちら側で負担致します(形状にもよりますが、一つの金型で1,000個以上はプレス打てます)。

尚、我々の特徴の一つとしては金型代が他と比べ安い点ですので、新規形状をご検討の企業様は是非一度お問い合わせ下さい。

酸化物(SiO2/シリカ)結合SiC プレス成形品複雑形状

SiC耐火物の中でも価格的に一番安価な種類は酸化物(SiO2/シリカ)結合SiCです。弊社販売のシリカ結合SiC耐火物は全てプレス成形品で、下の写真のような複雑形状でもプレス成形で作れます(写真は一つの同じ製品を上と下から撮った物です)。

heat treating tool Up&Down熱処理用の冶具でかなりヒートショックが厳しい(熱応力が高い)条件下での使用の為、割れ防止の目的でスリットが入っていたり、接地面積を少なくする形状にしたり工夫がされています。

尚、一般的にはプレス成形の方が鋳込み成形よりも使用するバインダーの量が少なくて済むので、「気孔率の低い=密度の高い」もの、即ち強度のあるものが作れます。

Re-SiC / R-SiC(再結晶SiC)小型るつぼ

Re-SiC(もしくはR-SiC)とはRe-crystallized SiCの略で=再結晶SiC。下の写真は小型の再結晶SiCるつぼでサイズはφ90(内径φ80) x h100mm / フタ付です。

RSiC small saggar真空雰囲気炉2,400℃以上で焼成して製造されるこの再結晶SiC耐火物の(大気雰囲気)最高使用温度は1,650℃と高いのが特徴で、SiC99%、気孔率約15%です。

各種SiC耐火物の比較は弊社の高機能SiC耐火物ページのテクニカルデータ表をご参照ください。

N-SiC(窒化物結合SiC)薄型支柱

N-SiCとはNitride bonded Silicon Carbideの略で=窒化物結合SiC。下の写真はN-SiC製の薄型支柱です。

NSiC Support

最高使用温度は1,450℃で、Si2N4が約25%入っており窒化物入りの為、耐酸化性能に優れ、耐火物の中でも比較的じん性があり割れ難いとされています。価格は酸化物結合SiCよりも高価ですが、迅速焼成をするヨーロッパ系の炉などでは比較的多く採用されている材質です。

各種SiC耐火物の比較は弊社の高機能SiC耐火物ページのテクニカルデータ表をご参照ください。

アルミナ棒・ロッド・パイプ

弊社はアルミナ(Al2O3)製の棒・ロッド・パイプも各種販売しております。

alumina rodアルミナの%は99.5%, 96%, 92%, 80%, 60%(ムライト)など様々な配合があり、押し出し成形でサイズも直径1mmレベルの物から供給可能です。外径の公差も研磨加工により±0.05mmも可能です(製品の外径によりますが)。アルミナ80%以上ですと1500℃以上でも使用可能です(アルミナ%が高くなるほど強度も強くなります)。

高温で金属では耐えられないパーツや冶具、絶縁が必要な部品等、用途は様々です。是非お問い合わせ下さい。

グラインダーでのSiC耐火物切断テスト

SiC(酸化物結合SiC)耐火物をグラインダーで切断できるかのテストを行いました。使用した刃は3種類で1)レンガ用、2)石材用、3)コンクリート・タイル用ダイアモンドホイールです。

1)レンガ用:当てたSiCの角が少し削れた程度で全く切れず。Cutting test by brick cutter

2)石材用:同じく当てたSiCの角が少し削れた程度で全く切れず。Cutting test by stone cutter

3)コンクリート・タイル用ダイアモンドホイール:少し食い込みましたがそれ以上は切れず。Cutting test by concrete & tile with diamond

1)レンガ用、2)石材用はSiC耐火物に当て続けると刃がみるみる減って行き、3)ダイヤモンドホイールもダイヤ砥粒が直ぐに無くなり進まなくなりました。

SiCは砥石の原料にもなっている位の硬い材質ですので加工は容易ではありません。弊社の場合SiC耐火物専用の丸鋸(まるのこ)をオーダーメイドで製作してもらい、それを湿式切断機に取り付け切断加工しております。

熱処理炉用SiC耐火物レール

下の写真は熱処理炉のSiC製レールの一例です。

Rail for heat treatmentRail for heat treatment2

弊社販売のSiC耐火物レールは鋳込み成形ではなくプレス成形品ですので、耐荷重・耐磨耗性にも優れています。複雑形状でもプレス成形で対応できるのが弊社の強みです。

SiC棚板破断面焼成テストの比較まとめ

過去3回にわたり比較試験してきたSiC棚板の破断面の焼成テストのまとめです。SiC cross section comparison 1

  • 上段左:新品を割った物=全体的に光沢有り
  • 上段右:800℃の素焼焼成に入れた物=SiC粗粒部に少しだけ光沢が残る
  • 下段左:1240℃酸化焼成に入れた物=完全につや消しマッド
  • 下段中:1300℃還元焼成(A製陶所)=SiC粗粒部が紫っぽく変色
  • 下段右:1300℃還元焼成(B製陶所)=SiC粗粒部が緑っぽく変色

この様に焼成雰囲気によってSiC棚板の破断面の見た目/状態が変化しますので、SiC棚板が割れた時の状況がこれらの情報を元にある程度推測できます。