記事ナビゲーション
- 炭化ケイ素製キルン家具の紹介
- ボンディング法による分類
- 主要製品の種類と仕様
- 技術的パフォーマンス指標
- 業界を超えたアプリケーション
- インストールとメンテナンスのガイドライン
- ケーススタディと業界動向
1.炭化ケイ素キルン家具の紹介
炭化ケイ素(SiC)製キルンファニチャーは、高温工業プロセスにおいて重要な部品であり、比類のない熱安定性、機械的強度、耐食性を提供します。セラミック、冶金、再生可能エネルギーの分野で広く使用されているSiC製キルンファーニチャーには、サガー、バットプレート、バーナーノズル、ビーム、ローラーなどがあります。このガイドでは、SiCキルンファニチャーの タイプ, 技術仕様そして アプリケーション業界標準や先進的な製造方法から得た知見を活用する。
2.ボンディング法による分類
SiC窯道具は、性能とコストに直接影響する接合技術に基づいて分類される。
| ボンディング・タイプ | 主な特徴 | 最高使用温度 (°C) | 一般製品 |
|---|---|---|---|
| クレイボンド | 低コスト、シンプルな製造、高温での強度には限界がある。 | 1400-1500 | サガー、バットプレート |
| 酸化物結合 | Al₂O₃/SiO₂バインダー；耐熱衝撃性向上 | 1600 | 窯の梁、柱 |
| ニトリド結合 | Si₃N₄結合；高い機械的強度、繰り返し加熱に最適 | 1600-1800 | バーナーノズル、ローラー |
| 再結晶（RBSiC） | 純SiC；超高密度、粘土結合の10～20倍の強度 | 2200-2500 | 高性能サガー、チューブ |
3.主な製品の種類と仕様
3.1 炭化ケイ素サガー（RBSiC/SiSiC）
- 機能:焼結中のセラミック/金属を保護する。
- スペック:
- Al₂O₃含有：<1%（高純度RBSiC）。
- 密度：≥2.6 g/cm³.
- 熱伝導率：40～120W/m・K。
- アプリケーション:電池正極焼結（Li-ion）、精密セラミックス。
3.2 炭化ケイ素バットプレート
- デザイン:陶磁器を重ねるための平皿。
- メリット:
- 表面平滑性：製品の付着を最小限に抑える。
- 耐熱衝撃性：300℃/時間の温度変化に耐える。
- グレード:RBSiC（高負荷）、SiSiC（コストパフォーマンス）。
3.3 炭化ケイ素バーナーノズル
- パフォーマンス:
- 耐酸化性：1600℃の酸化性雰囲気でも安定。
- 耐食性：石炭/バイオマス燃焼システムに最適。
- カスタマイズ:均一な火炎分布のための多穴設計で利用可能。
3.4 構造部品（梁、柱、ローラー）
- ビーム:
- 耐荷重：1.5～3トン/m²（ニトリド結合）。
- 用途キルンカーデッキ、炉サポート
- ローラー:
- 真円度公差：±0.1mm（ガラス焼き戻しライン用）。
4.技術的パフォーマンス指標
| パラメータ | 試験基準 | RBSiCレンジ | SiSiCレンジ |
|---|---|---|---|
| 多孔性 | ASTM C20 | 15-20% | 10-15% |
| 冷間破砕強度 | ASTM C133 | 150-250 MPa | 80-150 MPa |
| 熱膨張 | ASTM E228 | 4.5×10-⁶/°C(rt-1000°C) | 4.3×10-⁶/°C |
| 熱伝導率 | ASTM C201 | 100-120 W/m-K | 40-60 W/m-K |
5.業界を超えたアプリケーション
5.1 セラミックス製造
- 役割:軽量SiCセッターにより、キルンのエネルギー消費量を30%削減。
- ケース:衛生陶器製造におけるアルミナトレーのSiSiCバットプレートへの置き換え。
5.2 再生可能エネルギー
- ソーラー/PV:シリコンウェハーアニール用SiCローラー。
- バッテリー:リチウム正極焼結用RBSiCサガー（1600℃）。
5.3 冶金・化学
- 炉内ライニング:アルミニウム製錬所における窒化物結合梁。
- 熱交換器:腐食性ガス冷却用SiCチューブ。
6.インストールとメンテナンスのガイドライン
- インストール:
- SiC同士の接触摩耗を防ぐため、グラファイトベースのスペーサーを使用する。
- 梁には2～3mmのエキスパンション・ギャップを設ける。
- メンテナンス:
- 圧縮空気で洗浄する。熱衝撃を防ぐため、水は避ける。
- 50回加熱するごとに亀裂がないか点検する。
7.ケーススタディと業界動向
7.1 ケース：EV用バッテリー生産における高性能サガー
- チャレンジ:アルミナ製匣鉢の1500℃での頻繁な破損。
- ソリューション:SiC含有量99%のRBSiCサガー。
- 結果:寿命が50サイクルから200サイクルに延長。
7.2 新たなトレンド
- 需要急増:SiC半導体製造におけるSiCキルン家具（2025-2030年）。
- 持続可能性:使用済みSiC部品を研磨材にリサイクル。
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