一般的なプレス成型品の酸化物結合SiC耐火物の良し悪しの基準の一つに充填密度の差があります。下の写真は当社と他社のSiC耐火物ですが、外観でも右側の他社品は少し締まっていない感じがします。それぞれを切断し断面を比較した物が下の写真です。切断面を見て判る通り内部には更に差が有り、右の他社品はSiC原料がしっかり充填できていない箇所が多々有ります。切断時も他社SiCは簡単に切れ、金づちで叩いても他社SiCは比較的すぐに割れました。充填密度が低いと機械的強度が弱いのはもちろんですが、SiC耐火物の寿命に最も影響する耐酸化性能も悪く、空隙から内部にまで酸素が入り酸化されやすく、SiCの劣化が早いです。表面状態比較分析2シビアな製品を焼成する場合に、載せる製品と棚板との接触具合が違ったり、表面粗さが違うと製品に影響が出る可能性も考えられますので、その点を検証する為再結晶SiCの見た目の違う部分の表面状態を比較分析しました。強いオモテ・キラキラの弱いウラを各10か所測定し、分布を表示したのが下のグラフです。213この結果を見ると、再結晶SiCのキラキラの強いオモテ面は表面の凹凸の山の頂点密度が低く(山の数が少なく)、山の頂点は比較すると尖がっていないという事になります。粗さでよく使われるパラメーターであるRaはほぼ同じでした。製品がそれぞれの上に載った時にどちらが接触面積が大きいかは一概には言えません。表面の山の数と山の鋭さは違いますが、それらがセラミックス製品焼成時の収縮に影響するのかしないのかも実際の製品でテストするのが良いかと思います。表面状態比較分析1再結晶SiC耐火物でキラキラの反射が強いオモテ面(左)と弱いウラ面(右)との表面状態を比較分析しました。下の画像は光学顕微鏡での見た目と、レーザー顕微鏡によるマッピングで高低差を表しています。拡大すると、キラキラの強いオモテ面の方が結晶粒が大きく、結晶粒の形状が整い平面部が形成されているのが判ります。強い理由はこの結晶粒が大きく、平面部が広い整った形状がより光を多く反射する為です。見た目の違うこれらの2つの再結晶SiCの表面粗さや表面状態の更に詳しい比較分析は次回の記事にて。SiC耐火物の表面見た目の違い同じ再結晶SiCでも、物によって、オモテ・ウラによって、または同じ物の同じ面でも表面の見た目に違いがあったりします。下の二つの再結晶SiC製トレーは元は同じ配合の物です。写真では中々うまく現物の感じを映し出せないですが、左の物の方が、蛍光灯の下などで見るとキラキラが多く強く反射します(太陽光の下では蛍光灯の下ほどではないですが)。触った感じもキラキラした部分の方が少しだけざらざらしている感じもしますが、見た目ほどの差は感じられません。この差ができる原因は成型時のSiC原料の粒度の偏りではなく、製造時の焼成によるものです。製品との兼ね合い等で、焼き上がりの再結晶SiC耐火物の表面見た目が変わったりしますが、では結晶粒が成長するとどういう理屈でキラキラが多く強く見えるのか?の詳細分析は次回の記事にて。使用中の炉内でSiC棚板が割れる原因は熱衝撃(ヒートショック)がほとんどですが、機械的衝撃で割れた場合はその破断面、割れ方に特徴があります。下の写真は機械的衝撃で割れたSiC棚板です。割れ目が二股になっており、また割れ目が熱衝撃による割れの場合よりも少し直線的だったり、カクっと折れ曲がっていたりします。破断面も熱衝撃による割れの場合よりも凸凹していたりもします(常温で割れた破断面は当然キラキラしています)。下の写真はまた別のSiC棚板ですが、機械的衝撃が原因の場合は割れ目のラインがギザギザしている場合があります(熱衝撃が原因の場合は割れ目はもっと滑らかな曲線を描きます)。炉に入れる前に機械的衝撃を与えてしまったが完全には割れずに、クラックに気付かずにそのまま炉に入れて焼成過程の熱による膨張収縮の応力を受けて初めてその前に入っていたクラックから完全にSiC棚板が割れるという場合もあります。宜しければ、同様の過去の記事「SiCプレートの割れ方の違いとその原因」もご参照ください。回の記事で、SiC棚板の破断面で、「光沢状態=降温時の割れ」「艶消し状態=昇温時の割れ」とご説明しました。下の写真はSiC棚板破断面で光沢と艶消しが混在している珍しいパターンです。破断面の左と右は艶消しになっていますが、破断面中心付近はSiC粒の光沢が残っています。これは、最初に棚板の端の方からクラックが入り、最後に残った中心部が降温時に割れたという事が見て取れます。ヒートカーブ中の昇温時に棚板の端が割れて艶消しになったのか、それとも降温時にクラック入ったのが、そのまま次また焼成されてヒートカーブの700~1000°C弱を通過し艶消しになったのかはこの写真だけでは判断できません。SiC耐火物技術情報SiC棚板破断面の光沢具合と割れたタイミング前回の記事でご説明した通り、ヒートショックでSiC棚板が割れやすい温度帯は約300~900°Cくらいです。炉内温度が約700~1000°C弱は一番酸化されやすい温度帯です。これらの要素を元にSiC棚板破断面の光沢具合によってヒートカーブ中のどのタイミングで棚板が割れたかをある程度推測する事は可能です。下の写真は降温時に割れたと思われるSiC棚板です。破断面は酸化されておらずキラキラしたSiC粒の光沢が残っています(破断面が酸化されると艶消しになります)。ヒートカーブにおいて、割れた後に酸化されやすい700~1000°C弱を通過していない為です。下の写真は昇温時に割れた可能性の高いSiC棚板です。破断面が酸化されSiC粒の光沢がほぼ無くなり艶消しになっています。ヒートカーブにおいて、割れた後に酸化されやすい700~1000°C弱を通過した為です。厳密に言うと、降温時の800°C付近で割れると破断面はそれなりに艶消しになり(若干艶消し具合は弱めですが)、また、降温時にクラックが入っても再度炉に投入され酸化されやすい700~1000°C弱を一度通過すると破断面は艶消しになります。若干判断が難しいケースもありますが、SiC棚板破断面の光沢具合でおおよその割れたタイミングは推測できます。棚板・セッターの割れやすい温度帯SiC棚板やアルミナセッター等の耐火物が炉内で割れる原因のほとんどがヒートショックですが、実は割れやすい温度帯と割れにくい温度帯があります。下の図はセラミックス焼成のヒートカーブ(焼成曲線)の一例です。図中の記載の通り約300°C~900°Cくらいまでの温度帯で急激な温度変化が耐火物に対して起こると、ヒートショックによる割れが発生しやすいです。約900°Cから上はSiC棚板でもアルミナセッターでも赤熱してくる温度であり、赤熱状態の高温度帯では多少急激な温度変化が有っても割れにくいです。以前の記事で記載した通り、炉内温度が上がる時に割れるのを「昇温割れ」、炉内温度が下がる時に割れるのを「降温割れ・冷め割れ」と言いますが、どちらも割れやすい温度帯は同じです。冷め割れでの棚板の割れが多いという場合は、例えば炉の扉を開けるタイミングを炉内温度が200~300°C未満になってからにすると改善するケースが結構あります。降温割れ(冷め割れ)前回記事の昇温割れは炉内温度が上がる過程でのヒートショックによるセッター・棚板の割れでしたが、逆に炉内温度が下がる過程でのヒートショックによる割れもあり、降温割れ・冷め割れと言います(どちらかというとこのケースの方が多い感じです)。下の写真はSiC棚板の降温時のヒートショックによる割れの例です。縁が先に温度が下がり収縮し出しますが、中心部はまだ温度が上がったままで膨張している為、縁が収縮しようとしても収縮しきれずに、膨張した中心部に向かって裂けてクラックが入った状態です。このケースの場合はほぼ辺の中心から棚板の中心に向かってクラックが入ります。棚板の中心部だけに重量物(=蓄熱しやすい物)を載せている場合は、ただでさえ棚板の中心の温度は下がりにくいところに更に積載製品から棚板中心に熱を与え続ける事になり、縁と中心の温度差が大きくなり、降温割れ・冷め割れが起きやすくなります。SiC耐火物技術情報Si-SiC製積み上げ式丸支柱SiCビーム用のSi-SiC製積み上げ式丸支柱です。ムライト質での同形状丸支柱からのグレードアップ版です。それぞれの組み合わせも可能です(下の写真は大2個+小1個で組み合わせの関係で高さは320mmになります)。ムライト製に比べ、肉薄にできるので軽量になり、材質的な比熱も低く、炉の燃費の改善になるのと同時に、ムライト製では長年の使用やハンドリングで角の欠けが発生したりしますが、Si-SiC製の場合ですとそれは各段におきにくくなります。