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ファインセラミックス

高熱伝導 
窒化ケイ素セラミックス
(SN241O)

高熱伝導 窒化ケイ素セラミックス(SN241O)

窒化ケイ素は、耐熱衝撃性、耐食性に優れ、高温でも高い強度、破壊靭性を持つ優れたエンジニアリングセラミックスです。当社の窒化ケイ素は、独自のプロセス技術により、高い強度、熱伝導の特性を有しており、信頼性の高い構造体として広く使用されています。特に、高熱伝導 窒化ケイ素(SN241O)は、当社の従来材(SN240O)と比較して2倍の熱伝導率を有し、優れた耐熱衝撃性を有しています。これらの特性を活かし、溶融金属鋳造・鋼剤製造プロセスの部品や粉砕機部品・自動車部品など、幅広い業界での使用が期待されています。

※京セラ調べ(2022年7月25日現在)

特長

  • 高熱伝導率 54W/m・K当社従来材(SN240O)と比較して2倍の熱伝導率
  • 高耐熱衝撃性 Δt=900℃熱衝撃による破損リスクの低減
  • 溶融金属への高い耐食性溶融金属に対して反応性が低く(高耐食性)、濡れ性が悪い(付着しにくい)

熱伝導率比較

当社従来材及び他社構造部材向け窒化ケイ素材料との比較

 
当社従来材及び他社構造部材向け窒化ケイ素材料との比較

動画 -31秒-

加熱したホットプレートの上に同じ厚みの窒化ケイ素、さらにその上にロウソクを載せ、当社従来材(SN240O)と高熱伝導 窒化ケイ素(SN241O)の熱の伝わる速さ(熱伝導率)の違いを視覚化しました。
※試験条件によって結果は異なる場合があります

 

均熱性

同形状のSN240O及びSN241Oのプレート中心部に熱を加え、外縁部との温度差の、時間経過による変化をグラフに示しました。

■ 解析モデル
解析モデル

φ300mm,t10mmの初期温度20℃のプレートの中心φ50mmに100℃の温度を加えた際の伝熱解析を実施した。加熱面以外は遮熱とした。
※社内測定による代表値

 
中心部と外周部との温度差

SN241Oは、温度差10℃未満に到達するまでの時間が、SN240Oと比較して約半分。

特性データ比較

アルミナ、ジルコニア、当社従来材(SN240O)と高熱伝導 窒化ケイ素(SN241O)の主な特性比較

材質
材質記号
アルミナ ジルコニア 窒化ケイ素
AO480S Z201N SN241O SN240O
呈色 象牙色 乳白色 黒色 黒色
密度 g/cm3 3.9 6.0 3.2 3.3
機械的特性 ビッカース硬さ HV9.807N GPa 17.2 12.3 13.8 14.0
3点曲げ強さ MPa 480 1000 790 1,020
ヤング率 GPa 380 200 290 300
ポアソン比 - 0.23 0.31 0.28 0.28
破壊靭性(SEPB) MPa・m1/2 4.3 6 6-7 7
熱的特性 平均線膨張率 40~400℃ × 10-6/K 7.2 10.5 2.9 2.8
40~800℃ 8.0 11.0 3.5 3.3
熱伝導率 20℃ W/(m・K) 32 3 54 27
比熱容量 J/(g・K) 0.79 0.46 0.66 0.65
耐熱衝撃温度差(相対法、水中投下) 180 300 900 800

これらの値はテストピースの測定による参考値です。特性値は製品の形状や使用条件により異なる場合があります。

 

熱伝導率と耐熱衝撃温度差のグラフ

熱伝導率と耐熱衝撃温度差のグラフ

用途例

 

アルミ溶湯保持炉のヒーターチューブ(保護管)として採用されている事例

アルミ溶湯保持炉のヒーターチューブ(保護管)として採用されている事例
省エネルギー化

熱伝導率の高い窒化ケイ素 SN241O は、高熱効率を実現できます。
例えば、5ton のアルミ溶湯を730 ℃に維持しようとした場合、従来の窒化ケイ素 SN240O と比較して、ヒーターの温度設定を低くすることができ、使用エネルギーを削減できます。下表はご使用いただいた一例です。

材質 アルミ溶湯温度 ヒーターチューブ
内温度
Δt
窒化ケイ素
SN240O
730℃ 930℃ 200℃
高熱伝導 窒化ケイ素
SN241O
730℃ 880℃ 150℃

※ Δt = [ヒーターチューブ内温度] - [アルミ溶湯温度]

応用例

SN241Oは、上記の優れた熱伝導性に加えて、窒化ケイ素の耐熱衝撃性や高強度の特性を併せ持つ材料です。
これらの特性を活かして以下の用途への応用が期待されます。
※従来の構造部材向け窒化ケイ素材料との比較

  • 応用例1:
  • 加熱や冷却を繰り返す装置において、昇降温時間を短縮することで装置の稼働率を向上させる
  • 応用例2:
  • 均熱が取りやすくなることにより、熱源部の小型化や装置構造の簡素化が可能になる
  • 応用例3:
  • 粉砕装置において、熱を外部へ逃がしやすくすることで、ベッセル内部の温度上昇を抑える。これにより、温度変化が被粉砕物の品質に影響を与える場合に、その影響を低減することができる

高熱効率によるコスト削減、及び交換頻度削減、CO2削減によるサステナブルな事業推進をご検討の方など、是非お気軽にご相談ください。

本ページに記載の数値は全て社内測定による代表値であり、製品の仕様を保証する値ではありません。

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