(57)【要約】【課題】炭化珪素質熱交換器部品及び炭化珪素質熱交換器部品を製造するのに適した段ボール積層体、安価で耐熱衝撃性成形性が良好で、かつ微細な孔の炭化珪素質熱交換器部品並びに安価で耐熱衝撃性成形性が良好で、かつ微細な孔の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法を提供する。【解決手段】段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向が互い違いになるようにして複数積層してなる段ボール積層体、前記の段ボール積層体を骨格としたシリコン及び炭化珪素を含むものからなる炭化珪素質熱交換器部品並びに少なくとも下記の工程からなることを特徴とする請求項３の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法。（ａ）段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向が互い違いにしながら糊付けして複数積層する工程。（ｂ）該段ボール積層体にシリコン及び熱硬化性樹脂を含むスラリーを付着させる工程。（ｃ）熱硬化性樹脂及びと該段ボールを炭化する工程。（ｄ）シリコンと炭素とを反応させる工程。（ｅ）シリコンを溶融含浸する工程。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向が互い違いになるようにして複数積層してなる段ボール積層体。
【請求項２】
段ボールと段ボールとの間に紙を挟んでなる請求項１記載の段ボール積層体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の段ボール積層体を骨格としたシリコン及び炭化珪素を含むものからなる炭化珪素質熱交換器部品
【請求項４】
少なくとも下記の工程からなることを特徴とする請求項３の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法。
（ａ）段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向を互い違いにしながら糊付けして複数積層して段ボール積層体を作製する工程。
（ｂ）該段ボール積層体にシリコン及び熱硬化性樹脂を含むスラリーを付着させる工程。
（ｃ）熱硬化性樹脂及び該段ボールを炭化する工程。
（ｄ）シリコンと炭素とを反応させる工程。
（ｅ）シリコンを溶融含浸する工程。
【請求項５】
段ボールと段ボールとの間に紙を挟んでなる請求項４記載の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、段ボール積層体及びこれを用いて自動車、化学プラント等に使用する炭化珪素質熱交換器部品並びに炭化珪素質熱交換器部品の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素質熱交換器部品には、通常焼結炭化珪素が使用され、構造的にはブロック型や塔管式が用いられている。
【０００３】
このうち、ブロック式は、立方体、直方体又は円柱状の炭化珪素ブロックに互いに直行する孔を空けたものである。
一方、塔管式は、２枚の円盤状の孔空きブロックからなる管板をパイプでつないだものである。
【０００４】
しかしながら、ブロック式によるものは、直径が１ｍｍで長さが１００ｍｍの細くて長い孔は空け難いという問題がある。
また、塔管式によるものは、内径が１ｍｍで長さが１００ｍｍの細くて長いパイプの製造や多数の細いパイプを狭い間隔で管板に接合することは困難であるという問題がある。
【０００５】
上記の問題を解決するものとして、押出し成形で方向層の成形体を作製し、それらをセラミックセメントで接着して焼成し、接合するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、押出し成形でハニカム状の成形体を成形し、焼成するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５１４７８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０７０７２号公報
【０００７】
しかし、前者に示すものでは、炭化珪素を用いた場合、方向層の成形体の接合が上手くいかないという問題があり、また後者に示すものでは、一方向の流路に二流体を流す方式のため、特に高温では隣り合う二流体を分離することが困難な問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１及び２記載の発明は、炭化珪素質熱交換器部品及び炭化珪素質熱交換器部品を製造するのに適した段ボール積層体を提供するものである。
請求項３記載の発明は、安価で耐熱衝撃性が良好で、かつ微細な孔の炭化珪素質熱交換器部品を提供するものである。
請求項４及び５記載の発明は、安価で耐熱衝撃性が良好で、かつ微細な孔の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向が互い違いになるようにして複数積層してなる段ボール積層体に関する。
また、本発明は、段ボールと段ボールとの間に紙を挟んでなる前記の段ボール積層体に関する。
また、本発明は、前記の段ボール積層体を骨格としたシリコン及び炭化珪素を含むものからなる炭化珪素質熱交換器部品に関する。
【００１０】
また、本発明は、少なくとも下記の工程からなることを特徴とする炭化珪素質熱交換器部品の製造方法に関する。
（ａ）段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向を互い違いにしながら糊付けして複数積層して段ボール積層体を作製する工程。
（ｂ）該段ボール積層体にシリコン及び熱硬化性樹脂を含むスラリーを付着させる工程。
（ｃ）熱硬化性樹脂及び該段ボールを炭化する工程。
（ｄ）シリコンと炭素とを反応させる工程。
（ｅ）シリコンを溶融含浸する工程。
【００１１】
さらに、本発明は、段ボールと段ボールとの間に紙を挟んでなる前記の炭化珪素質熱交換器部品の製造方法に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明になる炭化珪素質熱交換器部品は、段ボールを同一方向に横に９０度ずつ回転させ、該段ボールの波形部の方向が互い違いにしながら複数積層した段ボール積層体を用いるので、２方向の直角に流体を流すことができる。また段ボールの厚さや段数により１ｍｍ以下のものから５ｍｍまでの流路を形成することができる。なお、流路の大きさは使用条件に合わせて、選定することができる。
【００１３】
本発明において、段ボールとはＪＩＳやそれ以外のマイクロフルートといった紙器も使用できる。材質的にはバージンパルプが好ましいが、再生紙も使用できる。段ボールは適当な大きさに切断し、波形部の方向が互い違いになるように同一方向に横に９０度ずつ回転させて積層する。積層するのに用いる接着糊は、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のように通常使用するものでよい。本発明で用いられる段ボールは、両面段ボール、片面ボールの何れでもよい。
【００１４】
本発明に使用されるシリコン（以下Ｓｉとする）は金属シリコンと呼ばれるもので、特に制限はないが、不純物が少なく、粒径が小さいほど好ましい。熱硬化性樹脂は炭化することが可能なものであれば特に制限はないが、ある程度炭化率の大きいものが有利であり、このような樹脂としはては、フェノール樹脂、フラン樹脂等が好ましい。
【００１５】
Ｓｉと熱硬化性樹脂の比率、詳しくはＳｉと熱硬化性樹脂を炭化させた後の炭素（Ｃ）が、モル比でＳｉ／Ｃが０．１〜１．０であることが好ましく、０．５〜０．８の範囲がさらに好ましい。スラリー化は水や有機溶剤を加えてボールミルなどで混合することで達成される。
【００１６】
炭化珪素質熱交換器部品は、段ボール積層体にＳｉと熱硬化性樹脂のスラリーを付着した後、室温から１５０℃前後の温度で加熱して硬化させる。次に、不活性ガス雰囲気中で焼成して熱硬化性樹脂を炭化し、さらに真空又は不活性ガス雰囲気中で１３５０℃前後の温度、好ましくは１４００〜１５００℃の温度でＳｉと炭素を反応させて炭化珪素と炭素の混合物とする。その後真空中においてＳｉの融点以上の温度でシリコンを溶融含浸させることによって得られる。
【００１７】
なお、熱硬化性樹脂を炭化させる温度は、９００〜１３５０℃が好ましく、９００〜１０００℃がさらに好ましい。またシリコンを溶融含浸させる温度は、１４３０〜１８００℃が好ましく、１４３０〜１５００℃がさらに好ましい。シリコンの融点は１４１４℃である。
本発明において、不活性雰囲気とするには、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン等のガスを用いればよい。
【００１８】
実際に本発明によって得られる炭化珪素質熱交換器部品を熱交換器として使用する場合は、さらに立方体や円柱状に加工し、ハウジングに入れる必要がある。
本発明によって得られる炭化珪素質熱交換器部品は、熱交換部分のみであるため、ハウジングを形成することが必要である。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されない。
実施例１
厚さが１．５ｍｍで段数が３０ｃｍ当り９５の両面段ボール（上下面の紙の厚さ０．２ｍｍ）を１００ｍｍ角に８４枚切断し、該段ボールを９０度ずつ回転させて該段ボールの波形部の方向を互い違いにしながらＰＶＡ系の糊で接着し、１００ｍｍ角の立方体形状の段ボール積層体を得た。
【００２０】
次に、熱硬化性樹脂として炭化後炭素となるノボラックフェノール樹脂を使用し、かつ炭素：金属Ｓｉの比率が原子比で５対４になる量のノボラックフェノール樹脂と平均粒径が２μｍの金属Ｓｉを配合し、ボールミルで１日間混合してスラリーを調整した。このスラリーを上記で得た段ボール積層体に含浸し、乾燥させた。
【００２１】
この後、スラリー含浸段ボール積層体をアルゴン雰囲気中で１０００℃の温度で１時間焼成してノボラックフェノール樹脂を炭化させた。さらに真空中で１４５０℃の温度で炭化珪素を生成させると同時に１４５０℃の温度でシリコン（融点１４１４℃）を溶融含浸し、９０ｍｍ角の炭化珪素質熱交換器部品を得た。この炭化珪素質熱交換器部品の流路の大きさは１ｍｍであった。またこの炭化珪素質熱交換器部品は１０００℃から室温の水中に投下してもクラックは認められなかった。
【００２２】
比較例１
平均粒径が０．６μｍのα−炭化珪素粉９６．５重量％、平均粒径が１μｍの炭化ホウ素粉０．５重量％、カーボンブラック２重量％及びＰＶＡ水溶液を固形分として１重量％に上記粉末と同量の水を加えてボールミルで混合後、スプレードライヤで造粒し、ラバープレスで１２０ｍｍ角の立方体を成形した。
【００２３】
次に、上記で得た立方体を１０５ｍｍ角に加工し、周囲を最低１０ｍｍ残し、Ｘ方向に１０ｍｍ間隔、Ｙ方向に１５ｍｍの間隔であけて、１側面に外径が５ｍｍの孔（貫通孔）を空けた。さらに９０度隣の側面に先の側面の１５ｍｍ間隔で貫通孔を空けた間にＸ方向には１０ｍｍ間隔、Ｙ方向には１５ｍｍの間隔で互いに直行する孔（貫通孔）を互いにぶつからないように空けた。
【００２４】
その後、アルゴン雰囲気中で２２００℃までゆっくり焼成し、９０ｍｍ角の炭化珪素製熱交換器部品を得た。この炭化珪素製熱交換器部品は１０００℃から室温の水中に投下するとクラックが多数発生した。また、外径１ｍｍ程度のドリルは長さが短く、貫通孔を空けることができなかった。
【００２５】
実施例２
実施例１で段ボールを積層するときに、段ボールと段ボール間に厚さ２００μｍの紙を１枚接着して挟んだ以外は実施例１と同様の工程を経て炭化珪素質熱交換器部品を得た。
この炭化珪素質熱交換器部品は、耐熱衝撃性は実施例１とほぼ同等で、強度が実施例１で得た炭化珪素質熱交換器部品の約１．５倍に向上した。
【００２６】
実施例３
厚さが５ｍｍで段数が３０ｃｍ当り３４の両面ボールを用いた以外は実施例１と同様の工程を経て炭化珪素質熱交換器部品を得た。流路の大きさは４ｍｍであった。この炭化珪素質熱交換器部品は１０００℃から室温の水中に投下してもクラックは認められなかった。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の段ボール積層体は、炭化珪素質熱交換器部品及び炭化珪素質熱交換器部品を製造するのに好適な材料である。
請求項３記載の炭化珪素質熱交換器部品は、安価で耐熱衝撃性が良好で、かつ微細な孔を容易に得ることができ、各種用途の熱交換器部品に好適である。
請求項４及び５記載の方法により得られる炭化珪素質熱交換器部品は、安価で耐熱衝撃性が良好で、かつ微細な孔を容易に得ることができる、各種用途の熱交換器部品に好適である。