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JPH06256077A - Mhd発電機用絶縁体 - Google Patents

Mhd発電機用絶縁体

Info

Publication number
JPH06256077A
JPH06256077A JP5042712A JP4271293A JPH06256077A JP H06256077 A JPH06256077 A JP H06256077A JP 5042712 A JP5042712 A JP 5042712A JP 4271293 A JP4271293 A JP 4271293A JP H06256077 A JPH06256077 A JP H06256077A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boron nitride
insulator
thin film
mhd generator
sintered body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5042712A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Abe
豊 阿部
Takashi Sasaki
高士 佐々木
Noboru Amiji
登 網治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5042712A priority Critical patent/JPH06256077A/ja
Publication of JPH06256077A publication Critical patent/JPH06256077A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁性、気密性および耐食性など絶縁体として
の機能を損うことなく、短時間で安価に製造することが
でき、量産性に優れたMHD発電機用絶縁体を提供す
る。 【構成】窒化ほう素焼結体13または窒化ほう素成形体
15の表面に高純度窒化ほう素から成る緻密な薄膜14
を一体に形成したことを特徴とする。また薄膜は化学的
蒸着法(CVD法)または物理的蒸着法(PVD法)に
よって形成することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMHD発電機用絶縁体に
係り、特に製造工程が簡素であり、短時間で安価に製造
することが可能なMHD発電機用絶縁体に関する。
【0002】
【従来の技術】電気伝導性を有する作動流体を磁場と直
角方向に流すと電流が発生するというファラデーの法則
を利用して直接発電を行うMHD発電機の実用化試験が
進められている。
【0003】図2および図3はそれぞれMHD発電機の
構成を示す断面図および平面図である。このMHD発電
機は、混合作動ガス1を導入するセンターコーン2と、
混合作動ガス1の流路をはさみ、陽極用絶縁板3を介し
て対向するように配置された陽極4と、この陽極4より
下流側において陽陰極間絶縁板5を介して対向配置され
た陰極6と、エンドプレート7と、ウエッジ8と、混合
作動ガス1の流路を制御する流路制御筒9と、流路制御
筒9の二次側に配設されたディフューザー10と、混合
作動ガス1の流路に対向配置された磁石11とから構成
される。
【0004】上記のMHD発電機を運転する場合には、
作動流体としての希ガス(ArまたはHe)を高温(約
2000℃)に加熱し、その希ガス中にプラズマを形成
させるためにシード(KまたはCs等のアルカリ金属)
を微少量添加し、その混合希ガスをMHD発電機に流入
させる。その際、MHD発電機は、強磁場中に設置され
ているため、その磁場中をプラズマが移動する際にファ
ラデーの法則により発電が行われる。
【0005】上記MHD発電機には、混合希ガスの流路
において発電された電力を外部に引き出すための陽極4
および陰極6が絶縁板3,5によって絶縁されて設置さ
れている。この絶縁部は、数1000vの絶縁特性を高
温度(約2000℃)で維持し、かつ、薄い濃度ではあ
るがアルカリ雰囲気に保つ必要がある。また、部分的に
は、電気衝撃(アーク現象)も発生するため、絶縁部を
構成する絶縁板の素材としては一般にセラミックスが適
用されてきた。そのセラミックスとしては、従来は、高
温時の絶縁特性に優れた窒化けい素(Si3 4 )焼結
体や、窒化ほう素(BN)焼結体が使用されている。
【0006】しかしながら、窒化けい素(Si3 4
焼結体製の絶縁板については、耐アーク性が低下し易
く、特にアーク発生場所における急激な温度上昇によ
り、絶縁板の溶融が起き易く、また溶融した部分とアル
カリとが化合物を形成して腐食する等の問題が発生して
いた。
【0007】一方、窒化ほう素(BN)自体は、高温に
おける絶縁性が高く、かつアークに対する強度も高い絶
縁板を形成するために好適なセラミックス材料ではある
が、非常に焼結し難い難焼結材料であるため、焼結体を
製造する場合には窒化ほう素原料粉末中に焼結促進助剤
としての酸化ほう素(B2 3 )を混入させた原料粉末
を焼結して形成されている。この窒化ほう素(BN)焼
結体製絶縁板においては、焼結促進助剤である酸化ほう
素(B2 3 )の介在により、混合希ガス中のアルカリ
成分と化合し、例えばK2 4 7 等の反応生成物を形
成し、絶縁板の損傷や変質が顕著になる問題点があっ
た。
【0008】上記問題点を解決する手段として、不純物
の混入を防止する容器内に高純度窒化ほう素原料粉末を
真空封入し、この容器を高温等方静水圧加圧(HIP)
処理して窒化ほう素焼結体を製造した後に、容器を除去
して絶縁板を形成する方法も採用されている。
【0009】上記製法によれば、焼結促進助剤である酸
化ほう素(B2 3 )を用いることなく、また不純物の
混入がない高純度の窒化ほう素焼結体で形成した絶縁板
が得られる。したがって焼結助剤や不純物とアルカリ成
分との反応による腐食、損傷、変質等の不具合が起こら
ず耐久性に優れたMHD発電機用絶縁体が得られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の、熱間静水圧加圧焼結法により製造された窒化ほう素
焼結体から成るMHD発電機用絶縁体は、高純度窒化ほ
う素原料粉末を容器に真空封入し、この容器ごと高温高
圧にて等方的に加圧焼結し、しかる後に容器を除去する
という複雑な工程を経て製造される。従って製造設備が
大掛りになるとともに製造工数が大幅に増加し製造コス
トの上昇によって量産性が低下する問題点があった。
【0011】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、絶縁性、気密性および耐食性など絶縁
体としての機能を損うことなく、短時間で安価に製造す
ることができ、量産性に優れたMHD発電機用絶縁体を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、窒化ほ
う素原料粉末を熱間加圧焼結することにより、従来より
焼結助剤の添加量を低減した場合においても緻密で高純
度の窒化ほう素焼結体が得られるという知見を得た。ま
た化学的蒸着法(CVD法)または物理的蒸着法(PV
D法)によって形成される窒化ほう素薄膜が高純度かつ
緻密であることに着目した。そしてこの薄膜を窒化ほう
素焼結体または窒化ほう素成形体の表面に形成すること
により、絶縁性、気密性および耐食性を損うことなく、
短時間内に安価にMHD発電機用絶縁体を製造できると
いう知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成され
たものである。
【0013】すなわち本発明に係るMHD発電機用絶縁
体は、窒化ほう素焼結体表面に高純度窒化ほう素から成
る緻密な薄膜を一体に形成したことを特徴とする。
【0014】また他の態様として、窒化ほう素成形体表
面に高純度窒化ほう素から成る緻密な薄膜を一体に形成
したことを特徴とする。
【0015】さらに薄膜は化学的蒸着法(CVD法)ま
たは物理的蒸着法(PVD法)によって形成するとよ
い。
【0016】ここで上記窒化ほう素焼結体は、平均粒径
50μm以下の窒化ほう素原料粉末に焼結助剤としての
2 3 を1〜5重量%添加した原料混合体を焼結用型
に充填し、温度1800〜2400℃で圧力200〜2
000kg/cm2 で熱間加圧焼結して形成される。また上
記窒化けい素成形体は、上記窒化ほう素原料粉末を金型
プレス等によって所定形状に成形し、必要に応じて得ら
れた成形体をさらに500〜2500kg/cm2 の圧力で
冷間静水圧プレス(CIP)処理して製造される。
【0017】また上記窒化ほう素焼結体または窒化ほう
素成形体の表面に一体に形成される薄膜は、焼結体また
は成形体内部を混合希ガスが透過しリークすることを防
止し、絶縁体の耐食性を増大化させるために形成される
ものであり、焼結体または成形体との接合性を高めるた
めに同一材料である窒化ほう素から形成される。
【0018】特に上記薄膜は、混合希ガスのリークを防
止できる程度に緻密であり、かつ混合希ガス中のアルカ
リ成分と反応する不純物を含まないような高純度な窒化
ほう素で形成する必要がある。そのため化学的蒸着法ま
たは物理的蒸着法によって形成することが望ましい。こ
れらの蒸着法によれば99%以上の高純度を有し、かつ
緻密な薄膜が一体に形成される。この薄膜の厚さは1〜
500μm程度に設定される。厚さが1μm未満である
と均一な薄膜が形成できず絶縁板の気密性および耐食性
を十分に確保できない。一方厚さが500μmを超える
ように厚く設定しても、改善効果の伸びは少なく、却っ
て蒸着時間が長期化して量産性が低下してしまう。
【0019】
【作用】上記構成に係るMHD発電機用絶縁体によれば
窒化ほう素焼結体または窒化ほう素成形体表面に高純度
かつ緻密な薄膜を一体に形成しているため、不純物と混
合希ガス中のアルカリ成分との反応による腐食や損傷が
防止され、また混合希ガスのリーク等がなく耐久性に優
れた絶縁板が安価に提供される。
【0020】
【実施例】以下本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。
【0021】実施例1 純度95%以上で平均粒径2μmの窒化ほう素粉末に対
して焼結助剤としての酸化ほう素(B2 3 )粉末を2
重量%添加して混合した原料混合体を焼結用型に充填
し、温度1800〜2400℃、圧力200〜400kg
/cm2 で熱間加圧焼結し、窒化ほう素焼結体を調製し
た。次に得られた窒化ほう素焼結体を所定の絶縁板形状
に機械加工した。
【0022】次に図1(a)(b)に示すように機械加
工した窒化ほう素焼結体の表面に化学的蒸着法により薄
膜14を形成した。すなわち、温度1800〜2200
℃、圧力10Torr以下の条件で三塩化ほう素とアンモニ
アとを反応させることにより、窒化ほう素焼結体13の
表面に厚さ50μmの窒化ほう素薄膜14を形成せし
め、図1(a)(b)に示すような板状のMHD発電機
用絶縁体12を製造した。
【0023】本実施例に係るMHD発電機用絶縁体12
によれば、従来の熱間静水圧加圧焼結法によって製造し
た絶縁体と比較してその製造工程が簡略化されるため、
製造時間が従来の60%以下に低減されるとともに、製
造コストが従来の50%以下に削減されることが判明
し、量産性が優れていることが確認された。
【0024】また上記絶縁体12を図2〜図3に示すM
HD発電機の陽極用絶縁板3および陽陰極間絶縁板5と
して環状に組み合わせ、その状態でMHD発電機を運転
し、各絶縁板3,5の特性を評価した。その結果、各絶
縁板3,5表面に形成された薄膜14の純度はいずれも
99%以上であるため、混合希ガス中のアルカリ成分と
反応を起こすこともなかった。また薄膜14は非常に緻
密であり連続した空孔割れ等も観察されず、混合希ガス
のリークも発生せず極めて良好な気密性および絶縁性を
発揮した。
【0025】実施例2 純度95%以上で平均粒径2μmの窒化ほう素粉末を成
形用型に充填し、圧力2100〜2500kg/cm2 で冷
間静水圧プレス処理して窒化ほう素成形体を調製し、さ
らにこの窒化ほう素成形体を図1(a)(b)に示すよ
うに所定の絶縁板形状に機械加工した。
【0026】次に機械加工した窒化ほう素成形体15の
表面に実施例1と同一条件で蒸着処理し、厚さ50μm
の窒化ほう素薄膜14を形成し、MHD発電機用絶縁体
12aを製造した。
【0027】本実施例に係るMHD発電機用絶縁体12
aによれば、焼結工程を経ずに冷間静水圧プレス処理し
て成形体を調製し、その表面に高純度かつ緻密なBN薄
膜14を形成しているため、製造工程が簡素であり、製
造時間が従来法の30%以下に低減され、また製造コス
トを従来の40%以下に削減することができた。
【0028】上記絶縁体12aについても図2〜図3に
示すMHD発電機用の絶縁板として使用し、その特性を
調査した。その結果、各絶縁板表面に形成された薄膜1
4の純度はいずれも99%以上であるため、混合希ガス
中のアルカリ成分と反応を起して劣化損傷することもな
かった。また薄膜14は非常に緻密であるため混合希ガ
スのリークもなく、耐久性に優れた絶縁板が得られた。
【0029】比較例1 実施例1において使用した窒化ほう素原料粉末を、高温
等方静水圧加圧(HIP)処理時の温度、圧力で溶融脆
化しないニオブ製の缶に充填し、真空処理しながらビー
ム溶接により蓋閉め溶接した。このBN原料粉末を充填
密封した缶を、熱間静水圧加圧焼結用圧力容器内に入
れ、温度1700℃、圧力1000気圧以上で熱間静水
圧加圧焼結処理した。冷却後、充填用の缶を除去して板
状の窒化ほう素焼結体素材を取り出した。次に上記窒化
ほう素焼結体素材を図1(a)(b)に示すものと同一
形状に機械加工し、比較例1に係るMHD発電機用絶縁
板を製造した。
【0030】上記、比較例1に係る絶縁板によれば、不
純物となる焼結助剤を使用せず、また不純物の混入を防
止しながら緻密化を図るために、また高純度のBN原料
粉末を缶内に充填し、工程が複雑なHIP処理によって
形成されるため不純物に起因する絶縁板の腐食変質等は
効果的に防止できる。しかしながら製造工程および製造
時間が前記実施例1〜2に比較して2〜2.5倍以上も
要し、量産性が低く製造コストが大幅に増加してしまう
ことが確認された。
【0031】
【発明の効果】以上の通り、本発明に係るMHD発電機
用絶縁体によれば窒化ほう素焼結体または窒化ほう素成
形体表面に高純度かつ緻密な薄膜を一体に形成している
ため、不純物と混合希ガス中のアルカリ成分との反応に
よる腐食や損傷が防止され、また混合希ガスのリーク等
がなく耐久性に優れた絶縁板が安価に提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はMHD発電機用絶縁体の形状例を示す
平面図、(b)はその側面図。
【図2】MHD発電機の構造例を示す断面図。
【図3】MHD発電機の構造例を示す平面図。
【符号の説明】
1 混合作動ガス 2 センターコーン 3 陽極用絶縁板 4 陽極 5 陽陰極間絶縁板 6 陰極 7 エンドプレート 8 ウエッジ 9 流路制御筒 10 ディフューザ 11 磁石 12,12a MHD発電機用絶縁体 13 窒化ほう素焼結体 14 BN薄膜 15 窒化ほう素成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02K 44/12 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ほう素焼結体表面に窒化ほう素から
    成る薄膜を一体に形成したことを特徴とするMHD発電
    機用絶縁体。
  2. 【請求項2】 窒化ほう素成形体表面に窒化ほう素から
    成る薄膜を一体に形成したことを特徴とするMHD発電
    機用絶縁体。
JP5042712A 1993-03-03 1993-03-03 Mhd発電機用絶縁体 Pending JPH06256077A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5042712A JPH06256077A (ja) 1993-03-03 1993-03-03 Mhd発電機用絶縁体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5042712A JPH06256077A (ja) 1993-03-03 1993-03-03 Mhd発電機用絶縁体

Publications (1)

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JPH06256077A true JPH06256077A (ja) 1994-09-13

Family

ID=12643689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5042712A Pending JPH06256077A (ja) 1993-03-03 1993-03-03 Mhd発電機用絶縁体

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JP (1) JPH06256077A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100765135B1 (ko) * 2001-09-07 2007-10-15 삼성전자주식회사 액정표시장치 및 이의 제조 방법

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