DE4228527A1

DE4228527A1 - Aluminiumtitanatkeramik und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE4228527A1
Application number: DE4228527A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Noguchi; Shinichi Miwa; Kaname Fukao
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2012-08-28
Also published as: BE1005895A4; JPH0558722A; US5346870A; DE4228527C2; JP2533992B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumtitanatkeramik und ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumtitanatkeramik. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Aluminiumtitanatkeramik, wie sie zum Beispiel in einer (Zylinder-)Kopfdichtung (head port liner), einer Auspuffkrümmerauskleidung (exhaust manifold liner) (diese Auskleidungen dienen zur Wärmeisolation der Innenseite von Motorabgasleitungen.) und katalytischen Konvertern verwendet werden, als auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumtitanatkeramik.

Eine Keramik, die Aluminiumtitanat als Grundmaterial verwendet, weist einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und einen kleinen Young-Modul. Deshalb ist sie geeignet für die Verwendung in verschiedenen Bauelementen, die unter harten Bedingungen angewendet werden, wo eine hohe thermische Stoßfestigkeit und eine geringe thermische Ausdehnung der Bauelemente erforderlich ist, zum Beispiel in einer (Zylinder-)Kopfdichtung, in einer Auspuffkrümmerauskleidung (diese Auskleidungen dienen zur Wärmeisolierung der Innenseite der Abgasleitung eines Benzinmotors) und katalytischen Konvertern.

Es ist bekannt, daß in üblichen Aluminiumtitanatmaterialien (Aluminiumtitanatmaterial wird nachstehend als AT-Material bezeichnet) der Young-Modul und die Festigkeit im allgemeinen proportional zueinander sind. Das heißt, wenn die Festigkeit höher ist, ist der Young-Modul größer. Umgekehrt, wenn die Festigkeit geringer ist, ist der Young-Modul kleiner. Dies rührt daher, daß, wenn ein AT- Material eine geringe Festigkeit aufweist, die Kristallkörnchen des AT-Materials im allgemeinen groß sind und eine Anzahl an Rissen zwischen den Korngrenzen auftritt, die es dem AT-Material gestattet, sich leicht durchzubiegen und seine Festigkeit erniedrigen. Viele der üblichen AT- Materialien weisen einen Young-Modul von ungefähr 2000 Kgf/mm² oder mehr und eine Biegefestigkeit von 2 bis 5 Kgf/mm² auf.

Verschiedene Verbesserungen von AT-Materialien wurden, in Abhängigkeit von ihrer Anwendung, durch Zugabe von Additiven und ähnlichem vorgenommen. In diesem Zusammenhang wurde der Zusatz von Oxiden der Seltenen Erden vorgeschlagen, um die Zersetzung des Aluminiumtitanats bei hohen Temperaturen zu unterdrücken und um ihnen eine hohe Festigkeit zu verleihen.

Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 3629/1982 schlägt beispielsweise eine Keramik mit einer geringen thermischen Ausdehnung vor, die als eine Hauptphase ein Aluminiumtitanat umfaßt, das mindestens ein Seltene Erdenelement enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, La und Ce. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2 57 165/1989 schlägt ein Aluminiumtitanat vor, das ein Seltene Erdenoxid, Mullit und Eisentitanat enthält, und das sogar bei hohen Temperaturen von ungefähr 1000 bis 1300°C stabil ist Die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 25 860/1990 schlägt eine Keramik mit einer niedrigen thermischen Ausdehnung vor, die aus Yttriumtitanat und einer festen Lösung aus Aluminiumtitanat und Magnesiumtitanat besteht, und die bei hohen Temperaturen stabil ist.

Die Keramiken, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 3629/1982 und der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 58 670/1990 vorgeschlagen werden, enthalten (ein) Seltene Erdenelement(e). Sie weisen jedoch nur eine geringe Anzahl an Rissen auf und besitzen dementsprechend eine hohe Festigkeit und einen großen Young-Modul; wenn sie als ein Gußformmaterial für Metalle angewendet werden, zeigen sie eine geringe Durchbiegung und sind unfähig die angelegte Verformung aufzufangen, das heißt, sie sind beim Gießen unterlegen; wenn sie einem Wärmekreislauf unterworfen werden, in dem sich Erhitzen bei hoher Temperatur und Abkühlung wiederholen, treten an den Korngrenzen neue Risse auf, wobei sich ihre Festigkeit verschlechtert.

Das Aluminiumtitanat, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 57 165/1989 vorgeschlagen wird, enthält Mullit und ein Seltene Erdenoxid. Es ist jedoch ähnlich den obigen Keramiken beim Gießen unterlegen, und weist desweiteren eine ungenügende Haltbarkeit im Wärmekreislauf auf, weil es Risse in den Kristallkörnchen und an den Korngrenzen aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es ein AT-Material zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile der üblichen AT-Materialien beseitigt sind und eine überlegene Gießeigenschaft und eine hohe Haltbarkeit im Wärmekreislauf aufweist.

Erfindungsgemäß wird eine Aluminiumtitanatkeramik zur Verfügung gestellt, umfassend als kristalline Hauptphasen eine kristalline Aluminiumtitanatphase und eine feste Lösung davon, eine kristalline Mullitphase, und eine kristalline Seltene Erdentitanatphase, dargestellt durch RE₂Ti₂O₇ (wobei RE Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm oder Lu darstellt).

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtitanats zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte umfaßt:
Präparation einer Vielzahl von pulverigen Ausgangsstoffen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Al₂O₃-, einer TiO₂-, einer SiO₂-, einer Fe₂O₃-, einer MgO-Quelle, einer Seltene Erdenelement-, einer Mullitquelle und einem Aluminiumtitanat,
Mischen der pulverigen Ausgangsstoffe, um eine Mischung zu erhalten,
Formen der Mischung, um einen Formkörper zu erhalten,
Trocknen des Formkörpers, um einen getrockneten Körper zu erhalten und dann
Sintern des getrockneten Körpers.

Weil die Aluminiumtitanatkeramik wie vorstehend zusammengesetzt ist und als kristalline Hauptphasen eine kristalline Aluminiumtitanatphase und eine feste Lösung davon, eine kristalline Mullitphase, und eine kristalline Seltene Erdentitanatphase, dargestellt durch RE₂Ti₂O₇ (wobei RE Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm oder Lu darstellt), umfaßt, weist die erfindungsgemäße Aluminiumtitanatkeramik eine ausgezeichnete Gießeigenschaft und eine große Haltbarkeit im Hitzekreislauf auf.

Die Ursache dafür ist unklar, es wird aber folgendes vermutet. Das heißt, wenn ein Material aus gesintertem Aluminiumtitanat Mullit und ein Seltene Erdentitanat enthält, nimmt das Seltene Erdentitanat die Struktur eines Dendriten an und kommt an den Grenzen zwischen den Aluminiumtitanatkristal len und den Mullitkristallen vor und bindet sie stark; wenn solch ein Material aus gesintertem Aluminiumtitanat einem Wärmekreislauf unterworfen wird und einer thermische Spannung unterliegt, tritt an den Korngrenzen kein Riß auf, wie er üblicherweise an solchen Korngrenzen erzeugt wird, und es treten in den Aluminiumtitanatkristallen und in den Mullitkristallen Risse auf, und diese Risse tragen zur Verbesserung der Gießeigenschaft bei; dabei tritt, da die Bindung zwischen den Kristallen, wie oben erwähnt, stark ist, während des Wärmekreislaufes an den Korngrenzen kein Riß auf, wodurch eine hohe Haltbarkeit im Wärmekreislauf erreicht wird.

Gemäß der Erfindung ermöglicht die Verwendung von feinpulverigen Ausgangsstoffen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger die Herstellung der beabsichtigten Aluminiumtitanatkeramik, da die Verwendung zu (1) einer aktiven Reaktion zwischen TiO₂ und Seltene Erdenverbindung und (2) zu einer darauffolgenden Bildung eines Seltene Erdentitanats mit Dendridstruktur an den Korngrenzen führt.

Die kristallinen Phasen in der Aluminiumtitanatkeramik bestehen hauptsächlich aus einer kristallinen Aluminiumtitanatphase und ihrer festen Lösung, einer kristallinen Mullitphase und einer kristallinen Seltene Erdentitanatphase. Die erfindungsgemäße Aluminiumtitanatkera mik kann ferner andere kristalline Phasen wie Rutil, Korund und ähnliches umfassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Beziehung zwischen der Biegung und der Belastung einer Keramikprobe in einem Vierpunkt- Biegefestigkeitstest (JIS R 1601).

Fig. 2 zeigt die Röntgenbeugungsmuster von den in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen gesinterten AT- Materialien.

Fig. 3 zeigt eine Elektronenmikrofotographie vom Scanningtyp (scanning type electron micrograph) (Vergrößerung = 800), die die Kristallstruktur des in einem Beispiel nach der Erfindung erhaltenen gesinterten AT-Materials zeigt.

Fig. 4 zeigt eine Elektronenmikrofotographie vom Scanningtyp (Vergrößerung = 800), die die Kristallstruktur des in einem Vergleichsbeispiels nach der Erfindung erhaltenen gesinterten AT-Materials zeigt.

Detailierte Beschreibung der Erfindung

Die Hauptbestandteile, die die erfindungsgemäße Aluminiumtitanatkeramik bilden, bestehen aus sechs Bestandteilen aus Al₂O₃, TiO₂, SiO₂, Fe₂O₃, MgO und RE₂O₃, und die kristallinen Hauptphasen der Aluminiumtitanatkeramik bestehen aus drei Phasen aus Aluminiumtitanat (Al₂ TiO₅), Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂) und Seltene Erdentitanat (RE₂Ti₂O₇). Mindestens ein Teil der Aluminiumtitanatphase ist eine feste Lösung des Aluminiumtitanats. Das RE im RE₂Ti₂O₇ ist ein Seltene Erdenelement, ausgewählt aus Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm und Lu und bezieht sich nicht auf irgendein anderes Seltene Erdenelement. Andere Seltene Erdenelemente als Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm und Lu weisen jeweils einen großen Ionenradius auf und sind unfähig ein Seltene Erdentitanat zu bilden, verglasen an den Korngrenzen und machen es unmöglich das beabsichtigte AT- Material zu erhalten und werden deshalb in der Erfindung nicht verwendet.

Daß die erfindungsgemäße Aluminiumtitanatkeramik hauptsächlich aus den oben erwähnten drei kristallinen Phasen zusammengesetzt, und eine davon eine kristalline RE₂Ti₂O₇- Phase ist, geht klar aus den in Fig. 2 gezeigten Röntgenbeugungsmustern der Beispiele und der in Fig. 3 gezeigten Elektronenmikrofotographie vom Scanningtyp des Beispiels hervor; beides wird später gezeigt.

Die Zusammensetzung der Aluminiumtitanatkeramik, besteht, wenn sie auf Basis der Oxide ausgedrückt wird, aus 40 bis 60 Gew.-% Al₂O₃, 30 bis 45 Gew.-% TiO₂, 1 bis 10 Gew.-% SiO₂, 0 bis 4 Gew.-% Fe₂O₃, 0,1 bis 1,5 Gew.-% MgO und 0,1 bis 10 Gew.-% RE₂O₃. Wenn der Gehalt an jedem Oxidbestandteil außerhalb des obigen Bereiches liegt, ist es unmöglich eine Aluminiumtitanatkeramik zu erhalten, die sowohl eine überlegene Gießeigenschaft als auch eine erhöhte Haltbarkeit im Wärmekreislauf aufweist. Insbesondere wenn der Gehalt an RE₂O₃ weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, weist die entstehende Aluminiumtitanatkeramik eine geringere Wärmekreislaufhaltbar keit auf.

Die Quelle (Ausgangsstoff) eines jeden Oxidbestandteiles wird beschrieben. Als Quelle für Al₂O₃ kann zum Beispiel α-Aluminiumoxid, calcinierter Bauxit, Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid und Aluminiumhydroxid verwendet werden. Als Quelle für TiO₂ kann zum Beispiel Rutil und Anatas verwendet werden. Als Quelle für SiO₂ kann zum Beispiel Kieselglas, Kaolin, Mullit und Quarz verwendet werden. Als Quelle für MgO kann zum Beispiel Magnesit, Magnesiumnitrat und Magnesiumoxid verwendet werden. Als Quelle für RE₂O₃ können zum Beispiel die Oxide, die Chloride, die Carbonate, die Nitrate und Hydroxide der vorstehend erwähnten Seltene Erdenelemente verwendet werden.

Als Quelle für Al₂TiO₅ kann (A) ein Aluminiumtitanatpulver verwendet werden, das durch naßes oder trockenes Vermischen der vorstehend erwähnten Al₂O₃- und TiO₂- Quelle und anschließendem Calcinieren und Mahlen der Mischung erhalten wurde, oder (B) ein Aluminiumtitanat, das dadurch erhalten wurde, daß eine aluminium- und titanhaltigen Lösung einer Synthese und einer Calcinierung unterzogen wurde. Die Al₂TiO₅-Quelle kann mindestens ein Oxid enthalten, ausgewählt aus SiO₂, Fe₂O₃₁ MgO und RE₂O₃.

Die in der Erfindung verwendeten Ausgangsstoffe enthalten die vorstehend erwähnte Al₂TiO₅-Quelle bevorzugt in einer Menge von 5 Gew.-% oder mehr, noch mehr bevorzugt 20 Gew.-% oder mehr, bezogen auf alle Ausgangsstoffe.

Erfindungsgemäß werden die Ausgangsstoffe, die sich jeweils in einem feingepulverten Zustand befinden, zu der vorstehenden Zusammensetzung gemischt, dann in eine gewünschte Form gebracht und gesintert, um eine Keramik mit niedriger thermischer Ausdehnung zu erhalten. In diesem Fall weisen die Ausgangsstoffe, insbesondere die TiO₂- und die Al₂TiO₅-Quelle, bevorzugt einen mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 5 µm oder weniger auf. Wenn die mittleren Teilchendurchmesser der Ausgangsstoffe größer als 5 µm sind, ist die Reaktivität unter den Ausgangsstoffen gering und es scheidet sich kein Seltene Erdentitanat ab, wodurch eine Aluminiumtitanatkeramik mit einer geringeren Haltbarkeit im Wärmekreislauf entsteht.

Als Verfahren zur Formgebung kann jedes bekannte Formgebungsverfahren angewendet werden, wie Heißpressen, Gießen, Gummipressen (rubber pressing) und ähnliches. Die Temperatur für das Sintern kann bei ungefähr 1400 bis 1650°C liegen, ähnlich der Temperatur, wie sie für das Sintern üblicher Keramiken angewendet wird. Beim Formen und Sintern kann geeigneterweise eine Formungshilfe, ein Verflüssigungsmittel, eine Sinterhilfe und ähnliches hinzugefügt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen detaillierter beschrieben. Die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die folgenden Beispiele beschränkt.

In den Beispielen wurde die Bruchlast und die Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemäß den folgenden Verfahren gemessen.

1) Bruchlast

Sie wurde nach dem gleichen Testverfahren gemessen, wie es für die Messung der Vierpunkt-Biegefestigkeit der Keramiken angewendet wurde, spezifiziert mittels JIS R 1601. Das heißt, für eine Probe der Dicke "t" (mm) wurde die Biegung, die die Probe während einer Periode vom Beginn der Anlegung einer Belastung bis zur Zerstörung der Probe zeigte, in Fig. 1 wird eine Beziehung zwischen der Biegung und der Belastung gezeigt, als eine Länge "a" (mm) angenommen, die sich von einem Punkt 1 (Beginn der Anlegung einer Belastung) zu einem Punkt 4 (ein Schnittpunkt zwischen einer Basislinie 3 und einer von einem Punkt der Zerstörung 2 zur Basislinie 3 gezeichneten Senkrechten) erstreckt; die Bruchlast der Probe wurde dann aus "a" und "t" unter Verwendung der folgenden Formel berechnet.

Bruchlast = 6t·a/1000.

Nebenbei bemerkt ist diese Bruchlast der Quotient, der sich ergibt, wenn die Biegefestigkeit durch den Young- Modul, wie er aus der Biegung am Punkt der Zerstörung ermittelt wurde, geteilt wird. Eine größere Bruchlast ergibt eine überlegene Gießeigenschaft.

2) Haltbarkeit im Wärmekreislauf

Eine Probe mit einer Länge von L₀ (mm) wurde 20 Minuten in einem Ofen bei 900°C erhitzt, dann herausgenommen und mit einem Luftstrom 10 Minuten gekühlt. Dieses Wärmekreislaufverfahren wurde 600 Mal wiederholt. Danach wurde die Länge L₁(mm) der Probe gemessen.

Die Vierpunkt-Biegefestigkeit der Probe σ₀ (vor dem Wärmekreislauf) und σ₁ (nach dem Wärmekreislauf) wurde ebenfalls, mittels eines JIS R 1601, gemessen.

Aus den erhaltenen L₀, L₁, σ₀ und σ₁ wurden unter Verwendung der folgenden Formeln die Dimensionsveränderung im Wärmekreislauf (%) und die Verschlechterung der Festigkeit (%) der Probe im Wärmekreislauf berechnet.

Dimensionsveränderung im Wärmekreislauf (%) = [(L₁-L₀)/L₀] × 100
Verschlechterung der Festigkeit im Wärmekreislauf (%) = [(σ₁-σ₀)/σ₀] × 100

Beispiele 1 bis 4

Die in Tabelle 1 gezeigten feingepulverten Ausgangsstoffe wurden so eingewogen, daß eine gegebene Zusammensetzung erhalten wurde. Dazu wurde 22 Gew.-% an Wasser und 0,5 Gew -% eines Verflüssigungsmittels vom Polyacrylsäuretyp gegeben. Die Mischung wurde 5 Stunden in einer Tiegelmühle (pot mill) gerührt, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten. Zu der Mischung wurde 1,5 Gew.-% eines Bindemittels hinzugefügt und die Mischung gerührt und unter Vakuum entgast. Die entstandene Mischung wurde einem Gießen unter Verwendung einer Gipsgießform unterzogen, um ein geformtes Material zu erhalten.

Das geformte Material wurde bei einer in Tabelle 1 gezeigten Temperatur unter Normaldruck calciniert, um vier gesinterte AT-Materialien zu erhalten.

Die Röntgenbeugungsmuster der in den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen gesinterten Materialien sind in Fig. 2 gezeigt. Wie aus Fig. 2 klar wird, ist in jedem Muster die kristalline Phase eines Seltene Erdentitanoxids vorhanden, d. h. Yb₂Ti₂O₇ in Beispiel 1, Y₂Ti₂O₇ in Beispiel 2 und Er₂Ti₂O₇ in Beispiel 3.

Die Elektronenmikrofotographie vom Scanningtyp der Kristallstruktur des in Fig. 1 erhaltenen gesinterten AT- Materials ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 wird eine in einer weißen Farbe leuchtende kristalline Yb₂Ti₂O₇-Phase auf den Oberflächen der Kristallkörner beobachtet, die ähnlich wie im Fall der Röntgenbeugungsmuster die Anwesenheit einer kristallinen Phase des Seltene Erdetitanatoxids bestätigt.

Von jedem der gesinterten AT-Materialien wurde ferner die Bruchlast und Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Das in Tabelle 1 als eine Al₂TiO₅-Quelle gezeigte "A" ist ein gesintertes gemahlenes Aluminiumtitanatpulver von 5 µm oder weniger, erhalten durch Trockenmischen einer Al₂O₃- und einer TiO₂-Quelle und der Unterwerfung der Mischung einem Calcinieren und Sintern. Das in Tabelle 1 ebenfalls als eine Al₂TiO₅-Quelle gezeigte "B" ist ein Aluminiumtitanatpulver von 1 µm, erhalten durch Unterwerfen der wäßrige Lösung einer Al₂O₃- und einer TiO₂-Quelle einer Synthese und Calcinierung. Jedes der feinen Pulver der Ausgangsstoffe wies den folgenden mittleren Teilchendurchmesser auf: α-Aluminiumoxid = ungefähr 1,7 µm, Rutil = ungefähr 0,2 µm, Magnesit = ungefähr 4,3 µm, Kieselglas = ungefähr 3 µm, Mullit = ungefähr 4 um und Selten Erdenoxid = ungefähr 5 µm.

Tabelle 1

Beispiele 5 bis 8

Die in Tabelle 2 gezeigten feinpulverigen Ausgangsstoffe wurden so eingewogen, daß eine gegebene Zusammensetzung erhalten wurde und dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unterworfen, um vier gesinterten AT-Materialien zu erhalten. Jeder der verwendeten feinpulverigen Ausgangsstoffe wies den gleichen mittleren Teilchendurchmesser wie in Beispiel 1 auf.

Von jedem der erhaltenen gesinterten AT-Materialien wurde die Bruchlast und Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die in Tabelle 2 jeweils als Al₂TiO₅-Quelle gezeigten "A" und "B" sind die gleichen wie in Tabelle 1.

Tabelle 2

Beispiele 9 bis 12

Die in Tabelle 3 gezeigten feinpulverigen Ausgangsstoffe wurden so eingewogen, daß eine gegebene Zusammensetzung erhalten wurde und dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unterworfen, um vier gesinterte AT-Materialien zu erhalten. Jeder der verwendeten feinpulverigen Ausgangsstoffe wies den gleichen mittleren Teilchendurchmesser wie in Beispiel 1 auf.

Von jedem der erhaltenen gesinterten AT-Materialien wurde die Bruchlast und Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Die in Tabelle 3 jeweils als Al₂TiO₅-Quelle gezeigten "A" und "B" sind die gleichen wie in Tabelle 1.

Tabelle 3

Beispiele 13 bis 16

Die in Tabelle 4 gezeigten feinpulverigen Ausgangsstoffe wurden so eingewogen, daß eine gegebene Zusammensetzung erhalten wurde und dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unterworfen, um vier gesinterten AT-Materialien zu erhalten. Jedes der verwendeten feinpulverigen Ausgangsstoffe wies den gleichen mittleren Teilchendurchmesser wie in Beispiel 1 auf.

Von jedem der erhaltenen gesinterten AT-Materialien wurde die Bruchlast und Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Die in Tabelle 4 jeweils als Al₂TiO₅-Quelle gezeigten "A" und "B" sind die gleichen wie in Tabelle 1.

Tabelle 4

Vergleichsbeispiele 1 bis 7

Die in Tabelle 5 oder 6 gezeigten feinpulverigen Ausgangsstoffe wurden so eingewogen, daß eine gegebene Zusammensetzung erhalten wurde und dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 unterworfen, um gesinterte AT-Materialien zu erhalten. Nebenbei bemerkt, das gesinterte Material von Vergleichsbeispiel 6 wurde durch das vorstehend erwähnte Verfahren, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 57 165/1989 beschrieben ist, erhalten und das gesinterte AT- Material von Vergleichsbeispiel 7 wurde durch das vorstehend erwähnte Verfahren, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2 58 670/1990 beschrieben ist, erhalten.

Die Röntgenbeugungsmuster der in den Vergleichsbeispielen erhaltenen gesinterten Materialien sind in Fig. 2 gezeigt. Wie aus Fig. 2 klar wird, wurde kein Peaksignal für eine kristalline Phase eines Seltene Erdentitanats beobachtet, wenn ein Seltene Erdenoxid mit Pr, Nd oder Sm verwendet wurde, womit angezeigt wird, daß keine kristalline Phase eines Seltene Erdentitanats gebildet wurde.

Die Elektronenmikrofotographie vom Scanningtyp der Kristallstruktur des in Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen gesinterten AT-Materials ist in Fig. 4 gezeigt. Anders als in Fig. 3 gibt es in Fig. 4 keinen in einer weißen Farbe leuchtenden Bereich und die Anwesenheit einer kristallinen Pr₂Ti₂O₇-Phase wurde nicht bestätigt.

Von den erhaltenen gesinterten AT-Materialien wurden ebenfalls die Bruchlast und Haltbarkeit im Wärmekreislauf gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 gezeigt. Die in den Tabellen 5 und 6 jeweils als Al₂TiO₅-Quelle gezeigten "A" und "B" sind die gleichen wie in Tabelle 1.

Wie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen deutlich wird, weisen die erfindungsgemäßen gesinterten AT-Materialien Bruchlasten, die gleich oder überlegen gegenüber denjenigen der herkömmlichen, in den Vergleichsbeispielen gezeigten, gesinterten Materialien sind, und sie weisen eine sehr hohe Haltbarkeit im Wärmekreislauf auf (In allen Fällen ist die Festigkeitsverschlechterung 0% oder weniger und die Dimensionveränderung ist 0,3% oder weniger).

Die Aluminiumtitanatkeramik, die ein gesintertes AT- Material ist, weist eine überlegene Gießeigenschaft und eine hohe Haltbarkeit im Wärmekreislauf auf, und wird geeigneterweise als Gußformmaterial für Metalle, zum Beispiel einer (Zylinder-)Kopföffnungsauskleidung (head port liner) in einem Benzinmotor und auch als ein (Zylinder-)Kopföffnungsmaterial in einem Motor angewendet. Deshalb weist es einen industriellen Nutzen auf.

Tabelle 5

Tabelle 6

Claims

1. Aluminiumtitanatkeramik, die folgende Bestandteile umfaßt: eine kristalline Aluminiumtitanatphase und eine feste Lösung davon, eine kristalline Mullitphase und eine kristalline Seltene Erdentitanatphase, dargestellt durch RE₂Ti₂O₇(wobei RE Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm oder Lu darstellt).

2. Aluminiumtitanatkeramik nach Anspruch 1, desweiteren umfassend mindestens eine kristalline Phase, ausgewählt aus Rutil und Korund.

3. Aluminiumtitanatkeramik, umfassend 40 bis 60 Gewichts-% Al₂O₃, 30 bis 45 Gewichts-% TiO₂, 1 bis 10 Gewichts-% SiO₂, 0 bis 4 Gewichts-% Fe₂O₃, 0,1 bis 1,5 Gewichts-% MgO und 0,1 bis 10 Gewichts-% RE₂O₃ (wobei RE Y, Yb, Er, Dy, Ho, Tm oder Lu darstellt).

4. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtitanats, das folgende Schritte umfaßt:
Präparation einer Vielzahl an pulverigen Ausgangsstoffen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Al₂O₃-, einer TiO₂-, einer SiO₂-, einer Fe₂O₃-, einer MgO-Quelle, einer Seltene Erdenelementquelle, einer Mullitquelle und Aluminiumtitanat,
Mischen der pulverigen Ausgangsstoffe, um eine Mischung zu erhalten,
Formen der Mischung um einen Formkörper zu erhalten,
Trocknen des Formkörpers, um einen getrockneten Körper zu erhalten und anschließendes Sintern des getrockneten Körpers.

5. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtitanats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe die Al₂TiO₅-Quelle in einer Menge von 5 Gewichts-% oder mehr, bezogen auf alle Ausgangsstoffe, enthalten.

6. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtitanats nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstoffe die Al₂TiO₅-Quelle in einer Menge von 20 Gewichts-% oder mehr, bezogen auf alle Ausgangsstoffe, enthalten.