DE4232640C2

DE4232640C2 - Aluminiumtitanat-Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4232640C2
Application number: DE4232640A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Noguchi; Kaname Fukao; Shinichi Miwa
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-29
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: US5422324A; JPH0585818A; BE1005853A5; JP3192700B2; DE4232640A1; DE4232640C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumtitanat-Keramik und ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumtitanat-Keramik. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Aluminiumtitanat-Keramik, die beispielsweise bei einer Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung, einer Auspuffkrümmerauskleidung (wobei diese Auskleidungen zur Wärmedämmung der Innenseite eines Motor-Auspuffrohres dienen) und einer Anlage zur katalytischen Abgasnachbehandlung bzw. ei nem katalytischen Reaktionsofen verwendet wird, sowie ein Ver fahren zur Herstellung der Aluminiumtitanat-Keramik.

Eine Keramik, bei der als Grundmaterial Aluminiumtitanat ver wendet wird, hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen kleinen Elastizitätsmodul. Sie eignet sich folglich zur Verwendung bei verschiedenen Bauteilen, die unter scharfen Bedingungen angewendet werden, bei denen die Bauteile eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Wärmeausdeh nung haben müssen, beispielsweise bei einer Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung, einer Auspuffkrümmerauskleidung (wobei diese Auskleidungen zur Wärmedämmung der Innenseite eines Benzinmo tor-Auspuffrohres dienen) und einer Anlage zur katalytischen Abgasnachbehandlung bzw. einem katalytischen Reaktionsofen.

Es ist bekannt, daß der Elastizitätsmodul und die Festigkeit bei gewöhnlichen keramischen Aluminiumtitanat-Werkstoffen (wo bei Aluminiumtitanat nachstehend als AT bezeichnet wird) einan der im allgemeinen proportional sind. Das heißt, der Elastizi tätsmodul ist größer, wenn die Festigkeit höher ist. Umgekehrt ist der Elastizitätsmodul kleiner, wenn die Festigkeit niedri ger ist. Dies liegt daran, daß in dem Fall, daß ein keramischer AT-Werkstoff eine niedrige Festigkeit hat, die Kristallkörner des keramischen AT-Werkstoffs im allgemeinen groß sind und zwi schen den Korngrenzen eine Anzahl von Rissen vorhanden ist, wo durch bewirkt wird, daß der keramische AT-Werkstoff leicht (durch)gebogen werden kann, und seine Festigkeit vermindert wird. Viele herkömmliche keramische AT-Werkstoffe haben einen Elastizitätsmodul von etwa 19,6 kN/mm² oder mehr und eine Bie gefestigkeit von 19,6 bis 49,0 N/mm².

Bei keramischen AT-Werkstoffen sind in Abhängigkeit von ihren Anwendungen verschiedene Verbesserungen erzielt worden, indem beispielsweise die Zusammensetzung geeignet gewählt wurde oder geeignete Zusatzstoffe zugesetzt wurden. In der DE-OS 27 50 290 wird beispielsweise ein silicat haltiger keramischer Aluminiumtitanat-Werkstoff vorgeschlagen, der aus Rohstoffen hergestellt ist, die aus 50 bis 60 Masse-% Al₂O₃, 40 bis 45 Masse-% TiO₂, 2 bis 5 Masse-% Kaolin und 0,1 bis 1 Masse-% Magnesiumsilicat bestehen.

In der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 21 756/1987 wird ein keramischer Aluminiumtitanat-Mullit- Werkstoff vorgeschlagen, der die folgende Zusammensetzung hat:
MgO: 0,8% oder weniger
Al₂O₃: 53 bis 74%,
TiO₂: 14 bis 33%,
Fe₂O₃: 1,2 bis 5%,
SiO₂: 6 bis 20%,
CaO + Na₂O + K₂O: 0,3% oder weniger,
worin die Menge der Glasphase in der Mullitmatrix der Keramik 5% oder weniger beträgt, wenn sie am Schnitt der Keramik gemes sen wird.

In der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 1 64 760/1989 wird ein geformter Sinterwerkstoff vorgeschla gen, der hauptsächlich aus Aluminiumtitanat besteht und aus ge mischten Rohstoffen hergestellt wird, die aus 46 Masse-% oder mehr TiO₂, 49,5 Masse-% oder weniger Al₂O₃, 3 bis 5 Masse-% SiO₂ und 0,2 Masse-% oder weniger Verunreinigungen bestehen, wobei das Masseverhältnis von Al₂O₃ und TiO₂ 1:0,95 bis 1:1,05 be trägt.

Die Keramik, die in der DE-OS 27 50 290 vorgeschlagen wird, hat einen kleinen Elastizitätsmodul und weist ausgezeichnete Angießeigenschaften auf, wenn sie als Werkstoff verwendet wird, an den Metall anzugießen ist, hat je doch die folgenden Probleme: Das heißt, die Keramik enthält ei ne Magnesiumsilicat-Glasphase; wenn die Keramik einer Tempera turwechselbeanspruchung unterzogen wird, bei der Erhitzen auf hohe Temperatur und Abkühlen wiederholt werden, bewegt sich während der hohen Temperaturen die Glasphase, die an den Korn grenzen vorhanden ist; infolgedessen wird die Korngrenzenfe stigkeit vermindert; an den Korngrenzen entwickeln sich Risse, und es tritt eine Verschlechterung der Festigkeit ein; die Ke ramik hat somit eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit. Ferner hat die Keramik wegen des Vorhandenseins der Glasphase eine niedrige Säurebeständigkeit.

Die Keramik, die in der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Of fenlegungsschrift) Nr. 21 756/1987 vorgeschlagen wird, hat eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und eignet sich als Werkstoff zur Verwendung bei einer Kopfkanalbuchse usw. Die Keramik hat jedoch in dem Fall, daß sie eine große Menge Mullit enthält, einen großen Elastizitätsmodul und zeigt schlechte An gießeigenschaften, wenn sie als Werkstoff verwendet wird, an den Metall anzugießen ist.

Die Keramik, die in der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Of fenlegungsschrift) Nr. 164760/1989 vorgeschlagen wird, hat eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Säurebestän digkeit, weist jedoch einen großen Elastizitätsmodul und schlechte Angießeigenschaften auf, da sie eine große Menge TiO₂ enthält und folglich, wenn sie poliert ist, eine rißfreie Struktur zeigt.

In der DE 37 06 209 C1 wird ein Sinterformkörper beschrieben, der sich zusammensetzt aus: 15-35 Gewichts% TiO₂, 60-85 Gewichts% Al₂TiO₅ (Aluminiumtitanat), bis zu 5 Gewichts% Al₂O₃, bis zu 17 Gewichts% Mullit, und maximal 0,2 Gewichts% Verunreinigungen, wobei sich alle Gewichtsteile auf 100 Gewichts% ergänzen. Es findet sich aber kein Hinweis, in welcher Form diese Phasen vorliegen, insbesondere in welcher Form die Titandioxid- und die Aluminiumoxidphase vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend er wähnten Probleme herkömmlicher keramischer AT-Werkstoffe zu lö sen und einen keramischen AT-Werkstoff bereitzustellen, der ei ne ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und hervorra gende Angießeigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Aluminiumti tanat-Keramik gelöst, die auf Basis von Oxiden 51,7 bis 56,5 Masse% Al₂O₃, 40,2 bis 45,0 Masse% TiO₂, 2,0 bis 5,0 Masse% SiO₂, 0,04 Masse% oder weniger MgO und insgesamt 0,1 Masse% oder weniger Alkalibestandteile, die aus CaO, Na₂O und K₂O bestehen, enthält und eine Kristallphase, die eine Aluminiumtitanatphase, eine Rutilphase, eine Korundphase und eine Mullitphase aufweist, und eine Glasphase aufweist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Ver fahren zur Herstellung der vorstehend erwähnten Aluminiumtita nat-Keramik, bei dem ein gemischtes Rohstoffpulver, das aus 51,7 bis 56,5 Masse-% Al₂O₃, 40,2 bis 45,0 Masse-% TiO₂, 2,0 bis 5,0 Masse-% SiO₂, 0,04 Masse-% oder weniger MgO und insgesamt 0,1 Masse-% oder weniger Alkalibestandteilen, die aus CaO, Na₂O und K₂O bestehen, besteht, geformt, getrocknet und gesintert wird.

Die erfindungsgemäße Aluminiumtitanat-Keramik hat die vorste hende Zusammensetzung und enthält als Kristallphasen nicht nur eine Aluminiumtitanatphase, sondern auch eine Rutilphase, eine Korundphase und eine Mullitphase, wobei die Menge der Glasphase derart eingestellt ist, daß sie 5 Masse-% nicht überschreitet; die erfindungsgemäße Keramik hat deshalb eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und hervorragende Angießeigen schaften.

Es wird angenommen, daß die Gründe für die ausgezeichnete Tem peraturwechselbeständigkeit und die hervorragenden Angießeigen schaften wie folgt sind.

Erstens werden herkömmliche Aluminiumtitanat-Keramiken des Al₂O₃-TiO₂-SiO₂-Typs im allgemeinen unter Verwendung von natür lichen Mineralien usw. als Rohstoffen, beispielsweise von Ton usw. als SiO₂-Quelle, hergestellt; als Folge enthalten die mei sten herkömmlichen keramischen AT-Werkstoffe wegen des Vorhan denseins kleiner Mengen von Verunreinigungen in dem Ton usw. eine Glasphase in einer Menge, die größer als notwendig ist, und wenn sie beispielsweise bei einer Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung verwendet werden, werden sie durch Abgas aus dem Motor korrodiert und zeigen eine schlechte Haltbarkeit. Ande rerseits hat die erfindungsgemäße AT-Keramik eine ausgezeichne te Säurebeständigkeit und eine hohe Haltbarkeit, weil sie eine sehr geringe Menge der Glasphase enthält.

Zweitens wird bei der erfindungsgemäßen AT-Keramik das Wachstum von AT-Kristallkörnern unterdrückt und ist die Größe der AT-Kristallkörner in der AT-Keramik gering, weil der MgO-Gehalt in den Rohstoffen 0,04 Masse-% oder weniger beträgt; die Menge der Glasphase in der AT-Keramik ist sehr gering; als Folge ist die Korngrenzenfestigkeit sehr hoch. Andererseits haben die Kri stallkörner von Rutil, Korund und Mullit, die in der erfin dungsgemäßen AT-Keramik enthalten sind, höhere Festigkeiten als die AT-Kristallkörner; folglich sammelt sich die Restspannung, die wegen der Anisotropie der AT-Kristallkörner erzeugt wird, an und wird in der AT-Keramik in einer großen Menge gespei chert. Diese gespeicherte Restspannung wird bei der Erzeugung irgendeines Risses sofort abgebaut, und in der Längsrichtung jedes AT-Kristallkorns werden Risse erzeugt. Entlang den Korn grenzen werden jedoch keine Risse erzeugt; infolgedessen tragen die Risse zu den hervorragenden Angießeigenschaften bei, wach sen jedoch nicht während der Temperaturwechselbeanspruchung.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beige fügte Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Beziehung zwischen Auslenkung und Last bei einem Vierpunkt-Biegeversuch (JIS R 1601) einer Keramikprobe.

Bei der erfindungsgemäßen AT-Keramik sind die Grundbestandtei le, die die Keramik bilden, drei Bestandteile, d. h., Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂. Die Hauptkristallphasen bestehen hauptsächlich aus vier Phasen, d. h., 60 bis 80% einer Aluminiumtitanatphase (Al₂ TiO₅-Phase), 10 bis 25% einer Rutilphase (TiO₂-Phase), 2 bis 10% einer Korundphase (Al₂ O₃-Phase) und 2 bis 10% einer Mullitphase (3 Al₂O₃·2 SiO₂-Phase). Die Glasphase ist derart eingestellt, daß sie 5% nicht überschreitet. Ein Teil der Alu miniumtitanatphase kann eine feste Lösung von Aluminiumtitanat enthalten.

Wenn die Anteile der Kristallphasen außerhalb der vorstehenden Bereiche liegen, hat die erhaltene AT-Keramik eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit und minderwertige Angießeigen schaften, wodurch es schwierig gemacht wird, eine gewünschte AT-Keramik zu erhalten. Die erhaltene AT-Keramik hat besonders in dem Fall, daß die Menge der Glasphase mehr als 5% beträgt, nicht nur eine niedrige Säurebeständigkeit und Temperaturwech selbeständigkeit, sondern auch schlechte Angießeigenschaften.

Im Rahmen der Erfindung wird der Anteil jeder Kristallphase durch das später beschriebene Verfahren ermittelt.

Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen AT-Keramik besteht, wenn sie durch Oxide ausgedrückt wird, aus 51,7 bis 56,5 Masse-% Al₂O₃, 40,2 bis 45,0 Masse-% TiO₂, 2,0 bis 5,0 Masse-% SiO₂, 0,04 Masse-% oder weniger MgO und insgesamt 0,1 Masse-% oder weniger Alkalibestandteilen, die aus CaO, Na₂O und K₂O bestehen. Diese Zusammensetzung ist im wesentlichen dieselbe wie die der Roh stoffe und kann erhalten werden, indem jeder Rohstoff derart vorbereitet wird, daß er in den vorstehenden Bereich kommt. Wenn jeder Bestandteil der AT-Keramik außerhalb des vorstehen den Bereichs liegt, ist es unmöglich, eine AT-Keramik zu erhal ten, die hinsichtlich der Angießeigenschaften und der Tempera turwechselbeständigkeit zufriedenstellend ist. Bei der erfin dungsgemäßen AT-Keramik beträgt der Fe₂O₃-Gehalt vorzugsweise 1,0 Masse-% oder weniger. Wenn Fe₂O₃ in einer großen Menge ent halten ist, hat die erhaltene AT-Keramik einen großen Elastizi tätsmodul und schlechte Angießeigenschaften.

Es wird die Quelle (der Rohstoff) jedes Oxidbestandteils be schrieben. Als Quelle für Al₂O₃ können beispielsweise α-Alumi niumoxid, calcinierter Bauxit, Aluminiumsulfat, Aluminiumchlo rid und Aluminiumhydroxid verwendet werden. Als Quelle für TiO₂ können beispielsweise Rutil und Anatas verwendet werden. Als Quelle für SiO₂ können beispielsweise Kieselglas, Kaolin, Mul lit und Quarz verwendet werden.

In den Rohstoffen für die erfindungsgemäße AT-Keramik werden der MgO-Gehalt und der Gesamtgehalt der Alkalibestandteile (CaO, Na₂O und K₂O) derart gewählt, daß sie 0,04 Masse-% oder weniger bzw. 0,1 Masse-% oder weniger betragen. Der Fe₂O₃-Gehalt wird derart gewählt, daß er 0,1 Masse-% oder weniger beträgt. Es ist vorzuziehen, als Al₂O₃-Quelle α-Aluminiumoxid, insbesondere α-Aluminiumoxid mit niedrigem Natriumgehalt, als TiO₂-Quelle Titandioxid vom Rutiltyp und als SiO₂-Quelle Kaolin zu verwen den.

Im Rahmen der Erfindung werden die Rohstoffe, jeder im feinpul verigen Zustand, in der vorstehenden Zusammensetzung vermischt, und die Mischung wird in einer gewünschten Gestalt geformt und gemäß bekannten Verfahren gesintert, um eine AT-Keramik zu er halten. In diesem Fall hat jeder Rohstoff vorzugsweise einen mittleren Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger. Wenn die mittleren Teilchendurchmesser der Rohstoffe größer als 5 µm sind, ist die Reaktivität zwischen den Rohstoffen niedrig, wo durch es schwierig gemacht wird, gewünschte Kristalle zu erhal ten. Die Teilchendurchmesser der Rohstoffe werden vorzugsweise derart gewählt, daß die AT-Kristallkörner der erhaltenen AT-Ke ramik einen mittleren Teilchendurchmesser von 4 µm oder weniger haben. Wenn die AT-Kristallkörner groß sind, werden eher ent lang den Korngrenzen als in der Längsrichtung jedes Korns Risse erzeugt.

Als Verfahren für die Formgebung kann irgendein bekanntes Form gebungsverfahren wie z. B. Heißpressen, Gießen, Pressen mit Gum misack bzw. -matrize oder dergleichen angewandt werden. Die Temperatur für das Sintern kann der Temperatur ähnlich sein, die für das Sintern gewöhnlicher Keramiken angewandt wird, be trägt jedoch vorzugsweise 1350 bis 1450°C. Dieser Temperatur bereich ist notwendig, um die Anteile der Rutil-Kristallphase und der Korund-Kristallphase in ihren jeweiligen vorstehend er wähnten Bereichen zu halten. Bei der Formgebung und dem Sintern kann zweckmäßigerweise ein Formgebungshilfsmittel, ein Verflüs sigungs- bzw. Entflockungsmittel, ein Sinterhilfsmittel usw. zugesetzt werden.

Die erfindungsgemäße AT-Keramik, die wie vorstehend beschrieben erhalten wird, hat vorzugsweise eine Bruchdehnung von 3·10^-3 oder mehr. Wenn die Bruchdehnung weniger als 3·10^-3 beträgt, hat die erhaltene AT-Keramik schlechte Angießeigenschaften. Die erfindungsgemäße AT-Keramik hat vorzugsweise eine Vierpunkt-Biege festigkeit von 29,4 N/mm² oder mehr. Wenn die Vierpunkt-Biege festigkeit weniger als 29,4 N/mm² beträgt, hat die erhal tene AT-Keramik eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele näher beschrie ben, jedoch wird die Erfindung durch diese Beispiele nicht ein geschränkt.

In den vorliegenden Beispielen wurden die Anteile der Kristall phase, die Menge der Glasphase, der Elastizitätsmodul, die Bruchdehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säure beständigkeit gemäß den folgenden Prüfverfahren gemessen.

(1) Anteile der Kristallphasen

Eine AT-Keramik wurde einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen, und die integralen Intensitäten I_AT, I_Ru, I_Mu und I_Ko der AT-Phase, der Rutilphase (nachstehend als Ru-Phase bezeichnet), der Mullitphase (nachstehend als Mu-Phase bezeichnet) und der Korundphase (nachstehend als Ko-Phase bezeichnet) der AT-Kera mik wurden gemessen. Dann wurde der Anteil jeder Kristallphase unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:

AT-Phase (%) = [I_AT/I] × 100
Ru-Phase (%) = [I_Ru/I] × 100
Mu-Phase (%) = [I_Mu/I] × 100
Ko-Phase (%) = [I_Ko/I] × 100

worin

I = I_AT+I_Ru+I_Mu/0,95=I_Ko/0,75

Tabelle 1

Angewandtes Maximum

(2) Menge der Glasphase

Einer der herkömmlichen AT-Werkstoffe hatte in der Mullitmatrix polygonale Bereiche, die von Mullitkristallen umgeben waren. Als diese Bereiche einer chemischen Analyse unterzogen wurden, zeigten sie eine Zusammensetzung, die etwa aus 68% SiO₂, 24% Al₂O₃, 4,4% TiO₂, 1,0% CaO und 2,0% KNaO bestand. Die Zusam mensetzung ist im wesentlichen dieselbe wie die der Glasphase.

Im Rahmen der Erfindung wurden diese polygonalen Bereiche als Glasphase in einer Mullitmatrix aufgefaßt. Folglich ist die Glasphase im Rahmen der Erfindung ein Wert, der erhalten wird, indem bei der Rasterelektronenmikrophotographie, die von einem Anschliff der AT-Sinterkeramik genommen wurde, die Flächen der Poren und der AT-Kristallphase ausgeschlossen werden, dann auf der übrigen Fläche der Mullitmatrixbereich (MuS) und der Glas phasenbereich (GS) unter Anwendung eines Planimeters gemessen werden und eine Berechnung unter Anwendung der folgenden Formel durchgeführt wird:

Glasphase (%) = [GS/MuS]×100

(3) Elastizitätsmodul

Der Elastizitätsmodul wurde unter Anwendung des Dreipunkt-Bie geversuchs und des Auslenkwinkels gemäß JIS R 1602 gemessen. Die Last wurde in diesem Fall von 0 bis 1,47 N variiert.

(4) Bruchdehnung

Die Bruchdehnung wurde gemäß demselben Prüfverfahren gemessen, das zur Messung der Vierpunkt-Biegefestigkeit von Keramiken an gewandt wird und durch JIS R 1601 vorgeschrieben ist. D.h., bei einer Probe mit einer Dicke "t" (mm) wurde die Ablenkung, die durch die Probe während eines Zeitraums vom Beginn der Ausübung einer Last bis zur Zerstörung der Probe gezeigt wurde, als "a" ermittelt, das sich, wie in Fig. 1 gezeigt ist, von einem Punkt 1 (Beginn der Ausübung einer Last) bis zu einem Punkt 4 (einem Schnittpunkt zwischen einer Basislinie 3 und einem von einem Zerstörungspunkt 2 auf die Basislinie 3 gefällten Lot) er streckt; dann wurde die Bruchdehnung der Probe aus "a" und "t" unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:

Bruchdehnung = 6t·a/1000.

Diese Bruchdehnung ist übrigens der Quotient, der erhalten wird, wenn man die Biegefestigkeit durch den Elastizitätsmodul, der aus der Ablenkung im Zerstörungspunkt ermittelt wird, divi diert. Eine größere Bruchdehnung liefert hervorragende Angieß eigenschaften.

(5) Temperaturwechselbeständigkeit

Eine durch JIS R 1601 vorgeschriebene Probe wurde 20 min lang in einem Ofen von 900°C erhitzt und dann herausgenommen und 10 min lang durch einen Luftstrom abgekühlt. Dieser Temperatur wechselbeanspruchungsvorgang wurde 600mal wiederholt. Bei der Probe wurden die Vierpunkt-Biegefestigkeiten σ₀ (vor der Tempe raturwechselbeanspruchung) und σ₁ (nach der Temperaturwechsel beanspruchung) gemäß JIS R 1601 gemessen.

Aus den auf diese Weise erhaltenen Werten σ₀ und σ₁ wurde die Verschlechterung (%) der Temperaturwechselbeständigkeit der Probe unter Anwendung der folgenden Formel berechnet:

Verschlechterung (%) der Temperaturwechselbeständigkeit = {(σ₁-σ₀)/σ₀} × 100

(6) Säurebeständigkeit

Fünf gleiche AT-Keramik-Proben, die jeweils die Form einer qua dratischen Platte (10 mm · 10 mm · 3 mm (Dicke)) hatten, wurden hergestellt, und ihre jeweiligen Massen (m₀) wurden gemessen. Dann wurden sie in 100 ml einer 10%igen wäßrigen HCl-Lösung eingetaucht und unter Anwendung eines Wasserbades 24 h lang bei 90°C stehengelassen. Danach wurden sie herausge nommen, gewaschen und getrocknet, und ihre jeweiligen Massen (m₁) wurden gemessen. Die Säurebeständigkeit jeder Probe wurde unter Anwendung der folgenden Formel aus m₀ und m₁ berechnet:

Säurebeständigkeit (%) = ((m₀-m₁)/m₀) × 100

Der Mittelwert der Säurebeständigkeiten der fünf Proben wurde als Säurebeständigkeit der geprüften AT-Keramik aufgefaßt. Die Säurebeständigkeit ist um so höher, je niedriger ihr Prozent wert ist.

Beispiele 1 bis 6

Als Rohstoffe wurden feine Pulver aus α-Aluminiumoxid mit nied rigem Natriumgehalt und einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,8 µm, Titandioxid vom Rutiltyp mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 0,2 µm und hochreinem Kaolin mit einem mittle ren Teilchendurchmesser von 3 µm abgewogen, so daß eine Zusam mensetzung erhalten wurde, die in Tabelle 2 gezeigt ist. Die drei Pulver wurden gleichmäßig vermischt. Der Mischung wurden 1,5 Masse-% eines Bindemittels zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde weiter vermischt und im Vakuum entgast bzw. entlüftet. Die auf diese Weise erhaltene Mischung wurde durch Gießen in eine Gipsform geformt, wobei ein geformter Werkstoff erhalten wurde.

Der geformte Werkstoff wurde unter normalem Druck bei einer in Tabelle 2 gezeigten Temperatur gesintert, wobei ein AT-Sinter werkstoff erhalten wurde.

Bei dem AT-Sinterwerkstoff wurden die Anteile der Kristallpha sen, die Menge der Glasphase, der Elastizitätsmodul, die Bruch dehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säurebe ständigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Vergleichsbeispiele 1 bis 7

Feine Pulver aus Rohstoffen wurden abgewogen, so daß eine Zu sammensetzung erhalten wurde, die in Tabelle 3 gezeigt ist. Un ter Verwendung der feinen Pulver wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 ein AT-Sinterwerkstoff erhalten. Übrigens wurde der AT-Sinterwerkstoff von Vergleichsbeispiel 1 durch dasselbe Verfahren erhalten, wie es in der vorstehend erwähnten DE-OS 27 50 290 beschrieben ist, wurde der AT-Sinterwerkstoff von Vergleichsbeispiel 2 durch dasselbe Verfahren erhalten, wie es in der vorstehend erwähnten japani schen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 21756/1987 beschrieben ist, und wurde der AT-Sinterwerkstoff von Ver gleichsbeispiel 3 durch dasselbe Verfahren erhalten, wie es in der vorstehend erwähnten japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 164760/1989 beschrieben ist.

Bei jedem AT-Sinterwerkstoff wurden die Anteile der Kristall phasen, die Menge der Glasphase, der Elastizitätsmodul, die Bruchdehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säure beständigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 ge zeigt.

Tabelle 3

Wie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen ersichtlich ist, sind einige der erfindungsgemäßen AT-Sinterwerkstoffe herkömmlichen AT-Sinterwerkstoffen (Vergleichsbeispiele) hin sichtlich der Bruchdehnung gleichwertig oder überlegen. Einige der erfindungsgemäßen AT-Sinterwerkstoffe sind herkömm lichen AT-Sinterwerkstoffen auch hinsichtlich des Wertes der Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit gleichwer tig oder überlegen.

Der AT-Sinterwerkstoff von Vergleichsbeispiel 1 hat eine große Bruchdehnung, zeigt jedoch eine starke Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Säurebestän digkeit, d. h., eine schlechte Haltbarkeit. Die AT-Sinterwerk stoffe der Vergleichsbeispiele 2 und 3 sind jeweils hinsicht lich des Wertes der Verschlechterung der Temperaturwechselbe ständigkeit ausgezeichnet und haben eine ausgezeichnete Säure beständigkeit, zeigen jedoch eine kleine Bruchdehnung. Somit ist keiner der geprüften herkömmlichen AT-Sinterwerkstoffe so wohl hinsichtlich der Angießeigenschaften als auch hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit ausgezeichnet.

Im Gegensatz dazu haben die erfindungsgemäßen AT-Sinterwerk stoffe ausgezeichnete Angießeigenschaften und eine ausgezeich nete Temperaturwechselbeständigkeit.

Die erfindungsgemäße Aluminiumtitanat-Keramik hat ausgezeichne te Angießeigenschaften und eine hohe Temperaturwechselbestän digkeit und wird zweckmäßigerweise als Werkstoff verwendet, an den Metall anzugießen ist, beispielsweise als Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung in einem Benzinmotor, und auch als Motor-Kopfkanalwerkstoff. Sie ist somit von industriellem Nutzen.

Claims

1. Aluminiumtitanat-Keramik,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie auf Basis von Oxiden 51,7 bis 56,5 Masse% Al₂O₃, 40,2 bis 45,0 Masse% TiO₂, 2,0 bis 5,0 Masse% SiO₂, 0,04 Masse% oder weniger MgO und insgesamt 0,1 Masse% oder weniger Alkalibestandteile, die aus CaO, Na₂O und K₂O bestehen, enthält und eine Kristallphase, die eine Aluminiumtitanatphase, eine Rutilphase, eine Korundphase und eine Mullitphase aufweist, und eine Glasphase aufweist.

2. Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Aluminiumtitanatphase eine feste Lösung von Aluminiumtitanat mit anderen vorhandenen Elementen enthält, wobei diese Elemente Si, Mg, Ca, Na und/oder K sind.

3. Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bruchdehnung von 3×10^-3 oder mehr und eine Vierpunkt-Biegefestigkeit von 29,4 N/mm² oder mehr hat.

4. Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe₂O₃-Gehalt 1,0 Masse% oder weniger beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumtitanat-Keramik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
ein gemischtes Rohstoffpulver hergestellt wird, das aus 51,7 bis 56,5 Masse-% Al₂O₃, 40,2 bis 45,0 Masse-% TiO₂, 2,0 bis 5,0 Masse-% SiO₂, 0,04 Masse-% oder weniger MgO und insgesamt 0,1 Masse-% oder weniger Alkalibestandteilen, die aus CaO, Na₂O und K₂O bestehen, enthält,
das gemischte Rohstoffpulver geformt wird, um einen Formkörper zu erhalten,
der Formkörper getrocknet wird, um einen getrockneten Körper zu erhalten, und
der getrocknete Körper dann gesintert wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 5, wobei zur Herstellung des gemischten Rohstoffpulvers zudem 0,1 Masse-% oder weniger Fe₂O₃ eingesetzt wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 5, wobei als Rohstoff ein Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 µm oder weniger eingesetzt wird.