DE4232640C3

DE4232640C3 - Aluminiumtitanat-Keramik und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4232640C3
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: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: US5422324A; DE4232640C2; BE1005853A5; JP3192700B2; JPH0585818A; DE4232640A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Aluminiumtitanat-Keramik und ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumtita nat-Keramik. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Aluminiumtitanat-Keramik, die beispielsweise bei einer Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung, einer Auspuffkrümmerauskleidung (wobei diese Auskleidungen zur Wär medämmung der Innenseite eines Motor-Auspuffrohres dienen) und einer Anlage zur katalytischen Abgasnach behandlung bzw. einem katalytischen Reaktionsofen verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Aluminiumtitanat-Keramik.

Eine Keramik, bei der als Grundmaterial Aluminiumtitanat verwendet wird, hat einen niedrigen Wärmeaus dehnungskoeffizienten und einen kleinen Elastizitätsmodul. Sie eignet sich folglich zur Verwendung bei ver schiedenen Bauteilen, die unter scharfen Bedingungen angewendet werden, bei denen die Bauteile eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Wärmeausdehnung haben müssen, beispielsweise bei einer Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung, einer Auspuffkrümmerauskleidung (wobei diese Auskleidungen zur Wär medämmung der Innenseite eines Benzinmotor-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 (wobei Aluminiumtitanat nachstehend als AT bezeichnet wird) einander im allgemeinen proportio nal sind. Das heißt, der Elastizitätsmodul ist größer, wenn die Festigkeit höher ist. Umgekehrt ist der Elastizitäts modul kleiner, wenn die Festigkeit niedriger ist. Dies liegt daran, daß in dem Fall, daß ein keramischer AT-Werk stoff eine niedrige Festigkeit hat, die Kristallkörner des keramischen AT-Werkstoffs im allgemeinen groß sind und zwischen den Korngrenzen eine Anzahl von Rissen vorhanden ist, wodurch bewirkt wird, daß der kerami sche AT-Werkstoff leicht (durch)gebogen werden kann, und seine Festigkeit vermindert wird. Viele herkömmli che keramische AT-Werkstoffe haben einen Elastizitätsmodul von etwa 19,6 kN/mm² oder mehr und eine Biegefestigkeit von 19,6 bis 49,0 N/mm².

Bei keramischen AT-Werkstoffen sind in Abhängigkeit von ihren Anwendungen verschiedene Verbesserun gen erzielt worden, indem beispielsweise die Zusammensetzung geeignet gewählt wurde oder geeignete Zusatz stoffe zugesetzt wurden. In der DE-OS 27 50 290 wird beispielsweise ein silicathaltiger keramischer Aluminium titanat-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 gemessen wird.

In der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 1 64 760/1989 wird ein geformter Sinterwerkstoff vorgeschlagen, der hauptsächlich aus Aluminiumtitanat besteht und aus gemischten 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 beträgt.

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 jedoch die folgenden Probleme: Das heißt, die Keramik enthält eine Magnesiumsilicat-Glasphase; wenn die Keramik einer Temperaturwechselbeanspruchung 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 Korngrenzenfestigkeit vermindert; an den Korngrenzen entwic keln sich Risse, und es tritt eine Verschlechterung der Festigkeit ein; die Keramik 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; Offenlegungsschrift) Nr. 21 756/1987 vorge schlagen 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 Angießeigenschaften, wenn sie als Werkstoff verwendet wird, an den Metall anzugießen ist.

Die Keramik die in der japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 164760/1989 vorge schlagen wird, hat eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Säurebeständigkeit, 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 Ge wichts% 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 erwähnten Probleme herkömmlicher keramischer Folglich ist die Glasphase im Rahmen der Erfindung ein Wert, der erhalten wird, indem bei der Rasterelektro nenmikrophotographie, 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 Glasphasenbereich (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-Biegeversuchs 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-Biege festigkeit von Keramiken angewandt 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) erstreckt; 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, dividiert. Eine größere Bruchdeh nung liefert hervorragende Angießeigenschaften.

(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 Temperaturwechselbeanspru chungsvorgang wurde 600mal wiederholt. Bei der Probe wurden die Vierpunkt-Biegefestigkeiten σ₀ (vor der Temperaturwechselbeanspruchung) und σ₁ (nach der Temperaturwechselbeanspruchung) gemäß JIS R 1601 gemessen.

Aus den auf diese Weise erhaltenen Werten σ₀ und σ₁ wurde die Verschlechterung (%) der Temperaturwech selbeständigkeit 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 quadratischen Platte (10 mm . 10 mm . 3 mm (Dicke)) hatten, wurden hergestellt, und ihre jeweiligen Massen (wo) 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 herausgenommen, 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 Prozentwert ist.

Beispiele 1 bis 6

Als Rohstoffe wurden feine Pulver aus α-Aluminiumoxid mit niedrigem Natriumgehalt und einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,8 µm, Titandioxid vom Rutiltyp mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,2 µm und hochreinem Kaolin mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 3 µm abgewogen, so daß eine Zusammensetzung 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 ver mischt 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-Sinterwerkstoff erhalten wurde.

Bei dem AT-Sinterwerkstoff wurden die Anteile der Kristallphasen, die Menge der Glasphase, der Elastizitäts modul, die Bruchdehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säurebeständigkeit gemessen. Die AT-Werkstoffe zu lösen und einen keramischen AT-Werkstoff bereitzustellen, der eine ausgezeichnete Tempe raturwechselbeständigkeit und hervorragende Angießeigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Aluminiumtitanat-Keramik gelöst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung der vorstehend er wähnten Aluminiumtitanat-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 bei einer Temperatur von 1350°C bis 1450°C gesintert wird.

Die erfindungsgemäße Aluminiumtitanat-Keramik hat die vorstehende Zusammensetzung und enthält als Kristallphasen nicht nur 60-85% einer Aluminiumtitanatphase, sondern auch 10-25% einer Rutilphase, 2-10% einer Korundphase und 2-10% einer Mullitphase, wobei die Menge der Glasphase derart eingestellt ist, daß sie 5% nicht überschreitet; die erfindungsgemäße Keramik hat deshalb eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und hervorra gende Angießeigenschaften.

Es wird angenommen, daß die Gründe für die ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und die hervorragenden Angießeigenschaften wie folgt sind.

Erstens werden herkömmliche Aluminiumtitanat-Keramiken des Al₂O₃-TiO₂-SiO₂-Typs im allgemeinen unter Verwendung von natürlichen Mineralien usw. als Rohstoffen, beispielsweise von Ton usw. als SiO₂-Quelle, hergestellt; als Folge enthalten die meisten herkömmlichen keramischen AT-Werkstoffe wegen des Vorhanden seins 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. Andererseits hat die erfindungsgemäße AT-Keramik eine ausgezeichnete 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 Kristallkörner von Rutil, Korund und Mullit, die in der erfindungsgemäßen 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 gespeichert. Diese gespeicherte Restspannung wird bei der Erzeugung irgendeines Risses sofort abgebaut, und in der Längsrichtung jedes AT-Kristallkorns werden Risse erzeugt. Entlang den Korngrenzen werden jedoch keine Risse erzeugt; infolgedessen tragen die Risse zu den hervorra genden Angießeigenschaften bei, wachsen jedoch nicht während der Temperaturwechselbeanspruchung.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte 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 Grundbestandteile, die die Keramik bilden, drei Bestandtei le, d. h., Al₂O₃, TiO₂ und SiO₂. Die Hauptkristallphasen bestehen aus vier Phasen, d. h., 60 bis 85% einer Aluminiumtitanatphase (Al₂TiO₅-Phase), 10 bis 25% einer Rutilphase (TiO₂-Phase), 2 bis 10% einer Korundphase (Al₂O₃-Phase) und 2 bis 10% einer Mullitphase (3Al₂O₃ . 2SiO₂-Phase). Die Glasphase ist derart eingestellt, daß sie 5% nicht überschreitet. Ein Teil der Aluminiumtitanatphase kann eine feste Lösung von Aluminiumtitanat enthalten.

Wenn die Anteile der Kristallphasen außerhalb der vorstehenden Bereiche liegen, hat die erhaltene AT-Kera mik eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit und minderwertige Angießeigenschaften, 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 Temperaturwechselbeständigkeit, 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 Rohstoffe und kann erhalten werden, indem jeder Rohstoff derart vorbereitet wird, daß er in den vorstehenden Bereich kommt. Wenn jeder Bestand teil der AT-Keramik außerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, ist es unmöglich, eine AT-Keramik zu erhalten, die hinsichtlich der Angießeigenschaften und der Temperaturwechselbeständigkeit zufriedenstellend ist. Bei der erfindungsgemäßen AT-Keramik beträgt der Fe₂O₃-Gehalt vorzugsweise 1,0 Masse-% oder weniger. Wenn Fe₂O₃ in einer großen Menge enthalten ist, hat die erhaltene AT-Keramik einen großen Elastizitätsmodul und schlechte Angießeigenschaften.

Es wird die Quelle (der Rohstoff) jedes Oxidbestandteils beschrieben. Als Quelle für Al₂O₃ können beispiels weise α-Aluminiumoxid, calcinierter Bauxit, Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid und Aluminiumhydroxid ver wendet werden. Als Quelle für TiO₂ können beispielsweise Rutil und Anatas verwendet werden. Als Quelle für SiO₂ können beispielsweise Kieselglas, Kaolin, Mullit 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 verwenden.

Im Rahmen der Erfindung werden die Rohstoffe, jeder im feinpulverigen Zustand, in der vorstehenden Zusammensetzung vermischt, und die Mischung wird in einer gewünschten Gestalt geformt und gemäß bekann ten Verfahren gesintert, um eine AT-Keramik zu erhalten. 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, wodurch es schwierig gemacht wird, gewünschte Kristalle zu erhalten. Die Teilchendurchmesser der Rohstoffe werden vorzugsweise derart gewählt, daß die AT-Kristallkörner der erhaltenen AT-Keramik einen mittleren Teilchendurchmesser von 4 µm oder weniger haben. Wenn die AT-Kristallkörner groß sind, werden eher entlang den Korngrenzen als in der Längsrichtung jedes Korns Risse erzeugt.

Als Verfahren für die Formgebung kann irgendein bekanntes Formgebungsverfahren wie z. B. Heißpressen, Gießen, Pressen mit Gummisack bzw. -matrize oder dergleichen angewandt werden. Die Temperatur für das Sintern kann der Temperatur ähnlich sein, die für das Sintern gewöhnlicher Keramiken angewandt wird, beträgt jedoch im allgemeinen 1350 bis 1450°C. Dieser Temperaturbereich ist notwendig, um die Anteile der Rutil-Kri stallphase und der Korund-Kristallphase in ihren jeweiligen vorstehend erwähnten Bereichen zu halten. Bei der Formgebung und dem Sintern kann zweckmäßigerweise ein Formgebungshilfsmittel, ein Verflüssigungs- 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 Vier punkt-Biegefestigkeit von 29,4 N/mm² oder mehr. Wenn die Vierpunkt-Biegefestigkeit weniger als 29,4 N/mm² beträgt hat die erhaltene AT-Keramik eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele näher beschrieben, jedoch wird die Erfindung durch diese Beispiele nicht eingeschränkt.

In den vorliegenden Beispielen wurden die Anteile der Kristallphase, die Menge der Glasphase, der Elastizi tätsmodul, die Bruchdehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säurebeständigkeit 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-Keramik wurden gemessen. Dann wurde der Anteil jeder Kristallphase unter Anwendung der folgenden Formel berech net:
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 Mullitkristal len umgeben waren. Als diese Bereiche einer chemischen Analyse unterzogen wurden, zeigten sie eine Zusam mensetzung, 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.

Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Vergleichsbeispiele 1 bis 7

Feine Pulver aus Rohstoffen wurden abgewogen, so daß eine Zusammensetzung erhalten wurde, die in Tabelle 3 gezeigt ist. Unter 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-Sinter werkstoff von Vergleichsbeispiel 2 durch dasselbe Verfahren erhalten, wie es in der vorstehend erwähnten japanischen Patentanmeldung (Kokai; Offenlegungsschrift) Nr. 21756/1987 beschrieben ist, und wurde der AT-Sinterwerkstoff von Vergleichsbeispiel 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 Kristallphasen, die Menge der Glasphase, der Elastizi tätsmodul, die Bruchdehnung, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Säurebeständigkeit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Wie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen ersichtlich ist, sind einige der erfindungsgemä ßen AT-Sinterwerkstoffe herkömmlichen AT-Sinterwerkstoffen (Vergleichsbeispiele) hinsichtlich der Bruch dehnung gleichwertig oder überlegen. Einige der erfindungsgemäßen AT-Sinterwerkstoffe sind herkömmlichen AT-Sinterwerkstoffen auch hinsichtlich des Wertes der Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit gleichwertig oder überlegen.

Der AT-Sinterwerkstoff von Vergleichsbeispiel 1 hat eine große Bruchdehnung, zeigt jedoch eine starke Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Säurebeständigkeit, d. h. eine schlech te Haltbarkeit. Die AT-Sinterwerkstoffe der Vergleichsbeispiele 2 und 3 sind jeweils hinsichtlich des Wertes der Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit ausgezeichnet und haben eine ausgezeichnete Säurebe ständigkeit, zeigen jedoch eine kleine Bruchdehnung. Somit ist keiner der geprüften herkömmlichen AT-Sinter werkstoffe sowohl hinsichtlich der Angießeigenschaften als auch hinsichtlich der Temperaturwechselbeständig keit ausgezeichnet.

Im Gegensau dazu haben die erfindungsgemäßen AT-Sinterwerkstoffe ausgezeichnete Angießeigenschaften und eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit.

Die erfindungsgemäße Aluminiumtitanat-Keramik hat ausgezeichnete Angießeigenschaften und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und wird zweckmäßigerweise als Werkstoff verwendet, an den Metall anzu gießen ist, beispielsweise als Kopfkanalbuchse bzw. -auskleidung in einem Benzinmotor, und auch als Motor-

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 so daß die Kristallphase 60 bis 85% einer Aluminiumtitanatphase, 10 bis 25% einer Rutilphase, 2 bis 10% einer Korundphase und 2 bis 100% einer Mullitphase aufweist, und die Aluminiumtitanat-Kera mik eine Glasphase mit einem Gehalt von 5% oder weniger aufweist.

2. Aluminiumtitanat-Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Aluminiumtitan atphase 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 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,
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 bei einer Temperatur von 1350°C bis 1450°C 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.