JP2008545612A - 細孔形成剤の組合せを含有するチタン酸アルミニウムセラミック形成バッチ混合物および未焼成体、および同混合物および未焼成体の製造および焼成方法 - Google Patents
細孔形成剤の組合せを含有するチタン酸アルミニウムセラミック形成バッチ混合物および未焼成体、および同混合物および未焼成体の製造および焼成方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
上式中、
Tbは加熱サイクルのその段階の始まりの初期炉温度であり、
Teは加熱サイクルのその段階の終了時の炉温度であり、
tbは加熱サイクルのその段階の開始時の時間であり、
teは加熱サイクルのその段階の終了時の時間である。
その一次結晶相としてチタン酸アルミニウムを有するセラミック物品の形成のために適した無機粉末バッチ混合物は、実施例A〜Hとして表IIに記載される。実施例の組成A〜Hの各々は、表IIに記載された明示された無機混合物の無機成分を配合し一緒にドライブレンドすることによって調製された。これらの混合物に表Iに明示された細孔形成剤の組合せの量を添加した。さらに、表IIに記載された有機結合剤系を各々に添加し、この中間混合物をその後、溶剤として脱イオン水とさらに混合して可塑化セラミックバッチ混合物を形成した。以下の表IおよびIIに示された結合剤系成分および細孔形成剤の組合せは、全無機物の100%に基づいて重量%で記載される。
Claims (52)
- アルミナ、チタニア、およびシリカの供給源を含有する無機バッチ材料と、
第1の細孔形成剤および前記第1の細孔形成剤と異なった組成を有する第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せと、
有機結合剤と、
溶剤と
を含むことを特徴とする、チタン酸アルミニウムセラミックを形成するチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。 - 前記細孔形成剤の組合せが、炭素、スターチ、およびポリマーの群から選択された少なくとも2つを含有することを特徴とする、請求項1に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記第1の細孔形成剤がポリマーであり、前記第2の細孔形成剤が黒鉛であることを特徴とする、請求項1に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記ポリマーが0.97グラム/cc未満の密度を有することを特徴とする、請求項3に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記第1および第2の細孔形成剤が、黒鉛、活性炭素、石油コークス、カーボンブラック、トウモロコシ澱粉、大麦澱粉、豆澱粉、馬鈴薯澱粉、米澱粉、タピオカ澱粉、エンドウ澱粉、サゴヤシ澱粉、小麦澱粉、カンナ澱粉、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、エポキシ、ABS、アクリル樹脂、およびポリエステルからなる細孔形成剤の群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記第1の細孔形成剤が澱粉を含み、前記第2の細孔形成剤が黒鉛を含むことを特徴とする、請求項1に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記澱粉が、トウモロコシ澱粉、大麦澱粉、豆澱粉、馬鈴薯澱粉、米澱粉、タピオカ澱粉、エンドウ澱粉、サゴヤシ澱粉、小麦澱粉、およびカンナ澱粉からなることを特徴とする、請求項6に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記第1の細孔形成剤が馬鈴薯澱粉であり、前記第2の細孔形成剤が黒鉛であることを特徴とする、請求項1に記載のチタン酸アルミニウムセラミックバッチ混合物。
- 前記第1の細孔形成剤が、前記無機バッチ材料の5〜25重量%からなり、前記第2の細孔形成剤が、前記無機バッチ材料の5〜25重量%からなることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックバッチ混合物。
- 前記第1の細孔形成剤が、前記無機バッチ材料の5〜15重量%の澱粉からなり、前記第2の細孔形成剤が、前記無機バッチ材料の5〜15重量%の炭素からなることを特徴とする、請求項1に記載のセラミックバッチ混合物。
- アルミナ、チタニア、およびシリカの供給源を含有する無機バッチ材料の均質な混合物と、
異なる組成を有する第1の細孔形成剤および第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せと、
有機結合剤と
を含むチタン酸アルミニウムセラミック形成未焼成体であって、未焼成体に沿って横断する複数のセルチャンネルを形成する複数の連続セル壁を含有することを特徴とする、チタン酸アルミニウムセラミック形成未焼成体。 - 無機バッチ材料を、異なる組成の第1の細孔形成剤および第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せと混合してバッチ組成物を形成する工程と、
有機結合剤および溶剤を前記バッチ組成物に添加してさらに混合し、可塑化混合物を形成する工程と、
未焼成体を前記可塑化混合物から形成する工程と、
前記未焼成体を焼成してチタン酸アルミニウムの主相を製造する工程と
を含むことを特徴とする、チタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。 - 混合する前記工程が、シリカ、アルミナ、およびチタニアの供給源を混合する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 焼成する前記工程が、40%より大きい多孔度を示すセラミック物品を製造することを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 混合する前記工程が、炭素、ポリマー、および澱粉からなる群から選択される前記第1および第2の細孔形成剤を混合する工程を含むことを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 焼成する前記工程が、酸化物基準で重量%で表された、40〜65%のAl2O3、25〜40%のTiO2、および3〜12%のSiO2を含む材料組成を有するセラミック物品を製造することを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 焼成する前記工程が、
炉温度を第1の段階において14℃/時間より大きく50℃/時間より小さい第1の平均上昇速度において増加させて前記第1の細孔形成剤を焼尽させる工程と、
前記炉温度を第2の段階において500℃より高い下限および900℃未満の上限を有する第1の保持領域内に120時間未満にわたり保持して前記第2の細孔形成剤を焼尽させる工程と、
前記炉温度を第3の段階において30℃/時間より大きく80℃/時間より小さい第2の平均上昇速度において増加させる工程と、
前記炉温度を第4の段階においておよび1350℃より高い下限および1550℃未満の上限を有する第2の保持領域内に少なくとも4時間にわたり保持する工程と
をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。 - 焼成する前記工程が、100℃/時間より大きい平均冷却速度において前記下限から少なくとも1000℃まで冷却する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 焼成する前記工程が、50%より大きく60%未満の多孔度、好ましくは10μmより大きく15μm未満である中央細孔サイズ、RT〜800℃の間で測定された、10×10−7/℃未満のCTE、および150psiより大きいMOR値を有するセラミック物品を製造することを特徴とする、請求項12に記載のチタン酸アルミニウム含有セラミック物品を製造する方法。
- 無機バッチ材料と、第1の細孔形成剤および前記第1の細孔形成剤と異なった組成を有する第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せとを含有する未焼成体を提供する工程と、
炉温度を第1の加熱段階において14℃/時間より大きく50℃/時間より小さい第1の平均上昇速度において増加させて前記第1の細孔形成剤を焼尽させる工程と、
前記炉温度を第2の加熱段階において500℃より高い下限および900℃未満の上限を有する第1の保持温度領域内に120時間未満にわたり保持して前記第2の細孔形成剤を焼尽させる工程と、
前記炉温度を第3の段階において30℃/時間より大きく80℃/時間より小さい第2の平均上昇速度において増加させる工程と、
前記炉温度を第4の加熱段階においておよび1350℃より高い下限および1550℃未満の上限を有する第2の保持温度領域内に少なくとも4時間にわたり保持し、そこでチタン酸アルミニウムの主相を有するセラミック物品が形成される工程と
を含むことを特徴とする、未焼成体を焼成する方法。 - 100℃/時間より大きい平均冷却速度において前記下限から1000℃未満まで冷却する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階において前記炉温度を保持する前記工程が100時間未満であることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階において前記炉温度を保持する前記工程が80時間未満であることを特徴とする、請求項20に記載の方法。
- チタン酸アルミニウム形成無機バッチ材料と細孔形成剤とを含有する未焼成体を提供する工程と、
1550℃未満の上限および1350℃より高い下限を有する保持温度範囲内で最高温度まで炉内で加熱してチタン酸アルミニウムの主相を形成する工程と、
100℃/時間より大きい平均冷却速度において前記下限から1000℃未満まで急速冷却し、そこでチタン酸アルミニウムの前記主相の分解が最小にされる工程と
を含むことを特徴とする、未焼成体を焼成する方法。 - 前記細孔形成剤を、第1の細孔形成剤および前記第1の細孔形成剤と異なった組成を有する第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せとして提供する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項24に記載の未焼成体を焼成する方法。
- 加熱する前記工程が、炉温度を第1の加熱段階において14℃/時間より大きく50℃/時間より小さい第1の平均上昇速度において増加させて前記第1の細孔形成剤を焼尽させる工程を含むことを特徴とする、請求項24に記載の未焼成体を焼成する方法。
- 加熱する前記工程が、前記炉温度を第2の加熱段階において600℃より高い下限および900℃未満の上限を有する第1の保持温度領域内に120時間未満にわたり保持して前記第2の細孔形成剤を焼尽させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項26に記載の未焼成体を焼成する方法。
- 加熱する前記工程が、前記炉温度を第3の段階において30℃/時間より大きく80℃/時間より小さい第2の平均上昇速度において増加させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項27に記載の未焼成体を焼成する方法。
- 無機バッチ材料と少なくとも1つの細孔形成剤とを含有する未焼成体を提供する工程と、
第1の加熱段階において室温〜500℃の間で14℃/時間より大きく50℃/時間より小さい第1の平均上昇速度において40時間未満にわたり加熱する工程と、
前記第1の段階の後、前記炉温度を第2の加熱段階において500℃より高い下限および900℃未満の上限を有する第1の保持温度領域内に40時間未満にわたり保持する工程と、
前記第2の段階の後、前記炉温度を第3の加熱段階において約30℃/時間より大きい第2の平均上昇速度において増加させる工程と、
前記炉温度を第4の加熱段階において1350℃より高い下限および1550℃未満の上限を有する第2の保持温度領域内に、前記未焼成体をセラミックに転化するために十分な時間にわたり保持する工程と
を含むことを特徴とする、未焼成体を焼成する方法。 - 第1の細孔形成剤および前記第1の細孔形成剤と異なった組成を有する第2の細孔形成剤を含有する細孔形成剤の組合せをさらに含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 100℃/時間より大きい平均冷却速度において前記下限から1000℃未満まで冷却する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第1の加熱段階において室温〜500℃の間で加熱する前記工程が30時間未満であることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第1の加熱段階において室温〜500℃の間で加熱する前記工程が20時間未満であることを特徴とする、請求項32に記載の方法。
- 前記第1の加熱段階において約300℃〜500℃の温度範囲内で、加熱速度が約10℃/時間より大きいことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記加熱速度が約25℃/時間より大きいことを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 前記加熱速度が約50℃/時間より大きいことを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 前記加熱速度が約75℃/時間より大きいことを特徴とする、請求項34に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階においての平均上昇速度が10℃/時間より大きいことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階において前記炉温度を保持する前記工程が30時間未満であることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階において前記炉温度を保持する前記工程が20時間未満であることを特徴とする、請求項39に記載の方法。
- 前記第2の加熱段階において前記炉温度を保持する前記工程が20時間未満であり、前記第1の保持温度領域が、600℃より高い下限および800℃未満の上限を有することを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第3の加熱段階が、約40℃/時間より大きく約60℃/時間より小さい第2の平均上昇速度を有することを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第3の加熱段階が、約40℃/時間より大きく約50℃/時間より小さい第2の平均上昇速度を有することを特徴とする、請求項42に記載の方法。
- 前記炉温度を前記第4の加熱段階において保持する前記工程が少なくとも10時間であることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記炉温度を前記第4の加熱段階において1420℃より高い下限および1460℃未満の上限を有する第2の保持温度領域内に保持する前記工程が少なくとも15時間であることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第1の平均上昇速度が、第1の保持温度領域内の前記第2の加熱段階の平均加熱速度より大きいことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記第3の加熱段階においての前記第2の平均上昇速度が、前記第2の加熱段階の前記平均加熱速度より大きいことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 保持する前記工程が、前記炉温度を1350℃より高く1550℃未満の前記第2の保持温度領域内に少なくとも10時間にわたり維持する工程を含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記セラミック物品がチタン酸アルミニウムの主相を有するように形成されることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記炉内の酸素濃度を15%超まで80時間未満で増加させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記炉内の酸素濃度を15%超まで40時間未満で増加させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記炉内の酸素濃度を15%超まで30時間未満で増加させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
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