JP2009114063A - チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体 - Google Patents

Abstract

【課題】チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の本来の低熱膨張性を維持した上で、高温においても安定に継続使用でき、且つ良好な機械的強度を有するチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を提供する。
【解決手段】酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
（ｉ）組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
（ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．１８〜１．９５重量部
（iii）ＳｉＯ_２を０．６５〜６．８７重量部、
（iv)Ｎａ_２Ｏを０〜１．１８重量部、
（ｖ）Ｋ_２Ｏを０〜１．６９重量部。
【選択図】図１

Description

本発明は、チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体に関する。

チタン酸アルミニウムマグネシウムは、チタン酸アルミニウム−チタン酸マグネシウムの全組成領域にわたって生成する全率固溶体であり、その焼結体は、チタン酸アルミニウム焼結体と同様に、熱膨張係数が小さく、優れた耐食性を有するものである。チタン酸アルミニウムマグネシウムの融点は、例えば、チタン酸アルミニウムとチタン酸マグネシウムが等モル比近傍で固溶している焼結体では約１６４０℃である。これは、チタン酸アルミニウムの融点である約１８７０℃と比較すると低い温度であるが、チタン酸マグネシウムの融点である約１６００℃を上回る温度である。このため、一般に、チタン酸アルミニウムマグネシウムの耐熱高温限界は、チタン酸アルミニウムより劣るものの、チタン酸マグネシウムと比較すると優れている。
チタン酸アルミニウム焼結体及びチタン酸マグネシウム焼結体は、いずれも焼結体を構成する結晶粒が擬ブルッカイト型結晶構造をとり、熱膨張係数の異方性がある。このため、加熱、冷却に伴って結晶粒子界面に応力によるズレが生じ易く、微少クラックや空隙が進行して、機械的強度が低下し易いという欠点がある。チタン酸アルミニウムマグネシウムも同様の欠点を抱えているため、その焼結体も強度が不十分である。特に、高温下において負荷がかかる用途に用いる場合には、十分な耐用性を発揮することができない。
また、チタン酸アルミニウムの合成温度の下限は１２８０℃、チタン酸マグネシウムの合成温度の下限は９００℃であり、いずれも合成温度領域より低温では不安定である。これらの固溶体であるチタン酸アルミニウムマグネシウムについても、チタン酸アルミニウム及びチタン酸マグネシウムと同様に、合成温度領域より低温では不安定であり、分解温度域で長時間継続使用するとＴｉＯ_２（ルチル）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（スピネル）に熱分解し易い。ここで、チタン酸アルミニウムマグネシウムの分解温度域はチタン酸アルミニウムとチタン酸マグネシウムの固溶比率によって異なるが、通常、８００〜１２８０℃程度の温度範囲内にある。例えば、チタン酸アルミニウムとチタン酸マグネシウムが等モル比近傍で固溶したチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体については、１１００℃付近の温度域において長時間継続して使用するとＴｉＯ_２（ルチル）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（スピネル）に熱分解する（Vincenzo Buscaglia et al. “Decomposition of Al₂TiO₅and Al_2(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ Ceramics”, Journal of American Ceramic Society, 1998, 81 [10], pp.2645-2653）。このため、チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、この様な分解温度域で継続使用することができない。

本発明の主な目的は、チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の本来の低熱膨張性を維持した上で、高温においても安定に継続使用でき、且つ良好な機械的強度を有するチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を提供することである。

本発明者は、上記した如き従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねてきた。その結果、Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物に、更に、特定のアルカリ長石を添加した原料混合物を用いて焼結体を製造することにより、高い機械的強度と低熱膨張率を有し、更に、耐分解性、耐火性などにも優れたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体が得られることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、下記のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の製造方法を提供するものである。
１． 組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを基本成分とする焼結体の製造方法であって、
下記（ｉ）及び（ii）項に示す成分を含有する原料混合物から形成された成形体を焼成することを特徴とする方法：
（ｉ）Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を、上記組成式におけるＭｇ、Ａｌ及びＴｉの金属成分比と同じ金属成分比で含む混合物を酸化物換算量として１００重量部、
（ii）組成式：（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８（式中、ｙ値は、０≦ｙ≦１である）で表されるアルカリ長石を１〜１０重量部。
２． 組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５におけるｘ値が０．２５≦ｘ≦０．７５である上記項１に記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の製造方法。
３． 組成式：（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８におけるｙ値が、０．１５≦ｙ≦０．８５である上記項１又は２に記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の製造方法。
４． 焼成温度が１０００〜１７００℃である上記項１〜３のいずれかに記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体の製造方法。
５． 上記項１〜４のいずれかの方法で得られるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体。

本発明の製造方法は、組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを基本成分とする焼結体の製造方法であって、
下記（ｉ）及び（ii）項に示す成分を含有する原料混合物から形成された成形体を焼成することを特徴とする方法である：
（ｉ）Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を、上記組成式におけるＭｇ、Ａｌ及びＴｉの金属成分比と同じ金属成分比で含む混合物を酸化物換算量として１００重量部、
（ii）組成式：（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８（式中、ｙ値は、０≦ｙ≦１である）で表されるアルカリ長石を１〜１０重量部。

上記組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５において、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１であり、特に、０．２５≦ｘ≦０．７５であることが好ましい。

原料として用いるＭｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物としては、焼成によりチタン酸アルミニウムマグネシウムを合成できる成分であれば特に限定なく使用できる。Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物としては、各々別個の化合物を用いてもよく、或いは二種以上の金属成分を含む化合物を用いてもよい。これらの化合物は、通常、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、マグネシアセラミックス、チタン酸アルミニウムセラミックス、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックス等の各種セラミックスの原料として用いられているものの内から適宜選択して用いればよい。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ等の酸化物、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、Ａｌ_２ＴｉＯ_５、ＭｇとＴｉを含む各種スピネル型構造体等の二種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Ａｌ、Ｔｉ及びＭｇから成る群から選ばれた１種又は２種以上の金属成分を含む化合物（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等）等を用いることができる。

Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物は、これらの化合物に含まれる金属成分の比率が、上記した組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘは上記に同じ）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムにおけるＭｇ、Ａｌ及びＴｉの各金属成分の比率と同一の比率となるように混合すれば良い。上記した各化合物をこの様な割合で混合することによって、原料として用いる混合物における金属成分比と同様の金属成分比を有するチタン酸アルミニウムマグネシウムを基本成分とする焼結体を得ることができる。

本発明では、上記したＭｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物に、更に、添加剤としてアルカリ長石を加えることが必要である。

アルカリ長石としては、組成式：（Ｎａ_ｙＫ_１−ｙ）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるものを用いる。該アルカリ長石は、チタン酸アルミニウムマグネシウムの焼結助剤であると同時に、チタン酸アルミニウムマグネシウムにＳｉ成分を添加する役割を兼ねるものである。上記組成式において、ｙ値は、０≦ｙ≦１であり、０．１≦ｙ≦１であることが好ましく、０．１５≦ｙ≦０．８５であることがより好ましい。この範囲のｙ値を有するアルカリ長石は、融点が低く、チタン酸アルミニウムマグネシウムの焼結促進に特に有効である。

アルカリ長石の使用量は、原料として用いるＭｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物の各化合物を酸化物に換算した合計量１００重量部に対して、１〜１０重量部程度とすればよく、３〜５重量部程度とすることが好ましい。この場合の原料化合物の酸化物換算量は、Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物の各化合物を、それぞれ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉ_２Ｏとして換算した量である。

本発明によれば、Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物に、上記した特定のアルカリ長石を添加剤として加え、この混合物を所定の形状に成形して焼成することによって、機械的強度が大きく、熱分解耐性に優れたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得ることができる。

本発明方法によって機械的強度と熱分解耐性がともに良好な焼結体が得られる理由については、必ずしも明確ではないが下記の通り推測される。

即ち、本発明方法で用いるアルカリ長石は、チタン酸アルミニウムマグネシウムが生成する温度付近から液相となるものである。このようなアルカリ長石を原料混合物に添加して焼成することにより、チタン酸アルミニウムマグネシウムの生成反応が液相下で起こり、緻密な焼結体が形成される。この添加剤は最初の焼成過程においてチタン酸アルミニウムマグネシウムに固溶するために、焼結体形成後に再度加熱した場合に液相とはならず、焼結体の強度低下を招くことがない。また、アルカリ長石に含まれるＳｉ成分は、焼成によってチタン酸アルミニウムマグネシウムを形成する際にチタン酸アルミニウムマグネシウム結晶格子に固溶するが、チタン酸マグネシウム結晶系よりチタン酸アルミニウム結晶系に優先的に固溶する。これは、擬ブルッカイト型結晶構造の中でも、チタン酸アルミニウムは、チタン酸マグネシウムと比べて、結晶構造を構成する八面体の歪みが大きく、このため結晶学的異方性が著しく、結晶構造が不安定なためである。したがって、チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶格子に固溶するＳｉは、チタン酸アルミニウム結晶系に固溶し、主としてＡｌのサイトを占有する。このとき、四価のＳｉは、本来三価で電荷のバランスが保たれているＡｌのサイトを単独で置換するよりも、系内にある二価のＭｇとペアとなって、ＳｉとＭｇの両者によりトータル六価となり、隣接する２つのＡｌ（トータル六価）と置換しやすい。この点については各カチオンのイオン半径の相関からも説明できる。即ちＳｉ^４＋とＭｇ^２＋のイオン半径はそれぞれ０．５４Åと０．８６Åであり、両者の平均イオン半径は０．７０Åとなることから、Ａｌ^３＋のイオン半径の０．６８Åと近似したものとなる。よって、ＳｉとＭｇのペアによるＡｌのサイトの占有はＳｉ単独の置換よりエネルギー的にも無理のない固溶状態であると考えられる。このように、チタン酸アルミニウムマグネシウムは、ＳｉとＭｇの同時添加によって、高温下でも各カチオン間のイオンの拡散を抑制でき、安定な結晶構造をとるものと考えられる。

以上の理由により、得られるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、機械的強度が向上し、更に、結晶構造の安定化によって、非常に優れた熱分解耐性を示すものと思われる。

Ｍｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物を含む混合物にアルカリ長石を加えた原料混合物は、充分に混合し、適当な粒径に粉砕した後、所定の形状に成形すれば良い。

原料混合物の混合・粉砕方法については、特に限定的ではなく常法に従えば良い。例えば、ボールミル、媒体撹拌ミル等を用いて混合・粉砕を行えばよい。

原料混合物の粉砕の程度については特に限定はないが、通常、１μｍ程度以下に粉砕すればよく、二次粒子が形成されないようにすれば、できるだけ小さい粒径まで粉砕することが好ましい。

原料混合物には、更に、必要に応じて、成形助剤を配合することができる。成形助剤としては、成形方法に応じて、従来から使用されている公知の成分を用いればよい。

この様な成形助剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、カルボキシメチルセルロース等のバインダー、ステアリン酸エマルジョン等の離型剤、ｎ−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノール等の消泡剤、ジエチルアミン、トリエチルアミン等の解膠剤等を用いることができる。

成形助剤の使用量についても特に限定的ではなく、成形方法に応じて従来と同様の配合量範囲から適宜選択すればよい。例えば、鋳込み成形により成形する場合には、原料として用いるＭｇ含有化合物、Ａｌ含有化合物及びＴｉ含有化合物の各化合物を酸化物として換算した合計量１００重量部に対して、バインダーを０．２〜０．６重量部程度、解膠剤を０．５〜１．５重量部程度、離型剤（固形分量）を０．２〜０．７重量部程度、消泡剤を０．５〜１．５重量部程度用いることができる。

原料混合物の成形方法についても特に限定はなく、例えば、プレス成形、シート成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、ＣＩＰ成形等の公知の成形方法を適宜採用すればよい。

焼成温度については、チタン酸アルミニウムマグネシウムが形成されるために必要な温度とすれば良い。通常、１０００〜１７００℃程度、好ましくは１２５０〜１４５０℃程度とすればよい。

焼成雰囲気については特に限定はなく、通常採用されている空気中等の含酸素雰囲気、還元性雰囲気、不活性雰囲気の何れでも良い。

焼成時間については特に限定はなく、成形体の形状などに応じて、充分に焼結が進行するまで焼成すれば良い。通常は、上記した温度範囲に１〜１０時間程度保持すればよい。

焼成の際の昇温速度及び降温速度についても、特に限定はなく、焼結体にクラックが入らないような条件を適宜設定すればよい。例えば、原料中に含まれる水分、有機バインダー等を十分に除去するために、急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記した焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、７００〜１０００℃程度の温度範囲において、１０〜３０時間程度の緩やかな昇温による仮焼結を行うことができる。この仮焼結によって、チタン酸アルミニウムマグネシウムが形成される際に、クラック発生の原因となる焼結体内の応力を緩和することができ、クラックの発生を抑制して、緻密かつ均一な焼結体を得ることができる。

本発明方法によって得られるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、上記した組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを基本成分として、添加剤として用いたアルカリ長石に含まれるＳｉ成分が、チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶格子中に固溶したものである。この様な焼結体は、高い機械的強度と低熱膨張係数を兼ね備え、しかも結晶構造が安定化されていることにより、優れた熱分解耐性を有する焼結体となる。その結果、室温から１６００℃程度の高温下においても、チタン酸アルミニウムマグネシウムの熱分解反応が抑制されて安定に使用できる。また、機械的強度については、従来のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と比べて非常に高く、最大で約７０ＭＰａ近くまでの機械的強度を有するものとすることができる。

また、本発明方法によれば、クラックを生じることなく焼結が可能であり、緻密な焼結体とすることができる。その結果、得られる焼結体は耐熱衝撃性や耐食性も良好となる。

本発明の方法で得られるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、上記した優れた特性を利用して、例えば、自動車排ガスフィルター、ＤＰＦ（ディーゼル パティキュレート フィルター）装置用の自動車排ガスフィルター等として使用できる。更に、その低熱膨脹性を利用して、ＬＳＩ製造工程における印刷加工用の定盤等としても有効に利用できる。または高温炉の炉壁やごみ焼却炉の炉壁などにも適用可能である。

以上の通り、本発明の製造方法によって得られるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、チタン酸アルミニウムマグネシウム本来の低熱膨脹率を維持した上で、高い機械的強度を有し、且つ、熱分解耐性に優れており、従来のチタン酸アルミニウム焼結体では長時間継続使用ができなかった８００℃〜１２８０℃の温度域での安定使用が可能である。また、該チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、耐火度も良好であり、チタン酸マグネシウムでは使用できなかった１５００℃以上の高温域での使用も可能である。

実施例２と比較例２で得られた焼結体について、１１００℃の大気中に保持した場合のチタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）の経時変化を示すグラフである。

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

実施例１
易焼結α型アルミナ２６．７重量％（２０モル％）、アナタース型酸化チタン６２．８重量％（６０モル％）及び天然鉱物として存在するペリクレース（Ｐｅｒｉｃｌａｓｅ）型の酸化マグネシウム１０．５重量％（２０モル％）からなる混合物１００重量部に対して、化学式：（Ｎａ_0.6Ｋ_0.4）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４重量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５重量部、解膠剤としてジエチルアミンを１重量部、消泡剤としてポリプロピレングリコールを０．５重量部加え、ボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。

得られた原料粉末を１５０メッシュ程度に粉砕し、６０ＭＰａの成形圧でプレスして１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。

この成形体について、下記の加熱パターン１にしたがって大気中で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得た。
（加熱パターン１）
室温−１４０℃ ２１時間
１４０℃保持 １４時間（水分蒸発）
１４０−２１６℃ ２１時間（サンプル内部の水分を徐々に蒸発）
２１６−２９５℃ １６時間（有機バインダー燃焼）
２９５−３７９℃ ４６時間（水酸化マグネシウム除去）
３７９−４５８℃ ２０時間（有機バインダー燃焼）
４５８−７００℃ ２８時間（残存炭素燃焼）
７００℃保持 ３時間
７００−１０００℃ ２６時間（仮焼成）
１０００−１２５０℃ ２時間
１２５０℃保持 ２時間（本焼成）
上記方法によって得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍに切り出し、表面研磨および稜研磨（角取り）を行った後、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度は、６９．３±３．１ＭＰａであった。

比較例１として、アルカリ長石を添加することなく、それ以外は、上記した方法と同様にしてチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得た。この焼結体について、同様の方法で３点曲げ強度を測定した結果、２１．１±２．１ＭＰａであった。

これらの結果から、本発明方法によって得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、従来のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と比較して、非常に優れた機械的強度を有することが判る。

実施例２
化学式：ＭｇＡｌ_２Ｏ_４で表されるスピネル型構造体３７．３重量％（２５モル％）及びアナタース型酸化チタン６２．７重量％（７５モル％）からなる混合物１００重量部に対して、化学式：（Ｎａ_0.6Ｋ_0.4）ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４重量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５重量部、解膠剤としてジエチルアミンを１重量部、消泡剤としてポリプロピレングリコールを０．５重量部加え、ボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。

得られた原料粉末を１５０メッシュ程度に粉砕し、６０ＭＰａの成形圧でプレスして１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。

この成形体について、下記の加熱パターン２に従って大気中で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得た。
（加熱パターン２）
室温−１４０℃ ２１時間
１４０℃保持 １４時間（水分蒸発）
１４０−２１６℃ ２１時間（サンプル内部の水分を徐々に蒸発）
２１６−２９５℃ １６時間（有機バインダー燃焼）
２９５−３７９℃ ４６時間（水酸化マグネシウム除去）
３７９−４５８℃ ２０時間（有機バインダー燃焼）
４５８−７００℃ ２８時間（残存炭素燃焼）
７００℃保持 ３時間
７００−１０００℃ ２６時間（仮焼成）
１０００−１４００℃ ３時間
１４００℃保持 ４時間（本焼成）
得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体について、実施例１と同様にして３点曲げ強度を測定した結果、２８．２±１．７ＭＰａであった。

一方、比較例２として、アルカリ長石を添加することなく、それ以外は、上記した方法と同様にしてチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得た。この焼結体について、同様の方法で３点曲げ強度を測定したところ、９．６±０．６ＭＰａであった。

これらの結果から、本発明方法によって得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、従来のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と比較して、非常に優れた機械的強度を有することが判る。

また、実施例２のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と比較例２の焼結体を、それぞれ５ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍに切り出し、表面研磨を行った後、昇温速度２０℃／分の条件で熱膨張係数を測定した。結果を下記表１に示す。

以上の結果から明らかなように、実施例２で得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、比較例２で得られたチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と同様に、非常に小さい熱膨張係数を有するものであり、チタン酸アルミニウムマグネシウム本来の低熱膨張性を維持したものであることが判る。

次に、実施例２のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体と比較例２のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体について、各焼結体を１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍに切り出して、１１００℃の大気中に保持してチタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）の経時変化を求めた。

尚、チタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率については、以下の方法によってＸ線回折測定（XRD）により求めた。

まず、チタン酸アルミニウムマグネシウムが熱分解するときにＴｉＯ_２（ルチル）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（スピネル）を生じるので、ルチルの（１１０）面の回折ピークの積分強度（Ｉ_{ＴｉＯ２（１１０）}）とチタン酸アルミニウムマグネシウムの（０２３）面の回折ピークの積分強度（Ｉ_{ＭＡＴ（０２３）}）を用いてチタン酸アルミニウムマグネシウムのルチルに対する強度比Ｒを下記式より求めた。
Ｒ＝Ｉ_{ＭＡＴ（０２３）}／｛Ｉ_{ＭＡＴ（０２３）}＋Ｉ_{ＴｉＯ２（１１０）}｝
更に、１１００℃における熱処理を行う前の焼結体についても、同様の方法でチタン酸アルミニウムマグネシウムのルチルに対する強度比Ｒ_０を求めた。

次いで、上記方法で求めたＲとＲ_ｏを用いて、下記式よりチタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）を求めた。

α＝（Ｒ／Ｒ₀）×１００
実施例２と比較例２の各焼結体について、チタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）の経時変化を図１にグラフとして示す。

図１から明らかなように、実施例２のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体は、アルカリ長石を添加することなく得られた比較例２のチタン酸アルミニウム焼結体と比較すると、１１００℃の高温条件下に放置した場合に、チタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率を高い値に長期間維持できることが判る。この結果から、実施例２の焼結体は、熱分解耐性に優れたものであることが明らかである。

実施例３〜８
易焼結α型アルミナ、アナタース型酸化チタン及びペリクレース型の酸化マグネシウムを下記表２に示す各割合で混合して原料混合物を得た。

得られた混合物１００重量部に対して、化学式：(Ｎａ_0.6Ｋ_0.4)ＡｌＳｉ_３Ｏ_８で表されるアルカリ長石を４重量部、バインダーとしてポリビニルアルコールを０．２５重量部、解膠剤としてジエチルアミンを１重量部、消泡剤としてポリプロピレングリコールを０．５重量部加え、ボールミルで３時間混合後、１２０℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させて原料粉末を得た。

得られた原料粉末を１５０メッシュ程度に粉砕し、６０ＭＰａの成形圧でプレスして１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。

この成形体について、実施例２における加熱条件（加熱パターン２）と同様の条件で大気中で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を得た。

得られた各チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍに切り出し、表面研磨および稜研磨（角取り）を行った後３点曲げ強度を測定した。

また、各焼結体について、５ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍに切り出し、表面研磨を行った後、昇温速度２０℃／分で５０℃から８００℃まで加熱した際の長さ方向の膨張量に基づいて、熱膨張係数を求めた。

以上の結果を下記表３に示す。尚、表３には、実施例１、２及び比較例１、２の焼結体についての測定結果も併せて記載する。

更に、表３には、組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５におけるＸ値も記載する。

以上の結果から明らかなように、実施例１〜８の焼結体は、チタン酸アルミニウムマグネシウム本来の低熱膨張率を維持した上で、優れた機械的強度を有するものである。

更に、各焼結体について、実施例２と同様の方法によって、１１００℃の大気中に保持した場合のチタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）の経時変化を求めた。各焼結体について、３００時間経過後及び４００時間経過後におけるチタン酸アルミニウムマグネシウムの残存率α（％）を下記表４に示す。表４には、実施例２及び比較例２の焼結体についての測定結果も併せて記載する。

以上の結果から明らかなように、上記した各実施例の焼結体は、優れた熱分解耐性を有するものである。

Claims (12)

1. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．１８〜１．９５重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を０．６５〜６．８７重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０〜１．１８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０〜１．６９重量部。
2. チタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体中に含まれるＳｉ、Ｎａ及びＫのＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏとしての酸化物換算量が、下記式
   （Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）／ＳｉＯ_２＝０．１７２〜０．２６１
   の条件を満足する範囲内である請求項１に記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体。
3. チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶のＡｌ元素をＳｉ元素が置換した状態である、請求項１又は２に記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体。
4. チタン酸アルミニウムマグネシウム結晶のＡｌ元素を、ＳｉとＭｇがペアとなって置換した状態である、請求項１〜３のいずれかに記載のチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体。
5. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_ｘＡｌ_{２（１−ｘ）}Ｔｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５（式中、ｘ値は、０．１≦ｘ＜１である）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
6. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．１Ａｌ_１．８Ｔｉ_１．１Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
7. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．２５Ａｌ_１．５Ｔｉ_１．２５Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
8. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．４Ａｌ_１．２Ｔｉ_１．４Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
9. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
   （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．５Ａｌ_１．０Ｔｉ_１．５Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
   （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
   （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
   （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
   （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
10. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
    （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．６Ａｌ_０．８Ｔｉ_１．６Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
    （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
    （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
    （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
    （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
11. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
    （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．７５Ａｌ_０．５Ｔｉ_１．７Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
    （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
    （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
    （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
    （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部
12. 酸化物換算量として、下記（ｉ）〜（ｖ）の成分を含むチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体：
    （ｉ）組成式：Ｍｇ_０．９５Ａｌ_０．１Ｔｉ_１．９５Ｏ_５で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを１００重量部、
    （ii）Ａｌ_２Ｏ_３を０．７６重量部
    （iii）ＳｉＯ_２を２．６８重量部、
    （iv)Ｎａ_２Ｏを０．２８重量部、
    （ｖ）Ｋ_２Ｏを０．２８重量部

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