JP2010116289A - Method for producing aluminum titanate ceramic - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To develop a method whereby an aluminum titanate ceramic can be produced, provided that the ceramic shows a low thermal expansion, high mechanical strengths and little dimensional change upon firing. <P>SOLUTION: The method for producing the aluminum titanate ceramic comprises steps of: exposing a precursor mixture containing a titanium source powder, an aluminum source powder, a magnesium source powder and a silicon source powder to a temperature ranging from 900 to 1,350°C for at least 3 hr, provided that a temperature change per hr falls within the range of from -50 to +50°C/hr; and subsequently raising the temperature to 1,400°C or higher for firing. Here, in the oxide components contained in the precursor mixture, a silicon source is an amorphous aluminosilicate having a melting point of 800-1,350°C and accounting for 2-8 wt.% of oxide components contained in the precursor mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法に関し、詳しくはチタン源粉末、アルミ源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末を含む前駆体混合物を所定の条件で焼成してチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aluminum titanate ceramic, and more specifically, a precursor mixture containing a titanium source powder, an aluminum source powder, a magnesium source powder, and a silicon source powder is fired under predetermined conditions to produce an aluminum titanate ceramic. It relates to a method of manufacturing.

ディーゼルエンジン用の排ガスフィルタは排ガスに含まれる煤などをろ過・捕集するフィルタであり、一般に高い気孔率を有するセラミックス焼結体からなる。この多孔質セラミックスからなるフィルタに煤を一定量捕集するとガスの流通抵抗が大きくなるため、目詰まりした煤をフィルタ上で燃焼させる再生処理を行う。この際、フィルタ内で急速な温度上昇が生じ、フィルタは高温に曝されるとともに、大きな熱衝撃を受けることになる。このため、ディーゼルエンジン用の排ガスフィルタ材には高い耐熱衝撃性と熱疲労による特性劣化が小さいことが要求される。   An exhaust gas filter for a diesel engine is a filter that filters and collects soot contained in the exhaust gas, and is generally made of a ceramic sintered body having a high porosity. When a certain amount of soot is collected in the filter made of this porous ceramic, the gas flow resistance increases, and therefore, a regeneration process is performed in which the clogged soot is burned on the filter. At this time, a rapid temperature rise occurs in the filter, and the filter is exposed to a high temperature and is subjected to a large thermal shock. For this reason, exhaust gas filter materials for diesel engines are required to have high thermal shock resistance and small characteristic deterioration due to thermal fatigue.

チタン酸アルミニウム(Al2TiO5)は、高融点、低熱膨張性を示すセラミックスとして知られており、排ガスフィルタ材として注目されている。しかし、チタン酸アルミニウムは一般に機械的強度が低く、フィルターの使用温度域に近い900〜1100℃付近での熱安定性が悪い(TiO2とAl2O3に分解してしまう)ことが問題となっている。従来のチタン酸アルミニウムでは種々の添加元素を加え、その低熱膨張性を維持しつつ、機械的強度と熱安定性を改善させる試みが為されてきた。
特許3612943号 特開平11−060240号公報 特開2005−534474号公報 特開平06−040766号公報
Aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) is known as a ceramic having a high melting point and low thermal expansion, and has attracted attention as an exhaust gas filter material. However, aluminum titanate is generally low in mechanical strength and has a problem of poor thermal stability near 900 to 1100 ° C close to the operating temperature range of the filter (decomposes into TiO 2 and Al 2 O 3 ). It has become. In conventional aluminum titanate, various additive elements have been added, and attempts have been made to improve mechanical strength and thermal stability while maintaining low thermal expansion.
Patent 3612943 JP 11-060240 A JP 2005-534474 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-040766

チタン酸アルミニウムの低熱膨張性を実現させるためには高温での熱処理が不可欠である、しかし、高温での熱処理はチタン酸アルミニウムの機械的強度を損なうことが知られている。多孔性のチタン酸アルミニウムの製法として、酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の原料粉末を有機結合剤とともに直接成形し、一度の熱処理で多孔体を得る方法が特許3612943号(特許文献1)に、チタン酸アルミニウムの粉末から多孔性の焼結体を得る方法が特開平11−060240号公報(特許文献2)等に提案されている。しかし、これらの方法で得られた成形体を高温で焼結すると低熱膨張性は実現できるが、焼結収縮に伴う体積変化が大きく、機械的強度も著しく低下するという問題がある。   In order to realize the low thermal expansion property of aluminum titanate, heat treatment at high temperature is indispensable. However, it is known that heat treatment at high temperature impairs the mechanical strength of aluminum titanate. As a method for producing porous aluminum titanate, Japanese Patent No. 3612943 (Patent Document 1) discloses a method in which a raw material powder such as titanium oxide, aluminum oxide, silicon dioxide or the like is directly molded together with an organic binder to obtain a porous body by a single heat treatment. A method for obtaining a porous sintered body from an aluminum titanate powder has been proposed in JP-A-11-060240 (Patent Document 2) and the like. However, when the compacts obtained by these methods are sintered at a high temperature, low thermal expansion can be realized, but there is a problem that the volume change accompanying the sintering shrinkage is large and the mechanical strength is remarkably lowered.

また、チタン酸アルミニウムの焼結収縮を抑えるためにチタン酸アルミニウムの粗大粒子を用いて焼結収縮率を抑制する方法もある。しかし、チタン酸アルミニウムの粗大粒子は保形性や焼結性に乏しく、多孔体の焼結においては焼結途中に成形体が崩れたり、焼結体に大きなクラックが入ったりし易いという問題がある。   There is also a method of suppressing the sintering shrinkage rate by using coarse particles of aluminum titanate in order to suppress the sintering shrinkage of aluminum titanate. However, the coarse particles of aluminum titanate are poor in shape retention and sinterability, and in the sintering of porous bodies, there is a problem that the molded body collapses during the sintering or large cracks are likely to occur in the sintered body. is there.

チタン酸アルミニウムで低熱膨張性と高機械的強度を一度に実現させるためにはムライト(3Al2O3・2SiO2、融点=1850℃)やコージェライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2、融点=1460℃)との複合材料にすることが特開2005−534474号公報(特許文献3)や特開平06−040766号公報(特許文献4)などに提案されている。しかし、これらの材料はチタン酸アルミニウム(融点=1860℃)と同程度もしくは低融点のセラミックスであり、これらの複合材料を高温で焼結しても、焼結収縮による寸法変化は大きいままである。 In order to achieve low thermal expansion and high mechanical strength at once with aluminum titanate, mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 , melting point = 1850 ° C) and cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 , melting point = 1460 ° C) is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-534474 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-040766 (Patent Document 4). However, these materials are ceramics with the same or low melting point as aluminum titanate (melting point = 1860 ° C). Even if these composite materials are sintered at high temperatures, the dimensional change due to sintering shrinkage remains large. .

そこで本発明者は、低熱膨張性と高い機械的強度を実現しつつ、焼結による寸法変化の小さいチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。   Therefore, the present inventors have intensively studied to develop a method capable of producing an aluminum titanate-based ceramic with small dimensional change by sintering while realizing low thermal expansion and high mechanical strength, and as a result, the present invention has been achieved. .

すなわち本発明は、チタン源粉末、アルミ源粉末、マグネシウム源粉末およびシリコン源粉末を含む前駆体混合物を900〜1350℃の温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持した後、1400℃以上の温度に昇温し、同温度で焼成する際に、前駆体混合物に含まれる酸化物成分の内、ケイ素源の重量比が2〜8%であり、ケイ素源が非晶質で、かつ融点が800〜1350℃のアルミノシリケートを用いることで、低熱膨張性と高い機械的強度を両立しつつ、焼結の際の寸法精度が高いチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造しうる方法を提供することである。   That is, the present invention provides a precursor mixture containing a titanium source powder, an aluminum source powder, a magnesium source powder and a silicon source powder at a temperature range of 900 to 1350 ° C. and a temperature change per hour of −50 to + 50 ° C./h. After holding for 3 hours or more, the temperature is raised to a temperature of 1400 ° C. or higher, and when firing at the same temperature, among the oxide components contained in the precursor mixture, the weight ratio of the silicon source is 2 to 8%, Aluminum titanate ceramics with high dimensional accuracy during sintering while achieving both low thermal expansion and high mechanical strength by using an aluminosilicate with an amorphous silicon source and a melting point of 800-1350 ° C It is to provide a method that can be used.

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法はチタン源粉末、アルミ源粉末およびケイ素源粉末を含む前駆体混合物を900〜1350℃の温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持した後、1400℃以上の温度に昇温し、同温度で焼成するチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で、前駆体混合物に含まれる酸化物成分の内、ケイ素源の重量比が2〜8%であり、ケイ素源が非晶質で、融点が800〜1350℃の非晶質のアルミノシリケートであることを特徴とする。   The method for producing an aluminum titanate-based ceramic of the present invention comprises a precursor mixture containing a titanium source powder, an aluminum source powder, and a silicon source powder at a temperature range of 900 to 1350 ° C., and the temperature change per hour is −50 to + 50 ° C. After maintaining for 3 hours or more at / h, the temperature is raised to a temperature of 1400 ° C. or higher, and the aluminum titanate-based ceramics is fired at the same temperature. Of the oxide components contained in the precursor mixture, It is characterized by being an amorphous aluminosilicate having a weight ratio of 2 to 8%, an amorphous silicon source, and a melting point of 800 to 1350 ° C.

本発明の方法における前駆体混合物は、チタン酸アルミニウムの耐熱安定性を向上させる目的で、マグネシウム源粉末や鉄源粉末をさらに含んでもよく、特にマグネシウム源粉末をさらに含むことが好ましい。   The precursor mixture in the method of the present invention may further contain a magnesium source powder or an iron source powder, and particularly preferably further contains a magnesium source powder for the purpose of improving the heat stability of the aluminum titanate.

本発明におけるチタン酸アルミニウム系セラミックスは、チタン酸アルミニウム母相中にチタン酸アルミニウムより高融点のセラミックスが粒径0.1〜20μmの微粒子として均一に分散させても良い。高融点のセラミックス微粒子がチタン酸アルミニウム中に均一に分散することにより、チタン酸アルミニウムの焼結収縮を抑制するとともに、チタン酸アルミニウム系セラミックスの機械的強度を大幅に向上させることができる。   In the aluminum titanate-based ceramics according to the present invention, ceramics having a melting point higher than that of aluminum titanate may be uniformly dispersed in the aluminum titanate matrix as fine particles having a particle diameter of 0.1 to 20 μm. When the high melting point ceramic fine particles are uniformly dispersed in the aluminum titanate, the sintering shrinkage of the aluminum titanate can be suppressed, and the mechanical strength of the aluminum titanate ceramic can be greatly improved.

チタン酸アルミニウム母相中に分散しているチタン酸アルミニウムより高融点のセラミックスとしては、酸化アルミニウム(α−Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、炭化珪素(SiC)などが挙げられるが、特に酸化アルミニウムを含むことが好ましい。 Examples of ceramics having a higher melting point than aluminum titanate dispersed in the aluminum titanate matrix include aluminum oxide (α-Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and silicon carbide (SiC). In particular, it is preferable to contain aluminum oxide.

本発明におけるチタン酸アルミニウム系セラミックスのケイ素源には融点が800〜1350℃のアルミノシリケートが用いられるが、特に酸化物の重量比でSiO2=70〜80%、Al2O3=5〜15 %、(Na2O+K2O)=5〜25%、MgO=0〜3.0%、(CaO+SrO+BaO)<4.0%である非晶質のアルミノシリケートであることが望ましい。 An aluminosilicate having a melting point of 800 to 1350 ° C. is used as the silicon source of the aluminum titanate-based ceramics in the present invention. In particular, SiO 2 = 70 to 80%, Al 2 O 3 = 5 to 15 by weight ratio of the oxide. %, (Na 2 O + K 2 O) = 5 to 25%, MgO = 0 to 3.0%, and (CaO + SrO + BaO) <4.0%, it is desirable that the amorphous aluminosilicate.

本発明の請求項3に記載のように、チタン酸アルミニウム中に酸化アルミニウムや酸化チタンが存在すると、チタン酸アルミニウムの熱安定性が著しく低下することが知られている。しかし、本発明の請求項1および4に記載の製造方法でチタン酸アルミニウム系セラミックスを作製すると、ケイ素源である非晶質のアルミノシリケートにより酸化アルミニウムが被覆され、チタン酸アルミニウムと直接接触しなくなるため、良好な熱安定性を得ることができるという作用を持つ。   As described in claim 3 of the present invention, it is known that when aluminum oxide or titanium oxide is present in aluminum titanate, the thermal stability of aluminum titanate is remarkably lowered. However, when an aluminum titanate ceramic is produced by the manufacturing method according to claims 1 and 4 of the present invention, aluminum oxide is coated with amorphous aluminosilicate which is a silicon source, and it is not in direct contact with aluminum titanate. Therefore, it has the effect that good thermal stability can be obtained.

本発明を実施する上で望ましい組成は組成式:Al2(1-x)MgxTi1+xO5-aAl2O3-bSiO2でx=0.05〜0.30、a=0.1〜0.3、b=0.05〜0.25をそれぞれ満足する組成である。 A desirable composition for carrying out the present invention is the composition formula: Al 2 (1-x) Mg x Ti 1 + x O 5 -aAl 2 O 3 -bSiO 2 , x = 0.05 to 0.30, a = 0.1 to 0.3, b = 0.05 to 0.25.

本発明はまた、請求項4に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末と有機系結合剤とを含有するセラミック可塑性練り土を作製して、所定の形状に成形し、成形したセラミックス可塑性練り土を任意の温度で焼結したチタン酸アルミニウム焼結体についても提供する。   The present invention also provides a ceramic plastic kneaded material containing the aluminum titanate ceramic powder according to claim 4 and an organic binder, molded into a predetermined shape, and the molded ceramic plastic kneaded material. An aluminum titanate sintered body sintered at an arbitrary temperature is also provided.

本発明によれば、熱膨張率が小さく、機械的強度および耐熱安定性に優れ、焼結収縮が小さく、焼結前後での寸法変化の小さい焼結体を得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造することができる。   According to the present invention, an aluminum titanate-based ceramic that produces a sintered body having a small coefficient of thermal expansion, excellent mechanical strength and heat stability, small sintering shrinkage, and small dimensional change before and after sintering is manufactured. can do.

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法においては、まずチタニウム源粉末、アルミニウム源粉末およびケイ素源粉末を含む前駆体混合物を調整する。   In the method for producing an aluminum titanate ceramic according to the present invention, first, a precursor mixture containing a titanium source powder, an aluminum source powder, and a silicon source powder is prepared.

前駆体混合物を構成するチタニウム源粉末とは、チタン酸アルミニウムを構成するチタニウム成分となりうる化合物の粉末を指す。このようなチタニウム源粉末としては、例えば酸化チタン(IV)、酸化チタン(III)、酸化チタン(II)などが挙げられ、酸化チタン(IV)が好ましく用いられる。酸化チタン(IV)の結晶型としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが挙げられ、アモルファスであってもよい。   The titanium source powder constituting the precursor mixture refers to a powder of a compound that can be a titanium component constituting the aluminum titanate. Examples of such a titanium source powder include titanium (IV) oxide, titanium (III) oxide, and titanium (II) oxide, and titanium (IV) oxide is preferably used. Examples of the crystal type of titanium oxide (IV) include anatase type, rutile type, brookite type, and the like, and may be amorphous.

また、チタニウム源粉末として、これを単独で空気中にて焼成することによりチタニア(酸化チタン)に導かれる化合物の粉末も挙げられる。かかる化合物としては、例えばチタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などが挙げられる。チタニウム塩として具体的には、三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン(IV)、硫化チタン(VI)、硫酸チタン(IV)などが挙げられる。チタニウムアルコキシドとして具体的には、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)t−ブトキシド、チタン(IV)イソブトキシド、チタン(IV)n−プロポキシド、チタン(IV)テトライソプロポキシドおよびこれらのキレート化物などが挙げられる。   In addition, examples of the titanium source powder include a powder of a compound that is led to titania (titanium oxide) by firing alone in the air. Examples of such compounds include titanium salts, titanium alkoxides, titanium hydroxide, titanium nitride, titanium sulfide, and titanium metal. Specific examples of the titanium salt include titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfide (IV), titanium sulfide (VI), titanium sulfate (IV), and the like. Specific examples of the titanium alkoxide include titanium (IV) ethoxide, titanium (IV) methoxide, titanium (IV) t-butoxide, titanium (IV) isobutoxide, titanium (IV) n-propoxide, titanium (IV) tetraiso Examples thereof include propoxides and chelating products thereof.

本発明におけるチタニウム源粉末として、安価で工業的に入手の容易なアナターゼ型またはルチル型の酸化チタン(IV)が好ましい。また、酸化チタン粉末の平均粒子サイズは、工業的に入手の容易な点、他の原料粉末との均一混合性、反応性向上などの観点から、0.1〜50μmであることが好ましく、0.1〜1μmであることが特に好ましい。なお、本発明で言う粒子サイズとはレーザー回折法により測定される値であり、平均粒子サイズとは、測定した粒子サイズにおいて、粒子の累積質量が測定した全重量に対して50%となる粒子サイズ(d50)である。   As the titanium source powder in the present invention, anatase type or rutile type titanium oxide (IV) which is inexpensive and easily available industrially is preferable. In addition, the average particle size of the titanium oxide powder is preferably 0.1 to 50 μm from the viewpoint of industrial availability, uniform mixing with other raw material powders, improved reactivity, etc., and 0.1 to 1 μm. It is particularly preferred that The particle size referred to in the present invention is a value measured by a laser diffraction method, and the average particle size is a particle whose cumulative mass of particles is 50% of the total weight measured in the measured particle size. Size (d50).

また、前駆体混合物を構成するアルミニウム源粉末とは、例えばアルミナ(酸化アルミニウム)の粉末が挙げられる。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、アモルファスであってもよい。アルミニウム源粉末として好ましくはα型のアルミナである。   Examples of the aluminum source powder constituting the precursor mixture include alumina (aluminum oxide) powder. Examples of the crystal type of alumina include γ type, δ type, θ type, and α type, and may be amorphous. The aluminum source powder is preferably α-type alumina.

アルミニウム源粉末として、単独で空気中にて焼成することによりアルミナに導かれる化合物の粉末も挙げられる。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。アルミニウム塩は、無機酸との無機塩であってもよいし、有機酸との有機塩であってもよい。アルミニウム無機塩として具体的には、例えば硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムなどが挙げられる。アルミニウムアルコキシドとして具体的には、例えばアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムsec−ブトキシド、アルミニウムtert−ブトキシドなどが挙げられる。水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えばギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型などが挙げられ、不定形(アモルファス)であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシドなどのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。   Examples of the aluminum source powder include a powder of a compound that is led to alumina by firing alone in air. Examples of such a compound include an aluminum salt, aluminum alkoxide, aluminum hydroxide, and metal aluminum. The aluminum salt may be an inorganic salt with an inorganic acid or an organic salt with an organic acid. Specific examples of the aluminum inorganic salt include aluminum nitrates such as aluminum nitrate and ammonium nitrate, and aluminum carbonates such as ammonium aluminum carbonate. Examples of the aluminum organic salt include aluminum oxalate, aluminum acetate, aluminum stearate, aluminum lactate, and aluminum laurate. Specific examples of the aluminum alkoxide include aluminum isopropoxide, aluminum ethoxide, aluminum sec-butoxide, aluminum tert-butoxide and the like. Examples of the crystal type of aluminum hydroxide include a gibbsite type, a bayerite type, a norosotrandite type, a boehmite type, and a pseudoboehmite type, and may be indefinite (amorphous). Examples of the amorphous aluminum hydroxide include an aluminum hydrolyzate obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a water-soluble aluminum compound such as an aluminum salt or an aluminum alkoxide.

アルミニウム源粉末として、好ましくはアルミナの粉末であり、特に好ましくはα型のアルミナである。   The aluminum source powder is preferably alumina powder, particularly preferably α-type alumina.

本発明において、チタン酸アルミニウムにアルミナ粒子を析出させる場合、原料粉末中のアルミニウム源の量をチタン酸アルミニウムの化学量論組成(Al2TiO5またはAl2(1-x)MgxTi1+xO5)よりも過剰に加えることがある。この場合、原料として用いるアルミナ粉末のサイズが大きくなると、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスに含まれるアルミナ粒子のサイズも大きくなる傾向にある。 In the present invention, when alumina particles are precipitated on aluminum titanate, the amount of aluminum source in the raw powder is set to the stoichiometric composition of aluminum titanate (Al 2 TiO 5 or Al 2 (1-x) Mg x Ti 1+ x O 5 ) may be added in excess. In this case, when the size of the alumina powder used as the raw material is increased, the size of the alumina particles contained in the aluminum titanate ceramic of the present invention also tends to be increased.

上述の理由から、本発明で用いるアルミナ粉末の平均粒子サイズは0.1〜50μmであることが好ましく、他の原料粉末と均一に混合する観点から、1〜30μmであることが特に好ましい。アルミナ粉末の粒子サイズが50μmを超える場合、他の原料粉末との反応性が低下するとともに、アルミナの添加量にもよるが、焼成後のチタン酸アルミニウム系セラミックスに含まれるアルミナ粒子のサイズが20μmを超えることがある。チタン酸アルミニウム系セラミックスに含まれるアルミナ粒子のサイズが20μmを超えると、チタン酸アルミニウムの焼結収縮抑制の効果や強度向上の効果が得られなくなる。   For the reasons described above, the average particle size of the alumina powder used in the present invention is preferably 0.1 to 50 μm, and particularly preferably 1 to 30 μm from the viewpoint of uniform mixing with other raw material powders. When the particle size of the alumina powder exceeds 50 μm, the reactivity with other raw material powders decreases, and depending on the amount of alumina added, the size of the alumina particles contained in the sintered aluminum titanate-based ceramics is 20 μm. May be exceeded. If the size of alumina particles contained in the aluminum titanate ceramic exceeds 20 μm, the effect of suppressing the sintering shrinkage of aluminum titanate and the effect of improving the strength cannot be obtained.

また、前駆体混合物を構成するケイ素源粉末とは非晶質で、かつ融点が800〜1350℃のアルミノシリケートの粉末であって、例えば二酸化ケイ素や一酸化ケイ素と言った結晶性シリカは含まれないものとする。   The silicon source powder constituting the precursor mixture is an aluminosilicate powder that is amorphous and has a melting point of 800 to 1350 ° C., and includes, for example, crystalline silica such as silicon dioxide and silicon monoxide. Make it not exist.

本発明においては、チタン酸アルミニウム系セラミックスの機械的強度と耐熱安定性を向上させる目的で、ケイ素源粉末として非晶質で、かつ融点が800〜1350℃のアルミノシリケートの粉末を用いることが特徴である。このアルミノシリケートの融点は好ましくは900〜1100℃であり、屈伏点が700〜1000℃のアルミノシリケートであることが特に好ましい。本発明において、アルミノシリケートの融点とは示差熱分析装置(DTA)で吸熱ピークが見られる温度(軟化点)であり、屈伏点とはアルミノシリケートの熱膨張曲線の測定において、ガラスの軟化によりガラスの熱膨張が検出できなくなり、熱膨張曲線の屈曲点として現れる温度を指す。   In the present invention, for the purpose of improving the mechanical strength and heat stability of the aluminum titanate ceramics, it is characterized by using an aluminosilicate powder that is amorphous and has a melting point of 800 to 1350 ° C. as the silicon source powder. It is. The melting point of this aluminosilicate is preferably 900 to 1100 ° C, and particularly preferably an aluminosilicate having a yield point of 700 to 1000 ° C. In the present invention, the melting point of aluminosilicate is the temperature (softening point) at which an endothermic peak is observed in a differential thermal analyzer (DTA), and the yield point is the glass due to softening of the glass in the measurement of the thermal expansion curve of aluminosilicate. This indicates the temperature at which the thermal expansion cannot be detected and appears as the inflection point of the thermal expansion curve.

融点が800℃未満のアルミノシリケートを用いた場合には、チタン酸アルミニウムの耐熱安定性が著しく低下する。また、融点が1350℃を超えるアルミノシリケートまたは結晶性シリカの残存したアルミノシリケートを用いた場合には耐熱安定性と耐熱衝撃性の向上の効果が小さくなる傾向にある。   When an aluminosilicate having a melting point of less than 800 ° C. is used, the heat resistance stability of the aluminum titanate is significantly lowered. Further, when an aluminosilicate having a melting point exceeding 1350 ° C. or an aluminosilicate in which crystalline silica remains is used, the effect of improving the heat stability and the thermal shock resistance tends to be reduced.

ケイ素源粉末の使用量は、前駆体混合物に含まれる酸化物成分の内、重量比で2〜8%の範囲であることが好ましく、2〜4%の範囲であることが特に好ましい。前駆体混合物に含まれる酸化物成分のうちケイ素源が2%未満である場合には、チタン酸アルミニウム系セラミックスの耐熱安定性や機械的強度が低くなるためであり、8%を超える場合には、焼結収縮が大きくなり、寸法精度の高いチタン酸アルミニウム系セラミックスが得られなくなるとともに、熱膨張率も大きくなる傾向にある。   The amount of silicon source powder used is preferably in the range of 2 to 8% by weight, particularly preferably in the range of 2 to 4%, among the oxide components contained in the precursor mixture. When the silicon source is less than 2% of the oxide component contained in the precursor mixture, the heat resistance stability and mechanical strength of the aluminum titanate-based ceramics are lowered, and when it exceeds 8% Sintering shrinkage increases, and aluminum titanate ceramics with high dimensional accuracy cannot be obtained, and the coefficient of thermal expansion tends to increase.

さらに本発明で用いるケイ素源は非晶質であり、かつ酸化物の重量比でSiO2=70〜80%、Al2O3=5〜15%、(Na2O+K2O)=5〜25%、MgO=0〜3.0%、(CaO+SrO+BaO)<4.0%であるアルミノシリケートであることが好ましい。このようなケイ素源粉末を用いることで耐熱安定性と機械的強度に優れるチタン酸アルミニウム系セラミックスが得られる。 Further, the silicon source used in the present invention is amorphous, and the weight ratio of oxide is SiO 2 = 70 to 80%, Al 2 O 3 = 5 to 15%, (Na 2 O + K 2 O) = 5 to 25 %, MgO = 0 to 3.0%, and (CaO + SrO + BaO) <4.0% are preferred. By using such a silicon source powder, an aluminum titanate-based ceramic excellent in heat resistance stability and mechanical strength can be obtained.

同じ組成のケイ素含有酸化物としてアルカリ長石などの天然鉱物も挙げられるが、これらは結晶性シリカ等を含む複数の酸化物からなる混合物である。これら天然鉱物の融点や屈伏点は一般に本発明の温度範囲より高く、原料として用いた場合は結晶性シリカがチタン酸アルミニウム系セラミックスの粒界に残存する可能性がある。結晶性シリカにはクリストバライトのように低温で大きな体積変化を伴う相変態を起こすことがあり、これはチタン酸アルミニウム系セラミックスの強度特性を低下させる。このため、アルカリ長石などの天然鉱物をシリコン源に用いることは好ましくは無い。シリコン源粉末に含まれる結晶性シリカの量はチタン酸アルミニウムに対して重量比で0.1%以下であることが望ましい。   Examples of the silicon-containing oxide having the same composition include natural minerals such as alkali feldspar, but these are a mixture of a plurality of oxides including crystalline silica. The melting point and yield point of these natural minerals are generally higher than the temperature range of the present invention, and when used as a raw material, crystalline silica may remain at the grain boundaries of the aluminum titanate ceramics. Crystalline silica may cause a phase transformation accompanied by a large volume change at low temperature like cristobalite, which lowers the strength characteristics of aluminum titanate ceramics. For this reason, it is not preferable to use natural minerals such as alkali feldspar as the silicon source. The amount of crystalline silica contained in the silicon source powder is preferably 0.1% or less by weight with respect to aluminum titanate.

なお、上述したアルミノシリケートにおいて、SiO2が重量比で70%未満の場合には、耐熱安定性が低下する傾向にあり、また80%を超える場合には結晶性シリカが析出する傾向にある。上述したアルミノシリケートにおけるSiO2の重量比は、より好ましくは70〜75%の範囲内である。 In the aluminosilicate described above, when SiO 2 is less than 70% by weight, the heat resistance stability tends to decrease, and when it exceeds 80%, crystalline silica tends to precipitate. The weight ratio of SiO 2 in the aluminosilicate described above is more preferably in the range of 70 to 75%.

また、上述したアルミノシリケートにおいて、Al2O3が5%未満、および/またはNa2O+K2Oが20%を超える場合にはケイ素含有相の化学的安定性が低下する傾向にあり、Al2O3が15%を超える場合、および/またはNa2O+K2Oが10%未満の場合は結晶性シリカや融点が1350℃以上のケイ素含有の結晶性化合物(例えばムライトなど)が析出する傾向にある。上述したアルミノシリケートにおけるAl2O3の重量比は7〜12%、かつ、Na2O+K2Oの重量比は10〜20%であることが好ましく、Na2OとK2Oの重量比がNa2O/(Na2O+K2O)で0.10〜0.60であることがより好ましい。 Further, in the aluminosilicate described above, when Al 2 O 3 is less than 5% and / or Na 2 O + K 2 O exceeds 20%, the chemical stability of the silicon-containing phase tends to decrease, and Al 2 When O 3 exceeds 15% and / or when Na 2 O + K 2 O is less than 10%, crystalline silica and silicon-containing crystalline compounds having a melting point of 1350 ° C. or more (for example, mullite) tend to precipitate. is there. The weight ratio of Al 2 O 3 in the aluminosilicate described above is preferably 7 to 12%, and the weight ratio of Na 2 O + K 2 O is preferably 10 to 20%, and the weight ratio of Na 2 O and K 2 O is and more preferably Na 2 O / in (Na 2 O + K 2 O ) is 0.10 to 0.60.

上述したアルミノシリケートにおいて、ガラスの融点や粘性を変えない範囲で不可避不純物を含んでも良い。不可避不純物としてはLi、B、F、Mg、P、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Sn、Ba、La、Ta、Ce、Pb、Biなどが挙げられるが、これら不純物はその合計量が酸化物換算(F、Pは純物質換算)で5%以下であることが好ましい。特にMg、Ca、Sr、Baはガラスの特性を大きく変化させることから、酸化物換算でMgは3.0%以下が好ましく、(Ca+SrO+BaO)は4%以下が好ましく、(Ca+SrO+BaO)は3%以下であることがより好ましい。   In the aluminosilicate described above, inevitable impurities may be included within a range in which the melting point and viscosity of the glass are not changed. Inevitable impurities include Li, B, F, Mg, P, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Sn, Ba, La, Ta, Ce, Pb, Bi and the like can be mentioned. The total amount of these impurities is preferably 5% or less in terms of oxide (F and P are in terms of pure substances). In particular, Mg, Ca, Sr, Ba greatly changes the properties of the glass, so Mg in terms of oxide is preferably 3.0% or less, (Ca + SrO + BaO) is preferably 4% or less, (Ca + SrO + BaO) is more preferably 3% or less.

また、本発明で用いるケイ素源粉末の平均粒子サイズは、工業的に入手の容易な点、他の原料粉末との均一混合性、反応性向上などの観点から、0.1〜50μmであることが好ましく、0.5〜20μmであることが特に好ましい。   In addition, the average particle size of the silicon source powder used in the present invention is preferably 0.1 to 50 μm from the viewpoints of industrial availability, uniform mixing with other raw material powders, and improved reactivity. And 0.5 to 20 μm is particularly preferable.

本発明における前駆体混合物は、チタン酸アルミニウムの耐熱安定性を向上させること、焼結温度を低下させる目的から、チタン源、アルミ源、ケイ素源とは別にマグネシウム(Mg)や鉄(Fe)の原料粉末を含んでもよく、特にマグネシウム源粉末を更に含んでいることが好ましい。ここでマグネシウム源粉末とは、チタン酸アルミニウムマグネシウム(Al2(1-x)MgxTi1+xO5)を構成するマグネシウム成分となる化合物の粉末であり、例えばマグネシア(酸化マグネシウム)の粉末が挙げられる。 The precursor mixture in the present invention is made of magnesium (Mg) or iron (Fe) separately from the titanium source, aluminum source and silicon source for the purpose of improving the heat resistance stability of aluminum titanate and lowering the sintering temperature. Raw material powder may be included, and it is particularly preferable that magnesium source powder is further included. Here, the magnesium source powder is a powder of a compound serving as a magnesium component constituting aluminum magnesium titanate (Al 2 (1-x) Mg x Ti 1 + x O 5 ), for example, magnesia (magnesium oxide) powder. Is mentioned.

マグネシウム源粉末としては、単独で空気中にて焼成することによりマグネシアに導かれる化合物も挙げられる。かかる化合物としては、例えばマグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどが挙げられる。マグネシウム塩として具体的には、塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムなどが挙げられる。マグネシウムアルコキシドとして具体的にはマグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシドなどが挙げられる。   Examples of the magnesium source powder include compounds that are led to magnesia by firing alone in air. Examples of such a compound include magnesium salt, magnesium alkoxide, magnesium hydroxide, magnesium nitride, and magnesium metal. Specific examples of magnesium salts include magnesium chloride, magnesium perchlorate, magnesium phosphate, magnesium pyrophosphate, magnesium oxalate, magnesium nitrate, magnesium carbonate, magnesium acetate, magnesium sulfate, magnesium citrate, magnesium lactate, magnesium stearate, Examples include magnesium salicylate, magnesium myristate, magnesium gluconate, magnesium dimethacrylate, and magnesium benzoate. Specific examples of the magnesium alkoxide include magnesium methoxide and magnesium ethoxide.

マグネシウム源粉末として、マグネシウム源とアルミニウム源、マグネシウム源とチタン源とを兼ねた化合物を用いることもできる。このような化合物としては、例えばマグネシアスピネル(MgAl2O4)、チタン酸マグネシウム(MgTiO3、Mg2TiO5)等が挙げられ、特にマグネシアスピネルは安価で、工業的に入手が容易なため、本発明のマグネシウム源粉末として好ましい。 As the magnesium source powder, a compound having both a magnesium source and an aluminum source, and a magnesium source and a titanium source can be used. Examples of such compounds include magnesia spinel (MgAl 2 O 4 ), magnesium titanate (MgTiO 3 , Mg 2 TiO 5 ) and the like, and particularly magnesia spinel is inexpensive and easily available industrially. It is preferable as the magnesium source powder of the present invention.

また、本発明で用いるマグネシウム源粉末の平均粒子サイズは、工業的に入手の容易な点、他の原料粉末との均一混合性、反応性向上などの観点から、0.1〜50μmであることが好ましく、0.5〜20μmであることが特に好ましい。   In addition, the average particle size of the magnesium source powder used in the present invention is preferably 0.1 to 50 μm from the viewpoint of industrial availability, uniform mixing with other raw material powders, and reactivity improvement. And 0.5 to 20 μm is particularly preferable.

また更に、本発明におけるチタン酸アルミニウム系セラミックスの組成は、組成式:Al2(1-x)MgxTi1+xO5-aAl2O3-bSiO2であらわされるチタン酸アルミニウム系セラミックスにおいて、x=0.05〜0.30、a=0.1〜0.3、b=0.05〜0.20をそれぞれ満足することが好ましく、x=0.10〜0.20、a=0.1〜0.3、b=0.05〜0.12をそれぞれ満足することが特に好ましい。例えば実施例1で用いたケイ素源の重量比が2〜4%である場合には、上記bは0.05〜0.10の範囲となる。 Still further, the composition of the aluminum titanate ceramic according to the present invention is an aluminum titanate ceramic represented by the composition formula: Al 2 (1-x) Mg x Ti 1 + x O 5 -aAl 2 O 3 -bSiO 2 . X = 0.05 to 0.30, a = 0.1 to 0.3, b = 0.05 to 0.20 are preferably satisfied, and x = 0.10 to 0.20, a = 0.1 to 0.3, and b = 0.05 to 0.12 are particularly satisfied. preferable. For example, when the weight ratio of the silicon source used in Example 1 is 2 to 4%, the above b is in the range of 0.05 to 0.10.

本発明における前駆体混合物は、本発明の効果を阻害しない範囲でチタニウム、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素以外の添加剤粉末を含んでもよい。添加剤としては例えばLi、B、F、P、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Zr、Nb、Sn、Ba、La、Ta、Ce、Pb、Biなどが挙げられ、これら不純物はその合計量が酸化物換算(F、Pは純物質換算)で3%以下であることが好ましい。   The precursor mixture in the present invention may contain additive powders other than titanium, aluminum, magnesium and silicon as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of additives include Li, B, F, P, Ca, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Sn, Ba, La, Ta, Ce, Pb , Bi, etc., and the total amount of these impurities is preferably 3% or less in terms of oxide (F and P are in terms of pure substances).

かかる前駆体混合物は、例えばチタニウム源粉末、アルミニウム源粉末およびケイ素源粉末、またはチタニウム源粉末、アルミニウム源粉末、ケイ素源粉末およびマグネシウム源粉末を混合することにより得ることができる。混合は乾式混合法、湿式混合法のいずれによってもよいが、金属元素を含有する化合物をより均一に混合できる方法によることが好ましく、原料粉末を粉砕メディアとともに粉砕容器内で粉砕しながら混合する方法はより好ましい。この場合、混合装置としては、例えばボールミル、V型混合機、振動ミル、アトライター、ダイノーミル、ダイナミックミル等の装置が挙げられる。   Such a precursor mixture can be obtained, for example, by mixing a titanium source powder, an aluminum source powder and a silicon source powder, or a titanium source powder, an aluminum source powder, a silicon source powder and a magnesium source powder. Mixing may be performed by either a dry mixing method or a wet mixing method, but it is preferable to use a method in which a compound containing a metal element can be mixed more uniformly. Is more preferable. In this case, examples of the mixing apparatus include apparatuses such as a ball mill, a V-type mixer, a vibration mill, an attritor, a dyno mill, and a dynamic mill.

上述の混合方法の中でも、工業的規模での実施が容易であることから、振動ミルにより前駆体粉末の混合と粉砕を同時に行う方法が好ましく用いられる。混合は連続式で行ってもよいし、バッチ式で行ってもよいが、工業的規模での実施が用意であると言う点から、連続式で行うことが好ましい。   Among the above-described mixing methods, since it is easy to implement on an industrial scale, a method of simultaneously mixing and pulverizing the precursor powder with a vibration mill is preferably used. Mixing may be carried out in a continuous manner or in a batch manner, but it is preferably carried out in a continuous manner from the viewpoint that implementation on an industrial scale is prepared.

粉砕容器としては、ステンレス鋼などの金属材料で構成されたものが通常は用いられ、内表面がフッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などでコーティングされていてもよい。   As the pulverization container, one made of a metal material such as stainless steel is usually used, and the inner surface may be coated with a fluorine resin, a silicon resin, a urethane resin, or the like.

粉砕メディアとしては、たとえば粒子径1〜100mm、好ましくは5〜50mmのアルミナビーズ、ジルコニアビーズなどが挙げられ、不純物混入の点から、アルミナビーズを用いることが好ましい。   Examples of the grinding media include alumina beads and zirconia beads having a particle diameter of 1 to 100 mm, preferably 5 to 50 mm. Alumina beads are preferably used from the viewpoint of contamination with impurities.

粉砕にあたっては、分散剤、粉砕助剤、解膠剤などの添加剤を加えてもよい。
粉砕助剤としては、例えばメタノール、エタノールプロパノールなどのアルコール類、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類、トリエタノールアミンなどのアミン類、パルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの高級脂肪酸類、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素材料などが挙げられ、これらはそれぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いられる。
In pulverization, additives such as a dispersant, a pulverization aid, and a peptizer may be added.
Examples of the grinding aid include alcohols such as methanol and ethanolpropanol, glycols such as propylene glycol, polypropylene glycol and ethylene glycol, amines such as triethanolamine, and higher fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and oleic acid. Carbon materials such as carbon black and graphite can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.

添加剤を用いる場合、その合計使用量は、原料粉末(つまりチタニウム源粉末、アルミニウム源粉末、ケイ素源粉末およびマグネシウム源粉末)の合計使用量100質量部あたり通常0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜5質量部、さらに好ましくは0.75〜2質量部である。   When using the additive, the total amount used is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 per 100 parts by weight of the total amount of raw material powder (that is, titanium source powder, aluminum source powder, silicon source powder and magnesium source powder). -5 parts by mass, more preferably 0.75-2 parts by mass.

また、添加剤を用いた場合、混合後の前駆体混合物から添加剤を除去してもよい。添加剤の除去は、例えば大気中で加熱することにより消失しうる添加剤を用いた場合には、大気中で加熱することにより焼失させればよい。このときの加熱温度は、通常は500℃以下である。   Moreover, when using an additive, you may remove an additive from the precursor mixture after mixing. For example, when an additive that can be eliminated by heating in the atmosphere is used, the additive may be removed by heating in the atmosphere. The heating temperature at this time is usually 500 ° C. or lower.

また、本発明においては上記の前駆体混合物を焼成前に成形してもよい。前駆体混合物を成形する方法としては、通常の方法、例えば一軸プレス機、打錠機などを用いて成形型内で加圧する方法、前駆体混合物に水などの液体成分を加えた後、造粒機、押出機などを用いて成形し、乾燥する方法などが挙げられる。   In the present invention, the precursor mixture may be molded before firing. As a method of forming the precursor mixture, a normal method, for example, a method of pressurizing in a mold using a single screw press, a tableting machine, etc., after adding a liquid component such as water to the precursor mixture, granulation And a method of forming and drying using a machine, an extruder, and the like.

本発明においては、上述した前駆体混合物を、900〜1350℃の温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上、好ましくは4時間以上保持した後、1400℃以上の温度に昇温し、チタン酸アルミニウム系セラミックスを得る。本発明で言う時間あたりの温度変化とは、例えば50℃/hの場合は3時間保持したときの温度変化が900〜1350℃の温度範囲で150℃の時のことを言い、900〜1350℃の温度範囲にて保持する間、同温度範囲を外れない限り、前駆体混合物を一定温度に保持してもよいし、昇温速度を随時変化させたり、昇温と降温を交互に繰り返したりしてもよい。900〜1350℃の温度範囲にて前駆体混合物を保持する場合、通常は時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持し、温度変化が0℃/hで3時間以上保持することが好ましい。   In the present invention, after the precursor mixture described above is held at a temperature range of 900 to 1350 ° C. at a temperature change per hour of −50 to + 50 ° C./h for 3 hours or more, preferably 4 hours or more, 1400 The temperature is raised to a temperature of ℃ or higher to obtain an aluminum titanate ceramic. The temperature change per time referred to in the present invention means, for example, when the temperature change when held at 3 hours for 50 ° C / h is 150 ° C in the temperature range of 900-1350 ° C, and 900-1350 ° C While the temperature range is maintained, the precursor mixture may be maintained at a constant temperature unless the temperature range is deviated, the temperature increase rate is changed at any time, and the temperature increase and decrease are repeated alternately. May be. When holding the precursor mixture in the temperature range of 900 to 1350 ° C, the temperature change per hour is normally held at -50 to + 50 ° C / h for 3 hours or more, and the temperature change is 0 ° C / h for 3 hours or more. It is preferable to hold.

上記温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持した後に、1400℃以上、通常は1600℃未満の温度に昇温し、同温度で熱処理することにより、目的のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得ることができる。熱処理に要する時間は前駆体粉末がチタン酸アルミニウム形セラミックスに遷移するのに十分な時間であればよく、原料粉末の種類や熱処理条件によって異なるが、通常は10分〜24時間であり、好ましくは3時間以上12時間未満である。   In the above temperature range, after maintaining the temperature change per hour at -50 to + 50 ° C / h for 3 hours or more, raise the temperature to 1400 ° C or more, usually less than 1600 ° C, and heat-treat at the same temperature The target aluminum titanate ceramic can be obtained. The time required for the heat treatment may be a time sufficient for the precursor powder to transition to the aluminum titanate-type ceramic, and varies depending on the type of raw material powder and heat treatment conditions, but is usually 10 minutes to 24 hours, preferably 3 hours or more and less than 12 hours.

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法において、上述の900〜1350℃の温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持した場合、前駆体粉末中に含まれるケイ素源であるアルミノシリケートが溶融し、毛管現象によりアルミノシリケート融液が前駆体粉末中に均一に染み渡る。この現象により原料粉末は凝集してより均一で効率のよいチタン酸アルミニウムの生成反応が進行するようになり、かつ、上記方法で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス中に均一に分散して存在するアルミナ粒子の一つ一つがアルミノシリケート層で被覆されるようになる。アルミナ粒子はチタン酸アルミニウムの熱分解反応の促進剤として働き、その耐熱安定性を著しく劣化させることが知られているが、上記の製造方法によりアルミノシリケート層でアルミナ粒子一つ一つを均一に被覆することが可能になり、このアルミノシリケートの被覆層によりアルミナ粒子の熱分解促進効果を抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In the method for producing an aluminum titanate-based ceramic of the present invention, when the temperature change per hour is kept at −50 to + 50 ° C./h for 3 hours or more in the temperature range of 900 to 1350 ° C. The aluminosilicate which is a silicon source contained in the molten metal melts, and the aluminosilicate melt uniformly spreads in the precursor powder by capillary action. Due to this phenomenon, the raw material powder aggregates, and a more uniform and efficient generation reaction of aluminum titanate proceeds, and alumina that is uniformly dispersed in the aluminum titanate ceramic obtained by the above method. Each particle becomes coated with an aluminosilicate layer. Alumina particles are known to act as accelerators for the thermal decomposition reaction of aluminum titanate and significantly deteriorate their heat resistance stability. However, by the above manufacturing method, the alumina particles are uniformly distributed in the aluminosilicate layer. It became possible to coat, and it was found that the effect of promoting thermal decomposition of alumina particles can be suppressed by this aluminosilicate coating layer, and the present invention has been completed.

上述の900〜1350℃の温度範囲よりも低い900℃未満の温度で前駆体粉末を保持しても、前駆体混合物に含まれるアルミノシリケートは溶融しなかったり、溶融しても融液が粒子間に染み渡るのに十分低い粘性を有さなかったりするので、チタン酸アルミニウム系セラミックス内でのアルミノシリケートの分布は不均一になる。また、1350℃以上の温度で前駆体粉末を保持しても、アルミノシリケートの溶解と平行してチタン酸アルミニウムの生成反応も進行する。このため、900〜1350℃の温度範囲以外で前駆体粉末を保持しても、得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス中にアルミノシリケートは均一に分布せず、かつ、チタン酸アルミニウム母相中に存在するアルミナ粒子がアルミノシリケート層で被覆されなくなり、その耐熱安定性が低下するとともに、得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスの強度も低下する。   Even if the precursor powder is held at a temperature lower than 900 ° C., which is lower than the above temperature range of 900 to 1350 ° C., the aluminosilicate contained in the precursor mixture does not melt or even if melted, the melt remains between the particles. In other words, the distribution of aluminosilicate in the aluminum titanate ceramics becomes non-uniform. Even when the precursor powder is held at a temperature of 1350 ° C. or higher, the formation reaction of aluminum titanate proceeds in parallel with the dissolution of the aluminosilicate. For this reason, even if the precursor powder is held outside the temperature range of 900 to 1350 ° C., the aluminosilicate is not uniformly distributed in the obtained aluminum titanate ceramic, and is present in the aluminum titanate matrix. The alumina particles are no longer covered with the aluminosilicate layer, the heat resistance stability is lowered, and the strength of the resulting aluminum titanate ceramic is also lowered.

上述のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法において、900〜1350℃の温度範囲で前駆体粉末を保持した後に、1400℃以上で熱処理し、前駆体粉末からチタン酸アルミニウムを生成させる。この際、熱処理温度が1500℃以上になると、前駆体粉末にマグネシウムが含まれる場合はそのマグネシウムがガラス層に溶け出してしまうことが確認されており、チタン酸アルミニウム相の組成が変わるため、所望の特性が得られなくなることがある。このため、1400℃以上の熱処理温度としては1400℃以上、1500℃未満であることが好ましく、より好ましくは1430℃以上、1470℃以下である。   In the above-described method for producing an aluminum titanate-based ceramic, after holding the precursor powder in a temperature range of 900 to 1350 ° C., heat treatment is performed at 1400 ° C. or higher to generate aluminum titanate from the precursor powder. At this time, when the heat treatment temperature is 1500 ° C. or more, it is confirmed that when the precursor powder contains magnesium, the magnesium is dissolved into the glass layer, and the composition of the aluminum titanate phase changes. May not be obtained. For this reason, the heat treatment temperature of 1400 ° C. or higher is preferably 1400 ° C. or higher and lower than 1500 ° C., more preferably 1430 ° C. or higher and 1470 ° C. or lower.

上記温度範囲に昇温する際、および保持する際の雰囲気は通常、大気中であるが、用いる原料粉末、すなわちチタニウム源粉末、アルミニウム源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末の種類や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また水蒸気分圧を低くした雰囲気中で昇温してもよい。   When raising the temperature to the above temperature range and maintaining the atmosphere is usually in the air, the raw material powder to be used, that is, the type and usage ratio of the titanium source powder, aluminum source powder, magnesium source powder and silicon source powder Depending on the case, it may be fired in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or may be fired in a reducing gas such as carbon monoxide gas or hydrogen gas. Moreover, you may heat up in the atmosphere which made water vapor partial pressure low.

昇温は通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の加熱炉を用いて行われる。   The temperature rise is usually performed using a normal heating furnace such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a microwave heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, or a roller hearth furnace.

かくしてチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼成物が得られる。
焼成物は通常は塊状または焼結体の形状で得られ、塊状または焼結体の前記セラミックス焼成物を粉砕・分級することにより、前記セラミックス焼成物の粉末を得ることができる。解砕は、例えば手解砕、乳鉢、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体撹拌ミル、ピンミル、ジェットミル、ハンマーミル、ロールミルなどの通常の解砕機を用いて行うことができる。解砕により得られた前記セラミックス粉末は、通常の方法で分級してもよい。かくして得られる前記セラミックス粉末は、概ね球形をしているので、これを取扱う際に、取扱容器などを磨耗させることがない。
Thus, a fired product of the aluminum titanate ceramic is obtained.
The fired product is usually obtained in the form of a lump or sintered body, and the ceramic fired product powder can be obtained by pulverizing and classifying the lump or sintered ceramic fired product. Crushing can be performed using a normal crusher such as hand crushing, mortar, ball mill, vibration mill, planetary mill, medium stirring mill, pin mill, jet mill, hammer mill, roll mill, and the like. The ceramic powder obtained by crushing may be classified by a usual method. Since the ceramic powder thus obtained has a generally spherical shape, the handling container or the like is not worn when the ceramic powder is handled.

上記セラミックス粉末を成形、焼結すれば、排ガスフィルタ用ハニカムや触媒担体などに好適に用いられることができる。ハニカムや触媒担体の原料粉末に用いる場合、平均粒子径d50=10〜40μmに調整することが好ましく、d50=10〜30μmであることがより好ましい。平均粒子径を10μm未満にするとハニカムの焼結に伴う収縮が極端に大きくなり、ハニカムの変形が生じるためであり、40μmを超える平均粒子径にすると成形体の保形成が低下し、焼結の最中に成形体が崩れてしまうためである。   If the ceramic powder is molded and sintered, it can be suitably used for a honeycomb for exhaust gas filters, a catalyst carrier and the like. When used as a raw material powder for a honeycomb or a catalyst carrier, the average particle diameter is preferably adjusted to d50 = 10 to 40 μm, more preferably d50 = 10 to 30 μm. This is because when the average particle size is less than 10 μm, the shrinkage accompanying the sintering of the honeycomb becomes extremely large, and the honeycomb is deformed. This is because the molded body collapses during the process.

上述のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で得た焼成物を粉砕して、上記の粒度分布を有する粉末にすると、その粉末のBET比表面積は0.2〜0.5m2/gとなり、細孔容積は1.5〜3.0mm3/gとなる。ここで言う細孔容積とは粉末表面に存在する細孔を水銀圧入法で測定したときの値であり、細孔容積の値が小さいほど緻密で焼き締まった粉末と言うことになる。同じ粒度分布で比較した場合、上述の製造方法で得た焼成物の粉末の細孔容積は、800〜1350℃の温度範囲にて前駆体混合物を保持しなかった粉末の細孔容積に比べて小さくなり、これらの粉末でハニカムを作製したときの焼結による寸法変化は細孔容積の小さな粉末のほうが小さくなる。 When the fired product obtained by the above-described method for producing an aluminum titanate ceramic is pulverized into a powder having the above particle size distribution, the BET specific surface area of the powder is 0.2 to 0.5 m 2 / g, and the pore volume is 1.5 to 3.0 mm 3 / g. The pore volume mentioned here is a value when pores existing on the surface of the powder are measured by a mercury intrusion method, and the smaller the pore volume value, the more dense and baked the powder. When compared with the same particle size distribution, the pore volume of the powder of the fired product obtained by the above production method is compared with the pore volume of the powder that did not hold the precursor mixture in the temperature range of 800-1350 ° C. When the honeycomb is made from these powders, the dimensional change due to sintering is smaller in the powder having a small pore volume.

更に前記セラミックス粉末を公知の粉末成型技術により顆粒状にしてもよい。
更に本発明は上述のチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末と有機系結合剤とを含有するセラミック可塑性練り土を作製して、所定の形状に成形する工程と、成形したセラミックス可塑性練り土を任意の温度で焼結したチタン酸アルミニウム焼結体も含む。
Further, the ceramic powder may be granulated by a known powder molding technique.
Furthermore, the present invention provides a process for producing a ceramic plastic kneaded material containing the above-mentioned aluminum titanate ceramic powder and an organic binder, and molding the ceramic kneaded clay into a predetermined shape, and the formed ceramic plastic kneaded material at an arbitrary temperature. In addition, an aluminum titanate sintered body sintered in step 1 is also included.

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを排ガスフィルタ材として用いるには、通気抵抗が低い多孔性の焼結体が必要であり、通常は気孔率が30%以上で60%以下の連通孔を含む多孔質の焼結体が好ましく用いられる。   In order to use the aluminum titanate-based ceramics of the present invention as an exhaust gas filter material, a porous sintered body having low ventilation resistance is required, and usually a porous body having communication holes with a porosity of 30% or more and 60% or less. A quality sintered body is preferably used.

上記の多孔性チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体の製造方法としては公知の技術を用いることができる。本発明に用いられる造孔剤としては、従来公知の造孔剤を特に制限無く用いることができる。造孔剤としては、例えばグラファイト、発泡樹脂、吸水性樹脂、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、またはポリエチレンテレフタレートなどが用いられる。   A well-known technique can be used as a manufacturing method of said porous aluminum titanate ceramic sintered body. As the pore-forming agent used in the present invention, a conventionally known pore-forming agent can be used without particular limitation. As the pore-forming agent, for example, graphite, foamed resin, water-absorbing resin, wheat flour, starch, phenol resin, polymethyl methacrylate, polyethylene, polyethylene terephthalate, or the like is used.

バインダとしては、例えばヒドロキシプロピル、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニールアルコールなどを挙げることができる。分散剤としては、例えばエチレングリコール、デキストリン、脂肪酸酒石酸、ポリアルコールなどが挙げられる。   Examples of the binder include hydroxypropyl, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, and polyvinyl alcohol. Examples of the dispersant include ethylene glycol, dextrin, fatty acid tartaric acid, polyalcohol and the like.

上述したセラミックス粉末と有機系結合剤を分散させる分散媒としては、例えば水、ワックスなどを挙げることができる。中でも乾燥時の体積変化が小さく、ガスの発生が少ない、取扱の容易さなどの理由から、水が好ましく用いられる。   Examples of the dispersion medium for dispersing the ceramic powder and the organic binder described above include water and wax. Among these, water is preferably used for reasons such as a small volume change during drying, less gas generation, and ease of handling.

上述した成形原料を混合および混練し、セラミック可塑性練り土を作製してから所定の形状に成形するが、可塑性練り土を成形するための装置としては、例えばニーダーと押出し成形機とを組み合わせたものや連続混錬押出し機などを挙げることができる。   The above-mentioned forming raw materials are mixed and kneaded to produce a ceramic plastic kneaded clay and then molded into a predetermined shape. As an apparatus for molding the plastic kneaded clay, for example, a combination of a kneader and an extrusion molding machine And a continuous kneading extruder.

このような本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは低熱膨張性と高い耐熱安定性、優れた機械的強度を併せ持つとともに、本発明の粉末は焼結の際の焼結収縮が少なく、この粉末を用いて作製した成形体は高い寸法精度を示す。本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末は、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられるフィルタや触媒担体用ハニカムの原料として好適に用いることができる。   Such an aluminum titanate-based ceramic of the present invention has both low thermal expansion, high heat stability, and excellent mechanical strength, and the powder of the present invention has little sintering shrinkage during sintering. The molded body produced in this way exhibits high dimensional accuracy. The aluminum titanate ceramic powder of the present invention can be suitably used as a raw material for a filter or a honeycomb for a catalyst carrier used for exhaust gas purification of an internal combustion engine such as a diesel engine.

以下に実施例を挙げて、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.

なお、各実施例で得たチタン酸アルミニウム系セラミックスのチタン酸アルミニウム化率〔AT化率〕は、粉末X線回折スペクトルにおける2θ=27.4°の位置に現れるピーク〔チタニア・ルチル相(110)面〕の積分強度(I[TiO2])と、2θ=33.7°の位置に現れるピーク〔チタン酸アルミニウムマグネシウム相(230)面〕の積分強度〔I[AT]〕とから、式(1)より算出した。 The aluminum titanate conversion rate [AT conversion rate] of the aluminum titanate-based ceramics obtained in each example is a peak [titania-rutile phase (110) plane appearing at 2θ = 27.4 ° in the powder X-ray diffraction spectrum. integrated intensity of] and (I [TiO 2]), because the peak appearing at the position of 2 [Theta] = 33.7 ° [integrated intensity of aluminum magnesium titanate phase (230) plane] [I [AT]], from the formula (1) Calculated.

AT化率(%)= I[AT]/(I[AT] + I[TiO2])×100 ・・・(1)
また、耐熱安定性とはチタン酸アルミニウム系セラミックスを900〜1100℃の温度域にて任意の時間保持した後でのチタン酸アルミニウム結晶相の残存率のことを指す。本発明において、耐熱安定性の評価とは、チタン酸アルミニウム系セラミックス粉末を箱型電気炉にて、大気中にて950℃で48時間保持することで熱分解評価用サンプルを得、得られた熱分解評価用サンプルの構成相を粉末X線回折スペクトル測定(XRD)にて測定し、熱処理前後のAT化率の変化を見るものであり、「耐熱安定性に優れる」とは式(2)より算出した熱分解率が1.0%以下であることを言う。
AT conversion rate (%) = I [AT] / (I [AT] + I [TiO 2 ]) × 100 (1)
The heat resistance stability refers to the residual rate of the aluminum titanate crystal phase after holding the aluminum titanate-based ceramic in a temperature range of 900 to 1100 ° C. for an arbitrary time. In the present invention, heat stability evaluation was obtained by obtaining a sample for thermal decomposition evaluation by holding aluminum titanate ceramic powder in a box-type electric furnace at 950 ° C. for 48 hours in the air. The constituent phase of the sample for pyrolysis evaluation is measured by powder X-ray diffraction spectrum measurement (XRD) to see the change in AT conversion rate before and after heat treatment. It means that the thermal decomposition rate calculated from 1.0 is 1.0% or less.

分解率(%)= 100 - I[AT]/(I[AT] + I[TiO2])×100 ・・・(2)
本発明においては、作製したチタン酸アルミニウム系セラミックスを粉砕して、d50=15〜30μmの粒度分布を有する粉末とし、このセラミックス粉末100質量部に対して、造孔剤としてポリエチレン粒子(d50=23μm)を10質量部、バインダとしてメチルセルロースを7.5質量部、界面活性剤としてポリオキシアルキレンアルキルエーテルを9.3質量部、潤滑剤としてグリセリンを0.8質量部加えて成形原料とし、更に分散媒として水を38質量部を加えた後、混練機で混練して坏土を調製し、坏土を押し出し成形してハニカム成形体を作製した。得られたハニカム成形体を大気雰囲気下、400℃で脱脂を行い、最高温度1450℃で5時間焼結することで、多孔質のハニカム焼結体を得た。
Decomposition rate (%) = 100-I [AT] / (I [AT] + I [TiO 2 ]) x 100 (2)
In the present invention, the produced aluminum titanate-based ceramic is pulverized into a powder having a particle size distribution of d50 = 15 to 30 μm. Polyethylene particles (d50 = 23 μm) are used as pore-forming agents with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder. ) 10 parts by weight, 7.5 parts by weight of methyl cellulose as a binder, 9.3 parts by weight of polyoxyalkylene alkyl ether as a surfactant, 0.8 parts by weight of glycerin as a lubricant to form a molding raw material, and 38 parts by weight of water as a dispersion medium After adding the part, the kneaded material was kneaded to prepare a kneaded material, and the kneaded material was extruded to form a honeycomb formed body. The obtained honeycomb formed body was degreased at 400 ° C. in an air atmosphere and sintered at a maximum temperature of 1450 ° C. for 5 hours to obtain a porous honeycomb sintered body.

チタン酸アルミニウム系セラミックス多孔質焼結体の熱膨張率(K-1)は、各実施例で得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの多孔質焼結体から約4mm×4mm×10mmの試験片を切り出し、この熱機械的分析装置(SIIテクノロジー(株)製、TMA6300)を用いて室温から1000℃まで600℃/hの昇温速度で昇降温して上述の角柱試料の熱膨張曲線を測定し、室温から1000℃間の膨張率を算出した。 The thermal expansion coefficient (K -1 ) of the aluminum titanate ceramic porous sintered body is about 4 mm x 4 mm x 10 mm from the aluminum titanate ceramic porous sintered body obtained in each example. Using this thermomechanical analyzer (SII Technology Co., Ltd., TMA6300), the thermal expansion curve of the above prismatic sample was measured by raising and lowering the temperature from room temperature to 1000 ° C at a rate of 600 ° C / h. The expansion coefficient between room temperature and 1000 ° C. was calculated.

(実施例1)
アルミニウム源原料として酸化アルミニウム(住友化学社製、AT−50)の粒子を47.3質量%、チタン源原料として酸化チタン(デュポン社製、R−900)の粒子を41.0質量%、マグネシウム源としてマグネシアスピネル(サンゴバン社製)の粉末を6.2質量%、ケイ素源原料としてガラスフリット(SiO2=77.9%、Al2O3=9.7%、Na2O=3.1%、K2O=7.5%、CaO=2.7%、MgO=2.8%)粒子を5.6質量%用いた。用いたガラスフリットの融点は948℃、屈伏点は768℃であった。この場合、組成式:Al2(1-x)MgxTi1+xO5-aAl2O3-bSiO2で表すと、x=0.08、a=0.16、b=0.14となる。これら原料粉末10kgをアルミナビーズ(直径15mm)5kgと共にアルミナ製粉砕容器(内容積50L)に投入し、粉砕容器を振動ミルにて30分間混合・粉砕し、前駆体混合物を得た。得られた前駆体粉末は電気炉にて1300℃まで300℃/hで昇温し、1300℃で3.5時間保持した後に、再度1450℃まで300℃/hで昇温し、1450℃で3.5時間保持して焼成し、目的のチタン酸アルミニウム系セラミックス焼成物を得た。得られたセラミックス焼成物はアルミナ製ディスクミルにより粉砕し、振動篩にて分級し、d50=27μmの粉末を得た。
Example 1
47.3% by mass of aluminum oxide (Sumitomo Chemical, AT-50) particles as the aluminum source, 41.0% by mass of titanium oxide (DuPont, R-900) as the titanium source, and magnesia spinel as the magnesium source (Made by Saint-Gobain) 6.2% by mass, glass frit (SiO 2 = 77.9%, Al 2 O 3 = 9.7%, Na 2 O = 3.1%, K 2 O = 7.5%, CaO = 2.7) %, MgO = 2.8%) particles were used at 5.6% by mass. The glass frit used had a melting point of 948 ° C. and a yield point of 768 ° C. In this case, when expressed by the composition formula: Al 2 (1-x) Mg x Ti 1 + x O 5 -aAl 2 O 3 -bSiO 2 , x = 0.08, a = 0.16, and b = 0.14. 10 kg of these raw material powders were put together with 5 kg of alumina beads (diameter 15 mm) into an alumina pulverization container (internal volume 50 L), and the pulverization container was mixed and pulverized in a vibration mill for 30 minutes to obtain a precursor mixture. The obtained precursor powder was heated to 1300 ° C at 300 ° C / h in an electric furnace, held at 1300 ° C for 3.5 hours, then heated again to 1450 ° C at 300 ° C / h, and then at 1450 ° C for 3.5 hours The target aluminum titanate ceramic fired product was obtained by holding and firing. The obtained ceramic fired product was pulverized by an alumina disk mill and classified by a vibrating sieve to obtain a powder having d50 = 27 μm.

実施例1で作製した粉末を粉末X線回折にて分析した結果、このセラミックス粉末のAT化率は100%であった。この粉末を構成する結晶相としてはチタン酸アルミニウムマグネシウム(Al1.84Mg0.08Ti1.08O5)とアルミナ(Al2O3)のみが確認され、SiO2もしくはSi含有酸化物の結晶相を示す回折ピークは確認されなかった。この粉末を1100℃にて48時間熱処理した後のAT化率も100%(分解率は0%)のままであり、優れた耐熱安定性を示すことが確認された。微細組織観察の結果、チタン酸アルミニウム母相中に平均粒子サイズ(走査型電子顕微鏡により、粉末の断面組織を観察し、200〜400個のアルミナ粒子のサイズを測定し、平均した値)が4μmのアルミナ粒子が分散しており、非晶質のアルミノシリケート層はアルミナ粒子やチタン酸アルミニウムの粒子を被覆するように粒界に薄く存在していることが確認された。 As a result of analyzing the powder prepared in Example 1 by powder X-ray diffraction, the AT conversion rate of this ceramic powder was 100%. As the crystalline phase composing this powder, only aluminum magnesium titanate (Al 1.84 Mg 0.08 Ti 1.08 O 5 ) and alumina (Al 2 O 3 ) were confirmed, and a diffraction peak showing the crystalline phase of SiO 2 or Si-containing oxide. Was not confirmed. The AT conversion rate after heat-treating this powder at 1100 ° C. for 48 hours remained 100% (decomposition rate was 0%), confirming excellent heat stability. As a result of fine structure observation, the average particle size in the aluminum titanate matrix (observing the cross-sectional structure of the powder with a scanning electron microscope and measuring the size of 200 to 400 alumina particles) was 4 μm. It was confirmed that the amorphous aluminosilicate layer was thinly present at the grain boundaries so as to cover the alumina particles and the aluminum titanate particles.

実施例1で作製した粉末100質量部に対して、造孔剤としてポリエチレン粒子(d50=23μm)を10質量部、バインダとしてメチルセルロースを7.5質量部、界面活性剤としてポリオキシアルキレンアルキルエーテルを9.3質量部、潤滑剤としてグリセリンを0.8質量部加えて成形原料とし、更に分散媒として水を38質量部加えた後、混練機で混練して坏土を調製し、坏土を押し出し成形してハニカム成形体を作製した。ハニカム成形体は乾燥機にて100℃で12時間乾燥した後に、箱型電気炉にて大気雰囲気下400℃で、バインダを除去する脱脂過程を経た後に、1450℃まで300℃/hで昇温し、1450℃で5時間焼結することによりハニカム焼結体を得た。   Based on 100 parts by mass of the powder prepared in Example 1, 10 parts by mass of polyethylene particles (d50 = 23 μm) as a pore-forming agent, 7.5 parts by mass of methylcellulose as a binder, and 9.3 parts by mass of polyoxyalkylene alkyl ether as a surfactant Part, 0.8 parts by weight of glycerin as a lubricant is added to form a raw material, and 38 parts by weight of water is further added as a dispersion medium, and then kneaded with a kneader to prepare a clay, and the clay is extruded and formed into a honeycomb. The body was made. The honeycomb formed body was dried at 100 ° C. for 12 hours in a dryer, then passed through a degreasing process to remove the binder at 400 ° C. in an air atmosphere in a box-type electric furnace, and then heated to 1450 ° C. at 300 ° C./h. The honeycomb sintered body was obtained by sintering at 1450 ° C. for 5 hours.

得られたハニカム体のアルキメデス法で測定した気孔率は42%であり、乾燥後と焼結後の寸法変化は10%であった。ハニカム焼結体の熱膨張率は1.6×10-6K-1であった。分析結果を表1にまとめて示す。 The porosity of the obtained honeycomb body measured by the Archimedes method was 42%, and the dimensional change after drying and sintering was 10%. The thermal expansion coefficient of the honeycomb sintered body was 1.6 × 10 −6 K −1 . The analysis results are summarized in Table 1.

(実施例2〜3)
表1に記載の組成で前駆体混合物を作製し、あとは実施例1と同じ条件で焼成・粉砕を行い、粉末を得た。いずれの粉末もAT化率100%であり、SiO2もしくはSi含有酸化物の結晶相を示す回折ピークは確認されなかった。この粉末を1100℃にて48時間熱処理した後の分解率はいずれも0%であった。
(Examples 2-3)
Precursor mixtures were prepared with the compositions described in Table 1, and then fired and ground under the same conditions as in Example 1 to obtain powder. All powders had an AT conversion rate of 100%, and a diffraction peak indicating a crystal phase of SiO 2 or Si-containing oxide was not confirmed. The decomposition rate after heat-treating this powder at 1100 ° C. for 48 hours was 0% in all cases.

実施例2〜3の粉末を用いて、実施例1と同じ条件で多孔性のハニカム焼結体作製した。いずれのサンプルでも焼結収縮率は10%以下、気孔率は40%以上、CTEは2.0×10-6K-1以下であることが確認された。 Using the powders of Examples 2 to 3, a porous honeycomb sintered body was produced under the same conditions as in Example 1. In each sample, it was confirmed that the sintering shrinkage rate was 10% or less, the porosity was 40% or more, and the CTE was 2.0 × 10 −6 K −1 or less.

Figure 2010116289
Figure 2010116289

(比較例1)
実施例1において、ケイ素源粉末の量を8.1wt%とした以外は実施例1と同じ条件で粉末およびハニカム焼結体を作製した。粉末の分解率は0%、ハニカム焼結体のCTEは1.5×10-6K-1と実施例1とほぼ同じ結果が得られたが、収縮率は15%、気孔率は38%となり、大きな焼結収縮を示した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a powder and a honeycomb sintered body were produced under the same conditions as Example 1 except that the amount of the silicon source powder was 8.1 wt%. The decomposition rate of the powder was 0%, and the CTE of the honeycomb sintered body was 1.5 × 10 −6 K −1, which was almost the same result as in Example 1. However, the shrinkage rate was 15% and the porosity was 38%. A large sintering shrinkage was exhibited.

Claims (5)

チタン源粉末、アルミ源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末を含む前駆体混合物を900〜1350℃の温度範囲にて、時間あたりの温度変化が−50〜+50℃/hで3時間以上保持した後、1400℃以上の温度に昇温し、同温度で焼成するチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で、前駆体混合物に含まれる酸化物成分の内、ケイ素源の重量比が2〜8%であり、ケイ素源が非晶質で、融点が800〜1350℃のアルミノシリケートであることを特徴とするチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法。   Precursor mixture containing titanium source powder, aluminum source powder, magnesium source powder and silicon source powder was held at a temperature range of 900 to 1350 ° C at a temperature change per hour of -50 to + 50 ° C / h for 3 hours or more. Thereafter, the temperature is raised to a temperature of 1400 ° C. or higher, and the aluminum titanate-based ceramics is manufactured by firing at the same temperature. The oxide component contained in the precursor mixture has a silicon source weight ratio of 2 to 8%. A method for producing an aluminum titanate-based ceramics, wherein the silicon source is amorphous and the melting point is 800 to 1350 ° C. aluminosilicate. ケイ素源粉末が非晶質で、酸化物の重量比でSiO2=70〜80%、Al2O3=5〜15%、(Na2O+K2O)=5〜25%、MgO=0〜3.0%、(CaO+SrO+BaO)<4.0%であるアルミノシリケート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系セラミックスの製造方法。 The silicon source powder is amorphous, and the oxide weight ratio is SiO 2 = 70 to 80%, Al 2 O 3 = 5 to 15%, (Na 2 O + K 2 O) = 5 to 25%, MgO = 0 to 2. The method for producing an aluminum titanate-based ceramic according to claim 1, wherein the aluminosilicate is 3.0% and (CaO + SrO + BaO) <4.0%. ケイ素含有相に含まれる結晶性SiO2の量がチタン酸アルミニウムに対して重量比で0.1%以下であることを特徴とする請求項2に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法。 The method for producing an aluminum titanate-based ceramic according to claim 2, wherein the amount of crystalline SiO 2 contained in the silicon-containing phase is 0.1% or less by weight with respect to aluminum titanate. チタン酸アルミニウム系セラミックスが、組成式:Al2(1-x)MgxTi1+xO5-aAl2O3-bSiO2
(式中、x=0.05〜0.30、a=0.1〜0.3、b=0.05〜0.20をそれぞれ満足する)で表わされるものである、請求項3に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法。
Aluminum titanate-based ceramics has a composition formula: Al 2 (1-x) Mg x Ti 1 + x O 5 -aAl 2 O 3 -bSiO 2
The method for producing an aluminum titanate-based ceramics according to claim 3, wherein x is from 0.05 to 0.30, a is from 0.1 to 0.3, and b is from 0.05 to 0.20.
請求項4に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末と有機系結合剤とを含有するセラミック可塑性練り土を作製して、所定の形状に成形する工程と、成形したセラミックス可塑性練り土を任意の温度で焼結したチタン酸アルミニウム焼結体の製造方法。   A step of producing a ceramic plastic kneaded material containing the aluminum titanate-based ceramic powder according to claim 4 and an organic binder and molding the ceramic plastic kneaded material into a predetermined shape, and the formed ceramic plastic kneaded material at an arbitrary temperature. The manufacturing method of the aluminum titanate sintered compact sinterd by.
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