JP2012046398A

JP2012046398A - 耐熱性セラミックスおよび断熱材

Info

Publication number: JP2012046398A
Application number: JP2010192312A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Furuse; 辰治古瀬; Toshiaki Shigeoka; 俊昭重岡; Koki Okayama; 幸樹岡山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】非酸化性雰囲気下において高い機械的強度を維持できる耐熱性セラミックスおよび断熱材を提供する。
【解決手段】ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子とＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子およびＳｉ酸化物を主成分とする粒界物質を含むことにより、還元雰囲気下でも結晶粒子中の３価のＦｅが還元されて２価のＦｅに変化することなく、結晶格子の歪みによる応力発生を抑制し、非酸化性雰囲気下、特に還元雰囲気下で高い機械的強度を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐熱性セラミックスおよび断熱材に関し、例えば炉の内壁、耐熱性容器、金属溶射用セラミックノズル等に用いられる耐熱性セラミックスおよび断熱材に関する。

従来、耐熱衝撃性部材の材料として低熱膨張のチタン酸アルミニウム材料が知られている。このチタン酸アルミニウム材料は２０〜８００℃の熱膨張係数が３．０×１０^−６／℃以下と極めて低く、急速昇温、急速冷却してもクラックを生じない、優れた耐熱衝撃性を示す材料である。一方で、チタン酸アルミニウム材料は９００〜１２００℃の温度範囲で分解を起こす特性を示すが、従来、鉄などの添加物を添加することによって、この分解は抑制されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＴｉＯ_２粉末に、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末を添加し、この混合材料を所定形状に成形し、大気中で１４５０〜１５５０℃で焼成したことが記載されている。

また、従来のＦｅ_２Ｏ_３粉末を添加したチタン酸アルミニウム材料では、３価のＦｅと２価のＦｅが混在していることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−２９０９６３号公報特開２００９−２８６６４９号公報

しかしながら、特許文献１の材料では、高温の還元雰囲気等の非酸化性雰囲気に晒されると３価のＦｅが還元されて２価のＦｅに変化し、２価のＦｅが増加することにより結晶格子に歪みが生じ、応力が発生して機械的強度が低下する傾向にある。従って、還元雰囲気等の非酸化性雰囲気下、特にアルミニウム等の溶融金属メッキ炉のように、低熱伝導性に加え、溶融した金属との濡れ性や反応性が低く、耐熱衝撃性が高い材料が要求される用途での使用には未だ充分ではなかった。

本発明は、非酸化性雰囲気下において高い機械的強度を維持できる耐熱性セラミックスおよび断熱材を提供することを目的とする。

本発明者等は、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子、およびＳｉ酸化物を主成分とする粒界物質を含む場合には、非酸化性雰囲気下で高い機械的強度を維持できることを見出し、本発明に至った。

すなわち、本発明の耐熱性セラミックスは、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子、およびＳｉ酸化物を主成分とする粒界物質を含むことを特徴とする。

本発明の耐熱性セラミックスでは、Ｆｅを含む結晶が、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶として存在することにより、結晶粒子中で３価のＦｅが安定となり、高温の還元雰囲気等の非酸化性雰囲気に晒されても、結晶粒子中の３価のＦｅが還元されて２価のＦｅに変化しにくく、結晶格子の歪みによる応力発生を抑制し、非酸化性雰囲気下、特に還元雰囲気下で高い
機械的強度を維持することができる。

さらに、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子を含むことにより、耐硫酸性などの耐薬品性を向上でき、Ｓｉ酸化物を主成分とする粒界物質により焼結体が緻密化して高い機械的強度を維持することができる。

したがって、非酸化性雰囲気で使用される焼成炉、加熱炉等の炉の内壁として使用される断熱材、高温の非酸化性雰囲気で使用される耐熱性容器や金属溶射用ノズル、さらにはアルミニウム等の溶融金属メッキ用の部材等に用いることができる。

さらに、本発明の耐熱性セラミックスでは、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子のモル比による組成式がＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）で表さ
れることが望ましい。
また、本発明の耐熱性セラミックスは、Ａｌ_２Ｏ_３結晶の（１０４）面のＸ線回折ピーク強度が、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して３％以下であることが望ましい。

さらに、本発明の耐熱性セラミックスは、気孔率が１５％以下であることが望ましい。

また、本発明の耐熱性セラミックスは、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面のＸ線回折ピーク強度が、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して２．５％以上であることが望ましい。

また、本発明の断熱材は、上記の耐熱性セラミックスからなることを特徴とする。

本発明の耐熱性セラミックスでは、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子、およびＳｉ酸化物を主成分とする粒界物質を含むことにより、高温の還元雰囲気等の非酸化性雰囲気や、溶融した金属に晒されても、高い機械的強度を維持することができるとともに、耐硫酸性などの耐薬品性を向上できる。

本発明の実施形態における耐熱性セラミックスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。本発明の実施形態における耐熱性セラミックスのＸ線回折結果である。

図１は耐熱性セラミックスの実施形態を示すもので、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶とＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶等の結晶粒子と粒界物質とを含有している。粒界物質は、非晶質であってもよく、結晶質でもよいが、耐熱性を向上するという点から、結晶質であることが望ましい。さらに、本形態の耐熱性セラミックスは、高い機械的強度を有するという点から、緻密質であることが望ましい。本形態では、緻密質とはセラミックスの気孔率が１５％以下であることをいう。

本形態の耐熱性セラミックスは、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子を含有している。これにより、９００〜１２００℃の温度範囲におけるセラミックスを構成する結晶粒子の分解を抑制することができるとともに、従来のようなＡｌ_２ＴｉＯ_５にＦｅ_２Ｏ_３を添加した形態やＦｅを固溶させた形態と比較して、熱力学的により安定なＦｅＡｌＴｉＯ_５が形成されていることにより、還元雰囲気等の非酸化性雰囲気で使用しても、３価のＦｅが還元されて２価のＦｅに変化することがなく、Ｆｅの還元により生じる結晶格子の歪みから発生する応力を抑制することができ、非酸化性雰囲気において高い機械的強度を維持することができる。

ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子とともに含まれるＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇを含有する結晶粒子は、結晶粒子中にＡｌ、Ｔｉに加えて、より耐薬品性に優れているＭｇを含むことにより、耐硫酸性などの耐薬品性を向上できる。

Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇを含有する結晶粒子は、特に、モル比による組成式がＡｌ_{２（１−x}
_）Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）で表されるものであることが望ましい。本組成式で表されるようなＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子を含むことにより、耐硫酸性などの耐薬品性をより向上できる。

ここで、ＡｌのＭｇによる置換量ｘを０＜ｘ≦０．９としたのは、ＡｌのＭｇによる置換量ｘがこの範囲内ならば、耐硫酸性および耐熱分解性が高められ、耐熱衝撃性が維持できるためである。特に、ｘ＞０を満足することにより、結晶粒子中にＡｌ、Ｔｉに加えて、より耐薬品性に優れているＭｇを含むことになり、耐硫酸性などの耐薬品性を向上できる。ｘは特に０．２≦ｘ≦０．８であることが耐硫酸性と耐熱衝撃性を向上できるという点から望ましい。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇを含有する結晶粒子には、Ｆｅを含むものが存在する場合もある。

なお、Ａｌ、Ｔｉ，Ｍｇを含有する結晶粒子の組成は、例えば走査型電子顕微鏡や透過電子顕微鏡により、結晶粒子内部の元素分析を行うことで確認できる。

また、結晶粒子間には、Ｓｉ酸化物を含有する粒界物質が存在している。この粒界物質は、元素としてＳｉ以外にＡｌおよびＭｇを含有しており、結晶粒子内にはＳｉを少量含有している。これは、ＳｉとＡｌ、Ｍｇとが焼成中に相互に拡散することによる。この粒界物質は結晶質でもよいが、ここでは非晶質の粒界物質を用いた耐熱性セラミックスについて説明する。

本形態の耐熱性セラミックスに含まれている結晶粒子は、平均粒径２０μｍ以下であることが望ましい。このように粒径を制御することで、焼結体の緻密化が可能となり、３点曲げ強度を１５ＭＰａ以上にすることができる。特には結晶粒子の平均粒径は１０μｍ以下であることが望ましい。結晶粒子の平均粒径は、インターセプト法により求めることができる。

また、本形態の耐熱性セラミックスでは、ＳｉをＳｉＯ_２換算で全量中１〜８質量％含有することが望ましい。ＳｉをＳｉＯ_２換算で全量中１〜８質量％とすることにより、焼結体の緻密化が容易となり、強度を向上できる。Ｓｉ含有量は、ＳｉＯ_２換算で全量中１〜３質量％であることがさらに望ましい。このようにＳｉ含有量が少量であることで、粒界物質の融解温度を向上でき、例えば断熱材としての使用範囲を広げることができる。Ｓｉ含有量は、蛍光Ｘ線分析法やＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法により測定することができる。また、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５で表される結晶粒子は、全量中９２〜９９質量％、特には９７〜９９質量％
含有されていることが望ましい。

なお、ＳｉをＳｉＯ_２換算で全量中１〜８質量％含有する耐熱性セラミックスでは、粒界物質の融解温度が１５００℃程度以上となることが一般に知られている。

また、本形態の耐熱性セラミックスは、Ａｌ_２Ｏ_３結晶の（１０４）面のＸ線回折ピーク強度が、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して３％以下であることが望ましい。これにより、ＦｅやＭｇを含有するチタン酸アルミニウムが、所定の組成を有する結晶として合成されて、熱膨張係数を小さくすることが可能となり、高い耐熱衝撃性を得ることができる。さらに好ましくはＡｌ_２Ｏ_３を実質的に含んでいないものがよい。

Ａｌ_２Ｏ_３結晶と、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶のＸ線回折ピーク強度比は、Ｘ線回折法によりピーク強度を測定して、回折角２θが３５°付近のＡｌ_２Ｏ_３結晶（１０４）面のピーク強度（Ｉ_Ａ）と、回折角２θが２５−２７°のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（１１０）面およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶（１１０）面のピーク強度の和（Ｉ_ＡＭＦＴ）とから、ピーク強度比Ｉ_Ａ／Ｉ_ＡＭＦＴを算出できる。ここで、回折角２θが３５°付近というのは、±０．３°の誤差範囲内にあることをいう。以降、回折角２θに関して付近という表現を用いた場合は、±０．３°の誤差範囲を示す。

なお、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（１１０）面のＸ線回折ピークと、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶（１１０）面のＸ線回折ピークとは、回折角が非常に近接しており、測定上重なり合って分離できない単一の回折ピークとして現れるため、この重なり合った回折ピークの強度をＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（１１０）面およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶（１１０）面のピーク強度の和（Ｉ_ＡＭＦＴ）とした。

また、Ａｌ_２Ｏ_３を実質的に含まないとは、Ｘ線回折法によるピーク強度測定の結果、Ａｌ_２Ｏ_３結晶の（１０４）面のＸ線回折ピークを確認できない場合をいう。

また、本形態の耐熱性セラミックスは、気孔率が１５％以下、好ましくは１０％以下であることが望ましい。このように気孔率が小さく、緻密なセラミックスとすることで、高い機械的強度を実現することができる。気孔率は、水銀圧入法等のピクノメータ法によって測定することができる。

本形態の耐熱性セラミックスでは、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面のＸ線回折ピーク強度が、前記ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、前記Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して２．５％以上であることが望ましい。ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面のＸ線回折ピークは、本形態の耐熱性セラミックスを構成する他の結晶のＸ線回折ピークとは回折角が異なるため、この回折ピークの存在によりセラミックス中にＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶が含まれることが確認できる。

ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面と、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度比は、Ｘ線回折法によりピーク強度を測定して、回折角２θが３７°付近のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（００４）面のピーク強度（Ｉ_ＦＡＴ）と、回折角２θが２５−２７°のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（１１０）面およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶（１１０）面のピーク強度の和（Ｉ_ＡＭＦＴ）とから、ピーク強度比Ｉ_ＦＡＴ／Ｉ_ＡＭＦＴを算出できる。

なお、計算上ではＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶単独の粉末Ｘ線回折における（００４）面のＸ線回折ピーク強度は、（１１０）面のＸ線回折ピーク強度の約１％である。その計算上の強度比率に対して、本形態の耐熱性セラミックスのＸ線回折ピークを実際に測定すると、ピーク強度比Ｉ_ＦＡＴ／Ｉ_ＡＭＦＴは２．５％以上であり、非酸化性雰囲気下、特に還元雰囲気下で高い機械的強度を示している。すなわち、本形態の耐熱性セラミックスには、熱力学的により安定なＦｅＡｌＴｉＯ_５が、その効果を発現するに充分なだけ含有されており、非酸化性雰囲気下、特に還元雰囲気下で高い機械的強度を維持することができる。

次に、本形態の耐熱性セラミックスの製法について説明する。

例えば、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５で表される結晶
を形成するために必要な原料、および粒界相を形成するための酸化ケイ素ＳｉＯ_２を準備する。

まず、アルミナ、チタニア、酸化鉄およびマグネシアの素原料を、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）の組成となるよう別々に秤
量して混合後、造粒する。造粒は、乾式で混合して造粒したり、回転ミル、振動ミル、ビーズミル等のミルに投入し、水、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）のうち少なくともいずれか１種とともに湿式混合したスラリーを乾燥し、造粒することが望ましい。スラリーの乾燥方法としては、スラリーを容器に入れて加熱、乾燥させて、造粒してもよいし、スプレードライヤーで乾燥させて造粒しても良く、または他の方法で乾燥させて造粒しても何ら問題ない。

この後、各々の造粒粉を別々に酸素含有雰囲気、例えば大気中で仮焼する。仮焼温度は、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５結晶を十分生成すべく、
結晶が生成する温度（１２００℃程度）よりも高い、例えば１４００℃以上で１〜５時間仮焼する。仮焼温度は、特には、１４３０℃以上、さらには１４５０℃以上が望ましい。一方、仮焼粉末が強固に凝集するのを防ぐという観点から、仮焼温度は１５００℃以下であることが望ましい。これにより、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５の仮焼粉末を作製する。得られた仮焼粉末は、平均粒径が１０μｍ以下になるよ
う粉砕することも出来る。

そして、所定の比率に配合したこれらの仮焼粉末に対し、ＳｉＯ_２粉末を添加し、混合する。混合方法は、乾式または湿式で行うこともできる。ＳｉＯ_２粉末は、例えば平均粒径１〜３μｍの粉末を用いる。この範囲の粒径の粉末を用いることにより、ＳｉＯ_２粉末を仮焼粉末の表面に均一に分散させることができる。

この混合粉末にバインダを添加し、所定形状に成形し、酸素含有雰囲気、例えば大気中にて脱バインダ処理する。得られた成形体を、大気中において、例えば仮焼温度が１４３０℃の場合、これよりも低い温度である１４３０℃未満で０．５〜５時間焼成することにより、緻密なセラミック部材を形成することができる。

焼成温度は、特に、１３００〜１３９０℃であることが望ましい。この焼成工程は、Ｓｉを含有する非晶質材料を溶融させ、結晶粒子同士が焼結し緻密化する工程である。

このような製法では、焼成温度が、ＡｌとＴｉとＦｅまたはＭｇとを含有する結晶の仮焼温度（１４００℃以上）よりも低いため、２種類の結晶粒子の反応や、ＦｅとＭｇの相互拡散を最小限にとどめ、Ｓｉを含有する非晶質材料で結晶粒子同士を緻密化できる。

このようにＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５を含有するこ
とにより、非酸化性雰囲気で耐熱性セラミックスを使用しても３価のＦｅが還元により２価のＦｅに変化することなく、結晶格子の歪み発生による応力発生を抑制するとともに、耐硫酸性などの耐薬品性を向上でき、非酸化性雰囲気下で高い機械的強度を維持することができる。

本形態の耐熱性セラミックスでは、低熱膨張であって、非酸化性雰囲気の９００〜１２００℃の温度範囲で使用しても分解されることなく、また非酸化性雰囲気下での機械的強度が高いため、例えば、非酸化性雰囲気で使用される焼成炉、加熱炉等の炉の内壁として使用される断熱材、高温の非酸化性雰囲気で使用される耐熱性容器や金属溶射用ノズル、さらにはアルミニウム等の溶融金属メッキ用の部材等に用いることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。

用いたアルミナ原料は日本軽金属社製のＡＬ−４７−１であり、平均粒径が１．１μｍ、チタニア原料はテイカ社製のＪＡ−３であり、平均粒径が０．２μｍ、酸化鉄原料はＪＦＥケミカル社製のＪＣ−Ｗであり、平均粒径が１．０μｍ、炭酸マグネシウム原料はトクヤマ社製のＴＴであり、見掛比重が０．２３ｇ／ｍｌのものを使用した。

また、シリカ原料として、丸釜釜戸社製のＳＰ−３であり、平均粒径が１．２μｍのものを用いた。

まず、一次原料として上記のアルミナ原料、チタニア原料、酸化鉄原料、マグネシア原料をＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５の組成となるようそれ
ぞれ調合し、溶媒にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加し、媒体に直径１０ｍｍのアルミナボールを用いて回転ミルで２０時間混合してそれぞれのスラリーを作製した。このスラリーを１１０℃に加熱してＩＰＡを揮発させて乾燥した後、メッシュパスした。

Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する粉末の組成については、モル比による組成式Ａｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）におけるｘの値として、表１に示した。

この造粒粉を、大気中において、１４５０℃でそれぞれ仮焼し、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５の仮焼粉末をそれぞれ合成した。さらにこれらの
仮焼粉末を、それぞれ平均粒径３μｍの粉末に粉砕した。

この粉砕した仮焼粉末を、ＦｅＡｌＴｉＯ_５粉末（ＦＡＴ）の比率が表１に示す比率となるように配合し、その配合した仮焼粉末１００質量部に対して、表１に示す量のＳｉＯ_２粉末を添加して、万能混練機により混合し、二次の原料粉末を得た。

この二次の原料粉末に対して、パラフィンワックスをイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とともに添加、混合した後、ＩＰＡを乾燥して成形用粉末とした。次に、この成形用粉末を用いて、粉末加圧式成形法によって４ｍｍ×５ｍｍ、長さ５０ｍｍの直方体形状の成形体を作製した。この成形体を大気中において５００℃で脱バインダ処理した後、冷却して取り出し、焼成炉にて大気中、焼成温度１３５０℃でそれぞれ５時間焼成して焼結体を作製し、評価用試料とした。尚、室温から焼成温度までの昇温速度は２００℃／ｈとした。

また、比較例として、試料Ｎｏ．９はＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_２ＴｉＯ_５の組成、試料Ｎｏ．１０は、Ａｌ_{２（１−ｘ―０．５）}Ｍｇ_ｘＦｅＴｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５の組成とな
るように素原料を調合し、実施例と同様の工程で作製し、記載した（ｘの値およびＳｉＯ_２含有量は表１に記載）。

作製した焼結体のＸ線回折ピーク強度を測定し、回折角２θが３７°付近のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（００４）面のピーク強度（Ｉ_ＦＡＴ）と、回折角２θが２５−２７°のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（１１０）面およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶（１１０）面のピーク強度の和（Ｉ_ＡＭＦＴ）とから、ピーク強度比Ｉ_ＦＡＴ／Ｉ_ＡＭＦＴを算出して表２に記載した。なお、試料Ｎｏ．９においては、回折角２θが２５−２７°に現れるＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_２ＴｉＯ_５のピーク強度の和をＩ_ＡＭＦＴとみなし、試料Ｎｏ．１０においては、回折角２θが２５−２７°に現れるＡｌ_{２（１−ｘ―０．５）}Ｍｇ_ｘＦｅＴｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５のピーク強度をＩ_ＡＭＦＴとみなした。

また、焼結体の気孔率を水銀圧入法により求め、表２に記載した。

非酸化雰囲気下での耐熱分解性の評価は以下のように行った。評価用試料を、水素を１体積％含む窒素雰囲気中で、１１００℃の温度で１００時間の耐熱分解試験を行い、Ｘ線回折法により試験前後の試料のピーク強度を測定して、ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）の回折角２θが２５−２７°のメインピ
ーク強度（Ｉ_ＡＭFＴ）と、ＴｉＯ_２相の回折角２θが３６．１°のピーク強度（Ｉ_Ｔ）
とから、ピーク強度比のＡ＝Ｉ_ＡＭFＴ／（Ｉ_ＡＭFＴ＋Ｉ_Ｔ）をそれぞれ算出した。さらに耐熱分解試験前および耐熱分解試験後のピーク強度比をそれぞれＡ_０、Ａ_１として、（１−Ａ_１／Ａ_０）の値を計算した。次に、別途ＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_{２（１−x）}
Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０≦ｘ≦０．９）とＴｉＯ_２の量比を変えて混合し、（１−Ｉ_ＡＭFＴ／Ｉ_Ｔ）の値を求めて作成した検量線と（１−Ａ_１／Ａ_０）の値を照らし合わせて熱
分解率を求め、熱分解率２％以下を熱分解無しとして表２に記載した。なお、試料Ｎｏ．９においては、回折角２θが２５−２７°に現れるＦｅＡｌＴｉＯ_５およびＡｌ_２ＴｉＯ_５のピーク強度の和をＩ_ＡＭＦＴとみなし、試料Ｎｏ．１０においては、回折角２θが２５−２７°に現れるＡｌ_{２（１−ｘ―０．５）}Ｍｇ_ｘＦｅＴｉ_{（１＋ｘ）}Ｏ_５のピーク強度をＩ_ＡＭＦＴとみなした。

また、焼結体を、水素を１体積％含む窒素雰囲気中で、１１００℃で１０時間熱処理した後、強度を測定した。強度の測定は３点曲げ法によりＪＩＳＲ１６０１に基づいて行い、結果を表２に示した。熱膨張係数については、ＪＩＳＲ１６１８に基づいて、昇温速度２０℃／分の条件で円柱状焼結体試料の２０℃〜８００℃の熱膨張係数を測定した。また、焼結体に含有されるＡｌ_２Ｏ_３結晶について、Ｘ線回折のピーク強度比を測定、算出した。いずれの試料にも、Ａｌ_２Ｏ_３結晶による回折ピークは認められなかった。

各焼結体の耐薬品性については、円板状焼結体の各試料を８０℃、１０質量％のＨ_２ＳＯ_４溶液の中で５０Ｈｒ浸漬して、単位面積あたりの重量減の割合が５％未満を◎、５％以上１０％未満を○として評価した。

表１、２から、本発明範囲内の試料Ｎｏ．１〜８は、非酸化雰囲気で熱処理しても熱分解を起こさず、また非酸化雰囲気で熱処理した後も、３点曲げ強度が１５ＭＰａ以上と高いことが分かる。一方、本発明範囲外の試料Ｎｏ．９は、非酸化雰囲気での熱分解は起こさないものの耐薬品性が劣り、試料Ｎｏ．１０は、Ｘ線回折ピークの測定により回折角２θが３７°付近のＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶（００４）面のピークが確認できず、非酸化雰囲気で熱処理した後の３点曲げ強度が５ＭＰａと低い。

１・・・ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶およびＡｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク
２・・・ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面のＸ線回折ピーク

Claims

ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶粒子と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子と、Ｓｉ酸化物を主成分とする粒界物質とを含むことを特徴とする耐熱性セラミックス。
前記Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶粒子のモル比による組成式が、Ａｌ_{２（１−x）}Ｍｇ_xＴｉ_１＋xＯ_５（０＜ｘ≦０．９）で表されることを特徴とする請求項１に記載
の耐熱性セラミックス。
前記Ａｌ_２Ｏ_３結晶の（１０４）面のＸ線回折ピーク強度が、ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して３％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐熱性セラミックス。
気孔率が１５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の耐熱性セラミックス。
前記ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（００４）面のＸ線回折ピーク強度が、前記ＦｅＡｌＴｉＯ_５結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度と、前記Ａｌ、ＴｉおよびＭｇを含有する結晶の（１１０）面のＸ線回折ピーク強度との和に対して２．５％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の耐熱性セラミックス。
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の耐熱性セラミックスからなることを特徴とする断熱材。