JP5142650B2 - Heat resistant ceramic member and filter - Google Patents

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JP5142650B2 JP2007251564A JP2007251564A JP5142650B2 JP 5142650 B2 JP5142650 B2 JP 5142650B2 JP 2007251564 A JP2007251564 A JP 2007251564A JP 2007251564 A JP2007251564 A JP 2007251564A JP 5142650 B2 JP5142650 B2 JP 5142650B2
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Description

本発明は、耐熱性セラミック部材およびフィルタに関し、例えば、断熱材、高温部材の支持材、自動車の排ガス浄化触媒担体用ハニカム構造体、ディーゼルエンジン自動車のパティキュレートトラップ(粒子状物質除去)用ハニカム構造体、脱臭用、温風用などの民生用ハニカム構造体に利用できる耐熱性セラミック部材およびフィルタに関する。   The present invention relates to a heat-resistant ceramic member and a filter, for example, a heat insulating material, a support member for a high-temperature member, a honeycomb structure for an exhaust gas purification catalyst carrier for automobiles, and a honeycomb structure for particulate trap (particulate matter removal) for diesel engine automobiles. The present invention relates to a heat-resistant ceramic member and a filter that can be used for a honeycomb structure for consumer use such as a body, a deodorizing body, and a hot air body.

従来、耐熱衝撃性部材のハニカム構造体として、コージェライトや、βユークリプタイト、βスポジューメンのリチウムアルミノケイ酸塩(通称:LAS)や、チタン酸アルミニウムなどの低熱膨張セラミックス材料が利用されている。   Conventionally, low thermal expansion ceramic materials such as cordierite, β-eucryptite, β-spodumene lithium aluminosilicate (common name: LAS), and aluminum titanate have been used as a honeycomb structure of a thermal shock-resistant member.

一般に、低熱膨張セラミックス材料とは20℃〜800℃の熱膨張係数が3.0×10−6/℃以下のセラミックスのことであり、これらの低熱膨張セラミックス材料は熱衝撃に強い材料として古くから知られており、最近では自動車の排ガス浄化触媒用ハニカム担体、セラミックスガスタービンのハウジングや熱交換体など、特に耐熱衝撃性が要求される部分への材料として使用されている。 In general, the low thermal expansion ceramic material is a ceramic having a thermal expansion coefficient of 20 ° C. to 800 ° C. of 3.0 × 10 −6 / ° C. or less. These low thermal expansion ceramic materials have long been used as materials resistant to thermal shock. Recently, it has been used as a material for parts requiring particularly thermal shock resistance, such as honeycomb carriers for exhaust gas purification catalysts of automobiles, ceramic gas turbine housings and heat exchangers.

コージェライト(2MgO・2Al・5SiO)は、優れた耐熱衝撃性を持つことから、特に自動車の排ガス浄化触媒用ハニカム担体として、多く実用化されている。 Cordierite (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ) has excellent thermal shock resistance and has been put to practical use as a honeycomb carrier for exhaust gas purification catalysts for automobiles.

しかしながら、コージェライトの耐熱温度は高いものでも1350℃程度であるため、この温度以上で利用することは困難であった。   However, since cordierite has a high heat resistance temperature of about 1350 ° C., it is difficult to use it above this temperature.

一方、チタン酸アルミニウム(AlTiO)は、1860℃の高融点を持ち、コージェライトと比べて耐熱性の高い低熱膨張セラミックス材料であるが、900℃〜1200℃の温度で保持すると、アルミナとチタニアに熱分解するという問題があり、利用に制限があった。 On the other hand, aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) is a low thermal expansion ceramic material having a high melting point of 1860 ° C. and higher heat resistance than cordierite, but when kept at a temperature of 900 ° C. to 1200 ° C., alumina There was a problem of thermal decomposition to titania, and there was a limit to its use.

そこで、このようなチタン酸アルミニウムに対して、耐熱分解性を高めるために、チタン酸アルミニウムにSiO、Fe、Al、TiO、MgO、CaOなどの添加剤を添加することが検討されている(例えば、特許文献1を参照)。 Therefore, in order to improve the thermal decomposition resistance of such aluminum titanate, additives such as SiO 2 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, and CaO are added to aluminum titanate. (For example, refer to Patent Document 1).

また、耐熱分解性および機械的強度をさらに高めるために、Mg化合物、Al化合物、Ti化合物と、NaまたはKを含むアルカリ長石(Na1−yAlSi)とを混合して焼結させたセラミック焼結体が報告されている(特許文献2を参照)。 Further, in order to further improve the thermal decomposition resistance and mechanical strength, Mg compound, Al compound, Ti compound and alkali feldspar (Na y K 1-y AlSi 3 O 8 ) containing Na or K are mixed and sintered. A sintered ceramic sintered body has been reported (see Patent Document 2).

この特許文献2で開示される技術により得られたセラミック焼結体は、Siがチタン酸アルミニウムマグネシウム(AlTiO−MgTi)焼結体に固溶することにより、耐熱分解性に優れたセラミック焼結体を得ることができることに加え、焼成過程でNaまたはKを含むアルカリ長石が液相を形成し、緻密な結晶が形成されるため、機械的強度の高いセラミック焼結体を形成することができる。
特開平8−290963号公報 特開2005−46667号公報
The ceramic sintered body obtained by the technique disclosed in this Patent Document 2 has a heat decomposition resistance when Si is dissolved in an aluminum magnesium titanate (Al 2 TiO 5 —MgTi 2 O 5 ) sintered body. In addition to being able to obtain an excellent ceramic sintered body, alkali feldspar containing Na or K forms a liquid phase in the firing process, and a dense crystal is formed. Therefore, a ceramic sintered body with high mechanical strength can be obtained. Can be formed.
JP-A-8-290963 JP 2005-46667 A

しかしながら、特許文献2の低熱膨張セラミックスでは、粒界相としてSiを含むアルカリ長石が存在しているため、耐熱性が低いという問題があった。すなわち、特許文献2の低熱膨張セラミックスでは、Siがチタン酸アルミニウムマグネシウム(AlTiO−MgTi)結晶に固溶することにより、結晶の熱分解を抑制することができるものの、結晶粒子の粒界には、アルカリ長石に起因するSiを含む融点の低いガラスが存在し、使用温度が高くなると、Siを含む融点の低いガラスが溶融するため、耐熱性が低く、高温となる場所では使用することが困難であるという問題があった。 However, the low thermal expansion ceramic of Patent Document 2 has a problem that heat resistance is low because alkali feldspar containing Si exists as a grain boundary phase. That is, in the low thermal expansion ceramic of Patent Document 2, although Si can be dissolved in an aluminum magnesium titanate (Al 2 TiO 5 —MgTi 2 O 5 ) crystal, thermal decomposition of the crystal can be suppressed. In the grain boundary, there is a glass with a low melting point containing Si due to alkali feldspar, and when the use temperature is high, the glass with a low melting point containing Si is melted. There was a problem that it was difficult to use.

本発明は、耐熱分解性および耐熱性に優れた耐熱性セラミック部材およびフィルタを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a heat resistant ceramic member and a filter excellent in heat decomposition resistance and heat resistance.

本発明者等は、Siを実質的に含有しないことにより、擬ブルッカイト型結晶の粒界には低融点のSiを含有する粒界相が存在しないため、耐熱性を向上できるとともに、アルカリ金属を所定量含有することにより、耐熱分解性を向上できることを見出し、本発明に至った。   Since the present inventors do not substantially contain Si, the grain boundary phase containing low melting point Si does not exist at the grain boundary of the pseudo-brookite crystal, so that the heat resistance can be improved and the alkali metal can be added. It has been found that heat resistance can be improved by containing a predetermined amount, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明の耐熱性セラミック部材は、Al、TiおよびMgを含有し、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶を具備する耐熱性セラミック部材であって、実質的にSiを含有せず、かつアルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有することを特徴とする。
That is, the heat-resistant ceramic member of the present invention contains Al, Ti, and Mg, and the composition formula based on the molar ratio is Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0. a refractory ceramic member having a pseudobrookite type crystal represented by 5) contains substantially no Si, and in a total volume in terms of oxide of the alkali metal from 0.21 to 0.7 9 wt% It is characterized by containing.

言い換えれば、本発明の耐熱性セラミック部材は、Al、TiおよびMgを含有し、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶を具備する耐熱性セラミック部材であって、Al、TiおよびMgを含有する混合粉末にアルカリ金属を含有する粉末を添加し、焼成してなるとともに、実質的にSiを含有しないことを特徴とする。 In other words, the heat-resistant ceramic member of the present invention contains Al, Ti, and Mg, and the composition formula based on the molar ratio is Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0). .5) is a heat-resistant ceramic member having a pseudo-brookite type crystal, wherein a powder containing an alkali metal is added to a mixed powder containing Al, Ti and Mg, and is fired. It is characterized by not containing Si.

耐熱性セラミック部材では、アルカリ金属を酸化物換算で全量中0.2質量%程度、不純物として含有することがあるが、本発明では、実質的にSiを含有せず、アルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有するため、言い換えれば、アルカリ金属を含有する粉末を添加した場合、Siを実質的に含有しない場合でも、耐熱分解性を
向上できる。
The heat-resistant ceramic member may contain about 0.2% by mass of an alkali metal as an impurity in terms of oxide, but in the present invention, it contains substantially no Si and the alkali metal is converted to an oxide. in order to contain from 0.21 to 0.7 9 wt% in the total amount, in other words, in the case of adding powder containing an alkali metal, even if not containing Si substantially be improved thermal decomposition resistance.

アルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有する場合に、耐熱分解性を向上できる理由は明確ではないが、本発明者等は、アルカリ金属が擬ブルッカイト型結晶中に十分に固溶するため、チタン酸アルミニウム(AlTiO)がアルミナとチタニアに熱分解することを抑制できると考えている。
When it contains from 0.21 to 0.7 9 wt% in the total amount in terms of oxide of an alkali metal, but the reason is not clear which can improve the thermal decomposition resistance, the present inventors have alkali metal pseudobrookite type crystal It is considered that aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) can be prevented from being thermally decomposed into alumina and titania because it dissolves sufficiently in the inside.

また、擬ブルッカイト型結晶粒子の粒界には、Siが実質的に存在しないため、低融点のSiを含有する粒界相が存在せず、耐熱性が向上し、温度が高くなる雰囲気でも使用することができる。   Also, since there is virtually no Si at the grain boundaries of the pseudo-brookite type crystal grains, there is no grain boundary phase containing low melting point Si, which improves heat resistance and is used even in high temperature environments. can do.

さらに、本発明では、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶からなるため、耐熱分解性を向上できるとともに、耐熱性をさらに向上できる。 Furthermore, in the present invention, the composition formula based on the molar ratio is composed of pseudo-brookite crystals represented by Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5), The heat resistance can be improved and the heat resistance can be further improved.

また、本発明の耐熱性セラミック部材は、前記アルカリ金属はNaまたはKであることを特徴とする。このような耐熱性セラミック部材では、耐熱分解性を大きく向上できる。   In the heat-resistant ceramic member of the present invention, the alkali metal is Na or K. With such a heat-resistant ceramic member, the heat-decomposability can be greatly improved.

本発明のフィルタでは、上記耐熱性セラミック部材を用いた多孔質体からなることを特徴とする。このようなフィルタでは、耐熱性セラミック部材の耐熱性および耐熱分解性を向上できるため、より高温雰囲気でガスを浄化するために使用することができる。   The filter of the present invention is characterized by comprising a porous body using the above heat-resistant ceramic member. Such a filter can improve the heat resistance and heat decomposability of the heat resistant ceramic member, and can be used to purify gas in a higher temperature atmosphere.

本発明の耐熱性セラミック部材では、Siを実質的に含有しないことにより、擬ブルッカイト型結晶の粒界には低融点のSiを含有する粒界相が存在しないため、耐熱性を向上できるとともに、アルカリ金属を所定量含有することにより、耐熱分解性を向上できる。これにより、本発明のフィルタは、より高温雰囲気でガスを浄化するために使用することができる。   In the heat-resistant ceramic member of the present invention, by not containing Si substantially, there is no grain boundary phase containing low melting point Si at the grain boundary of the pseudo-brookite crystal, so that the heat resistance can be improved, By containing a predetermined amount of alkali metal, the thermal decomposition resistance can be improved. Thereby, the filter of the present invention can be used to purify gas in a higher temperature atmosphere.

図1は本発明のフィルタ1の一例を示すもので、外周壁2で囲まれた円柱状の耐熱性セラミック部材の高さ方向に四角柱状のガス流路3が形成され、その間の隔壁4が多孔質とされている。図1には、四角柱状セルを基本構造とし、これが複数並んだハニカム構造体を示しているが、本発明のフィルタ1は必ずしも4角柱状セルを基本構造とするものに限定されるものではない。例えばハニカム以外の形状であることも可能であるほか、ハニカム構造体であってもセル形状は3角形、6角形、菱形、あるいはこれらが混在する形態とすることも可能である。   FIG. 1 shows an example of a filter 1 according to the present invention, in which a rectangular column-shaped gas flow path 3 is formed in the height direction of a cylindrical heat-resistant ceramic member surrounded by an outer peripheral wall 2, and a partition wall 4 therebetween is formed. It is assumed to be porous. FIG. 1 shows a honeycomb structure in which a square columnar cell is used as a basic structure and a plurality of the cells are arranged. However, the filter 1 of the present invention is not necessarily limited to the one having a quadrangular columnar cell as a basic structure. . For example, the shape can be other than the honeycomb, and even in the honeycomb structure, the cell shape can be a triangle, a hexagon, a rhombus, or a mixture of these.

また、ハニカムの開口方向の全部もしくは一部を塞ぎ、サンドイッチ構造にして耐衝撃性を持たせ、フィルタとして用いることも可能である。また、耐熱性セラミック部材に触媒を含有させてフィルタを構成する場合もある。   Further, all or part of the opening direction of the honeycomb may be blocked to give a sandwich structure to give impact resistance, and it can be used as a filter. In some cases, a filter is formed by adding a catalyst to a heat-resistant ceramic member.

本発明の耐熱性セラミック部材は、Al、TiおよびMgを含有し、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶を具備する耐熱性セラミック部材であって、実質的にSiを含有せず、かつアルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有することを特徴とする。
The heat-resistant ceramic member of the present invention contains Al, Ti, and Mg, and the composition formula based on the molar ratio is Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5). in a heat-resistant ceramic member having a pseudobrookite type crystal represented, it contains substantially no Si, and containing from 0.21 to 0.7 9 wt% in the total amount in terms of oxide of an alkali metal It is characterized by that.

本発明において、実質的にSiを含有していないとは、Siを積極的に添加していないという意味であり、不純物として、0.05質量%以下含有する場合がある。   In the present invention, “substantially not containing Si” means that Si is not positively added, and may contain 0.05% by mass or less as impurities.

本発明の耐熱性セラミック部材では、Siを実質的に含有しないことにより、擬ブルッカイト型結晶の粒界には低融点のSiを含有する粒界相が存在しないため、高温雰囲気に晒すことが可能となり、耐熱性を向上できる。Siは上記したように、不純物レベルとして含有することもあるが、存在しないことが望ましい。   Since the heat-resistant ceramic member of the present invention does not substantially contain Si, there is no grain boundary phase containing low melting point Si at the grain boundary of the pseudo-brookite crystal, so that it can be exposed to a high temperature atmosphere. Thus, heat resistance can be improved. As described above, Si may be contained as an impurity level, but it is desirable that Si does not exist.

また、本発明の耐熱性セラミック部材では、耐熱性セラミック部材全量中にアルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有するため、理由は明確ではないが、チタン酸アルミニウムの抱える850〜1200℃での熱分解を抑制(耐熱分解性を向上)できる。 Further, the heat-resistant ceramic member of the present invention, because it contains 0.21 to 0.7 9 wt% in the total amount in terms of oxide of the alkali metal in the refractory ceramic member the total amount, the reason is not clear, titanate The thermal decomposition of aluminum at 850 to 1200 ° C. can be suppressed (heat decomposition resistance can be improved).

本発明の耐熱性セラミック部材では、アルカリ金属を酸化物換算で全量中0.2質量%程度、不純物として含有することがあるが、本発明者等は、不純物としてのアルカリ金属は擬ブルッカイト型結晶中に固溶しやすいものの、添加されたアルカリ金属は、擬ブルッカイト型結晶中に固溶しにくく、粒界に存在し易くなり、これにより、アルカリ金属が焼結体から溶出しやすく、機械的強度が低下し易くなると考えている。言い換えれば、アルカリ金属は、擬ブルッカイト型結晶の粒界にも存在することがあるが、本発明では、添加されたアルカリ金属が擬ブルッカイト型結晶内に十分に固溶し、これにより疑ブルッカイト結晶が安定化して、耐熱分解性が向上すると考えている。一方、添加されたアルカリ金属が擬ブルッカイト型結晶内に十分に殆どが固溶するため、アルカリ金属の溶出が抑制され、機械的強度を高く維持できる。   In the heat-resistant ceramic member of the present invention, an alkali metal may be contained as an impurity in an amount of about 0.2% by mass in terms of oxide, but the present inventors have stated that the alkali metal as an impurity is a pseudo-brookite crystal. Although it easily dissolves in the solution, the added alkali metal is less likely to dissolve in the pseudo-brookite crystal and easily exists at the grain boundary. We believe that the strength tends to decrease. In other words, the alkali metal may be present at the grain boundary of the pseudo-brookite type crystal, but in the present invention, the added alkali metal is sufficiently dissolved in the pseudo-brookite type crystal, thereby causing the suspicious brookite crystal. Is believed to stabilize and improve thermal decomposition resistance. On the other hand, most of the added alkali metal is sufficiently dissolved in the pseudo-brookite crystal, so that elution of the alkali metal is suppressed and the mechanical strength can be maintained high.

アルカリ金属はNaまたはKであることが望ましい。これにより、耐熱分解性をさらに向上することができる。   The alkali metal is preferably Na or K. Thereby, the thermal decomposition resistance can be further improved.

なお、耐熱性セラミック部材中のSi、NaおよびKの含有量は蛍光X線分析法やICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法を用いて測定することができる。   The contents of Si, Na, and K in the heat-resistant ceramic member can be measured using a fluorescent X-ray analysis method or an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis method.

さらに、本発明の耐熱性セラミック部材では、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶からなるものである。これにより、耐熱分解性のみならず、耐熱性を向上することができるとともに、熱膨張係数を2×10−6/℃以下とすることができ、セラミックの耐熱衝撃性を向上することができる。xは、耐熱分解性を向上するという観点から、0.25≦x≦0.5であることが望ましい。 Furthermore, in the heat-resistant ceramic member of the present invention, a pseudo brookite type in which the composition formula by molar ratio is represented by Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5). It consists of crystals. As a result, not only the heat decomposability but also the heat resistance can be improved, the thermal expansion coefficient can be 2 × 10 −6 / ° C. or less, and the thermal shock resistance of the ceramic can be improved. x is preferably 0.25 ≦ x ≦ 0.5 from the viewpoint of improving the thermal decomposition resistance.

本発明の耐熱性セラミック部材の組織は、実質的に擬ブルッカイト型結晶からなるもので、その粒界には、何も存在しない、もしくはアルカリ金属の酸化物が存在している。このような擬ブルッカイト型結晶の平均粒径は、0.5〜50μmとされている。   The structure of the heat-resistant ceramic member of the present invention is substantially composed of pseudo-brookite crystals, and nothing exists or an alkali metal oxide exists at the grain boundary. The average particle size of such pseudo-brookite crystals is 0.5 to 50 μm.

次に、本発明の耐熱性セラミック部材の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the heat resistant ceramic member of this invention is demonstrated.

耐熱性セラミック部材のうち、ここでは具体的に自動車などの排ガス浄化に用いられるハニカム構造体の製造方法の一例について説明する。   Of the heat-resistant ceramic members, here, an example of a method for manufacturing a honeycomb structure used for exhaust gas purification of an automobile or the like will be specifically described.

Al2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)からなる固溶体を形成するために必要な原料を準備する。例えばアルミナ原料、チタニア原料、炭酸マグネシウムを上記組成式で表されるAl、Mg、Tiの金属成分と同じ比率となるように調合し、さらに、この混合粉末にアルカリ金属炭酸塩原料粉末を所定量添加し、混合する。なお、上記組成式の固溶体を形成できるのであれば、金属酸化物、炭酸塩の原料の他に水酸化物、硝酸塩などの原料を用いても良く、またこれらの化合物を用いても良い。アルカリ金属炭酸塩原料粉末としては、KCO粉末、NaCO粉末がある。 Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 to prepare a raw material required to form a solid solution composed of (0.21 ≦ x ≦ 0.5). For example, alumina raw material, titania raw material, and magnesium carbonate are prepared so as to have the same ratio as the metal components of Al, Mg, Ti represented by the above composition formula, and a predetermined amount of alkali metal carbonate raw material powder is added to this mixed powder Add and mix. As long as a solid solution having the above composition formula can be formed, raw materials such as hydroxides and nitrates may be used in addition to the raw materials of metal oxides and carbonates, and these compounds may be used. Examples of the alkali metal carbonate raw material powder include K 2 CO 3 powder and Na 2 CO 3 powder.

アルミナ原料、チタニア原料、炭酸マグネシウムとしては、高純度のものを用いることが望ましく、99.0%以上、特に99.5%以上の純度のものを用いることが望ましい。   As the alumina raw material, titania raw material, and magnesium carbonate, it is desirable to use a high-purity material, and it is desirable to use a material having a purity of 99.0% or more, particularly 99.5% or more.

また、混合原料については、乾式で混合したり、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ても良い。アルカリ金属炭酸塩原料粉末を十分に混合するため、例えば、回転ミルを用いる場合には、直径10mm以上のセラミックボールを用いることが望ましい。   In addition, the mixed raw materials are mixed by a dry method or put into a mill such as a rotary mill, a vibration mill, a bead mill, etc., and a slurry obtained by wet mixing with at least one of water, acetone, and isopropyl alcohol (IPA) is dried. You may do it. In order to sufficiently mix the alkali metal carbonate raw material powder, for example, when using a rotary mill, it is desirable to use ceramic balls having a diameter of 10 mm or more.

その際、混合によるSiOの混入を極力抑制することが必要である。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、乾燥させてもよいし、スプレードライヤーで乾燥させても良く、または他の方法で乾燥させても何ら問題ない。 At that time, it is necessary to suppress mixing of SiO 2 by mixing as much as possible. As a method for drying the slurry, the slurry may be heated in a container and dried, or may be dried by a spray dryer, or may be dried by another method.

次に、得られた混合原料に成形助剤や造孔剤を添加する。成形助剤としては、周知のバインダーを用いても良く、例えばメチルセルロース、ポリビニルアルコール、パラフィンワックス、グリセリンなどが好ましい。成形助剤は混合原料100質量部に対して1〜10質量部添加、混合することが、後述する成形の際に、成形体のクラックや割れ等の発生を抑制できるので好ましい。   Next, a molding aid and a pore former are added to the obtained mixed raw material. As a molding aid, a known binder may be used. For example, methyl cellulose, polyvinyl alcohol, paraffin wax, glycerin and the like are preferable. It is preferable to add and mix 1 to 10 parts by mass of the molding assistant with respect to 100 parts by mass of the mixed raw material, since the generation of cracks and cracks in the molded body can be suppressed during molding described later.

なお、造孔剤は、耐熱性セラミック部材を多孔質とする場合に好適に用いられるもので、焼成時に消失して造孔する機能を有するものである。造孔剤としては、例えば、活性炭、ポリエチレン樹脂および黒鉛などが好ましい。また、目的に応じて離型剤や消泡剤などを適宜添加しても良い。なお、上記造孔剤の大きさや添加量を変化させることによって、自由に低熱膨張セラミックスの気孔径、気孔率を調整することができる。   The pore-forming agent is suitably used when the heat-resistant ceramic member is porous, and has a function of disappearing during pore formation and forming a hole. As the pore-forming agent, for example, activated carbon, polyethylene resin and graphite are preferable. Moreover, you may add a mold release agent, an antifoamer, etc. suitably according to the objective. It should be noted that the pore diameter and porosity of the low thermal expansion ceramic can be freely adjusted by changing the size and amount of the pore former.

さらに、水などの溶媒を加えて万能混合機や三本ミルで予備混練した後、真空混練機などを用いて脱気混練し、押し出し成形に適した坏土を準備する。   Furthermore, after adding a solvent such as water and pre-kneading with a universal mixer or a triple mill, the mixture is degassed and kneaded using a vacuum kneader or the like to prepare a clay suitable for extrusion molding.

さらに、押出成形によりダイスを用いて例えばハニカム形状に成形する。得られた成形体を充分に乾燥した後、酸化雰囲気中、800〜1000℃で1〜10時間保持し、その後、1200〜1700℃で3〜5時間程度焼成することにより、ハニカム形状の本発明の耐熱性セラミック部材を形成することができる。   Furthermore, it is formed into, for example, a honeycomb shape using a die by extrusion molding. The obtained molded body is sufficiently dried and then held in an oxidizing atmosphere at 800 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours, and then fired at 1200 to 1700 ° C. for about 3 to 5 hours, whereby the honeycomb shaped present invention is obtained. The heat-resistant ceramic member can be formed.

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。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

表1に示す焼結体の組成となるように、市販のアルミナ原料、チタニア原料、マグネシア原料、アルカリ金属の炭酸塩原料を調合し、溶媒にイソプロピルアルコール(IPA)、媒体に直径10mmのアルミナボールを用いて回転ミルで72時間混合してスラリーを作製した。   A commercially available alumina raw material, titania raw material, magnesia raw material, and alkali metal carbonate raw material are prepared so as to have the composition of the sintered body shown in Table 1, isopropyl alcohol (IPA) as a solvent, and an alumina ball having a diameter of 10 mm as a medium. Was mixed for 72 hours with a rotary mill to prepare a slurry.

用いたアルミナ原料は、日本軽金属社製のLS110であり、平均粒径が1.5μm、アルカリ金属の不純物量が0.1質量%、シリコンの不純物量が0.1である。また、用いたチタニア原料は、テイカ社製のJA−3であり、平均粒径が0.2μm、アルカリ金属の不純物量が0.3質量%である。また、用いた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、アルカリ金属およびシリカの不純物が含まれないものである。   The alumina raw material used was LS110 manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd., having an average particle size of 1.5 μm, an alkali metal impurity amount of 0.1 mass%, and a silicon impurity amount of 0.1. The titania raw material used was JA-3 manufactured by Teika Co., which had an average particle size of 0.2 μm and an alkali metal impurity amount of 0.3 mass%. The magnesium carbonate raw material used is TT manufactured by Tokuyama Corporation, which has an apparent specific gravity of 0.23 g / ml and does not contain impurities of alkali metal and silica.

また、アルカリ金属の炭酸塩原料として、シリコンの不純物を含まない旭硝子社製炭酸カリウム、シリコンの不純物を含まない旭硝子社製炭酸水素ナトリウムを用いた。   As alkali metal carbonate raw materials, potassium carbonate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. which does not contain silicon impurities, and sodium hydrogen carbonate manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. which does not contain silicon impurities were used.

このスラリーに成形助剤として、原料粉末の合量100質量部に対して5質量部のパラフィンワックスを添加、混合した後に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直径20mm×厚さ10mmの円板状成形体および直径10mm×高さ15mmの円柱状成形体を作製した。それぞれの成形体を大気中1000℃で1時間の加熱を行った後、1400℃で4時間の条件で焼成して、焼結体の評価用試料とした。尚、室温から焼結温度までの昇温速度は20℃/hとした。   As a molding aid, 5 parts by mass of paraffin wax was added to the slurry as a molding aid with respect to 100 parts by mass of the raw material powder, mixed, and then dried to form a molding powder. Next, a disk-shaped molded body having a diameter of 20 mm × thickness of 10 mm and a cylindrical molded body having a diameter of 10 mm × height of 15 mm were produced by using this molding powder by a powder pressure molding method. Each molded body was heated in the atmosphere at 1000 ° C. for 1 hour and then fired at 1400 ° C. for 4 hours to obtain a sample for evaluation of the sintered body. The temperature increase rate from room temperature to the sintering temperature was 20 ° C./h.

各焼結体の耐熱分解性については、さらに円板状焼結体の各試料を大気雰囲気の中で1100℃の温度で300時間、耐熱分解試験して耐熱分解性を評価した。このようにして準備した耐熱分解試験前後の試料をX線回折法によりピーク強度を測定して、Al2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)の固溶体の回折角2θが25−27°のメインピーク強度(IAMT)と、TiO相の回折角2θが36.1°のピーク強度(I)からピーク強度比のA=IAMT/(IAMT+I)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、Aとして、(1−A/A)の値を計算した。次に、別にAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)とTiOの量比を変えて混合し、(1−IAMT/I)の値を求めて作成した検量線と(1−A/A)の値を照らし合わせて熱分解率を求めて表1に示した。 Regarding the thermal decomposition resistance of each sintered body, each sample of the disk-shaped sintered body was further subjected to a thermal decomposition test at 1100 ° C. for 300 hours in an air atmosphere to evaluate the thermal decomposition resistance. The samples prepared before and after the thermal decomposition test were measured for peak intensity by X-ray diffraction, and Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5 ) and the diffraction angle 2θ is the main peak intensity of 25-27 ° of a solid solution of (I AMT), the peak intensity of the diffraction angles 2θ of TiO 2 phase 36.1 ° (the I T) from the peak intensity ratio a = I AMT / (I AMT + I T ) was calculated. Furthermore, the value of (1-A 1 / A 0 ) was calculated with the peak intensity ratios before and after the thermal decomposition test as A 0 and A 1 , respectively. Next, Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5) and TiO 2 are mixed at different amounts, and (1-I AMT / I T Table 1 shows the thermal decomposition rate obtained by comparing the calibration curve created by determining the value of) and the value of (1-A 1 / A 0 ).

また熱膨張係数についてはJIS R1618に準拠して、昇温速度20℃/分の条件で円柱状焼結体の試料の20℃〜800℃の熱膨張係数を測定した。   Moreover, about the thermal expansion coefficient, the thermal expansion coefficient of 20 degreeC-800 degreeC of the sample of the cylindrical sintered compact was measured on the conditions of the temperature increase rate of 20 degree-C / min based on JISR1618.

また、作製した試料については、X線回折法により、ピーク強度を分析して、結晶を同定した。また、Al、Mg、TiおよびOを除く他の金属成分については、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法により分析して、表1の他の金属成分として記載した。なお、表1に記載した他の金属成分の量は、酸化物換算したものである。   Moreover, about the produced sample, the peak intensity | strength was analyzed by the X ray diffraction method, and the crystal | crystallization was identified. Further, other metal components excluding Al, Mg, Ti and O were analyzed by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis and described as other metal components in Table 1. In addition, the quantity of the other metal component described in Table 1 is an oxide conversion.

なお、他の金属成分のうち、比較的量の多いSiとNa及びKの合計量については、焼結体中のそれぞれの量を酸化物に換算して記載した。また、比較的量の少ない成分としてCa、P等が検出されたが、この数値は個別に記載せずに、他の金属成分の合量を記載した。

Figure 0005142650
In addition, about the total amount of Si, Na, and K with comparatively much quantity among other metal components, each quantity in a sintered compact was described in conversion into the oxide. Moreover, although Ca, P, etc. were detected as a component with comparatively little quantity, this numerical value was not described separately, but described the total amount of other metal components.
Figure 0005142650

この表1から、本発明の範囲外の試料である試料No.8、9は、熱分解率が30%以上で耐熱分解性が不十分であった。これに対し、本発明の試料No.1〜3、5〜7、10は、耐熱分解性が高く、熱膨張係数も小さかった。   From Table 1, Sample No. which is a sample out of the scope of the present invention. Nos. 8 and 9 had a thermal decomposition rate of 30% or more and insufficient thermal decomposition. On the other hand, sample no. 1-3, 5-7, and 10 had high thermal decomposition resistance and a small thermal expansion coefficient.

そして、試料No.4〜9により、アルカリ金属量が0.202〜0.77質量%と増加するにつれて耐熱分解性が向上することが判る。   And sample no. It can be seen from 4 to 9 that the thermal decomposition resistance is improved as the amount of alkali metal is increased to 0.202 to 0.77 mass%.

また、表1の試料No.1〜11の組成からなる混合原料に成形助剤としてメチルセルロース、ポリビニルアルコールを原料100質量部に対して、それぞれ5質量部、2質量部添加し、さら溶媒の水を20質量部とポア剤の活性炭を8質量部加えて万能混合機と真空混練機で混練して押し出し成形用坏土とした。さらに、押し出し成形法によりダイスを用いて坏土を直径100mm、高さ150mmの円柱ハニカム形状に成形して充分に乾燥した後、大気中で1000℃で1時間保持した後、1400℃で4時間の焼成をおこない、気孔率35%のハニカム構造体の評価用試料とした。   In addition, sample No. 5 parts by mass and 2 parts by mass of methylcellulose and polyvinyl alcohol are added to 100 parts by mass of the raw material as a molding aid to the mixed raw material having the composition of 1 to 11, respectively, and 20 parts by mass of water as a solvent and a pore agent 8 parts by mass of activated carbon was added and kneaded with a universal mixer and a vacuum kneader to obtain an extrusion molding clay. Further, the clay is formed into a cylindrical honeycomb shape having a diameter of 100 mm and a height of 150 mm using a die by an extrusion molding method, sufficiently dried, and then kept in air at 1000 ° C. for 1 hour, and then at 1400 ° C. for 4 hours. Was used as a sample for evaluation of a honeycomb structure having a porosity of 35%.

次に、各ハニカム構造体を大気中1500℃の温度で5時間保持する耐熱試験をした後、ハニカム構造体全体の寸法変化や、外周壁、隔壁の変形や溶融が無いかを調べた。その結果、ハニカム構造体のうちSiOを1.973質量%添加した試料No.12の材料を用いたハニカム構造体は隔壁の一部が溶融しているのが見られた。一方、試料No.1〜11ではハニカム構造体全体の寸法変化や、外周壁、隔壁の変形や溶融が見られず、耐熱性が良好であった。 Next, after carrying out a heat resistance test in which each honeycomb structure was held at a temperature of 1500 ° C. in the atmosphere for 5 hours, it was examined whether there was any dimensional change of the entire honeycomb structure, deformation of the outer peripheral wall or partition wall, or melting. As a result, sample No. 1 with 1.973% by mass of SiO 2 added in the honeycomb structure was obtained. In the honeycomb structure using 12 materials, a part of the partition walls was melted. On the other hand, sample No. In Nos. 1 to 11, no dimensional change of the entire honeycomb structure, deformation or melting of the outer peripheral wall and partition walls were observed, and the heat resistance was good.

次に、ハニカム構造体を加湿した大気(水分51g/m)の雰囲気中、1100℃×10時間の加熱処理を繰り返し10回行なった耐湿試験を行なった後、ハニカム構造体から円柱の長さ方向に長さ15mm、縦横幅5mm×5mmの試料を切り出し、JISR1608に準拠して長さ方向の圧縮強度を測定した。この結果、本発明の試料では、圧縮強度が11MPa以上であった。 Next, after performing a moisture resistance test in which the heat treatment at 1100 ° C. × 10 hours was repeated 10 times in an atmosphere of air (moisture of 51 g / m 3 ) in which the honeycomb structure was humidified, the length of the cylinder from the honeycomb structure was measured. A sample having a length of 15 mm in the direction and a width and width of 5 mm × 5 mm was cut out, and the compressive strength in the length direction was measured according to JIS R1608. As a result, in the sample of the present invention, the compressive strength was 11 MPa or more.

本発明の耐熱性セラミック部材を用いたハニカム構造体のフィルタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the filter of the honeycomb structure using the heat resistant ceramic member of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・ハニカム構造体
2・・・外周壁
3・・・セル
4・・・隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Honeycomb structure 2 ... Outer peripheral wall 3 ... Cell 4 ... Partition

Claims (3)

Al、TiおよびMgを含有し、モル比による組成式がAl2(1−x)MgTi(1+x)(0.21≦x≦0.5)で表される擬ブルッカイト型結晶からなる耐熱性セラミック部材であって、実質的にSiを含有せず、かつアルカリ金属を酸化物換算で全量中0.21〜0.7質量%含有することを特徴とする耐熱性セラミック部材。 From a pseudo-brookite type crystal containing Al, Ti and Mg and having a compositional formula by molar ratio represented by Al 2 (1-x) Mg x Ti (1 + x) O 5 (0.21 ≦ x ≦ 0.5) comprising a refractory ceramic member, substantially without containing Si, and refractory ceramic member, characterized in that it contains from 0.21 to 0.7 9 wt% in the total amount in terms of oxide of an alkali metal. 前記アルカリ金属はNaまたはKであることを特徴とする請求項1記載の耐熱性セラミック部材。   The heat-resistant ceramic member according to claim 1, wherein the alkali metal is Na or K. 請求項1または2記載の耐熱性セラミック部材を用いた多孔質体からなることを特徴とするフィルタ。   A filter comprising a porous body using the heat-resistant ceramic member according to claim 1.
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