JP7092655B2 - Heat resistant material - Google Patents

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Description

本開示は、耐熱部材に関する。 The present disclosure relates to heat resistant members.

高温での使用が前提となる製品、例えば、自動車の車内暖房に使われるヒータ等には、600℃程度の温度で使用しても破損するおそれが少ない耐熱部材が使用されている。 Products that are supposed to be used at high temperatures, such as heaters used for heating the interior of automobiles, use heat-resistant members that are unlikely to be damaged even when used at a temperature of about 600 ° C.

ここで、耐熱部材の材料には、大気環境下において、600℃程度の温度でも酸化しにくく、長期間に亘っての使用が可能であるアルミナ質セラミックスが広く採用されている(例えば、特許文献1を参照)。 Here, as the material of the heat-resistant member, alumina ceramics which are difficult to oxidize even at a temperature of about 600 ° C. and can be used for a long period of time in an atmospheric environment are widely adopted (for example, Patent Documents). See 1).

特開2001-2464号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-2464

近年では、使用温度が1000℃程度となる製品が想定されているため、このような製品に使用される耐熱部材には、優れた耐熱衝撃性を備えていることが求められている。 In recent years, products having an operating temperature of about 1000 ° C. are assumed, and the heat-resistant members used in such products are required to have excellent heat-resistant impact resistance.

また、自動車等で耐熱部材を使用する際には、振動等の衝撃が耐熱部材に加わるため、衝撃によって破損しないように、優れた耐熱衝撃性だけではなく、優れた機械的強度も備えていることが求められている。 In addition, when a heat-resistant member is used in an automobile or the like, an impact such as vibration is applied to the heat-resistant member, so that it has not only excellent heat-resistant impact resistance but also excellent mechanical strength so as not to be damaged by the impact. Is required.

本開示は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、優れた機械的強度および耐熱衝撃性を兼ね備えた耐熱部材を提供することを目的とする。 The present disclosure has been devised in view of such circumstances, and an object of the present disclosure is to provide a heat-resistant member having both excellent mechanical strength and heat-resistant impact resistance.

本開示の耐熱部材は、アルミナ結晶、ガラスおよびムライト結晶を含有し、構成される全成分100質量%のうち、AlをAl換算で70質量%以上89質量%以下含有し、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計が11質量%以上30質量%以下であるアルミナ質セラミックスからなる。そして、リートベルト解析により求められた値において、前記アルミナ結晶が80質量%以上であり、前記ムライト結晶が4質量%以上である。 The heat-resistant member of the present disclosure contains alumina crystals, glass, and murite crystals, and contains 70% by mass or more and 89% by mass or less of Al in terms of Al2O3 among 100% by mass of all the constituents, and is made of Si. It is made of alumina ceramics in which the total of the content in terms of SiO 2 , the content of Ca in terms of CaO, and the content of Mg in terms of MgO is 11% by mass or more and 30% by mass or less. In the values obtained by Rietveld analysis, the alumina crystals are 80% by mass or more, and the mullite crystals are 4% by mass or more.

本開示の耐熱部材は、優れた機械的強度および耐熱衝撃性を兼ね備える。 The heat-resistant member of the present disclosure has excellent mechanical strength and heat-impact resistance.

本開示の耐熱部材について、以下詳細に説明する。 The heat-resistant member of the present disclosure will be described in detail below.

本開示の耐熱部材は、アルミナ結晶、ガラスおよびムライト結晶を含有し、構成される全成分100質量%のうち、AlをAl換算で70質量%以上89質量%以下含有し、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計が11質量%以上30質量%以下であるアルミナ質セラミックスからなる。 The heat-resistant member of the present disclosure contains alumina crystals, glass, and murite crystals, and contains 70% by mass or more and 89% by mass or less of Al in terms of Al2O3 among 100% by mass of all the constituents, and is made of Si. It is made of alumina ceramics in which the total of the content in terms of SiO 2 , the content of Ca in terms of CaO, and the content of Mg in terms of MgO is 11% by mass or more and 30% by mass or less.

また、ガラスとは、酸化珪素(SiO)に酸化カルシウム(CaO)および酸化マグネシウム(MgO)を含む、混合ガラスである。 Further, the glass is a mixed glass containing calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) in silicon oxide (SiO 2 ).

また、ムライト結晶とは、アルミナ(Al)と酸化珪素(SiO)との化合物であり、組成式がAl13Siとして表されるものである。 Further, the mullite crystal is a compound of alumina (Al 2 O 3 ) and silicon oxide (SiO 2 ), and the composition formula is expressed as Al 6 O 13 Si 2 .

そして、本開示の耐熱部材は、リートベルト解析により求められた値において、アルミナ結晶が80質量%以上であり、ムライト結晶が4質量%以上である。ここで、ガラスおよびムライト結晶はアルミナ結晶に比べて耐熱衝撃性に優れており、上述した組成比でかつムライト結晶を上述の量含有していることから、本開示の耐熱部材は優れた耐熱衝撃性を有する。そして、ガラスよりも機械的強度に優れるアルミナ結晶を上述の量含有していることから、本開示の耐熱部材は優れた機械的強度を有する。よって、本開示の耐熱部材は、優れた機械的強度および耐熱衝撃性を兼ね備えている。 The heat-resistant member of the present disclosure has an alumina crystal of 80% by mass or more and a mullite crystal of 4% by mass or more in the values obtained by Rietveld analysis. Here, since the glass and mullite crystals are superior in heat-resistant impact resistance as compared with the alumina crystals and have the above-mentioned composition ratio and contain the above-mentioned amount of mullite crystals, the heat-resistant member of the present disclosure has excellent heat-resistant impact resistance. Has sex. Further, since the heat-resistant member of the present disclosure contains the above-mentioned amount of alumina crystals which is superior in mechanical strength to glass, the heat-resistant member of the present disclosure has excellent mechanical strength. Therefore, the heat-resistant member of the present disclosure has excellent mechanical strength and heat-impact resistance.

ここで、優れた機械的強度とは、JIS R 1601-2008に準拠した、室温(25℃)での3点曲げ強度の値が280MPa以上のことである。また、優れた耐熱衝撃性とは、水中投下試験における耐熱温度が230℃以上であることである。ここで、水中投下試験における耐熱温度とは、T2(℃)に加熱した、直径10mm、長さ20mmの試験片を、T2よりも低い温度であるT1(℃)の水中へ投下したときに、試験片に亀裂または欠けが発生しない温度差T2-T1(℃)の最大値のことである。 Here, the excellent mechanical strength means that the value of the three-point bending strength at room temperature (25 ° C.) according to JIS R 1601-2008 is 280 MPa or more. Further, excellent thermal shock resistance means that the thermal resistance temperature in the underwater drop test is 230 ° C. or higher. Here, the heat resistant temperature in the underwater dropping test is when a test piece heated to T2 (° C.) and having a diameter of 10 mm and a length of 20 mm is dropped into water at T1 (° C.), which is a temperature lower than T2. It is the maximum value of the temperature difference T2-T1 (° C.) at which cracks or chips do not occur in the test piece.

次に、本開示の耐熱部材が、アルミナ結晶、ガラスおよびムライト結晶を含有しているか否かは、以下の方法で確認すればよい。まず、本開示の耐熱部材を粉砕した後、X線回折装置(XRD)を用いて測定する。そして、得られた2θ(2θは、回折角度である。)の値よりJCPDSカードを用いて同定を行なうことにより、アルミナ結晶およびムライト結晶の存在を確認することができる。また、低角度側のハローパターンの存在によりガラスの有無を確認することができる。 Next, whether or not the heat-resistant member of the present disclosure contains alumina crystals, glass, and mullite crystals may be confirmed by the following method. First, the heat-resistant member of the present disclosure is pulverized and then measured using an X-ray diffractometer (XRD). Then, the presence of alumina crystals and mullite crystals can be confirmed by performing identification using a JCPDS card from the obtained values of 2θ (2θ is a diffraction angle). In addition, the presence or absence of glass can be confirmed by the presence of the halo pattern on the low angle side.

また、ガラスの有無の他の確認方法としては、耐熱部材を切断し、鏡面に研磨した断面を観察面する。次に、この観察面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、SEMに付設のエネルギー分散型分析装置(EDS)により、結晶以外の非晶質部分が確認されればその部分がガラスであり、その部分にX線を照射することにより、珪素、カルシウム、マグネシウムおよび酸素を含むガラスであるか否かを確認できる。 As another method for confirming the presence or absence of glass, a heat-resistant member is cut and a mirror-polished cross section is observed. Next, this observation surface is observed with a scanning electron microscope (SEM), and if an amorphous part other than the crystal is confirmed by the energy dispersion type analyzer (EDS) attached to the SEM, that part is glass. By irradiating the portion with X-rays, it can be confirmed whether or not the glass contains silicon, calcium, magnesium and oxygen.

なお、本開示の耐熱部材において、アルミナ結晶は、結晶の中で最も多く含む主結晶であり、ムライト結晶よりも比較的大きい。そのため、SEMにおける観察領域において比較的大きな結晶にX線を照射し、アルミニウムと酸素とが大きなピークとして現れれば、その結晶は、アルミナ結晶である。 In the heat-resistant member of the present disclosure, the alumina crystal is the main crystal containing the largest amount among the crystals, and is relatively larger than the mullite crystal. Therefore, if a relatively large crystal is irradiated with X-rays in the observation region in the SEM and aluminum and oxygen appear as large peaks, the crystal is an alumina crystal.

また、ムライト結晶は、アルミナ結晶よりも小さく、アルミナ結晶以外の領域、例えばガラス内に存在する。そのため、ガラス内に存在するアルミナ結晶よりも明らかに小さい結晶にX線を照射し、その結晶に、珪素、アルミニウムおよび酸素の存在が確認されれば、その結晶は、ムライト結晶である。 Further, the mullite crystal is smaller than the alumina crystal and exists in a region other than the alumina crystal, for example, in glass. Therefore, if a crystal that is clearly smaller than the alumina crystal existing in the glass is irradiated with X-rays and the presence of silicon, aluminum, and oxygen is confirmed in the crystal, the crystal is a mullite crystal.

また、本開示の耐熱部材を構成する成分の含有量は、以下の方法で確認すればよい。まず、ICP発光分光分析装置(ICP)を用いて、耐熱性部材の含有成分の定量分析を行なう。そして、ICPで測定したアルミニウム(Al)、珪素(Si)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)の含有量から、それぞれを酸化物換算して算出すればよい。なお、アルミニウムは、アルミナ結晶にもムライト結晶にも含まれるものであるが、リートベルト解析により求めた値から、アルミナ結晶に対応するアルミニウム量と、ムライト
結晶に対応するアルミニウム量は確認することができる。
In addition, the content of the components constituting the heat-resistant member of the present disclosure may be confirmed by the following method. First, a quantitative analysis of the components contained in the heat-resistant member is performed using an ICP emission spectroscopic analyzer (ICP). Then, each of them may be calculated by converting them into oxides from the contents of aluminum (Al), silicon (Si), calcium (Ca), and magnesium (Mg) measured by ICP. Although aluminum is contained in both alumina crystals and mullite crystals, it is possible to confirm the amount of aluminum corresponding to the alumina crystals and the amount of aluminum corresponding to the mullite crystals from the values obtained by the Rietbelt analysis. can.

また、珪素は、ムライト結晶にもガラスにも含まれるものであるが、ムライト結晶に対応するアルミニウム量から、化学量論組成からムライト結晶に対応する珪素量は確認できる。なお、構成される全成分100質量%のうち、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計は、11質量%以上30質量%以下であるが、SiのSiO換算での含有量は7質量%以上20質量%以下、CaのCaO換算での含有量は1質量%以上8質量%以下、MgのMgO換算での含有量は1質量%以上5質量%以下であってもよい。 Further, silicon is contained in both mullite crystals and glass, and the amount of silicon corresponding to mullite crystals can be confirmed from the stoichiometric composition from the amount of aluminum corresponding to mullite crystals. Of the total 100% by mass of the constituent components, the total of Si in terms of SiO 2 , Ca in terms of CaO, and Mg in terms of MgO is 11% by mass. Although it is 30% by mass or less, the content of Si in terms of SiO 2 is 7% by mass or more and 20% by mass or less, the content of Ca in terms of CaO is 1% by mass or more and 8% by mass or less, and Mg is converted to MgO. The content in the above may be 1% by mass or more and 5% by mass or less.

また、本開示の耐熱部材における、アルミナ結晶およびムライト結晶の含有量は、以下の方法で確認すればよい。まず。本開示の耐熱部材を粉砕した後、粉末X線回折により回折ピークを測定する。この回折ピークには、アルミナ結晶およびムライト結晶それぞれの結晶構造に基づくピークが含まれる。そこで、回折ピークをリートベルト解析により解析することにより、アルミナ結晶およびムライト結晶の含有量の合計を100質量%としたときの、アルミナ結晶およびムライト結晶それぞれの含有量を算出することができる。 Further, the contents of alumina crystals and mullite crystals in the heat-resistant member of the present disclosure may be confirmed by the following method. first. After pulverizing the heat-resistant member of the present disclosure, the diffraction peak is measured by powder X-ray diffraction. This diffraction peak includes a peak based on the crystal structure of each of the alumina crystal and the mullite crystal. Therefore, by analyzing the diffraction peak by Rietveld analysis, it is possible to calculate the content of each of the alumina crystal and the mullite crystal when the total content of the alumina crystal and the mullite crystal is 100% by mass.

また、本開示の耐熱部材は、リートベルト解析により求められた値において、ムライト結晶が12質量%以下であってもよい。このような構成を満足するならば、本開示の耐熱部材は、機械的強度を維持しつつ、耐熱衝撃性を向上させることができる。 Further, the heat-resistant member of the present disclosure may contain 12% by mass or less of mullite crystals in the value obtained by Rietveld analysis. If such a configuration is satisfied, the heat-resistant member of the present disclosure can improve the heat-resistant impact resistance while maintaining the mechanical strength.

また、本開示の耐熱部材におけるムライト結晶の円相当径の平均値は、0.1μm以上0.5μm以下であってもよい。ここで、なお、円相当径とは、ムライト結晶を観察したときの面積と等しい円に置き換えた場合における、円の直径を意味している。そして、このような構成を満足するならば、ムライト結晶が内部応力を発生させにくい大きさであるとともに、ムライト結晶が亀裂の進展を抑制しやすい大きさであることから、本開示の耐熱部材は、機械的強度および耐熱衝撃性を向上させることができる。 Further, the average value of the equivalent circle diameters of the mullite crystals in the heat-resistant member of the present disclosure may be 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. Here, the diameter equivalent to a circle means the diameter of the circle when it is replaced with a circle equal to the area when the mullite crystal is observed. If such a configuration is satisfied, the mullite crystal has a size that does not easily generate internal stress, and the mullite crystal has a size that easily suppresses the growth of cracks. , Mechanical strength and thermal shock resistance can be improved.

ここで、ムライト結晶の円相当径の平均値は、以下の方法で確認すればよい。まず、耐熱部材を切断し、鏡面に研磨した断面を観察面とする。次に、この観察面をSEMで撮影する。そして、撮影した写真において、ムライト結晶の箇所をトレースして黒く塗りつぶし、画像解析ソフト「A像くん」(登録商標、旭化成エンジニアリング(株)製であり、以降に画像解析ソフト「A像くん」と記した場合、旭化成エンジニアリング(株)製の画像解析ソフトを示すものとする。)の粒子解析という手法を適用して画像解析を行なうことで、ムライト結晶の円相当径の平均値を算出すればよい。なお、「A像くん」の解析条件としては、粒子の明度を「暗」、2値化の方法を「自動」、シェーディングを「有」とすればよい。 Here, the average value of the equivalent circle diameters of the mullite crystals may be confirmed by the following method. First, the heat-resistant member is cut and the cross section polished to a mirror surface is used as the observation surface. Next, this observation surface is photographed by SEM. Then, in the photograph taken, the part of the murite crystal is traced and painted in black, and the image analysis software "A image-kun" (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) is referred to as the image analysis software "A image-kun". In the case of the above, it is assumed that the image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd. is used. good. As the analysis conditions for "A image-kun", the brightness of the particles may be "dark", the binarization method may be "automatic", and the shading may be "yes".

また、本開示の耐熱部材は、200μmの面積の範囲において、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数が、10個以上200個以下であってもよい。ここで、ムライト結晶のアスペクト比とは、ムライト結晶の長径を短径で割ったときの値である。ムライト結晶の長径とは、ムライト結晶の断面における最大長さのことである。ムライト結晶の短径とは、長径の線分の中央で、長径の線分に直交する直線の長さのことである。 Further, in the heat-resistant member of the present disclosure, the number of mullite crystals having an aspect ratio of 5 or more may be 10 or more and 200 or less in the range of an area of 200 μm 2 . Here, the aspect ratio of the mullite crystal is a value when the major axis of the mullite crystal is divided by the minor axis. The major axis of the mullite crystal is the maximum length in the cross section of the mullite crystal. The minor axis of the mullite crystal is the length of a straight line orthogonal to the major axis segment at the center of the major axis segment.

そして、このような構成を満足するならば、アスペクト比が5以上であるムライト結晶が亀裂の進展を抑制できるとともに、アスペクト比が5以上であるムライト結晶が加熱された際の膨張に起因する亀裂の発生のおそれも低いことから、本開示の耐熱部材は、機械的強度および耐熱衝撃性がより向上する。 If such a configuration is satisfied, the mullite crystal having an aspect ratio of 5 or more can suppress the growth of cracks, and the mullite crystal having an aspect ratio of 5 or more can be cracked due to expansion when heated. The heat-resistant member of the present disclosure has further improved mechanical strength and heat-impact resistance.

なお、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数は、上述したムライト結晶の円
相当径の平均値を測定した同じ方法で、画像解析ソフト「A像くん」の粒子解析という手法を、面積が200μmとなる範囲に対して適用して画像解析し、得られた「最大/最小」をアスペクト比とすることで、算出すればよい。
The number of Murite crystals having an aspect ratio of 5 or more is the same as that of measuring the average value of the circle-equivalent diameters of the Murite crystals described above. It may be calculated by applying it to a range of 200 μm 2 for image analysis and using the obtained “maximum / minimum” as the aspect ratio.

また、本開示の耐熱性部材は、上述したように、優れた機械的強度および耐熱衝撃性を兼ね備えていることから、車両内の暖房に用いられる急速昇温可能なヒータ用部材、高温高圧の気体等を流すための流路部材、超高速の飛来物体から人体等を保護するための保護部材等の様々な技術分野において広く利用することができる。 Further, as described above, the heat-resistant member of the present disclosure has excellent mechanical strength and heat-impact resistance. It can be widely used in various technical fields such as a flow path member for flowing a gas or the like and a protective member for protecting a human body or the like from an ultra-high-speed flying object.

次に、本開示の耐熱性部材の製造方法について以下に説明する。 Next, a method for manufacturing the heat-resistant member of the present disclosure will be described below.

まず、アルミナ(Al)粉末、酸化珪素(SiO)粉末、炭酸カルシウム(CaCO)粉末および炭酸マグネシウム(MgCO)粉末を準備する。 First, alumina (Al 2 O 3 ) powder, silicon oxide (SiO 2 ) powder, calcium carbonate (CaCO 3 ) powder and magnesium carbonate (MgCO 3 ) powder are prepared.

次に、焼成後において、ガラスとなる仮焼粉末Aを以下の手順で作製する。まず、アルミナ粉末、酸化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末、炭酸マグネシウム粉末を、アルミナ粉末が5質量%以上10質量%以下、酸化珪素粉末が40質量%以上60質量%以下、炭酸カルシウム粉末が酸化カルシウム(CaO)換算で20質量%以上30質量%以下、炭酸マグネシウム粉末が酸化マグネシウム(MgO)換算で10質量%以上20質量%以下となるように秤量し、混合する。次に、混合した粉末を乾式粉砕または湿式粉砕し、乾燥させた後、1000℃以上1200℃以下で加熱し、仮焼粉末Aを得る。 Next, after firing, the calcined powder A to be glass is produced by the following procedure. First, alumina powder, silicon oxide powder, calcium carbonate powder, magnesium carbonate powder, alumina powder is 5% by mass or more and 10% by mass or less, silicon oxide powder is 40% by mass or more and 60% by mass or less, and calcium carbonate powder is calcium oxide ( Weigh and mix so that the CaO) equivalent is 20% by mass or more and 30% by mass or less, and the magnesium carbonate powder is 10% by mass or more and 20% by mass or less in terms of magnesium oxide (MgO). Next, the mixed powder is pulverized by dry or wet pulverization, dried, and then heated at 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower to obtain a calcined powder A.

次に、焼成後において、ムライト結晶となる仮焼粉末Bを以下の手順で作製する。まず、アルミナ粉末が71.8質量%、酸化珪素粉末が28.2質量%となるように秤量し、混合する。次に、混合した粉末を1100℃以上1400℃以下で加熱し、仮焼粉末Bを得る。 Next, after firing, calcined powder B to be mullite crystals is produced by the following procedure. First, the alumina powder is weighed to 71.8% by mass and the silicon oxide powder is 28.2% by mass, and the mixture is mixed. Next, the mixed powder is heated at 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower to obtain a calcined powder B.

次に、AlのAl換算での含有量が70質量%以上89質量%以下となり、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計が11質量%以上30質量%以下となり、かつ、アルミナ粉末および仮焼粉末Bの合計100質量%に対して、仮焼粉末Bが4質量%以上となるように、アルミナ粉末、仮焼粉末A、仮焼粉末Bを秤量し、混合する。 Next, the content of Al in terms of Al 2 O 3 is 70% by mass or more and 89% by mass or less, the content of Si in terms of SiO 2 and Ca in terms of CaO, and the content of Mg in terms of MgO. The total content in the above is 11% by mass or more and 30% by mass or less, and the amount of the calcined powder B is 4% by mass or more with respect to the total of 100% by mass of the alumina powder and the calcined powder B. Alumina powder, calcined powder A, and calcined powder B are weighed and mixed.

次に、混合した粉末を噴霧乾燥法等の公知の方法で造粒した後、公知の方法で加圧成形し、所望の形状の成形体を得る。次に、得られた成形体を、大気雰囲気下において1300℃以上1500℃以下の温度で焼成することで、本開示の耐熱部材を得る。 Next, the mixed powder is granulated by a known method such as a spray drying method, and then pressure-molded by a known method to obtain a molded product having a desired shape. Next, the obtained molded body is fired at a temperature of 1300 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower in an atmospheric atmosphere to obtain the heat-resistant member of the present disclosure.

また、リートベルト解析により求められた値において、ムライト結晶を12質量%以下とするには、上述の製造方法において、アルミナ粉末および仮焼粉末Bの合計100質量%に対して、仮焼粉末Bが12質量%以下となるように、アルミナ粉末、仮焼粉末A、仮焼粉末Bを秤量し、混合すればよい。 Further, in order to make the mullite crystal 12% by mass or less in the value obtained by the Rietbelt analysis, in the above-mentioned production method, the calcined powder B is compared with the total 100% by mass of the alumina powder and the calcined powder B. The alumina powder, the calcined powder A, and the calcined powder B may be weighed and mixed so that the amount is 12% by mass or less.

また、ムライト結晶の円相当径の平均値を0.1μm以上0.5μm以下とするには、上述の製造方法において、粉砕を行なうことで、レーザ回折法により求めた平均粒径が0.1μm以上0.5μm以下の仮焼粉末Bを得て、これを用いればよい。 Further, in order to make the average value of the equivalent circle diameter of the Murite crystal 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, the average particle size obtained by the laser diffraction method is 0.1 μm by performing pulverization in the above-mentioned production method. The calcined powder B having a diameter of 0.5 μm or less may be obtained and used.

また、200μmの面積の範囲において、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数が、10個以上200個以下とするのは、上述の製造方法において、仮焼粉末Bを作製する際に、加熱する温度を1200℃以上1300℃以下とすればよい。 Further, in the range of the area of 200 μm 2 , the number of mullite crystals having an aspect ratio of 5 or more is 10 or more and 200 or less when the calcined powder B is produced in the above-mentioned production method. The heating temperature may be 1200 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.

以下、本開示の実施例を具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present disclosure will be specifically described, but the present disclosure is not limited to these examples.

組成およびムライト結晶の含有量を異ならせた試料を作製し、機械的強度および耐熱衝撃性を評価した。 Samples with different compositions and mullite crystal contents were prepared, and their mechanical strength and thermostable impact resistance were evaluated.

まず、アルミナ粉末、酸化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末および炭酸マグネシウム粉末を準備した。 First, alumina powder, silicon oxide powder, calcium carbonate powder and magnesium carbonate powder were prepared.

次に、焼成後において、ガラスとなる仮焼粉末Aを以下の手順で作製した。まず、アルミナ粉末、酸化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末、炭酸マグネシウム粉末を、アルミナ粉末が10質量%、酸化珪素粉末が50質量%、炭酸カルシウム粉末が酸化カルシウム(CaO)換算で25質量%、炭酸マグネシウム粉末が酸化マグネシウム(MgO)換算で15質量%となるように秤量し、混合した。次に、混合した粉末を乾式粉砕し、乾燥させた後、1100℃で加熱し、仮焼粉末Aを得た。 Next, after firing, the calcined powder A to be glass was produced by the following procedure. First, alumina powder, silicon oxide powder, calcium carbonate powder, magnesium carbonate, alumina powder is 10% by mass, silicon oxide powder is 50% by mass, calcium carbonate powder is 25% by mass in terms of calcium oxide (CaO), magnesium carbonate. The powder was weighed so as to be 15% by mass in terms of magnesium oxide (MgO) and mixed. Next, the mixed powder was dry-pulverized, dried, and then heated at 1100 ° C. to obtain a calcined powder A.

次に、焼成後において、ムライト結晶となる仮焼粉末Bを以下の手順で作製した。まず、アルミナ粉末が71.8質量%、酸化珪素粉末が28.2質量%となるように秤量し、混合した。次に、混合した粉末を1100℃で加熱し、粉砕を行なうことで、レーザ回折法により求めた平均粒径が1.0μmの仮焼粉末Bを得た。 Next, after firing, calcined powder B to be mullite crystals was produced by the following procedure. First, the alumina powder was weighed to 71.8% by mass and the silicon oxide powder was 28.2% by mass, and mixed. Next, the mixed powder was heated at 1100 ° C. and pulverized to obtain a calcined powder B having an average particle size of 1.0 μm determined by a laser diffraction method.

次に、アルミナ粉末、仮焼粉末A、仮焼粉末Bを表1に示す値になるように秤量し、混合した。 Next, the alumina powder, the calcined powder A, and the calcined powder B were weighed so as to have the values shown in Table 1 and mixed.

次に、混合した粉末を噴霧乾燥法で造粒した後、加圧成形し成形体を得た。次に、得られた成形体を、大気雰囲気下において1400℃の温度で焼成することで各試料を得た。 Next, the mixed powder was granulated by a spray drying method and then pressure-molded to obtain a molded product. Next, each sample was obtained by firing the obtained molded product at a temperature of 1400 ° C. in an atmospheric atmosphere.

次に、各試料を構成する成分の含有量を、ICPを用いて各試料の定量分析を行ない、ICPで測定したアルミニウム(Al)、珪素(Si)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)の含有量からそれぞれを酸化物換算することで算出した。 Next, the content of the components constituting each sample was quantitatively analyzed using ICP, and the contents of aluminum (Al), silicon (Si), calcium (Ca), and magnesium (Mg) measured by ICP were measured. It was calculated by converting each of them into oxides from the content.

また、各試料におけるムライト結晶の含有量を、リートベルト解析により解析することにより算出した。 In addition, the content of mullite crystals in each sample was calculated by analysis by Rietveld analysis.

また、各試料の3点曲げ強度を、JIS R 1601-2008に準拠した方法で算出した。 In addition, the three-point bending strength of each sample was calculated by a method according to JIS R 1601-2008.

また、各試料の耐熱衝撃性を、水中投下試験における耐熱温度で評価した。具体的には、T2(℃)に加熱した各試料を、25℃の水中へ投下したときに、各試料に亀裂または欠けが発生しない温度差T2-25(℃)の最大値を算出した。ここで、T2は、125℃で開始し、10℃ずつ上昇させ測定した。 In addition, the thermal impact resistance of each sample was evaluated by the thermal temperature in the underwater drop test. Specifically, when each sample heated to T2 (° C.) was dropped into water at 25 ° C., the maximum value of the temperature difference T2-25 (° C.) at which cracks or chips did not occur in each sample was calculated. Here, T2 was measured by starting at 125 ° C and increasing by 10 ° C.

結果を表1に示す。 The results are shown in Table 1.

Figure 0007092655000001
Figure 0007092655000001

表1に示すように、試料No.4~10は、3点曲げ強度が280MPa以上であるとともに、耐熱温度が230℃以上であった。このことから、アルミナ結晶、ガラスおよびムライト結晶を含有し、構成される全成分100質量%のうち、AlをAl換算で70質量%以上89質量%以下含有し、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計が11質量%以上30質量%以下であるアルミナ質セラミックスからなり、リートベルト解析により求められた値において、アルミナ結晶が80質量%以上であり、ムライト結晶が4質量%以上であれば、優れた機械的強度および耐熱衝撃性を兼ね備えることがわかった。 As shown in Table 1, the sample No. In 4 to 10, the three-point bending strength was 280 MPa or more, and the heat resistant temperature was 230 ° C. or more. From this, it contains alumina crystal, glass and mullite crystal, and out of 100% by mass of all the constituents, it contains 70% by mass or more and 89% by mass or less in terms of Al 2 O 3 and is converted to SiO 2 of Si. The total content of Ca in terms of CaO, Mg in terms of MgO, and Mg is 11% by mass or more and 30% by mass or less. It was found that when the alumina crystal was 80% by mass or more and the mulite crystal was 4% by mass or more, the aluminum crystal had excellent mechanical strength and thermal shock resistance.

特に、試料No.4~10の中でも、試料No.4~9は、3点曲げ強度が290MPaであり、リートベルト解析により求められた値において、ムライト結晶が12質量%以下であれば、機械的強度が向上することがわかった。 In particular, the sample No. Among 4 to 10, sample No. It was found that the mechanical strength of 4 to 9 was improved when the three-point bending strength was 290 MPa and the mullite crystal was 12% by mass or less in the value obtained by Rietveld analysis.

次に、ムライト結晶の円相当径を異ならせた試料を作製し、機械的強度および耐熱衝撃性を評価した。 Next, samples having different equivalent circle diameters of mullite crystals were prepared, and their mechanical strength and thermostable impact resistance were evaluated.

なお、各試料の作製方法としては、粉砕を行なうことで、レーザ回折法により求めた仮焼粉末Bの平均粒径が表2の値になるようにしたこと以外は実施例1の試料Nо.8の作製方法と同様とした。なお、試料No.11は、実施例1の試料No.8と同じである。 As a method for preparing each sample, the sample Nо. It was the same as the production method of 8. In addition, sample No. No. 11 is the sample No. 11 of Example 1. Same as 8.

次に、各試料におけるムライ結晶トの円相当径の平均値を、以下の方法で算出した。まず、各試料を切断し、鏡面に研磨した断面を観察面とした。次に、この観察面をSEMで撮影した。そして、撮影した写真において、ムライト結晶の箇所をトレースして黒く塗りつぶし、画像解析ソフト「A像くん」の粒子解析という手法を適用して画像解析を行なうことで、ムライト結晶の円相当径の平均値を算出した。なお、「A像くん」の解析条件としては、粒子の明度を「暗」、2値化の方法を「自動」、シェーディングを「有」とした。 Next, the average value of the equivalent circle diameters of Murai crystals in each sample was calculated by the following method. First, each sample was cut and the cross section polished to a mirror surface was used as the observation surface. Next, this observation surface was photographed by SEM. Then, in the photograph taken, the part of the mullite crystal is traced and painted in black, and the image analysis is performed by applying the technique called particle analysis of the image analysis software "A image-kun" to perform the image analysis, and the average of the equivalent circle diameters of the mullite crystals. The value was calculated. As the analysis conditions for "A image-kun", the brightness of the particles was set to "dark", the binarization method was set to "automatic", and the shading was set to "yes".

次に、各試料の3点曲げ強度および耐熱温度を、実施例1と同じ方法で評価した。結果を表2に示す。 Next, the three-point bending strength and heat resistant temperature of each sample were evaluated by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0007092655000002
Figure 0007092655000002

表2に示すように、試料No.11、15に比べ、試料No.12~14は、3点曲げ強度が327MPa以上であり、耐熱温度が270℃であることから、ムライト結晶の円相当径の平均値が、0.1μm以上0.5μm以下であれば、機械的強度および耐熱衝撃性が向上することがわかった。 As shown in Table 2, the sample No. Compared with 11 and 15, sample No. Since the three-point bending strength of Nos. 12 to 14 is 327 MPa or more and the heat resistant temperature is 270 ° C., if the average value of the equivalent circle diameters of the Murite crystals is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, it is mechanical. It was found that the strength and thermal shock resistance were improved.

次に、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数を異ならせた試料を作製し、機械的強度および耐熱衝撃性を評価した。 Next, samples having different numbers of mullite crystals having an aspect ratio of 5 or more were prepared, and their mechanical strength and thermal impact resistance were evaluated.

なお、各試料の作製方法としては、焼成時における、仮焼粉末Bを作製する際に、加熱する温度を表3の値となるようにしたこと以外は実施例2の試料Nо.14の作製方法と同様とした。なお、試料No.16は、実施例2の試料No.14と同じである。 As a method for preparing each sample, the sample Nо. It was the same as the manufacturing method of No. 14. In addition, sample No. Reference numeral 16 is sample No. 16 of Example 2. Same as 14.

次に、各試料における、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数を、実施例2のムライト結晶の円相当径の平均値を測定した同じ方法で、画像解析ソフト「A像くん」の粒子解析という手法を、面積が200μmとなる範囲に対して適用して画像解析し、得られた「最大/最小」をアスペクト比とすることで、算出した。 Next, the number of Murite crystals having an aspect ratio of 5 or more in each sample was measured by the same method of measuring the average value of the equivalent circle diameters of the Murite crystals of Example 2, and the particles of the image analysis software "A image-kun" were used. It was calculated by applying a method called analysis to a range where the area is 200 μm 2 and performing image analysis, and using the obtained “maximum / minimum” as the aspect ratio.

次に、各試料の3点曲げ強度および耐熱温度を、実施例1と同じ方法で評価した。結果を表3に示す。 Next, the three-point bending strength and heat resistant temperature of each sample were evaluated by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 0007092655000003
Figure 0007092655000003

表3に示すように、試料No.16、21に比べて、試料No.17~20は、3点曲げ強度が346MPa以上であり、耐熱温度が290℃であることから、200μmの面積の範囲において、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数が、10個以上2
00個以下であれば、機械的強度および耐熱衝撃性が向上することがわかった。
As shown in Table 3, the sample No. Compared with 16 and 21, sample No. Since 17 to 20 have a three-point bending strength of 346 MPa or more and a heat resistant temperature of 290 ° C., the number of mullite crystals having an aspect ratio of 5 or more in an area of 200 μm 2 is 10 or more 2.
It was found that if the number is 00 or less, the mechanical strength and the thermal impact resistance are improved.

Claims (4)

アルミナ結晶、ガラスおよびムライト結晶を含有し、
構成される全成分100質量%のうち、AlをAl換算で70質量%以上89質量%以下含有し、SiのSiO換算での含有量と、CaのCaO換算での含有量と、MgのMgO換算での含有量との合計が11質量%以上30質量%以下であるアルミナ質セラミックスからなり、
リートベルト解析により求められた値において、前記アルミナ結晶が80質量%以上であり、前記ムライト結晶が4質量%以上である耐熱部材。
Contains alumina crystals, glass and mullite crystals,
Of the 100% by mass of all the constituent components, Al is contained in an Al 2 O 3 equivalent of 70% by mass or more and 89% by mass or less, and the Si in SiO 2 equivalent and the Ca O in terms of CaO. , Composed of alumina ceramics having a total of 11% by mass or more and 30% by mass or less with the MgO content of Mg.
A heat-resistant member in which the alumina crystals are 80% by mass or more and the mullite crystals are 4% by mass or more in the values obtained by Rietveld analysis.
リートベルト解析により求められた値において、前記ムライト結晶が12質量%以下である、請求項1に記載の耐熱部材。 The heat-resistant member according to claim 1, wherein the mullite crystal is 12% by mass or less in the value obtained by Rietveld analysis. 前記ムライト結晶の円相当径の平均値は、0.1μm以上0.5μm以下である、請求項1または請求項2に記載の耐熱部材。 The heat-resistant member according to claim 1 or 2, wherein the average value of the equivalent circle diameters of the mullite crystals is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. 200μmの面積の範囲において、アスペクト比が5以上であるムライト結晶の個数が、10個以上200個以下である、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の耐熱部材。 The heat-resistant member according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of mullite crystals having an aspect ratio of 5 or more is 10 or more and 200 or less in an area of 200 μm 2 .
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