JPH01115867A

JPH01115867A - セラミックス焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01115867A
Application number: JP62270425A
Authority: JP
Inventors: Tsuneji Kameda; 常治亀田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1989-05-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、高融点と低熱膨張性を有し、かつ高強度のセ
ラミックス焼結体に関する。

（従来の技術）チタン酸アルミニウムは、高融点を有し、かつ低熱膨張
性を示す特異なセラミックスとして、実用化が試みられ
ている。しかしながら、ち密な焼結体を得ることが困難
であり、他のｆｌｌｌｌ上用セラミックス校して機械的
強度が著しく小さいという難点がある。また、１２５０
℃以下の低温度で加熱すると熱分解を起こす等、熱的に
不安定であるという難点がある。また、焼結体の熱膨張
、収縮には熱履歴があり、加熱、冷却を繰返すと強度、
熱膨張特性などが大巾に劣化することがあった。

この熱履歴は、チタン酸アルミニウムの結晶が異方性の
熱膨張特性を有することによるものであり、加熱後の冷
却時に焼結体に微少な亀裂を生じ、焼結体の強度を劣化
させるものと考えられている。

この冷却時の亀裂発生は、セラミックス焼成後の、加熱
冷却の際、その都度発生するため、特に繰返しの熱履歴
を必要とする場合は緒特性の劣化が問題となっていた。

このようなチタン酸アルミニウムの難点を改善するため
に、種々の添加成分を含有させることが試みられている
。たとえば、特公昭５６−７９９６号公報には、チタン
酸アルミニウムに対してケイ素、ジルコニウムの少なく
とも１種をＳｉ　０２　、Ｚｒ　０２に換算して０．０
５〜１０．０垂量％含有してなる低熱１つ脹セラミック
スが開示されている。このセラミックスは、ケイ素、ジ
ルコニウムを所定ｌ含むことにより、結晶の粒子成長を
制御し、熱的に安定でかつ熱履歴に伴う強度低下が少な
いとされている。

また、日本化学会誌（１９８１年Ｎｏ、１０　）　１６
４７頁〜１６５５頁には、［チタン酸アルミニウム焼結
体の諸性質に及ぼす添加剤の影響」と題して種々の添加
剤の効果が報告されている。この報告では、添加剤を配
合することによってチタン酸アルミニウム結晶の成長を
抑え、同時に焼結を促進し、見かけ上の低熱膨、脹性を
保ちながら機械的強度を高め、低温度域での分解性を改
良することを試みた結果が述べられている。添加剤とし
てＬｉ２Ｏ、Ｂ２　０１　、Ｓ！　０２　、Ｍｇ（１、
Ｃｒ２　　ｏ３、Ｆｅ２　　ｏ３．２ｒ　０２が選ばれ
、これらの添加剤の効果が考察にまとめられている。す
なわち−ＭａＯ、Ｆｅ２０ａ、ｌｒ　０２は焼結体の密
度を増加する効果を与えたが、Ｃｒ２　０Ｂは必ずしも
密度を増加させながった。まな、Ｌ１２０、Ｂ２　０．
は、緻密化促進効果を示さなかったが、Ｓｉ　０２は焼
結促進効果を示したとされている。

（発明が解決しようとする問題点）このようなセラミックス焼結体は、チタン酸アルミニウ
ムの特性を改善するものであるが、構造材料として実用
に供するには、強度をさらに大きくすることが必要であ
り、また熱履歴等の熱的特性の面でまだ改善すべき点が
残されている。

本発明は、チタン酸アルミニウムが有する高融点、低熱
膨張性を損なうことなく、高強度を有し、また緑返しの
熱瞠歴に対して機械的強度の劣化が少なく、低熱膨張性
と高強度とを兼ね備えたチタン酸アルミニウムセラミッ
クス焼結体を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段および作用）本発明のセ
ラミックス焼結体は、チタン酸アルミニウムセラミック
スであって、セラミックスウィスカーを０．１〜２５重
里％含有することを特徴とする。チタン酸アルミニウム
セラミックスに含有されろセラミックスウィスカーは、
主に破壊時の亀裂進展を防止し、あるいは屈曲させるな
どの繊維強化作用を生じせしめ、焼結体の強度を向上さ
せる。セラミックスウィスカーは、少量でその添加効果
を奏するが、余り多く添加すると、焼結性を損ね、ち密
化が充分でなくなることがある。

炭化ケイ素、窒化ケイ素等のシリコンセラミックスは機
械的強度が高く、またシリコンセラミックスでなるウィ
スカーはチタン酸アルミニウムとの焼結時のなじみもよ
く、本発明の目的に合致するものである。これらのシリ
コンセラミックスウィスカーは、予め大気中で酸化処理
を行い表面に酸化ケイ素層を形成することにより、焼結
時のチタン酸アルミニウムとのなじみが格段によくなる
。

シリコンセラミックスウィスカーとしては、たとえば径
０１〜１　）ｔｒａ　、長さ３０〜１００ｕｆｌｌのβ
−８＋Ｃウイスカー等が適用できる。

また、チタン酸アルミニウムに機械的強度を改善するた
めの添加剤をさらに含有することにより、強度を向上さ
せろことができる。

前記の添加剤としては、マグネシウム、ケイ素、鉄、ク
ロム、ジルコニウムおよびイツトリウム、セリウム、ラ
ンタン等の希土類元素の酸化物の形態が適用できる。こ
れらの添加剤は、チタン酸アルミニウムに固溶し、ある
いは結晶の粒子成長を制御することにより機械的強度を
改善する。これらの添加剤は、単独または複合で添加さ
れて効果をもたらすが、０．１重量％未満では効果が充
分でない、また、余り多く添加しても添加に見合う効果
が得られず、かえって特性を劣化させることがあり２０
重量％以下がよい。

また、チタン酸アルミニウムの原料粉末としては酸化ア
ルミニウム（Ａｌ２０１＞と酸化チタン（ＴｉＯ２）と
を所定の比率で混合したもの、あるいは混合したものを
仮焼した後、粉゛砕して得られる合成粉としたもののい
ずれでもよい、Ａｌ２　０゜と■！０２との比率は、モ
ル比で（１，３：０．７　）〜（０，８；ｉ、２　）め
範囲である。

本発明のセラミックス焼結体を得る好ましい方法として
は、用意したチタン酸アルミニウム原料粉末に、表面に
酸化層を有するセラミックスウィスカーを０．１〜２５
重量％混合した後、成形および焼結する方法がある。セ
ラミックスウィスカーの表面に酸化層を設けることによ
り、ウィスカーとチタン酸アルミニウムとのなじみがよ
くなり、得られる焼結体の焼結性が改善される。また、
セラミックスウィスカーに代えて、あるいは併用してセ
ラミックスウィスカーと同等の性状を有するセラミック
ス繊維を用いることも可能である。

（実施例）Ａｌ１０２とＴ：０２を所定のモル比で混合した原料粉
末（平均粒径１，２μ）を用い、β−８ｉＣウイスカー
（径０．１〜１μ、長き３０〜１００μｌ：東海カーボ
ン製）および添加剤を加え、第１表に示す組成比となる
ように混合したのち、成形圧１０００ｋ（１／ｄで角板
形状に成形し、各々の焼成条件で焼成した。各試料につ
いて密度、熱Ｉ！Ｉｆｆｊ脹率、熱履歴の巾、曲げ強度
を測定し、その結果を第１表に示した。また、Ｓｉ３　
　Ｎ４ウイスカー（タテホ化学製）を用いたものも作製
し特性を評価した。

なお、セラミックスウィスカーを含まな警１等の特性を
第１表に併せて示す。

セラミックスウィスカーは、予め大気中８００〜１４０
０℃約１時間加熱して表面に酸化処理を施したものであ
る。セラミックスウィスカー表面に形成された酸化膜層
（Ｓｉ　０２　）は、ウィスカーとチタン酸アルミニウ
ムマトリクスとの過度の反応を制御し、それぞれの特性
を生かした焼結体を得ることに寄与するとともに、焼結
性を改善する。

（以下余白）第１表により明らかなように、本発明の実施例（試料Ｎ
Ｏ６１〜１０）は、他の例（試ｆｌＮｏ、１１〜１３）
に比較して、セラミックスウィスカーを所定量含有する
ことにより強度が著しく向上し、かつ低熱膨脂特性を損
ねることがない、また、Ａｌ１　０ｆｆとＴｉＯ２とを
予め仮焼して粉砕した原料粉末を用いたもの（試料Ｎ０
１１）は、低熱膨張率と小さい熱履歴の中をもならず。

［発明の効果コ以上述べたように本発明によれば、低熱膨脂特性を有す
るとともに、大きな機械的強度を有するチタン酸アルミ
ニウムセラミックスを得ることができる０本発明のセラ
ミックス焼結体は、熱膨張率が小さいため熱衝撃に強く
、加熱冷却の繰返しによる劣化が少なく、各種の断熱構
造体として有用である。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　湯山幸夫

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チタン酸アルミニウムセラミックスであってセラ
ミックスウィスカーを０．１〜２５重量％含有すろこと
を特徴とするセラミックス焼結体。
（２）チタン酸アルミニウムセラミックスは、マグネシ
ウム、ケイ素、鉄、クロム、ジルコニウムおよび希土類
元素の少なくとも１種の酸化物を０．１〜２０重量％含
有するものである特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
クス焼結体。
（３）セラミックスウィスカーは、シリコンセラミック
スウィスカーである特許請求の範囲第１項記載のセラミ
ックス焼結体。
（４）シリコンセラミックスは、炭化ケイ素である特許
請求の範囲第３項記載のセラミックス焼結体。
（５）シリコンセラミックスは、窒化ケイ素である特許
請求の範囲第３項記載のセラミックス焼結体。
（６）チタン酸アルミニウムセラミックス原料粉末を用
意し、表面に酸化層を有するセラミックスウィスカーを
０．１〜２５重量％混合した後、成形および焼結するこ
とを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
（７）チタン酸アルミニウムセラミックス原料粉末は、
マグネシウム、ケイ素、鉄、クロム、ジルコニウムおよ
び希土類元素の少なくとも１種の酸化物を０．１〜２０
重量％含有するものである特許請求の範囲第６項記載の
セラミックス焼結体の製造方法。