JPH02248362A - チタン酸アルミニウムセラミックス - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明はチタン酸アルミニウムセラミックスに関し、
詳しくはその特性改善のための技術手段に関する。

（発明の背景） 従来より、チタン酸アルミニウムセラミックスは低熱膨
張性の材料としては高い融点をもっていることから、高
温度域での耐熱、低膨張材料としての用途が検討されて
いる。

ところでチタン酸アルミニウムセラミックスにおける低
熱膨張性は、Ａｌ７０３・Ｔｉ０？結晶の熱膨張係数の
著しい異方性のため、高温度で焼結させた後の冷却過程
で粒界に発生する亀裂に起因する見かけ上のものと考え
られており、そしてこの亀裂のために、純粋な組成のチ
タン酸アルミニウムセラミックスは強度が小さく、加え
て１ｌｏｏ’ｃ付近の温度に数時間保持するとＡｌ２Ｏ
３とＴｉＯ２とに分解して高膨張化してしまうなどの欠
点があり、このため特有の優れた性質を備えながら、今
迄あまり広く使われるに至っていないのが実情である。

そこでこのチタン酸アルミニウムセラミックスに添加剤
を加えることによって、その特性を改善する試みが種々
行われている。その一つにＳｉＯ＋を添加剤として加え
ることが提案されている（特開昭５２−２３１１３号）
。

このようにチタン酸アルミニウムにＳｉＯ２を添加する
とその特性が向−トすることが認められるがしかしなが
らその向上の程度においては未だ充分とは言い難く、更
に有効な手段の開発が望まれていた。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その要旨は、チタン酸アルミニウムを主成分と
し、これにＳｉＯ２及びＮｂ２Ｏ５を夫々チタン酸アル
ミニウム１００に対して重量比で０．１〜９．０％及び
０．１〜６．０％の各範囲で含有させたことにある。

上述したように、チタン酸アルミニウムにおける低熱膨
張性は１粒界（或いは粒内）に存する微細な亀裂に起因
するものであり（亀裂が実質的膨張を吸収して見かけ上
ｐ低熱膨張を保つ）、そしてその亀裂が機械的強度低下
の原因となっている。言わばチタン酸アルミニウムにお
いては、低熱膨張性と機械的強度とは互いに相反する性
質となっており、熱膨張特性を向上させると機械的強度
が低下し、逆に熱膨張特性を向上させると機械的特性が
低下する関係となっている。従ってこれら２つの特性を
同時に向上させることは、極めて困難であると考えられ
ていた。

ここにおいて本発明者は、これら−見相反する２つの特
性を同時に向上させるべく鋭意研究し。

各種添加剤の添加効果を調査した結果、特定の添加剤を
所定量添加することにより、それら両特性が同時に向上
することを知得し、本発明を完成させた。

かかる本発明は、上記の如くチタン酸アルミニウムに対
してＳｉＯ２とＮｂ２Ｏ５とを同時に含有させることを
骨子とするものであり、これにより良好な結果の得られ
ることが確認されているが、これら両成分の作用機構に
ついては、現段階において明確には分っていない、但し
推測としては次のことが考えられる。

即ちＳｉＯ２とＮｂｙＯｓとの同時的添加によって、そ
れらの一部がチタン酸アルミニウムに固溶し、或いは新
たな化合物を生成して粒界に存在するなどして、チタン
酸アルミニウム結晶の成長を抑え。

これによりチタン酸アルミニウム粒子が細かくなって１
粒界（或いは粒内）に発生するマイクロクラックが従来
のものに比べて小さく且っ万遍なく均一に分散するよう
になるものと考えられる。

而してマイクロクラックが小さくなれば機械的強度は高
くなり、また一方熱膨張特性に関しては・万遍なく分散
したマイクロクラックが各粒子の熱膨張を吸収して見か
け上の熱膨張を低く保ち、或いは更にこれを向上させる
ものと推察される。但し以上は推論であって実証された
ものではなく。

具体的な作用機構については今後の研究に待つものであ
る。

尚、本発明において添加すべきＳｉＯ２　、　Ｎｂ２Ｏ
５の原料状態については特に限定されず、また主成分で
あるＡｈ（ｈ　、　Ｔｉ０ｚの量比についても種々変化
させることが可能である。但し望ましくは＾！２ｏ３と
Ｔｉ（ｈ、！＝（Ｆ）比率Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２が％Ａ
／比−ｔ’０．８〜１．３の範囲である。

（発明の効果） かかる本発明によれば、後の実験結果においても明らか
にされるように、チタン酸アルミニウムセラミックスの
熱膨張特性と機械的特性とが共に向上する。このような
本発明に係るチタン酸アルミニウムセラミックスは、金
属溶湯用ラドル、配管、ルツボ、ノズル、焼成用セッタ
ー、熱電対保護管、溶湯用フィルターその他の耐熱性・
耐熱衝撃抵抗性の要求される各種用途に好適に使用する
ことができる。

（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。

［実施例１］ ＾１ｚ０３とＴｉＯ２とをモル比ｌ：１の割合とし、こ
れに５ｉＯｚ　、　Ｎｂ２Ｏ５を第１表に示す種々割合
で添加して樹脂ポットとジルコニアボールを用いて１２
時間混合した後、乾燥した。得られた粉体（９ｇ）を０
．４ｔ／ｃｍ２のプレス圧で加圧成形した後、１５００
℃で焼成した。そしてその焼結体の曲げ強度（三点荷重
法）、熱膨張率及び加熱・冷却時のヒステリシス特性を
測定した。結果が同じ第１表、第１図及びｔｊ４２図に
示されている。

尚第１図は、　Ｎｂ２Ｏ５：　０．０　　（無添加）、
０．５３．０について、ＳｉＯ２の添加量を変えた場合
の熱膨張率と曲げ強度との関係をグラフとして示したも
のである、また第２図は、横軸にＮｂ２Ｏ５の添加量を
、縦軸にＳｉＯ２の添加量をとって、ヒステリシスの大
小を示したものである。但し同図中・はヒステリシスが
０．２０以上の場合、０は０．２０未満の場合を表して
いる。ここでヒステリシスとは、熱膨張率の測定におい
て昇温時における１００℃での線膨張率（％）と降温時
における１００℃での線膨張率（％）との差をとったも
のであり、その数値が大きいと、加熱・冷却サイクルの
中で形状の変化の程度が大きくなる。

（以下余白） 表中−は適正な測定ｆＵＨ！）られなかったことを示す
。

上記結果において、５ｉＣ１ａ及びＮｂ、Ｏａを夫々０
．１〜０．９及び０．１〜６．０（％）添加・含有させ
た場合において、熱膨張率１曲げ強度の両特性が良好で
あることが認められる。尚本実験において、Ｎｂ、０〜
の添加量が増すにつれてヒステリシスか大きくなる傾向
が認められた（第２図）、而してその添加量が６．０よ
り多くなると機械的強度、熱膨張特性は良好であるもの
のヒステリシスか大きくなり過ぎて、実際の製品として
使用するには不向きであることか分った。

［実施例２］ 前記実施例において、　５ｉｆｔ：　６　、　Ｏ（％）
。

ＮｂａＱｓ　：　０．５　（％）添加したものの耐熱衝
撃特性を調査した。結果がＮｂａＯｓを添加しなかった
ものとの比較において、第３図に示しである。尚この図
は、試料を横軸に示す各温度に一定時間保持した後、水
中に投入して急冷した後の曲げ強度を測定した結果を表
したものである。

この結果から、Ｓｉｎ、に加えてＮｂａＯｓを添加する
ことにより、耐熱衝撃特性か向上することか分る。

［実施例３］ ５ｉｎｓとＮｂ＊Ｏｓとを共に添加するとともに。

Ａｌ２Ｏ，とＴｉＯ□との量比を変えて曲げ強度、熱膨
張率の各特性を調査した。結果を第２表に示す。

（以下余白） 第２表：Ａ／Ｔが及ぼす緒特性への影響Ａ、Ｔは夫々＾
ｌハ３．ＴｉＯ２を示すこの表の結果から分るように、
Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉｅｓの比率を変えた場合においても、
Ｓｔｏｗ、　Ｎｂ＊Ｏｓの添加効果か現われていること
が確認された。

以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本発
明の一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて、当業者の知識に基づき、種々変更を加えた態様
において実施可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例において得られた熱
膨張率と曲げ強度との関係を示す特性図及びヒステリシ
スの大きさをＮｂ２Ｏ％及びＳｉＯオの添加間との関係
で示す図である。第３図は本発明の実施例において得ら
れた熱衝撃温度と曲げ強度との関係を示す特性図である
。 Ｎｂ２ｏ５（ｉｆ°／、）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チタン酸アルミニウムを主成分とし、これにＳｉＯ＿２
   及びＮｂ＿２Ｏ＿５を夫々チタン酸アルミニウム１００
   に対して重量比で０．１〜９．０％及び０．１〜６．０
   ％の各範囲で含有させたことを特徴とするチタン酸アル
   ミニウムセラミックス。