JPH03215352A - 鋳ぐるみ用セラミックス - Google Patents
鋳ぐるみ用セラミックスInfo
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- JPH03215352A JPH03215352A JP2011482A JP1148290A JPH03215352A JP H03215352 A JPH03215352 A JP H03215352A JP 2011482 A JP2011482 A JP 2011482A JP 1148290 A JP1148290 A JP 1148290A JP H03215352 A JPH03215352 A JP H03215352A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
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］
本発明は、熱分解に対し安定な性質をもつ、鋳鉄あるい
は鋼により鋳ぐるむセラミックスに間し、特に高温高圧
流体が流れる部品の一部、例えばエンジンと触媒をつな
ぐ排気マニホールド，排気ポート，・・・・等に用いる
セラミックスに関するものである． ［従来技術］ 係る鋳ぐるみ用セラミックスは、例えばＡ１２０，とＴ
ｉＯ２とを主原料とし、補助原料としてＦｅｅｏ ｓ，
Ｍ ｇ Ｏ， Ｓ ｉ Ｏ ２， カオリン，
タルク，ムライトの少なくともいずれか一つを添加し、
これらを焼結して得られるセラミックスの提案がなされ
ていた（特開平１−３０１５５９）． 係る鋳ぐるみ用セラミックスは、チタン酸アルミニウム
の分解を抑制する補助原料を添加してあるものの、大き
な応力が発生する形状（例えばエルボ状）のセラミック
スでは、Ｆｅ２０，及びムライトの添加量をすくなくし
なければならず、その効果は不十分となり９００〜１３
００℃の高温下に長時間鳴されるとセラミックスの主成
分であるチタン酸アルミニウムが、熱衝撃に対して弱い
ルチルとコランダムに分解するものであった．従って、
急速な加熱又は冷却が生ずる部品の一部に用いると、セ
ラミックスが破壊する恐れのあるものであった． ［発明が解決しようとするＩＬ 本発明は、前記問題点を解決するものであり、詳述する
と原料の選択ならびにその配合割合を工夫し、この工夫
によりチタン酸アルミニウムが高温下で長時間曝されて
も化学的に安定であり、しかも鋳鉄あるいは鋼（以下鏑
鉄等と呼ぶ）により鋳ぐるみを行うに好適なセラミック
スを得ることにある． ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、Ａｌ２ｏ，とＴｉｏ２とを主原料とし、分解
の抑制に寄与する補助原料として酸化物に換算した金属
元素量の比率が、２〜４ｖｔ％の範囲であるＦｅ２０３
と０．２〜２ｗｔ％の範囲であるＣｅ２０とを添加した
もの、及び更に、０．０５ｖｔ％以下のＣａＯ、又は２
ｗｔ％以下のＳ１０２をムライトａＹｌｏｒカオリンを
原料として添加し、これらを焼結して、焼結後のチタン
酸アルミニウムとルチル又はコランダムの組成がモル比
で１００：０〜５であるチタン酸アルミニウムを主結晶
とするセラミックスとなすことにより、上゛述の従来技
術の問題点を解決するものである． 上記主原料及び補助原料の配合量は、後述の如く充分な
配慮がなされることにより本発明が見い出された． Ｆｅ２Ｏ３及びＣｅＯ２は、共に含有率が高いほど分解
を抑制しＦｅ２Ｏ３を２ｗｔ％以上及びＣｅｏ２をＱ．
２ｗｔ％以上含有することで充分な効果を見い出すこと
ができた． しかしＣｅＯ２の含有率は、スラリーの粘度及び焼結体
の強度，ヤング率に影響を及ぼす，ＣｅＯ２を３ｗｔ％
含有したスラリーはチクソトロピー挙動が著しく、排泥
法により成形すると肉厚の制御が不可能であった（参考
例Ｄ）．またＣ ｅ ．０ ２が２１ｔ％を越えると焼
結時にＣｅＯ２の一部が溶出した．従ってＣｅＯ２は３
ｗｔ％以下が好まし＜２ｗｔ％以下であれば良好なスラ
リー及び焼結体が得られることが分かった． Ｆｅ２０３の含有率は、焼結時の変形に影響をおよぼし
、Ｆｅ２０，の含有率が高くなるほど変形が大きく焼結
時の割れも５＋＋ｔ％以上のものでは特に発生しやすく
なった（参考例Ｅｌ．従ってこれ以下が好まし＜４ｖｔ
％以下であれば変形が少なく焼結時の割れも発生する事
なく良好な焼結体が得られることが分かった． ＳｉＯ２の含有率は、焼結時の変形，焼結体の熱伝導率
，曲げ強度及びヤング率に影響を与える．Ｓｉｎ２の含
有率が高くなるほど焼結時の変形は少なく、更にＳｉｎ
２の添加は焼結時における線収縮率を小さくするため気
孔率が高く熱伝導率は小さくなる．他方曲げ強度１ ヤ
ング率はどちらも高くなり、Ｓｉｎ２の含有率が２ｖｔ
％以上になると鋳ぐるみ時において鋳鉄等の締め付け応
力によりセラミックス内部に過大な応力がかかるためク
ラックが発生したく参考例Ｆ），Ｓｉ○２を添加する場
合、原料粉末としてＳｉｎ．を用いると高温暴！！×験
の結果いずれもチタン酸アルミニウムの分解の促進をし
てしまう結果となったが原料粉末としてカオリンｓＩｄ
／●ｒムライトを用いると分解を抑制することが分かっ
た．従ってＳｉＯ２は原料粉末としてカオリンａＩｄ／
ｏｒムライトを用いなければならない．ＣａＯは、Ｆｅ
ｌｏｎ及びＣｅ０２と共に添加すると分解を抑制する．
しかし０．１ｗｔ％以上含有するとスラリーのチクソト
ロピー挙動が著しく粘度も非常に高いため肉厚の制御が
不可能となった（参考例Ｇ）．従ってそれ以下が好まし
＜０．０５ｗｔ％以下であれば良好なスラリーが得られ
る．またＡｌ２０，，Ｔｉｅ２の配合比は、焼結後の組
成が全てチタン酸アルミニウム，Ｆｅ２Ｔｉ０５Ａ ｌ
ａｓ ｉ ２０ ＋３となすよう配合することにより
分解速度が極小となることがｂかった．上記ＡＩ２０３
及びＴｉｅ２の配合比を変えるとチタン酸アルミニウム
の分解速度は大きくなり、チタン酸アルミニウムとルチ
ル又はコランダムがモル比で１００：〉１０となるもの
では（参考例Ｈ，Ｉ）、チタン酸アルミニウムの分解を
充分抑制することができず１００：０〜５であれば分解
を抑制することが分かった． ［作用］ Ａｌ２０，とＴ ｉ Ｏ２とを主原料とし、補助原料と
して、 Ｆｅ２０，とＣｅ０２、又はＦｅ２０ａとＣｅ
Ｏ２とＣａＯ、又はＦｅ２０３とＣｅ０２とＳｉｏ２を
添加したセラミックス成形体を１５００〜１６００℃ま
で昇温すると各原料は反応しチタン酸アルミニウム及び
固溶体を作ってチタン酸アルミニウムの分解を抑制する
Ｆｅ２Ｔｉ０６、又はＦｅ２ＴｉＯ，とＡ Ｉ ａｓ
ｉ ２０ ＋ｓが合成され結晶が成長する．そして、上
記合成された結晶粒の界面には、ＣｅＯ２、又はＣｅＯ
，とＣａＯ、又はＣｅ０２とＡＩ．Ｓｉ２Ｏ３３が存在
するため、結晶粒の表面を被覆しチタン酸アルミニウム
の分解を抑制するのである．［実施例コ 次に、主原料及び補助原料の配合割合を例示した本発明
の実施例をχ明する． セラミックス原料粉末であるＡＩ２０１．７ｉＯ２，Ｆ
ｅ２０３，Ｃｅ，Ｏ，Ｃａｂ， カオリンａｎｄ／ｏ
ｒムライトを酸化物に換算して第１表の配合比欄に示す
ごとく配合し、水．分散剤，イソプロバノールを加えボ
ールミルにて２０時間混練した後、水，バインダー 消
泡剤を添加しさらに１時間混練を行い脱泡処理し、セラ
ミックス成形用のスラリーを得た．得られたスラリーは
排泥法により第１図に示すような形状に成形を行い乾燥
後、昇１速度１２０℃／ｈｒ， 焼成温度１５００〜
１６００℃で１．５時間保持し焼結を行い、セラミック
ス焼結体を得た． 鋳ぐるみは常温の上記セラミックス焼結体を砂型に装着
し、１４５０℃のＦＣＤ４ ５相当の溶敵鋳鉄を注湯し
行った．適時経過後、解枠し第２図に示すような鋳ぐる
み体を得た． 高温暴露試験は、得られたセラミックス焼結体を大気雰
囲気炉により１１００℃・５０時間加熱保持し、この操
作を１０回繰り返して，総計１１００℃・５００時閏加
熱保持を行い、チタン酸アルミニウムの分解率を調べた
．その結果、チタン酸アルミニウムの分解率が４０％以
下であれば１４００℃の熱衝撃による破壊に耐えうろこ
とが分かった．従って高温暴露試験によるチタン酸アル
ミニウムの分解率は、４０％以下であれば充分であるこ
とが分かる． この時のチタン酸アルミニウムの分解率を第１表に示す
． 第１表に示した結果から明らかなように、実施例に示す
配合により得られたチタン酸アルミニウムを主結晶とし
た焼結体は、分解率が全て４０％以下と低く長期的信頼
性に優れるものである．［発明の効果］ 本発明の鋳ぐるみ用セラミックスは、 ■ １１００℃の高温状態においてもチタン酸アルミニ
ウムの分解が・少なく長期的信頼性に優れるものである
． ■ 排泥法による成形に都合の良い粘度を有するスラリ
ーが得られる． ■ 焼結時の変形が少なく目的形状の焼結体を容易に得
ることができる． ■ 熱膨張係数．ヤング率が小さいので熱応力の一般式
σ＝Ｅα（ｔ−ｔｓ）から明らかなように、セラミック
ス焼結体内部に発生する熱応力は小さく上述の熱衝撃に
充分耐え得る． ■ ヤング率が小さいため鋳鉄等による縞ぐるみが可能
である． の著効を奏で、高温高圧の流体が流れる部品の一部、例
えばエンジンと触媒をつなぐ排気ポート，排気マニホー
ルド・・・・等として用いる上で好適である．
は鋼により鋳ぐるむセラミックスに間し、特に高温高圧
流体が流れる部品の一部、例えばエンジンと触媒をつな
ぐ排気マニホールド，排気ポート，・・・・等に用いる
セラミックスに関するものである． ［従来技術］ 係る鋳ぐるみ用セラミックスは、例えばＡ１２０，とＴ
ｉＯ２とを主原料とし、補助原料としてＦｅｅｏ ｓ，
Ｍ ｇ Ｏ， Ｓ ｉ Ｏ ２， カオリン，
タルク，ムライトの少なくともいずれか一つを添加し、
これらを焼結して得られるセラミックスの提案がなされ
ていた（特開平１−３０１５５９）． 係る鋳ぐるみ用セラミックスは、チタン酸アルミニウム
の分解を抑制する補助原料を添加してあるものの、大き
な応力が発生する形状（例えばエルボ状）のセラミック
スでは、Ｆｅ２０，及びムライトの添加量をすくなくし
なければならず、その効果は不十分となり９００〜１３
００℃の高温下に長時間鳴されるとセラミックスの主成
分であるチタン酸アルミニウムが、熱衝撃に対して弱い
ルチルとコランダムに分解するものであった．従って、
急速な加熱又は冷却が生ずる部品の一部に用いると、セ
ラミックスが破壊する恐れのあるものであった． ［発明が解決しようとするＩＬ 本発明は、前記問題点を解決するものであり、詳述する
と原料の選択ならびにその配合割合を工夫し、この工夫
によりチタン酸アルミニウムが高温下で長時間曝されて
も化学的に安定であり、しかも鋳鉄あるいは鋼（以下鏑
鉄等と呼ぶ）により鋳ぐるみを行うに好適なセラミック
スを得ることにある． ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、Ａｌ２ｏ，とＴｉｏ２とを主原料とし、分解
の抑制に寄与する補助原料として酸化物に換算した金属
元素量の比率が、２〜４ｖｔ％の範囲であるＦｅ２０３
と０．２〜２ｗｔ％の範囲であるＣｅ２０とを添加した
もの、及び更に、０．０５ｖｔ％以下のＣａＯ、又は２
ｗｔ％以下のＳ１０２をムライトａＹｌｏｒカオリンを
原料として添加し、これらを焼結して、焼結後のチタン
酸アルミニウムとルチル又はコランダムの組成がモル比
で１００：０〜５であるチタン酸アルミニウムを主結晶
とするセラミックスとなすことにより、上゛述の従来技
術の問題点を解決するものである． 上記主原料及び補助原料の配合量は、後述の如く充分な
配慮がなされることにより本発明が見い出された． Ｆｅ２Ｏ３及びＣｅＯ２は、共に含有率が高いほど分解
を抑制しＦｅ２Ｏ３を２ｗｔ％以上及びＣｅｏ２をＱ．
２ｗｔ％以上含有することで充分な効果を見い出すこと
ができた． しかしＣｅＯ２の含有率は、スラリーの粘度及び焼結体
の強度，ヤング率に影響を及ぼす，ＣｅＯ２を３ｗｔ％
含有したスラリーはチクソトロピー挙動が著しく、排泥
法により成形すると肉厚の制御が不可能であった（参考
例Ｄ）．またＣ ｅ ．０ ２が２１ｔ％を越えると焼
結時にＣｅＯ２の一部が溶出した．従ってＣｅＯ２は３
ｗｔ％以下が好まし＜２ｗｔ％以下であれば良好なスラ
リー及び焼結体が得られることが分かった． Ｆｅ２０３の含有率は、焼結時の変形に影響をおよぼし
、Ｆｅ２０，の含有率が高くなるほど変形が大きく焼結
時の割れも５＋＋ｔ％以上のものでは特に発生しやすく
なった（参考例Ｅｌ．従ってこれ以下が好まし＜４ｖｔ
％以下であれば変形が少なく焼結時の割れも発生する事
なく良好な焼結体が得られることが分かった． ＳｉＯ２の含有率は、焼結時の変形，焼結体の熱伝導率
，曲げ強度及びヤング率に影響を与える．Ｓｉｎ２の含
有率が高くなるほど焼結時の変形は少なく、更にＳｉｎ
２の添加は焼結時における線収縮率を小さくするため気
孔率が高く熱伝導率は小さくなる．他方曲げ強度１ ヤ
ング率はどちらも高くなり、Ｓｉｎ２の含有率が２ｖｔ
％以上になると鋳ぐるみ時において鋳鉄等の締め付け応
力によりセラミックス内部に過大な応力がかかるためク
ラックが発生したく参考例Ｆ），Ｓｉ○２を添加する場
合、原料粉末としてＳｉｎ．を用いると高温暴！！×験
の結果いずれもチタン酸アルミニウムの分解の促進をし
てしまう結果となったが原料粉末としてカオリンｓＩｄ
／●ｒムライトを用いると分解を抑制することが分かっ
た．従ってＳｉＯ２は原料粉末としてカオリンａＩｄ／
ｏｒムライトを用いなければならない．ＣａＯは、Ｆｅ
ｌｏｎ及びＣｅ０２と共に添加すると分解を抑制する．
しかし０．１ｗｔ％以上含有するとスラリーのチクソト
ロピー挙動が著しく粘度も非常に高いため肉厚の制御が
不可能となった（参考例Ｇ）．従ってそれ以下が好まし
＜０．０５ｗｔ％以下であれば良好なスラリーが得られ
る．またＡｌ２０，，Ｔｉｅ２の配合比は、焼結後の組
成が全てチタン酸アルミニウム，Ｆｅ２Ｔｉ０５Ａ ｌ
ａｓ ｉ ２０ ＋３となすよう配合することにより
分解速度が極小となることがｂかった．上記ＡＩ２０３
及びＴｉｅ２の配合比を変えるとチタン酸アルミニウム
の分解速度は大きくなり、チタン酸アルミニウムとルチ
ル又はコランダムがモル比で１００：〉１０となるもの
では（参考例Ｈ，Ｉ）、チタン酸アルミニウムの分解を
充分抑制することができず１００：０〜５であれば分解
を抑制することが分かった． ［作用］ Ａｌ２０，とＴ ｉ Ｏ２とを主原料とし、補助原料と
して、 Ｆｅ２０，とＣｅ０２、又はＦｅ２０ａとＣｅ
Ｏ２とＣａＯ、又はＦｅ２０３とＣｅ０２とＳｉｏ２を
添加したセラミックス成形体を１５００〜１６００℃ま
で昇温すると各原料は反応しチタン酸アルミニウム及び
固溶体を作ってチタン酸アルミニウムの分解を抑制する
Ｆｅ２Ｔｉ０６、又はＦｅ２ＴｉＯ，とＡ Ｉ ａｓ
ｉ ２０ ＋ｓが合成され結晶が成長する．そして、上
記合成された結晶粒の界面には、ＣｅＯ２、又はＣｅＯ
，とＣａＯ、又はＣｅ０２とＡＩ．Ｓｉ２Ｏ３３が存在
するため、結晶粒の表面を被覆しチタン酸アルミニウム
の分解を抑制するのである．［実施例コ 次に、主原料及び補助原料の配合割合を例示した本発明
の実施例をχ明する． セラミックス原料粉末であるＡＩ２０１．７ｉＯ２，Ｆ
ｅ２０３，Ｃｅ，Ｏ，Ｃａｂ， カオリンａｎｄ／ｏ
ｒムライトを酸化物に換算して第１表の配合比欄に示す
ごとく配合し、水．分散剤，イソプロバノールを加えボ
ールミルにて２０時間混練した後、水，バインダー 消
泡剤を添加しさらに１時間混練を行い脱泡処理し、セラ
ミックス成形用のスラリーを得た．得られたスラリーは
排泥法により第１図に示すような形状に成形を行い乾燥
後、昇１速度１２０℃／ｈｒ， 焼成温度１５００〜
１６００℃で１．５時間保持し焼結を行い、セラミック
ス焼結体を得た． 鋳ぐるみは常温の上記セラミックス焼結体を砂型に装着
し、１４５０℃のＦＣＤ４ ５相当の溶敵鋳鉄を注湯し
行った．適時経過後、解枠し第２図に示すような鋳ぐる
み体を得た． 高温暴露試験は、得られたセラミックス焼結体を大気雰
囲気炉により１１００℃・５０時間加熱保持し、この操
作を１０回繰り返して，総計１１００℃・５００時閏加
熱保持を行い、チタン酸アルミニウムの分解率を調べた
．その結果、チタン酸アルミニウムの分解率が４０％以
下であれば１４００℃の熱衝撃による破壊に耐えうろこ
とが分かった．従って高温暴露試験によるチタン酸アル
ミニウムの分解率は、４０％以下であれば充分であるこ
とが分かる． この時のチタン酸アルミニウムの分解率を第１表に示す
． 第１表に示した結果から明らかなように、実施例に示す
配合により得られたチタン酸アルミニウムを主結晶とし
た焼結体は、分解率が全て４０％以下と低く長期的信頼
性に優れるものである．［発明の効果］ 本発明の鋳ぐるみ用セラミックスは、 ■ １１００℃の高温状態においてもチタン酸アルミニ
ウムの分解が・少なく長期的信頼性に優れるものである
． ■ 排泥法による成形に都合の良い粘度を有するスラリ
ーが得られる． ■ 焼結時の変形が少なく目的形状の焼結体を容易に得
ることができる． ■ 熱膨張係数．ヤング率が小さいので熱応力の一般式
σ＝Ｅα（ｔ−ｔｓ）から明らかなように、セラミック
ス焼結体内部に発生する熱応力は小さく上述の熱衝撃に
充分耐え得る． ■ ヤング率が小さいため鋳鉄等による縞ぐるみが可能
である． の著効を奏で、高温高圧の流体が流れる部品の一部、例
えばエンジンと触媒をつなぐ排気ポート，排気マニホー
ルド・・・・等として用いる上で好適である．
第１図はセラミックス成形体の断面図、第２図は鋳ぐる
み体の断面図である． １・・・・セラミックス成形体 ２・・・・セラミック
ス焼結体 ３・・・・鋳鉄等
み体の断面図である． １・・・・セラミックス成形体 ２・・・・セラミック
ス焼結体 ３・・・・鋳鉄等
Claims (3)
- （１）Ａｌ＿２Ｏ＿３とＴｉＯ＿２とを主原料とし、補
助原料として酸化物に換算した金属元素量の比率が、２
〜４ｗｔ％であるＦｅ＿２Ｏ＿３と０．２〜２ｗｔ％で
あるＣｅＯ＿２とを添加し、これらを焼結して焼結後の
チタン酸アルミニウムとルチル又はコランダムの組成が
、モル比で１００：０〜５である、チタン酸アルミニウ
ムが主結晶であることを特徴とする鋳ぐるみ用セラミッ
クス。 - （２）補助原料として、さらにＣａＯを０〜０．０５ｗ
ｔ％の範囲で添加することを特徴とする第１項記載の鋳
ぐるみ用セラミックス。 - （３）補助原料として、さらにＳｉＯ＿２をムライトａ
ｎｄ／ｏｒカオリンを原料として０〜２ｗｔ％の範囲で
添加することを特徴とする第１項記載の鋳ぐるみ用セラ
ミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011482A JPH03215352A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 鋳ぐるみ用セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011482A JPH03215352A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 鋳ぐるみ用セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215352A true JPH03215352A (ja) | 1991-09-20 |
Family
ID=11779272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011482A Pending JPH03215352A (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 鋳ぐるみ用セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03215352A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012176888A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 住友化学株式会社 | チタン酸アルミニウム系セラミックス及び成形体 |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP2011482A patent/JPH03215352A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012176888A1 (ja) * | 2011-06-24 | 2012-12-27 | 住友化学株式会社 | チタン酸アルミニウム系セラミックス及び成形体 |
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