JPH04130053A - Ceramics having low thermal expandability and its production - Google Patents

Ceramics having low thermal expandability and its production

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JPH04130053A
JPH04130053A JP2248329A JP24832990A JPH04130053A JP H04130053 A JPH04130053 A JP H04130053A JP 2248329 A JP2248329 A JP 2248329A JP 24832990 A JP24832990 A JP 24832990A JP H04130053 A JPH04130053 A JP H04130053A
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JP
Japan
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ceramics
zircon
particles
zircon particles
thermal expansion
Prior art date
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Application number
JP2248329A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukumizu
浩史 福水
Isozou Kubota
久保田 五十蔵
Tatsuya Nagata
達也 永田
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Inax Corp
Original Assignee
Inax Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enhance strength without deteriorating thermal shock resistance by mixing starting materials for lithia-based ceramics with a specified amt. of zircon particles and firing the mixture. CONSTITUTION:Starting materials for lithia-based ceramics are mixed with 100wt.% zircon particles of <=5mum particle size on the basis of the amt. of the starting materials and the mixture is calcined to obtain ceramics contg. zircon particles dispersed in the matrix.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は低熱膨張セラミックスに関し、詳しくは強度
向上のための技術手段に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to low thermal expansion ceramics, and more particularly to technical means for improving strength.

(従来の技術) 耐熱衝撃性を有する低熱膨張のセラミックスとして、従
来、チタン酸アルミニウムセラミックス、コーディエラ
イトセラミックス、リチアセラミックス等が知られてい
る。この内チタン酸アルミニウムセラミックスは、熱膨
張が非常に小さく耐熱衝撃性、耐熱性に優れているもの
の、緻密な焼結体を得ることができず、このため曲げ強
度500 kgf/cm2以上のものを製造することが
困難で、このために使用目的、範囲が大きく制約される
といった難点がある。
(Prior Art) Aluminum titanate ceramics, cordierite ceramics, lithium ceramics, and the like are conventionally known as low thermal expansion ceramics having thermal shock resistance. Among these, aluminum titanate ceramics has a very small thermal expansion and excellent thermal shock resistance and heat resistance, but it is not possible to obtain a dense sintered body, and therefore, it is difficult to obtain a dense sintered body. It is difficult to manufacture, which greatly limits the purpose and scope of its use.

一部コーディエライトセラミックスの場合、曲げ強度的
1000 kgf/c■2程度の比較的強いものを得る
ことができる反面、このコーディエライトセラミックス
は、熱膨張係数が約1.6〜2.0X10−6℃−1と
やや大きい欠点がある。
In the case of some cordierite ceramics, it is possible to obtain relatively strong bending strength of about 1000 kgf/c2, but on the other hand, this cordierite ceramic has a thermal expansion coefficient of about 1.6 to 2.0 x 10. It has a rather large drawback of -6°C-1.

これに対してβ−スポジューメン、β−ユークリプタイ
ト、β−石英固溶体等のりチアセラミックスは熱膨張が
非常に小さく、このことがら窯炉加熱部品9点火栓碍子
等の耐熱衝撃部品として使用され、或いは電気調理器天
板としての用途が考えられている。
On the other hand, glue ceramics such as β-spodumene, β-eucryptite, and β-quartz solid solution have very small thermal expansion, and because of this, they are used as thermal shock-resistant parts such as kiln heating parts 9 and spark plug insulators. Alternatively, it is being considered for use as a top plate for an electric cooker.

しかしながらかかるリチアセラミックスの場合、一般に
曲げ強度が約700 kgf/c■2と小さく、強度的
に弱いために、実際の使用に際してこれが使用目的、利
用分野を大きく制約してしまう問題があった。
However, in the case of such lithia ceramics, the bending strength is generally as low as about 700 kgf/c2, and the strength is weak, so that there is a problem that this greatly limits the purpose and field of use in actual use.

以上のように従来、耐衝撃性に優れ且つ強度においても
優れたセラミックス材料が提供されていなかったという
のが実情である。
As described above, the current situation is that ceramic materials with excellent impact resistance and strength have not been provided.

(課題を解決するための手段) 本発明はこのような事情のもとに成されたもので、その
目的は耐熱衝撃性1強度に優れたセラミックス材料を提
供することにあり、その要旨は、リチア系セラミックス
の原料に粒径5uLm以下のジルコン粒子を、該原料を
基準として100重量%以下の量で加えて均一に混合し
、焼成して素地中に該ジルコン粒子を分散させることに
ある。
(Means for Solving the Problems) The present invention was made under the above circumstances, and its purpose is to provide a ceramic material that is excellent in thermal shock resistance and strength, and its gist is as follows: The purpose is to add zircon particles with a particle size of 5 uLm or less to a raw material of lithium ceramics in an amount of 100% by weight or less based on the raw material, mix uniformly, and fire to disperse the zircon particles in the matrix.

(作用及び発明の効果) 本発明に従ってセラミックスを製造した場合、リチアセ
ラミ−7クスの有する耐熱衝撃性をそれ程低下させるこ
となく、強度を効果的に向上させ得ることが確認されて
いる。その理由については以下の点にあるものと考えら
れている。
(Functions and Effects of the Invention) It has been confirmed that when ceramics are produced according to the present invention, the strength can be effectively improved without significantly reducing the thermal shock resistance of Lithia Ceramic-7. The reasons for this are thought to be as follows.

一般にセラミックスを強化する方法として(イ)セラミ
ックス素地の気孔率を小さくしたり、セラミックス粒子
の粒成長を抑制する方法。
In general, methods for strengthening ceramics include (a) reducing the porosity of the ceramic base and suppressing the grain growth of ceramic particles;

(rl)強化材としての繊維を複合化したり、素地のマ
トリックス粒子中に他の粒子を分散させたり、或いは素
地の表面に釉層を形成する等の複合化による方法とが知
られている。
(rl) Composite methods are known, such as compositing fibers as reinforcing materials, dispersing other particles in the matrix particles of the substrate, or forming a glaze layer on the surface of the substrate.

本発明に従ってセラミックスを製造した場合上記の(イ
)と(ロ)の両方とによってセラミックスの強化が行わ
れるものと考えられる。即ち加えられたジルコン粒子が
、リチアセラミックスのマトリックス粒子中に分散して
マトリックス粒子の粒成長を抑制し、以てマトリックス
粒子の粒を小さく制御する働きを成すのと併せて、素地
中に分散したジルコン粒子が、その分散による効果によ
って素地中に発生するマイクロクラ7りやその成長を抑
制し、これら両機構に基づいてリチアセラミックスの強
度が向上するものと考えられる。
When ceramics are manufactured according to the present invention, it is considered that the ceramics are strengthened by both of the above (a) and (b). That is, the added zircon particles are dispersed in the matrix particles of lithium ceramics and suppress the grain growth of the matrix particles, thereby controlling the size of the matrix particles. It is believed that the zircon particles suppress microcracks generated in the matrix and their growth due to their dispersion, and the strength of lithium ceramics is improved based on both of these mechanisms.

尚、素地強化のために添加する物質としては、上記ジル
コン粒子以外のものも考えられる。しかしながらジルコ
ン粒子の場合、他の添加物質に比べて次の利点を有して
いる。第一に、ジルコン粒子は焼成過程で分解すること
なく残り、セラミックス素地の強化に関与することがで
きる。第二に、ジルコンは熱膨張係数が4.5X10−
6℃程度と他の添加物質に比べて小さく、従ってこれを
添加することによってリチアセラミックスの有する低熱
膨張性をそれ程損なわない。
In addition, substances other than the above-mentioned zircon particles can be considered as substances added to strengthen the base. However, zircon particles have the following advantages over other additives. First, the zircon particles remain undecomposed during the firing process and can participate in strengthening the ceramic matrix. Second, zircon has a coefficient of thermal expansion of 4.5X10-
The temperature is about 6° C., which is small compared to other additives, so adding it does not significantly impair the low thermal expansion property of lithium ceramics.

本発明においては、ジルコン粒子の添加量を100重量
%(外割り)以下とすることが必要である。
In the present invention, it is necessary that the amount of zircon particles added be 100% by weight or less (external division).

ジルコン粒子をセラミックス原料に混合し、焼結すると
、焼成物の熱膨張係数はその添加量の増大につれて大き
くなる。これに対して素地の強度は、ジルコン粒子を添
加すると増大するものの、ある添加量でその効果は飽和
し、それ以上鉄加しても強度はそれ程増大せず、熱膨張
係数のみが大きくなっていく、その飽和に達するのが1
00重量%程度であり、そこで本発明ではジルコン粒子
の添加量(又は含有量)を100重量%以下に抑制する
ようにしている。
When zircon particles are mixed into a ceramic raw material and sintered, the coefficient of thermal expansion of the fired product increases as the amount added increases. On the other hand, although the strength of the base material increases when zircon particles are added, the effect saturates at a certain amount, and adding more iron does not significantly increase the strength, only the coefficient of thermal expansion increases. It is 1 to reach that saturation.
Therefore, in the present invention, the amount (or content) of zircon particles added is suppressed to 100% by weight or less.

本発明では、また、ジルコン粒子の粒径を5μm以下と
することを条件としている。
The present invention also requires that the particle size of the zircon particles be 5 μm or less.

リチアセラミックス中にジルコン粒子を分散させるとセ
ラミックスの強度が増大するが、その効果は粒径が54
m以下において顕著に表われることが実験にて確認され
ている。その理由は、ジルコン粒子として5pm以下の
小さいものを採用することにより、ジルコン粒子を良好
に分散させることができ、以てマイクロクラックの発生
や成長を効果的に抑制できるとともに、マトリックス粒
子の粒成長も効果高く抑制できることによるものと考え
られる。そこで本発明では、ジルコン粒子として57t
m以下のものを用いるようにしているのである。
Dispersing zircon particles in lithium ceramics increases the strength of the ceramics, but this effect is only noticeable when the particle size is 54 mm.
It has been confirmed through experiments that this effect is noticeable at m or less. The reason for this is that by using small zircon particles of 5 pm or less, the zircon particles can be dispersed well, thereby effectively suppressing the generation and growth of microcracks, and the growth of matrix particles. This is thought to be due to the fact that it can also be suppressed very effectively. Therefore, in the present invention, as zircon particles, 57t
We try to use one with a value less than m.

(実施例) 次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。
(Example) Next, in order to further clarify the characteristics of the present invention, examples thereof will be described in detail below.

[実施例1] 第1表に示す組成のベタライト、ガラス、粘土をそれぞ
れ同表に示す割合で用い、更にこれに粒径2pmのジル
コン粒子を第2表に示す種々割合(外割り)で添加した
ものを均一に混合して焼成し、リチアセラミックスを得
た。得られたセラミックスの緒特性を調査した結果が第
2表及び第1図に示しである。
[Example 1] Betalite, glass, and clay having the composition shown in Table 1 were used in the proportions shown in the same table, and zircon particles with a particle size of 2 pm were added thereto in various proportions (outer division) shown in Table 2. The resulting mixture was uniformly mixed and fired to obtain Lithia ceramics. The results of investigating the properties of the obtained ceramics are shown in Table 2 and Figure 1.

(以下余白) 第2表:ジルコン添加量(外割り9重量%)と各物性と
の関係この結果から、ジルコンを添加することにより、
また添加量を増すに連れて曲げ強度か増大し、またこれ
に伴なって熱膨張係数も増大すること、その熱膨張係数
はジルコンの添加量か増すに従って増大するか、曲げ強
度はジルコンを100%添加したところてほぼ飽和点に
達し、以後はジルコン添加量を多くしても殆ど増大しな
いこと、従ってジルコンを100%より多く添加した場
合、熱膨張係数と曲げ強度との両方の性質が関与する耐
熱衝撃性か急激に低下すること等が分かる。
(Left below) Table 2: Relationship between the amount of zircon added (9% by weight) and each physical property From this result, by adding zircon,
In addition, as the amount of zircon added increases, the bending strength increases, and the coefficient of thermal expansion increases accordingly.The coefficient of thermal expansion increases as the amount of zircon added increases. %, it almost reaches the saturation point, and after that, there is almost no increase even if the amount of zircon added is increased.Therefore, if more than 100% zircon is added, both the thermal expansion coefficient and bending strength are involved. It can be seen that the thermal shock resistance decreases rapidly.

[実施例2] 実施例1と同様のりチアセラミックス用原料に粒径の種
々異なるジルコン粒子を種々添加量で添加し、その混合
物を焼成してセラミックスを得、特性を調査した。結果
が第3表、第2図に示しである。
[Example 2] Zircon particles having various particle sizes were added in various amounts to the same raw material for glue chia ceramics as in Example 1, and the mixture was fired to obtain ceramics, and the properties were investigated. The results are shown in Table 3 and Figure 2.

(以下余白) これらの結果に見られるように、ジルコン粒子の粒径を
5μm以下とすることにより、曲げ強度をより効果的に
向上させることかてきる。これはジルコン添加によって
マトリックス中のマイクロクラックの発生、成長が抑制
されることに加えて1粒径5ILm以下の場合にマトリ
ックス粒子の粒成長に対する抑制効果が表われ、従って
マトリックス粒子の粒径か小さく抑えられることによる
ものと考えられる。
(The following is a blank space) As seen in these results, the bending strength can be improved more effectively by setting the particle size of the zircon particles to 5 μm or less. This is because the addition of zircon not only suppresses the generation and growth of microcracks in the matrix, but also suppresses the grain growth of matrix particles when the grain size is 5 ILm or less. This is thought to be due to being suppressed.

以上本発明の実施例を詳述したか、これはあくまで−例
示であって、本発明はそのニーを逸脱しない範囲におい
て、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた態様で実
施可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, they are merely illustrative, and the present invention can be practiced with various modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the invention. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例において得られたジルコン添
加量と熱膨張係数又は耐熱衝撃性との関係を示す図、第
2図は本発明の他の実施例において得られたジルコン添
加量又はジルコン粒径と曲げ強度との関係を表わす図で
ある。 特許出願人  株式会社 イ す ッ り ス第 図 ジルコン添カロ量(@/a ) 第 図 (A) ジルコン玩7JO! (’/、) (B) ジルコ4粒径 (μm)
Figure 1 is a diagram showing the relationship between the amount of zircon added and the coefficient of thermal expansion or thermal shock resistance obtained in one example of the present invention, and Figure 2 is the amount of zircon added obtained in another example of the present invention. Alternatively, it is a diagram showing the relationship between zircon particle size and bending strength. Patent Applicant Isris Co., Ltd. Diagram Calories Added with Zircon (@/a) Diagram (A) Zircon Toy 7JO! ('/,) (B) Zirco 4 particle size (μm)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)リチア系セラミックスの原料に粒径5μm以下の
ジルコン粒子を、該原料を基準として100重量%以下
の量で加えて均一に混合し、焼成することを特徴とする
低熱膨張セラミックスの製造方法。
(1) A method for producing low thermal expansion ceramics, which comprises adding zircon particles with a particle size of 5 μm or less to a raw material for lithium ceramics in an amount of 100% by weight or less based on the raw material, mixing uniformly, and firing. .
(2)リチア系セラミックスの原料に粒径5μm以下の
ジルコン粒子を、該原料を基準として100重量%以下
の量で加えて均一に混合し、焼成することによって素地
中に該ジルコン粒子を分散せしめて成る低熱膨張セラミ
ックス。
(2) Zircon particles with a particle size of 5 μm or less are added to the raw material of lithium ceramics in an amount of 100% by weight or less based on the raw material, mixed uniformly, and fired to disperse the zircon particles in the base material. A low thermal expansion ceramic made of
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