JPH054859A - リン酸ジルコニウムセラミツクス材料及びその製造方法 - Google Patents
リン酸ジルコニウムセラミツクス材料及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH054859A JPH054859A JP3180115A JP18011591A JPH054859A JP H054859 A JPH054859 A JP H054859A JP 3180115 A JP3180115 A JP 3180115A JP 18011591 A JP18011591 A JP 18011591A JP H054859 A JPH054859 A JP H054859A
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- JP
- Japan
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- zirconium phosphate
- mgo
- talc
- heat insulating
- ceramic material
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】内燃機関等の高温に曝される部所に用いられる
断熱材として、従来の窒化珪素、チタン酸アルミニウム
系の断熱材に比し低熱伝導率及び機械的強度の優れたリ
ン酸ジルコニウムセラミックス材料とその製造方法を提
供する。 【構成】リン酸ジルコニウム（例えばＺｒＯ２＋ＨｆＯ
２６３．７％、Ｐ２Ｏ５３５．６％，Ａｌ２Ｏ３０．１
％以下、ＳｉＯ２０．１％以下、ＳｉＯ２０．１％以
下、Ｆｅ２Ｏ３０．１％以下、ＭｇＯ０．１％以下のも
の）とタルクをボールミルにて混合した後、石膏型にス
ラリーを流しこんで成型し、１３００℃にて焼成する。
断熱材として、従来の窒化珪素、チタン酸アルミニウム
系の断熱材に比し低熱伝導率及び機械的強度の優れたリ
ン酸ジルコニウムセラミックス材料とその製造方法を提
供する。 【構成】リン酸ジルコニウム（例えばＺｒＯ２＋ＨｆＯ
２６３．７％、Ｐ２Ｏ５３５．６％，Ａｌ２Ｏ３０．１
％以下、ＳｉＯ２０．１％以下、ＳｉＯ２０．１％以
下、Ｆｅ２Ｏ３０．１％以下、ＭｇＯ０．１％以下のも
の）とタルクをボールミルにて混合した後、石膏型にス
ラリーを流しこんで成型し、１３００℃にて焼成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用の断熱材と
して、低熱伝導率を有し、高温強度の大きいリン酸ジル
コニウムセラミックス材料とその製造方法に関するもの
である。
して、低熱伝導率を有し、高温強度の大きいリン酸ジル
コニウムセラミックス材料とその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の冷却装置を有する副燃焼式ディー
ゼルエンジンでは、エンジン始動直後等のエンジン本体
がまだ充分に暖機されていない状態にあっては、特に、
副燃焼室の内部温度が低温状態にあるために副燃焼室の
内部に噴射された燃料が不完全燃焼状態となり、白煙と
なって排出されたり、あるいは、炭化水素（ＨＣ）の排
出量が増加するという問題があった。
ゼルエンジンでは、エンジン始動直後等のエンジン本体
がまだ充分に暖機されていない状態にあっては、特に、
副燃焼室の内部温度が低温状態にあるために副燃焼室の
内部に噴射された燃料が不完全燃焼状態となり、白煙と
なって排出されたり、あるいは、炭化水素（ＨＣ）の排
出量が増加するという問題があった。
【０００３】そこで、この問題を解決する手法として、
副燃焼室の内壁を熱伝導率が小さい断熱層にて被覆する
ことにより、該副燃焼室の内部温度を高めて前記白煙及
び炭化水素（ＨＣ）の排出量を低減した断熱エンジンが
数多く提案されている。
副燃焼室の内壁を熱伝導率が小さい断熱層にて被覆する
ことにより、該副燃焼室の内部温度を高めて前記白煙及
び炭化水素（ＨＣ）の排出量を低減した断熱エンジンが
数多く提案されている。
【０００４】しかしながら、従来、提案されている断熱
エンジンでは、副燃焼室の内壁を被覆する断熱層を形成
する材料に、高温強度に優れた窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
を使用しているが、該窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の熱伝導
率は０．０５cal ／cm.sec.℃程度であり、充分な断熱
性を期待することができなかった。また、低熱伝導率材
料としてよく知られているチタン酸アルミニウムの熱伝
導率は０．０００４cal ／cm.sec. ℃であり充分な断熱
性を有しているが、機械的強度が劣るために使用できる
部所が制限されたり、機械的強度を補強するためには金
属等で鋳包むなどの手段を施さなければならなかった。
また、チタン酸アルミニウムは多孔質である欠点も有し
ている。
エンジンでは、副燃焼室の内壁を被覆する断熱層を形成
する材料に、高温強度に優れた窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
を使用しているが、該窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）の熱伝導
率は０．０５cal ／cm.sec.℃程度であり、充分な断熱
性を期待することができなかった。また、低熱伝導率材
料としてよく知られているチタン酸アルミニウムの熱伝
導率は０．０００４cal ／cm.sec. ℃であり充分な断熱
性を有しているが、機械的強度が劣るために使用できる
部所が制限されたり、機械的強度を補強するためには金
属等で鋳包むなどの手段を施さなければならなかった。
また、チタン酸アルミニウムは多孔質である欠点も有し
ている。
【０００５】そこで、副燃焼室の内壁を多孔質のチタン
酸アルミニウムで形成し、機械加工を施した後、多孔質
の部分の開口気孔部にセラミックス懸濁液等を含浸させ
気密性と強度を向上させた内燃機関のセラミックス副燃
焼室が実公昭６３−１６５４３号公報に記載されてい
る。
酸アルミニウムで形成し、機械加工を施した後、多孔質
の部分の開口気孔部にセラミックス懸濁液等を含浸させ
気密性と強度を向上させた内燃機関のセラミックス副燃
焼室が実公昭６３−１６５４３号公報に記載されてい
る。
【０００６】また、副燃焼室の内壁部を窒化珪素にて形
成し、該内壁部の外周をチタン酸アルミニウムにて被覆
することにより断熱性を確保し、強度及び気密性を保持
する副燃焼室が提案されている。ところで、前記実公昭
６３−１６５４３号公報に記載されている内燃機関のセ
ラミックス副燃焼室は機械的強度と気密性を確保しよう
としているものの、セラミックスマトリスはチタン酸ア
ルミニウムであるから本質的に機械的強度の向上は制限
される。
成し、該内壁部の外周をチタン酸アルミニウムにて被覆
することにより断熱性を確保し、強度及び気密性を保持
する副燃焼室が提案されている。ところで、前記実公昭
６３−１６５４３号公報に記載されている内燃機関のセ
ラミックス副燃焼室は機械的強度と気密性を確保しよう
としているものの、セラミックスマトリスはチタン酸ア
ルミニウムであるから本質的に機械的強度の向上は制限
される。
【０００７】また、窒化珪素と組み合わせて機械的強度
の向上と気密性を持たせるための試みも窒化珪素の焼成
温度が約１７５０℃であり、チタン酸アルミニウムの焼
成温度が約１３００〜１６００℃と両者に差があるため
に窒化珪素とチタン酸アルミニウムとを同時に焼成する
ことは極めて困難である。さらに、窒化珪素とチタン酸
アルミニウムとの接合面で両者は反応して適切な二重構
造を形成することができない。
の向上と気密性を持たせるための試みも窒化珪素の焼成
温度が約１７５０℃であり、チタン酸アルミニウムの焼
成温度が約１３００〜１６００℃と両者に差があるため
に窒化珪素とチタン酸アルミニウムとを同時に焼成する
ことは極めて困難である。さらに、窒化珪素とチタン酸
アルミニウムとの接合面で両者は反応して適切な二重構
造を形成することができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
内燃機関に用いられている断熱材は、断熱性はよいが機
械的強度が低いために熱応力、その他の原因で破壊し易
いという欠点を有する。
内燃機関に用いられている断熱材は、断熱性はよいが機
械的強度が低いために熱応力、その他の原因で破壊し易
いという欠点を有する。
【０００９】本発明は、上述のような従来の欠点を解消
しようとするものであり、内燃機関の副燃焼室などの断
熱層とした場合でも激しい熱応力に絶える機械的強度と
低熱伝導率を有する耐熱衝撃性リン酸ジルコニウムセラ
ミックス材料及びその製造方法を提供することを目的と
する。
しようとするものであり、内燃機関の副燃焼室などの断
熱層とした場合でも激しい熱応力に絶える機械的強度と
低熱伝導率を有する耐熱衝撃性リン酸ジルコニウムセラ
ミックス材料及びその製造方法を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願発明は、リン酸ジルコニウムの物性（耐熱温度
が１６００℃と高く、強度が２０kg／mm2 であり、熱膨
張率は１〜２×１０-6／℃であり、熱伝導率は、０．０
０４〜０．００７cal ／cm.sec. ℃と低い）に着目し、
内燃機関の、例えば、副燃焼室の内壁を被覆する新たな
断熱材として、リン酸ジルコニウム系セラミックス材料
を開発した。
に、本願発明は、リン酸ジルコニウムの物性（耐熱温度
が１６００℃と高く、強度が２０kg／mm2 であり、熱膨
張率は１〜２×１０-6／℃であり、熱伝導率は、０．０
０４〜０．００７cal ／cm.sec. ℃と低い）に着目し、
内燃機関の、例えば、副燃焼室の内壁を被覆する新たな
断熱材として、リン酸ジルコニウム系セラミックス材料
を開発した。
【００１１】そして、本発明のリン酸ジルコニウムセラ
ミックス材料の製造方法は、リン酸ジルコニウム粉末と
タルクとを混合し、成形、焼結工程を経てリン酸ジルコ
ニウムセラミックス材料を製造する。
ミックス材料の製造方法は、リン酸ジルコニウム粉末と
タルクとを混合し、成形、焼結工程を経てリン酸ジルコ
ニウムセラミックス材料を製造する。
【００１２】
【実施例】次に、本発明におけるリン酸ジルコニウムセ
ラミック材料の製造方法とそれによって得られたリン酸
ジルコニウムセラミックス材料について説明する。
ラミック材料の製造方法とそれによって得られたリン酸
ジルコニウムセラミックス材料について説明する。
【００１３】実施例１
リン酸ジルコニウム（ＺｒＯ）2 Ｐ2 Ｏ7 の粉末９５ｗ
ｔ％とタルク５ｗｔ％をボールミルに入れ、さらに、そ
れらの粉末１００に対し、３５％の水と５％の分散材Ｄ
−３０５（中京油脂製）を加えて１６時間ボールミル混
合を行った。使用したリン酸ジルコニウムとタルクの組
成は図１の図表図にも示したように次のとおりである。
ｔ％とタルク５ｗｔ％をボールミルに入れ、さらに、そ
れらの粉末１００に対し、３５％の水と５％の分散材Ｄ
−３０５（中京油脂製）を加えて１６時間ボールミル混
合を行った。使用したリン酸ジルコニウムとタルクの組
成は図１の図表図にも示したように次のとおりである。
【００１４】リン酸ジルコニウム（ＺｒＯ2 ＋ＨｆＯ
2 、６３．７％、Ｐ2 Ｏ5 、３５．６％、Ａｌ2 Ｏ3 、
０．１０％以下、ＳｉＯ2 、０．１０％以下、Ｆｅ2 Ｏ
3 、０．１０％以下、ＭｇＯ、０．１０％以下）、タル
ク（ＳｉＯ2 、５４．７％、ＭｇＯ、３３．４％、Ａｌ
2 Ｏ3 、１．３３％、Ｆｅ2 Ｏ3 、０．２１％、Ｃａ
Ｏ、１．４２％）。
2 、６３．７％、Ｐ2 Ｏ5 、３５．６％、Ａｌ2 Ｏ3 、
０．１０％以下、ＳｉＯ2 、０．１０％以下、Ｆｅ2 Ｏ
3 、０．１０％以下、ＭｇＯ、０．１０％以下）、タル
ク（ＳｉＯ2 、５４．７％、ＭｇＯ、３３．４％、Ａｌ
2 Ｏ3 、１．３３％、Ｆｅ2 Ｏ3 、０．２１％、Ｃａ
Ｏ、１．４２％）。
【００１５】これらをボールミルにて混合した後、石膏
型にスラリーを流し込んで成型し、その後１３００℃に
て焼成して本発明のリン酸ジルコニウムセラミックス材
料を作製する。ところで、リン酸ジルコニウムは単味で
は焼結が難しく、ＳｉＯ2 やＭｇＯやＴｉＯ2 等の焼結
助剤が必要であるが、このうち、ＭｇＯの焼結助剤が熱
膨張のヒステリシスも小さく、緻密化も容易で最適であ
った。しかし、原材料を混合する際に添加する分散材と
ＭｇＯが反応して成型に最適なスラリーは得られなかっ
た。
型にスラリーを流し込んで成型し、その後１３００℃に
て焼成して本発明のリン酸ジルコニウムセラミックス材
料を作製する。ところで、リン酸ジルコニウムは単味で
は焼結が難しく、ＳｉＯ2 やＭｇＯやＴｉＯ2 等の焼結
助剤が必要であるが、このうち、ＭｇＯの焼結助剤が熱
膨張のヒステリシスも小さく、緻密化も容易で最適であ
った。しかし、原材料を混合する際に添加する分散材と
ＭｇＯが反応して成型に最適なスラリーは得られなかっ
た。
【００１６】しかし、本発明は、前記したように、リン
酸ジルコニウムセラミックス材料を容易に成型し、かつ
容易に焼結しえて、さらに機械的強度を向上しうる焼結
助剤として、分散材と反応せずに、しかも焼結を促進さ
せるために不可欠であるＭｇＯとＳｉＯ2 を含む鉱物で
あるタルクを混合させることにより、高温強度が大き
く、低熱伝導率を有するリン酸ジルコニウムセラミック
ス材料を作製できた。
酸ジルコニウムセラミックス材料を容易に成型し、かつ
容易に焼結しえて、さらに機械的強度を向上しうる焼結
助剤として、分散材と反応せずに、しかも焼結を促進さ
せるために不可欠であるＭｇＯとＳｉＯ2 を含む鉱物で
あるタルクを混合させることにより、高温強度が大き
く、低熱伝導率を有するリン酸ジルコニウムセラミック
ス材料を作製できた。
【００１７】なお、本発明で混入したタルクの代わりに
ＭｇＯだけを５％加えたスラリーとＳｉＯ2 、６２％と
ＭｇＯ、３８％の混合粉をリン酸ジルコニウム９５％に
対し５％添加してボールミルで混合したが反応し、スラ
リーが固着して内燃機関の複雑な形状の、たとえば副燃
焼室のようなものの石膏型には流し込むことができなか
ったが、本発明によるスラリーは複雑な形状の石膏型に
も容易に流し込めて成型が容易であった。
ＭｇＯだけを５％加えたスラリーとＳｉＯ2 、６２％と
ＭｇＯ、３８％の混合粉をリン酸ジルコニウム９５％に
対し５％添加してボールミルで混合したが反応し、スラ
リーが固着して内燃機関の複雑な形状の、たとえば副燃
焼室のようなものの石膏型には流し込むことができなか
ったが、本発明によるスラリーは複雑な形状の石膏型に
も容易に流し込めて成型が容易であった。
【００１８】本発明の材料の試料片とＭｇＯを５％添加
した材料との強度及び密度を比較したものを図２の図表
図で示したが、本発明の材料は強度、密度とも改善され
た。
した材料との強度及び密度を比較したものを図２の図表
図で示したが、本発明の材料は強度、密度とも改善され
た。
【００１９】
【発明の効果】本発明のリン酸ジルコニウムセラミック
ス材料は、図２の図表図で明らかなように酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）を焼結助剤とした場合よりも強度が高
く、しかも緻密であり、そしてそのスラリーは複雑な形
状のものでも成型できるので内燃機関の各部所、特に副
燃焼室などとして成型することができるので、極めて工
業的に価値が高い。
ス材料は、図２の図表図で明らかなように酸化マグネシ
ウム（ＭｇＯ）を焼結助剤とした場合よりも強度が高
く、しかも緻密であり、そしてそのスラリーは複雑な形
状のものでも成型できるので内燃機関の各部所、特に副
燃焼室などとして成型することができるので、極めて工
業的に価値が高い。
【図１】本発明のリン酸ジルコニウムセラミックス材料
の組成を示した図表図。
の組成を示した図表図。
【図２】本発明のタルクを用いた実施例とＭｇＯを焼結
助剤に用いた比較例との強度、密度の対比を示す図表
図。
助剤に用いた比較例との強度、密度の対比を示す図表
図。
Claims (2)
- 【請求項１】ＺｒＯ2 ＋ＨｆＯ2 、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＭｇＯの組成からなるリン
酸ジルコニウムと焼結助剤として、ＳｉＯ2 、ＭｇＯ、
Ａｌ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＣａＯの組成のタルクからな
ることを特徴とするリン酸ジルコニウムセラミックス材
料。 - 【請求項２】ＺｒＯ2 ＋ＨｆＯ2 、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＭｇＯの組成からなるリン
酸ジルコニウム粉末９５ｗｔ％と焼結助剤として、Ｓｉ
Ｏ2、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＣａＯの組成
からなるタルク５ｗｔ％をボールミルに入れ、これらの
粉末１００に対して、水３５％と分散材５％を加えて混
合してなることを特徴とするリン酸ジルコニウムセラミ
ックス材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180115A JPH054859A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | リン酸ジルコニウムセラミツクス材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3180115A JPH054859A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | リン酸ジルコニウムセラミツクス材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH054859A true JPH054859A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=16077684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3180115A Pending JPH054859A (ja) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | リン酸ジルコニウムセラミツクス材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH054859A (ja) |
-
1991
- 1991-06-24 JP JP3180115A patent/JPH054859A/ja active Pending
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