JPH06227860A - セラミック焼結体及びその製造方法 - Google Patents
セラミック焼結体及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH06227860A JPH06227860A JP5017449A JP1744993A JPH06227860A JP H06227860 A JPH06227860 A JP H06227860A JP 5017449 A JP5017449 A JP 5017449A JP 1744993 A JP1744993 A JP 1744993A JP H06227860 A JPH06227860 A JP H06227860A
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- Japan
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- aluminum titanate
- boron nitride
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、高融点で低熱膨張性を有し、かつ機
械的強度及び耐熱分解性に優れたセラミック焼結体及び
その製造方法を提供する。 【構成】チタン酸アルミニウムを主成分とし、窒化硼素
を１重量％以上２５重量％以下含有するセラミック焼結
体、及びチタン酸アルミニウム粉末を主成分とし、窒化
硼素粉末を１重量％以上２５重量％以下含有する原料粉
末を用いて泥漿を作製し、該泥漿を鋳込み成形法により
成形し、該成形体を焼成して焼結体とするセラミック焼
結体の製造方法。
械的強度及び耐熱分解性に優れたセラミック焼結体及び
その製造方法を提供する。 【構成】チタン酸アルミニウムを主成分とし、窒化硼素
を１重量％以上２５重量％以下含有するセラミック焼結
体、及びチタン酸アルミニウム粉末を主成分とし、窒化
硼素粉末を１重量％以上２５重量％以下含有する原料粉
末を用いて泥漿を作製し、該泥漿を鋳込み成形法により
成形し、該成形体を焼成して焼結体とするセラミック焼
結体の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高融点で低熱膨張性を
有し、かつ機械的強度及び耐熱分解性に優れたセラミッ
ク焼結体及びその製造方法に関する。
有し、かつ機械的強度及び耐熱分解性に優れたセラミッ
ク焼結体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン酸アルミニウム（Ａｌ2 ＴｉＯ
5 ）焼結体は、融点が１８５０℃と高く、断熱性、低熱
膨張性に優れた材料であり、また、低熱膨張性のため耐
熱衝撃性にも優れている。このような性質から、例えば
自動車用エンジンの排気マニホルドや排気ポート等の内
面をチタン酸アルミニウム製の排気マニホルドやポート
ライナ等によって裏打ちすることにより、その断熱作用
によって排気ガスの温度を上昇させ、触媒の機能を早い
時期から作動させ、排気ガスの有害成分の排出量を低減
させることが従来から提案されている。
5 ）焼結体は、融点が１８５０℃と高く、断熱性、低熱
膨張性に優れた材料であり、また、低熱膨張性のため耐
熱衝撃性にも優れている。このような性質から、例えば
自動車用エンジンの排気マニホルドや排気ポート等の内
面をチタン酸アルミニウム製の排気マニホルドやポート
ライナ等によって裏打ちすることにより、その断熱作用
によって排気ガスの温度を上昇させ、触媒の機能を早い
時期から作動させ、排気ガスの有害成分の排出量を低減
させることが従来から提案されている。
【０００３】この低熱膨張メカニズムは、チタン酸アル
ミニウムの各結晶方向の熱膨張係数が著しく異なること
に起因する。この結果、結晶粒界には亀裂が生じ、その
亀裂によって熱膨張が吸収されるために、見掛け上、熱
膨張は小さくなる。しかし、結晶粒界に亀裂が存在する
ため、一般にチタン酸アルミニウム焼結体の機械的強度
は著しく低い。また、約１２５０℃以下でルチル（Ｔｉ
Ｏ2 ）とコランダム（Ａｌ2 Ｏ3 ）に分解する欠点も有
する。
ミニウムの各結晶方向の熱膨張係数が著しく異なること
に起因する。この結果、結晶粒界には亀裂が生じ、その
亀裂によって熱膨張が吸収されるために、見掛け上、熱
膨張は小さくなる。しかし、結晶粒界に亀裂が存在する
ため、一般にチタン酸アルミニウム焼結体の機械的強度
は著しく低い。また、約１２５０℃以下でルチル（Ｔｉ
Ｏ2 ）とコランダム（Ａｌ2 Ｏ3 ）に分解する欠点も有
する。
【０００４】これらの短所を克服するために、例えば特
公昭５６−７９９６号公報のように、酸化物（ＳｉＯ
2 ，ＺｒＯ2 ）を添加して、高強度を有し熱分解に対し
て安定とするチタン酸アルミニウム焼結体等が従来から
提案されているがその効果は不十分であった。
公昭５６−７９９６号公報のように、酸化物（ＳｉＯ
2 ，ＺｒＯ2 ）を添加して、高強度を有し熱分解に対し
て安定とするチタン酸アルミニウム焼結体等が従来から
提案されているがその効果は不十分であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を克服し、チタン酸アルミニウム焼結体
の長所である高融点、低熱膨張性を損なわずに、機械的
強度、熱分解温度の向上とを同時に実現し、しかも工業
的に簡便な製造技術を確立することにある。
従来技術の欠点を克服し、チタン酸アルミニウム焼結体
の長所である高融点、低熱膨張性を損なわずに、機械的
強度、熱分解温度の向上とを同時に実現し、しかも工業
的に簡便な製造技術を確立することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、チタン酸アルミニウムを主成分とし、窒
化硼素を１重量％以上２５重量％以下含有することを特
徴とするセラミック焼結体、及びチタン酸アルミニウム
粉末を主成分とし、窒化硼素粉末を１重量％以上２５重
量％以下含有する原料粉末を用いて泥漿を作製し、該泥
漿を鋳込み成形法により成形し、該成形体を焼成して焼
結体とすることを特徴とするセラミック焼結体の製造方
法を提供するものである。
決するために、チタン酸アルミニウムを主成分とし、窒
化硼素を１重量％以上２５重量％以下含有することを特
徴とするセラミック焼結体、及びチタン酸アルミニウム
粉末を主成分とし、窒化硼素粉末を１重量％以上２５重
量％以下含有する原料粉末を用いて泥漿を作製し、該泥
漿を鋳込み成形法により成形し、該成形体を焼成して焼
結体とすることを特徴とするセラミック焼結体の製造方
法を提供するものである。
【０００７】
【作用】本発明のセラミック焼結体は、チタン酸アルミ
ニウムを主成分とし１重量％以上２５重量％以下の窒化
硼素を含有することを特徴とする。窒化硼素は他の物質
との反応性が乏しく、チタン酸アルミニウムとは反応し
ない。このため、チタン酸アルミニウムと窒化硼素の粉
末を同時に焼成しても両者で反応はせず、チタン酸アル
ミニウムの粒界に窒化硼素が分散する状態となる。これ
によりチタン酸アルミニウム焼結体の結晶粒界での亀裂
発生は窒化硼素の存在によって抑制され、かつ窒化硼素
により破壊時の亀裂の伝播を抑制するため、焼結体の機
械的強度が向上する。更に、窒化硼素を含有することに
よって、チタン酸アルミニウム焼結体中の結晶粒界での
亀裂発生が抑制されるため、チタン酸アルミニウム焼結
体自身の比表面積が減少し、チタン酸アルミニウムの熱
分解温度が大幅に向上する。
ニウムを主成分とし１重量％以上２５重量％以下の窒化
硼素を含有することを特徴とする。窒化硼素は他の物質
との反応性が乏しく、チタン酸アルミニウムとは反応し
ない。このため、チタン酸アルミニウムと窒化硼素の粉
末を同時に焼成しても両者で反応はせず、チタン酸アル
ミニウムの粒界に窒化硼素が分散する状態となる。これ
によりチタン酸アルミニウム焼結体の結晶粒界での亀裂
発生は窒化硼素の存在によって抑制され、かつ窒化硼素
により破壊時の亀裂の伝播を抑制するため、焼結体の機
械的強度が向上する。更に、窒化硼素を含有することに
よって、チタン酸アルミニウム焼結体中の結晶粒界での
亀裂発生が抑制されるため、チタン酸アルミニウム焼結
体自身の比表面積が減少し、チタン酸アルミニウムの熱
分解温度が大幅に向上する。
【０００８】窒化硼素の含有量は、１重量％未満の少量
では窒化硼素の添加による上述の効果を十分発揮し得な
い。また、窒化硼素の含有量を２５重量％より多量にす
ると、焼結性を損ね、十分な緻密化が起こらない。更
に、チタン酸アルミニウム焼結体中の結晶粒界の亀裂発
生が抑制されすぎるため、チタン酸アルミニウムの長所
である低熱膨張性が損なわれてしまう。
では窒化硼素の添加による上述の効果を十分発揮し得な
い。また、窒化硼素の含有量を２５重量％より多量にす
ると、焼結性を損ね、十分な緻密化が起こらない。更
に、チタン酸アルミニウム焼結体中の結晶粒界の亀裂発
生が抑制されすぎるため、チタン酸アルミニウムの長所
である低熱膨張性が損なわれてしまう。
【０００９】本発明のチタン酸アルミニウム焼結体を製
造する方法は、チタン酸アルミニウム粉末を主成分と
し、窒化硼素粉末を１重量％以上２５重量％以下含有す
る原料粉末を用いて泥漿を作製し、該泥漿を鋳込み成形
法により成形し、該成形体を焼成して焼結体とすること
を特徴とするセラミック焼結体の製造方法である。鋳込
み成形を採用することで、製品内の微細構造組織の均質
化に加えて、製品の大型化、複雑化、大量生産化が可能
になる。また、自動車用エンジンの排気マニホルドや排
気ポート等は中空部品であるが、そのような中空部品を
作製するのに鋳込み成形法は最適なセラミックスの成形
方法である。
造する方法は、チタン酸アルミニウム粉末を主成分と
し、窒化硼素粉末を１重量％以上２５重量％以下含有す
る原料粉末を用いて泥漿を作製し、該泥漿を鋳込み成形
法により成形し、該成形体を焼成して焼結体とすること
を特徴とするセラミック焼結体の製造方法である。鋳込
み成形を採用することで、製品内の微細構造組織の均質
化に加えて、製品の大型化、複雑化、大量生産化が可能
になる。また、自動車用エンジンの排気マニホルドや排
気ポート等は中空部品であるが、そのような中空部品を
作製するのに鋳込み成形法は最適なセラミックスの成形
方法である。
【００１０】窒化硼素粉末としては、平均粒径がチタン
酸アルミニウムの粉末と同等、またはそれ以下の粉末が
適用できる。これは窒化硼素の平均粒径がチタン酸アル
ミニウムのそれより大きいと、焼結体が十分緻密化しな
いためである。チタン酸アルミニウムに窒化硼素を単独
添加する他に、チタン酸アルミニウムの機械的強度、熱
分解温度を向上させる物質であれば、窒化硼素の他に他
の物質を添加してもよい。代表的な添加物としては、チ
タン、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ジルコ
ニウム、珪素、鉄等の金属又はその酸化物、あるいはそ
れらの複合酸化物であるムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 ）、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ジルコン（Ｚ
ｒＳｉＯ4 ）等である。特にムライトは、窒化硼素と同
様にチタン酸アルミニウムの粒界に存在し、粒界亀裂の
発生を抑制するため、窒化硼素とムライトの同時添加は
チタン酸アルミニウムの特性向上に特に有効な方法であ
る。
酸アルミニウムの粉末と同等、またはそれ以下の粉末が
適用できる。これは窒化硼素の平均粒径がチタン酸アル
ミニウムのそれより大きいと、焼結体が十分緻密化しな
いためである。チタン酸アルミニウムに窒化硼素を単独
添加する他に、チタン酸アルミニウムの機械的強度、熱
分解温度を向上させる物質であれば、窒化硼素の他に他
の物質を添加してもよい。代表的な添加物としては、チ
タン、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、ジルコ
ニウム、珪素、鉄等の金属又はその酸化物、あるいはそ
れらの複合酸化物であるムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｓ
ｉＯ2 ）、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ジルコン（Ｚ
ｒＳｉＯ4 ）等である。特にムライトは、窒化硼素と同
様にチタン酸アルミニウムの粒界に存在し、粒界亀裂の
発生を抑制するため、窒化硼素とムライトの同時添加は
チタン酸アルミニウムの特性向上に特に有効な方法であ
る。
【００１１】窒化硼素添加チタン酸アルミニウムの泥漿
には、必要に応じて解膠剤、分散剤、消泡剤、結合剤、
沈降防止剤等を補助剤として用いてもよい。成形体の焼
成方法については、一般のセラミックスの焼成方法が用
いられる。その雰囲気については、大気中、真空中（１
Ｐａ以下の真空度）、窒素雰囲気、還元雰囲気（水素
等）、不活性雰囲気（アルゴン、ネオン、ヘリウム等）
が可能であるが、チタン酸アルミニウムが分解されず、
しかも窒化硼素が酸化されない不活性雰囲気での焼成が
好ましい。
には、必要に応じて解膠剤、分散剤、消泡剤、結合剤、
沈降防止剤等を補助剤として用いてもよい。成形体の焼
成方法については、一般のセラミックスの焼成方法が用
いられる。その雰囲気については、大気中、真空中（１
Ｐａ以下の真空度）、窒素雰囲気、還元雰囲気（水素
等）、不活性雰囲気（アルゴン、ネオン、ヘリウム等）
が可能であるが、チタン酸アルミニウムが分解されず、
しかも窒化硼素が酸化されない不活性雰囲気での焼成が
好ましい。
【００１２】
【実施例】チタン酸アルミニウム粉末（平均粒径０．５
μｍ）、窒化硼素粉末（平均粒径０．４μｍ）、ムライ
ト粉末（平均粒径０．５μｍ）及びシリカ粉末（平均粒
径０．５μｍ）を、表１に示す組成比となるように秤量
した後、イオン交換水と分散剤を添加して泥漿を作製し
た。この泥漿を消泡剤、結合剤、沈降防止剤等の補助剤
を用いて調整し、所定の鋳型に鋳込んで１００×７０×
１０ｍｍの成形体を作製し、乾燥・脱脂後、不活性雰囲
気中１５５０℃で焼成した。
μｍ）、窒化硼素粉末（平均粒径０．４μｍ）、ムライ
ト粉末（平均粒径０．５μｍ）及びシリカ粉末（平均粒
径０．５μｍ）を、表１に示す組成比となるように秤量
した後、イオン交換水と分散剤を添加して泥漿を作製し
た。この泥漿を消泡剤、結合剤、沈降防止剤等の補助剤
を用いて調整し、所定の鋳型に鋳込んで１００×７０×
１０ｍｍの成形体を作製し、乾燥・脱脂後、不活性雰囲
気中１５５０℃で焼成した。
【００１３】各試料について、かさ密度、四点曲げ強度
（ＪＩＳ−１６０１準拠）、熱膨張係数（２０〜１００
０℃）、大気中１１００℃・１００時間保持後の熱分解
率を測定し、その結果を表１に示した。
（ＪＩＳ−１６０１準拠）、熱膨張係数（２０〜１００
０℃）、大気中１１００℃・１００時間保持後の熱分解
率を測定し、その結果を表１に示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１より明らかなように、本発明の実施例
（試料番号１〜７）は、比較例（試料番号８、９、１
０）と比較して、窒化硼素を所定量添加することによっ
て低熱膨張性を損なわずに、機械的強度が著しく向上
し、かつ熱分解特性も向上する傾向を示している。ま
た、表１より明らかなように、本発明の実施例の試料番
号４と試料番号７を比較すると、窒化硼素を単独添加す
るよりも、ムライトも同時に複合添加することによっ
て、低熱膨張性を損なわずに、強度が著しく向上すると
いう、非常にバランスのよい結果を示している。
（試料番号１〜７）は、比較例（試料番号８、９、１
０）と比較して、窒化硼素を所定量添加することによっ
て低熱膨張性を損なわずに、機械的強度が著しく向上
し、かつ熱分解特性も向上する傾向を示している。ま
た、表１より明らかなように、本発明の実施例の試料番
号４と試料番号７を比較すると、窒化硼素を単独添加す
るよりも、ムライトも同時に複合添加することによっ
て、低熱膨張性を損なわずに、強度が著しく向上すると
いう、非常にバランスのよい結果を示している。
【００１６】従って、チタン酸アルミニウムを主成分と
し１重量％以上２５重量％以下の窒化硼素を含有させる
ことによって、高融点、低熱膨張性を損なわずに、機械
的強度、熱分解温度（耐熱分解性）を向上させることに
好適であることが確認できた。また、チタン酸アルミニ
ウムに窒化硼素を単独で添加する他に、チタン酸アルミ
ニウムの機械的強度、熱分解温度を向上させる物質、例
えばムライトも同時に複合添加することがチタン酸アル
ミニウム焼結体の特性向上に更に有効な方法であること
が確認できた。
し１重量％以上２５重量％以下の窒化硼素を含有させる
ことによって、高融点、低熱膨張性を損なわずに、機械
的強度、熱分解温度（耐熱分解性）を向上させることに
好適であることが確認できた。また、チタン酸アルミニ
ウムに窒化硼素を単独で添加する他に、チタン酸アルミ
ニウムの機械的強度、熱分解温度を向上させる物質、例
えばムライトも同時に複合添加することがチタン酸アル
ミニウム焼結体の特性向上に更に有効な方法であること
が確認できた。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、チタン酸アルミニウムを
主成分とし所定量の窒化硼素を含有、もしくは窒化硼素
と他の物質とを同時に複合含有させることによって、高
融点、低熱膨張性を損なわずに、機械的強度、熱分解温
度を向上させたチタン酸アルミニウム焼結体を得ること
ができる。しかも、鋳込み成形による製造方法を採用す
るため、製品の均質性、大型化、大量生産化が可能とな
り、工業的に簡単な製造技術を確立でき、セラミック製
品の実用化、特に自動車用エンジン部品のセラミックス
化に大きく貢献できる。
主成分とし所定量の窒化硼素を含有、もしくは窒化硼素
と他の物質とを同時に複合含有させることによって、高
融点、低熱膨張性を損なわずに、機械的強度、熱分解温
度を向上させたチタン酸アルミニウム焼結体を得ること
ができる。しかも、鋳込み成形による製造方法を採用す
るため、製品の均質性、大型化、大量生産化が可能とな
り、工業的に簡単な製造技術を確立でき、セラミック製
品の実用化、特に自動車用エンジン部品のセラミックス
化に大きく貢献できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 チタン酸アルミニウムを主成分とし、窒
化硼素を１重量％以上２５重量％以下含有することを特
徴とするセラミック焼結体。 - 【請求項２】 チタン酸アルミニウム粉末を主成分と
し、窒化硼素粉末を１重量％以上２５重量％以下含有す
る原料粉末を用いて泥漿を作製し、該泥漿を鋳込み成形
法により成形し、該成形体を焼成して焼結体とすること
を特徴とするセラミック焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017449A JPH06227860A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | セラミック焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5017449A JPH06227860A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | セラミック焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06227860A true JPH06227860A (ja) | 1994-08-16 |
Family
ID=11944337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5017449A Withdrawn JPH06227860A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | セラミック焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06227860A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010215416A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-30 | Japan Fine Ceramics Center | チタン酸アルミニウム焼結体及びアルミニウム合金鋳造用耐火物 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP5017449A patent/JPH06227860A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010215416A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-30 | Japan Fine Ceramics Center | チタン酸アルミニウム焼結体及びアルミニウム合金鋳造用耐火物 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |