JPH06305828A - チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 - Google Patents
チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法Info
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- JPH06305828A JPH06305828A JP5102122A JP10212293A JPH06305828A JP H06305828 A JPH06305828 A JP H06305828A JP 5102122 A JP5102122 A JP 5102122A JP 10212293 A JP10212293 A JP 10212293A JP H06305828 A JPH06305828 A JP H06305828A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低熱膨張セラミックスに関し、より優れた寸
法安定性及び熱衝撃特性を具備しつつ、さらに機械的強
度を向上させたチタン酸アルミニウム複合材料とその製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 チタン酸アルミニウム：４０〜９５体積％
と、ＳｉＯ2 を主成分としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 を含
有するガラス相：５〜６０体積％とからなり、酸化アル
ミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料のいずれか
と、酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 を主成分としてＡｌ2
Ｏ3 ，ＴｉＯ2 のうち少なくともいずれかの成分を含有
したガラス粉末等の組み合わせで、１５００〜１６００
℃で焼結した構成とする。
法安定性及び熱衝撃特性を具備しつつ、さらに機械的強
度を向上させたチタン酸アルミニウム複合材料とその製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 チタン酸アルミニウム：４０〜９５体積％
と、ＳｉＯ2 を主成分としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 を含
有するガラス相：５〜６０体積％とからなり、酸化アル
ミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料のいずれか
と、酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 を主成分としてＡｌ2
Ｏ3 ，ＴｉＯ2 のうち少なくともいずれかの成分を含有
したガラス粉末等の組み合わせで、１５００〜１６００
℃で焼結した構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低熱膨張セラミックスに
関し、特にチタン酸アルミニウム複合材料に関するもの
である。
関し、特にチタン酸アルミニウム複合材料に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】加熱時の寸法安定性及び熱衝撃特性に優
れる低熱膨張セラミックスは、機械部品，電子部品，鋳
造用材料としての需要が増加しており、特にチタン酸ア
ルミニウム材料は高融点で断熱性にも優れるところか
ら、注目を集め、例えば自動車用排気ポートライナ等に
適用することが検討されている。
れる低熱膨張セラミックスは、機械部品，電子部品，鋳
造用材料としての需要が増加しており、特にチタン酸ア
ルミニウム材料は高融点で断熱性にも優れるところか
ら、注目を集め、例えば自動車用排気ポートライナ等に
適用することが検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記チタン酸アルミニ
ウム材料の構成結晶中には、熱膨張の異方性によって生
じた粒界の亀裂が存在し、かかる亀裂が加熱時の膨張を
吸収することにより熱衝撃特性を向上させている。
ウム材料の構成結晶中には、熱膨張の異方性によって生
じた粒界の亀裂が存在し、かかる亀裂が加熱時の膨張を
吸収することにより熱衝撃特性を向上させている。
【０００４】しかしながらその反面、チタン酸アルミニ
ウム材料の緻密性は低く、機械的強度も劣るという欠点
がある。また上記粒界に存在する亀裂により、加熱，冷
却時の熱膨張、収縮過程にヒステリシスが生じ、特に収
縮過程において寸法安定性が低下してしまう難点があ
る。
ウム材料の緻密性は低く、機械的強度も劣るという欠点
がある。また上記粒界に存在する亀裂により、加熱，冷
却時の熱膨張、収縮過程にヒステリシスが生じ、特に収
縮過程において寸法安定性が低下してしまう難点があ
る。
【０００５】これらの欠点を改善するために配合材料に
種々の添加剤を加えることが検討され、例えばＳｉ
Ｏ2 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ムライトなどによってあ
る程度の改善はみられるものの、機械的強度はせいぜい
１７０kgf/cm2 （抗折強度）程度であり、例示したよう
な上記自動車用排気ポートライナ等に適用される構造材
料としては機械的強度が不足している。
種々の添加剤を加えることが検討され、例えばＳｉ
Ｏ2 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ムライトなどによってあ
る程度の改善はみられるものの、機械的強度はせいぜい
１７０kgf/cm2 （抗折強度）程度であり、例示したよう
な上記自動車用排気ポートライナ等に適用される構造材
料としては機械的強度が不足している。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑み提案されたもの
であって、より優れた寸法安定性及び熱衝撃特性を具備
しつつ、さらに機械的強度を向上させたチタン酸アルミ
ニウム複合材料とその製造方法を提供することを目的と
する。
であって、より優れた寸法安定性及び熱衝撃特性を具備
しつつ、さらに機械的強度を向上させたチタン酸アルミ
ニウム複合材料とその製造方法を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、チタン
酸アルミニウム成分：４０〜９５体積％と、ＳｉＯ2 を
主成分としてＡｌ2 Ｏ 3 ，ＴｉＯ2 を溶解したガラス
相：５〜６０体積％とからなるチタン酸アルミニウム複
合材料である。
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、チタン
酸アルミニウム成分：４０〜９５体積％と、ＳｉＯ2 を
主成分としてＡｌ2 Ｏ 3 ，ＴｉＯ2 を溶解したガラス
相：５〜６０体積％とからなるチタン酸アルミニウム複
合材料である。
【０００８】上記組成のチタン酸アルミニウム複合材料
は、下記の〜のいずれかに記載の原料を焼成するこ
とにより得られる。すなわち、 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料の
いずれかと、酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 を主成分とし
てＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 のうち少なくともいずれかの成
分を含有したガラス粉末、 酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系ガラス粉
末又はＳｉＯ2 −Ａｌ 2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系ガラス粉末、 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料の
いずれかと、ＳｉＯ2−ＴｉＯ2 系ガラス粉末、 チタン酸アルミニウム原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
−ＴｉＯ2 系ガラス粉末、である。
は、下記の〜のいずれかに記載の原料を焼成するこ
とにより得られる。すなわち、 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料の
いずれかと、酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 を主成分とし
てＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 のうち少なくともいずれかの成
分を含有したガラス粉末、 酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 系ガラス粉
末又はＳｉＯ2 −Ａｌ 2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系ガラス粉末、 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミニウム原料の
いずれかと、ＳｉＯ2−ＴｉＯ2 系ガラス粉末、 チタン酸アルミニウム原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
−ＴｉＯ2 系ガラス粉末、である。
【０００９】特に上記焼成温度は、１５００〜１６００
℃とすることが望ましい。
℃とすることが望ましい。
【００１０】
【作用】本発明のチタン酸アルミニウム複合材料の構成
相は、チタン酸アルミニウム成分：４０〜９５体積％、
上記材質のガラス相：５〜６０体積％とし、チタン酸ア
ルミニウム成分と上記ガラス相を複合化させることによ
って、チタン酸アルミニウムの熱膨張の異方性によって
生じる粒界の亀裂をガラス相が埋めて高強度を示すとと
もに、該ガラス相が熱膨張、収縮を吸収するため低熱膨
張を保ち、膨張、収縮のヒステリシスも低減することが
できる。
相は、チタン酸アルミニウム成分：４０〜９５体積％、
上記材質のガラス相：５〜６０体積％とし、チタン酸ア
ルミニウム成分と上記ガラス相を複合化させることによ
って、チタン酸アルミニウムの熱膨張の異方性によって
生じる粒界の亀裂をガラス相が埋めて高強度を示すとと
もに、該ガラス相が熱膨張、収縮を吸収するため低熱膨
張を保ち、膨張、収縮のヒステリシスも低減することが
できる。
【００１１】上記チタン酸アルミニウム成分は４０〜９
５体積％必要であり、４０体積％未満では熱膨張が大き
くなり、９５体積％を超えると上記亀裂が多すぎて機械
的強度が低下してしまう。
５体積％必要であり、４０体積％未満では熱膨張が大き
くなり、９５体積％を超えると上記亀裂が多すぎて機械
的強度が低下してしまう。
【００１２】上記チタン酸アルミニウム複合材料のよう
に、チタン酸アルミニウムとガラス相とが共存した複合
材を得るためには、焼結時にガラス相が結晶化しないこ
とが必要であり、焼成時にチタン酸アルミニウムを形成
するとともに、クリストバライトやムライトを晶出しな
いことが条件となる。本発明では、ＳｉＯ2 にＡｌ2Ｏ
3 及びＴｉＯ2 を溶解した比較的低融点のガラス相が形
成され、焼成時に複合化できる上記〜の各組み合わ
せの原料で製造することとしている。
に、チタン酸アルミニウムとガラス相とが共存した複合
材を得るためには、焼結時にガラス相が結晶化しないこ
とが必要であり、焼成時にチタン酸アルミニウムを形成
するとともに、クリストバライトやムライトを晶出しな
いことが条件となる。本発明では、ＳｉＯ2 にＡｌ2Ｏ
3 及びＴｉＯ2 を溶解した比較的低融点のガラス相が形
成され、焼成時に複合化できる上記〜の各組み合わ
せの原料で製造することとしている。
【００１３】例えば、チタン酸アルミニウム原料と、Ｓ
ｉＯ2 ガラスとだけを原料とした場合や、チタン酸アル
ミニウム原料と、Ａｌ2 Ｏ3 かＴｉＯ2 のどちらかを含
むＳｉＯ2 ガラスとだけを原料とした場合では、焼結中
に生成される融液が、ＳｉＯ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 かＳｉＯ2
＋ＴｉＯ2 の組成となり、クリストバライト又はムライ
トが晶出し、チタン酸アルミニウムとガラス相の複合化
は達成できない。
ｉＯ2 ガラスとだけを原料とした場合や、チタン酸アル
ミニウム原料と、Ａｌ2 Ｏ3 かＴｉＯ2 のどちらかを含
むＳｉＯ2 ガラスとだけを原料とした場合では、焼結中
に生成される融液が、ＳｉＯ2 ＋Ａｌ2 Ｏ3 かＳｉＯ2
＋ＴｉＯ2 の組成となり、クリストバライト又はムライ
トが晶出し、チタン酸アルミニウムとガラス相の複合化
は達成できない。
【００１４】原料粉末は均一に混合した後、成形、焼成
するが、成形方法はプレス成形、ＣＩＰ成形、鋳込成
形、射出成形等あるゆる成形方法を使用できる。焼結体
は１５００〜１６００℃、好ましくは１５５０〜１５７
５℃、大気中で０．５〜５時間程度焼成することとし、
１５００℃未満では酸化アルミニウム又は水酸化アルミ
ニウムと酸化チタン及びガラス粉末を用いた場合、チタ
ン酸化アルミニウムが生成せず、チタンアルミニウムと
ガラス相を用いた場合は緻密な焼結体が得られない。１
６００℃を越えると気孔率が増加し、機械的強度が低下
してしまうので好ましくない。
するが、成形方法はプレス成形、ＣＩＰ成形、鋳込成
形、射出成形等あるゆる成形方法を使用できる。焼結体
は１５００〜１６００℃、好ましくは１５５０〜１５７
５℃、大気中で０．５〜５時間程度焼成することとし、
１５００℃未満では酸化アルミニウム又は水酸化アルミ
ニウムと酸化チタン及びガラス粉末を用いた場合、チタ
ン酸化アルミニウムが生成せず、チタンアルミニウムと
ガラス相を用いた場合は緻密な焼結体が得られない。１
６００℃を越えると気孔率が増加し、機械的強度が低下
してしまうので好ましくない。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係る実施例に関し、比較例を
参考に説明する。下記表１に示す実施例１は、酸化チタ
ンと、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 ガラス粉末との配合であ
り、実施例２は、酸化チタンと、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
ガラス粉末との配合であり、実施例３は、アルミナ（Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）原料と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）原料と二酸化
珪素（ＳｉＯ2 ）ガラス粉末との配合であり、実施例４
は、チタン酸アルミニウム原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 −ＴｉＯ2 系ガラス粉末との配合である。
参考に説明する。下記表１に示す実施例１は、酸化チタ
ンと、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 ガラス粉末との配合であ
り、実施例２は、酸化チタンと、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3
ガラス粉末との配合であり、実施例３は、アルミナ（Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）原料と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）原料と二酸化
珪素（ＳｉＯ2 ）ガラス粉末との配合であり、実施例４
は、チタン酸アルミニウム原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 −ＴｉＯ2 系ガラス粉末との配合である。
【００１６】一方、比較例１〜４は、表１に記載の原料
を配合したものである。上記各原料粉末混合物１００重
量部に対し、バインダーとしてＰＶＡ５％水溶液を２重
量部加え、エタノール中で２４時間ボールミル混合し
た。次いで、この混合物を乾燥した後、２００kgf/cm2
の一軸プレスで５５×５５×１０mmに成形し、大気中で
焼成した。
を配合したものである。上記各原料粉末混合物１００重
量部に対し、バインダーとしてＰＶＡ５％水溶液を２重
量部加え、エタノール中で２４時間ボールミル混合し
た。次いで、この混合物を乾燥した後、２００kgf/cm2
の一軸プレスで５５×５５×１０mmに成形し、大気中で
焼成した。
【００１７】得られた焼結体（実施例１〜４、比較例１
〜４）は顕微鏡によってチタン酸アルミニウム相の体積
％を測定するとともに、熱膨張係数と抗折強度を測定
し、表１に記載した。
〜４）は顕微鏡によってチタン酸アルミニウム相の体積
％を測定するとともに、熱膨張係数と抗折強度を測定
し、表１に記載した。
【００１８】表１から明らかなように、本発明による実
施例の焼結体は、いずれも比較例１〜４の焼結体よりも
高強度であり、しかも熱膨張係数も２×１０-6／℃未満
である。
施例の焼結体は、いずれも比較例１〜４の焼結体よりも
高強度であり、しかも熱膨張係数も２×１０-6／℃未満
である。
【００１９】また、図１は上記実施例１及び比較例３の
各々の膨張、収縮曲線を示すグラフであり、このグラフ
で明らかなように、実施例１は比較例３よりも加熱冷却
時の熱膨張、収縮のヒステリシスが小さく、寸法安定性
が高いことを示している。
各々の膨張、収縮曲線を示すグラフであり、このグラフ
で明らかなように、実施例１は比較例３よりも加熱冷却
時の熱膨張、収縮のヒステリシスが小さく、寸法安定性
が高いことを示している。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明の焼結体は従来のチ
タン酸アルミニウム焼結体よりも高強度、低熱膨張であ
り、また、熱膨張、収縮時のヒステリシスも小さく、加
熱、冷却の激しい条件下で使用される構造材料としてチ
タン酸アルミニウムの用途を広げるものである。
タン酸アルミニウム焼結体よりも高強度、低熱膨張であ
り、また、熱膨張、収縮時のヒステリシスも小さく、加
熱、冷却の激しい条件下で使用される構造材料としてチ
タン酸アルミニウムの用途を広げるものである。
【図１】本発明に係る実施例と従来例との膨張、収縮曲
線を示すグラフである。
線を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項１】 チタン酸アルミニウム：４０〜９５体積
％と、ＳｉＯ2 を主成分としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 を
含有するガラス相：５〜６０体積％とからなるチタン酸
アルミニウム複合材料。 - 【請求項２】 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミ
ニウム原料のいずれかと、酸化チタン原料と、ＳｉＯ2
を主成分としてＡｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 のうち少なくとも
いずれかの成分を含有したガラス粉末とを焼結させて得
られる請求項１に記載のチタン酸アルミニウム複合材
料。 - 【請求項３】 酸化チタン原料と、ＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ
3 系ガラス粉末又はＳｉＯ2 −Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系
ガラス粉末とを焼結させて得られる請求項１に記載のチ
タン酸アルミニウム複合材料。 - 【請求項４】 酸化アルミニウム原料又は水酸化アルミ
ニウム原料のいずれかと、ＳｉＯ2 −ＴｉＯ2 系ガラス
粉末とを焼結させて得られる請求項１に記載のチタン酸
アルミニウム複合材料。 - 【請求項５】 チタン酸アルミニウム原料と、ＳｉＯ2
−Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系ガラス粉末とを焼結させて得
られる請求項１に記載のチタン酸アルミニウム複合材
料。 - 【請求項６】 上記請求項２乃至５に記載した原料の焼
結温度を１５００〜１６００℃としたことを特徴とする
チタン酸アルミニウム複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102122A JPH06305828A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5102122A JPH06305828A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305828A true JPH06305828A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14318996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5102122A Pending JPH06305828A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06305828A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1805112A2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-07-11 | Corning Incorporated | Ceramic body based on aluminum titanate and including a glass phase |
| JP2007222904A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | ストークおよびこれを用いた差圧鋳造機 |
| WO2009144262A1 (de) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | Mann+Hummel Gmbh | Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom |
| WO2009154219A1 (ja) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | 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の製造方法 |
| WO2010053122A1 (ja) * | 2008-11-07 | 2010-05-14 | 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の製造方法 |
| JP2010111551A (ja) * | 2008-11-08 | 2010-05-20 | Sumitomo Chemical Co Ltd | チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法 |
| JP2010111552A (ja) * | 2008-11-08 | 2010-05-20 | Sumitomo Chemical Co Ltd | チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法 |
| WO2010098348A1 (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-02 | 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焼結体の製造方法およびチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体 |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5102122A patent/JPH06305828A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1805112A4 (en) * | 2004-09-29 | 2008-05-07 | Corning Inc | ALUMINUM TITANATE BASED CERAMIC BODY WITH A GLASS PHASE |
| EP1805112A2 (en) * | 2004-09-29 | 2007-07-11 | Corning Incorporated | Ceramic body based on aluminum titanate and including a glass phase |
| JP2007222904A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Kyocera Corp | ストークおよびこれを用いた差圧鋳造機 |
| JP4531000B2 (ja) * | 2006-02-23 | 2010-08-25 | 京セラ株式会社 | ストークおよびこれを用いた差圧鋳造機 |
| WO2009144262A1 (de) * | 2008-05-29 | 2009-12-03 | Mann+Hummel Gmbh | Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom |
| WO2009154219A1 (ja) * | 2008-06-18 | 2009-12-23 | 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の製造方法 |
| EP2360130A1 (en) * | 2008-11-07 | 2011-08-24 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing aluminum titanate ceramic |
| WO2010053122A1 (ja) * | 2008-11-07 | 2010-05-14 | 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の製造方法 |
| EP2360130A4 (en) * | 2008-11-07 | 2012-07-04 | Sumitomo Chemical Co | PROCESS FOR PRODUCING CERAMIC BASED ON ALUMINUM TITANATE |
| JP2010111551A (ja) * | 2008-11-08 | 2010-05-20 | Sumitomo Chemical Co Ltd | チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法 |
| JP2010111552A (ja) * | 2008-11-08 | 2010-05-20 | Sumitomo Chemical Co Ltd | チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法 |
| JP2010195634A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体の製造方法およびチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体 |
| WO2010098348A1 (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-02 | 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焼結体の製造方法およびチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体 |
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