JPH0662336B2 - チタン酸アルミニウムセラミックス - Google Patents
チタン酸アルミニウムセラミックスInfo
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- JPH0662336B2 JPH0662336B2 JP1066694A JP6669489A JPH0662336B2 JP H0662336 B2 JPH0662336 B2 JP H0662336B2 JP 1066694 A JP1066694 A JP 1066694A JP 6669489 A JP6669489 A JP 6669489A JP H0662336 B2 JPH0662336 B2 JP H0662336B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はチタン酸アルミニウムセラミックスに関し、
詳しくはその特性改善のための技術手段に関する。
詳しくはその特性改善のための技術手段に関する。
（発明の背景） 従来より、チタン酸アルミニウムセラミックスは低熱膨
張性の材料としては高い融点をもっていることから、高
温度域での耐熱，低膨張材料としての用途が検討されて
いる。
張性の材料としては高い融点をもっていることから、高
温度域での耐熱，低膨張材料としての用途が検討されて
いる。
ところでチタン酸アルミニウムセラミックスにおける低
熱膨張性は、Al2O3・TiO2結晶の熱膨張係数の著しい異
方性のため、高温度で焼結させた後の冷却過程で粒界に
発生する亀裂に起因する見かけ上のものと考えられてお
り、そしてこの亀裂のために、純粋な組成のチタン酸ア
ルミニウムセラミックスは強度が小さく、加えて１１０
０℃付近の温度に数時間保持するとAl2O3とTiO2とに分
解して高膨張化してしまうなどの欠点があり、このため
特有の優れた性質を備えながら、今迄あまり広く使われ
るに至っていないのが実情である。
熱膨張性は、Al2O3・TiO2結晶の熱膨張係数の著しい異
方性のため、高温度で焼結させた後の冷却過程で粒界に
発生する亀裂に起因する見かけ上のものと考えられてお
り、そしてこの亀裂のために、純粋な組成のチタン酸ア
ルミニウムセラミックスは強度が小さく、加えて１１０
０℃付近の温度に数時間保持するとAl2O3とTiO2とに分
解して高膨張化してしまうなどの欠点があり、このため
特有の優れた性質を備えながら、今迄あまり広く使われ
るに至っていないのが実情である。
そこでこのチタン酸アルミニウムセラミックスに添加剤
を加えることによって、その特性を改善する試みが種々
行われている。その一つにSiO2を添加剤として加えるこ
とが提案されている（特開昭５２−２３１１３号）。
を加えることによって、その特性を改善する試みが種々
行われている。その一つにSiO2を添加剤として加えるこ
とが提案されている（特開昭５２−２３１１３号）。
このようにチタン酸アルミニウムにSiO2を添加するとそ
の特性が向上することが認められるが、しかしながらそ
の向上の程度においては未だ充分とは言い難く、更に有
効な手段の開発が望まれていた。
の特性が向上することが認められるが、しかしながらそ
の向上の程度においては未だ充分とは言い難く、更に有
効な手段の開発が望まれていた。
（課題を解決するための手段） 本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であり、その要旨は、チタン酸アルミニウムを主成分と
し、これにＳｉＯ2及びＮｂ2Ｏ5を夫々チタン酸アルミ
ニウム１００に対して重量比で０．５％以上５．０％未
満及び０．１％以上６．０％未満の各範囲で含有させた
ことにある。
であり、その要旨は、チタン酸アルミニウムを主成分と
し、これにＳｉＯ2及びＮｂ2Ｏ5を夫々チタン酸アルミ
ニウム１００に対して重量比で０．５％以上５．０％未
満及び０．１％以上６．０％未満の各範囲で含有させた
ことにある。
上述したように、チタン酸アルミニウムにおける低熱膨
張性は、粒界（或いは粒内）に存する微細な亀裂に起因
するものであり（亀裂が実質的膨張を吸収して見かけ上
の低熱膨張を保つ）、そしてその亀裂が機械的強度低下
の原因となっている。言わばチタン酸アルミニウムにお
いては、低熱膨張性と機械的強度とは互いに相反する性
質となっており、熱膨張特性を向上させると機械的強度
が低下し、逆に機械的強度を向上させると熱膨張特性が
低下する関係となっている。従ってこれら２つの特性を
同時に向上させることは、極めて困難であると考えられ
ていた。
張性は、粒界（或いは粒内）に存する微細な亀裂に起因
するものであり（亀裂が実質的膨張を吸収して見かけ上
の低熱膨張を保つ）、そしてその亀裂が機械的強度低下
の原因となっている。言わばチタン酸アルミニウムにお
いては、低熱膨張性と機械的強度とは互いに相反する性
質となっており、熱膨張特性を向上させると機械的強度
が低下し、逆に機械的強度を向上させると熱膨張特性が
低下する関係となっている。従ってこれら２つの特性を
同時に向上させることは、極めて困難であると考えられ
ていた。
ここにおいて本発明者は、これら一見相反する２つの特
性を同時に向上させるべく鋭意研究し、各種添加剤の添
加効果を調査した結果、特定の添加剤を所定量添加する
ことにより、それら両特性が同時に向上することを知得
し、本発明を完成させた。
性を同時に向上させるべく鋭意研究し、各種添加剤の添
加効果を調査した結果、特定の添加剤を所定量添加する
ことにより、それら両特性が同時に向上することを知得
し、本発明を完成させた。
かかる本発明は、上記の如くチタン酸アルミニウムに対
してSiO2とＮｂ2Ｏ5とを同時に含有させることを骨子と
するものであり、これにより良好な結果の得られること
が確認されているが、これら両成分の作用機構について
は、現段階において明確には分っていない。但し推測と
しては次のことが考えられる。
してSiO2とＮｂ2Ｏ5とを同時に含有させることを骨子と
するものであり、これにより良好な結果の得られること
が確認されているが、これら両成分の作用機構について
は、現段階において明確には分っていない。但し推測と
しては次のことが考えられる。
即ちSiO2とＮｂ2Ｏ5との同時的添加によって、それらの
一部がチタン酸アルミニウムに固溶し、或いは新たな化
合物を生成して粒界に存在するなどして、チタン酸アル
ミニウム結晶の成長を抑え、これによりチタン酸アルミ
ニウム粒子が細かくなって、粒界（或いは粒内）に発生
するマイクロクラックが従来のものに比べて小さく且つ
万遍なく均一に分散するようになるものと考えられる。
而してマイクロクラックが小さくなれば機械的強度は高
くなり、また一方熱膨張特性に関しては、万遍なく分散
したマイクロクラックが各粒子の熱膨張を吸収して見か
け上の熱膨張を低く保ち、或いは更にこれを向上させる
ものと推察される。但し以上は推論であって実証された
ものではなく、具体的な作用機構については今後の研究
に待つものである。
一部がチタン酸アルミニウムに固溶し、或いは新たな化
合物を生成して粒界に存在するなどして、チタン酸アル
ミニウム結晶の成長を抑え、これによりチタン酸アルミ
ニウム粒子が細かくなって、粒界（或いは粒内）に発生
するマイクロクラックが従来のものに比べて小さく且つ
万遍なく均一に分散するようになるものと考えられる。
而してマイクロクラックが小さくなれば機械的強度は高
くなり、また一方熱膨張特性に関しては、万遍なく分散
したマイクロクラックが各粒子の熱膨張を吸収して見か
け上の熱膨張を低く保ち、或いは更にこれを向上させる
ものと推察される。但し以上は推論であって実証された
ものではなく、具体的な作用機構については今後の研究
に待つものである。
本発明においては、ＳｉＯ2含有量をチタン酸アルミニ
ウム１００に対して０．５％以上５．０％未満の範囲と
することが必要である。
ウム１００に対して０．５％以上５．０％未満の範囲と
することが必要である。
チタン酸アルミニウムに対してＳｉＯ2を含有させる
と、後の実験例において明らかにされるように焼結体の
曲げ強度及びヒステリシスがＳｉＯ2の含有量が増加す
るにつれて向上する傾向にある。ここでヒステリシスと
は、昇温時の線膨張率の測定値と降温時の測定値との差
をとったものである。
と、後の実験例において明らかにされるように焼結体の
曲げ強度及びヒステリシスがＳｉＯ2の含有量が増加す
るにつれて向上する傾向にある。ここでヒステリシスと
は、昇温時の線膨張率の測定値と降温時の測定値との差
をとったものである。
而してヒステリシスについてはＳｉＯ2：０．５％以上
で急激に特性が良好となる（小さくなる）。
で急激に特性が良好となる（小さくなる）。
一方熱膨張係数については、ＳｉＯ2の含有量が０．５
％以上で特性が急激に良好となり、ＳｉＯ2をある程度
更に増しても良好な熱膨張特性を保持するが、その含有
量が５％以上になると熱膨張係数がこれを境として急激
に低下する傾向を示す。そこで本発明ではＳｉＯ2の含
有量を０．５％以上５．０％未満に規定している。
％以上で特性が急激に良好となり、ＳｉＯ2をある程度
更に増しても良好な熱膨張特性を保持するが、その含有
量が５％以上になると熱膨張係数がこれを境として急激
に低下する傾向を示す。そこで本発明ではＳｉＯ2の含
有量を０．５％以上５．０％未満に規定している。
他方Ｎｂ2Ｏ5についてはこれを少量、具体的には０．１
％以上含有させることによって曲げ強度が急激に良好と
なる。
％以上含有させることによって曲げ強度が急激に良好と
なる。
しかしながらＮｂ2Ｏ5が６．０％以上になると前述した
ヒステリシス特性が急激に悪化する。そこで本発明では
Ｎｂ2Ｏ5の含有量を０．１％以上６．０％未満と規定し
ている。
ヒステリシス特性が急激に悪化する。そこで本発明では
Ｎｂ2Ｏ5の含有量を０．１％以上６．０％未満と規定し
ている。
尚、本発明において添加すべきSiO2，Nb2O5の原料状態
については特に限定されず、また主成分であるAl2O3，T
iO2の量比についても種々変化させることが可能であ
る。但し望ましくはAl2O3とTiO2との比率Al2O3／TiO2が
モル比で０．８〜１．３の範囲である。
については特に限定されず、また主成分であるAl2O3，T
iO2の量比についても種々変化させることが可能であ
る。但し望ましくはAl2O3とTiO2との比率Al2O3／TiO2が
モル比で０．８〜１．３の範囲である。
（発明の効果） かかる本発明によれば、後の実験結果においても明らか
にされるように、チタン酸アルミニウムセラミックスの
熱膨張特性と機械的特性とが共に向上する。このような
本発明に係るチタン酸アルミニウムセラミックスは、金
属熔湯用ラドル，配管，ルツボ，ノズル，焼成用セッタ
ー，熱電対保護管，熔湯用フィルターその他の耐熱性・
耐熱衝撃抵抗性の要求される各種用途に好適に使用する
ことができる。
にされるように、チタン酸アルミニウムセラミックスの
熱膨張特性と機械的特性とが共に向上する。このような
本発明に係るチタン酸アルミニウムセラミックスは、金
属熔湯用ラドル，配管，ルツボ，ノズル，焼成用セッタ
ー，熱電対保護管，熔湯用フィルターその他の耐熱性・
耐熱衝撃抵抗性の要求される各種用途に好適に使用する
ことができる。
（実施例） 次に本発明の特徴をより明確にすべく、以下にその実施
例を詳述する。
例を詳述する。
［実施例１］ Al2O3とTiO2とをモル比１：１の割合とし、これにSi
O2，Nb2O5を第１表に示す種々割合で添加して樹脂ポッ
トとジルコニアボールを用いて１２時間混合した後、乾
燥した。得られた粉体（９ｇ）を０．４ｔ／cm2のプレ
ス圧で加圧成形した後、１５００℃で焼成した。そして
その焼結体の曲げ強度（三点荷重法），熱膨張率及び加
熱・冷却時にヒステリシス特性を測定した。結果が同じ
第１表，第１図〜第５図に示されている。尚第１図〜第
５図は第１表の結果をグラフ化したもので、このうち第
１図はＮｂ2Ｏ5，ＳｉＯ2の含有量を変化させた場合の
曲げ強度の変化を示し、また第２図は熱膨張係数の変化
を、更に第３図はヒステリシスの変化を夫々示してい
る。更に第４図は、Nb2O5：0.0（無添加），0.5，3.0に
ついて、SiO2の添加量を変えた場合の熱膨張率と曲げ強
度との関係をグラフとして示したものである。また第５
図は、横軸にNb2O5の添加量を、縦軸にSiO2の添加量を
とって、ヒステリシスの大小を示したものである。但し
第５図中は●はヒステリシスが０．２０以上の場合、○
は０．２０未満の場合を表している。ここでヒステリシ
スとは、熱膨張率の測定において昇温時における１００
℃での線膨張率（％）と降温時における１００℃での線
膨張率（％）との差をとったものであり、その数値が大
きいと、加熱・冷却サイクルの中で形状の変化の程度が
大きくなる。
O2，Nb2O5を第１表に示す種々割合で添加して樹脂ポッ
トとジルコニアボールを用いて１２時間混合した後、乾
燥した。得られた粉体（９ｇ）を０．４ｔ／cm2のプレ
ス圧で加圧成形した後、１５００℃で焼成した。そして
その焼結体の曲げ強度（三点荷重法），熱膨張率及び加
熱・冷却時にヒステリシス特性を測定した。結果が同じ
第１表，第１図〜第５図に示されている。尚第１図〜第
５図は第１表の結果をグラフ化したもので、このうち第
１図はＮｂ2Ｏ5，ＳｉＯ2の含有量を変化させた場合の
曲げ強度の変化を示し、また第２図は熱膨張係数の変化
を、更に第３図はヒステリシスの変化を夫々示してい
る。更に第４図は、Nb2O5：0.0（無添加），0.5，3.0に
ついて、SiO2の添加量を変えた場合の熱膨張率と曲げ強
度との関係をグラフとして示したものである。また第５
図は、横軸にNb2O5の添加量を、縦軸にSiO2の添加量を
とって、ヒステリシスの大小を示したものである。但し
第５図中は●はヒステリシスが０．２０以上の場合、○
は０．２０未満の場合を表している。ここでヒステリシ
スとは、熱膨張率の測定において昇温時における１００
℃での線膨張率（％）と降温時における１００℃での線
膨張率（％）との差をとったものであり、その数値が大
きいと、加熱・冷却サイクルの中で形状の変化の程度が
大きくなる。
これらの結果において、Ｎｂ2Ｏ5，ＳｉＯ2を夫々０．
１％以上６．０％未満，０．５％以上５．０％未満の範
囲で含有させることによって特性が効果的に向上するこ
とが分る。具体的には、第１図から分かるようにＮｂ2
Ｏ5を０．１％以上含有させることによって曲げ強度が
大幅に向上し、またＮｂ2Ｏ5の含有量が増大するとこれ
に伴って曲げ強度も大きくなる。
１％以上６．０％未満，０．５％以上５．０％未満の範
囲で含有させることによって特性が効果的に向上するこ
とが分る。具体的には、第１図から分かるようにＮｂ2
Ｏ5を０．１％以上含有させることによって曲げ強度が
大幅に向上し、またＮｂ2Ｏ5の含有量が増大するとこれ
に伴って曲げ強度も大きくなる。
但し第３図の結果及び第５図の結果から分るように、Ｎ
ｂ2Ｏ5が６．０％以上になるとヒステリシスが急激に大
きくなり、実際の製品として使用するには不向きであ
る。
ｂ2Ｏ5が６．０％以上になるとヒステリシスが急激に大
きくなり、実際の製品として使用するには不向きであ
る。
また第３図のヒステリシスのグラフ曲線から分るよう
に、ＳｉＯ2を０．５％以上含有させることによってヒ
ステリシス特性が急激に向上し、その値も基準値０．２
０よりも低くなる。
に、ＳｉＯ2を０．５％以上含有させることによってヒ
ステリシス特性が急激に向上し、その値も基準値０．２
０よりも低くなる。
更に第２図からも分るようにＳｉＯ2を０．５％以上含
有させた場合、熱膨張特性も急激に向上する。
有させた場合、熱膨張特性も急激に向上する。
この熱膨張特性はＳｉＯ2含有量が増してもある程度良
好なレベルを維持するが、ＳｉＯ2含有量が５％以上に
なるとここで急激に特性が悪化し始める。例えばＮｂ2
Ｏ5＝０．５％のグラグ曲線について見るとＳｉＯ2＝５
％以上で曲線が急激に立上り傾向を示すし、またＮｂ2
Ｏ5＝３．０％のグラフ曲線に見られるようにＳｉＯ2＝
５％以上で熱膨張係数がＳｉＯ2無添加の場合よりも大
きくなるに到り且つ基準値を２．５としたときこれを超
過するようになる。即ちＮｂ2Ｏ5＝３．０％の場合、熱
膨張係数について見ればＳｉＯ2を５％以上含有させる
とＳｉＯ2を含有させたことの効果が失われるのみなら
ず、却って特性が悪化する傾向を示す。
好なレベルを維持するが、ＳｉＯ2含有量が５％以上に
なるとここで急激に特性が悪化し始める。例えばＮｂ2
Ｏ5＝０．５％のグラグ曲線について見るとＳｉＯ2＝５
％以上で曲線が急激に立上り傾向を示すし、またＮｂ2
Ｏ5＝３．０％のグラフ曲線に見られるようにＳｉＯ2＝
５％以上で熱膨張係数がＳｉＯ2無添加の場合よりも大
きくなるに到り且つ基準値を２．５としたときこれを超
過するようになる。即ちＮｂ2Ｏ5＝３．０％の場合、熱
膨張係数について見ればＳｉＯ2を５％以上含有させる
とＳｉＯ2を含有させたことの効果が失われるのみなら
ず、却って特性が悪化する傾向を示す。
これらのことからＮｂ2Ｏ5＝０．１％以上６．０％未
満，ＳｉＯ2＝０．５％以上５．０％未満の範囲が良好
であることが分る。
満，ＳｉＯ2＝０．５％以上５．０％未満の範囲が良好
であることが分る。
［実施例２］ ＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ5とをＳｉＯ2＝０．５〜５．０％未
満，Ｎｂ2Ｏ5＝０．１〜６．０％未満の範囲の内外にお
いて共に添加するとともに、Al2O3とTiO2との量比を変
えて曲げ強度，熱膨張率の各特性を調査した。結果を第
２表に示す。
満，Ｎｂ2Ｏ5＝０．１〜６．０％未満の範囲の内外にお
いて共に添加するとともに、Al2O3とTiO2との量比を変
えて曲げ強度，熱膨張率の各特性を調査した。結果を第
２表に示す。
この表の結果から分るように、Al2O3，TiO2の比率を変
えた場合においても、SiO2，Nb2O5の添加効果が現われ
ていることが確認された。
えた場合においても、SiO2，Nb2O5の添加効果が現われ
ていることが確認された。
以上本発明の実施例を詳述したが、これはあくまで本発
明の一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて、当業者の知識に基づき、種々変更を加えた態様
において実施可能である。
明の一例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲に
おいて、当業者の知識に基づき、種々変更を加えた態様
において実施可能である。
第１図はＮｂ2Ｏ5とＳｉＯ2の含有量を変化させた場合
の曲げ強度の変化を示す図であり、第２図は熱膨張係数
の変化を示す図、第３図はヒステリシスの変化を示す図
である。更に第４図及び第５図は、熱膨張率と曲げ強度
との関係を示す図及びヒステリシスの大きさをＮｂ
2Ｏ5，ＳｉＯ2の添加量との関係で示す図である。
の曲げ強度の変化を示す図であり、第２図は熱膨張係数
の変化を示す図、第３図はヒステリシスの変化を示す図
である。更に第４図及び第５図は、熱膨張率と曲げ強度
との関係を示す図及びヒステリシスの大きさをＮｂ
2Ｏ5，ＳｉＯ2の添加量との関係で示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】チタン酸アルミニウムを主成分とし、これ
にＳｉＯ2及びＮｂ2Ｏ5を夫々チタン酸アルミニウム１
００に対して重量比で０．５％以上５．０％未満及び
０．１％以上６．０％未満の各範囲で含有させたことを
特徴とするチタン酸アルミニウムセラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066694A JPH0662336B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | チタン酸アルミニウムセラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066694A JPH0662336B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | チタン酸アルミニウムセラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02248362A JPH02248362A (ja) | 1990-10-04 |
| JPH0662336B2 true JPH0662336B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=13323302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1066694A Expired - Fee Related JPH0662336B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | チタン酸アルミニウムセラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0662336B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04317462A (ja) * | 1991-04-16 | 1992-11-09 | Isuzu Motors Ltd | 低熱膨張セラミックス材料及びその製造法 |
| JPWO2002040203A1 (ja) * | 2000-11-20 | 2004-03-18 | 財団法人ファインセラミックスセンター | 溶融金属供給装置及び非濡れ性が改善されたチタン酸アルミニウムセラミックス製部材 |
| JP4667611B2 (ja) * | 2001-02-02 | 2011-04-13 | 財団法人ファインセラミックスセンター | アルミニウム合金溶湯に対する非濡れ性を改善したチタン酸アルミニウムセラミックス製部材とその製造方法 |
| JP5144490B2 (ja) * | 2008-12-24 | 2013-02-13 | 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およびチタン酸アルミニウム系セラミックス |
| JP5397888B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2014-01-22 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 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 |
| JP2011037669A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | 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およびチタン酸アルミニウム系セラミックス |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP1066694A patent/JPH0662336B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02248362A (ja) | 1990-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |