JPH066506B2 - 低膨脹セラミックス製法 - Google Patents
低膨脹セラミックス製法Info
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- JPH066506B2 JPH066506B2 JP2016183A JP1618390A JPH066506B2 JP H066506 B2 JPH066506 B2 JP H066506B2 JP 2016183 A JP2016183 A JP 2016183A JP 1618390 A JP1618390 A JP 1618390A JP H066506 B2 JPH066506 B2 JP H066506B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は低膨脹セラミックスの製法に関するもので、更
にくわしくは、緻密質で耐熱衝撃性、気密性、耐熱制さ
らに実使用時の寸法安定性にも優れたコージェライト系
緻密質低膨脹セラミックスの製法に関するものである。
にくわしくは、緻密質で耐熱衝撃性、気密性、耐熱制さ
らに実使用時の寸法安定性にも優れたコージェライト系
緻密質低膨脹セラミックスの製法に関するものである。
(従来の技術および解決しようとする課題) 近年工業技術の進歩に伴い、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ
た材料の要求が増加している。セラミックスの耐熱衝撃
性は、材料の熱膨脹率、熱伝導率、強度、弾性率、ポア
ソン比等の特性に影響されると共に、製品の大きさや形
状、さらに加熱、冷却状態即ち熱移動速度にも影響され
る。
た材料の要求が増加している。セラミックスの耐熱衝撃
性は、材料の熱膨脹率、熱伝導率、強度、弾性率、ポア
ソン比等の特性に影響されると共に、製品の大きさや形
状、さらに加熱、冷却状態即ち熱移動速度にも影響され
る。
耐熱衝撃性に影響するこれらの諸因子のうち時熱膨脹係
数の寄与率が大であり、とりわけ、熱移動速度が大であ
るときには熱膨脹係数のみに大きく左右されることが知
られており、耐熱衝撃性に優れた低膨脹材料の開発が強
く望まれている。
数の寄与率が大であり、とりわけ、熱移動速度が大であ
るときには熱膨脹係数のみに大きく左右されることが知
られており、耐熱衝撃性に優れた低膨脹材料の開発が強
く望まれている。
従来比較的低膨脹なセラミック材料として、コージェラ
イトが知られているが、一般にコージェライトは、緻密
焼結化が難しく、特に室温から800℃までの熱膨脹係数
が2.0×10-6/℃以下となるような低膨脹性を示すコー
ジェライト素地では、カルシア、アルカリ、カリ、ソー
ダのような融剤となるべき不純物量を極めて少量に限定
する必要があるためガラス相が非常に少なく多孔質にな
る。特に近年自動車排気ガス浄化用触媒担体とて使用さ
れているコージェライト質ハニカム構造体は、室温から
800℃までの熱膨脹係数が1.5×10-6/℃以下であること
を必要とするため、不純物の少ないタルク、カオリン、
アルミナ等の原料が使用され、コージェライト焼結体の
気孔率はせいぜい25〜45%の範囲のものしか得られな
い。
イトが知られているが、一般にコージェライトは、緻密
焼結化が難しく、特に室温から800℃までの熱膨脹係数
が2.0×10-6/℃以下となるような低膨脹性を示すコー
ジェライト素地では、カルシア、アルカリ、カリ、ソー
ダのような融剤となるべき不純物量を極めて少量に限定
する必要があるためガラス相が非常に少なく多孔質にな
る。特に近年自動車排気ガス浄化用触媒担体とて使用さ
れているコージェライト質ハニカム構造体は、室温から
800℃までの熱膨脹係数が1.5×10-6/℃以下であること
を必要とするため、不純物の少ないタルク、カオリン、
アルミナ等の原料が使用され、コージェライト焼結体の
気孔率はせいぜい25〜45%の範囲のものしか得られな
い。
従ってこのようなコージェライトセラミックスを例え
ば、ハニカム構造にして回転畜熱式熱交換体に応用した
場合、その開気孔率が大きいためハニカム構造体貫通孔
を形成する隔壁表面の気孔、特に連通気孔を通して加熱
流体と熱回収側流体との相互間に流体のリークが発生
し、熱交換効率及び熱交換体が使用されるシステム全体
の効率が低下する重大な欠点を有している。また、ター
ボチャージャーローターのハウジングエギゾーストマニ
ホールド等に応用した場合、開気孔率が大きいため、圧
力の高い空気が漏れてしまい重大な欠点となる。このよ
うなことから耐熱衝撃性に優れた、低膨脹で緻密質なコ
ージェライトセラミックスが強く望まれていた。
ば、ハニカム構造にして回転畜熱式熱交換体に応用した
場合、その開気孔率が大きいためハニカム構造体貫通孔
を形成する隔壁表面の気孔、特に連通気孔を通して加熱
流体と熱回収側流体との相互間に流体のリークが発生
し、熱交換効率及び熱交換体が使用されるシステム全体
の効率が低下する重大な欠点を有している。また、ター
ボチャージャーローターのハウジングエギゾーストマニ
ホールド等に応用した場合、開気孔率が大きいため、圧
力の高い空気が漏れてしまい重大な欠点となる。このよ
うなことから耐熱衝撃性に優れた、低膨脹で緻密質なコ
ージェライトセラミックスが強く望まれていた。
更に、このような高温にさらされる高温構造材料では、
寸法安定性が要求され、実使用時の寸法変化率は±0.05
以下であることが望まれている。
寸法安定性が要求され、実使用時の寸法変化率は±0.05
以下であることが望まれている。
従来緻密なコージェライトセラミックスを得る方法とし
ては、コージェライト組成のバッチ調合物を溶融して成
形後、結晶化処理を行い、ガラスセラミックス化する方
法が知られている。例えば、1977年発行の「ジャーナル
・オブ・ザ・カナディアン・セラミック・ソサエティ」
第46巻に掲載されたトッピングとマースィの論文は、コ
ージェライトのSiO2の20%以内をAlPO4で置換したもの
を提案している。同論文によれば、AlPO4添加した原料
主成分を1600℃で融解後冷却したコージェライトガラス
を生成し、再加熱後冷却してコージェライトの結晶を生
成させている。得られるコージェライトは緻密である
が、析出するコージェライト結晶相の配向を制御できな
いため熱膨脹係数が小さいものでも2.15×10-6/℃と未
だ大きい欠点がある。
ては、コージェライト組成のバッチ調合物を溶融して成
形後、結晶化処理を行い、ガラスセラミックス化する方
法が知られている。例えば、1977年発行の「ジャーナル
・オブ・ザ・カナディアン・セラミック・ソサエティ」
第46巻に掲載されたトッピングとマースィの論文は、コ
ージェライトのSiO2の20%以内をAlPO4で置換したもの
を提案している。同論文によれば、AlPO4添加した原料
主成分を1600℃で融解後冷却したコージェライトガラス
を生成し、再加熱後冷却してコージェライトの結晶を生
成させている。得られるコージェライトは緻密である
が、析出するコージェライト結晶相の配向を制御できな
いため熱膨脹係数が小さいものでも2.15×10-6/℃と未
だ大きい欠点がある。
特開昭59-13741号公報と特開昭59-92943号公報の発明
は、Y2O3又はZnOを添加した主原料成分にB2O3及び/又
はP2O5を添加し、焼成して得た結晶化ガラス成分を2〜
7μに微粉砕してガラスフリットとし、所要形状に成形
後、再度焼成結晶化させてなる結晶化ガラス体を提案し
ている。このものは熱膨脹係数が2.4〜2.6×10-6/℃と
大きい欠点がある。
は、Y2O3又はZnOを添加した主原料成分にB2O3及び/又
はP2O5を添加し、焼成して得た結晶化ガラス成分を2〜
7μに微粉砕してガラスフリットとし、所要形状に成形
後、再度焼成結晶化させてなる結晶化ガラス体を提案し
ている。このものは熱膨脹係数が2.4〜2.6×10-6/℃と
大きい欠点がある。
コージェライトセラミックスが低膨脹性を示す理由は、
例えば昭和50年(1975年)5月27日にアーウイン・エム・
ラッチマン他に与えられた「アニソトロピック・コージ
ェライトモノリス」という名称の米国特許第3,885,977
号明細書(対応日本出願:特開昭50-75611号公報)に開
示されているように、板状粘土、積層粘土に起因する平
面的配向により、焼成後のコージェライトセラミックス
が、配向して形成されるためであり、このためガラスセ
ラミックス化による緻密質コージェライトでは2.0×10
-6/℃以上の高い熱膨脹係数となる。
例えば昭和50年(1975年)5月27日にアーウイン・エム・
ラッチマン他に与えられた「アニソトロピック・コージ
ェライトモノリス」という名称の米国特許第3,885,977
号明細書(対応日本出願:特開昭50-75611号公報)に開
示されているように、板状粘土、積層粘土に起因する平
面的配向により、焼成後のコージェライトセラミックス
が、配向して形成されるためであり、このためガラスセ
ラミックス化による緻密質コージェライトでは2.0×10
-6/℃以上の高い熱膨脹係数となる。
更に、これらの従来例には、寸法安定性に関する記載は
なんら認められない。
なんら認められない。
本発明の目的は上述した課題を解決して、熱膨脹係数が
2.0×10-6/℃以下と低膨脹で、開気孔率が15%以下、5
00〜1200℃で1000時間保持した後の寸法変化率は±0.05
%以下の緻密なコージェライト系セラミックスの製法を
提供しようとするものである。
2.0×10-6/℃以下と低膨脹で、開気孔率が15%以下、5
00〜1200℃で1000時間保持した後の寸法変化率は±0.05
%以下の緻密なコージェライト系セラミックスの製法を
提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明の低膨脹セラミックスの製法は、化学組成がMg O
7.5〜20.0重量%、Al2O3 22.0〜44.3重量%、SiO2 37.0
〜60重量%、P2O52.0〜10.0重量%であるバッチを調製
すること、このバッチを成形すること、およびこの成形
体を焼成すること、および焼成体を1150℃〜1350℃で熱
処理し、結晶相の主成分がコージェライト相からなり、
開気孔率が15%以下で、25〜800℃の間の熱膨脹係数が
2.0×10-6/℃以下、500〜1200℃で1000時間保持した後
の寸法変化率が±0.05%以下であるセラミックスを得る
ことを特徴とするものである。
7.5〜20.0重量%、Al2O3 22.0〜44.3重量%、SiO2 37.0
〜60重量%、P2O52.0〜10.0重量%であるバッチを調製
すること、このバッチを成形すること、およびこの成形
体を焼成すること、および焼成体を1150℃〜1350℃で熱
処理し、結晶相の主成分がコージェライト相からなり、
開気孔率が15%以下で、25〜800℃の間の熱膨脹係数が
2.0×10-6/℃以下、500〜1200℃で1000時間保持した後
の寸法変化率が±0.05%以下であるセラミックスを得る
ことを特徴とするものである。
コージェライトに含有するP2O5は焼成時にAlPO4とな
り、コージェライト結晶中のSiO2と置換固溶し、コージ
ェライトセラミックスよりわずかに低融点のコージェラ
イト系固溶体を生成しめ、焼結中に生成する液相の量を
増大し、コージェライトを容易に緻密化させるのであ
る。しかもこの液相は焼結後、冷却中に大部分コージェ
ライト系固溶体に結晶化してしまうため、カルシア、ア
ルカリ、カリ、ソーダのような溶剤を用いて緻密化させ
たコージェライトセラミックスと異なって、熱膨脹係数
が増大することもない。また焼結後、1150〜1350℃の温
度で熱処理することにより、残存しているガラス相も完
全に結晶化させてしまうため、500〜1200℃に1000時間
保持した後でも、寸法変化率は±0.05%以下となる。
り、コージェライト結晶中のSiO2と置換固溶し、コージ
ェライトセラミックスよりわずかに低融点のコージェラ
イト系固溶体を生成しめ、焼結中に生成する液相の量を
増大し、コージェライトを容易に緻密化させるのであ
る。しかもこの液相は焼結後、冷却中に大部分コージェ
ライト系固溶体に結晶化してしまうため、カルシア、ア
ルカリ、カリ、ソーダのような溶剤を用いて緻密化させ
たコージェライトセラミックスと異なって、熱膨脹係数
が増大することもない。また焼結後、1150〜1350℃の温
度で熱処理することにより、残存しているガラス相も完
全に結晶化させてしまうため、500〜1200℃に1000時間
保持した後でも、寸法変化率は±0.05%以下となる。
さらに原料を従来のコージェライトに用いられているタ
ルク、粘土、アルミナ、ブルーサイト、マグネサイト、
水酸化アルミニウムから選定することにより、コージェ
ライト結晶を配向させることができるため、熱膨脹係数
が2.0×10-6/℃以下と低膨脹で緻密質なコージェライ
ト系セラミックスを得ることができる。
ルク、粘土、アルミナ、ブルーサイト、マグネサイト、
水酸化アルミニウムから選定することにより、コージェ
ライト結晶を配向させることができるため、熱膨脹係数
が2.0×10-6/℃以下と低膨脹で緻密質なコージェライ
ト系セラミックスを得ることができる。
孔の直径が5μm以上の総細孔容積は、通常0.04cc/g以
下である。
下である。
コージェライト相のMgはZnおよび/またはFeで10モル%
以下置換された鉄コージェライトまたは鉄亜鉛コージェ
ライトであっても良い。
以下置換された鉄コージェライトまたは鉄亜鉛コージェ
ライトであっても良い。
本発明の低膨脹セラミックスは化学組成がMgO 7.5〜20
重量%、Al2O3 22.0〜44.3重量%、SiO237.0〜60重量
%、P2O5 2.0〜10.0重量%であるバッチを調製し、調整
したバッチをスリップキャスト等の鋳込成形、押出成形
等の可塑成形、プレス成形等の加圧成形により任意の形
状の成形体とし、この成形体を乾燥後、1250〜1450℃に
て2〜20h焼成し、1150〜1350℃の温度で熱処理するこ
とにより、残存しているガラス相をさらに結晶化させて
しまうことにより製造される。
重量%、Al2O3 22.0〜44.3重量%、SiO237.0〜60重量
%、P2O5 2.0〜10.0重量%であるバッチを調製し、調整
したバッチをスリップキャスト等の鋳込成形、押出成形
等の可塑成形、プレス成形等の加圧成形により任意の形
状の成形体とし、この成形体を乾燥後、1250〜1450℃に
て2〜20h焼成し、1150〜1350℃の温度で熱処理するこ
とにより、残存しているガラス相をさらに結晶化させて
しまうことにより製造される。
P2O5源となる原料はリン酸アルミニウム、リン酸マグネ
シウム、リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれる一種以上の
組合せが好ましく、MgO、Al2O3、SiO2源原料は主として
ブルーサイト、マグネサイト、タルク、粘土、アルミナ
から選ばれるのが好ましい。
シウム、リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれる一種以上の
組合せが好ましく、MgO、Al2O3、SiO2源原料は主として
ブルーサイト、マグネサイト、タルク、粘土、アルミナ
から選ばれるのが好ましい。
また、ブルーサイト、マグネサイト、タルク等のMgO源
原料の平均粒径を5μm以下にすることにより、残存す
る開気孔の直径を5μm以下に抑制し、開気孔率15%以
下にても充分に気密性に優れた緻密質コージェライト系
セラミックスを得ることができる。
原料の平均粒径を5μm以下にすることにより、残存す
る開気孔の直径を5μm以下に抑制し、開気孔率15%以
下にても充分に気密性に優れた緻密質コージェライト系
セラミックスを得ることができる。
(作 用) 本発明はコージェライト相中にP2O5を2〜10重量%、Al
PO4として固溶させることにより、開気孔率が15%以下
で、25〜800℃の間の熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下と
いう、緻密質で低膨脹なコージェライト系セラミックス
を得られることを新規に見出したことによる。P2O5を2
重量%以上と限定した理由は、それ以下では、緻密化に
充分な液相が生じないため緻密化しないためであり、P2
O5 10重量%以下に限定した理由は、それ以上では、P2O
5がAlPO4としての固溶限を超えてしまい高膨脹化するた
めである。500〜1200℃で1000時間保持した後の寸法変
化率を±0.05以下としたのは、機械的部品として用いら
れた場合これ以上の寸法変化をしたのでは、実使用上問
題となるためである。
PO4として固溶させることにより、開気孔率が15%以下
で、25〜800℃の間の熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下と
いう、緻密質で低膨脹なコージェライト系セラミックス
を得られることを新規に見出したことによる。P2O5を2
重量%以上と限定した理由は、それ以下では、緻密化に
充分な液相が生じないため緻密化しないためであり、P2
O5 10重量%以下に限定した理由は、それ以上では、P2O
5がAlPO4としての固溶限を超えてしまい高膨脹化するた
めである。500〜1200℃で1000時間保持した後の寸法変
化率を±0.05以下としたのは、機械的部品として用いら
れた場合これ以上の寸法変化をしたのでは、実使用上問
題となるためである。
化学組成をMgO 7.5〜20重量%、Al2O3 22.0〜44.3重量
%、SiO2 37.0〜60重量%、P2O5 2.0〜10.0重量%と限
定した理由は、この範囲を超えては、コージェライト相
が充分に生成しないため、高膨脹化してしまうためであ
る。
%、SiO2 37.0〜60重量%、P2O5 2.0〜10.0重量%と限
定した理由は、この範囲を超えては、コージェライト相
が充分に生成しないため、高膨脹化してしまうためであ
る。
焼成温度が1250℃以下ではコージェライト相が充分に生
成せず、また1450℃より大では軟化変形してしまう。同
様に焼成時間が2hより短くてはコージェライト相が充分
に生成せず、20h以上では温度にもよるが、軟化による
変形が起こる。
成せず、また1450℃より大では軟化変形してしまう。同
様に焼成時間が2hより短くてはコージェライト相が充分
に生成せず、20h以上では温度にもよるが、軟化による
変形が起こる。
また残存している開気孔の直径が5μm以上の総細孔容
積を0.04cc/g以下に限定した理由は、加圧したガスのリ
ーク量が直径5μm以上の細孔の総細孔容積に依存し、
0.04cc/g以下にすることにより、従来のコージェライト
の半分以下のリーク量に抑制することができるためであ
る。
積を0.04cc/g以下に限定した理由は、加圧したガスのリ
ーク量が直径5μm以上の細孔の総細孔容積に依存し、
0.04cc/g以下にすることにより、従来のコージェライト
の半分以下のリーク量に抑制することができるためであ
る。
またコージェライト相2MgO・2Al2O3・5SiO2のMgは、10
モル%まで、Znおよび/またはFeで置換されていても本
発明に規定するコージェライト系セラミックスと同等の
特性のコージェライト系セラミックスを得ることができ
る。
モル%まで、Znおよび/またはFeで置換されていても本
発明に規定するコージェライト系セラミックスと同等の
特性のコージェライト系セラミックスを得ることができ
る。
熱処理温度を1150〜1350℃に限定した理由は1150℃未満
の温度では、残存ガラス相の結晶化速度が遅いため、非
常に長時間の熱処理を必要とするためであり、1350℃よ
り高温では、残存ガラス相の結晶化が起こらないからで
ある。
の温度では、残存ガラス相の結晶化速度が遅いため、非
常に長時間の熱処理を必要とするためであり、1350℃よ
り高温では、残存ガラス相の結晶化が起こらないからで
ある。
P2O5源を、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、
リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれるリン酸塩化合物一種
または二種以上の組合せとした理由は、リン酸は液体で
あるため混合が難しく、不均一になってしまうためであ
る。またリン酸ではコージェライトの生成温度以下の低
温で局所的に溶融して巨大なポアを生成してしまうため
これらの融点の比較的高く水等に不溶性のリン酸塩化合
物の形態で添加することが望ましい。
リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれるリン酸塩化合物一種
または二種以上の組合せとした理由は、リン酸は液体で
あるため混合が難しく、不均一になってしまうためであ
る。またリン酸ではコージェライトの生成温度以下の低
温で局所的に溶融して巨大なポアを生成してしまうため
これらの融点の比較的高く水等に不溶性のリン酸塩化合
物の形態で添加することが望ましい。
MgO、Al2O3、SiO2源をブルーサイト、マグネサイト、タ
ルク粘土、アルミナ、水酸化アルミニウムから選んだ理
由は、これらの原料から作られた、コージェライト系セ
ラミックスが特に低膨脹化するためであるが、さらにMg
O源が酸化マグネシウム、SiO2源がシリカ等から選定さ
れても良い。
ルク粘土、アルミナ、水酸化アルミニウムから選んだ理
由は、これらの原料から作られた、コージェライト系セ
ラミックスが特に低膨脹化するためであるが、さらにMg
O源が酸化マグネシウム、SiO2源がシリカ等から選定さ
れても良い。
MgO源原料の平均粒径を5μm以下としたのは、コージ
ェライトセラミックスでは、焼結後MgO源原料粒子の形
骸ポアが残存して、開気孔の原因となるためMgO源原料
の平均粒径を5μm以下に限定することにより、5μm
より大きい開気孔を抑制することができ、本発明の目的
である、気密性の高いコージェライトセラミックスが得
られるためである。
ェライトセラミックスでは、焼結後MgO源原料粒子の形
骸ポアが残存して、開気孔の原因となるためMgO源原料
の平均粒径を5μm以下に限定することにより、5μm
より大きい開気孔を抑制することができ、本発明の目的
である、気密性の高いコージェライトセラミックスが得
られるためである。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
第1表に記載する調合割合に従って予め粒度調製された
ブルーサイト、マグネサイト、タルク、アルミナ、水酸
化アルミニウム、粘土、リン酸アルニミウム、リン酸マ
グネシウム、リン酸鉄を混合した。第2表に用いた原料
の化学分析値を示す。この混合物100重量部に水5〜10
重量部、でんぷん糊(水分80%)20重量部を加えニーダ
ーで十分に混練し真空押出成形機にてピッチ1.0mm、薄
壁の厚さ0.10mmの三角セル形状を有し、65mm四方長さが
120mmのハニカム柱状体に押出した。このハニカム成形
体を乾燥後第1表に記載した焼成条件で焼成し、さらに
1150℃〜1350℃の高温で熱処理し、本発明の実施例1〜
13、参考例15〜29のコージェライト系セラミックハニカ
ムを得た。
ブルーサイト、マグネサイト、タルク、アルミナ、水酸
化アルミニウム、粘土、リン酸アルニミウム、リン酸マ
グネシウム、リン酸鉄を混合した。第2表に用いた原料
の化学分析値を示す。この混合物100重量部に水5〜10
重量部、でんぷん糊(水分80%)20重量部を加えニーダ
ーで十分に混練し真空押出成形機にてピッチ1.0mm、薄
壁の厚さ0.10mmの三角セル形状を有し、65mm四方長さが
120mmのハニカム柱状体に押出した。このハニカム成形
体を乾燥後第1表に記載した焼成条件で焼成し、さらに
1150℃〜1350℃の高温で熱処理し、本発明の実施例1〜
13、参考例15〜29のコージェライト系セラミックハニカ
ムを得た。
第1表に示した各種コージェライト系セラミックハニカ
ムについて粉末X線回折によりコージェライト結晶を定
量すると共に、25℃から800℃温度範囲における熱膨脹
係数、開気孔率、水銀圧入式ポロシメーターによりセラ
ミックハニカム薄壁部の直径5μm以上の総細孔容積、
加圧空気の薄壁からのリーク量をそれぞれ測定比較し
た。加圧空気の薄壁からのリーク量はコージェライト系
セラミックハニカムの一方の端面に中央に20mm×20mmの
正方形の穴を有する65×65mmのゴム製パッキンを装着
し、もう一方の端面に穴の無い65×65mmのゴム製パッキ
ンを装着密閉し、前記ゴム製パッキンの穴に1.4kg/cm2
の加圧空気を導入し、加圧空気の流量を測定して単位面
積当り、単位時間当りのリーク量(kg/m2sec)とし
た。さらに5mm×5mm×50Lのセラミックハニカム試料
を1200℃にて1000時間保持した後の寸法変化率をマイク
ロメーターにて測定した。結果は第1表に示す通りであ
る。また第1表中のタルクの*印は平均粒径が2.0μm
のもの、**印は平均粒径が10.0μmのものを示し、そ
の他はすべて平均粒径は5.0μmである。
ムについて粉末X線回折によりコージェライト結晶を定
量すると共に、25℃から800℃温度範囲における熱膨脹
係数、開気孔率、水銀圧入式ポロシメーターによりセラ
ミックハニカム薄壁部の直径5μm以上の総細孔容積、
加圧空気の薄壁からのリーク量をそれぞれ測定比較し
た。加圧空気の薄壁からのリーク量はコージェライト系
セラミックハニカムの一方の端面に中央に20mm×20mmの
正方形の穴を有する65×65mmのゴム製パッキンを装着
し、もう一方の端面に穴の無い65×65mmのゴム製パッキ
ンを装着密閉し、前記ゴム製パッキンの穴に1.4kg/cm2
の加圧空気を導入し、加圧空気の流量を測定して単位面
積当り、単位時間当りのリーク量(kg/m2sec)とし
た。さらに5mm×5mm×50Lのセラミックハニカム試料
を1200℃にて1000時間保持した後の寸法変化率をマイク
ロメーターにて測定した。結果は第1表に示す通りであ
る。また第1表中のタルクの*印は平均粒径が2.0μm
のもの、**印は平均粒径が10.0μmのものを示し、そ
の他はすべて平均粒径は5.0μmである。
第1表に示す実施例1〜13、参考例15〜29の結果、およ
びその結果に基づくP2O5含有量と開気孔率および熱膨脹
係数の関係を示す第1図から明らかなように、コージェ
ライト組成にP2O5を2.0〜10.0重量%含有させると、本
発明で目的とする開気孔率が15%以下であると共に25〜
800℃の間の熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下である低膨
脹セラミックスが得られた。また、P2O5が2.0〜10.0重
量%の範囲内でかつMgO7.5〜20.0重量%、Al2O322.0〜4
4.3重量%、SiO237.0〜60.0重量%の範囲が好ましいこ
とが第1表からわかる。
びその結果に基づくP2O5含有量と開気孔率および熱膨脹
係数の関係を示す第1図から明らかなように、コージェ
ライト組成にP2O5を2.0〜10.0重量%含有させると、本
発明で目的とする開気孔率が15%以下であると共に25〜
800℃の間の熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下である低膨
脹セラミックスが得られた。また、P2O5が2.0〜10.0重
量%の範囲内でかつMgO7.5〜20.0重量%、Al2O322.0〜4
4.3重量%、SiO237.0〜60.0重量%の範囲が好ましいこ
とが第1表からわかる。
また、コージェライト相のMgOをZnまたはFeで部分的に
置換しても本発明の低膨脹セラミックスを得ることがで
きる。
置換しても本発明の低膨脹セラミックスを得ることがで
きる。
さらに、1.4kg/cm2加圧空気のセラミックハニカム薄壁
からのリーク量と孔の直径が5μm以上の細孔容積との
相関関係を示す第2図から明らかなように、リーク量と
孔の直径が5μm以上の細孔容積には高い相関が認めら
れる。第4図には実施例6および参考例16,18の細孔径
分布曲線を示す。直径5μm以上の総細孔容積の少ない
実施例6にあっては、参考例16,18に比してリーク量が
第2図から明らかなように著しく低くなる。さらに第2
図より5μm以上の細孔の総細孔容積を0.04cc/g以下に
することによりリーク量を通常のコージェライトの半分
以下に低減することができた。また、1200℃にて保持し
たときの寸法変化率の時間依存性を示す第3図から明ら
かなように、本発明の範囲である1150〜1350℃の高温で
熱処理することにより1200℃で1000時間保持した後でも
従来寸法変化率が小さくて良好とされていたコージェラ
イトとほぼ同等の±0.05%以下を達成することができ
た。
からのリーク量と孔の直径が5μm以上の細孔容積との
相関関係を示す第2図から明らかなように、リーク量と
孔の直径が5μm以上の細孔容積には高い相関が認めら
れる。第4図には実施例6および参考例16,18の細孔径
分布曲線を示す。直径5μm以上の総細孔容積の少ない
実施例6にあっては、参考例16,18に比してリーク量が
第2図から明らかなように著しく低くなる。さらに第2
図より5μm以上の細孔の総細孔容積を0.04cc/g以下に
することによりリーク量を通常のコージェライトの半分
以下に低減することができた。また、1200℃にて保持し
たときの寸法変化率の時間依存性を示す第3図から明ら
かなように、本発明の範囲である1150〜1350℃の高温で
熱処理することにより1200℃で1000時間保持した後でも
従来寸法変化率が小さくて良好とされていたコージェラ
イトとほぼ同等の±0.05%以下を達成することができ
た。
以上のことから本発明の範囲のセラミックスによると、
気密性が良好であると共に熱膨脹係数および高温での寸
法変化率が通常のコージェライトと同じ程度であるので
良好な耐衝撃性も得られ、高温構造材料として極めて優
れた特性を得ることができた。
気密性が良好であると共に熱膨脹係数および高温での寸
法変化率が通常のコージェライトと同じ程度であるので
良好な耐衝撃性も得られ、高温構造材料として極めて優
れた特性を得ることができた。
第4図および第5図は参考例16および参考例18の微構造
組織をそれぞれ示していて、多孔質であり大きな気孔が
存在していることがわかる。また第6図は実施例4の微
構造組織を示し、上述した参考例に比べて大きな気孔が
少なく緻密質であることがわかる。また第7図は実施例
4に対するCuKα線によるX線回折チャートを示し、こ
のチャートから主たる結晶相がコージェライト相で二次
結晶相としてムライト、コランダム、スピネルが存在す
ることがわかる。
組織をそれぞれ示していて、多孔質であり大きな気孔が
存在していることがわかる。また第6図は実施例4の微
構造組織を示し、上述した参考例に比べて大きな気孔が
少なく緻密質であることがわかる。また第7図は実施例
4に対するCuKα線によるX線回折チャートを示し、こ
のチャートから主たる結晶相がコージェライト相で二次
結晶相としてムライト、コランダム、スピネルが存在す
ることがわかる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の低膨脹セラミックスの製法によれば、コージェライト
相中にP2O5を2〜10重量%含有させたものを焼成後さら
に1150〜1350℃で熱処理することにより、コージェライ
トと同等の低膨脹性を維持しつつ素地の緻密化を達成で
きると共に、P2O5の添加によって損なわれた高温での寸
法変化率をコージェライトと同等の程度まで低減できる
低膨脹セラミックスを得ることができる。
の低膨脹セラミックスの製法によれば、コージェライト
相中にP2O5を2〜10重量%含有させたものを焼成後さら
に1150〜1350℃で熱処理することにより、コージェライ
トと同等の低膨脹性を維持しつつ素地の緻密化を達成で
きると共に、P2O5の添加によって損なわれた高温での寸
法変化率をコージェライトと同等の程度まで低減できる
低膨脹セラミックスを得ることができる。
そのため、その応用範囲は熱交換体としてのセク・レキ
ュペレータ、セラミックターボチャージャーローター用
ハウジング等、機密性を必要とする低膨脹材料として広
く十分な実用性を備えている。
ュペレータ、セラミックターボチャージャーローター用
ハウジング等、機密性を必要とする低膨脹材料として広
く十分な実用性を備えている。
第1図はコージェライト系セラミックハニカムのP2O5含
有量と開気孔率および熱膨脹係数の関係を示す図、 第2図は1.4kg/cm2加圧空気のセラミックハニカム薄壁
からのリーク量と孔の直径が5μm以上の総細孔容積と
の相関を表わす図、 第3図は1200℃にて保持したときの寸法変化率の時間依
存性を示す図、 第4図は細孔分布曲線を示す図、 第5図および第6図は従来の低膨脹セラミックスの結晶
の構造を拡大して示す写真、 第7図は本発明の低膨脹セラミックスの結晶の構造を拡
大して示す写真、 第8図は化学組成を同定するのに使用したX線回折チャ
ートを示す図である。
有量と開気孔率および熱膨脹係数の関係を示す図、 第2図は1.4kg/cm2加圧空気のセラミックハニカム薄壁
からのリーク量と孔の直径が5μm以上の総細孔容積と
の相関を表わす図、 第3図は1200℃にて保持したときの寸法変化率の時間依
存性を示す図、 第4図は細孔分布曲線を示す図、 第5図および第6図は従来の低膨脹セラミックスの結晶
の構造を拡大して示す写真、 第7図は本発明の低膨脹セラミックスの結晶の構造を拡
大して示す写真、 第8図は化学組成を同定するのに使用したX線回折チャ
ートを示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】化学組成がMgO 7.5〜20.0重量%、Al2O3 2
2.0〜44.3重量%、SiO2 37.0〜60.0重量%、P2O5 2.0〜
10.0重量%であるバッチを調製すること、このバッチを
成形すること、およびこの成形体を焼成すること、およ
び焼成体を1150℃〜1350℃で熱処理し、結晶相の主成分
がコージェライト相からなり、開気孔率が15%以下で、
25〜800℃の間の熱膨脹係数が2.0×10-6/℃以下、500
〜1200℃で1000時間保持した後の寸法変化率が±0.05%
以下であることを特徴とする低膨脹セラミックスの製
法。 - 【請求項2】P2O5源原料がリン酸アルミニウム、リン酸
マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸鉄から選ばれた一種
以上の組合せであり、MgO、Al2O3、SiO2源が主としてブ
ルーサイト、マグネサイト、タルク、粘土、アルミナか
ら選ばれた特許請求範囲第1項に記載の低膨脹セラミッ
クスの製法。 - 【請求項3】MgO源原料の平均粒径が5μm以下である
特許請求範囲第1項に記載の低膨脹セラミックスの製
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016183A JPH066506B2 (ja) | 1985-05-14 | 1990-01-29 | 低膨脹セラミックス製法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60102384A JPS61261258A (ja) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | 低膨脹セラミックス |
JP2016183A JPH066506B2 (ja) | 1985-05-14 | 1990-01-29 | 低膨脹セラミックス製法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60102384A Division JPS61261258A (ja) | 1985-05-14 | 1985-05-14 | 低膨脹セラミックス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02229760A JPH02229760A (ja) | 1990-09-12 |
JPH066506B2 true JPH066506B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=26352455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016183A Expired - Lifetime JPH066506B2 (ja) | 1985-05-14 | 1990-01-29 | 低膨脹セラミックス製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH066506B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009172604A (ja) * | 2009-03-26 | 2009-08-06 | Kyocera Corp | セラミックスフィルタおよびその製造方法 |
KR101677486B1 (ko) * | 2009-03-31 | 2016-11-18 | 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 | 세라믹 허니컴 구조체 및 그 제조 방법 |
US20120028786A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | Empire Technology Development Llc | Fabrication of cordierite article using waste steel slags |
EP3880342B1 (en) * | 2018-11-16 | 2024-06-12 | Corning Incorporated | Cordierite-containing ceramic bodies, batch composition mixtures, and methods of manufacturing cordierite-containing ceramic bodies |
CN110423106A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-08 | 河南雒阳紫砂研发有限公司 | 一种紫砂防裂器皿的组配方法 |
-
1990
- 1990-01-29 JP JP2016183A patent/JPH066506B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02229760A (ja) | 1990-09-12 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |