JPH0717764A - チタン酸アルミニウム焼結体及びその製造方法 - Google Patents
チタン酸アルミニウム焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0717764A JPH0717764A JP5143404A JP14340493A JPH0717764A JP H0717764 A JPH0717764 A JP H0717764A JP 5143404 A JP5143404 A JP 5143404A JP 14340493 A JP14340493 A JP 14340493A JP H0717764 A JPH0717764 A JP H0717764A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本来の高融点、低熱膨張を損なうことなく、機
械的強度を向上させ、熱膨張履歴のヒステリシスも改善
したチタン酸アルミニウム焼結体を製造する。 【構成】チタン酸アルミニウム原料粉末を泥漿とし鋳型
に鋳込んで作成した成形体を１１００以上１４００℃以
下の温度で焼成する。
械的強度を向上させ、熱膨張履歴のヒステリシスも改善
したチタン酸アルミニウム焼結体を製造する。 【構成】チタン酸アルミニウム原料粉末を泥漿とし鋳型
に鋳込んで作成した成形体を１１００以上１４００℃以
下の温度で焼成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタン酸アルミニウム
セラミックス及びその製造方法に関し、特に高融点と低
熱膨張性を有すると共に、更に機械的強度に極めて優
れ、熱膨張曲線のヒステリシスを抑制した特性を示すチ
タン酸アルミニウムの有利な焼結体及びその製造方法に
ついて提案する。
セラミックス及びその製造方法に関し、特に高融点と低
熱膨張性を有すると共に、更に機械的強度に極めて優
れ、熱膨張曲線のヒステリシスを抑制した特性を示すチ
タン酸アルミニウムの有利な焼結体及びその製造方法に
ついて提案する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、チタン酸アルミニウム（Ａｌ2
ＴｉＯ5 ）焼結体は、融点が高く（１８５０℃）、優れ
た断熱性と低熱膨張性とを備えるほか、耐熱衝撃性にも
優れたセラミックスの一つであり、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材等として使用した
場合に、ハイドロカーボンの排出を効果的に低減するの
に有効に作用するものとして賞用されている。
ＴｉＯ5 ）焼結体は、融点が高く（１８５０℃）、優れ
た断熱性と低熱膨張性とを備えるほか、耐熱衝撃性にも
優れたセラミックスの一つであり、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材等として使用した
場合に、ハイドロカーボンの排出を効果的に低減するの
に有効に作用するものとして賞用されている。
【０００３】上記のように、チタン酸アルミニウム焼結
体の特性の一つに低熱膨張性が挙げられるが、この低熱
膨張のメカニズムは、チタン酸アルミニウムの持つ特有
の作用、即ち、各結晶方向の熱膨張係数が著しく異なる
ことに起因するものと言われている。即ち、結晶粒界に
入った亀裂によって熱膨張が吸収されるため、見掛け上
熱膨張は小さくなるのであるしかしながら、このチタン
酸アルミニウムの熱膨張挙動は、昇温と降温での熱膨張
履歴が異なるヒステリシス曲線を描く。
体の特性の一つに低熱膨張性が挙げられるが、この低熱
膨張のメカニズムは、チタン酸アルミニウムの持つ特有
の作用、即ち、各結晶方向の熱膨張係数が著しく異なる
ことに起因するものと言われている。即ち、結晶粒界に
入った亀裂によって熱膨張が吸収されるため、見掛け上
熱膨張は小さくなるのであるしかしながら、このチタン
酸アルミニウムの熱膨張挙動は、昇温と降温での熱膨張
履歴が異なるヒステリシス曲線を描く。
【０００４】また、このチタン酸アルミニウム焼結体の
機械的強度については、上述した結晶粒界に入った亀裂
のために低いのが普通であった。従来、チタン酸アルミ
ニウムが抱えるこのような問題点に対し、それを克服す
る技術として、種々の物質を添加することによって、熱
膨張履歴のヒステリシスを抑制し、高強度を有するチタ
ン酸アルミニウム焼結体が知られている。
機械的強度については、上述した結晶粒界に入った亀裂
のために低いのが普通であった。従来、チタン酸アルミ
ニウムが抱えるこのような問題点に対し、それを克服す
る技術として、種々の物質を添加することによって、熱
膨張履歴のヒステリシスを抑制し、高強度を有するチタ
ン酸アルミニウム焼結体が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】チタン酸アルミニウム
の機械的強度や熱膨張履歴のヒステリシスは、結晶粒界
に入った亀裂によるものである。亀裂の生成を抑制する
ことによって、熱膨張履歴のヒステリシスを抑制し、更
に高強度のチタン酸アルミニウム焼結体を得ることがで
きる。この亀裂抑制のために従来種々の物質を添加して
いるが、概して焼成温度が１５００℃以上と高温である
ため、焼成によるエネルギーコストは高くなる。
の機械的強度や熱膨張履歴のヒステリシスは、結晶粒界
に入った亀裂によるものである。亀裂の生成を抑制する
ことによって、熱膨張履歴のヒステリシスを抑制し、更
に高強度のチタン酸アルミニウム焼結体を得ることがで
きる。この亀裂抑制のために従来種々の物質を添加して
いるが、概して焼成温度が１５００℃以上と高温である
ため、焼成によるエネルギーコストは高くなる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記従来技術が
抱えている解決を必要とする課題を克服出来るセラミッ
ク焼結体及びその製造方法を提供することにある。即
ち、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、機械的強度や熱膨張履歴のヒ
ステリシスの改善を同時に実現し、しかもエネルギーコ
ストを低減する製造技術を確立することにある。
抱えている解決を必要とする課題を克服出来るセラミッ
ク焼結体及びその製造方法を提供することにある。即
ち、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、機械的強度や熱膨張履歴のヒ
ステリシスの改善を同時に実現し、しかもエネルギーコ
ストを低減する製造技術を確立することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するべ
く実験検討した結果、本発明者は焼成温度の制御が上記
課題解決に当って重要な役割を果たしていることを知見
し、以下のような本発明に想到した。すなわち本発明
は、２０℃から１０００℃までの平均熱膨張係数が２×
１０-6／℃以下であり、焼結体が主としてチタン酸アル
ミニウムからなることを特徴とするチタン酸アルミニウ
ム焼結体である。さらに、これに加えて、曲げ強度が２
０ＭＰａを超えることを特徴とするチタン酸アルミニウ
ム焼結体である。このようなチタン酸アルミニウム焼結
体は、１１００℃以上１４００℃以下の温度範囲で焼成
することによって得ることができる。
く実験検討した結果、本発明者は焼成温度の制御が上記
課題解決に当って重要な役割を果たしていることを知見
し、以下のような本発明に想到した。すなわち本発明
は、２０℃から１０００℃までの平均熱膨張係数が２×
１０-6／℃以下であり、焼結体が主としてチタン酸アル
ミニウムからなることを特徴とするチタン酸アルミニウ
ム焼結体である。さらに、これに加えて、曲げ強度が２
０ＭＰａを超えることを特徴とするチタン酸アルミニウ
ム焼結体である。このようなチタン酸アルミニウム焼結
体は、１１００℃以上１４００℃以下の温度範囲で焼成
することによって得ることができる。
【０００８】本発明において、「焼結体が主としてチタ
ン酸アルミニウムからなる」とは、チタン酸アルミニウ
ムが実質的に焼結体の主成分であり、少量の添加物を添
加したものを包含するものを指している。
ン酸アルミニウムからなる」とは、チタン酸アルミニウ
ムが実質的に焼結体の主成分であり、少量の添加物を添
加したものを包含するものを指している。
【０００９】
【作用】上述したように、本発明にかかるチタン酸アル
ミニウムを主成分とするセラミック焼結体は、焼成温度
を制御することによって得られるものである。本発明に
おいて、従来より低温での焼成に着目した理由は、焼結
体の亀裂を抑制するためである。焼結体中の亀裂量はそ
の粒径が大きい程多量に生ずる。そこで、低温焼成する
ことによって粒成長を抑制し、その結果亀裂の発生を抑
制することが出来る。このため、熱膨張履歴のヒステリ
シスを抑制し、高強度を有するチタン酸アルミニウム焼
結体が得られる。
ミニウムを主成分とするセラミック焼結体は、焼成温度
を制御することによって得られるものである。本発明に
おいて、従来より低温での焼成に着目した理由は、焼結
体の亀裂を抑制するためである。焼結体中の亀裂量はそ
の粒径が大きい程多量に生ずる。そこで、低温焼成する
ことによって粒成長を抑制し、その結果亀裂の発生を抑
制することが出来る。このため、熱膨張履歴のヒステリ
シスを抑制し、高強度を有するチタン酸アルミニウム焼
結体が得られる。
【００１０】焼成温度は、１１００℃未満では焼結不足
のために焼結体中の気孔が多くなりすぎてしまい、満足
する機械的強度が得られず、更に熱膨張係数も大きくな
るので不可である。一方、焼成温度が１４００℃を超え
ると、焼結体中に亀裂が数多く存在してしまうため、機
械的強度は小さくなり、熱膨張履歴のヒステリシスも大
きくなる。従って、焼成温度は１１００℃以上１４００
℃以下とする。
のために焼結体中の気孔が多くなりすぎてしまい、満足
する機械的強度が得られず、更に熱膨張係数も大きくな
るので不可である。一方、焼成温度が１４００℃を超え
ると、焼結体中に亀裂が数多く存在してしまうため、機
械的強度は小さくなり、熱膨張履歴のヒステリシスも大
きくなる。従って、焼成温度は１１００℃以上１４００
℃以下とする。
【００１１】亀裂の発生を抑制すると、一般にチタン酸
アルミニウムの特徴である低熱膨張性が損なわれてしま
うが、本発明の場合、焼結体中に気孔が存在するため、
チタン酸アルミニウムの特性劣化はあまり見られない。
チタン酸アルミニウムは低熱膨張性に特徴があるが、優
れた低熱膨張性、耐熱衝撃性を得るには、熱膨張係数が
２×１０-6（１／℃）以下であることが必要である。
アルミニウムの特徴である低熱膨張性が損なわれてしま
うが、本発明の場合、焼結体中に気孔が存在するため、
チタン酸アルミニウムの特性劣化はあまり見られない。
チタン酸アルミニウムは低熱膨張性に特徴があるが、優
れた低熱膨張性、耐熱衝撃性を得るには、熱膨張係数が
２×１０-6（１／℃）以下であることが必要である。
【００１２】またチタン酸アルミニウムの短所は機械的
強度が著しく低いことである。チタン酸アルミニウムを
構造用材料として使用する場合、その曲げ強度は２０
（ＭＰａ）を越えることが必要である。ここで曲げ強度
はＪＩＳ−１６０１に準拠する四点曲げ強度である。チ
タン酸アルミニウムには、その機械的強度や熱分解温度
を向上させる物質であれば、他の物質を添加しても構わ
ない。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、ケイ素、
鉄等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 ・２ＳｉＯ2 ）、スピネ
ル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4 ）等で
ある。特にムライトは、チタン酸アルミニウムの粒界に
存在し、粒界亀裂の発生を更に抑制するため、ムライト
の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。
強度が著しく低いことである。チタン酸アルミニウムを
構造用材料として使用する場合、その曲げ強度は２０
（ＭＰａ）を越えることが必要である。ここで曲げ強度
はＪＩＳ−１６０１に準拠する四点曲げ強度である。チ
タン酸アルミニウムには、その機械的強度や熱分解温度
を向上させる物質であれば、他の物質を添加しても構わ
ない。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、ケイ素、
鉄等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 ・２ＳｉＯ2 ）、スピネ
ル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ4 ）等で
ある。特にムライトは、チタン酸アルミニウムの粒界に
存在し、粒界亀裂の発生を更に抑制するため、ムライト
の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。
【００１３】次に、本発明のセラミック焼結体を製造す
る方法について説明する。本発明の製造方法は、常法の
原料の調整と原料の混合成形、乾燥、脱脂及び焼成から
なる製造工程で行う。その中で特に成形工程において、
鋳込み成形法を採用することが望ましい。本発明のセラ
ミックスの泥漿作製には、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適宜
用いても良い。
る方法について説明する。本発明の製造方法は、常法の
原料の調整と原料の混合成形、乾燥、脱脂及び焼成から
なる製造工程で行う。その中で特に成形工程において、
鋳込み成形法を採用することが望ましい。本発明のセラ
ミックスの泥漿作製には、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適宜
用いても良い。
【００１４】本発明のセラミックスの成形体の焼成方法
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（１Ｐａ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、好ましくは大気中での焼成である。
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（１Ｐａ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、好ましくは大気中での焼成である。
【００１５】
【実施例】この実施例に用いたセラミック焼結体は、次
のようにして製造した。チタン酸アルミニウム原料粉末
（平均粒径０．５μｍ）と、ムライト粉末（平均粒径
０．４μｍ）とを、Ａｌ2 ＴｉＯ5 ：３Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 ＝９５：５（ｗｔ％）の組成比となるように秤
量、混合した後、イオン交換水と分散剤を添加して泥漿
を作製した。次いで、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の成形体を作製した。その
後、常法に従って乾燥、脱脂してから、大気中で１００
０〜１５００℃の温度に昇温して焼成した。
のようにして製造した。チタン酸アルミニウム原料粉末
（平均粒径０．５μｍ）と、ムライト粉末（平均粒径
０．４μｍ）とを、Ａｌ2 ＴｉＯ5 ：３Ａｌ2 Ｏ3 ・２
ＳｉＯ2 ＝９５：５（ｗｔ％）の組成比となるように秤
量、混合した後、イオン交換水と分散剤を添加して泥漿
を作製した。次いで、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の成形体を作製した。その
後、常法に従って乾燥、脱脂してから、大気中で１００
０〜１５００℃の温度に昇温して焼成した。
【００１６】得られた各試料について、かさ密度、四点
曲げ強度（ＪＩＳ−１６０１に準拠）、熱膨張係数（２
０〜１０００℃）をそれぞれ測定し、その結果を表１に
示した。表１より明らかなように、本発明にかかる焼結
体（試料番号１〜４）は、比較例の焼結体（試料番号
５、６）と比較すると、焼成温度を制御することによっ
て低熱膨張性を損なうことなく、機械的強度が高くなる
ことが分かる。
曲げ強度（ＪＩＳ−１６０１に準拠）、熱膨張係数（２
０〜１０００℃）をそれぞれ測定し、その結果を表１に
示した。表１より明らかなように、本発明にかかる焼結
体（試料番号１〜４）は、比較例の焼結体（試料番号
５、６）と比較すると、焼成温度を制御することによっ
て低熱膨張性を損なうことなく、機械的強度が高くなる
ことが分かる。
【００１７】また、図１に１０００、１３００、１５０
０℃のそれぞれの温度で焼成した焼結体の熱膨張履歴を
示した。図１から明らかなように、本発明の焼結体（１
３００℃）と、比較焼結体（１０００℃及び１５００
℃）を比較すると、焼成温度を制御することによって、
低熱膨張性を維持し、しかも熱膨張履歴のヒステリシス
を抑制出来ることが分かる。
０℃のそれぞれの温度で焼成した焼結体の熱膨張履歴を
示した。図１から明らかなように、本発明の焼結体（１
３００℃）と、比較焼結体（１０００℃及び１５００
℃）を比較すると、焼成温度を制御することによって、
低熱膨張性を維持し、しかも熱膨張履歴のヒステリシス
を抑制出来ることが分かる。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、チタン酸アルミニ
ウムの焼成温度に関し、１１００〜１４００℃で焼成す
ることによって、本来の高融点、低熱膨張を損なうこと
なく、機械的強度を向上させ、熱膨張履歴のヒステリシ
スも改善した焼結体を得ることが出来る。また、本発明
に基づいて製品を作製することによって、焼成時のエネ
ルギーコストの低減が図られるため、大量生産性等に有
利に働き、それが工業的に簡単な製造技術を確立して、
セラミック製品の実用化に大きく貢献する。
ウムの焼成温度に関し、１１００〜１４００℃で焼成す
ることによって、本来の高融点、低熱膨張を損なうこと
なく、機械的強度を向上させ、熱膨張履歴のヒステリシ
スも改善した焼結体を得ることが出来る。また、本発明
に基づいて製品を作製することによって、焼成時のエネ
ルギーコストの低減が図られるため、大量生産性等に有
利に働き、それが工業的に簡単な製造技術を確立して、
セラミック製品の実用化に大きく貢献する。
【図１】チタン酸アルミニウム成形体を１０００、１３
００、１５００℃のそれぞれの温度で焼成した焼結体の
熱膨張履歴を示したグラフである。
００、１５００℃のそれぞれの温度で焼成した焼結体の
熱膨張履歴を示したグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 ２０℃から１０００℃までの平均熱膨張
係数が２×１０-6／℃以下であり、焼結体が主としてチ
タン酸アルミニウムからなることを特徴とするチタン酸
アルミニウム焼結体。 - 【請求項２】 曲げ強度が２０ＭＰａを超えることを特
徴とする請求項１記載のチタン酸アルミニウム焼結体。 - 【請求項３】 １１００℃以上１４００℃以下の温度範
囲で焼成することを特徴とする焼結体が主としてチタン
酸アルミニウムからなるチタン酸アルミニウム焼結体の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143404A JPH0717764A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | チタン酸アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143404A JPH0717764A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | チタン酸アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0717764A true JPH0717764A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15337987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143404A Withdrawn JPH0717764A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | チタン酸アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0717764A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6197248B1 (en) | 1997-08-18 | 2001-03-06 | Tsutomo Fukuda | Process for preparing aluminum titanate powder and sintered body |
| WO2002038519A1 (fr) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | Tsutomu Fukuda | Procede permettant la production d'un objet fritte de titanate d'aluminium |
| 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
- 1993-06-15 JP JP5143404A patent/JPH0717764A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6197248B1 (en) | 1997-08-18 | 2001-03-06 | Tsutomo Fukuda | Process for preparing aluminum titanate powder and sintered body |
| WO2002038519A1 (fr) * | 2000-11-08 | 2002-05-16 | Tsutomu Fukuda | Procede permettant la production d'un objet fritte de titanate d'aluminium |
| US7011788B2 (en) | 2000-11-08 | 2006-03-14 | Ohcera Co., Ltd. | Method for producing aluminum titanate sintered object |
| USRE42582E1 (en) | 2000-11-08 | 2011-08-02 | Ohcera Co., Ltd. | Method for producing aluminum titanate sintered object |
| 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: 20000905 |