JPH0881259A

JPH0881259A - ムライト系セラミックスおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0881259A
Application number: JP6221278A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yamaguchi; 新一山口; Tetsuji Hayazaki; 哲治早崎; Hisashi Morimoto; 久志森元; Shinichiro Tomikawa; 伸一郎富川
Original assignee: Showa Denko KK; Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度を有し、耐熱衝撃性に優れたムライト
系セラミックスを安価に提供することを目的とする。【構成】５〜33.6重量％の単斜晶ジルコニアと、42.6
重量％以下のジルコンと残部がムライトおよび不可避不
純物からなるムライト系セラミックスとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性および耐熱衝撃
性に優れたムライト系セラミックスに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車排ガス浄化用担体、高温燃焼触媒
用担体、微粒子浄化用等の各種フィルターには、高耐熱
性と高耐熱衝撃性が要求されると共に、高気孔率の多孔
質セラミックスが要求されている。従来より、このよう
な多孔質セラミックスとしてコージライトやβ−スポジ
ュメンが用いられているが、より耐熱性に優れたムライ
ト系セラミックスも用いられている。

【０００３】上記多孔質セラミックスを製造するには、
原料粒子の粒度を調整して成形体の気孔率を大きくし、
これを焼成して多孔体を得る方法や、原料粉末に粒子状
または繊維状の有機物質等の空孔形成剤を混合して成形
し、焼成してこの空孔形成剤を燃焼させて空孔を形成
し、多孔体とすることが行われている。また、ムライト
系セラミックスは、この他にも各種耐熱部材や電子部品
用基板等のさまざまな分野に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ム
ライト系多孔質セラミックスは、結晶粒子間の接触面積
が小さくなるため、結合強度が低くなり、実用的な強度
が得られないという問題点があった。特に、空孔形成剤
を添加して多孔体を得る場合は、混合工程中で分散性が
低下して不均一になりやすく、また乾式プレス等で成形
すると弾性回復が大きくなるため、ラミネーションやク
ラック等を生じやすく、結局低強度となってしまうとい
う不都合があった。さらに、市販の空孔形成剤は比較的
高価であるため、コストが高くなるという問題点もあっ
た。

【０００５】これに対し、強度的な改良として、ムライ
ト系セラミックスに適切な焼結助剤を添加し、結晶粒子
間の結合強度を高める方法が採られている。例えば、特
開平１−208366号公報に示されるように、ムライト粉末
に安定化剤を含むジルコニア粉末を３〜40重量％添加し
て焼成温度を 150℃程低下させ、強度向上を図る方法が
提案されている。しかし、この場合もジルコニア粉末の
分散性が悪いことなどから満足な結果が得られず、また
ジルコニアは高価な材料であるため、コストが高くなる
という問題点があった。

【０００６】そこで本発明は、高強度を有し、耐熱衝撃
性に優れたムライト系セラミックスを安価に提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、５〜33.6重量
％の単斜晶ジルコニアと、42.6重量％以下のジルコン
と、残部がムライトおよび不可避不純物からなるムライ
ト系セラミックスを特徴とする。また、このようなムラ
イト系セラミックスは、90〜50重量％のムライト粉末に
平均粒径５μｍ以下のジルコン粉末を10〜50重量％の割
合で添加し、分散剤、結合剤等を加えて、ボールミルま
たは振動ミルにて混合して得られたスラリーを造粒して
原料を得、さらに押出成形する場合は、上記粉末に結合
剤、可塑剤、滑り剤を加え、適量の水分を添加して攪拌
機等で混合して適当な坏土とし、所定形状に成形した
後、1550〜1700℃の温度で焼成することによって得るこ
とができる。

【０００８】つまり、本発明はムライト系セラミックス
にジルコン（ZrSiO₄) を添加し、その一部または全部を
分解して最終焼結体中にジルコニア(ZrO₂)とシリカ(SiO
₂)の形で存在させ、特に最終焼結体中に単斜晶ジルコニ
アを析出させるようにしたものである。この単斜晶ジル
コニア結晶はムライト、粒子間に存在して応力緩和を行
い、焼結体の強度を向上させることができることから、
気孔率30％以上の多孔質体であっても、３点曲げ強度 1
000kgf/cm²以上の高強度を得ることができる。

【０００９】そして、本発明のムライト系セラミックス
において、焼結体中の単斜晶ジルコニア量を５〜33.6重
量％としたのは、５重量％より少ないと強度を向上させ
る効果に乏しく、一方、33.6重量％を越えると気孔率が
低くなりすぎ、触媒用媒体、フィルターなどとして性能
が劣るためである。また、焼結体中のジルコン量を42.6
重量％以下としたのは、42.6重量％を越えると十分な耐
熱性が得られなくなるためである。

【００１０】そして、本発明のムライト系セラミックス
の製造方法において、ジルコン粉末の添加量を10〜50重
量％としたのは、添加量が10重量％より少ないと結晶粒
子間の結合強度が低く、機械的強度が低くなり好ましく
なく、曲げ強度が 1000kgf/cm²以上のものは得られな
い。一方ジルコン添加量が50重量％よりも多いと、緻密
化が進みすぎて低気孔率となり、多孔質体としては不適
当になるためである。

【００１１】さらに、単斜晶ジルコニア結晶を析出させ
るためには、1550〜1700℃の温度で焼成を行うことが重
要であり、このような温度域で焼成することによって、
添加したジルコンが単斜晶ジルコニア結晶となり析出し
やすくなるとともに安定して析出し、最終焼結体中に５
〜33.6重量％の単斜晶ジルコニア結晶を存在させること
ができる。

【００１２】また、ムライト粉末の平均粒径について
は、多孔質体とする場合には気孔率と強度との兼ね合い
から５〜30μｍの範囲が好ましく、５μｍ未満ではある
程度の気孔率を維持すると強度が低下し、30μｍを超え
ると曲げ強度の低下を引き起こし、共に好ましくなくな
る。一方ジルコン粉末の平均粒径は効果的な分散性を得
るために５μｍ以下が良い。

【００１３】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。平均粒径８
μｍのムライト粉末に、平均粒径１μｍのジルコン粉末
を０〜60重量％の範囲で種々に変化させて添加し、作製
したスラリーを樹脂製ポット中でアルミナボールと共に
２時間振動ミル混合し、これにポリエチレングリコール
を５重量％加えてスプレードライで噴霧乾燥して顆粒を
得た後、一軸加圧プレスで１ton/cm²の加圧力で各種テ
ストピースを成形し、脱脂後1600〜1700℃にて焼成した
ものに加工を施し、気孔率と曲げ強度を測定した。ここ
で使用した原料のムライト粉末およびジルコン粉末の純
度は表１に示す通りである。結果は表２中のNo.１〜No.
７に示す通りである。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、平均粒径を１〜40μｍの範囲内で種
々に変化させたムライト粉末に、平均粒径１μｍのジル
コンを30重量％添加したものを上記と同様にして原料を
作製し、一軸加圧プレスでテストピースを作製し、脱脂
後1600〜1700℃にて焼成したものに加工を施し、気孔率
と曲げ強度を調べた。結果は表２のNo.８〜No.13に示す
通りである。

【００１６】さらに、平均粒径５μｍおよび20μｍのム
ライト粉末に、平均粒径を0.3 〜10μｍの範囲内で種々
に変化させたジルコンを添加して、上記と同様に気孔率
と曲げ強度を調べた。結果は、表２中のNo.14〜No.21に
示す通りである。また、比較例としてジルコンの代わり
にジルコニア粉末を添加したものについても同様の測定
を行った。結果は表２のNo.22、23に示す通りである。

【００１７】なお、いずれも比較しやすくするために、
焼成条件を調整して気孔率30〜35％となるようにした。
この結果より明らかに、ジルコン添加量や各平均粒径の
いずれかが本発明の範囲外であるNo.１、７、８、13、1
7、21の試料は、曲げ強度が 1000kgf/cm²以下と低い
か、または気孔率を30％以上とできないものであった。
また、ジルコニア粉末を添加したNo.22、23は、分散性
が悪いことや単斜晶相が析出していないことなどから、
曲げ強度が低いものであった。

【００１８】これに対し、本発明の要件を満たす試料
は、気孔率が30％以上で曲げ強度が1000kgf/cm² 以上と
優れた強度を示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】上記の表２中試料No.４の焼成体の組成分
析値を表３に示す。この焼成温度は1650℃である。

【００２１】

【表３】

【００２２】次に表２中No.４の試料について、焼成温
度を変化させて、それぞれ単斜晶ジルコニアの析出の有
無をＸ線回折により調べた。その結果は図１に示すよう
に、焼成温度が1550℃以下では単斜晶ジルコニアは析出
せず、焼成温度を1550℃よりも高くすることにより単斜
晶ジルコニア (図中△印のピーク) が析出することがわ
かる。

【００２３】さらに、本発明実施例として1650℃で焼成
し単斜晶ジルコニア結晶を15重量％含むムライト系セラ
ミックスと、比較例として1550℃で焼成し単斜晶ジルコ
ニア結晶を含まないムライト系セラミックスについて、
耐熱衝撃性試験を行った。なお、いずれもテストピース
形状とし、気孔率は40％とした。試験は、各テストピー
スを所定の温度に加熱し水中に投下した後、各温度差
(△Ｔ) 毎に３点曲げ強度を測定することにより行っ
た。結果は図２に示す通り、単斜晶ジルコニアの存在し
ない比較例では、初期の曲げ強度が低いため加熱し水中
投下した後の曲げ強度も低いことがわかった。これに対
し、単斜晶ジルコニア結晶が存在する本発明実施例では
曲げ強度、耐熱衝撃性が共に優れていることがわかる。

【００２４】また、以上の実施例では、気孔率30％以上
の多孔質体としたもののみを示したが、本発明のムライ
ト系セラミックスは緻密質体にも適用できることは言う
までもない。そして、本発明のムライト系セラミックス
は、ハニカム形状として自動車排ガス浄化用担体、高温
燃焼触媒用担体等に使用したり、あるいは各種耐熱部材
や電子部品用基板などのさまざまな分野に用いることが
できる。

【００２５】

【発明の効果】このように、本発明によれば、５〜33.6
重量％の単斜晶ジルコニアと、42.6重量％以下のジルコ
ンと、残部がムライトおよび不可避不純物からなるムラ
イト系セラミックスを構成したことによって、高強度で
耐熱衝撃性に優れたムライト系セラミックスを得ること
が可能となる。

【００２６】また、本発明のムライト系セラミックス
は、ムライト質粉末に平均粒径５μｍ以下のジルコン粉
末を10〜50重量％の割合で添加し、所定形状に成形した
後、1550〜1700℃の温度で焼成することによって、安価
なジルコン粉末を用いれば良いため容易に低コストで製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のムライト系セラミックスの結晶相を示
すＸ線回折チャート図である。

【図２】本発明のムライト系セラミックスの耐熱衝撃性
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早崎哲治鹿児島県国分市山下町１番１号京セラ株式会社鹿児島国分工場内 (72)発明者森元久志長野県塩尻市大字宗賀１番地昭和電工株式会社塩尻工場内 (72)発明者富川伸一郎長野県塩尻市大字宗賀１番地昭和電工株式会社塩尻工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５〜33.6重量％の単斜晶ジルコニアと、
42.6重量％以下のジルコンと、残部がムライトおよび不
可避不純物からなるムライト系セラミックス。
【請求項２】 90〜50重量％のムライト粉末に平均粒径
５μｍ以下のジルコン粉末を10〜50重量％の割合で添加
し、成形後、1550〜1700℃の温度で焼成して単斜晶ジル
コニア結晶を析出させる工程からなるムライト系セラミ
ックスの製造方法。