JPH1095662A - Low heat expanding phosphate sintered compact - Google Patents

Low heat expanding phosphate sintered compact

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JPH1095662A
JPH1095662A JP8271796A JP27179696A JPH1095662A JP H1095662 A JPH1095662 A JP H1095662A JP 8271796 A JP8271796 A JP 8271796A JP 27179696 A JP27179696 A JP 27179696A JP H1095662 A JPH1095662 A JP H1095662A
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JP
Japan
Prior art keywords
thermal expansion
alkaline earth
sintered body
hysteresis
sintered compact
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Application number
JP8271796A
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Japanese (ja)
Inventor
Naohiro Terao
直洋 寺尾
Naoko Terada
直子 寺田
Yoshio Ukiyou
良雄 右京
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Publication of JPH1095662A publication Critical patent/JPH1095662A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a phosphate sintered compact having low thermal expansion, high strength and low hysteresis in a thermal expansion curve. SOLUTION: This phosphate sintered compact having low thermal expansion has a composition expressed by (Ba1-y Ry )1+x Zr4 P6-2x Si2x O24 (R is at least one of Mg, Ca and Sr, 0<x<0.45 and 0<y<0.2). The phosphate sintered compact having low thermal expansion, >=100MPa strength and no hysteresis is realized by substituting a part of Ba, which is an alkaline earth metal element, with a second alkaline earth element to bring to a solid solution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、強度が高く、熱膨
張曲線のヒステリシスが小さい低熱膨張リン酸塩焼結体
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low-thermal-expansion phosphate sintered body having high strength and low hysteresis in a thermal expansion curve.

【0002】[0002]

【従来の技術】高温において使用され、大きな熱サイク
ル、熱衝撃を受ける部材、例えばディーゼルパティキュ
レートフィルタをはじめとして、エキゾーストマニホー
ルド断熱ライニング、高耐熱ハニカム構造体等を構成す
る材料には、極めて低い熱膨張特性が要求される。
2. Description of the Related Art Materials used at high temperatures and subjected to large thermal cycles and thermal shocks, such as diesel particulate filters, exhaust manifold heat insulating linings, and materials constituting high heat resistant honeycomb structures, have extremely low heat. Expansion properties are required.

【0003】従来、このような大きな熱衝撃を受ける部
材に使用される低熱膨張材料としては、コーディエライ
トおよびチタン酸アルミニウム等がある。ところが、コ
ーディエライトは熱膨張係数がやや大きめで耐熱衝撃特
性が不十分であり、チタン酸アルミニウムは熱膨張の異
方性に起因するマイクロクラックの発生により低熱膨張
性を得るものであるため強度が低いといった問題があっ
た。
Hitherto, cordierite, aluminum titanate and the like have been used as low thermal expansion materials used for members subjected to such a large thermal shock. However, cordierite has a relatively large coefficient of thermal expansion and insufficient thermal shock resistance, and aluminum titanate has low thermal expansion due to the occurrence of microcracks due to the anisotropy of thermal expansion. Was low.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一方、近年、アルカリ
土類ジルコニウムリン酸塩焼結体が、非常に小さな熱膨
張特性を有する材料として注目を集めている。例えば、
特開平2−38354号公報には、Ry Zr4 Six
6-x 24(Rは2〜3価の陽イオン1種以上の組み合わ
せ)で表されるリン酸塩が、特開平3−208807号
公報には、RZr4 6 24(Rは周期律表IIa族の
陽イオン1種以上)で表されるリン酸塩化合物が開示さ
れている。
On the other hand, in recent years, alkaline earth zirconium phosphate sintered bodies have attracted attention as materials having very small thermal expansion characteristics. For example,
JP-A-2-38354, R y Zr 4 Si x P
A phosphate represented by 6-x O 24 (R is a combination of at least one kind of divalent or trivalent cation) is disclosed in JP-A-3-208807 as RZr 4 P 6 O 24 (R is a periodic acid). Phosphate compounds represented by one or more cations of Group IIa of the Table II) are disclosed.

【0005】アルカリ土類ジルコニウムリン酸塩の結晶
粒子は六方晶に属し、そのa軸方向とc軸方向の熱膨張
に大きく差が生じる系すなわち熱膨張の異方性が大きい
系については、焼結体中の粒内および粒界にマイクロク
ラックが生じる。このマイクロクラックが焼結体中の粒
子の熱膨張を吸収するために低熱膨張化するものであ
る。
The alkaline earth zirconium phosphate crystal grains belong to a hexagonal system, and a system in which the thermal expansion in the a-axis direction and the c-axis direction has a large difference, that is, a system having a large thermal expansion anisotropy, is hardened. Microcracks occur in the grains and at the grain boundaries in the compact. The microcracks reduce the thermal expansion to absorb the thermal expansion of the particles in the sintered body.

【0006】ところが、このようなマイクロクラック機
構による低熱膨張体は強度が低いという問題があった。
これは低熱膨張化に寄与するマイクロクラックの存在
が、一方で、破壊の起点となり強度の低下を招く原因と
なるためで、アルカリ土類ジルコニウムリン酸塩におい
て、低熱膨張化と高強度化という相反する2つの特性を
共に実現することが大きな課題となっている。
However, there is a problem that the low thermal expansion body having such a micro crack mechanism has low strength.
This is because the presence of microcracks contributing to low thermal expansion, on the other hand, is a starting point of fracture and causes a decrease in strength. Therefore, in alkaline earth zirconium phosphate, there is a conflict between low thermal expansion and high strength. The realization of both of these characteristics is a major challenge.

【0007】マイクロクラックの存在しない焼結体にお
いても、結晶構造が空間群数1と数2との間で相転移す
ることに起因して、熱膨張曲線にヒステリシスが生じる
という問題がある。
[0007] Even in a sintered body having no microcracks, there is a problem that hysteresis occurs in the thermal expansion curve due to the phase transition of the crystal structure between space groups 1 and 2.

【0008】[0008]

【数1】 (Equation 1)

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】そこで、本発明は、強度が高く、かつ熱膨
張曲線のヒステリシスが小さい低熱膨張リン酸塩焼結体
を得ることを目的とするものである。
Accordingly, an object of the present invention is to obtain a low-thermal-expansion phosphate sintered body having high strength and small hysteresis in a thermal expansion curve.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために鋭意検討し、(Ba1-y y 1+x Zr
4 6-2xSi2x24(R:Mg、Ca、Srのうちの少
なくとも1種)で示される組成を有し、 0<x<0.45、0<y<0.2 であるリン酸塩焼結体が、高強度でヒステリシスがない
低熱膨張材料となることを見出した(請求項1)。
Means for Solving the Problems The present inventors diligently studied to solve the above problems, and found that (Ba 1 -y R y ) 1 + x Zr
Phosphorus having a composition represented by 4 P 6-2x Si 2x O 24 (R: at least one of Mg, Ca and Sr), wherein 0 <x <0.45 and 0 <y <0.2 It has been found that an acid salt sintered body is a low thermal expansion material having high strength and no hysteresis (claim 1).

【0012】本発明のリン酸塩焼結体は、アルカリ土類
金属元素であるBaを必須成分とし、Baの一部を第2
のアルカリ土類金属元素であるMg、Ca、Srで置換
固溶したものである。そして、上記組成におけるx、y
を特定範囲とすることで、100MPa以上の強度を実
現しかつヒステリシスが極小となるようにしたものであ
る。
[0012] The phosphate sintered body of the present invention contains Ba, which is an alkaline earth metal element, as an essential component, and a part of Ba is used as a second component.
And a solid solution substituted with Mg, Ca, and Sr, which are alkaline earth metal elements. Then, x, y in the above composition
Is set to a specific range, thereby realizing a strength of 100 MPa or more and minimizing the hysteresis.

【0013】上記組成を有する本発明のリン酸塩焼結体
は、いわゆるナシコン(NASICON)型の結晶構造
を有する。ナシコン(NASICON)型構造は、〔Z
rO6 〕を単位とする八面体と〔PO4 〕を単位とする
四面体が酸素原子を共有して結合し、三次元の骨格を形
成している。アルカリ土類金属元素は、六方晶で表した
際のc軸方向において〔ZrO6 〕間の間隙に存在す
る。
The phosphate sintered body of the present invention having the above composition has a so-called NASICON type crystal structure. The NASICON type structure is [Z
An octahedron having [rO 6 ] as a unit and a tetrahedron having [PO 4 ] as a unit share and bond an oxygen atom to form a three-dimensional skeleton. The alkaline earth metal element exists in the gap between [ZrO 6 ] in the c-axis direction when represented by a hexagonal crystal.

【0014】このナシコン(NASICON)型構造を
有する物質の熱膨張は、構造中に存在するアルカリ金属
元素あるいはアルカリ土類金属元素の種類に主に影響を
受ける。ナシコン(NASICON)型構造において
は、アルカリ土類金属元素の種類により、イオン半径お
よびアルカリ土類金属元素−酸素間の結合の熱膨張が異
なるため、骨格構造の結合角の変化に違いが生じ、全体
の熱膨張に差が現れる。ここで、一般に、アルカリ土類
金属元素についてはBaあるいはSrのみを含む系は熱
膨張の異方性が小さいのに対して、Caのみを含む系は
熱膨張の異方性が大きいことが知られている。この場
合、臨界の結晶粒径を越えると焼結体にマイクロクラッ
クが生成し、低熱膨張化する。
The thermal expansion of a substance having a NASICON-type structure is mainly affected by the type of alkali metal element or alkaline earth metal element present in the structure. In the NASICON type structure, the ionic radius and the thermal expansion of the bond between the alkaline earth metal element and oxygen are different depending on the type of the alkaline earth metal element, so that the change in the bond angle of the skeleton structure is different. A difference appears in the overall thermal expansion. Here, it is generally known that a system containing only Ba or Sr has a small thermal expansion anisotropy for an alkaline earth metal element, whereas a system containing only Ca has a large thermal expansion anisotropy. Have been. In this case, if the diameter exceeds the critical crystal grain size, microcracks are generated in the sintered body, and the thermal expansion is reduced.

【0015】本発明のリン酸塩焼結体は、上記のBaの
みを含む系に組成的に近く、同様に熱膨張の異方性が小
さいためにマイクロクラックが生じず、マイクロクラッ
クを含む系に比較して高強度となる。また、アルカリ土
類金属元素−酸素間の結合の熱膨張は、Ba−O>Sr
−O>Ca−O>Mg−Oであり、従って、Baの一部
をSr、CaあるいはMgで置換することにより熱膨張
が小さくなる。さらに、第2のアルカリ土類金属元素を
含まない、Ba1+y Zr4 6-2ySi2y24組成では、
300〜900℃の温度域において空間群数1と数2と
の間の相転移が生じるために熱膨張曲線にヒステリシス
が存在するが、本発明の組成では、Baの一部をイオン
半径の異なる第2のアルカリ土類金属元素で置換してお
り、これにより転移直前の体積が減少するとともに、数
1から数2への転移の際の体積変化が減少して、ヒステ
リシスが生じなくなったと考えられる。
The phosphate sintered body of the present invention is compositionally similar to the above-described system containing only Ba, and similarly has a small thermal expansion anisotropy, so that microcracks do not occur. Higher strength than in comparison. The thermal expansion of the bond between the alkaline earth metal element and oxygen is expressed as Ba-O> Sr
-O>Ca-O> Mg-O, and therefore, the thermal expansion is reduced by substituting a part of Ba with Sr, Ca or Mg. Further, in the composition of Ba 1 + y Zr 4 P 6-2y Si 2y O 24 which does not contain the second alkaline earth metal element,
Hysteresis exists in the thermal expansion curve due to a phase transition between space group numbers 1 and 2 in the temperature range of 300 to 900 ° C., but in the composition of the present invention, a part of Ba has a different ionic radius. It is considered that the substitution with the second alkaline earth metal element reduced the volume immediately before the transition, and reduced the volume change at the time of the transition from Equation 1 to Equation 2 so that hysteresis did not occur. .

【0016】上記リン酸塩焼結体は、より具体的には、
上記組成におけるxを横軸とし、yを縦軸とする座標に
おいて、(x,y)が、A(0.2,0)、B(0.4
5,0)、C(0.45,0.2)、D(0.35,
0.2)で囲まれる範囲(なお、点A、B、C、Dおよ
びA−B、B−C、C−D、D−Aの線上は含まない)
にあるように選択するのがよい。この場合、熱膨張係数
を特に低い−1〜1×10-6/℃の範囲とすることがで
きる。
More specifically, the above-mentioned phosphate sintered body is
In the above composition, coordinates (x, y) are A (0.2, 0), B (0.4
5,0), C (0.45, 0.2), D (0.35,
0.2) (excluding points A, B, C, D and the lines AB, BC, CD, DA)
It is better to choose as in In this case, the thermal expansion coefficient can be set to a particularly low range of -1 to 1 × 10 −6 / ° C.

【0017】熱衝撃に対する抵抗性(耐熱衝撃性)は、
材料の特性の中で強度、ヤング率、熱伝導率、ポアソン
比および熱膨張係数により決まる。これらの特性の中で
耐熱衝撃性を最も支配しているのは熱膨張係数である。
本発明の焼結体が適用される部材が、例えば1400℃
程度の温度まで使用されるとすると、この温度域からの
急冷の熱衝撃に耐えうるには、−1〜1×10-6/℃程
度の熱膨張係数が必要となる。従って、組成xと添加量
yを上記範囲となるように組み合わせることによって、
熱膨張係数を十分小さくし、優れた耐熱衝撃性を有する
焼結体を得ることができる。
Resistance to thermal shock (thermal shock resistance)
It is determined by strength, Young's modulus, thermal conductivity, Poisson's ratio and coefficient of thermal expansion among the properties of the material. Among these characteristics, the coefficient of thermal expansion most governs thermal shock resistance.
The member to which the sintered body of the present invention is applied is, for example, 1400 ° C.
When used up to about the temperature, a thermal expansion coefficient of about −1 to 1 × 10 −6 / ° C. is required to withstand a rapid thermal shock from this temperature range. Therefore, by combining the composition x and the addition amount y so as to be within the above range,
It is possible to obtain a sintered body having a sufficiently small thermal expansion coefficient and excellent thermal shock resistance.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のリン酸塩焼結体は、(Ba1-y y1+x Zr
4 6-2xSi2x24で示される組成を有し、アルカリ土
類金属元素であるBaの一部を第2のアルカリ土類金属
元素Rで置換した構成を有する。ここで、RはMg、C
aおよびSrから選ばれる少なくとも一種であり、これ
らを複数使用してももちろんよい。x、yは、それぞ
れ、0<x<0.45、0<y<0.2の範囲とし、
x、yをこの範囲とすることで100MPa以上の高強
度を実現し、かつ熱膨張曲線のヒステリシスを極小にす
ることができる。x、yが上記範囲を越える組成域で
は、マイクロクラックが生成して強度が著しく低下する
か熱膨張曲線にヒステリシスが生ずる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The phosphate sintered body of the present invention has a (Ba 1-y R y ) 1 + x Zr
It has a composition represented by 4 P 6-2x Si 2x O 24 , and has a structure in which Ba as an alkaline earth metal element is partially replaced with a second alkaline earth metal element R. Where R is Mg, C
It is at least one selected from a and Sr, and a plurality of these may be used. x and y are in the ranges of 0 <x <0.45 and 0 <y <0.2, respectively.
By setting x and y in this range, high strength of 100 MPa or more can be realized, and hysteresis of the thermal expansion curve can be minimized. In a composition region in which x and y exceed the above ranges, microcracks are formed and strength is remarkably reduced, or hysteresis occurs in a thermal expansion curve.

【0019】より好ましくは、上記組成におけるxを横
軸とし、yを縦軸とする座標において、(x,y)が、
A(0.2,0)、B(0.45,0)、C(0.4
5,0.2)、D(0.35,0.2)で囲まれる範囲
(なお、点A、B、C、DおよびA−B、B−C、C−
D、D−Aの線上は含まない)にあるように選択する。
これにより、熱膨張係数を特に低い−1〜1×10-6
℃の範囲とすることができ、高強度でヒステリシスを有
さず、かつ熱膨張係数の極めて低い焼結体を得ることが
できる。
More preferably, (x, y) in the above composition is such that x is a horizontal axis and y is a vertical axis.
A (0.2, 0), B (0.45, 0), C (0.4
5, 0.2) and D (0.35, 0.2) (points A, B, C, D and AB, BC, C-
D and DA lines are not included).
Thereby, the coefficient of thermal expansion is particularly low at -1 to 1 × 10 -6 /
° C, a high-strength sintered body having no hysteresis and having a very low coefficient of thermal expansion can be obtained.

【0020】更に好ましくは、x、yは、それぞれ0<
x≦0.44、0<y≦0.2の範囲とするのがよい。
これにより、熱膨張係数をより小さくすることができ
る。更に好ましくは、xを横軸とし、yを縦軸とする座
標において、(x,y)がA(0.2,0)、E(0.
44,0)、F(0.44,0.18)、G(0.3
4,0.18)で囲まれる範囲(点F、GおよびE−
F、F−G、G−Aの線上は含み、点A、EおよびA−
Eの線上(x軸上)は含まない)にあるように選択する
のがよい。これにより、熱膨張係数をより小さくするこ
とができる。
More preferably, x and y are each 0 <
It is preferable that x ≦ 0.44 and 0 <y ≦ 0.2.
Thereby, the coefficient of thermal expansion can be further reduced. More preferably, (x, y) is A (0.2, 0), E (0.
44,0), F (0.44, 0.18), G (0.3
4,0.18) (points F, G and E−
The lines F, FG, and GA are included, and points A, E, and A-
(It does not include the line of E (on the x-axis)). Thereby, the coefficient of thermal expansion can be further reduced.

【0021】次に、このリン酸塩焼結体を製造する方法
を詳述する。BaおよびR、すなわちMg、Ca、Sr
源としては、これらの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
塩、塩化物、水酸化物等の粉末が用いられる。また、Z
r源としては酸化ジルコニウム、ジルコニウム酸塩化
物、水酸化物等の粉末が、リン源としてはリン酸水素ア
ンモニウム等のリン酸塩粉末が、Si源としては酸化
物、水酸化物、塩化物等の粉末が、通常、出発原料とし
て用いられる。
Next, a method of manufacturing the phosphate sintered body will be described in detail. Ba and R, ie, Mg, Ca, Sr
As a source, powders of these oxides, carbonates, sulfates, nitrates, chlorides, hydroxides and the like are used. Also, Z
Powders such as zirconium oxide, zirconium chloride, and hydroxide are used as r sources, phosphate powders such as ammonium hydrogen phosphate are used as phosphorus sources, and oxides, hydroxides, chlorides, and the like are used as Si sources. Is usually used as a starting material.

【0022】上記各出発原料を用いて、本発明の焼結体
を製造する場合には、これら原料粉末をアルコール等を
媒体として、ボールミルあるいは振動ミル等を用いて混
合粉砕する。これら原料粉末は、通常、粒径が100μ
m以下、望ましくは20μm以下のものを用いるのがよ
い。
In the case of producing the sintered body of the present invention using each of the starting materials described above, these raw material powders are mixed and pulverized using an alcohol or the like as a medium using a ball mill or a vibration mill. These raw material powders usually have a particle size of 100 μm.
m or less, preferably 20 μm or less.

【0023】この粉末を乾燥後、大気中にて1100〜
1400℃の温度域で1〜24時間仮焼して固溶体単一
相粉末を得る。ここで、仮焼温度が1100℃未満の温
度域あるいは仮焼時間が1時間未満の場合には、固溶相
の析出が少なく、1400℃より高温度域かつ仮焼時間
が24時間を越える場合には、仮焼中にリン(P)の蒸
発量が多くなる。
After drying the powder, the powder is dried in air at 1100-1000.
The solution is calcined at a temperature of 1400 ° C. for 1 to 24 hours to obtain a solid solution single phase powder. Here, when the calcination temperature is lower than 1100 ° C. or the calcination time is shorter than 1 hour, the precipitation of the solid solution phase is small, and when the calcination time is higher than 1400 ° C. and the calcination time exceeds 24 hours. , The amount of evaporation of phosphorus (P) during calcination increases.

【0024】なお、この固相法以外にも、水溶性の塩を
原料としたゾル・ゲル法または水熱法により固溶体粉末
を得ることが可能である。
In addition to the solid phase method, a solid solution powder can be obtained by a sol-gel method or a hydrothermal method using a water-soluble salt as a raw material.

【0025】このようにして得た固溶体粉末を、ボール
ミルあるいは振動ミル等を用いてBET表面積が10m
2 /g以上となるように粉砕する。次いで、得られた混
合粉末を、金型成形、CIP成形、鋳込み成形、射出成
形等の方法で成形し、焼結する。焼結は、大気中、14
00〜1600℃の温度域において1〜5時間行い、焼
結体中の結晶粒径が20μm以下となるようにする。焼
結温度が1400℃未満の温度域では焼結が進行せず、
1600℃を越える温度域焼結中に焼結体表面において
分解が生じる。結晶粒径が20μmを越えると焼結体の
強度が低下する傾向にある。
The solid solution powder obtained as described above is subjected to a BET surface area of 10 m
Pulverize to 2 / g or more. Next, the obtained mixed powder is molded by a method such as mold molding, CIP molding, casting molding, injection molding and the like, and sintered. Sintering is carried out in air at 14
This is performed in a temperature range of 00 to 1600 ° C. for 1 to 5 hours so that the crystal grain size in the sintered body becomes 20 μm or less. In the temperature range where the sintering temperature is lower than 1400 ° C., sintering does not proceed,
Decomposition occurs on the surface of the sintered body during sintering in a temperature range exceeding 1600 ° C. If the crystal grain size exceeds 20 μm, the strength of the sintered body tends to decrease.

【0026】本発明のリン酸塩焼結体の用途としては、
自動車排ガス浄化用触媒用の高耐熱ハニカム材、ディー
ゼルパティキュレートフィルタ、エキゾーストマニホー
ルド断熱ライニング等、大きな熱衝撃を受ける部材、あ
るいは高精度光学部品用支持体、大型望遠鏡用の反射鏡
支持体等の寸法安定性を必要とする部品、さらに熱膨張
測定機器等を構成する材料等が挙げられる。
The use of the phosphate sintered body of the present invention includes:
Dimensions of high heat-resistant honeycomb materials for automotive exhaust gas purification catalysts, diesel particulate filters, exhaust manifold thermal insulation linings, etc., members that receive large thermal shock, or supports for high-precision optical components, reflector supports for large telescopes, etc. Materials that require stability, and materials that constitute a thermal expansion measuring instrument and the like are also included.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

(実施例1〜58)Ba源として炭酸バリウム、R源と
して酸化マグネシウム、炭酸カルシウムまたは炭酸スト
ロンチウムを、Zr源として酸化ジルコニウム、P源と
してリン酸水素アンモニウム、Si源として酸化ケイ素
を用い、これら粉末を窒化ケイ素製ポットおよびボール
を用いてエタノールを媒体として24時間混合粉砕し
た。得られた混合粉末を乾燥後、大気中1400℃にて
10時間仮焼し、固溶体粉末を合成した。このときの組
成におけるR、x、yを表1〜3に示した。
(Examples 1 to 58) These powders were prepared by using barium carbonate as a Ba source, magnesium oxide, calcium carbonate or strontium carbonate as an R source, zirconium oxide as a Zr source, ammonium hydrogen phosphate as a P source, and silicon oxide as a Si source. Was mixed and pulverized for 24 hours using a pot made of silicon nitride and a ball using ethanol as a medium. After drying the obtained mixed powder, it was calcined at 1400 ° C. in the air for 10 hours to synthesize a solid solution powder. R, x, and y in the composition at this time are shown in Tables 1 to 3.

【0028】この合成粉末を72時間エタノールを媒体
に湿式で粉砕した。得られた粉末を200kg/cm2
の圧力で金型成形後、3ton/cm2 の圧力でCIP
成形した。次いで、この成形体を1550℃の温度にて
4時間大気中にて焼結した。
This synthetic powder was wet-pulverized for 72 hours using ethanol as a medium. 200 kg / cm 2 of the obtained powder
Molding at a pressure of 3 ton / cm 2 CIP at a pressure of 3 ton / cm 2
Molded. Next, this molded body was sintered in the atmosphere at a temperature of 1550 ° C. for 4 hours.

【0029】得られた焼結体を、それぞれ3×4×40
mmの寸法に加工して試験片とし、その熱膨張係数を調
べて結果を上記表1〜3に併記した。熱膨張係数の測定
は、押棒式熱膨張計により、5℃/minの昇温速度に
て室温から1400℃の間で行った。さらに、各試験片
の開気孔率および4点曲げ強度を調べて結果を上記表1
〜3に併記した。ここで開気孔率はアルキメデス法によ
り求め、4点曲げ強度の測定はJIS1601に準拠し
て行った。その結果、表1〜3に明らかなように、いず
れの実施例も強度が100MPa以上と高い値を示し
た。
Each of the obtained sintered bodies was 3 × 4 × 40
The test piece was processed into a size of mm to obtain a test piece, and its thermal expansion coefficient was examined. The results are shown in Tables 1 to 3 above. The measurement of the thermal expansion coefficient was performed between room temperature and 1400 ° C. at a rate of 5 ° C./min by a push-rod type thermal dilatometer. Further, the open porosity and the four-point bending strength of each test piece were examined, and the results were shown in Table 1 above.
33. Here, the open porosity was determined by the Archimedes method, and the measurement of the four-point bending strength was performed in accordance with JIS1601. As a result, as is clear from Tables 1 to 3, all the examples exhibited high values of strength of 100 MPa or more.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】また、熱膨張曲線におけるヒステリシスの
有無を調べたところ、いずれの実施例においても、測定
誤差範囲内において熱膨張曲線にヒステリシスは認めら
れなかった。その一例として、実施例6の熱膨張曲線を
図1(a)に示す。
When the presence or absence of hysteresis in the thermal expansion curve was examined, no hysteresis was observed in the thermal expansion curve within the measurement error range in any of the examples. As an example, a thermal expansion curve of Example 6 is shown in FIG.

【0034】(比較例1〜19)比較のため、上記実施
例と同様の方法で、第2のアルカリ土類金属元素である
Mg、CaまたはSrを添加せずに、あるいは(Ba
1-y ,Ry 1+x Zr4 6-2xSi2x24(R:Mg、
Ca、Sr)組成におけるx、yを本発明の範囲外とし
た固溶体を調製し、これを焼結した(比較例1〜1
7)。また、アルカリ土類ジルコニウムリン酸塩焼結体
の他の組成系の焼結体を同様の方法で作製した(比較例
18、19)。これらの組成を表4に示す。得られた焼
結体のそれぞれについて上記実施例同様、熱膨張係数、
開気孔率、4点曲げ強度を調べて表4に併記した。
(Comparative Examples 1 to 19) For comparison, in the same manner as in the above example, without adding Mg, Ca or Sr as the second alkaline earth metal element, or (Ba)
1-y , R y ) 1 + x Zr 4 P 6-2x Si 2x O 24 (R: Mg,
A solid solution in which x and y in the Ca, Sr) composition were out of the range of the present invention was prepared, and this was sintered (Comparative Examples 1-1).
7). Further, a sintered body of another composition system of the alkaline earth zirconium phosphate sintered body was produced by the same method (Comparative Examples 18 and 19). Table 4 shows their compositions. For each of the obtained sintered bodies, as in the above example, the coefficient of thermal expansion,
The open porosity and the four-point bending strength were examined and are shown in Table 4.

【0035】その結果、第2のアルカリ土類金属元素を
含まない組成では、強度がいずれも100MPaに満た
なかった。第2のアルカリ土類金属元素を添加し、x、
yが本発明の範囲外である例では、比較例9、11、1
2、14のように強度が大きく低下した組成があり、比
較例18、19の従来の組成では、強度が著しく低下し
た。また、熱膨張曲線におけるヒステリシスの有無を調
べたところ、いずれの比較例においても熱膨張曲線にヒ
ステリシスが観察された。その一例として、比較例4の
熱膨張曲線を図1(b)に示す。
As a result, the strengths of the compositions containing no second alkaline earth metal element were all less than 100 MPa. Adding a second alkaline earth metal element, x,
In examples where y is out of the range of the present invention, comparative examples 9, 11, 1
In some compositions, such as Nos. 2 and 14, the strength was greatly reduced, and in the conventional compositions of Comparative Examples 18 and 19, the strength was significantly reduced. Further, when the presence or absence of hysteresis in the thermal expansion curve was examined, hysteresis was observed in the thermal expansion curves in all the comparative examples. As an example, a thermal expansion curve of Comparative Example 4 is shown in FIG.

【0036】[0036]

【表4】 [Table 4]

【0037】以上より、第2のアルカリ土類金属元素と
してMg、Ca、Srを添加し、x、yを本発明の範囲
内とすることで100MPa以上の強度を有し、かつ熱
膨張曲線のヒステリシスが小さい低熱膨張リン酸塩焼結
体が得られることがわかる。
As described above, by adding Mg, Ca, and Sr as the second alkaline earth metal elements and setting x and y within the range of the present invention, it has a strength of 100 MPa or more and a thermal expansion curve. It can be seen that a low thermal expansion phosphate sintered body with small hysteresis can be obtained.

【0038】図2〜4は、上記実施例を基に(B
1-y ,Ry 1+x Zr4 6-2xSi2x24(R:M
g,Ca,Sr)組成におけるx、yと熱膨張係数の関
係を示したもので、図2はRがMgの場合、図3はRが
Caの場合、図4はRがSrの場合である。図中、点線
は熱膨張係数の最適範囲である−1×10-6/℃または
1×10-6/℃を示しており、図のように、(x,y)
が、A(0.2,0)、B(0.45,0)、C(0.
45,0.2)、D(0.35,0.2)で囲まれる範
囲(なお、点A,B,C,DおよびA−B,B−C,C
−D,D−Aの線上は含まない)において、非常に低い
熱膨張係数を実現できることがわかる。より具体的に
は、A(0.2,0)、E(0.44,0)、F(0.
44,0.18)、G(0.34,0.18)で囲まれ
た範囲(なお、点F、GおよびE−F、F−G、G−A
の線上は含み、点A、EおよびA−Eの線上(x軸上)
は含まない)において、非常に低い熱膨張係数を実現で
きることがわかる。なお、図には熱膨張係数が0.4お
よび0.8となる範囲を実線で示した。
2 to 4 show (B) based on the above embodiment.
a 1-y , R y ) 1 + x Zr 4 P 6-2x Si 2x O 24 (R: M
(g, Ca, Sr) shows the relationship between x, y and the coefficient of thermal expansion in the composition. FIG. 2 shows the case where R is Mg, FIG. 3 shows the case where R is Ca, and FIG. 4 shows the case where R is Sr. is there. In the figure, the dotted line indicates the optimal range of the thermal expansion coefficient of -1 × 10 −6 / ° C. or 1 × 10 −6 / ° C., and as shown in the figure,
Are A (0.2,0), B (0.45,0), C (0.
45, 0.2) and a range surrounded by D (0.35, 0.2) (note that points A, B, C, D and AB, BC, C
-D and DA lines are not included), it can be seen that a very low coefficient of thermal expansion can be realized. More specifically, A (0.2, 0), E (0.44, 0), F (0.
44, 0.18), a range (points F, G and EF, FG, GA) surrounded by G (0.34, 0.18)
And on the lines of points A, E and AE (on the x-axis)
It is understood that a very low coefficient of thermal expansion can be realized. In the drawing, the range in which the coefficient of thermal expansion is 0.4 and 0.8 is shown by a solid line.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)は本発明実施例6の焼結体における
熱膨張曲線を示す図であり、図1(b)は比較例4の焼
結体における熱膨張曲線を示す図である。
1A is a diagram showing a thermal expansion curve of a sintered body of Example 6 of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a thermal expansion curve of a sintered body of Comparative Example 4. is there.

【図2】図2は(Ba1-y ,Ry 1+x Zr4 6-2x
2x24組成におけるx、yと熱膨張係数の関係を示す
図で、RがMgの場合を示す。
FIG. 2 shows (Ba 1−y , R y ) 1 + x Zr 4 P 6−2x S
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between x and y and a coefficient of thermal expansion in an i 2x O 24 composition, where R is Mg.

【図3】図3は(Ba1-y ,Ry 1+x Zr4 6-2x
2x24組成におけるx、yと熱膨張係数の関係を示す
図で、RがCaの場合を表す。
FIG. 3 shows (Ba 1-y , R y ) 1 + x Zr 4 P 6-2x S
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between x and y and a coefficient of thermal expansion in an i 2x O 24 composition, where R is Ca.

【図4】図4は(Ba1-y ,Ry 1+x Zr4 6-2x
2x24組成におけるx、yと熱膨張係数の関係を示す
図で、RがSrの場合を表す。
FIG. 4 shows (Ba 1-y , R y ) 1 + x Zr 4 P 6-2x S
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between x and y and a coefficient of thermal expansion in an i 2x O 24 composition, where R is Sr.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (Ba1-y y 1+x Zr4 6-2xSi
2x24(R:Mg、Ca、Srのうちの少なくとも一
種)で示される組成を有し、 0<x<0.45、0<y<0.2 であることを特徴とする低熱膨張リン酸塩焼結体。
1. (Ba 1-y R y ) 1 + x Zr 4 P 6-2x Si
2x O 24: having a composition represented by (R Mg, Ca, at least one of Sr), 0 <x <0.45,0 < low thermal expansion phosphorus, which is a y <0.2 Acid salt sintered body.
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WO2016125539A1 (en) * 2015-02-02 2016-08-11 三井金属鉱業株式会社 Carrier for exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purification catalyst
CN112119038A (en) * 2019-01-29 2020-12-22 捷客斯金属株式会社 Negative thermal expansion material and method for producing same

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