JPS605068A - 高強度セラミツク構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック構造体およびその製造方法に関し、
特に内燃機関の排気ガス処理用として好適な高強度セラ
ミック構造体およびその製造方法に関する。

自動車用ディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジン
の排気ガス中にはカーボン微粒子、炭化水素、窒素酸化
物、−酸化炭素等そのまま排出されると環境上好ましく
ない成分が含まれている。

そのため、これらを処理する目的で種々のセラミック構
造体が排気系に取り付けられている。

例えば、ガソリンエンジンの排気系には、ハニカム状の
セラミック構造体に種々の触媒を担持したものが使用さ
れている。また、ディーゼルエンジンの排気系には、主
としてカーボン微粒子を捕捉するため、三次元網目構造
を有するセラミ・ツク構造体（フオームフィルタと呼ば
れる）やノ＼ニカムの入側と出側のセルに交互に栓をし
たウオールスルータイプのセラミック構造体（ハニカム
フィルタと呼ぶ）等の使用が提案されている。

ところで、従来これ、らのセラミ・ツク構造体としては
、耐熱性、＠熱衝撃性、強度等の比較的優れたコーディ
エライト質のセラミックが使用されているが、ある特定
のエンジン条件下、例えば、失火等により未燃ガスが大
量に排出された場合等には、セラミック構造体の温度が
１０００〜１５００℃にも達し、当該セラミック構造体
が溶けたり、割れを生じたりする場合があった。

このような問題点を解決するための方策として、コーデ
ィエライトよりも耐熱性、耐熱衝撃性に優れたセラミッ
ク材料であるチタン酸アルミニウム（Ａ１２　ＴｉＯ５
）を用いたセラミック構造体が提案されているが、当該
材料によるセラミック構造体は機械的強度が低く、触媒
容器等への装填時あるいは、使用中の振動等により割れ
や欠けを生じ、自動車用としては、使用に耐えない状況
であった。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされ
たもので、機械的強度および耐熱衝撃性に優れたセラミ
ック構造体ならびにその製造方法を提供することを目的
とする。

かかる目的は、本発明によれば、チタン酸アルミニウム
を主成分とするセラミック構造体の細孔内にリチア−ア
ルミナ−シリカ系の三元化合物が形成された高強度セラ
ミック構造体によって達成される。

また、かかる目的は、本発明によれば、チタン酸アルミ
ニウムを主成分とするセラミック構造体にリチウムシリ
ケート溶液を含浸し、乾燥後、７００〜１３００℃の温
度で焼成する高強度セラミック構造体の製造方法によっ
て達成される。

次に、本発明の詳細な説明する。

本発明においては、基本構成部材としてチタン酸アルミ
ニウム（ＡＩ　２　ＴｔＯｓ　）を主成分とするセラミ
ック構造体を用いる。このチタン酸アルミニウムはコー
ディエライトより耐熱性、耐熱衝撃性に優れたセラミッ
ク材料であり、チタン酸アルミニウムを主成分とするセ
ラミック構造体は、コーディエライトよりも１５０〜２
００℃高い融点を持ち、使用中の異常な昇温に対し有利
であるとともに、コーディエライトよりも著しく低い熱
膨張係数を有しているため、熱衝撃に対しても有利であ
る。このセラミック構造体は、チタン酸アルミニウムを
主原料として、通常の方法で所定形状に成形される。し
かしながら、チタン酸アルミニウムを主成分とするセラ
ミック構造体は機械的強度に劣るという欠点がある。

本発明においては、上記チタン酸アルミニウムを主成分
とするセラミック構造体の欠点である機械的強度を高く
するため、このセラミック構造体の細孔内にリチア−ア
ルミナ−シリカ系の三元化合物が形成されている。リチ
ア−アルミナ−シリカ系の三元化合物としては、β−ス
ポジューメン（Ｌｉ２０・八１２０．・４ＳｉＯ２）、
ユークリプタイト（Ｌｉ２０　’　Ａ１２０３　・２　
ＳｉＯ２）等がある。

この三元化合物は熱膨張係数が低く、このためセラミッ
ク構造体の機械的強度が向上する。

かかる高強度セラミック構造体の製造方法としては、チ
タン酸アルミニウムを主成分とするセラミック構造体に
リチウムシリケート（Ｌｉ、Ｏ・５ｉＯ２）溶液を含浸
させる方法が望ましい。この含浸により、リチウムシリ
ケートがチタン酸アルミニウムを主成分とするセラミッ
ク構造体の細孔内部に入り込み、かつ、表面を覆う形と
なる。この含浸体を通常行われているように、乾燥し・
その後焼結する。この焼結温度は、含浸させるリチウム
シリケート溶液の濃度、得たい機械的強度の値等により
多少変動する示７００〜１３００℃が適当である。なお
、９００〜１２００°Ｃであれば更に好ましい。この焼
結により、リチウムシリケートは前述したβ−スポジュ
ーメン等のりチア−アルミナ−シリカ系の低膨張性三元
化合物となる。

以上のべた如く、本発明に係る高強度セラミック構造体
は、チタン酸アルミニウムを主成分とするセラミック構
造体の細孔内に低膨張性のリチア−アルミナ−シリカ系
の三元化合物が形成されているため、耐熱衝撃性のみな
らず機械的強度にも優れているという効果を奏する。

次に、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例 市販のチタン酸アルミニウムを粉砕して、平均粒径ｌＯ
μｍの粉末を得た。この粉末１００重量部に水６０重量
部、界面活性剤１重量部、有機粘結剤１重量部を加え、
よく攪拌してスラリーを得た。次に市販の発泡状ポリウ
レタンフォームをこのスラリーに浸漬し、引き上げて余
分の液滴を吹き払い、１２０℃で２時間乾燥した。この
操作を４回繰り返した後１４００℃−で３時間焼成して
、チタン酸アルミニウムを主成分とする三次元網目構造
を有するフィルタ材を得た。

次に市販のリチウムシリケート（Ｌｉｚ○；２ｗｔ％、
Ｓ１０２　；２０訂％）水溶液（ＰＨ＝１０．７）に上
記フィルタ材を浸漬し、しかる後取り出して、余分の液
滴を吹き払い、１２０℃で３時間乾燥後、９００℃で２
時間焼成して、本発明に係るフィルタ材を得た。

このようにして、得たフィルタ材の一部を取り出し、粉
末Ｘ線回折法で分析したところ、β−スポジューメン（
Ｌｉ２０・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２）およびユークリフ
゛クイト　（ＬＩ２０・八１２０３・２ＳｉＯ２）が同
定された。

比較例　１ 実施例と同様の操作で三次元網目構造を持つチタン酸ア
ルミニウムを主成分とするフィルタ材を得、リチウムシ
リケートを含浸しないで、比較例１の供試材とした。

比較例　２ シリカ（ＳｔＯ２）　５１重量％、アルミナ〜（八１２
０１）３５重量％、マグネシア（ＭｇＯ）１４重量％の
化学組成となるように配合したタルク、カオリン、水酸
化アルミニウムよりなる配合物１００重量部と、水６０
重量部さらに粘結剤１重量部、界面活性剤１重量部を混
合し、よく攪拌してスラリーを得た。次に市販のポリウ
レタンフォームをこのスラリーに浸漬し、引き上げて余
分のスラリーを吹き払った後、１２０℃で２時間乾燥し
た。この操作を３回繰り返した後、１４００℃で３時間
焼成して、コープイライト質の三次元網目構造を有する
フィルタ材を得、これを比較例２の供試材とした。

試験 上記の方法で得られた実施例および比較例のフィルタ材
について以下の試験を行い、本発明による効果を確認し
た。

（試験例１−強度） 実施例および比較例のフィルタ材を気密性のある薄いゴ
ムに入れ、静水圧を印加して破壊圧力をめた。その結果
を第１表に示す。なお、測定は２ケずつ行った。

第１表 この結果かられかるように、実施例の如く、チタン酸ア
ルミニウムを主成分とするフィルタ材の強度は倍以上に
向上しており、従来のコーディエライト質のフィルタ材
よりも高強度が得られている。

（試験例２−耐熱衝撃性） 実施例および比較例のフ、イルタ材を予め所定の温度に
設定した電気炉中に１時間放置し、次いで２５℃の室温
中で放冷した。その後、フィルタ材のクランク発生の有
無を目視および金属棒による濁音評価（フィルタ材を金
属棒で叩き音で微細クラックの有無を判定）により判定
した。試験温度およびクラック発生の有無を第２表に示
した。

第２表 但し、〇−−−−−−異常なし　ｘ　−−−−−−クラ
ンク発生第２表から、チタン酸アルミニウム系の耐熱衝
撃性がコーディエライト系のそれに比べて著しく優れて
いること、本実施例により強度を向上させでも、耐熱衝
撃特性はコーディエライトよりも優位性を保っているこ
とがわかる。

出願人　トヨタ自動阜株大会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　チタン酸アルミニウムを主成分とするセラミッ
   ク構造体であって、 このセラミック構造体の細孔内にリチア−アルミナ−シ
   リカ系の三元化合物が形成されていることを特徴とする
   高強度セラミック構造体。
2. （２）チタン酸アルミニウムを主成分とする高強度セラ
   ミック構造体の製造方法であって、チタン酸アルミニウ
   ムを主成分とするセラミック構造体にリチウムシリケー
   ト溶液を含浸し、乾燥後、７００〜１３００℃の温度で
   焼成することを特徴とする高強度セラミック構造体の製
   造方法。