JPS605544B2 - ケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムよりなるセラミック材料および鋳造作業用セラミック製品 - Google Patents

ケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムよりなるセラミック材料および鋳造作業用セラミック製品

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JPS605544B2
JPS605544B2 JP53136855A JP13685578A JPS605544B2 JP S605544 B2 JPS605544 B2 JP S605544B2 JP 53136855 A JP53136855 A JP 53136855A JP 13685578 A JP13685578 A JP 13685578A JP S605544 B2 JPS605544 B2 JP S605544B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムからなるセ
ラミック材料とくに鋳造作業用セラミック製品に関する
。
この種の製品は高い熱ショック安定性、耐食性および十
分な機械的強度を有する。本発明の目的は現在使用され
ている材料の欠点すなわち鋳鉄の場合のアルミニウム塔
湯中の侵食、アスベスト含有材料の場合の低い形状安定
性および黒鉛の場合の酸化に対する不安定性と短寿命を
ケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムの使用によって除去
することである。このようなケイ酸塩含有チタン酸塩ア
ルミニウムは西独特許公報第１２３８３７６号により公
知である。
この場合このような材料の著しく高い温度変化安定性お
よび低い熱膨張が指摘されている。この種の材料の組成
はカオリナィトの形の可塑性分を含む。これはとくに例
２に明示され、それによればカオリナィト７．１重量部
、酸化アルミニウム５３．立重量部および酸化チタン３
９．亀重量部が混合され、処理され、１５３０００の焼
成温度で鱗結される。これから得られた材料は１００ぴ
Ｃまで十０．９×１０‐６／℃の平均膨張係数を有する
。さらにチタン酸鉄を含むケイ酸塩含有チタン酸アルミ
ニウムが米国特許第２７７６８９６号明細書から公知で
ある。
この場合とくにチタン酸アルミニウムの低い機械的強度
が指摘されている。粘土またはカオリン５〜４の重量％
またはタルク１〜１の重量％の添加によって、材料の低
い膨張係数を著しく低下することなく、強度を上昇する
目的が達成される。セラミック製品および同様の使用範
囲のために西独特許明細書第１９１５７８び号‘こより
曲げ強度ＯＢ＝１０〜３０（Ｎ′松）のジルコン含有チ
タン酸アルミニウムが公知になった。
ケイ酸ジルコニウムの添加量は５〜３の重量％である。
上記材料による研究の結果、非鉄金属の製造および加工
の場合、これらの材料は低い費用で実地に使用するため
にはまだ十分長い寿命を有しないことが明らかになった
。
これらの材料はとくに荒い鋳造および溶解作業のために
信頼性あるセラミック製品でないことが実証された。技
術水準から５Ｇ主来材料の当業者はチタン酸アルミニウ
ムに大きい関Ｄを寄せていたけれど、工業的に成果が得
られなかったことが明らかである。その理由はこの材料
の強度性質が不満足なことにある。チタン酸アルミニウ
ムの強度値はたとえば酸化アルミニウム、チッ化ケイ素
または酸化ジルコニウムに比して低い。それゆえ長い間
チタン酸アルミニウムは工業的使用には不適であると信
じられていた。したがって悪い性質とよい性質を、製品
の機能的形成とも関連して、この材料の新しい使用が実
地に可能になるように組合せる新しい方法が要求される
。チタン酸アルミニウムを使用する目的の共通の特徴は
ケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムの熱的および機械的
性質を、使用材料の強度、熱ショック安定性、良好な断
熱性および信頼性を必要とする新たな使用分野とくに非
鉄金属の荒い鋳造および溶解作業に使用したい要求にあ
る。
さらに高い衝撃強度を有するセラミック−金属複合体を
得るため、高い機械的強度を有するチタン酸アルミニウ
ムを見いだすことが必要である。本発明により熱ショッ
ク係数Ｒ＝１３０〜１８０Ｗ／伽、熱伝導度入＝０．０
１〜０．０３Ｗ′伽Ｋ、最大膨張係数ＡＫ＝±０．５×
１０‐６／℃、最大弾性率Ｅ＝約ｉ３×１ぴＮ／磯およ
び曲げ強度ｏＢ＝３０〜４帆／嫌または最小圧縮強度〇
。
＝７００Ｎ′桝、さらに多くの非鉄金属に対してぬれな
い性質および耐アルカリ性を有する物体を製造する材料
として、化学組成がＮ２０３５０〜６の重量％、Ｔｉ０
２４０〜４５重量％、カオリン２〜５重量％およびケイ
酸マグネシウム０．１〜１重量％である粒度０．取れ以
下の原料からなるケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムを
使用することが提案される。本発明の有利な形成によれ
ばこの材料はセラミック製品、とくに熱電対保護管「ガ
ス導入管、摺敷閉鎖ストッパ、上昇管、弁ストッパ、鋳
造なべ、鋳造トィのラィニングおよびラィザラィニング
のような鋳造工場補助材料の製造に使用される。
本発明による材料のもう１つの使用目的はセラミック焼
成補助装置の製造とくに迅速焼成の際の摺敷板に使用す
ることである。
チタン酸アルミニウムは異常な性質を有する。
たとえばこの材料は負の膨張係数を有する。その性質は
とくにチタン酸アルミニウム配合への種々の添加物、種
々の熱処理、焼成および製法によって影響される。この
場合耐火製品および金属−セラミック複合体を製造する
ための簡単な法則は得られず、場合に応じて最適の解決
法を見いださなければならない。しかし原則的に機械的
強度が高いほど熱ショック安定性が低くなるといえる。
新たな使用目的に対し材料の性質を技術的要求に正確に
適合させなければならない。これは本発明の材料の原料
として反応性アルミナ４０〜６の重量％および酸化チタ
ン４０〜４５重量％を使用し、２つの原料が０．６一肌
以下の平均粒度を有することによって達成される。次に
カオリン２〜５重量％およびケイ酸マグネシウム０．１
〜１重量％が添加される。この配合を次にボールミルで
約１２時間摩砕し、有機結合剤たとえばトリグリセリン
１重量％およびポリビニルアルコール２重量％で可塑化
する。固体と水の比および分散剤の選択はスリップの粘
度に大きい影響を有する。洋型製品用にはスリップにさ
らにセラミックの破片または７００〜１０００ｏＣで力
焼したチタン酸アルミニウムを添加し、その際これらの
添加物は種々の粒度を有さなければならない。５×５×
５物舷の試料ブロック乾燥後、１３５０〜１４５０℃、
保持時間約２時間で焼成し、その際加熱速度は製品のサ
イズに応じて５０〜１５びＫ′ｈｒである。
このうに製造した本発明の材料の性質は次のとおりであ
る：熱ショック係数 Ｒ＝１３０〜１８０
Ｗ／の熱伝導度 ＾＝０．０１〜０．０
３Ｗ／肌Ｋ膨張係数最大 ＡＫ＝±０．５×
１０‐６／℃弾性率最大 Ｅ＝約１３×
１ぴＮ／柵曲げ強度 ｏ８＝３０〜
４州／嫌圧縮強度最小 ｏＤ＝７０
帆／柵さらにこの材料の多くの非鉄金属に対する低いぬ
れ性質および耐アルカリ性も確認された。
試験データから平均収縮率１４〜１８％が求められた。
競結したセラミックブロックの密度は約３．１〜３．３
タ′滋である。本発明の要旨はＳｉ０２およびＭｇ０含
有添加剤の組合せ使用によりチタン酸アルミニウムの熱
的および機械的性質を改善することにある。
Ｓｊ０２（カオリンとして）２〜５重量％およびＭｇ○
（ケイ酸マグネシウムとして）０．１〜１重量％を含む
本発明によるチタン酸アルミニウムの研究の際下表に示
す結果が得られた：例４の結果はＳｉ０２およびＭｇ０
の両方が上限に達しているため例５に比して少し劣る。
この研究過程で付加的に２重量％より多いケイ酸マグネ
シウムの添加により重要な欠点が生ずることが明らかに
なった。
この場合焼成の間に共晶融液が発生し、したがって再現
可能の物理的性質が達成されず、さらに焼成の際成形体
の変形が生ずる。ケイ酸マグネシウムの添加が０．１重
量％より低いと、もはや鉱化剤として十分な効果は得ら
れない。Ｓｉ０２の添加によって純チタン酸アルミニウ
ムの熱安定性は改善されるけれど、同時に熱膨張が高く
なる。
さらに配合にＳｉ０２が多く存在するほど、焼成の際チ
タン酸アルミニウムが遅く形成されることが明らかにな
った。それゆえ素材中に同じチタン酸アルミニウム分を
得るために焼成温度の上昇が必要である。さらに遊離チ
タン酸アルミニウムの物理性質は場合により十分微細で
あることを前提として純粋酸化物として添加することも
できるＭｇ○成分の添加によって改善される。しかし微
細なことが要求されるため、天然産のＭｇ○系微粒子原
料たとえばセピオラィトを使用するのが有利である。さ
らにＭｇ０添加によって１０００００まで比較的フラッ
トな膨張係数が得られ、ｌｏｏぴ○の膨張係数は１．５
×１０‐６／℃より低い。しかしこれに関連してたとえ
ば使用原料の微細度および種類のような配合の構成なら
びにたとえば焼成温度のような工程によって性質を制御
しうろことが指摘される。前記範囲内の２つの成分の組
合せによって初めて低い膨張係数と同時に高い強度を有
する工業的生成物が得られる。この２つの性質はとくに
金属複合中空体（ボートライナ）の製造に重要である。
本発明の材料によって初めて複雑な断面を有する耐用時
間の長いこのような中空体を満足に製造することができ
る。したがってＳｉ０２含有およびＭｇ０含有添加剤の
約１０：１の比の組合せ添加によって低い膨張係数と高
い強度の両方を備える材料を製造しうろことが当業者に
は明らかである。次に本発明を図面により説明する。
断熱体は公知のセラミック法によって製造することがで
きる。
個々にはしかしあまり強い機械的負荷にさらされない複
雑な寸法を有する断熱体および管、たとえば第１図に略
示する熱電対保護管１およびラィザラィニング８を注型
によって製造するのが適当である。本発明の材料のもう
１つの用途は鋳造作業用製品たとえばガス導入管２、摺
動ストッパ３、上昇管４も弁ストッパ５、鋳造なべ６お
よびトィのラィニング７が挙げられる。
この目的で製品の高い機械的負荷のため、とくに３００
バールを超える圧力で圧縮または等静圧圧縮されるスプ
レー粒子が使用される。等静圧圧縮からそれぞれの成形
体への加工は旋盤またはフライス盤によって行われる。
種々の新しい接続構造を有する長さ５００〜ｉ２０比倣
の上昇管４がすでに好結果をもって使用された。著しく
長時間の多面的使用が自動計量装置および保温炉のスト
ッパ系３ですでに実証された。アルミニウム工業での使
用のほかにこの材料は亜鉛処理の際の構造部材として好
結果をもって使用することができた。一般に本発明の材
料からなるこの種の物体は溶融非鉄金属と突然接触して
もクラックが発生しない。この場合チタン酸アルミニウ
ムの比較的低い強度が小さい熱膨張および高い熱ショッ
ク安定性によってそれ以上に補償されることが指摘され
る。この使用のための特殊な理由はこのような材料が溶
融非鉄金属によってまったくぬらされないことにある。
低い熱伝導度もラィザラィニング８の場合に有利なこと
が明らかになった。したがってこの材料の鋳物工場用の
使用範囲は意外に大きい。家庭用品セラミックとくに迅
速焼成炉の摺敷板のためのセラミック焼成補助装置は同
様本発明によるケイ酸塩含有チタン酸アルミニウムから
製造することができる。
成形は洋型、乾式プレスまたはスタンプによって行われ
る。このような摺敷板の寿命の著しい改善は種々の粒度
の粗い成分を配合することによって達成される。たとえ
ば乾式プレスの際４０〜２０岬机の粒子サイズのスプレ
ー力粒が使用される。とくに焼成板製造のため酸化アル
ミニウムを配合して寿命をさらに上昇することができる
。本発明の材料は現在まで使用されたセラミック材料た
とえば黒鉛、アスベスト、鋳鉄およびＳＩＣに比して有
利である。とくに鋳造作業用製品の場合、長い寿命およ
び作業時間が達成された。これはこの分野に著しい費用
節約をもたらすので重要である。大きい熱ショック安定
性のほかにこのような物体の酸化および還元雰囲気中の
使用可能性も挙げなければならない。ェロージョンおよ
び化学的侵食による材料の機能低下をもたらす変化も認
められない。チタン酸アルミニウム系の公知製品と異な
る新しい使用分野のほかに、本発明の材料は高価な高温
プレスその他の費用を要する方法を必要とせず、簡単に
製造できるため、技術的および経済的利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図はアルミニウム鋳造工業における本発明の材料の
使用場所を示す図である。 第１図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 熱シヨツク係数Ｒ＝１３０〜１８０Ｗ／ｃｍ、熱伝
    導度λ＝０．０１〜０．０３Ｗ／ｃｍ°Ｋ、最大膨張係
    数ＡＫ＝±０．５×１０＾−＾６／℃、最大弾性率Ｅ＝
    １３×１０＾３Ｎ／ｍｍ＾２および曲げ強度σ＿Ｂ＝３
    ０〜４０Ｎ／ｍｍ＾２または最小圧縮強度σ＿Ｄ＝７０
    ０Ｎ／ｍｍ＾２、さらに多くの溶融非鉄金属に対してぬ
    れない性質ならびに耐アルカリ性を有する物体を製造す
    る材料としての、化学組成がＡｌ＿２Ｏ＿３５０〜６０
    重量％、ＴｉＯ＿２４０〜４５重量％、カオリン２〜５
    重量％およびケイ酸マグネシウム０．１〜１重量％で粒
    度が０．６μｍ以下の原料からなるケイ酸塩含有チタン
    酸アルミニウムよりなるセラミツク材料。 ２ セラミツク焼成補助装置製造の材料として使用する
    特許請求の範囲第１項記載の材料。 ３ 熱電対保護管１、ガス導入管２、摺動ストツパ３、
    上昇管４、弁ストツパ５、鋳造なべ６、トイのライニン
    グ７、ライザライニング８のような鋳造作業用セラミツ
    ク製品において、熱シヨツク係数Ｒ＝１３０〜１８０Ｗ
    ／ｃｍ、熱伝導度λ＝０．０１〜０．０３Ｗ／ｃｍ°Ｋ
    、膨張係数最大ＡＫ＝±０．５×１０＾−＾６／℃、弾
    性率最大Ｅ＝１３×１０＾３Ｎ／ｍｍ＾２および曲げ強
    度σ＿Ｂ＝３０〜４０Ｎ／ｍｍ＾２または圧縮強度最小
    σ＿Ｄ＝７００Ｎ／ｍｍ＾２の物理性質ならびに多くの
    溶融非鉄金属に対してぬれない性質および耐アルカリ性
    を有し、化学組成がＡｌ＿２Ｏ＿３５０〜６０重量％、
    ＴｉＯ＿２４０〜４５重量％〜、カオリン２〜５重量％
    およびケイ酸マグネシウム０．１〜１重量％であり、か
    つ原料の粒度が０．６μｍ以下であるケイ酸塩含有チタ
    ン酸アルミニウムよりなるセラミツク材料からなること
    を特徴とする鋳造作業用セラミツク製品。
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