JPS6232155B2 - - Google Patents

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JPS6232155B2
JPS6232155B2 JP58204981A JP20498183A JPS6232155B2 JP S6232155 B2 JPS6232155 B2 JP S6232155B2 JP 58204981 A JP58204981 A JP 58204981A JP 20498183 A JP20498183 A JP 20498183A JP S6232155 B2 JPS6232155 B2 JP S6232155B2
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JP
Japan
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ceramic
exhaust gas
aluminum titanate
strength
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JP58204981A
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Keraa Harutomuuto
Kurauto Akuseru
Eru Maieru Horusuto
Ninku Horusuto
Yurugen Hooruman Hansu
Retsudeitsuhi Horusuto
Jiiberusu Yohan
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HEKISUTO SERAMUTETSUKU AG
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HEKISUTO SERAMUTETSUKU AG
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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
らなるセラミツクと金属の複合体に関する。この
種の製品は高い熱シヨツク安定性、耐食性および
十分な機械的強度を必要とする。 このようなケイ酸塩含有チタン酸アルミニウム
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適されている。この種
の材料の組成はカオリナイ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
カオリナイト7.1重量部、酸化アルミニウム53.3
重量部および酸化チタン39.6重量部が混合され、
処理され、1530℃の焼成温度で焼結される。これ
から得られた材料は1000℃まで＋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５〜40重量％またはタルク１〜10重量
％の添加によつて、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。 セラミツ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1915780号により圧縮強度σB＝
10〜30（Ｎ／mm2）のジルコン含有チタン酸アルミ
ニウムが公知になつた。ケイ酸ジルコニウムの添
加量は５〜30重量％である。 セラミツク―金属複合体とくに排ガス通路が西
独特許公報第2163717号および第2354254号から公
知である。この種の複合体は２重壁構造を有し、
１部は金属たとえばアルミニウム、他はセラミツ
クからなる。セラミツクの断熱作用によつてこの
種の物体はとくに内燃機関の排ガス導管、排気管
および排気エルボに適する。耐熱材料としては
種々のセラミツク材料が挙げられる。しかしこの
場合実地において金属凝固の際、非金属材料に容
易にクラツクを発生させる強さの圧縮力が生ずる
ことが明らかになつた。それゆえ本発明の目的は
金属とセラミツクの間が十分な強度で結合される
セラミツク材料を得ることである。 技術水準から50年来材料の当業者はチタン酸ア
ルミニウムに大きい関心を寄せていたけれど、工
業的に成果が得られなかつ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、チツ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。したがつ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、熱シヨツ
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ツク―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。 本発明によりセラミツク材料として熱シヨツク
係数Ｒ＝130〜180W／cm、熱伝導度λ＝0.01〜
0.03W／cm〓、最大膨張係数AK＝±0.5×10-6／
℃、最大弾性率Ｅ＝13×103N／mm2および曲げ強
度σB＝30〜40N／mm2以上または最小圧縮強度σD
＝700N／mm2の物理性質を有し、化学組成が
Al2O350〜60重量％、Tio240〜45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、かつ粒度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を使用
することが提案される。 本発明の材料の使用目的は金属―セラミツク複
合体とくにシリンダヘツド排ガス通路および排ガ
スマニホールドの製造である。 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熱膨張係数を有する。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
よつて影響される。この場合耐火製品および金属
―セラミツ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
が高いほど熱シヨツ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40〜60重
量％および酸化チタン40〜45重量％を使用し、２
つの原料が0.6μｍ以下の平均粒度を有すること
によつて達成される。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ツ
プの粘度に大きい影響を有する。 本発明の要旨はSiO2およびMgO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。SiO2
（カオリンとして）２〜５重量％およびMgO（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：
【表】 して測定
例４の結果はSiO2およびMgO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
ことが明らかになつた。この場合焼成の間に共晶
融液が発生し、したがつて再限可能の物理的性質
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。 SiO2の添加によつ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SiO2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つた。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MgO成分の添加によつて改善される。し
かし微細なことが要求されるため、天然産の
MgO系微粒子原料たとえばセピオライトを使用
するのが有利である。さらにMgO添加によつて
1000℃まで比較的フラツトな膨張係数が得られ、
1000℃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つて性質を制御しうるこ
とが指摘される。前記範囲内の２つの成分の組合
せによつ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（ポートライナ）の製
造に重要である。本発明の材料によつて初めて複
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。したがつて
SiO2含有およびMgO含有添加剤の約10：１の比
の組合せ添加によつ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ることが当業者には
明らかである。 次に本発明を図面により説明する。 本発明の材料は本発明の堤案によりセラミツク
―金属複合体の製造に使用される。この複合体は
その断熱作用および発生する熱負荷のためとくに
内燃機関の排ガス導管、排気管および排気エルボ
ーに使用される。この種の部材は第１および第２
図に示すようにきわめて複雑なので、多くの場合
セラミツク注型法しか考えられない。最初スリツ
プを流しこむセツコウ型が製造される。セツコウ
型に約２〜３mmのセラミツク肉厚が形成された
後、スリツプの残部を注型し、成形体を型から取
出す。得られた成形体を次に1400℃で焼結する。
焼結した成形体は予熱なしに溶融アルミニウムへ
浸漬し、または公知の鋳造法により鋳造箱型へ配
置し、溶融アルミニウムを型へ鋳造することがで
きる。鋳造過程の間、孔を閉鎖するため、成形体
を結合剤を添加したケイ砂で充てんすることがで
きる。意外にも本発明のチタン酸アルミニウムは
型がセラミツクの観点から製造されていることを
前提として、凝固収縮した溶融アルミニウムの高
い圧縮応力を吸収する。この方法で第２図のシリ
ンダヘツド排ガス通路および第２図の排ガスマニ
ホールドによつて明らかなように、複雑な断面お
よび薄いセラミツク壁１１を有するセラミツクラ
イニングの断熱金属壁が得られる。 排ガス通路（ポートライナ）に使用する場合、
下記の配合： Al2O3 53.4重量％ TiO2 42.8 〃 カオリン 3.4 〃 ベントナイト 0.4 〃 および粒度１μｍ以下の出発材料を使用するこ
とによつて最高の性質が得られる。微粒子原料に
よつて焼成温度を1350℃に低下することもでき
る。焼成した材料で弾性係数Ｅ＝32×103N／
mm2、曲げ強度σB＝52N／mm2および圧縮強度σD＝
850N／mm2が得られる。 上記セラミツク―金属複合体はまつたく欠点を
示さない。断熱力はきわめて高く、衝撃および振
動応力のもとに優れた強度性質を示す。付加的に
セラミツク体の表面に触媒を担持し、後燃焼を著
しく改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図はシリンダヘツド排ガス通路、第２図は
排ガスマニホールドのそれぞれ断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツク材料が熱シヨツク係数Ｒ＝130〜
    180W／cm、熱伝導度λ＝0.01〜0.03W／cm〓、
    最大熱膨張係数AK＝±0.5×10-6／℃、最大弾性
    率Ｅ＝13×103N／mm2および曲げ強度σB＝30〜
    40N／mm2以上または最小圧縮強度σD＝700N／mm2
    の物理性質を有し、化学組成がAl2O350〜60重量
    ％、TiO240〜45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ことを特
    徴とするセラミツク材料と金属の複合体。 ２ シリンダヘツド―排ガス通路９および排ガス
    捕集管１０として使用した特許請求の範囲第１項
    記載の複合体。
JP58204981A 1977-11-10 1983-11-02 セラミツク材料と金属の複合体 Granted JPS59111985A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE27502905 1977-11-10
DE2750290A DE2750290C3 (de) 1977-11-10 1977-11-10 Verwendung eines gebrannten keramischen Formkörpers zur Herstellung von Metall-Keramik-Verbundkörpern

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59111985A JPS59111985A (ja) 1984-06-28
JPS6232155B2 true JPS6232155B2 (ja) 1987-07-13

Family

ID=6023436

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
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