KR20010051471A

KR20010051471A - 티탄산알루미늄소결체의 제조방법

Info

Publication number: KR20010051471A
Application number: KR1020000065641A
Authority: KR
Inventors: 후쿠다쯔토무; 후쿠다마사히로; 후쿠다마사아키
Original assignee: 후쿠다 쯔토무; 후쿠다 마사아키; 후쿠다 마사히로
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2001-06-25
Also published as: CA2325172C; DE60013408D1; ATE275114T1; CA2325172A1; EP1156023B1; KR100386835B1; US6403019B1; DE60013408T2; TW548254B; EP1156023A1; JP3096814B1; JP2001139369A

Abstract

본 발명은,

(1) 최대입자크기가 30-50㎛의 범위가 되도록 분쇄한 티탄산알루미늄결정 100중량부; 및

(2) MgO와 Al₂O₃를 MgO:Al₂O₃(몰비)=1:0.95 내지 1:1.05의 비율로 포함하는 혼합물을 1250℃ 내지 1290℃에서 가열하여 얻은 스피넬결정 2 내지 6중량부,

를 포함하는 혼합물을 분쇄 - 여기서, 상기 분쇄는 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 습식 분쇄방법에 의하여 행함 - 하는 것을 포함하는 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법을 제공한다.

Description

티탄산알루미늄소결체의 제조방법{Process for preparing sintered body of aluminum titanate}

본 발명은 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법 및 티탄산 알루미늄 소결체의 제조방법에 관한 것이다.

티탄산알루미늄소결체는 낮은 열팽창계수와 고내부식성 때문에 내열성 재료로 알려져 있다. 그러한 소결체는 알루미늄, 알루미늄 합금, 선철 등의 용융금속용 용기, 레이들(ladle), 거터(gutter) 등의 재료로 사용될 경우 슬래그(slag)에 대한 저습윤성, 내부식성, 내스폴링성(spalling resistance) 및 다른 우수한 특성을 보인다. 그러나, 티탄산알루미늄소결체는 소결체를 구성하는 결정입자가 이방성이기 때문에 열팽창에 기인한 응력(stress)로 야기되는 결정입자간의 계면이동(interfacial displacement)및 낮은 기계적 강도에서 야기되는 미세한 균열 및 구멍의 형성과 같은 단점을 갖는다.

그러므로 기존의 티탄산알루미늄소결체는 고온과 고부하가 적용되는 경우에는 충분한 내구성을 발휘할 수가 없게 된다.

본 발명의 주 목적은 낮은 열팽창계수, 고내부식성 등의 그 고유 특성뿐만 아니라 고온하에서도 안정성과 향상된 기계적강도를 갖는 티탄산알루미늄소결체를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 본 발명의 발명자들은 다방면의 연구를 하였다. 결국, 본 발명자들은 최대 입자 크기 30㎛ 내지 50㎛ 가 되도록 분쇄된 티탄산알루미늄결정과 MgO 및 Al₂O₃의 혼합물을 1250 내지 1290℃에서 가열하여 제조한 스피넬 결정(spinel crystal)을 혼합하고, 이후 볼밀(ball mill) 또는 실린더밀(cylinder mill)을 사용한 습식 그라인딩 공정에 의하여 티탄산 알루미늄과 스피넬 결정의 혼합물을 분쇄하여, 티탄산알루미늄 분말에 분산되어 있는 곱게 분쇄된 스피넬 분말을 포함하는 혼합물을 얻을 수 있음을 알아내었다. 본 발명자들은 또한, 얻어진 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정의 혼합물을 원하는 형태로 성형한 후 성형물을 소결함에 의하여, 티탄산알루미늄소결체의 입자간의 공간에 미세한 스피넬분말이 충전되고 소결하는 동안 티탄산알루미늄과 스피넬의 공융반응이 일어난다는 것을 알게 되었다. 그 결과, 고강도를 갖는 티탄산알루미늄소결체가 얻어지고, 상기 소결체가 미세한 균열의 성장 및 형성에 대한 내성을 갖기 때문에 고온에서 사용한 경우에도 소결체의 강도가 거의 감소되지 않았다.

본 발명은 하기와 같은 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법 및 티탄산알루미늄소결체의 제조방법을 제공한다.

1. (1) 최대입자크기가 30-50㎛의 범위가 되도록 분쇄한 티탄산알루미늄결정 100중량부; 및

(2) MgO와 Al₂O₃를 MgO:Al₂O₃(몰비) = 1:0.95 내지 1:1.05의 비율로 포함하는 혼합물을 1250℃ 내지 1290℃에서 가열하여 얻은 스피넬결정 2 내지 6중량부,

를 포함하는 혼합물을 분쇄 - 여기서, 상기 분쇄는 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 습식 분쇄방법에 의하여 행함 - 하는 것을 포함하는 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법.

2. 상기 1 항에 따른 원료분말의 제조방법에 있어서, 상기 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 포함하는 혼합물을 티탄산알루미늄결정의 최대입자크기가 3㎛이하로 될 때까지 분쇄하는 방법.

3. 상기 1 항에 따른 원료분말의 제조방법에 있어서, 상기 티탄산알루미늄결정은 아나타제형 산화티탄결정과-알루미나를 가열하여 제조하고, 상기 스피넬결정은-알루미나와 가볍게 소성한(soft-burned) 마그네시아를 가열하여 제조하는 방법.

4. 상기 1항에 따른 방법에 의하여 얻어진 원료분말을 원하는 형태로 성형하는 단계; 및 상기 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 티탄산알루미늄소결체의 제조방법.

5. 상기 4항에 따른 티탄산알루미늄소결체의 제조방법에 있어서, 상기 소결은 1600℃ 내지 1700℃에서 행한 후 280℃/시간 이상의 냉각속도로 1200℃까지 냉각하는 제조방법.

본 발명의 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법에서는, 개시물질로서 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 사용한다.

티탄산알루미늄결정에 있어서는 Al₂O₃과 TiO₂를 가열하여 얻은 것인 한 특별히 제한되지 않는다. 사용가능한 Al₂O₃및 TiO₂는 가열하여 티탄산알루미늄을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 된다. 통상, 알루미나 세라믹스, 이산화티탄 세라믹스, 티탄산알루미늄 세라믹스 등에서 알맞게 선택된다. 특히, Al₂O₃는-Al₂O₃을 사용하는 것이, TiO₂는 아나타제형 산화티탄을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 가열에 의하여 티탄산알루미늄의 형성반응이 용이하고 신속하게 고수율로 진행되기 때문이다.-Al₂O₃는 평균입자크기 약 0.2㎛ 내지 약 1㎛정도의 것이 바람직하고, 아나타제형 산화티탄은 평균입자크기 약 0.4 내지 약 1㎛의 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서의 입자크기는 광산란법(light scattering method)에 의하여 측정된 값이다.

Al₂O₃: TiO₂의 몰비는 약 1 : 0.95 내지 약 1 : 1.05 정도로 사용되며, 동일몰량으로 사용하는 것이 바람직하다.

티탄산알루미늄결정은 Al₂O₃과 TiO₂를 균일하게 혼합한 후 혼합물을 약 1500℃ 내지 약 1600℃에서 가열하여 합성할 수 있다. 가열은 통상 산소분위기, 예를들면 공기중에서 행할 수 있다. 가열시간은 한정적인 것은 아니고, 티탄산알루미늄결정이 충분히 형성될 때까지 요구되는 시간정도가 될 것이며, 통상 약 2시간 이상이다.

본 발명에서 사용하는 스피넬결정은 MgO : Al₂O₃의 몰비가 약 1 : 0.95 내지 약 1 : 1.05 정도, 더 바람직하게는 1 : 1 로 함유된 혼합물을 약 1250℃ 내지 약 1290℃정도의 온도에서 가열하여 제조한다. 이렇게 얻어진 스피넬 결정은 용이하게 분쇄되고 또한 매우 안정하여 후술하는 습식그라인딩 공정동안 수중에서 해리하지 않는다. 상기 범위를 초과하는 온도에서 상기 결정을 가열하는 경우에는 얻어진 스피넬결정이 분쇄되기 어려워 바람직하지 않다. 가열은 예를 들면 공기중 등의 산화성 분위기하에서, 약 1 내지 약 5시간 정도, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 4시간 동안 하는 것이 바람직하다. 스피넬을 제조하기 위한 개시물은 가열에 의하여 스피넬을 형성할 수 있는 것이면 되고, 스피넬 제조를 위한 종래의 원료로부터 알맞게 선택될 수 있다. 예를 들면, Al₂O₃및 MgO로는-Al₂O₃와 가볍게 소성된 마그네시아를 각각 사용할 수 있다.-Al₂O₃는 평균입자크기가 약 0.2㎛ 내지 약 1㎛인 것이, 가볍게 소성된 마그네시아는 약 1㎛ 내지 약 3.5㎛ 의 평균입자크기를 갖는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 각각 별개로 합성된 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 사용하는 것이 필요하다. 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 합성하기 위한 모든 원료를 혼합하여 함께 가열하면, 티탄산알루미늄과 스피넬에 더하여 중간생성물이 형성된다. 이와 같은 중간생성물을 함유한 원료가 티탄산알루미늄소결체의 제조에 사용되면, 상기 중간생성물이 소결체내에서 불안정한 요소가 된다. 상기 요소는 본 발명에서의 고강도의 소결체를 형성하는 것을 방해한다.

본 발명에서는 최대입자크기가 약 30㎛ 내지 약 50㎛가 얻어질 때까지 분쇄한 티탄산알루미늄결정을 스피넬결정과 혼합한 후, 상기 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 동시에 분쇄하는 것이 필수적이다.

티탄산알루미늄을 최대입자크기가 약 30-50㎛이 될 때까지 분쇄하는 방법에는 제한이 없으며, 볼밀, 실린더밀 등을 사용하여 행할 수 있다.

스피넬결정은 상기 언급한 조건에서 합성된 것들이다. 가열에 의하여 얻어진 스피넬결정의 덩어리를 그대로 사용할 수도 있고, 또는 스피넬결정의 덩어리를 티탄산알루미늄결정과 혼합하기 전에 적당한 크기로 분쇄할 수도 있다.

스피넬결정 : 티탄산알루미늄결정의 중량비는 약 2 : 100 내지 약 6 : 100인 것이 바람직하고, 약 4 : 100 내지 약 6 : 100인 것이 더욱 바람직하다.

티탄산알루미늄결정과 스피넬결정은 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 습식 그라인딩 공정으로 함께 분쇄할 수 있다. 분쇄의 정도에 있어서는 한정적이지 않다. 바람직하게는 혼합물을 티탄산알루미늄결정의 최대입자크기가 약 3㎛ 이하가 될 때까지 분쇄할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 혼합물을 티탄산알루미늄결정의 최대입자크기가 약 1㎛ 내지 약 3㎛가 될 때까지 분쇄할 수 있다.

스피넬은 티탄산알루미늄보다 더 쉽게 분쇄된다. 따라서, 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 동시에 분쇄하는 경우에는, 티탄산알루미늄의 분말에 미세하게 분쇄된 스피넬 분말이 혼합된다. 따라서, 슬라이딩과 충격에 의하여 분쇄하는 볼밀 또는 실린더밀의 능력에 기인하여, 적절하게 넓은 입도분포를 갖는 미세하게 분쇄된 스피넬분말이 형성된다. 따라서, 스피넬은 소결체의 티탄산알루미늄입자의 입자간의 공간에 효율적으로 충전된다. 예를 들면, 최대입자크기가 약 30㎛ 내지 약 50㎛인 티탄산알루미늄결정을 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 최대입자크기가 약 2㎛ 이하가 될 때까지 분쇄하는 경우에는, 약 0.1㎛ 이하의 최대입자크기와 적당한 입도분포를 갖는 스피넬이 통상 얻어진다. 따라서, 얻어진 티탄산알루미늄과 스피넬의 혼합분말은 소결성과 티탄산알루미늄의 입자간 공간에의 충전능력이 뛰어나다.

이러한 혼합분말을 원하는 형태로 성형한 후, 성형물을 소결하는 것에 의하여, 스피넬이 티탄산알루미늄의 입자간의 공간에 충전되어 입자간의 공간을 감소시킨다. 소결동안 스피넬과 티탄산알루미늄간에 공융반응이 생겨, 이에 따른 미세한 균열이 형성된다 하더라도 그 진행을 억제할 수 있다. 더욱이, 스피넬은 열팽창계수가 티탄산알루미늄의 열팽창계수와 유사하기 때문에 고온에서도 균열의 발생을 유발하지 않는다.

분쇄를 위하여 볼밀 또는 실린더밀을 사용하는 경우에는, 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정의 혼합물에 물을 첨가하여 적당한 점성을 부여한다. 통상, 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정의 총량 100중량부를 기준으로 약 30 내지 약 40 중량부정도의 물을 첨가하면 된다. 선택적으로, 폴리메타크릴산나트륨, 폴리아크릴산나트륨과 같은 분산제를 혼합물 100중량부를 기준으로 약 0.5 내지 약 1중량부의 양으로 분쇄하는 동안 첨가할 수도 있다. 또한, 티탄산알루미늄소결체를 제조하는 데에 사용되는 다양한 성형조제를 분쇄하는 동안 혼합물에 첨가할 수도 있다.

상기와 같은 방법으로, 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말을 슬러리형태로 얻을 수 있다. 또한, 얻어진 슬러리를 건조시켜 건조 분말 형태의 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말을 얻을 수도 있다.

상기의 방법에 의하여 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정의 혼합물을 분쇄시켜 제조한 원료분말은 원하는 형태로 성형한 후 소결하여 티탄산알루미늄소결체를 만든다. 결과물인 티탄산알루미늄소결체는 고온분위기 하에서 사용한 경우에도 강도저하가 작게된다.

본 발명의 티탄산알루미늄소결체는, 상기 원료분말에 필요에 따라 성형조제를 부가하는 단계; 상기 원료분말을 원하는 형태로 성형하는 단계; 및 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.

여기에서 사용되는 성형조제는 성형방법에 따라 종래부터 사용되고 있는 것들 중에서 선택하면 된다.

그러한 성형조제는 폴리비닐알코올, 마이크로왁스 에멀전, 카르복시메틸셀룰로오즈 등의 바인더, 스테아린산 에멀전 등의 이형제, n-옥틸 알코올, 옥틸페녹시 에탄올 등의 소포제 등을 포함한다.

이러한 성형조제의 사용량은 제한적이지 않으며, 성형방법에 따라 종래의 성형조제의 양의 범위내에서 알맞게 선택할 수 있다. 예를 들면, 슬립주물에서는, 티탄산알루미늄과 스피넬의 혼합물 100중량부를 기준으로, 바인더는 약 0.4 내지 약 0.6 중량부; 이형제(고체중량)는 약 0.2 내지 약 0.7 중량부; 소포제는 약 0.03 내지 약 0.1 중량부를 사용할 수 있다.

성형방법도 특별히 제한되는 것은 아니며, 프레스성형, 시트성형(sheet casting), 슬립성형(slip casting), 압출성형, 사출성형, CIP성형 등의 기존의 성형방법 중에서 알맞게 선택하여 사용하면 된다.

소결은 약 1600-1700℃에서, 더욱 바람직하게는 약 1600-1650℃에서 성형물을 가열하는 단계; 결과물인 소결체를 약 1200℃정도까지 급격히 냉각하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 행하는 바람직하다. 약 1200℃정도까지 소결체를 급격히 냉각하는 경우의 냉각속도는 약 280℃/시간 이상으로 하는 것이 바람직하고, 약 300℃/시간 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 상기한 속도로 급냉하는 것은, 결정입자의 성장을 저해하여 고강도의 소결체를 얻을 수 있다. 1200℃까지 냉각한 후의 소결체의 냉각방법은 특별히 한정되지 않는다. 통상은 공기중에 방치하여 냉각하며, 급격히 냉각하기도 한다.

소결시의 분위기는 기존에 사용되고 있는 공기중과 같이 상압(ordinary pressure)에서의 산화성분위기가 될 것이다. 소결은 소결반응이 충분히 진행할 때까지 행해질 것이며, 통상 약 1600℃ 내지 1700℃에서 약 3 내지 4시간정도 행한다.

실시예

본 발명을 하기의 실시예를 참고로 아래에서 더 상세히 묘사한다.

실시예 1

평균입자크기가 0.4㎛인-알루미나 분말 (5.6kg)과 평균입자크기 0.6㎛인 아나타제형 산화티탄 분말 (4.4kg)을 혼합하였다. 상기 혼합물에 4000cc의 물과 해교제로 3g(고형량)의 아크릴 올리고머를 부가하였다. 혼합물을 3시간동안 볼밀에서 혼합하고 분쇄하였다. 결과물인 슬러리를 120℃에서 공기건조 시켰다. 결과물인 분말을 전기로에서 공기중에서 가열하여 멀라이트 내화갑(mullite sagger)에 충전시켰다. 가열온도는 50℃/시간의 속도로 1600℃까지 상승시켰고, 이후 1600℃에서 4시간동안 유지시켰다. 상기 분말을 냉각되도록 방치하여 티탄산알루미늄결정을 얻었다.

얻어진 티탄산알루미늄결정과 물 4000cc를 볼밀에 넣고 티탄산 알루미늄의 최대입자크기가 50㎛가 될 때까지 4시간동안 분쇄하였다. 분쇄된 결정을 120℃에서 건조시켜 티탄산알루미늄결정 분말을 얻었다.

0.4 ㎛의 평균입자크기를 갖는-알루미나 분말 (0.72kg)과 평균입자크기 3.5㎛를 갖는 해수 마그네시아 (0.28kg)를 혼합하였다. 이 혼합물에 800cc의 물을 부가하였다. 상기 혼합물을 4시간동안 알루미나 볼밀을 사용하여 분쇄하고 120℃에서 공기건조시켰다. 이후 상기 분말을 알루미나 내화갑(sagger)에 충전하고, 전기로에서 공기중에서 가열하였다. 가열온도는 100℃/시간의 가열속도로 1250℃까지 증가시킨 후, 4시간동안 1250℃로 유지시켰다. 상기 분말을 냉각되도록 방치하여 스피넬결정을 얻었다.

상기에서 얻은 티탄산알루미늄결정 1kg에 상기에서 얻은 스피넬결정을 0g, 20g, 40g, 60g, 120g 및 160g의 양을 각각 부가하여 베이스로서 티탄산알루미늄결정 분말 1kg을 각각 포함하는 6개의 원료분말을 제조하였다. 각각의 원료분말에 물 300cc, 바인더로서의 카르복실메틸셀룰로오즈 4g, 분산제로서의 폴리메타크릴산 나트륨 10g, 이형제로서의 스테아린산 에멀전 5g 및 소포제로서의 n-옥틸 알코올 0.7g을 부가하였다. 혼합물을 볼밀을 사용하여 12시간동안 티탄산알루미늄결정의 최대입자크기가 약 1㎛가 될 때까지 분쇄하여 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말을 포함하는 슬러리를 얻었다.

얻어진 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말을 포함하는 슬러리를 감압하에서 탈기하고 석고 몰드에 충전시켰다. 상기 재료를 15분 후에 몰드에서 꺼내어 직경 10㎜, 길이 100㎜의 실린더형 성형체를 얻었다. 상기 성형체를 8시간동안 건조되도록 방치한 후, 60℃에서 12시간동안 공기건조 시켰다. 상기 성형체를 전기로의 고-알루미나로에 두고 100℃/시간의 가열속도로 1600℃까지 가열한 후, 1600℃에서 2시간동안 유지시켰다. 계속하여, 상기 성형체는 300℃/시간의 냉각속도로 1600℃에서 1200℃까지 냉각시킨 이후, 냉각되도록 방치하여 소결체를 얻었다.

결과물인 소결체의 소결 수축률, 파괴강도 및 굽힘강도를 테스트하였다. 굽힘강도는 36㎜의 시료지지 스팬(span)에서 측정하였다. 테스트 결과는 하기 표 1에 나타내었고, 결과값은 동일조성을 갖는 테스트 샘플 10개의 평균값이다.

스피넬 함량(g)	소결수축률(%)	파괴강도(kg)	샘플직경(cmф)	굽힘강도(kg/㎠)
0	12.9	17.0	0.93	195
20	15.1	24.0	0.89	312
40	17.5	38.0	0.87	529
60	19.1	36.0	0.83	577
120	20.2	19.4	0.82	322
160	19.5	19.0	0.86	274

이후, 상기 소결체를 직경 4mm, 길이 20mm 의 작은 실린더형으로 만들었다. 상기 실린더를 150℃에서 190℃까지의 온도범위에서 열팽창속도를 테스트하였다. 결과를 하기 표 2 내지 표 7에 나타내었다.

스피넬 함량 0 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-4)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-1.76	-3.53
200	-3.09	-3.09
250	-4.16	-2.77
300	-5.00	-2.50
350	-5.78	-2.31
400	-6.37	-2.12
450	-6.56	-1.87
500	-6.55	-1.64
550	-6.36	-1.41
600	-5.80	-1.16
650	-5.13	-0.93
700	-4.37	-0.73
750	-3.44	-0.53
800	-2.33	-0.33
850	-1.12	-0.15
900	-0.09	-0.01
950	0.67	0.08

스피넬 함량 20 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-3)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-0.33	-6.61
200	-0.54	-5.36
250	-0.71	-4.70
300	-0.84	-4.22
350	-0.98	-3.90
400	-1.08	-3.61
450	-1.18	-3.36
500	-1.24	-3.09
550	-1.27	-2.83
600	-1.28	-2.56
650	-1.27	-2.31
700	-1.24	-2.07
750	-1.18	-1.81
800	-1.10	-1.57
850	-1.03	-1.37
900	-0.94	-1.18
950	-0.84	-0.98

스피넬 함량 40 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-3)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-0.24	-4.90
200	-0.43	-4.32
250	-0.59	-3.96
300	-0.74	-3.72
350	-0.87	-3.48
400	-0.98	-3.27
450	-1.07	-3.05
500	-1.15	-2.88
550	-1.20	-2.67
600	-1.23	-2.45
650	-1.23	-2.23
700	-1.20	-2.00
750	-1.13	-1.74
800	-1.04	-1.49
850	-1.97	-1.29
900	-0.88	-1.10
950	-0.77	-0.91

스피넬 함량 60 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-3)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-0.28	-5.60
200	-0.55	-5.45
250	-0.80	-5.31
300	-0.95	-4.73
350	-1.07	-4.29
400	-1.18	-3.93
450	-1.27	-3.63
500	-1.35	-3.36
550	-1.39	-3.10
600	-1.41	-2.83
650	-1.42	-2.58
700	-1.41	-2.35
750	-1.38	-2.12
800	-1.31	-1.87
850	-1.24	-1.65
900	-1.16	-1.45
950	-1.04	-1.23

스피넬 함량 120 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-4)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-2.22	-4.44
200	-3.84	-3.84
250	-5.24	-3.49
300	-6.46	-3.23
350	-7.55	-3.02
400	-8.42	-2.81
450	-9.15	-2.61
500	-9.69	-2.42
550	-9.90	-2.20
600	-9.69	-1.94
650	-9.46	-1.72
700	-8.98	-1.50
750	-8.11	-1.25
800	-6.73	-0.96
850	-5.34	-0.71
900	-4.13	-0.52
950	-2.75	-0.32

스피넬 함량 160 g
온도(℃)	열팽창률(×10^-3)	평균선팽창계수(×10^-6/K)
150	-0.30	-5.90
200	-0.51	-5.08
250	-0.68	-4.52
300	-0.82	-4.12
350	-0.94	-3.75
400	-1.03	-3.43
450	-1.09	-3.12
500	-1.14	-2.86
550	-1.17	-2.60
600	-1.17	-2.35
650	-1.15	-2.09
700	-1.11	-1.86
750	-1.05	-1.61
800	-0.95	-1.36
850	-0.86	-1.14
900	-0.76	-0.95
950	-0.65	-0.76

상기 결과는 20g 내지 60g의 범위의 스피넬결정을 티탄산알루미늄결정 1kg에 부가한 후 혼합물을 분쇄하여 제조한 혼합분말로부터 제조된 소결체가 낮은 열팽창계수와 고강도를 갖는다는 것을 보여준다. 특히, 40g 내지 60g의 범위로 스피넬결정을 포함한 분말 혼합체로부터 제조된 소결체가 뛰어난 특성을 갖는다.

본 발명의 방법에 따라 얻어진 티탄산알루미늄소결체는, 열팽창계수가 낮고 높은 내부식성의 본래 특성을 가질뿐만 아니라 또한 높은 기계적 강도를 갖는다. 또한 고온하에서 사용하는 경우에도 소결체의 강도가 거의 저하되지 않으며 고강도를 유지한다. 예를 들면, 이러한 티탄산알루미늄소결체는 용융금속에 대한 저습윤성, 고내열성, 고내부식성 및 높은 고내스폴링성 때문에 알루미늄, 알루미늄합금, 철, 철합금 등의 용융작업을 위한 도구로 사용될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 얻어지는 소결체는, 이러한 우수한 특성을 갖기 때문에 하기와 같은 각종용도에 유용하다.

(1) 유리로(furnace), 비철금속로, 전기로, 용광로 등의 내에서 유리 또는 용융 금속의 온도 측정을 위한 물품.

(2) 소각로 등의 내에서 연소가스 내에 있는 온도계용 보호관.

(3) 철합금, 비철합금 등의 용융로용 레이들(ladle), 거터(gutter)등의 도구.

(4) 인공치아제조용 도가니 및 내열성 도구.

(5) 철, 비철금속용 용융로의 내벽타일 또는 내화물 등.

(6) 자동차엔진의 고온부용 물품.

(7) 팬 블레이드, 압축기, 터빈 연소기 등의 항공기엔진부품, 내열 타일, 내열부품, 배기장치 부품 등의 항공기용 부품.

(8) 철, 비철금속, 세라믹스 등의 용도의 플라즈마 분사장치용 재료

(9) 전연(leading edge)열차폐, 수직미익(vertical tail), 후부동체(after fuselage) 등의 우주선 구조부품의 표면용 열차폐재 및 우주선의 외벽타일.

(10) 슬립, 칩, 금형, 중심핀, 스토크스(stokes), 포트, 구즈넥(goose neck), 전자기 펌프, 파이프 및 용탕주입부품 등의 다이캐스팅머신, 압력주조기 등의 부품.

(11) 철 또는 비철금속 압연용 롤러, 롤러가이드 및 일반가이드 부재.

(12) 절연체 및 프레임 몰드 등의 비철금속 주물용 부품.

(13) 철, 비철금속 등의 용융혼합기에 사용되는 샤프트(shafts), 블레이드 등.

(14) 디젤엔진 및 가스터빈 등의 내연엔진의 터보과급기, 블레이드 등의 부품.

Claims

(1) 최대입자크기가 30-50㎛의 범위가 되도록 분쇄한 티탄산알루미늄결정 100 중량부; 및

(2) MgO와 Al₂O₃를 MgO : Al₂O₃(몰비) = 1 : 0.95 내지 1 : 1.05의 비율로 포함하는 혼합물을 1250℃ 내지 1290℃에서 가열하여 얻은 스피넬결정 2 내지 6중량부,

를 포함하는 혼합물을 분쇄 - 여기서, 상기 분쇄는 볼밀 또는 실린더밀을 사용하여 습식 분쇄방법에 의하여 행함 - 하는 것을 포함하는 티탄산알루미늄소결체 제조용 원료분말의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 티탄산알루미늄결정과 스피넬결정을 포함하는 혼합물을 티탄산알루미늄결정의 최대입자크기가 3㎛이하로 될 때까지 분쇄하는 원료분말의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 티탄산알루미늄결정은 아나타제형 산화티탄결정과-알루미나를 가열하여 제조하고, 상기 스피넬결정은-알루미나와 가볍게 소성한(soft-burned) 마그네시아를 가열하여 제조하는 원료분말의 제조방법.
제 1항에 따른 방법에 의하여 얻어진 원료분말을 원하는 형태로 성형하는 단계 및 상기 성형물을 소결하는 단계를 포함하는 티탄산알루미늄소결체의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 소결은 1600-1700℃에서 행한 후 280℃/시간 이상의 냉각속도로 1200℃까지 냉각하는 티탄산알루미늄소결체의 제조방법.