KR20100120130A

KR20100120130A - 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스

Info

Publication number: KR20100120130A
Application number: KR1020107017031A
Authority: KR
Inventors: 데츠로 도마; 사토코 이와토; 리나 야마나카
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-11-12
Also published as: US20110097582A1; CN101925557B; WO2009093560A1; JP2009196881A; JP4903821B2; EP2239245A1; EP2239245A4; CN101925557A; TW200944487A

Abstract

열팽창 계수가 작고, 기계적 강도가 보다 우수한 세라믹스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 티탄산알루미늄마그네슘 및 알루미나를 함유하고, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1) Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃ … (1) 로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4x

Description

티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스{ALUMINUM MAGNESIUM TITANATE - ALUMINA COMPOSITE CERAMIC}

본 발명은, 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스에 관한 것으로, 상세하게는 티탄산알루미늄마그네슘 및 알루미나를 함유하는 세라믹스에 관한 것이다.

티탄산알루미늄마그네슘은, Al, Mg 및 Ti 를 구성 원소로서 함유하는 세라믹스로서, 열팽창 계수가 작은 세라믹스로서 사용되고 있고, 특허문헌 1 (WO2004/039747호 공보) 에는, 기계적 강도가 우수한 티탄산알루미늄마그네슘으로서, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비가 식 (1')

Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ … (1')

〔식 중, x 는 0.1

x ＜ 1 을 만족한다〕

로 나타내는 것이 개시되어 있다.

이러한 세라믹스로는, 열팽창 계수가 작은 것에 추가하여, 보다 기계적 강도가 우수한 것이 요구되고 있다.

그래서 본 발명자는, 열팽창 계수가 작고, 기계적 강도가 보다 우수한 세라믹스를 개발하기 위해 예의 검토한 결과, 본 발명에 이르렀다.

즉 본 발명은, 티탄산알루미늄마그네슘 및 알루미나를 함유하고, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1)

Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃ … (1)

로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4x

a ＜ 2x 를 각각 만족하는 것을 특징으로 하는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스를 제공하는 것이다.

본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스는, 종래의 티탄산알루미늄마그네슘과 동일한 정도의 작은 열팽창 계수를 가짐과 함께, 보다 우수한 기계적 강도를 갖는다.

발명을 실시하기 위한 형태

〔조성〕

본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스는, 티탄산알루미늄마그네슘 및 알루미나를 함유한다.

티탄산알루미늄마그네슘은, 티탄산알루미늄〔Al₂TiO₅〕및 티탄산마그네슘〔MgTi₂O₅〕의 고용체이다.

본 발명의 복합 세라믹스는 원소 조성비를 상기 조성식 (1) 로 나타내었을 때 x 가 0 ＜ x

1 을, 통상적으로는 0.05

x

1 을 만족한다. x 가 0 에서는 고온에서 분해되기 쉬운 것이 된다. a 가 0.4x 미만에서는, 기계적 강도가 불충분한 것이 되고, a 가 2x 를 초과하면, 열팽창 계수가 큰 것이 된다. a 는 바람직하게는 0.4x

a

1.8x 를 만족하고, 더욱 바람직하게는 0.4x

a

1.5x 를 만족한다.

본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스는, Si 원소를 함유하고 있어도 되고, 이 경우, Al, Mg, Ti 및 Si 의 원소 조성비를 조성식 (2)

Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃

＋ bSiO₂ … (2)

로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4x

a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05

b

0.4 를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 복합 세라믹스가 Si 원소를 함유하는 경우, 결정성 SiO₂ 를 실질적으로 함유하지 않는 것, 구체적으로는 분말 X 선 회절 스펙트럼에 결정성 SiO₂ 를 나타내는 피크가 나타나지 않는 것이, 고온에서 분해되기 어려워 안정적인 점에서 바람직하다.

본 발명의 복합 세라믹스가 Si 원소를 함유하는 경우, Na 원소, K 원소 또는 Ca 원소를 함유하고 있어도 되고, 이 경우, Al, Mg, Ti, Si, Na, K 및 Ca 의 원소 조성비를 조성식 (3)

Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃

＋ bSiO₂

＋ cNa₂O ＋ dK₂O ＋ eCaO … (3)

으로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4x

a ＜ 2x 를, b 는 0.05

b

0.4 를 각각 만족하고, c, d 및 e 는 b/20

c ＋ d ＋ e

b/6 을 만족하는 것이 바람직하다. (c ＋ d ＋ e) 가 b/20 미만에서는, 결정성 SiO₂ 가 발생하기 쉬워진다. (c ＋ d ＋ e) 가 b/6 이하이면, 기계적 강도 면에서 유리하다. 더욱 바람직하게는 c, d 및 e 가 0 ＜ c, 0 ＜ d 및 0 ＜ e 를 만족하고, Na 원소, K 원소 및 Ca 원소를 함유하는 것, 특히 바람직하게는 0 ＜ e ＜ c 및 0 ＜ e ＜ d 를 만족하고, Na 및 K 가 Ca 보다 많은 것이, 특히, e

0.004 인 것이, 기계적 강도, 열팽창 계수 외에, 고온 안정성, 즉 고온에서 연속 사용해도 티탄산알루미늄마그네슘이 Al₂O₃, MgO, TiO₂ 등으로 분해되기 어려운 점에서 유리하다.

본 발명의 복합 세라믹스에 함유되는 알루미나는 통상적으로 α 알루미나이다. 알루미나는 통상적으로 미세한 입자 형상이 되어 함유되고, 입자 직경은 통상적으로 0.1 ㎛ (최소 입자 직경) ∼ 10 ㎛ (최대 입자 직경) 의 범위이고, 평균 입자 직경은 통상적으로 0.5 ㎛ ∼ 5 ㎛ 이다.

〔제조 방법〕

본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스는, 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 함유하고, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1) 로 나타내었을 때, x 가 0 ＜ x

1 을, a 가 0.4x

a ＜ 2x 를 각각 만족하는 혼합물을 소성하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

상기 혼합물에 함유되는 알루미나원이란, 티탄산알루미늄마그네슘을 구성하는 알루미늄 성분 및 알루미나를 구성하는 알루미늄 성분이 되는 화합물이며, 예를 들어 알루미나 (산화알루미늅) 의 분말을 들 수 있다. 알루미나의 결정형으로는, γ 형, δ 형, θ 형, α 형 등을 들 수 있고, 아모르퍼스여도 된다. 알루미나로서 바람직하게는 α 형 알루미나이다.

알루미나원으로서, 공기 중에서 단독으로 소성함으로써 알루미나로 유도되는 화합물도 들 수 있다. 이러한 화합물로는, 예를 들어 알루미늄염, 알루미늄알콕시드, 수산화알루미늄, 금속 알루미늄 등을 들 수 있다.

알루미늄염은, 무기산과의 무기염이어도 되고, 유기산과의 유기염이어도 된다. 알루미늄 무기염으로서 구체적으로는, 예를 들어 질산알루미늄, 질산암모늄알루미늄 등의 알루미늄질산염, 탄산암모늄알루미늄 등의 알루미늄탄산염 등을 들 수 있다. 알루미늄 유기염으로는, 예를 들어 옥살산알루미늄, 아세트산알루미늄, 스테아르산알루미늄, 락트산알루미늄, 라우르산알루미늄 등을 들 수 있다.

알루미늄알콕시드로서 구체적으로는, 예를 들어 알루미늄이소프로폭사이드, 알루미늄에톡사이드, 알루미늄 sec-부톡사이드, 알루미늄 tert-부톡사이드 등을 들 수 있다.

수산화알루미늄의 결정형으로는, 예를 들어 깁사이트형, 바이어라이트형, 노스트랜다이트형, 베이마이트형, 의 (擬) 베이마이트형 등을 들 수 있고, 부정형 (아모르퍼스) 이어도 된다. 아모르퍼스의 수산화알루미늄으로는, 예를 들어 알루미늄염, 알루미늄알콕시드 등과 같은 수용성 알루미늄 화합물의 수용액을 가수 분해하여 얻어지는 알루미늄 가수 분해물도 들 수 있다.

알루미나원으로서 바람직하게는 알루미나이다.

마그네시아원이란, 티탄산알루미늄마그네슘을 구성하는 마그네슘 성분이 되는 화합물이며, 예를 들어 마그네시아 (산화마그네슘) 의 분말을 들 수 있다.

마그네시아원으로는, 공기 중에서 단독으로 소성함으로써 마그네시아로 유도되는 화합물도 들 수 있다. 이러한 화합물로는, 예를 들어 마그네슘염, 마그네슘알콕시드, 수산화마그네슘, 질화마그네슘, 금속 마그네슘 등을 들 수 있다.

마그네슘염으로서 구체적으로는, 염화마그네슘, 과염소산마그네슘, 인산마그네슘, 피로인산마그네슘, 옥살산마그네슘, 질산마그네슘, 탄산마그네슘, 아세트산마그네슘, 황산마그네슘, 시트르산마그네슘, 락트산마그네슘, 스테아르산마그네슘, 살리실산마그네슘, 미리스트산마그네슘, 글루콘산마그네슘, 디메타크릴산마그네슘, 벤조산마그네슘 등을 들 수 있다.

마그네슘알콕시드로서 구체적으로는 마그네슘메톡사이드, 마그네슘에톡사이드 등을 들 수 있다.

마그네시아원으로서, 마그네시아원과 알루미나원을 겸한 화합물을 사용할 수도 있다. 이와 같은 화합물로는, 예를 들어 마그네시아 스피넬 (MgAl₂O₄) 을 들 수 있다.

티타니아원이란, 티탄산알루미늄마그네슘을 구성하는 티탄 성분이 되는 화합물이며, 예를 들어 산화티탄을 들 수 있다. 산화티탄으로는, 예를 들어 산화티탄 (Ⅳ), 산화티탄 (Ⅲ), 산화티탄 (Ⅱ) 등을 들 수 있고, 산화티탄 (Ⅳ) 가 바람직하게 사용된다. 산화티탄 (Ⅳ) 의 결정형으로는, 아나타아제형, 루틸형, 브루카이트형 등을 들 수 있고, 아모르퍼스여도 되고, 보다 바람직하게는 아나타아제형, 루틸형이다.

티타니아원으로서, 이것을 단독으로 공기 중에서 소성함으로써 티타니아 (산화티탄) 로 유도되는 화합물의 분말도 들 수 있다. 이러한 화합물로는, 예를 들어 티타늄염, 티타늄알콕시드, 수산화티타늄, 질화티탄, 황화티탄, 티탄 금속 등을 들 수 있다.

티타늄염으로서 구체적으로는, 3 염화티탄, 4 염화티탄, 황화티탄 (Ⅳ), 황화티탄 (Ⅵ), 황산티탄 (Ⅳ) 등을 들 수 있다. 티타늄알콕시드로서 구체적으로, 티탄 (Ⅳ) 에톡사이드, 티탄 (Ⅳ) 메톡사이드, 티탄 (Ⅳ) t-부톡사이드, 티탄 (Ⅳ) 이소부톡사이드, 티탄 (Ⅳ) n-프로폭사이드, 티탄 (Ⅳ) 테트라이소프로폭사이드 및 이들의 킬레이트화물 등을 들 수 있다.

티타니아원으로서 바람직하게는 산화티탄이다.

이러한 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원은 통상적으로 각각 분말 형상으로 사용된다.

알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 함유하는 혼합물은, 추가로 실리카원을 함유하고 있어도 된다. 혼합물이 실리카원을 함유함으로써, 기계적 강도가 보다 우수한 본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스를 용이하게 제조할 수 있다.

실리카원은, 실리콘 성분이 되어 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스에 함유될 수 있는 화합물로서, 예를 들어 이산화규소, 일산화규소 등의 산화규소 (실리카) 를 들 수 있다.

실리카원으로는, 공기 중에서 단독으로 소성함으로써 실리카로 유도되는 화합물의 분말도 들 수 있다. 이러한 화합물로는, 예를 들어 규산, 탄화규소, 질화규소, 황화규소, 4 염화규소, 아세트산규소, 규산나트륨, 오르토규산나트륨, 유리 프릿 등을 들 수 있고, 바람직하게는, 공업적으로 입수가 용이한 점에서, 유리 프릿 등이다.

이러한 혼합물은, Al, Mg, Ti 및 Si 의 원소 조성비를 조성식 (2) 로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4 x

a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05

b

0.4 를 만족하는 것이 바람직하다.

실리카원으로서, 알루미나원을 겸한 화합물을 사용할 수도 있다. 이와 같은 화합물로는, 예를 들어 Na, K 및 Ca 에서 선택되는 적어도 하나의 원소, Si 및 Al 를 함유하고, 원소 조성을 조성식 (4)

(c'Na₂O, d'K₂O, e'CaO)·yAl₂O₃·zSiO₂ … (4)

로 나타내었을 때, c', d' 및 e' 는 c' ＋ d' ＋ e' = 1 을, y 는 0.4

y

1.2 (바람직하게는, 0.6

y

1.1) 를, z 는 6

z

12, 바람직하게는 7

z

11 을 각각 만족하는 알루미노규산염을 들 수 있다. 이러한 알루미노규산염은, 장석으로 불리며, 천연물이어도 되고 합성품이어도 되며, 합성품은 공업적으로 용이하게 입수할 수 있다.

혼합물이 상기 알루미노규산염을 함유하는 경우, 이러한 혼합물은, Al, Mg, Ti, Si, Na, K 및 Ca 의 원소 조성비를 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x

1 을, a 는 0.4x

a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05

b

0.4 를 만족하고, c, d 및 e 는 b/20

c ＋ d ＋ e

b/6 을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.05

b

0.10 을 만족하고, c, d 및 e 가 0 ＜ c, 0 ＜ d 및 0 ＜ e 를 만족하는 것, 특히 바람직하게는, 0 ＜ e ＜ c 및 0 ＜ e ＜ d 를 만족하는 것이다.

이러한 혼합물은, 예를 들어 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 혼합함으로써 얻을 수 있다. 혼합은 건식으로 실시해도 되고, 습식으로 실시해도 된다.

건식으로 혼합하기 위해서는, 예를 들어 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 혼합하면 되고, 분쇄 용기 내에서 분쇄 미디어와 함께 교반함으로써, 분쇄하면서 혼합하는 것이, 균일한 조성의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스를 제조할 수 있는 점에서 바람직하다. 실리카원을 사용하는 경우에는, 실리카원과 함께 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 분쇄 용기 내에서 교반하면 된다.

분쇄 미디어로는, 예를 들어 입자 직경 1 ㎜ ∼ 100 ㎜, 바람직하게는 5 ㎜ ∼ 50 ㎜ 의 알루미나 비즈, 지르코니아 비즈 등을 들 수 있다. 분쇄 미디어의 사용량은, 원료, 즉 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원과, 실리카원을 사용하는 경우에는 실리카원과의 합계 사용량에 대해 통상적으로 1 질량배 ∼ 1000 질량배, 바람직하게는 5 질량배 ∼ 100 질량배이다.

분쇄는, 예를 들어 분쇄 용기 내에 원료 및 분쇄 미디어를 투입한 후, 분쇄 용기를 진동시키거나, 회전시킴으로써 실시된다. 분쇄 용기를 진동 또는 회전시킴으로써, 원료 분말이 분쇄 미디어와 함께 교반되어 혼합됨과 함께 분쇄된다. 분쇄 용기를 진동 또는 회전시키기 위해서는, 예를 들어 진동 밀, 볼 밀, 유성 밀, 고속 회전 분쇄기 등의 핀 밀 등과 같은 통상적인 분쇄기를 사용할 수 있고, 공업적 규모에서의 실시가 용이한 점에서, 진동 밀이 바람직하게 사용된다. 분쇄 용기를 진동시키는 경우, 그 진폭은 통상 2 ㎜ ∼ 20 ㎜, 바람직하게는 12 ㎜ 이하이다. 분쇄는, 연속식으로 실시해도 되고, 회분식으로 실시해도 되는데, 공업적 규모에서의 실시가 용이한 점에서, 연속식으로 실시하는 것이 바람직하다.

분쇄에 필요한 시간은 통상 1 분 ∼ 6 시간, 바람직하게는 1.5 분 ∼ 2 시간이다.

원료를 건식으로 분쇄함에 있어서는, 분쇄 보조제, 해교제 등의 첨가제를 첨가해도 된다.

분쇄 보조제로는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올류, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 글리콜류, 트리에탄올아민 등의 아민류, 팔미트산, 스테아르산, 올레산 등의 고급 지방산류, 카본 블랙, 그래파이트 등의 탄소 재료 등을 들 수 있고, 이들은 각각 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용된다.

첨가제를 사용하는 경우, 그 합계 사용량은, 원료의 합계 사용량, 즉 티타니아원, 알루미나원 및 마그네시아원과, 실리카원을 사용하는 경우에는 실리카원과의 합계 사용량 100 질량부당 통상적으로 0.1 질량부 ∼ 10 질량부, 바람직하게는 0.5 질량부 ∼ 5 질량부, 더욱 바람직하게는 0.75 질량부 ∼ 4 질량부이다.

이러한 혼합물을 소성함으로써, 본 발명의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스를 얻을 수 있다.

소성은, 혼합물을 분말 형상인 상태에서 소성해도 되고, 성형한 후 소성해 된다. 분말 형상의 혼합물은, 예를 들어 프레스 성형법 등의 방법에 의해 성형할 수 있다.

소성 온도는, 티탄산알루미늄마그네슘의 생성이 용이한 것 외에, 실용성 면에서, 통상적으로 1300 ℃ ∼ 1600 ℃, 바람직하게는 1400 ℃ ∼ 1550 ℃ 이다. 소성 온도까지의 승온 속도는 통상 10 ℃/시간 ∼ 500 ℃/시간이다.

소성은 통상적으로 대기 중에서 실시되지만, 사용하는 원료, 즉 알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원이나, 실리카원을 사용하는 경우에는 실리카원의 종류나 사용량 비에 따라서는, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중에서 소성해도 되고, 일산화탄소 가스, 수소 가스 등과 같은 환원성 가스 중에서 소성해도 된다. 또 분위기 중의 수증기 분압을 낮게 하여 소성해도 된다.

소성은 통상적으로 관 형상 전기로, 상자형 전기로, 터널로, 원적외선로, 마이크로파 가열로, 샤프트로, 반사로, 로터리로, 롤러 하스로 등의 통상적인 소성 로를 사용하여 실시된다. 소성은 회분식으로 실시해도 되고, 연속식으로 실시해도 된다. 또 정치 (靜置) 식으로 실시해도 되고, 유동식으로 실시해도 된다.

소성에 필요한 시간은, 혼합물로부터 티탄산알루미늄마그네슘이 생성되기에 충분한 시간이면 되고, 혼합물의 사용량, 소성로의 형식, 소성 온도, 소성 분위기 등에 따라 상이한데, 통상적으로는 10 분 ∼ 24 시간이다.

혼합물을 소성함으로써, 혼합물을 성형한 후, 소성한 경우에는, 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스의 성형체를 얻을 수 있고, 혼합물을 분말 형상인 상태에서 소성한 경우에는, 분말 형상의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스를 얻을 수 있다. 소성에 의해 얻어진 분말 형상의 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스는, 통상적인 방법, 예를 들어 물 등을 첨가하여 성형하는 방법에 의해 성형할 수 있고, 성형 후의 성형체를 소결시킴으로써 소결체를 얻을 수도 있다.

식 (1) ∼ (3) 에 있어서, x 의 값은 마그네슘원 및 티탄원의 사용량, 그리고 소성 조건 (압력, 온도 등) 에 의해 제어할 수 있다. 또 a 의 값은 알루미나원 외에, 마그네슘원 및 티탄원의 사용량, 그리고 실리카원으로서 알루미나원을 겸한 화합물을 사용하는 경우에는 그 사용량에 의해 제어할 수 있다. 또한 b 의 값은 실리카원의 사용량에 의해 제어할 수 있고, c, d 및 e 의 값은 실리카원으로서 알루미노규산염을 사용하는 경우에는 그 조성 및 사용량에 의해 제어할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

이하의 산화티탄 분말 44.0 질량부, α 알루미나 분말 50.2 질량부, 산화마그네슘 1.7 질량부 및 분말 형상 장석 4.1 질량부를 알루미나제 볼〔직경 15 ㎜〕과 함께 분쇄 용기에 넣고, 볼 밀에 의해 건식으로 6 시간 교반함으로써 혼합하여, 분말 형상의 혼합물을 얻었다.

산화티탄 분말 : TiO₂, 듀퐁 (주), 「R-900」

α 알루미나 분말 : Al₂O₃, 스미토모 화학 (주), 「AES-12」, NaO 함유량 0.08 질량％, CaO 함유량 0.02 질량％

산화마그네슘 : MgO, 타테호사 제조, 「H-10」, CaO 함유량 0.37 질량％

분말 형상 장석 ： 후쿠시마 장석, 원소 조성을 식 (4) 로 나타내었을 때 c' = 0.27, d' = 0.64, e' = 0.09, y = 1.08, z = 10.4

얻어진 분말 형상의 혼합물 중 3 g 을 칭량하고, 금형 내에서, 1 축 프레스기에 의해 성형 압력 200 kgf/㎠〔19.6 ㎫〕로 직경 20 ㎜, 두께 약 3 ㎜ 의 원반 형상으로 성형하여 혼합물 성형체를 얻었다. 이 혼합물 성형체를 상자형 전기로에 의해 대기 중에서 승온 속도 300 ℃/시간으로 1450 ℃ 까지 승온시키고, 동 온도에서 4 시간 유지함으로써 소성하여, 세라믹스 성형체를 얻었다. 이 세라믹스 성형체의 원소 조성은, 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x = 0.08, a = 0.07, b = 0.08 이다.

이 세라믹스 성형체를 분쇄하여, 분말 X 선 회절 스펙트럼을 얻었다. 이 분말 X 선 회절 스펙트럼에는, 티탄산알루미늄마그네슘의 결정상 및 α 알루미나의 결정상을 나타내는 회절 피크가 나타났지만, 결정성 SiO₂ 를 나타내는 피크는 나타나지 않았다.

이 세라믹스 성형체를 주사형 전자 현미경〔SEM〕및 SEM 에 부속되는 에너지 분산형 형광 X 선 분석 장치 (EDX) 로 관찰한 결과, 전체에 걸쳐 입자 직경 0.5 ㎛ ∼ 5 ㎛, 중심 입자 직경 2 ㎛ 의 α 알루미나 입자가 분포되어 있었다.

상기에서 얻은 혼합물을 사용하고, 금형을 바꾼 것 이외에는 상기와 동일하게 하여 3 ㎜ × 4 ㎜ × 40 ㎜ 의 직육면체 형상의 혼합물 성형체를 얻고, 세라믹스 성형체를 얻고, 3 점 굽힘 시험기에 의해 실온에서 3 점 굽힘 강도를 측정한 결과, 30 ㎫ 였다.

상기에서 얻은 혼합물을 사용하고, 금형을 바꾼 것 이외에는 상기와 동일하게 조작하여 4 ㎜ × 4 ㎜ × 12 ㎜ 의 직육면체 형상의 혼합물 성형체를 얻고, 세라믹스 성형체를 얻고, 열기계 분석 장치〔시마즈 제작소 제조, 「TA-50」〕에 의해, 실온으로부터 800 ℃ 까지 600 ℃/시간으로 승온시키고, 300 ∼ 800 ℃ 사이의 열팽창 곡선의 기울기로부터 열팽창 계수를 산출한 결과, 1.9 × 10^-6K^- ¹ 이었다.

비교예 1

산화티탄 분말의 사용량을 44.8 질량부, α 알루미나 분말의 사용량을 48.6 질량부, 산화마그네슘의 사용량을 1.7 질량부, 분말 형상 장석의 사용량을 4.9 질량부로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 조작하여 혼합물을 얻고, 세라믹스 성형체를 얻었다. 이 세라믹스 성형체의 원소 조성은, 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x = 0.08, a = 0.02, b = 0.09 이다.

실시예 1 과 동일하게 하여, 이 세라믹스 성형체를 평가한 결과, 분말 X 선 회절 스펙트럼에는, 티탄산알루미늄마그네슘의 결정상 및 α 알루미나상을 나타내는 피크가 나타나고, 결정성 SiO₂ 를 나타내는 피크는 나타나지 않았다.

상기에서 얻은 혼합물 및 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 금형을 사용하고 실시예 1 과 동일하게 조작하여 3 ㎜ × 4 ㎜ × 40 ㎜ 의 직육면체 형상의 혼합물 성형체를 얻고, 세라믹스 성형체를 얻고, 3 점 굽힘 강도를 측정한 결과, 22 ㎫ 였다.

상기에서 얻은 혼합물 및 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 금형을 사용하고 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 4 ㎜ × 4 ㎜ × 12 ㎜ 의 직육면체 형상의 혼합물 성형체를 얻고, 세라믹스 성형체를 얻고, 열팽창 계수를 산출한 결과, 1.7 × 10^-6K^- ¹이었다.

비교예 2

산화티탄 분말의 사용량을 41.4 질량부, α 알루미나 분말의 사용량을 52.8 질량부, 산화마그네슘의 사용량을 1.6 질량부, 분말 형상 장석의 사용량을 4.2 질량부로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 조작하여 혼합물을 얻고, 세라믹스 성형체를 얻었다. 이 세라믹스 성형체의 원소 조성은, 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x = 0.08, a = 0.19, b = 0.09 이다.

상기에서 얻은 혼합물 및 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 금형을 사용하고 실시예 1 과 동일하게 조작하여, 4 ㎜ × 4 ㎜ × 12 ㎜ 의 직육면체 형상의 혼합물 성형체를 얻고, 세라믹스 성형체를 얻고, 열팽창 계수를 산출한 결과, 2.9 × 10^-6K^- ¹이었다.

산업상 이용가능성

본 발명의 티탄산알루미늄마그네륩-알루미나 복합 세라믹스는, 예를 들어 도가니, 세터, 토갑, 노재 등의 소성로용 지그, 디젤 엔진, 가솔린 엔진 등의 내연 기관의 배기 가스 정화에 사용되는 배기 가스 필터나, 촉매 담체, 맥주 등의 음식물의 여과에 사용하는 여과 필터, 석유 정제시에 발생하는 가스 성분, 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소 등이나, 질소, 산소 등을 선택적으로 투과시키기 위한 선택 투과 필터 등의 세라믹스 필터, 기판, 콘덴서 등의 전자 부품으로서 바람직하다.

Claims

티탄산알루미늄마그네슘 및 알루미나를 함유하고,
Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1)
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃ … (1)
로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하는 것을 특징으로 하는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스.
제 1 항에 있어서,
Si 원소를 함유하고, Al, Mg, Ti 및 Si 의 원소 조성비를 조성식 (2)
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃
＋ bSiO₂ … (2)
로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를, b 는 0.05
b
0.4 를 각각 만족하는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스.
제 2 항에 있어서,
Na 원소, K 원소 또는 Ca 원소를 함유하고, Al, Mg, Ti, Si, Na, K 및 Ca 의 원소 조성비를 조성식 (3)
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃
＋ bSiO₂
＋ cNa₂O ＋ dK₂O ＋ eCaO … (3)
으로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05
b
0.4 를 만족하고, c, d 및 e 는 b/20
c ＋ d ＋ e
b/6 을 만족하는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
분말 X 선 회절 스펙트럼에 결정성 SiO₂ 를 나타내는 피크가 나타나지 않는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
알루미나가 평균 입자 직경 0.5 ㎛ ∼ 5 ㎛ 의 입자 형상으로 함유되는 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스.
알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 함유하고, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1) 로 나타내었을 때, x 가 0 ＜ x
1 을, a 가 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하는 혼합물을 소성하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 티탄산알루미늄마그네슘-알루미나 복합 세라믹스의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 혼합물이 실리카원을 함유하고, Al, Mg, Ti 및 Si 의 원소 조성비를 조성식 (2) 로 나타내었을 때 x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05
b
0.4 를 만족하는 혼합물인 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 혼합물이, 이하의 알루미노규산염을 함유하고, Al, Mg, Ti, Si, Na, K 및 Ca 의 원소 조성비를 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05
b
0.4 를 만족하고, c, d 및 e 는 b/20
c ＋ d ＋ e
b/6 을 만족하는 혼합물인 제조 방법.
알루미노규산염 : Na, K 및 Ca 에서 선택되는 적어도 하나의 원소, Si 및 Al 을 함유하고, 원소 조성을 조성식 (4)
(c'Na₂O, d'K₂O, e'CaO)·yAl₂O₃·zSiO₂ … (4)
로 나타내고, c', d' 및 e' 가 c' ＋ d' ＋ e' = 1 을 만족할 때, y 는 0.4
y
1.2 를, z 는 6
z
12 를 각각 만족하는 알루미노규산염
알루미나원, 마그네시아원 및 티타니아원을 함유하고, Al, Mg 및 Ti 의 원소 조성비를 조성식 (1) 로 나타내었을 때, x 가 0 ＜ x
1 을, a 가 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하는 혼합물.
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃ … (1)
제 9 항에 있어서,
상기 혼합물이 실리카원을 함유하고, Al, Mg, Ti 및 Si 의 원소 조성비를 조성식 (2) 로 나타내었을 때 x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05
b
0.4 를 만족하는 혼합물.
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃
＋ bSiO₂ … (2)
조성식 (4) 에 나타내는 알루미노규산염을 함유하고, Al, Mg, Ti, Si, Na, K 및 Ca 의 원소 조성비를 조성식 (3) 으로 나타내었을 때, x 는 0 ＜ x
1 을, a 는 0.4x
a ＜ 2x 를 각각 만족하고, b 는 0.05
b
0.4 를 만족하고, c, d 및 e 는 b/20
c ＋ d ＋ e
b/6 을 만족하는 혼합물.
Al₂ _(1-x)Mg_xTi_(1+x)O₅ ＋ aAl₂O₃
＋ bSiO₂
＋ cNa₂O ＋ dK₂O ＋ eCaO … (3)
알루미노규산염 : Na, K 및 Ca 에서 선택되는 적어도 하나의 원소, Si 및 Al 을 함유하고, 원소 조성을 조성식 (4)
(c'Na₂O, d'K₂O, e'CaO)·yAl₂O₃·zSiO₂ … (4)
로 나타내고, c', d' 및 e' 가 c' ＋ d' ＋ e' = 1 을 만족할 때, y 는 0.4
y
1.2 를, z 는 6
z
12 를 각각 만족하는 알루미노규산염