KR20110104485A

KR20110104485A - 티탄산 알루미늄계 소성체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110104485A
Application number: KR1020117012461A
Authority: KR
Inventors: 고우스케 우오에; 게이이치로 스즈키; 마사히로 간; 하지메 요시노
Original assignee: 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-09-22
Also published as: JP5368081B2; TW201038506A; JP2010150088A; WO2010074231A1; US20120028784A1; CN102264669A; EP2386529A1; EP2386529A4

Abstract

내열분해성이 우수함과 함께, 높은 기계적 강도를 갖는 티탄산 알루미늄계 세라믹스로 이루어지는 소성체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 알루미늄 원분말 및 티타늄 원분말을 함유하는 원료 혼합물의 성형체를 소성하는 공정을 구비하고, 그 알루미늄 원분말이 하기 식 (1) 을 만족하는 티탄산 알루미늄계 소성체의 제조 방법이다. 식 중, D90 은 체적 기준의 누적 백분율 90 ％ 상당 입자경이고, D10 은 체적 기준의 누적 백분율 10 ％ 상당 입자경으로, 이들은 레이저 회절법에 의해 측정되는 알루미늄 원분말의 입도 분포로부터 구할 수 있다. (D90/D10)^1/2 ≥ 2 … (1)

Description

티탄산 알루미늄계 소성체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM TITANATE FIRED BODY}

본 발명은, 티탄산 알루미늄계 세라믹스로 이루어지는 소성체의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 알루미늄 원분말 (source powder) 및 티타늄 원분말을 함유하는 원료 혼합물의 성형체를 소성하여 티탄산 알루미늄계 세라믹스로 이루어지는 소성체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

티탄산 알루미늄계 세라믹스는, 구성 원소로서 티탄 및 알루미늄을 함유하고, X선 회절 스펙트럼에 있어서 티탄산 알루미늄의 결정 패턴을 갖는 세라믹스로서, 내열성이 우수한 세라믹스로 알려져 있다. 티탄산 알루미늄계 세라믹스는, 종래부터 도가니와 같은 소결용 지그 등으로서 사용되어 왔는데, 최근에는 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스에 함유된 미세한 카본 입자를 포집하기 위한 세라믹스 필터를 구성하는 재료로서, 산업상 이용 가치가 높아지고 있다.

티탄산 알루미늄계 세라믹스의 제조 방법으로는, 티타니아 등의 티타늄원 화합물의 분말 및 알루미나 등의 알루미늄원 화합물의 분말을 함유하는 원료 혼합물을 소성하는 방법이 알려져 있다 (특허문헌 1).

국제공개 제05/105704호 팜플렛

티탄산 알루미늄의 융점은 1860 ℃ 로 높고, 상기한 바와 같이 내열성이 우수한 한편, 통상적으로 800 ∼ 1200 ℃ 부근의 온도에서 알루미나 (Al₂O₃) 와 티타니아 (TiO₂) 로 분해되는 거동을 나타내어, 매우 내열분해성이 낮은 재료인 것이 알려져 있다.

또한, 티탄산 알루미늄계 세라믹스를, 예를 들어 상기 디젤 엔진용의 세라믹스 필터에 적용하는 경우, 격심한 진동 등에 노출되는 경우도 있기 때문에, 우수한 기계적 강도가 요구된다.

그래서, 본 발명의 목적은, 내열분해성이 우수함과 함께, 높은 기계적 강도를 갖는 티탄산 알루미늄계 세라믹스로 이루어지는 소성체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 알루미늄 원분말 및 티타늄 원분말을 함유하는 원료 혼합물의 성형체를 소성하는 공정을 구비하고, 상기 알루미늄 원분말이, 하기 식 (1) 을 만족하는 티탄산 알루미늄계 소성체의 제조 방법을 제공한다.

(D90/D10)^1/2 ≥ 2 … (1)

여기서, 상기 식 (1) 중, D90 은 체적 기준의 누적 백분율 90 ％ 상당 입자경이고, D10 은 체적 기준의 누적 백분율 10 ％ 상당 입자경으로, 이들은 레이저 회절법에 의해 측정되는 알루미늄 원분말의 입도 분포로부터 구할 수 있다.

상기 원료 혼합물 중에 있어서의, 알루미늄 원분말의 몰량과 티타늄 원분말의 몰량의 비 (알루미늄 원분말의 몰량/티타늄 원분말의 몰량) 는 35/65 ∼ 45/55 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 원료 혼합물은, 마그네슘 원분말을 추가로 함유하고 있어도 된다. 이 경우, 알루미늄 원분말의 몰량과 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대한, 마그네슘 원분말의 몰량의 비는 0.03 ∼ 0.15 인 것이 바람직하다.

또, 상기 알루미늄 원분말의 몰량은 Al₂O₃ (알루미나) 환산에서의 몰량을 의미하고, 하기 식 (A) 에 의해서 구해진다 (이하, 몰량을 구하는 경우에 있어서 동일).

알루미늄 원분말의 몰량 = (w₁ × M₁)/(N₁ × 2) … (A)

식 (A) 중, w₁ 은 알루미늄 원분말의 사용량 (g) 을 나타내고, M₁ 은 알루미늄 원분말 1 몰 중의 알루미늄의 몰수를 나타내고, N₁ 은 알루미늄 원분말의 식량 (式量) 을 나타낸다. 2 종 이상의 알루미늄 원분말을 사용하는 경우, 식 (A) 에 의해 각 알루미늄 원분말의 몰량을 각각 구하고, 각 몰량을 합계함으로써, 사용한 알루미늄 원분말의 몰량을 구할 수 있다.

상기 티타늄 원분말의 몰량은 TiO₂ (티타니아) 환산의 몰량을 의미하고, 하기 식 (B) 에 의해서 구해진다 (이하, 몰량을 구하는 경우에 있어서 동일).

티타늄 원분말의 몰량 = (w₂ × M₂)/N₂ … (B)

식 (B) 중, w₂ 는 티타늄 원분말의 사용량 (g) 을 나타내고, M₂ 는 티타늄 원분말 1 몰 중의 티타늄의 몰수를 나타내고, N₂ 는 티타늄 원분말의 식량을 나타낸다. 2 종 이상의 티타늄 원분말을 사용하는 경우, 식 (B) 에 의해 각 티타늄 원분말의 몰량을 각각 구하고, 각 몰량을 합계함으로써, 사용한 티타늄 원분말의 몰량을 구할 수 있다.

상기 마그네슘 원분말의 몰량은 MgO (마그네시아) 환산의 몰량을 의미하고, 하기 식 (C) 에 의해서 구해진다 (이하, 몰량을 구하는 경우에 있어서 동일).

마그네슘 원분말의 몰량 = (w₃ × M₃)/N₃ … (C)

식 (C) 중, w₃ 은 마그네슘 원분말의 사용량 (g) 을 나타내고, M₃ 은 마그네슘 원분말 1 몰 중의 마그네슘의 몰수를 나타내고, N₃ 은 마그네슘 원분말의 식량을 나타낸다. 2 종 이상의 마그네슘 원분말을 사용하는 경우, 식 (C) 에 의해 각 마그네슘 원분말의 몰량을 각각 구하고, 각 몰량을 합계함으로써, 사용한 마그네슘 원분말의 몰량을 구할 수 있다.

티타늄 원분말 및 마그네슘 원분말의 체적 기준 누적 백분율 50 ％ 상당 입자경 (이하, D50 으로 기재한다) 은, 모두 0.5 ∼ 35 ㎛ 인 것이 바람직하다.

상기 원료 혼합물은 규소 원분말을 추가로 함유하고 있어도 된다. 또, 규소 원분말은, 장석 혹은 유리 프릿, 또는 그들의 혼합물인 것이 바람직하다. Al₂O₃ 환산의 알루미늄 원분말의 몰량과 TiO₂ 환산의 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대한, SiO₂ 환산의 규소 원분말의 몰량의 비는 약 0.0011 ∼ 약 0.123 인 것이 바람직하다. 또한, 규소 원분말의 D50 은 0.5 ∼ 30 ㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 규소 원분말의 몰량은 SiO₂ (실리카) 환산에서의 몰량을 의미하고, 하기 식 (D) 에 의해서 구해진다 (이하, 몰량을 구하는 경우에 있어서 동일).

규소 원분말의 몰량 = (w₄ × M₄)/N₄ … (D)

식 (D) 중, w₄ 는 규소 원분말의 사용량 (g) 을 나타내고, M₄ 는 규소 원분말 1 몰 중의 규소의 몰수를 나타내고, N₄ 는 규소 원분말의 식량을 나타낸다. 2 종 이상의 규소 원분말을 사용하는 경우, 식 (D) 에 의해 각 규소 원분말의 몰량을 각각 구하고, 각 몰량을 합계함으로써, 사용한 규소 원분말의 몰량을 구할 수 있다.

또한 본 명세서에서 「D50」이란, 레이저 회절법에 의해 측정되는, 체적 기준의 누적 백분율 50 ％ 상당 입자경을 의미한다.

상기 원료 혼합물의 성형체의 형상으로는, 예를 들어 허니컴 형상으로 할 수 있다. 상기 소성의 온도는, 예를 들어 1300 ∼ 1650 ℃ 이고, 소성 시간은, 예를 들어 10 분 ∼ 24 시간이다.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 내열분해성이 우수함과 함께, 기계적 강도가 향상된 티탄산 알루미늄계 소성체를 제조할 수 있다.

도 1 은, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 에서 사용한 산화 알루미늄 분말 A ∼ C 의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 티탄산 알루미늄계 소성체는, 알루미늄 원분말 및 티타늄 원분말을 함유하는 원료 혼합물의 성형체를 소성함으로써 제조된다. 이러한 원료 혼합물을 사용하여 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, 티탄산 알루미늄계 결정으로 이루어지는 소성체이다.

본 발명에 있어서 사용되는 원료 혼합물에 함유되는 알루미늄 원분말은, 티탄산 알루미늄계 소성체를 구성하는 알루미늄 성분이 되는 물질의 분말이다. 알루미늄 원분말로는, 예를 들어, 알루미나 (산화 알루미늄) 의 분말을 들 수 있다. 알루미나는 결정성이어도 되고, 부정형 (아모퍼스) 이어도 된다. 알루미나가 결정성인 경우 그 결정형으로는, γ 형, δ 형, θ 형, α 형 등을 들 수 있고, α 형의 알루미나가 바람직하게 사용된다.

본 발명에서 사용되는 알루미늄 원분말은, 공기 중에서 소성함으로써 알루미나로 유도되는 물질의 분말이어도 된다. 이러한 물질로는, 예를 들어 알루미늄염, 알루미늄알콕사이드, 수산화 알루미늄, 알루미늄 등을 들 수 있다.

알루미늄염은, 무기산과의 염 (무기염) 이어도 되고, 유기산과의 염 (유기염) 이어도 된다. 알루미늄 무기염으로서 구체적으로는, 예를 들어, 질산 알루미늄, 질산암모늄 알루미늄 등의 질산염; 탄산암모늄 알루미늄 등의 탄산염 등을 들 수 있다. 알루미늄 유기염으로는, 예를 들어, 옥살산 알루미늄, 아세트산 알루미늄, 스테아르산 알루미늄, 락트산 알루미늄, 라우르산 알루미늄 등을 들 수 있다.

또한, 알루미늄 알콕사이드로서 구체적으로는, 예를 들어, 알루미늄 이소프로폭사이드, 알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 sec-부톡사이드, 알루미늄 tert-부톡사이드 등을 들 수 있다.

수산화 알루미늄은 결정성이어도 되고, 부정형이어도 된다. 수산화 알루미늄이 결정성인 경우, 그 결정형으로는, 예를 들어, 깁사이트형, 바이어라이트형, 노스트랜다이트형, 보에마이트형, 유사보에마이트 (pseudo-boehmite) 형 등을 들 수 있다. 아모퍼스 수산화 알루미늄으로는, 예를 들어, 알루미늄염, 알루미늄알콕사이드 등과 같은 수용성 알루미늄 화합물의 수용액을 가수분해하여 얻어지는 알루미늄 가수분해물도 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 알루미늄 원분말로는 1 종만이 사용되어도 되고, 2 종 이상이 병용되어도 된다.

상기 중에서도, 알루미늄 원분말로는 알루미나 분말이 바람직하게 사용되고, 보다 바람직하게는 α 형의 알루미나 분말이다. 또, 알루미늄 원분말은, 그 원료 유래 혹은 제조 공정에서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

여기서, 본 발명에 있어서는, 알루미늄 원분말로서 하기 식 (1) 을 만족하는 알루미늄 원분말을 사용한다.

(D90/D10)^1/2 ≥ 2 … (1)

상기 식 (1) 중, D90 은 체적 기준의 누적 백분율 90 ％ 상당 입자경이고, D10 은 체적 기준의 누적 백분율 10 ％ 상당 입자경으로, 이들은 레이저 회절법에 의해 측정되는 입도 분포로부터 구할 수 있다.

상기 식 (1) 은, D90/D10 이 비교적 큰 것을 의미하고 있고, 사용하는 알루미늄 원분말의 입경 범위가 비교적 넓은 것을 나타내고 있다. (D90/D10)^1/2이 2 이상인 비교적 브로드한 입경 범위를 갖는 알루미늄 원분말을 사용함으로써 소성에 제공되는 원료 혼합물 성형체 중의 원료 분말의 충전성이 향상되기 때문에, 치밀하고, 따라서 기계적 강도가 높은 소성체를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 식 (1) 을 만족하는 알루미늄 원분말을 사용함으로써, 내열분해성을 향상시킬 수도 있다.

상기 식 (1) 을 만족하는 알루미늄 원분말을 사용하면, 원료 혼합물 성형체의 소성에 의한 티탄산 알루미늄화 반응에 있어서, 알루미늄 원분말의 입자가 티타늄 원분말의 입자를 둘러싸듯이 존재하여, 원료 분말의 입자가 크게 이동하지 않고, 당해 반응이 빠르게 진행되기 때문에, 강도 (예를 들어, 굽힘 강도 등) 가 높은 소성체를 얻을 수 있게 된다. 또한, 양호한 세공 특성을 나타내는 한편, 치밀한 소성체를 얻을 수 있기 때문에, 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, 작은 열팽창 계수를 나타낸다.

상기 식 (1) 에 있어서의 (D90/D10)^1/2은, 바람직하게는 2.5 이상이고, 또한, 바람직하게는 4 이하이다. (D90/D10)^1/2이 4 를 초과하면, 소성체의 기계적 강도 (굽힘 강도) 를 향상시키는 효과가 저하되는 경향이 있다. 이것은, 성형체 중의 원료 분말의 충전성이 저하되어, 티탄산 알루미늄화 반응이 진행되기 어려워지기 때문인 것으로 생각된다.

또한, 본 발명에 있어서 사용되는 알루미늄 원분말은, 상기 식 (1) 을 만족하는 한, 싱글모달한 입경 분포를 갖고 있어도 되고, 바이모달한 입경 분포를 갖고 있어도 되며, 혹은 3 이상의 입경 피크를 갖는 것이어도 된다.

상기 식 (1) 을 만족하는 알루미늄 원분말의 조제 방법은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 이러한 알루미늄 원분말은, 예를 들어 다음 방법에 의해 조제할 수 있다.

(a) 상이한 입경 분포를 갖는 알루미늄 원분말을 혼합하는 방법. 예를 들어, D50 이 0.5 ∼ 10 ㎛ 인 알루미늄 원분말과, D50 이 10 ∼ 60 ㎛ 의 범위 내인 알루미늄 원분말을 혼합하는 방법을 들 수 있다.

(b) 입경이 비교적 큰 알루미늄 원분말을 소정 시간 해쇄 (解碎) 하는 방법. 예를 들어, D50 이 15 ∼ 75 ㎛ 인 알루미늄 원분말을 소정 시간 해쇄하는 방법을 들 수 있다.

(c) 소성에 의해 산화 알루미늄으로 유도되는 알루미늄 원분말을 소정 시간 소성하는 방법. 예를 들어, 수산화 알루미늄 분말을 소정 시간 소성하는 방법을 들 수 있다. 소성에 의해 산화 알루미늄으로 유도되는 알루미늄 원분말 (예를 들어, 수산화 알루미늄 분말) 의 D50 은, 5 ∼ 60 ㎛ 정도인 것이 바람직하다.

(d) 입경이 비교적 작은 알루미늄 원분말을 소정 조건으로 조립 (造粒) 하는 방법.

(e) 공침법에 의해, 상기 식 (1) 을 만족하는 알루미늄 원분말을 얻는 방법.

알루미늄 원분말의 D50 은, 5 ∼ 35 ㎛ 인 것이 바람직하고, 10 ∼ 30 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 이러한 입경 범위를 갖는 알루미늄 원분말을 사용함으로써, 소성체의 기계적 강도를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.

상기 원료 혼합물에 함유되는 티타늄 원분말은, 티탄산 알루미늄계 소성체를 구성하는 티탄 성분이 되는 물질의 분말이고, 그러한 물질로는, 예를 들어 산화티탄의 분말을 들 수 있다. 산화티탄으로는, 예를 들어, 산화티탄 (Ⅳ), 산화티탄 (Ⅲ), 산화티탄 (Ⅱ) 등을 들 수 있고, 산화티탄 (Ⅳ) 가 바람직하게 사용된다. 산화티탄 (Ⅳ) 는 결정성이어도 되고, 부정형 (아모퍼스) 이어도 된다. 산화티탄 (Ⅳ) 가 결정성인 경우, 그 결정형으로는, 아나타제형, 루틸형, 브루카이트형 등을 들 수 있고, 보다 바람직하게는, 아나타제형, 루틸형의 산화티탄 (Ⅳ) 이다.

본 발명에서 사용되는 티타늄 원분말은, 공기 중에서 소성함으로써 티타니아 (산화티탄) 로 유도되는 물질의 분말이어도 된다. 이러한 물질로는, 예를 들어, 티타늄염, 티타늄 알콕사이드, 수산화티타늄, 질화티탄, 황화티탄, 티탄 등을 들 수 있다.

티타늄염으로서 구체적으로는, 3염화티탄, 4염화티탄, 황화티탄 (Ⅳ), 황화티탄 (Ⅵ), 황산티탄 (Ⅳ) 등을 들 수 있다. 티타늄알콕사이드로서 구체적으로는, 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.

본 발명에 있어서, 티타늄 원분말로는 1 종만이 사용되어도 되고, 2 종 이상이 병용되어도 된다.

상기 중에서도, 티타늄 원분말로는 산화티탄 분말이 바람직하게 사용되고, 보다 바람직하게는 산화티탄 (IV) 분말이다. 또, 티타늄 원분말은, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

티타늄 원분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 통상, D50 이 0.5 ∼ 35 ㎛ 인 분말이 사용된다. 내열분해성 및 기계적 강도 (굽힘 강도) 가 보다 우수한 티탄산 알루미늄계 소성체를 얻기 위해서는, D50 이 1 ∼ 25 ㎛ 인 티타늄 원분말을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 티타늄 원분말의 입도 분포는 바이모달이어도 되며, 바이모달인 경우에는, 입경이 큰 쪽의 피크 입경은, 바람직하게는 20 ∼ 35 ㎛ 이다.

본 발명에서는, 상기 원료 혼합물 중에 있어서의 알루미늄 원분말의 몰량과 티타늄 원분말의 몰량의 비 (알루미늄 원분말의 몰량/티타늄 원분말의 몰량) 는 35/65 ∼ 45/55 로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40/60 ∼ 45/55 이다. 이 범위 내에서 티타늄 원분말을 사용함으로써, 원료 혼합물 성형체의 소성 수축률 (소성시에 있어서의 성형체의 수축률) 을 저감시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 원료 혼합물은, 마그네슘 원분말을 함유하고 있어도 된다. 원료 혼합물이 마그네슘 원분말을 함유하는 경우, 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, 티탄산 알루미늄 마그네슘 결정으로 이루어지는 소성체이다. 마그네슘 원분말로는, 마그네시아 (산화 마그네슘) 의 분말 외에, 공기 중에서 소성함으로써 마그네시아로 유도되는 물질의 분말을 들 수 있다. 후자의 예로는, 예를 들어, 마그네슘염, 마그네슘 알콕사이드, 수산화 마그네슘, 질화 마그네슘, 마그네슘 등을 들 수 있다.

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

마그네슘 알콕사이드로서 구체적으로는, 마그네슘 메톡사이드, 마그네슘 에톡사이드 등을 들 수 있다. 또, 마그네슘 원분말은, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

마그네슘 원분말로서, 마그네슘원과 알루미늄원을 겸한 물질의 분말을 사용할 수도 있다. 이러한 물질로는, 예를 들어 마그네시아스피넬 (MgAl₂O₄) 을 들 수 있다. 또, 마그네슘 원분말로서 마그네슘원과 알루미늄원을 겸한 물질의 분말을 사용하는 경우, 알루미늄 원분말의 Al₂O₃ 환산 몰량 및 마그네슘원과 알루미늄원을 겸한 물질의 분말에 함유되는 Al 성분의 Al₂O₃ 환산 몰량의 합계량과, 티타늄 원분말의 TiO₂ 환산 몰량의 비가, 원료 혼합물 중에 있어서 상기 범위 내가 되도록 조정된다.

본 발명에 있어서, 마그네슘 원분말로는 1 종만이 사용되어도 되고, 2 종 이상이 병용되어도 된다.

마그네슘 원분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 통상, D50 이 0.5 ∼ 30 ㎛ 인 분말이 사용되고, 내열분해성 및 기계적 강도가 보다 우수한 티탄산 알루미늄계 소성체를 얻기 위해서는, D50 이 3 ∼ 25 ㎛ 인 마그네슘 원분말을 사용하는 것이 바람직하다.

원료 혼합물 중에 있어서의 마그네슘 원분말의 함유량 (몰량) 은, 알루미늄 원분말의 몰량과 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대하여, 몰량의 비로 0.03 ∼ 0.15 로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.03 ∼ 0.12 이다. 마그네슘 원분말의 함유량을 이 범위 내로 조정함으로써, 티탄산 알루미늄계 소성체의 내열분해성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 원료 혼합물은, 규소 원분말을 추가로 함유하고 있어도 된다. 규소 원분말은, 실리콘 성분이 되어 티탄산 알루미늄계 소성체에 함유되는 물질의 분말이고, 규소 원분말을 병용함으로써, 내열분해성이 보다 향상된 티탄산 알루미늄계 소성체를 얻을 수 있게 된다. 규소 원분말로는, 예를 들어, 2산화규소, 1산화규소 등의 산화규소 (실리카) 의 분말을 들 수 있다.

또한, 규소 원분말은, 공기 중에서 소성함으로써 실리카로 유도되는 물질의 분말이어도 된다. 이러한 물질로는, 예를 들어, 규산, 탄화규소, 질화규소, 황화규소, 4염화규소, 아세트산규소, 규산나트륨, 오르토규산나트륨, 장석, 유리 프릿 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 장석, 유리 프릿 등이 바람직하게 사용되며, 공업적으로 입수가 용이하고, 조성이 안정적이라는 점에서, 유리 프릿 등이 보다 바람직하게 사용된다. 또, 유리 프릿이란, 유리를 분쇄하여 얻어지는 플레이크 또는 분말상 유리를 말한다. 규소 원분말로서, 장석과 유리 프릿의 혼합물로 이루어지는 분말을 사용하는 것도 바람직하다.

유리 프릿을 사용하는 경우, 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체의 내열분해성을 보다 향상시킨다는 관점에서, 굴복점이 700 ℃ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 유리 프릿의 굴복점은, 열기계 분석 장치 (TMA : Thermo Mechanical Analysis) 를 사용하여 측정된다. 유리 프릿의 굴복점은, 유리 프릿의 승온 과정에 있어서, 팽창이 멈추고, 다음으로 수축이 시작되는 온도 (℃) 로 정의된다.

상기 유리 프릿을 구성하는 유리에는, 규산〔SiO₂〕을 주성분 (전체 성분 중 50 질량％ 를 초과하는 경우) 으로 하는 일반적인 규산 유리를 사용할 수 있다. 유리 프릿을 구성하는 유리는 규산 이외의 함유 성분으로서 일반적인 규산 유리와 마찬가지로, 알루미나〔Al₂O₃〕, 산화나트륨〔Na₂O〕, 산화칼륨〔K₂O〕, 산화칼슘〔CaO〕, 마그네시아〔MgO〕 등을 함유하고 있어도 된다. 또, 유리 프릿을 구성하는 유리는, 유리 자체의 내열수성을 향상시키기 위해서 ZrO₂ 를 함유하고 있어도 된다.

본 발명에 있어서, 규소 원분말로는 1 종만이 사용되어도 되고, 2 종 이상이 병용되어도 된다.

규소 원분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 통상, D50 이 0.5 ∼ 30 ㎛ 인 것이 사용되며, 원료 혼합물 성형체의 충전율을 보다 향상시키기 위해서는, D50 이 1 ∼ 20 ㎛ 인 규소 원분말을 사용하는 것이 바람직하다.

원료 혼합물이 규소 원분말을 함유하는 경우, 원료 혼합물 중에 있어서, Al₂O₃ 환산의 알루미늄 원분말의 몰량과 TiO₂ 환산의 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대한, SiO₂ 환산의 규소 원분말의 몰량의 비는, 약 0.0011 ∼ 약 0.123 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.073 이하이다. 또, 규소 원분말은, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 마그네시아스피넬 (MgAl₂O₄) 등의 복합 산화물과 같이, 티타늄, 알루미늄, 규소 및 마그네슘 중, 2 개 이상의 금속 원소를 성분으로 하는 물질을 원료 분말로서 사용할 수 있다. 이 경우, 이러한 물질은, 각각의 금속원 물질을 혼합한 원료 혼합물과 등가인 것으로 생각할 수 있다. 이러한 생각에 기초하여, 원료 혼합물 중에 있어서의 알루미늄원 원료, 티타늄원 원료, 마그네슘원 원료 및 규소원 원료의 함유량이 상기 범위 내로 조정된다.

또한, 원료 혼합물에는 티탄산 알루미늄이나 티탄산 알루미늄 마그네슘 자체가 함유되어 있어도 되며, 예를 들어, 원료 혼합물의 구성 성분으로서 티탄산 알루미늄 마그네슘을 사용하는 경우, 그 티탄산 알루미늄 마그네슘은 티타늄원, 알루미늄원 및 마그네슘원을 겸비한 원료이다.

본 발명에서는, 상기 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 그리고 임의로 사용되는 마그네슘 원분말 및 규소 원분말을 함유하는 원료 혼합물을 성형하여 성형체를 얻은 후, 당해 성형체를 소성함으로써 티탄산 알루미늄계 소성체를 얻는다. 성형한 다음 소성을 실시함으로써, 원료 혼합물을 직접 소성하는 경우와 비교하여 소성 중의 수축을 억제할 수 있다. 그 때문에, 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체의 크랙을 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 소성에 의해 생성된 다공질성의 티탄산 알루미늄 결정의 세공 형상이 유지된다. 성형체의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 허니컴 형상, 막대상, 튜브상, 판상, 도가니 형상 등을 들 수 있다.

원료 혼합물의 성형에 사용하는 성형기로는, 1 축 프레스, 압출 성형기, 타정기, 조립기 (造粒機) 등을 들 수 있다. 압출 성형을 실시할 때에는, 원료 혼합물에, 예를 들어 조공제 (造孔劑), 바인더, 윤활제 및 가소제, 분산제, 그리고 용매 등의 첨가제를 첨가하여 성형할 수 있다.

상기 조공제로는, 그라파이트 등의 탄소재; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메타크릴산메틸 등의 수지류; 전분, 견과 껍질, 호두 껍질, 콘 등의 식물계 재료; 얼음; 및 드라이아이스 등을 들 수 있다. 조공제의 첨가량은, 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말의 합계량 100 질량부에 대하여, 통상 0 ∼ 40 질량부이고, 바람직하게는 0 ∼ 25 질량부이다. 또한, 조공제는, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

상기 바인더로는, 메틸셀룰로오스, 카르복실메틸셀룰로오스, 나트륨카르복실메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스류; 폴리비닐알코올 등의 알코올류; 리그닌술폰산염 등의 염; 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스 등의 왁스; EVA, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 액정 폴리머, 엔지니어링 플라스틱 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다. 바인더의 첨가량은, 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말의 합계량 100 질량부에 대하여, 통상 2 질량부 이상 20 질량부 이하이고, 바람직하게는 4 질량부 이상 15 질량부 이하이다. 또, 바인더는, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

상기 윤활제 및 가소제로는, 글리세린 등의 알코올류; 카프릴산, 라우르산, 팔미트산, 알라긴산, 올레산, 스테아르산 등의 고급 지방산; 스테아르산 알루미늄 등의 스테아르산 금속염 등을 들 수 있다. 윤활제 및 가소제의 첨가량은, 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말의 합계량 100 질량부에 대하여, 통상 0 ∼ 10 질량부이고, 바람직하게는 1 ∼ 5 질량부이다. 또, 윤활제 및 가소제는, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

상기 분산제로는, 예를 들어, 질산, 염산, 황산 등의 무기산; 옥살산, 시트르산, 아세트산, 말산, 락트산 등의 유기산; 메탄올, 에탄올, 프로판올 등의 알코올류; 폴리카르복실산암모늄, 폴리옥시알킬렌알킬에테르 등의 계면 활성제 등을 들 수 있다. 분산제의 첨가량은, 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말의 합계량 100 질량부에 대하여, 통상 0 ∼ 20 질량부이고, 바람직하게는 2 ∼ 8 질량부이다. 또, 분산제는, 그 원료 유래 또는 제조 공정에 있어서 불가피하게 포함되는 미량 성분을 함유할 수 있다.

또한, 상기 용매로는, 예를 들어, 모노올류 (메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등), 글리콜류 (프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등) 등의 알코올류, 및 물 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 물이 바람직하고, 불순물이 적다는 점에서, 보다 바람직하게는 이온 교환수가 사용된다. 용매의 사용량은, 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말의 합계량 100 질량부에 대하여, 통상 10 질량부 ∼ 100 질량부, 바람직하게는 20 질량부 ∼ 80 질량부이다.

성형에 제공되는 원료 혼합물은, 상기 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 그리고 임의로 사용되는 마그네슘 원분말, 규소 원분말, 및 상기 각종 첨가제를 혼합 (혼련) 함으로써 얻을 수 있다.

성형체의 소성에 있어서의 소성 온도는, 통상 1300 ℃ 이상, 바람직하게는 1400 ℃ 이상이다. 또한, 소성 온도는, 통상 1650 ℃ 이하, 바람직하게는 1550 ℃ 이하이다. 소성 온도까지의 승온 속도 및 승온 패턴은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 승온 속도는 1 ℃/시간 ∼ 500 ℃/시간이다. 규소 원분말을 사용하는 경우에는, 소성 공정 전에, 1100 ∼ 1300 ℃ 의 온도 범위에서 3 시간 이상 유지하는 공정 (확산 공정) 을 두는 것이 바람직하다. 이로써, 규소 원분말의 융해, 확산을 촉진시킬 수 있다. 원료 혼합물이 바인더 등의 첨가 연소성 유기물을 함유하는 경우, 소성 공정에는, 이것을 제거하기 위한 탈지 공정이 포함된다. 탈지는, 전형적으로는 소성 온도에 도달하기까지의 승온 단계 (예를 들어, 150 ∼ 500 ℃ 의 온도 범위) 에서 이루어진다. 탈지 공정에서는, 승온 속도를 최대한 억제하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 300 ℃/시간 이하, 보다 바람직하게는 100 ℃/시간 이하이다.

소성은 통상적으로 대기 중에서 행해지지만, 사용하는 원료 분말 (즉 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말) 의 종류나 사용량비에 따라서는, 질소 가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중에서 소성해도 되고, 일산화탄소 가스, 수소 가스 등과 같은 환원성 가스 중에서 소성해도 된다. 또, 수증기 분압을 낮게 한 분위기 중에서 소성을 실시해도 된다.

소성은, 통상 관상 전기로, 상자형 전기로, 터널로, 원적외선로, 마이크로파 가열로, 샤프트로, 반사로, 로터리로, 롤러 하스로 (roller hearth furnace) 등의 통상적인 소성로를 사용하여 행해진다. 소성은 회분식으로 실시해도 되고, 연속식으로 실시해도 된다. 또한, 정치식 (靜置式) 으로 실시해도 되고, 유동식으로 실시해도 된다.

소성에 걸리는 시간은, 원료 혼합물의 성형체가 티탄산 알루미늄계 결정으로 천이되는 데 충분한 시간이면 되고, 원료 혼합물의 양, 소성로의 형식, 소성 온도, 소성 분위기 등에 따라서 다르지만, 통상은 10 분 ∼ 24 시간이다.

이상과 같이 하여, 목적하는 티탄산 알루미늄계 소성체를 얻을 수 있다. 이러한 티탄산 알루미늄계 소성체는, 성형 직후의 성형체의 형상을 거의 유지한 형상을 갖는다. 얻어진 티탄산 알루미늄계 소성체는, 연삭 가공 등에 의해서 원하는 형상으로 가공할 수도 있다.

본 발명의 방법에 의해 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, X선 회절 스펙트럼에 있어서, 티탄산 알루미늄 또는 티탄산 알루미늄 마그네슘의 결정 패턴 외에, 알루미나, 티타니아 등의 결정 패턴을 포함하고 있어도 된다. 또, 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, 티탄산 알루미늄 마그네슘 결정으로 이루어지는 경우, 조성식 : Al_2(1-x)Mg_xTi_(1＋x)O₅ 로 나타낼 수 있으며, x 의 값은 0.03 이상이고, 바람직하게는 0.03 이상 0.15 이하, 보다 바람직하게는 0.03 이상 0.12 이하이다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또, 각 실시예 및 비교예에 있어서의 티탄산 알루미늄계 소성체의 티탄산 알루미늄화율 (AT 화율), 내열분해율, 3점 굽힘 강도, 열팽창 계수, 개기공률, 및 사용한 원료 분말의 입도 분포는, 하기 방법에 의해 측정하였다.

(1) AT 화율

티탄산 알루미늄화율 (AT 화율) 은, 분말 X선 회절 스펙트럼에 있어서의 2θ = 27.4°의 위치에 나타나는 피크〔티타니아·루틸상 (110) 면에 귀속된다〕의 적분 강도 (I_T) 와, 2θ = 33.7°의 위치에 나타나는 피크〔티탄산 알루미늄 마그네슘상 (230) 면에 귀속된다〕의 적분 강도 (I_AT) 로부터, 하기 식에 의해 산출하였다. AT 화율 = I_AT/(I_T＋I_AT) × 100 (％)

(2) 내열분해율

얻어진 티탄산 알루미늄계 소성체로부터, 약 4 ㎜ × 약 4 ㎜ × 약 50 ㎜ 의 시험편을 잘라내었다. 이어서, 이 시험편에 대하여, 300 ℃/h 의 승온 속도로 1100 ℃ 까지 승온하고, 동 온도에서 48 시간 유지한 후, 300 ℃/h 의 강온 속도로 실온까지 냉각하는 열처리를 실시하였다. 당해 열처리를 실시하기 전의 AT 화율 R₀ (％) 과 열처리를 실시한 후의 AT 화율 R (％) 을 상기 방법에 의해 측정하고, 열처리에 의한 소성체 중의 티탄산 알루미늄 마그네슘 결정의 감소율로서, 하기 식에 기초하여 내열분해율을 구하였다.

내열분해율 (％) = (R/R₀) × 100

(3) 3점 굽힘 강도

티탄산 알루미늄계 소성체로부터, 원료 혼합물의 압출 성형시의 압출 방향으로 길이 약 50 ㎜, 폭 약 5 ㎜, 두께 약 5 ㎜ 정도의 직육면체 형상으로 잘라내었다. 이 잘라낸 소성체의 외표면을 사포 (#1500) 를 사용하여 요철이 없어질 때까지 연마하였다. 얻어진 샘플의 3점 굽힘 강도를, JIS R 1601 에 준거한 방법에 의해 측정하였다.

(4) 열팽창 계수

티탄산 알루미늄계 소성체로부터, 약 4 ㎜ × 약 4 ㎜ × 약 10 ㎜ 의 시험편을 잘라내었다. 이어서, 이 시험편에 대하여, 200 ℃/h 의 승온 속도로 1000 ℃ 까지 승온하고, 바로 실온 (25 ℃) 까지 냉각하는 열처리를 실시하였다. 열처리를 실시한 시험편에 관해서, 열기계적 분석 장치 (SII 테크놀로지 (주) 제조 TMA6300) 를 사용하여, 25 ℃ 에서 1000 ℃ 까지 600 ℃/h 의 속도로 승온시켰을 때의 시험편의 팽창률로부터, 하기 식에 기초하여 열팽창 계수〔K^-1〕를 산출하였다.

열팽창 계수〔K^-1〕= 시험편의 팽창률/975〔K〕

여기서, 시험편의 팽창률이란,

(1000 ℃ 까지 승온시켰을 때의 시험편의 체적 － 승온 전 (25 ℃) 에 있어서의 시험편의 체적) / (승온 전 (25 ℃) 에 있어서의 시험편의 체적)

을 의미한다.

(5) 개기공률

JIS R 1634 에 준거한, 수중 침지에 의한 아르키메데스법에 의해서 소성체의 수중 중량 M2 (g), 포수 (飽水) 중량 M3 (g) 및 건조 중량 M1 (g) 을 측정하고, 하기 식에 의해 개기공률을 산출하였다.

개기공률 (％) = 100 × (M3－M1)/(M3-M2)

(6) 원료 분말의 입도 분포

원료 분말의 입도 분포, D10, D50, 및 D90 은, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치〔닛키소사 제조 「Microtrac HRA (X-100)」〕를 사용하여 측정하였다.

<실시예 1>

원료 분말로서 이하의 것을 사용하였다. 하기 원료 분말의 투입 조성은, 알루미나〔Al₂O₃〕, 티타니아〔TiO₂〕, 마그네시아〔MgO〕 및 실리카〔SiO₂〕환산의 몰비로, 〔Al₂O₃〕/〔TiO₂〕/〔MgO〕/〔SiO₂〕= 34.3 ％/50.2 ％/9.4 ％/6.1 ％ 이다.

(1) 알루미늄 원분말

하기 표 1 및 도 1 에 나타내는 입경 분포를 갖는 산화 알루미늄 분말 A (α-알루미나 분말)

29 질량부

(2) 티타늄 원분말

D50 이 1.0 ㎛ 인 산화티탄 분말 (루틸형 결정)

49 질량부

(3) 마그네슘 원분말

D50 이 5.5 ㎛ 인 마그네시아스피넬 분말

18 질량부

(4) 규소 원분말

D50 이 8.5 ㎛ 인 유리 프릿 (다카라 스탠더드사 제조「CK0832」)

4 질량부

상기 알루미늄 원분말, 티타늄 원분말, 마그네슘 원분말 및 규소 원분말로 이루어지는 혼합물에, 그 혼합물 100 질량부에 대하여, 바인더로서 메틸셀룰로오스 5.8 질량부, 계면 활성제로서 폴리옥시알킬렌알킬에테르 5.8 질량부, 그리고, 윤활제로서 글리세린 0.5 질량부 및 스테아르산 1.5 질량부를 첨가하고, 추가로, 분산매로서 물을 30 질량부 첨가한 후, 혼련기를 사용하여 혼련함으로써, 배토 (성형용 원료 혼합물) 를 조제하였다. 이어서, 이 배토를 압출 성형함으로써, 허니컴 형상의 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를, 대기 분위기하에서, 바인더를 제거하는 예비 소성 (탈지) 공정을 포함하는 소성을 실시하여, 허니컴 형상의 다공질 소성체 (허니컴 구조체) 를 얻었다. 소성시의 최고 온도는 1450 ℃ 로 하고, 최고 온도에서의 유지 시간은 5 시간으로 하였다.

얻어진 다공질 소성체를 유발로 해쇄시키고, 분말 X선 회절법에 의해 얻어진 분말의 회절 스펙트럼을 측정한 결과, 이 분말은, 티탄산 알루미늄 마그네슘의 결정 피크를 나타내었다. 이 분말의 AT 화율을 구한 결과, 100 ％ 였다. 표 1 및 도 1 에 사용한 산화 알루미늄 분말 A 의 입경 분포 특성을 나타낸다. 또한, 표 2 에, 얻어진 티탄산 알루미늄계 소성체의 내열분해율, 3점 굽힘 강도, 열팽창 계수 및 개기공률을 나타낸다.

<실시예 2>

이하의 원료 분말을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 허니컴 형상의 다공질 소성체를 얻었다. 하기 원료 분말의 투입 조성은, 실시예 1 과 동일하게, 알루미나〔Al₂O₃〕, 티타니아〔TiO₂〕, 마그네시아〔MgO〕및 실리카〔SiO₂〕환산의 몰비로, 〔Al₂O₃〕/〔TiO₂〕/〔MgO〕/〔SiO₂〕= 34.3 ％/50.2 ％/9.4 ％/6.1 ％ 이다.

(1) 알루미늄 원분말

하기 표 1 및 도 1 에 나타내는 입경 분포를 갖는 산화 알루미늄 분말 B (α-알루미나 분말)

29 질량부

(2) 티타늄 원분말

D50 이 1.0 ㎛ 인 산화티탄 분말 (루틸형 결정)

49 질량부

(3) 마그네슘 원분말

D50 이 5.5 ㎛ 인 마그네시아스피넬 분말

18 질량부

(4) 규소 원분말

D50 이 8.5 ㎛ 인 유리 프릿 (다카라 스탠더드사 제조 「CK0832」)

4 질량부

얻어진 다공질 소성체를 유발로 해쇄시키고, 분말 X선 회절법에 의해 얻어진 분말의 회절 스펙트럼을 측정한 결과, 이 분말은, 티탄산 알루미늄 마그네슘의 결정 피크를 나타내었다. 이 분말의 AT 화율을 구한 결과, 100 ％ 였다. 표 1 및 도 1 에 사용한 산화 알루미늄 분말 B 의 입경 분포 특성을 나타낸다. 또한, 표 2 에, 얻어진 티탄산 알루미늄계 소성체의 내열분해율, 3점 굽힘 강도, 열팽창 계수 및 개기공률을 나타낸다.

<비교예 1>

(1) 알루미늄 원분말

하기 표 1 및 도 1 에 나타내는 입경 분포를 갖는 산화 알루미늄 분말 C (α-알루미나 분말)

29 질량부

(2) 티타늄 원분말

D50 이 1.0 ㎛ 인 산화티탄 분말 (루틸형 결정)

49 질량부

(3) 마그네슘 원분말

D50 이 5.5 ㎛ 인 마그네시아스피넬 분말

18 질량부

(4) 규소 원분말

4 질량부

얻어진 다공질 소성체를 유발로 해쇄시키고, 분말 X선 회절법에 의해 얻어진 분말의 회절 스펙트럼을 측정한 결과, 이 분말은, 티탄산 알루미늄 마그네슘의 결정 피크를 나타내었다. 이 분말의 AT 화율을 구한 결과, 100 ％ 였다. 표 1 및 도 1 에 사용한 산화 알루미늄 분말 C 의 입경 분포 특성을 나타낸다. 또한, 표 2 에, 얻어진 티탄산 알루미늄계 소성체의 내열분해율, 3점 굽힘 강도, 열팽창 계수 및 개기공률을 나타낸다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것으로 생각되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것을 의도한다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의해 얻어지는 티탄산 알루미늄계 소성체는, 예를 들어, 도가니, 세터 (setters), 갑발 (saggers), 노재 등의 소성로용 지그; 디젤 엔진, 가솔린 엔진 등의 내연 기관의 배기 가스 정화에 사용되는 배기 가스 필터나 배기 가스 컨버터, 촉매 담체, 맥주 등의 음식물의 여과에 사용되는 여과 필터, 석유 정제시에 발생하는 가스 성분, 예를 들어 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 산소 등을 선택적으로 투과시키기 위한 선택 투과 필터 등의 세라믹스 필터; 기판, 컨덴서 등의 전자 부품 등에 바람직하게 적용할 수 있다. 그 중에서도, 세라믹스 필터 등으로 사용하는 경우, 본 발명의 티탄산 알루미늄계 소성체는, 내열분해성 및 기계적 강도 (굽힘 강도) 가 우수하고, 나아가서는 저열팽창성이 우수하기 때문에, 양호한 필터 성능을 장기에 걸쳐 유지할 수 있다.

Claims

알루미늄 원분말 및 티타늄 원분말을 함유하는 원료 혼합물의 성형체를 소성하는 공정을 구비하고,
상기 알루미늄 원분말은, 하기 식 (1) 을 만족하는 티탄산 알루미늄계 소성체의 제조 방법.
(D90/D10)^1/2 ≥ 2 … (1)
(식 중, D90 은 체적 기준의 누적 백분율 90 ％ 상당 입자경이고, D10 은 체적 기준의 누적 백분율 10 ％ 상당 입자경으로, 이들은 레이저 회절법에 의해 측정되는 알루미늄 원분말의 입도 분포로부터 구할 수 있다)
제 1 항에 있어서,
상기 원료 혼합물 중에 있어서의, Al₂O₃ 환산에서의 상기 알루미늄 원분말의 몰량과 TiO₂ 환산에서의 상기 티타늄 원분말의 몰량의 비 (알루미늄 원분말의 몰량/티타늄 원분말의 몰량) 는 35/65 ∼ 45/55 인 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 티타늄 원분말의 체적 기준 누적 백분율 50 ％ 상당 입자경이 0.5 ∼ 35 ㎛ 인 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 혼합물은 마그네슘 원분말을 추가로 함유하고,
Al₂O₃ 환산에서의 상기 알루미늄 원분말의 몰량과 TiO₂ 환산에서의 상기 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대한, MgO 환산에서의 상기 마그네슘 원분말의 몰량의 비는 0.03 ∼ 0.15 인 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 마그네슘 원분말의 체적 기준 누적 백분율 50 ％ 상당 입자경이 0.5 ∼ 30 ㎛ 인 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원료 혼합물은 규소 원분말을 추가로 함유하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 규소 원분말은, 장석 또는 유리 프릿, 혹은 그들의 혼합물인 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
Al₂O₃ 환산의 알루미늄 원분말의 몰량과 TiO₂ 환산의 티타늄 원분말의 몰량의 합계에 대한, SiO₂ 환산의 규소 원분말의 몰량의 비는 0.0011 ∼ 0.123 인 방법.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 규소 원분말의 체적 기준 누적 백분율 50 ％ 상당 입자경이 0.5 ∼ 30 ㎛ 인 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형체가 허니컴 형상인 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소성의 온도가 1300 ∼ 1650 ℃ 이고, 소성 시간이 10 분 ∼ 24 시간인 방법.