KR910009890B1 - Novel solid solution heat-resistant sintered body and method of producing the same - Google Patents

Novel solid solution heat-resistant sintered body and method of producing the same

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KR910009890B1
KR910009890B1 KR1019890006735A KR890006735A KR910009890B1 KR 910009890 B1 KR910009890 B1 KR 910009890B1 KR 1019890006735 A KR1019890006735 A KR 1019890006735A KR 890006735 A KR890006735 A KR 890006735A KR 910009890 B1 KR910009890 B1 KR 910009890B1
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Abstract

내용 없음.No content.

Description

신규한 고용상, 내열성 소결체 및 그 제조방법New solid solution phase, heat resistant sintered body and manufacturing method thereof

제1도는 CaZr4P6O24-SrZr4P6O24계(system) 및 CaZr4P6O24-BaZr4P6O24계의 고용상들에 있어서 화학조성과 결정격자 정수 사이의 관계를 나타낸 그래프.The relationship between the first turning CaZr 4 P 6 O 24 -SrZr 4 P 6 O 24 system (system) and CaZr 4 P 6 O 24 -BaZr 4 P 6 O chemical composition and the crystal lattice constant in the employment of the system 24 Graph showing.

제2도는 CaZr4P6O24-SrZr4P6O24계의 고용상으로 조성된 소결체에 있어서의 화학조성과 실온에서 1400℃까지의 온도범위내에서의 열팽창계수 및 4점 굽힘강도 사이의 관계를 나타낸 그래프.2 shows the chemical composition of the solid-state sintered compact of CaZr 4 P 6 O 24 -SrZr 4 P 6 O 24 system and the coefficient of thermal expansion and four-point bending strength in the temperature range from room temperature to 1400 ° C. Graph showing the relationship.

제3도는 CaZr4P6O24-BaZr4P6O24계의 고용상으로 조성된 소결체에 있어서의 화학조성과 실온에서 1400℃까지의 온도범위내에서의 열팽창계수 및 4점 굽힘강도 사이의 관계를 나타낸 그래프.3 shows the chemical composition of the solid-state sintered compact of CaZr 4 P 6 O 24 -BaZr 4 P 6 O 24 system and the coefficient of thermal expansion and four-point bending strength in the temperature range from room temperature to 1400 ° C. Graph showing the relationship.

제4도는 1400℃에서 100시간동안 열처리한 후 실시예 1-10 및 14-18과 비교실시예 21-25에 있어서의 중량 감소율을 나타낸 막대 그래프.4 is a bar graph showing the weight loss rate in Examples 1-10 and 14-18 and Comparative Examples 21-25 after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours.

제5도는 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상으로 조성된 소결체의 화학조성과 실온에서 1400℃까지의 온도범위에서의 열팽창계수 사이의 관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the relationship between the chemical composition of the solid - state sintered body of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system and the coefficient of thermal expansion in the temperature range from room temperature to 1400 ℃.

제6도는 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상으로 조성된 소결체에 있어서 개기 공률(open porosdity)과 4점 굽힘강도 사이의 관계를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the relationship between the open porosdity and the four-point bending strength in a solid-state sintered compact of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system.

제7도는 실시예 16에 있어서 실온에서의 분말 x-선 회절패턴을 나타낸 그래프.7 is a graph showing a powder x-ray diffraction pattern at room temperature in Example 16.

제8도는 인산염 화합물 소결체에 각종 산화물이 첨가되어질 때 1400℃에서 100시간동안 열처리를 하는 중에 있어서의 중량 감소율을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the weight loss rate during heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours when various oxides are added to the sintered phosphate compound.

제9도는 인산염 화합물 소결체중의 PyZr4SiXPO 猫(phase)의 양과 1400℃에서 100시간동안 열처리시의 중량 감소율 사이의 관계를 나타낸 그래프.9 is a graph showing the relationship between the amount of PyZr 4 Si X P O phase (phase) in the sintered phosphate compound and the weight loss rate during heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours.

제10도는 인산염 화합물 소결체중의 PyZr4SiXP6-XO24결정상의 양과 1400℃의 100시간동안 열처리시의 치수 변화율 사이의 관계를 나타낸 그래프.10 is a graph showing the relationship between the amount of PyZr 4 Si X P 6-X O 24 crystal phase in the sintered phosphate compound and the dimensional change rate during heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours.

제11도는 인산염 화합물 소결체에 있어서 개기공률과 4점 굽힘강도 사이의 관계를 나타낸 그래프.11 is a graph showing the relationship between the open porosity and the four-point bending strength in the sintered phosphate compound.

제12도는 실시예 33의 인산염 화합물의 x-선 회절패턴을 나타낸 그래프.12 is a graph showing an x-ray diffraction pattern of the phosphate compound of Example 33.

제13도는 자중 연화율(self-weight softening percentage)의 측정방법을 도시한 도면이다.FIG. 13 shows a method for measuring a self-weight softening percentage.

본 발명은 PyZr4SiXP6-XO24계(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이면, y는 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값이다)의 고용상과, 이 고용상을 각각 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 우수한 내열성 및 고온 안정성을 갖는 RyZr4SiXP6-XO24의 고용상과, 이 고용상을 포함하고 저팽창성 및 고온 열안정성을 갖는 내열성 고강도 소결체 및 상기 고용상을 포함하고 우수한 내열성, 고온 안정성, 저팽창성등을 갖는 인산염 화합물 소결체와 그 제조방법에 관한 것이다.In the present invention, PyZr 4 Si X P 6-X O 24 system (R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or less, y is the electrical neutrality of the formula And a heat-resistant sintered body and a heat-resistant phosphate compound sintered body including the solid solution phase satisfying the conditions of 2/3 or more and 2 or less, respectively, and a method of manufacturing the same, particularly having excellent heat resistance and high temperature stability. RyZr 4 Si X P 6-X O 24 A solid solution phase comprising the solid solution phase and the heat-resistant high-strength sintered body having low expansion and high temperature thermal stability and the solid solution phase and having excellent heat resistance, high temperature stability, low expansion, and the like. A sintered phosphate compound and a method for producing the same.

최근, 공업기술의 진보와 함께 우수한 내열성 및 저팽창성을 갖는 재료들의 개발이 강력히 요구되고 있다.In recent years, with the development of industrial technology, the development of materials having excellent heat resistance and low expandability is strongly demanded.

이러한 요구에 따라, 인산 지르코닐[(ZrO)2P2O7]이 내열성 및 저팽창성을 갖는 재료로서 생성되어져 왔다.In response to these demands, zirconyl phosphate [(ZrO) 2 P 2 O 7 ] has been produced as a material having heat resistance and low expandability.

최근에는 나트륨등과 같은 알카리 금속의 인산지르코늄들이 내열성 및 열팽창계수를 갖는 물질로서 제안되어져 왔다.Recently, zirconium phosphates of alkali metals such as sodium and the like have been proposed as materials having heat resistance and coefficient of thermal expansion.

[Mat Res. Bull., Vol. 19, 제1451-1456항(1984) ; Journal of Materials Science, 16, 1633-1642(1981) ; 및 요업협회지 95(5), 제531-537항(1987)].Mat Res. Bull., Vol. 19, 11451-1456 (1984); Journal of Materials Science, 16, 1633-1642 (1981); And 95 (5), 531-537 (1987).

또한 특별한 조성으로 이루어진 알카리 토류금속(earth metals)의 인산염 화합물들에 저팽창성이 있음이 제안되어져 왔다.It has also been proposed to have low expansion properties in phosphate compounds of alkaline earth metals with special compositions.

[Mat Res. Bull., Vol. 20, 제99-160항(1985) ; 및 J. Am, Ceram. Soc., 70[10] C-232∼C-236(1987)].Mat Res. Bull., Vol. 20, 99-160 (1985); And J. Am, Ceram. Soc., 70 [10] C-232 to C-236 (1987).

또한 미합중국 특허 제4,675,302호에는 Ca0.5Ti2P3O12의 기본조성을 갖는 세라믹 재료들이 우수한 저팽창성이 있음을 설명하고 있다.In addition, US Pat. No. 4,675,302 describes that ceramic materials having a basic composition of Ca 0.5 Ti 2 P 3 O 12 have excellent low expansion properties.

그러나 인산지르코닐 등과 같은 상기 인산염 화합물들이 우수한 저팽창성의 이점을 갖고 있다 하더라도, 이러한 인산염 화합물들에는 이들이 1200℃이상의 고온에서 열분해되어 인(P)성분이 증발되는 공통적인 문제점이 있다.However, even though the phosphate compounds such as zirconyl phosphate have the advantage of excellent low expandability, these phosphate compounds have a common problem in that they are pyrolyzed at a high temperature of 1200 ° C. or higher to evaporate phosphorus (P) components.

예를들어 열처리를 1400℃에서 100시간동안 행하는 경우 인산지르코닐은 195, 인산지르코늄 나트륨은 36의5 중량감소가 나타나게 된다.For example, when the heat treatment is performed at 1400 ° C. for 100 hours, zirconyl phosphate 195 and zirconium phosphate 36 are reduced by 5 by weight.

또한 미합중국 특허 제4,675,302호에 설명된 세라믹 재료는 주로 인공위성에 있어서 어떠한 온도변화 하에서도 변형등이 발생하지 않는 저팽창 광학 반사기의 기판으로서 사용되어진다.In addition, the ceramic material described in US Pat. No. 4,675,302 is mainly used as a substrate for low-expansion optical reflectors in which satellites do not undergo deformation or the like under any temperature change.

상기 특허의 제2도에 도시된 바와같이 온도변화는 최고 약 500℃정도이므로, 예를들어 1200℃이상의 고온에서도 안정성, 내열성 등의 문제점들을 고려할 필요가 없다. CaZr4P6O24, SrZr4P6O24, Bazr4P6O24등의 인산염 화합물들은 인산지르코닐과 비교해서 고온 안정성에 있어서 우수하고, 1400℃로 100시간동안 열처리 후의 중량감소가 10% 이하이다.As shown in FIG. 2 of the patent, the temperature change is about 500 ° C. at most, so that there is no need to consider problems such as stability and heat resistance even at a high temperature of 1200 ° C. or higher. Phosphate compounds such as CaZr 4 P 6 O 24 , SrZr 4 P 6 O 24 , and Bazr 4 P 6 O 24 are superior to zirconyl phosphate in high temperature stability, and the weight loss after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours is 10 % Or less

그러나 CaZr4P6O24는 네가티브 (-)열팽창계수를 갖고 있고 강도면에서 낮고, 반면에서 SrZr4P6O24는 강도면에서는 높으나 25×10-7/℃의 열팽창계수로 인하여 상대적으로 높은 팽창성을 갖고 있다.However, CaZr 4 P 6 O 24 has a negative (-) coefficient of thermal expansion and is low in strength, whereas SrZr 4 P 6 O 24 is high in strength but relatively high due to a coefficient of thermal expansion of 25 × 10 −7 / ° C. It is expandable.

따라서 고강도 및 저팽창성의 특성이 있는 내열성 세라믹 재료들의 개발이 요구되어진다.Accordingly, there is a need for development of heat resistant ceramic materials having high strength and low expansion properties.

한편, Na2CO3, ZrO2, ZrOCl2ㆍ8H2O, SiO2, (NH4)2HPO4, H3PO4, Nb2O5, Y2O3, SrCO3, K2CO3, CaCO3, 등으로부터 선택되어진 물질들의 조합을 사용하는 방법이 인산염 화합물을 생산하는 방법으로서 공지되어 있다[T. Oota and I. Yamai, Journal of the American Ceramin Society, 69,1, (1986)].Meanwhile, Na 2 CO 3 , ZrO 2 , ZrOCl 2 8H 2 O, SiO 2 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , H 3 PO 4 , Nb 2 O 5 , Y 2 O 3 , SrCO 3 , K 2 CO 3 A method using a combination of materials selected from, CaCO 3 , and the like is known as a method for producing phosphate compounds [T. Oota and I. Yamai, Journal of the American Ceramin Society, 69, 1, (1986)].

이 방법에 있어서, P2O5성분이 인산 암모늄의 분해과정중에 단독으로 생성되어 국소적으로 인의 농도가 높은 부분이 형성되고 소결중에 저융점 화합물을 발생시킨다. 결과적으로 결체내에 큰 공간이 형성되어, 중대한 결함을 발생시키게 된다.In this method, the P 2 O 5 component is produced solely during the decomposition of ammonium phosphate to form a locally high concentration of phosphorus and generate a low melting point compound during sintering. As a result, a large space is formed in the binding, which causes a serious defect.

본 발명자는 종래의 기술들의 전술한 것과 같은 문제점들을 해결하기 위하여 다양한 검토를 하였고, 일정한 산화물을 첨가함으로써 소성중에 인(P)성분의 증발로 인한 중량감소의 억제에 효과적이며, 본 경우에 있어서 소정의 결정상이 소결체내에서 형성되어짐을 발견하였다.The present inventor has made various studies to solve the problems as described above of the conventional techniques, and is effective in suppressing weight loss due to evaporation of phosphorus (P) component during firing by adding a constant oxide, and in this case, It was found that the crystal phase of was formed in the sintered body.

또한 결정상의 내열성 및 고온 안정성들은 PyZr4SiXP6-XO24계의 R이 Ca, Sr, Ba, Y등과 같이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소이고, CaZr4P6O24, SrZr4P6O24, BaZr4P6O24등과 같은 RyZr4P6O24(2/3

Figure kpo00001
y
Figure kpo00002
1, R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소)의 여러가지 화합물이 전체 고용상을 형성하고, 또한 내열성 및 고온 안정성이 있는 고강도 및 저팽창성 소결체가 고용상을 통하여 열팽창 거동, 열적성질들 등과 같은 RyZr4P6O24의 성질들을 제어함으로서 얻어질 수 있을때 우수하다는 것이 발견되었다.In addition, the heat resistance and high temperature stability of the crystalline phase are elements in which R of PyZr 4 Si X P 6-X O 24 system can form divalent or trivalent cations such as Ca, Sr, Ba, and Y, and CaZr 4 P 6 O RyZr 4 P 6 O 24 (2/3), such as 24 , SrZr 4 P 6 O 24 , BaZr 4 P 6 O 24, etc.
Figure kpo00001
y
Figure kpo00002
1, R is one or more elements that can form divalent or trivalent cations) forms a solid solution phase, and a high-strength and low-expansion sintered body having heat resistance and high temperature stability thermal expansion behavior through the solid solution phase, It has been found to be excellent when it can be obtained by controlling the properties of RyZr 4 P 6 O 24 such as thermal properties.

이에 더하여, 다음의 반응식(1)으로 나타나진 것과 같이 P이온의 일부가 Si이온과 R이온으로 동시에 치환되는 고용상을 형성하는 것이 가능하고,In addition, as shown by the following reaction formula (1), it is possible to form a solid solution in which a part of the P ions are simultaneously substituted with Si ions and R ions,

Figure kpo00003
Figure kpo00003

[n은 R의 가수(valance number)][n is the valence number of R]

내열성 및 강도유지 및 고온 안정성이 있는 내열성 저팽창 재료가 고용 용해를 통하여 열팽창 거동, 열적 성질들 등과 같은 RyZ4SiXP6-XO24자체의 성질들을 제어함으로서 얻어질 수 있음이 발견되었다.It has been found that heat resistant low expansion materials with heat resistance and strength maintenance and high temperature stability can be obtained by controlling the properties of RyZ 4 Si X P 6-X O 24 itself such as thermal expansion behavior, thermal properties, etc. through solid solution dissolution.

그 결과, 본 발명이 완성되어졌다.As a result, the present invention has been completed.

즉, 본 발명은 RyZr4SiXP6-XO24(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소 x는 0이상 2이하의 수치값이며, y는 화학식의 전기적 중성 조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값이다)의 조성을 갖는 고용상과 상기 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 상기 고용체의 최소한 10중량%를 포함하고 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 10%이하의 중량 감소율을 갖는 내열성 인산염 화합물 소결체와, ZrP2O7, (ZrO)2P2O2, ZrO2, Zr(OH)4, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염, 및 RO(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소)로부터 선택된 배치 혼합물의 성형 및 소성을 포함하는 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하는 내열성 소결체의 생산방법 및 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염, 및 RO(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소)로부터 선택된 배치 혼합물의 성형 및 소성을 포함하는, 내열성 인산염 화합물 소결체의 생산방법을 제공한다.That is, the present invention is RyZr 4 Si X P 6-X O 24 (R is at least one element x capable of forming a divalent or trivalent cation is a numerical value between 0 and 2, y is an electrical neutral condition of the formula A solid solution phase having a composition of 2/3 or more and 2 or less satisfies a value of 2), and a heat-resistant sintered body including the solid solution phase and at least 10% by weight of the solid solution and after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours or less. Sintered heat-resistant phosphate compound having a weight loss ratio of ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 2 , ZrO 2 , Zr (OH) 4 , ZrSiO 4 , SiO 2 , R phosphate, R silicate, and RO (R is an element capable of forming a divalent or trivalent cation) A method for producing a heat-resistant sintered body comprising a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system comprising molding and firing of a batch mixture selected from ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , ZrSiO 4 , SiO 2 , Phosphate of R, Silicate of R, and RO (R is divalent or trivalent Provided is a method for producing a heat resistant phosphate compound sintered body comprising molding and firing of a batch mixture selected from elements capable of forming cations).

본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상은 단독으로 소결체로서 사용될 뿐만 아니라, 지르콘, 산화지르코늄 등과 같은 내열성 화합물의 복합체를 구성하는 화합물로서도 사용되어질 수 있다.The solid solution phase of the RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system according to the present invention can be used not only as a sintered body alone but also as a compound constituting a composite of a heat resistant compound such as zircon, zirconium oxide and the like.

본 발명에 따른 RyZr4SiXP6-XO24의 고용상에 있어서, R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, Y는 2/3이상 2이하의 수치값인 것이 필요하다.In the solid solution phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 according to the present invention, R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and Y Must be a numerical value between 2/3 and 2 below.

특히 R은 주기율의 Ⅱa족에 속하는 하나이상의 원소, 즉, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr) 및 칼슘(Ca)중의 원소이다.In particular, R is one or more elements belonging to group IIa of the periodicity, that is, elements in barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca).

R이 1가의 양이온을 포함하는 경우, 고온 안정성이 약해지고, 반면에 x가 2이상이 되면 내열성이 약해진다.When R contains a monovalent cation, high temperature stability is weakened, while when x is 2 or more, heat resistance is weakened.

상기의 계(system)가 전술한 요구조건을 만족하는 경우, 개선된 내열성 및 고온 안정성이 있는 고용상 및 이 고용상을 포함하는 소결체가 얻어진다.When the system meets the above requirements, a solid solution phase having improved heat resistance and high temperature stability and a sintered body comprising the solid solution phase are obtained.

본 발명에 따른 인산염 화합물에 있어서, 결정상으로서 RyZr4SiXP6-XO24의 일반식을 갖는 물질을 포함하는 것이 필요하다.In the phosphate compound according to the present invention, it is necessary to include a substance having a general formula of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 as a crystal phase.

고온에서의 열안정성은 후술되는 상기의 결정상의 존재 유무에 따라 크게 달라지게 된다.The thermal stability at high temperature will vary greatly depending on the presence or absence of the above-described crystal phase.

본 발명의 소결체에 있어서, 인(P)성분의 증발로 인한 중량 감소율 및 4점 굽힘강도는 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 50%이하의 개기공률에서 10%이하 및 100㎏/㎠이상이 되어질 수 있다.In the sintered body of the present invention, the weight reduction rate and the four-point bending strength due to evaporation of phosphorus (P) components are 10% or less and 100 kg / cm 2 or more at an open porosity of 50% or less after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours. Can be.

즉 개기공률이 50%를 초과하면, 4점 굽힘강도가 100㎏/㎠미만이 되어 실용적인 세라믹 재료로서의 요구되는 필수 굽힘강도를 만족시키지 못한다.In other words, when the open porosity exceeds 50%, the four-point bending strength is less than 100 kg / cm 2, which does not satisfy the required essential bending strength as a practical ceramic material.

또한 1400℃에서 5시간동안 열처리 후 소결체의 자중 연화율이 0.3%이하가 되어, 내열성 재료로서의 요구조건을 만족시키지 못한다.In addition, after heat treatment at 1400 ° C. for 5 hours, the self-weight softening rate of the sintered compact was 0.3% or less, which did not satisfy the requirements as a heat resistant material.

또한 상기의 소결체는 치수변화율이 작다.In addition, the sintered compact has a small dimensional change rate.

즉, 치수변화율이 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 1%이하가 되어, 또한 내열성 재료로서의 요구조건을 만족시키지 못한다. 그리고 또한 실온에서 1400℃까지의 온도범위를 통한 소결체의 열팽창계수가 우수한 열충격에 견딜 수 있는 값인 25×10-7/℃보다 높지 않게 된다.That is, the rate of dimensional change becomes 1% or less after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours, and also does not satisfy the requirements as a heat resistant material. In addition, the thermal expansion coefficient of the sintered body through the temperature range from room temperature to 1400 ° C. is not higher than 25 × 10 −7 / ° C., which is a value that can withstand excellent thermal shock.

따라서 상기와 같은 성질들이 있는 본 발명에 따른 소결체들은 예를들어 자동차 배기가스 정화촉매 담체(carrier)등과 같은 세라믹 6각형 구조체; 회전 축열식 세라믹 열교환기, 열 회복식 세라믹 열교환기, 터보챠저 로터용 하우징, 엔진 메니포울드, 디이젤 파티큘레이트 필터용 열차단재등과 같이 고온에서 내열성 및 열안정성이 요구되는 재료에 적합하게 적용되어진다.Accordingly, the sintered bodies according to the present invention having the above properties include, for example, ceramic hexagonal structures such as automobile exhaust purification catalyst carriers; Suitable for materials requiring heat resistance and thermal stability at high temperatures such as rotary heat storage ceramic heat exchangers, heat recovery ceramic heat exchangers, housings for turbocharger rotors, engine manifolds, and heat shields for diesel particulate filters. Lose.

본 발명에 따른 내열성 소결체의 제조방법에 있어서, 원재료는 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, Zr(OH)4, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R 및 RO의 규산염(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소이다)으로부터 선택된 일군의 분말물질의 혼합물로써 구성된다.In the method for producing a heat resistant sintered body according to the present invention, the raw material is ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , Zr (OH) 4 , ZrSiO 4 , SiO 2 , R phosphate, R and RO Consisting of a mixture of a group of powders selected from silicates (R is an element capable of forming divalent or trivalent cations).

또한 본 발명에 따른 인산염 화합물 소결체의 제조방법에 있어서, 원재료는 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R 및 RO의 규산염(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소이다)으로부터 선택된 배치 분말물질의 혼합물로써 구성된다.In addition, in the method for producing a sintered phosphate compound according to the present invention, the raw material is ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , ZrSiO 4 , SiO 2 , R phosphate, R and RO silicates (R Is an element capable of forming divalent or trivalent cations).

이러한 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, Zr(OH)4, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R 및 RO의 규산염등의 분말물질들은 안정한 화합물들이고 성형 및 소성과정중에 거의 불균일한 모양을 만들지 않으며 우수한 내열성을 갖는 세락믹들을 제공할 수 있다.Powder materials such as ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , Zr (OH) 4 , ZrSiO 4 , SiO 2 , R phosphate, and R and RO silicates are stable compounds and are molded and fired. In the process, it produces little ceramic irregularities and gives excellent heat resistance.

한편 종래적으로 사용된 인산이 P2O5원(source)로서 사용되어지는 경우, 인산이 액체이기 때문에, 불균일성이 혼합과정중에 국소적으로 인의 고농도 부분이 형성되도록 하고 따라서 저융점을 갖는 화합물을 형성시키게 한다.On the other hand, in the case where conventionally used phosphoric acid is used as a P 2 O 5 source, since phosphoric acid is a liquid, a nonuniformity causes a high concentration portion of phosphorus to be formed locally during the mixing process, and thus a compound having a low melting point To form.

또한 6각형 구조체가 인산을 포함하는 구조체를 압출성형하여 얻어지는 경우 압출성형기의 압출 다이 또는 실린더가 인산의 부식성으로 인하여 부식되고, 결과적으로 압출성형이 어려워지게 된다.In addition, when the hexagonal structure is obtained by extruding a structure including phosphoric acid, the extrusion die or cylinder of the extruder is corroded due to the corrosiveness of the phosphoric acid, and as a result, the extrusion becomes difficult.

또한 상기와 같은 구조체가 프레스 성형에 사용되어질 경우 인산의 존재로 인하여 분말로서 구조체를 성형하는 것이 본질적으로 불가능하다.It is also inherently impossible to mold the structure as a powder due to the presence of phosphoric acid when such a structure is used for press molding.

본 발명에 따른 내열성 소결체 제조방법에 있어서, 배치 혼합물을 통상적으로 0-82.9중량%의 ZrP2O7, 0-79.5중량%의 (ZrO)2P2O7, 0-50.4중량%의 ZrO2, 0-56.8중량%의 Zr(OH)4, 0-38.0중량%의 ZrSiO4, 0-12.5중량%의 SiO2, 0-44.9중량%의 R의 인산염, 0-35.5중량%의 R의 규산염, 및 0-37.3중량%의 RO등을 포함한다.In the method for producing a heat-resistant sintered body according to the present invention, the batch mixture is usually 0-82.9% by weight of ZrP 2 O 7 , 0-79.5% by weight of (ZrO) 2 P 2 O 7 , 0-50.4% by weight of ZrO 2 , 0-56.8 wt% Zr (OH) 4 , 0-38.0 wt% ZrSiO 4 , 0-12.5 wt% SiO 2 , 0-44.9 wt% R phosphate, 0-35.5 wt% R silicate , And 0-37.3 weight percent RO and the like.

이 경우 배치 혼합물에는 최소한 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, 및 R의 인산염중의 1종이상 뿐만 아니라 RO, R의 규산염 및 R의 인산염등을 포함하는 것이 필요하다.In this case, the batch mixture needs to contain at least one of ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , and R phosphate as well as RO, R silicate and R phosphate.

본 발명에 따른 내열성 인산염 화합물 소결체를 제조하는 방법에 있어서, 배치 혼합물은 통상적으로 0-84.2중량%의 ZrP2O7, 0-82.3중량%의 (ZrO)2P2O7, 0-51.7중량%의 ZrO2, 0-77.2중량%의 ZrSiO4, 0-37.8중량%의 SiO2, 0-44.6중량%의 R의 인산염, 0-53.0중량%의 R의 규산염, 및 0-42.1중량%의 RO등을 포함한다.In the method for producing a heat-resistant phosphate compound sintered body according to the present invention, the batch mixture is usually 0-84.2% by weight ZrP 2 O 7 , 0-82.3% by weight (ZrO) 2 P 2 O 7 , 0-51.7 weight % ZrO 2 , 0-77.2 wt% ZrSiO 4 , 0-37.8 wt% SiO 2 , 0-44.6 wt% R phosphate, 0-53.0 wt% R silicate, and 0-42.1 wt% It includes RO.

이 경우 배치 혼합물에는 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7및 R의 인산염중의 1종이상 뿐만 아니라 R의 규산염 및 R의 인산염등을 포함할 것이 필요하다.In this case the batch mixture needs to contain not only one or more of ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 and R phosphate, but also silicates of R and phosphates of R and the like.

원료성분으로서의 RO가 소성중에 RO 또는 산화물로 전환시키는 수산화물, 탄산염, 황산염등과 같은 안정화합물들로부터 선택되어 사용되어질 수 있다.RO as a raw material component may be selected and used from stable compounds such as hydroxides, carbonates, sulfates and the like which are converted to RO or oxide during firing.

또한 원료는 통상적으로 평균입자의 크기가 50㎛이하의 것이 사용되어지는데, 적합한 것은 100㎛이하의 크기이다.In addition, raw materials having an average particle size of 50 μm or less are generally used, and a suitable size is 100 μm or less.

본 발명에 따른 소결체의 소성조건으로서는, 소성온도가 1400℃이상인데 적합한 온도는 1400-1800℃이고, 소성시간은 1-24시간인데 적합한 시간은 2-10시간이다. 소성온도가 1400℃이상으로 한정되어질 경우, 본 발명에 따른 결정체로서 RyZr4SiXP6-XO24의 10중량%이상을 포함하는 인산염 화합물 소결체가 얻어질 수 있다.As the firing conditions of the sintered compact according to the present invention, the firing temperature is 1400 ° C. or more, the suitable temperature is 1400-1800 ° C., the firing time is 1-24 hours, and the suitable time is 2-10 hours. When the firing temperature is limited to 1400 ° C. or more, a sintered phosphate compound containing 10 wt% or more of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 as a crystal according to the present invention can be obtained.

또한 소성시간이 1시간미만인 경우, 소결이 불충분하게 되고, 소성시간이 24시간을 초과하는 경우에는 이상입자의 성장으로 인하여 강도가 낮아지며, 또한 인(P)성분의 증발로 인하여 서로 다른 상의 석출이 발생하게 된다.In addition, when the firing time is less than 1 hour, the sintering is insufficient, and when the firing time exceeds 24 hours, the strength is lowered due to the growth of abnormal particles, and the precipitation of different phases is caused by the evaporation of phosphorus (P) component. Will occur.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구체적 실시예들이 다음과 같이 요약되어진다.As mentioned above, preferred specific embodiments of the present invention are summarized as follows.

(a) R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 두개이상의 원소들이고, y는 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4P6O24의 고용상, 및 상기 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(a) R is two or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, and y is a solid solution of RyZr 4 P 6 O 24 with a numerical value between 2/3 and 2, satisfying the electrical neutral conditions of the formula. And a heat resistant sintered body and a heat resistant phosphate compound sintered body comprising the solid solution phase.

(b) R은 Ba, Sr 및 Ca중 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, y는 1이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24의 고용상 및 상기 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(b) R is at least one element of Ba, Sr and Ca, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and y is a solid solution of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 , which is a numerical value of 1 or more and 2 or less. And a heat resistant sintered body and a heat resistant phosphate compound sintered body comprising the solid solution phase.

(c) RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하고, 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 10%이하의 중량 감소율을 갖는 내열성 소결체.(c) A heat resistant sintered body comprising a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system and having a weight loss rate of 10% or less after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours.

(d) 각각 RyZr4SiXP6-XO24의 고용상을 포함하고, 50%이하의 개기공률 및 100㎏/㎠의 4점 굽힘강도를 갖는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(d) A heat resistant sintered body and a heat resistant phosphate compound sintered body, each containing a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 , having an open porosity of 50% or less and a four-point bending strength of 100 kg / cm 2.

(e) 각각 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하고, 1400℃에서 5시간동안 열처리 후 0.3%이하의 자중 연화율을 갖는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(e) a heat-resistant sintered body and a heat-resistant phosphate compound sintered body each containing a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system and having a self-softening rate of 0.3% or less after heat treatment at 1400 ° C. for 5 hours.

(f) 각각 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하고, 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 1%이하의 치수변화율을 갖는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(f) Heat-resistant sintered bodies and heat-resistant phosphate compound sintered bodies each containing a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system and having a dimensional change rate of less than 1% after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours.

(g) 각각 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하고, 열팽창계수가 실온에서 1400℃까지의 온도범위를 통해 25×10-7/℃이하가 되는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(g) Heat-resistant sintered bodies and heat-resistant phosphates each containing a solid phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system and having a coefficient of thermal expansion of 25 x 10 -7 / ° C or less over a temperature range from room temperature to 1400 ° C; Compound sintered body.

(h) 각각 6각형 구조체에 사용하기 위한 RyZr4SiXP6-XO24의 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체.(h) Heat-resistant sintered bodies and heat-resistant phosphate compound sintered bodies each containing a solid solution phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 for use in a hexagonal structure.

(i) 주 결정상으로서 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상 및 제2결정상으로서 지르콘, 산화지르코늄 등과 같은 내열성 화합물을 포함하는 내열성 복합체.(i) A heat resistant composite comprising a heat-resistant compound such as zircon, zirconium oxide, or the like as a solid crystal phase of the RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system as the main crystal phase and the second crystal phase.

(j) R이 Ba, Sr 및 Ca중 하나이상의 원소인 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체의 제조방법.(j) A method for producing a heat-resistant sintered body and a heat-resistant phosphate compound sintered body comprising a solid -solution phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system wherein R is at least one of Ba, Sr and Ca.

(k) RO가 소성중에 RO로 전환하는 수산화물, 탄산염, 및 황산염으로부터 선택되어진, RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체의 제조방법.(k) A method for producing a heat resistant sintered body and a heat resistant phosphate compound sintered body comprising a solid solution phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system selected from hydroxides, carbonates, and sulfates in which RO is converted to RO during firing.

(l) 소성온도가 1400℃이상이고, 소성시간이 1-24시간인, RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 내열성 인산염 화합물 소결체의 제조방법.(l) A method for producing a heat-resistant sintered body and a heat-resistant phosphate compound sintered body comprising a solid -solution phase of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 system having a firing temperature of 1400 ° C. or higher and a firing time of 1-24 hours.

본 발명의 실시예들이 표 및 첨부도면을 참조하여 기술되어지며, 본 실시예들만으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Embodiments of the present invention are described with reference to the table and accompanying drawings, and the present invention is not limited only to the embodiments.

표 1 및 표 2에 나타낸 것과 같은 조합법에 따라 이미 주어진 입자크기로 조정된 지르코닐 인산염[(ZrO)2P2O7], ZrP2O7, 탄산칼슘, 탄산 스트론튬, 탄산 바륨, 이트리아, 산화니켈, 지르콘, 탄산 나트륨, 인산 이수소암모늄, 세리아 티타니아, 실리카, 인산 칼슘 및 지르코니아 등이 혼합되어진다.Zirconyl phosphate [(ZrO) 2 P 2 O 7 ], ZrP 2 O 7 , calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate, yttria, which have already been adjusted to a given particle size according to the combination method as shown in Table 1 and Table 2 Nickel oxide, zircon, sodium carbonate, ammonium dihydrogen phosphate, ceria titania, silica, calcium phosphate, zirconia and the like are mixed.

비교실시예 25에 있어서, 표 1에 나타낸 혼합물이 알루미나 도가니에 충전되어지고, 대기중의 1000℃에서 12시간동안 전기로 안에서 유지되어져, 배치 혼합물을 형성하도록 분쇄되어진다.In Comparative Example 25, the mixture shown in Table 1 was charged to an alumina crucible and kept in an electric furnace for 12 hours at 1000 ° C. in the air, and ground to form a batch mixture.

인산지르코닐에 있어서 입자크기의 조정은 직경이 약 5㎜인 ZrO2소결체의 옥석(pebbles)들로 가득한 진동 밀(mill)을 사용함으로써 수행되어지나, 포트 및 또는 어트리터(attriter)내에서 수행되어질 수도 있다.The adjustment of the particle size for zirconyl phosphate is carried out by using a vibration mill full of pebbles of ZrO 2 sintered body of about 5 mm in diameter, but in a pot and / or attriter It may be done.

ZrO2소결체의 옥석들은 MgO와 Y2O3를 안정화시켜 사용되어진다.The stones of the ZrO 2 sintered body are used to stabilize MgO and Y 2 O 3 .

사용되는 옥석의 화학적 조성이 표 3에 나타내져 있다.The chemical composition of the gemstones used is shown in Table 3.

또한 사용되는 원료의 화학 분석치들은 표 4에 나타내져 있다.Chemical analyzes of the raw materials used are also shown in Table 4.

표 1 및 표 2에 나타내져 있는 배치 혼합물의 100중량부들이 첨가되어져 10% PVA 수용액 5중량부와 함께 완전히 혼합되어지고, 25×80×6㎜의 금형안에서 100㎏/㎝의 압력으로 성형된 후, 2 tons/㎠의 압력하에서 고무 압착한 다음 건조되어진다.100 parts by weight of the batch mixtures shown in Table 1 and Table 2 were added and thoroughly mixed with 5 parts by weight of a 10% PVA aqueous solution and molded at a pressure of 100 kg / cm in a mold of 25 × 80 × 6 mm. After that, the rubber is pressed under a pressure of 2 tons / cm 2 and then dried.

성형체의 건조 후, 표 1 및 표 2에 나타낸 조건하에서 대기중의 전기로 내에서 소성되어진다.After drying, the molded product is fired in an electric furnace in the air under the conditions shown in Tables 1 and 2.

가열율(온도상승속도)은 5-1700℃/hr이다.Heating rate (temperature rise rate) is 5-1700 degreeC / hr.

소성 후, 소성된 소결체는 JIS R1601(1981)에 표시된 3×4×40㎜의 시험편으로 가공되고, 그 다음 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 중량 감소율 및 치수 변화율, 실온(RT)에서 1400℃까지의 온도범위를 통한 열팽창계수, 4점 굽힘강도, 자중 연화율, 개기공률, 및 융점이 측정되어진다.After firing, the fired sintered body was processed into test pieces of 3 × 4 × 40 mm indicated in JIS R1601 (1981), and then heat-treated at 1400 ° C. for 100 hours, then weight loss rate and dimensional change rate, from room temperature (RT) to 1400 ° C. The coefficient of thermal expansion, four-point bending strength, self-weight softening rate, open porosity, and melting point over the temperature range are measured.

열팽창계수의 측정은 실온(RT)에서 1400℃까지의 온도범위에서 고순도의 알루미나 소결체를 사용하는 푸쉬로드 타입의 차동 팽창계로써 수행되어진다.Measurement of the coefficient of thermal expansion is carried out with a push rod type differential expansion system using a high purity alumina sintered body in the temperature range from room temperature (RT) to 1400 ℃.

4점 굽힘강도는 JIS R1601에 나타나져 있는 방법에 따라 측정되어진다.Four-point bending strength is measured according to the method shown by JISR1601.

자중 연화율은 제13도에 나타낸 바와 같이 길이(

Figure kpo00004
) 30㎜의 양 지지점 위에 상기 시험편을 위치시키고 대기중의 1400℃에서 5시간동안 열처리하여 자중 변형량 △X를 측정한 다음 다음의 식에 따라 측정되어지는데 이때:The self-weight softening rate is the length (
Figure kpo00004
) Place the specimens on both support points of 30 mm and heat-treat at 1400 ° C for 5 hours in the air to measure the strain amount ΔX and then measure according to the following equation:

Figure kpo00005
Figure kpo00005

개기공률은 아르키메데스법(Archemedian process)을 통하여 측정되어진다.Open porosity is measured by the Archimedes method.

융점은 3×4×5㎜의 소결체의 절단 샘플이 전기로 중에서 1700℃에 10분동안 열처리함으로써 용융되어지는지 여부를 시각적으로 관찰하여 측정한다.Melting | fusing point is measured by visually observing whether the cut sample of the sintered compact of 3x4x5 mm melts by heat-processing at 1700 degreeC for 10 minutes in an electric furnace.

또한 소결체내의 결정상들의 양들은 인산지르코닐(β-(ZrO)2P2O7)[Communications of the American Ceramic Society, C-80(1984)]의 (200)면 반사 피크치, RyZr4SiXP6-XO24의 (113)면 반사 피크치[상기 조성 결정상의 지수는 CaZr(PO4)6의 JCPDS 33-321, SrSr4(PO)6의 JCPDS 33-1360 및 BaZr4(PO4)6의 JCPDS 34-95에 따라 수치값이 정해진 후, 지수값을 붙히는 것이 가능한 경우 고용상을 생성하는 것이 판단되어진다] 지르콘의 JCPDS 6-266의 (312)면 반사 피크치, 및 m-ZrO2의 JCPDS 34-95의 (011)면 반사 피크치를 사용함으로써 정량적으로 측정되어지고, 단 m-ZrO2의 (011)면 반사의 상대적인 강도가 18/100정도로 낮기 때문에 이 강도의 5.6배의 값이 피크치로서 사용되어진다.Also, the amounts of crystal phases in the sintered body are the (200) surface reflection peak value of the zirconyl phosphate (β- (ZrO) 2 P 2 O 7 ) [Communications of the American Ceramic Society, C-80 (1984)], RyZr 4 Si X P (113) plane reflection peak value of 6-X O 24 [The index of the composition crystal phase is JCPDS 33-321 of CaZr (PO 4 ) 6 , JCPDS 33-1360 of SrSr 4 (PO) 6 and BaZr 4 (PO 4 ) 6 After the numerical value is determined according to JCPDS 34-95, it is judged that it is possible to create a solid solution if it is possible to attach an exponent value.] The zircon's (312) plane reflection peak value of JCPDS 6-266, and m-ZrO 2 It is measured quantitatively by using the (011) plane reflection peak value of JCPDS 34-95, but since the relative intensity of the (011) plane reflection of m-ZrO 2 is as low as 18/100, the value of 5.6 times this intensity is It is used as the peak value.

다른 종류의 결정상들에 관해서, 이들의 존재유무는 오직 X-선 회절패턴에 의해 식별되어진다.As for other kinds of crystal phases, their presence is only identified by the X-ray diffraction pattern.

고용상들의 격자정수는 RyZr4SiXP6-XO24의 (018)면 반사 피크 각도 2θ 및 (208)면 반사 피크 각도로부터 간격(d18) 및 (d208)이 측정되어진 후 다음의 연립방정식에 따라 a 및 c를 계산함으로써 산출되어진다 :The lattice constants of the solid solution phases were determined from the (018) plane reflection peak angles 2θ and (208) plane reflection peak angles of RyZr 4 Si X P 6-X O 24 , and then the distances d 18 and (d 208 ) were measured. It is calculated by calculating a and c according to the system of equations:

Figure kpo00006
Figure kpo00006

[표 1a]TABLE 1a

Figure kpo00007
Figure kpo00007

[표 1b]TABLE 1b

Figure kpo00008
Figure kpo00008

[표 1c]TABLE 1c

Figure kpo00009
Figure kpo00009

[표 1d]TABLE 1d

Figure kpo00010
Figure kpo00010

[표 1e]TABLE 1e

Figure kpo00011
Figure kpo00011

[표 1f]TABLE 1f

Figure kpo00012
Figure kpo00012

[표 1g]Table 1g

Figure kpo00013
Figure kpo00013

[표 1h]Table 1h

Figure kpo00014
Figure kpo00014

[표 2a]TABLE 2a

Figure kpo00015
Figure kpo00015

[표 2b]TABLE 2b

Figure kpo00016
Figure kpo00016

[표 3]TABLE 3

Figure kpo00017
Figure kpo00017

[표 4]TABLE 4

Figure kpo00018
Figure kpo00018

표 1의 실시예 1-19 및 비교실시예 21-26의 결과로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상 및 상기 고용상을 포함하는 내열성 소결체는 R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x가 0이상 2이하의 수치값일때 얻어지게 된다.As can be seen from the results of Examples 1-19 and Comparative Examples 21-26 of Table 1, the solid solution phase and the solid solution phase of the R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system according to the present invention are included. The heat resistant sintered compact is obtained when R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, and x is a numerical value of 0 or more and 2 or less.

또한 상기 고용상 및 소결체는 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, Zr(OH)4, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염, 및 RO(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소)로부터 선택된 재료들의 배치 혼합물을 표 1에 나타낸 소정조건들 하에서 소결시킴으로써 얻어지게 된다.In addition, the solid phase and the sintered body is ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , Zr (OH) 4 , ZrSiO 4 , SiO 2 , phosphate of R, silicate of R, and RO (R is 2 A batch mixture of materials selected from valent or trivalent cations) is obtained by sintering under the predetermined conditions shown in Table 1.

제1도에는 CaZr4P6O24-SrZr4P6O24계와 CaZr4P6O24-BaZr4P6O24계의 고용상들에 있어서 화학조성 및 격자정수 사이의 관계가 나타내져 있다.1 shows the relationship between chemical composition and lattice constant in solid solution phases of CaZr 4 P 6 O 24 -SrZr 4 P 6 O 24 and CaZr 4 P 6 O 24 -BaZr 4 P 6 O 24 have.

제2도에는 CaZr4P6O24-SrZr4P6P24계의 고용상에 있어서의 화학조성과 상기 고용상을 포함하는 소결체의 4점 굽힘강도 및 열팽창계수 사이의 관계가 나타내져 있다.FIG. 2 shows the relationship between the chemical composition of the solid solution phase of CaZr 4 P 6 O 24 -SrZr 4 P 6 P 24 system and the four-point bending strength and thermal expansion coefficient of the sintered compact including the solid solution phase.

제3도에는 CaZr4P6O24-BaZr4P6P24계의 고용상에 있어서의 화학조성과 상기 고용상을 포함하는 소결체의 4점 굽힘강도 및 열팽창계수 사이의 관계가 나타내져 있다.3 shows the relationship between the chemical composition in the solid solution phase of CaZr 4 P 6 O 24 -BaZr 4 P 6 P 24 system and the four-point bending strength and thermal expansion coefficient of the sintered compact including the solid solution phase.

제4도에는 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상에 있어서의 화학조성과, 상기 고용상을 포함하는 소결체가 1400℃에서 100시간동안 유지되었을 때의 중량 감소율 사이의 관계가 나타내져 있고, 제5도에는 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상에 있어서의 화학조성과, 상기 고용상을 포함하는 소결체의 열팽창계수 사이의 관계가 나타내져 있다.4 shows the relationship between the chemical composition of the solid solution phase of R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system and the weight reduction rate when the sintered compact including the solid solution phase is maintained at 1400 ° C. for 100 hours. In Fig. 5, the relationship between the chemical composition in the solid solution phase of the R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system and the thermal expansion coefficient of the sintered compact including the solid solution phase is shown.

전술한 바와 같이, R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소일 때, 내열성 및 결정상의 고온 안정성이 우수하고, 또한 RyZr4P6O24(2/3

Figure kpo00019
y
Figure kpo00020
1) 고용상 자체의 특성들이 유지되어질 수 있으며 또한 우수한 내열성 및 고온 안정성을 갖는 고강도 저팽창 소결체들이 얻어질 수 있다.As described above, when R is at least one element capable of forming a divalent or trivalent cation, it is excellent in heat resistance and high temperature stability of the crystalline phase, and furthermore, R y Zr 4 P 6 O 24 (2/3
Figure kpo00019
y
Figure kpo00020
1) The properties of solid solution itself can be maintained and high strength low expansion sintered bodies with excellent heat resistance and high temperature stability can be obtained.

이에 더하여 P이온의 일부가 동시에 Sr이온 및 R이온으로 치환되어지는 고용상은 고온 안정성이 더욱 우수하고, RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상 자체의 특성이 제어될 수 있어, 더욱 개선된 고온 안정성, 고강도 및 저팽창성을 갖는 내열성 소결체가 얻어지게 된다.In addition, the solid solution phase in which a portion of P ions are simultaneously substituted with Sr ions and R ions is more excellent in high temperature stability, and the characteristics of the solid solution phase of R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system can be controlled. A heat resistant sintered body having further improved high temperature stability, high strength and low expansion properties is obtained.

제6도에는 RyZr4SiXP6-X-O24계의 고용상을 포함하는 소결체에 있어서의 개기공률과 4점 굽힘강도 사이의 관계가 나타내져 있다.6 shows the relationship between the open porosity and the four-point bending strength in the sintered compact including the solid solution phase of R y Zr 4 Si X P 6-X -O 24 system.

제7도는 실시예 16의 소결체의 실온(RT)에서의 분말 X-선 회절패턴을 나타내고, Sr1.5Zr4SiP6O24의 고용상의 단상으로만 구성된 소결체임을 나타낸다.FIG. 7 shows a powder X-ray diffraction pattern at room temperature (RT) of the sintered compact of Example 16 and shows that it is a sintered compact composed only of a solid-phase single phase of Sr 1.5 Zr 4 SiP 6 O 24 .

표 1의 실시예 2,6,9,10,16 및 비교실시예 21-24와, 표 2의 실시예 31-37 및 비교실시예 41-48의 결과들로부터 알 수 있듯이, RyZr4SiXP6-XO24(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소)가 결정상으로서 10중량%이상 포함되어질 때, 본 발명에 따라 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 10%이하의 중량 감소율을 갖는 인산염 화합물 소결체들이 얻어진다.As can be seen from the results of Examples 2, 6, 9, 10, 16 of Table 1 and Comparative Examples 21-24, and Examples 31-37 and Comparative Examples 41-48 of Table 2, R y Zr 4 When Si X P 6-X O 24 (R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation) is contained in an amount of 10% by weight or more as a crystalline phase, after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours, 10 Phosphate compound sintered bodies having a weight reduction rate of less than or equal to% are obtained.

또한 이러한 소결체들은 표 1 및 표 2에 나타나 있는 소결조건들하에서 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염 및 RO로부터 선택된 재료의 배치 혼합물을 소결시킴으로써 얻어진다.These sinters were also selected from ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , ZrSiO 4 , SiO 2 , phosphates of R, silicates of R and RO under the sintering conditions shown in Tables 1 and 2 Obtained by sintering a batch mixture of materials.

제8도에는 인산염 화합물에 각종의 산화물이 첨가되어질 때 중량 감소율이 나타내져 있고, 제9도에는 인산염 화합물에 포함되어 있는 RyZr4SiXP6-XO24계의 중량%와 소결체의 중량 감소율 사이의 관계가 나타내져 있다.FIG. 8 shows the weight reduction rate when various oxides are added to the phosphate compound, and FIG. 9 shows the weight percentage of the R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system and the sintered body contained in the phosphate compound. The relationship between the weight loss rates is shown.

제10도에는 RyZr4SiXP6-XO24결정상의 중량%와 인산염 화합물 소결체에 있어서의 치수 변화율 사이의 관계가 나타내져 있다.In FIG. 10, the relationship between the weight percentage of the R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 crystal phase and the dimensional change rate in the sintered phosphate compound is shown.

전술한 바와 같이 인산염 화합물 소결체안에 10중량%이상의 RyZr4SiXP6-XO24결정상이 포함될 때 대기중의 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 치수 변화율 및 중량 감소율은 상당히 적고, 내열성은 인산염 화합물 소결체내에서 우수하다.As described above, when more than 10 wt% of R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 crystal phase is included in the sintered phosphate compound, the rate of dimensional change and weight loss after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours are considerably small and the heat resistance is high. It is excellent in the sintered phosphate compound.

또한, 제11도에는 인산염 화합물 소결체에 있어서 개기공률과 4점 굽힘강도 사이의 관계가 나타내져 있다.11 shows the relationship between the open porosity and the four-point bending strength in the sintered phosphate compound.

제12도에는 실시예 33에서 결정상으로서 (ZrO)2P2O7및 CaZr4(PO4)6을 포함하고 있는 것이 분명한 인산염 화합물 소결체의 X-선 회절패턴이 나타내져 있다.FIG. 12 shows an X-ray diffraction pattern of a sintered phosphate compound sintered to clearly include (ZrO) 2 P 2 O 7 and CaZr 4 (PO 4 ) 6 as crystal phases in Example 33. FIG.

전술한 바와 같이 본 발명에 따라 RyZr4SiXP6-XO24계(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, y는 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값이다)의 고용상과 상기 고용상을 포함하고 고강도, 저팽창성 및 우수한 고온 안정성등을 갖는 내열성 소결체 및 상기 고용상의 10중량%이상을 포함하고 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 10%이하의 중량 감소율을 갖는 내열성 인산염 화합물 소결체가 얻어질 수 있다.As described above, according to the present invention, R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system (R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, and x is a numerical value of 0 or more and 2 or less. and y is a numerical value of 2/3 or more to satisfy the electrical neutral condition of the chemical formula), and a heat-resistant sintered body including the solid solution phase and the high strength, low expandability and excellent high temperature stability, etc. A heat resistant phosphate compound sintered body including at least% by weight and having a weight reduction rate of 10% or less after heat treatment at 1400 ° C. for 100 hours can be obtained.

따라서 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상과, 본 고용상을 포함하는 내열성 소결체 및 인산염 화합물 소결체는 압출성형에 의해 6각형 구조체로 성형되어질 때에는 회전축열식 세라믹 열교환기 및 전열식 세라믹 열교환기등, 또한 슬립주형, 압축, 사출성형등을 통하여 성형되어질 때에는 디이젤 파티큘레이트 필터 및 세라믹 터보 챠저 로터용 하우징 또는 엔진 메니포울드용 열차단제등과 같이, 내열성, 저팽창성 및 고온 안정성을 필요로 하는 제품들에 폭넓게 응용되어질 수 있다.Therefore, the solid heat phase of the R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 system and the heat-resistant sintered body and the phosphate compound sintered body including the solid-solution phase are formed in a hexagonal structure by extrusion molding. Heat-resistant, low-expansion and high temperatures, such as diesel particulate filters and housings for ceramic turbocharger rotors or thermal barriers for engine manifolds, are also used when molded through slip molding, compression and injection molding. It can be widely applied to products requiring stability.

Claims (6)

R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, y가 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 고용상.R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and R is a numerical value of 2/3 or more and 2 or less that satisfies the electrical neutral condition of the chemical formula y Zr 4 Si X P 6-X O 24 A solid solution characterized by having a composition. R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, y가 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 포함한 것을 특징으로 하는 내열성 소결체.R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and R is a numerical value of 2/3 or more and 2 or less that satisfies the electrical neutral condition of the chemical formula y A heat resistant sintered compact comprising a solid solution phase of Zr 4 Si X P 6-X O 24 system. R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x는 0이상 2이하의 수치값이며, y가 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상의 10중량%이상을 포함하고, 1400℃에서 100시간동안 열처리 후 10%이하의 중량 감소율을 갖는 것을 특징으로 하는 내열성 인산염 화합물 소결체.R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and R is a numerical value of 2/3 or more and 2 or less that satisfies the electrical neutral condition of the chemical formula y Zr 4 Si X P 6-X O 24 It comprises a solid solution of more than 10% by weight, heat-resistant phosphate compound sintered body characterized in that having a weight loss rate of less than 10% after heat treatment at 1400 ℃ for 100 hours. 소결체의 주결정상으로서 R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x가 0이상 2이하의 수치값이며, y가 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 석출시키기 위하여 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, Zr(OH)4, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염, 및 RO(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소)등으로부터 선택된 재료의 배치 혼합물을 성형 및 소성시키는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 내열성 소결체의 제조방법.As the main crystalline phase of the sintered body, R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and y is 2/3 or more and 2 or less which satisfies the electrical neutral condition of the chemical formula ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , Zr (OH) 4 , ZrSiO 4 , to precipitate the solid solution phase of R y Zr 4 Si X P 6-X O 24 A heat-resistant sintered body comprising the steps of forming and firing a batch mixture of materials selected from SiO 2 , phosphates of R, silicates of R, and RO (R is an element capable of forming divalent or trivalent cations). Manufacturing method. R이 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 하나이상의 원소이고, x가 0이상 2이하의 수치값이며, y가 화학식의 전기적 중성조건을 만족시키는 2/3이상 2이하의 수치값인 RyZr4SiXP6-XO24계의 고용상을 10중량%이상 포함하는 소결체를 성형하기 위하여 ZrP2O7, (ZrO)2P2O7, ZrO2, ZrSiO4, SiO2, R의 인산염, R의 규산염, 및 RO(R은 2가 또는 3가의 양이온을 형성할 수 있는 원소)로부터 선택된 재료의 배치 혼합물을 성형 및 소성시키는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 내열성 인산염 화합물 소결체의 제조방법.R is one or more elements capable of forming a divalent or trivalent cation, x is a numerical value of 0 or more and 2 or less, and R is a numerical value of 2/3 or more and 2 or less that satisfies the electrical neutral condition of the chemical formula y Zr 4 Si X P 6-X O 24 ZrP 2 O 7 , (ZrO) 2 P 2 O 7 , ZrO 2 , ZrSiO 4 , SiO 2 , Preparation of a heat resistant phosphate compound sintered body comprising the step of forming and firing a batch mixture of materials selected from phosphates of R, silicates of R, and RO (R is an element capable of forming divalent or trivalent cations) Way. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 소성공정이 1400℃이상의 온도에서, 1시간 내지 24시간동안 수행되어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.The method according to claim 4 or 5, wherein the firing step is performed at a temperature of 1400 ° C or higher for 1 hour to 24 hours.
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