JPH04187561A - チタン酸アルミニウム成形体の焼成方法 - Google Patents
チタン酸アルミニウム成形体の焼成方法Info
- Publication number
- JPH04187561A JPH04187561A JP2313433A JP31343390A JPH04187561A JP H04187561 A JPH04187561 A JP H04187561A JP 2313433 A JP2313433 A JP 2313433A JP 31343390 A JP31343390 A JP 31343390A JP H04187561 A JPH04187561 A JP H04187561A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- firing
- molded body
- aluminum titanate
- strength
- fired
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はチタン酸アルミニウム成形体の焼成方法に関し
、詳しくは金属で鋳ぐるまれて用いられるチタン酸アル
ミニウム成形体の焼成方法に関する。本発明で得られる
焼成体は、内燃機関の排気ポートや排気マニホールドな
どに利用される。
、詳しくは金属で鋳ぐるまれて用いられるチタン酸アル
ミニウム成形体の焼成方法に関する。本発明で得られる
焼成体は、内燃機関の排気ポートや排気マニホールドな
どに利用される。
近年、軽量化の観点から、自動車部品のセラミックス化
が研究されている。特にセラミックスの優れた耐熱性か
ら、エンジン部品への応用研究が活発に行われている。
が研究されている。特にセラミックスの優れた耐熱性か
ら、エンジン部品への応用研究が活発に行われている。
例えば排気ポートや排気マニホールドなどに応用する場
合、中空体とする必要があるが、セラミックスは加熱ま
たは冷却時の熱衝撃、あるいは取扱い時の衝撃などによ
り破損しやすいので、セラミックス中空体をアルミニウ
ム合金等の金属で鋳ぐるむ方法が有効な手段であると考
えられている。
合、中空体とする必要があるが、セラミックスは加熱ま
たは冷却時の熱衝撃、あるいは取扱い時の衝撃などによ
り破損しやすいので、セラミックス中空体をアルミニウ
ム合金等の金属で鋳ぐるむ方法が有効な手段であると考
えられている。
しかし、金属とセラミックスとは熱膨張率が太き（異な
るため、鋳ぐるみ時の熱衝撃や圧縮応力によりセラミッ
クス中空体が破損しやすいという問題がある。そこで例
えば実開昭６２−２０２９４０号公報には、セラミック
ス中空体にヤング率の低いセラミックスを用い、弾性変
形により鋳ぐるみ時の応力を吸収させた鋳ぐるみ体が開
示されている。また例えば特願昭６３−２１１９８８号
公報などには、セラミックス中空体と金属との間に応力
緩和層を設ける方法が開示されている。
るため、鋳ぐるみ時の熱衝撃や圧縮応力によりセラミッ
クス中空体が破損しやすいという問題がある。そこで例
えば実開昭６２−２０２９４０号公報には、セラミック
ス中空体にヤング率の低いセラミックスを用い、弾性変
形により鋳ぐるみ時の応力を吸収させた鋳ぐるみ体が開
示されている。また例えば特願昭６３−２１１９８８号
公報などには、セラミックス中空体と金属との間に応力
緩和層を設ける方法が開示されている。
ところでチタン酸アルミニウム成形体を鋳ぐるむ場合、
高強度（曲げ強度で約１００ＭＰａ以上）の成形体では
上記したように鋳ぐるみ時に破損しやすい。そこで低強
度（曲げ強度で５〜６゜ＭＰａ程度）とすると、応力が
吸収されるため鋳ぐるみ時の破損は生じない。しかしな
がら排気ポートなどとしての実使用時において、吸入さ
れた空気に含まれる砂塵や、構成部品が酸化してできた
粒子などが飛来し衝突すると、低強度であるが故の破壊
が生じる恐れがある。また実使用時に繰り返しの熱応力
や振動による応力が負荷されると、低強度品ではそれに
耐えることができず破損する場合がある。
高強度（曲げ強度で約１００ＭＰａ以上）の成形体では
上記したように鋳ぐるみ時に破損しやすい。そこで低強
度（曲げ強度で５〜６゜ＭＰａ程度）とすると、応力が
吸収されるため鋳ぐるみ時の破損は生じない。しかしな
がら排気ポートなどとしての実使用時において、吸入さ
れた空気に含まれる砂塵や、構成部品が酸化してできた
粒子などが飛来し衝突すると、低強度であるが故の破壊
が生じる恐れがある。また実使用時に繰り返しの熱応力
や振動による応力が負荷されると、低強度品ではそれに
耐えることができず破損する場合がある。
一方、応力緩和層を設ける方法では、セラミックス成形
体が複雑な形状であると応力緩和層の設置が困難となる
部分が生じ、その部分が鋳ぐるみ時に金属と接触して破
損する恐れがある。
体が複雑な形状であると応力緩和層の設置が困難となる
部分が生じ、その部分が鋳ぐるみ時に金属と接触して破
損する恐れがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
チタン酸アルミニウム成形体自身の構造を改良すること
により、鋳ぐるみ時の破損及び実使用時の破損の両方を
防止することを目的とする。
チタン酸アルミニウム成形体自身の構造を改良すること
により、鋳ぐるみ時の破損及び実使用時の破損の両方を
防止することを目的とする。
本発明の発明者は、鋳ぐるみ時の応力は主としてセラミ
ックス中空体の外表面に作用すること、実使用時の粒子
の衝突による応力は主としてセラミックス中空体の内表
面に作用することに着目した。そしてセラミックス成形
体の内側を高強度に、外側を低強度とすることを想起し
、鋭意研究の結果本発明を完成したものである。
ックス中空体の外表面に作用すること、実使用時の粒子
の衝突による応力は主としてセラミックス中空体の内表
面に作用することに着目した。そしてセラミックス成形
体の内側を高強度に、外側を低強度とすることを想起し
、鋭意研究の結果本発明を完成したものである。
すなわち本発明のチタン酸アルミニウム成形体の焼成方
法は、中空形状のチタン酸アルミニウム成形体の内表面
を１２００〜１７５０°Ｃの任意の温度で加熱して焼成
するとともに、外表面を内表面の加熱温度より高い温度
で加熱して焼成することを特徴とする。
法は、中空形状のチタン酸アルミニウム成形体の内表面
を１２００〜１７５０°Ｃの任意の温度で加熱して焼成
するとともに、外表面を内表面の加熱温度より高い温度
で加熱して焼成することを特徴とする。
本発明で焼成される成形体は、チタン酸アルミニウム粉
末から形成されたものであり、射出成形、泥漿鋳込み成
形などの従来と同様の成形方法で形成することができる
。また成形体の形状は、筒状、箱状、球状などの中空形
状とされる。
末から形成されたものであり、射出成形、泥漿鋳込み成
形などの従来と同様の成形方法で形成することができる
。また成形体の形状は、筒状、箱状、球状などの中空形
状とされる。
本発明の最大の特徴は、中空形状のチタン酸アルミニウ
ム成形体の、内表面と外表面とで加熱条件を異ならせて
焼成するところにある。すなわち、内表面は１２００〜
１７５０℃の任意の温度で加熱され、外表面は内表面の
加熱温度より高い温度で加熱されることにより焼成され
る。内表面の加熱温度が１２００℃より低くなると、チ
タン酸アルミニウムは焼成よりもＡ ｌ ｘ Ｏ＊とＴ
ｉ Ｏ！’に分解する反応が優先し、焼成が困難とな
る。また１７５０℃より高くなると、はとんど強度が得
られず使用に耐えな（なる。そして外表面の加熱温度は
、内表面の加熱温度より高ければよいが、同様に強度保
持の面から１７５０”Ｃを超えないことが望ましい。
ム成形体の、内表面と外表面とで加熱条件を異ならせて
焼成するところにある。すなわち、内表面は１２００〜
１７５０℃の任意の温度で加熱され、外表面は内表面の
加熱温度より高い温度で加熱されることにより焼成され
る。内表面の加熱温度が１２００℃より低くなると、チ
タン酸アルミニウムは焼成よりもＡ ｌ ｘ Ｏ＊とＴ
ｉ Ｏ！’に分解する反応が優先し、焼成が困難とな
る。また１７５０℃より高くなると、はとんど強度が得
られず使用に耐えな（なる。そして外表面の加熱温度は
、内表面の加熱温度より高ければよいが、同様に強度保
持の面から１７５０”Ｃを超えないことが望ましい。
内表面と外表面の加熱温度を異ならせて焼成するには、
例えば成形体の内部に冷気を流しながら焼成する方法、
成形体の内部にチタン酸アルミニウムの焼成温度におい
ても充分な強度を有する炭化ケイ素、アルミナなどのい
わゆる冷やし金を配置して焼成する方法、あるいはこの
両方を組合せ、中空状の冷やし金を配置しその内部に冷
気を流しながら焼成する方法などが考えられる。
例えば成形体の内部に冷気を流しながら焼成する方法、
成形体の内部にチタン酸アルミニウムの焼成温度におい
ても充分な強度を有する炭化ケイ素、アルミナなどのい
わゆる冷やし金を配置して焼成する方法、あるいはこの
両方を組合せ、中空状の冷やし金を配置しその内部に冷
気を流しながら焼成する方法などが考えられる。
チタン酸アルミニウムにおいて、焼成温度と得られた焼
成体の強度及び硬さとの間には、第２図に示すような関
係がある。すなわち、１２００〜１７５０℃の範囲の焼
成温度において、温度が上昇するにつれて曲げ強度及び
硬さはともに低下している。したがって、内表面側より
外表面側が高温となるようにして焼成すれば、内表面側
が強度及び硬さともに太き（、外表面に向かうにつれて
強度及び硬さが小さくなるような分布が生じる。
成体の強度及び硬さとの間には、第２図に示すような関
係がある。すなわち、１２００〜１７５０℃の範囲の焼
成温度において、温度が上昇するにつれて曲げ強度及び
硬さはともに低下している。したがって、内表面側より
外表面側が高温となるようにして焼成すれば、内表面側
が強度及び硬さともに太き（、外表面に向かうにつれて
強度及び硬さが小さくなるような分布が生じる。
すなわち本発明のチタン酸アルミニウム成形体の焼成方
法によれば、内表面側が高強度で外表面側が低強度の焼
成体を、容易に、かつ確実に形成することができる。ま
た必要な部分のみの強度を上げることができ、必要に応
じた強化ができる。
法によれば、内表面側が高強度で外表面側が低強度の焼
成体を、容易に、かつ確実に形成することができる。ま
た必要な部分のみの強度を上げることができ、必要に応
じた強化ができる。
そして外表面が鋳ぐるみ時に変形しても、内表面は高強
度であるため変形しにくく、高精度の製品を製造できる
。さらに、内表面を冷却できる限り複雑な形状にも対応
でき、応力緩和層を設ける方法に比べて安価である。
度であるため変形しにくく、高精度の製品を製造できる
。さらに、内表面を冷却できる限り複雑な形状にも対応
でき、応力緩和層を設ける方法に比べて安価である。
そして得られたチタン酸アルミニウム焼成体によれば、
外表面側が低強度であるため鋳ぐるみ時に応力が吸収さ
れて破損が防止される。一方、内表面側が高強度である
ため、実使用時の粒子の衝突による損傷も防止され、実
使用時に繰り返しの熱応力や振動による応力が加わるこ
とによる破損も防止される。
外表面側が低強度であるため鋳ぐるみ時に応力が吸収さ
れて破損が防止される。一方、内表面側が高強度である
ため、実使用時の粒子の衝突による損傷も防止され、実
使用時に繰り返しの熱応力や振動による応力が加わるこ
とによる破損も防止される。
さらに焼成体を中子型として鋳ぐるむ場合、中子砂が膨
張しても内表面が高強度であるため破損しに（い。
張しても内表面が高強度であるため破損しに（い。
また強固に保持できるので、加工が容易となり加工時の
破損も防止される。
破損も防止される。
以下、実施例により具体的に説明する。
チタン酸アルミニウム粉末９２重量％、焼結助剤として
のユニ酸化鉄粉末６重量％及び酸化ケイ素２重量％から
なる原料粉末に、解膠剤としてポリカルボン酸アンモニ
ウムを加え、ボールミルで混合し蒸留水を加えてスリッ
プとする。このスリップを所定の石膏型に流し込み、着
肉後余分なスリップを排泥して円筒形状のチタン酸アル
ミニウム成形体を形成した。
のユニ酸化鉄粉末６重量％及び酸化ケイ素２重量％から
なる原料粉末に、解膠剤としてポリカルボン酸アンモニ
ウムを加え、ボールミルで混合し蒸留水を加えてスリッ
プとする。このスリップを所定の石膏型に流し込み、着
肉後余分なスリップを排泥して円筒形状のチタン酸アル
ミニウム成形体を形成した。
この成形体１を乾燥後石膏型から取り出し、第１図に示
すように炭化ケイ素製の肉厚５ｍｍのバイブ２が上下壁
を貫通した電気炉３に設置する。
すように炭化ケイ素製の肉厚５ｍｍのバイブ２が上下壁
を貫通した電気炉３に設置する。
ここでバイブ２の外径は成形体１の内径より小さくされ
、成形体１にはバイブ２が挿通される。またバイブ２に
は鍔状のフランジ２０が形成され、バイブ２が挿通され
た成形体ｌはフランジ２０で係止されて保持されている
。
、成形体１にはバイブ２が挿通される。またバイブ２に
は鍔状のフランジ２０が形成され、バイブ２が挿通され
た成形体ｌはフランジ２０で係止されて保持されている
。
そしてバイブ２に室温の空気を２００１！／分の流量で
流しながら、電気炉３を１５５０℃に加熱して焼成を行
った。このときバイブ２の内表面温度は８００℃、外表
面温度は１２００℃であった。
流しながら、電気炉３を１５５０℃に加熱して焼成を行
った。このときバイブ２の内表面温度は８００℃、外表
面温度は１２００℃であった。
そして成形体１の内表面温度は１３５０℃、外表面温度
は１５５０℃であった。この状態で４時間保持して成形
体１を焼成した。
は１５５０℃であった。この状態で４時間保持して成形
体１を焼成した。
得られた筒状のチタン酸アルミニウム焼成体４について
、内外両表面の硬度を測定した。また内外両表面をそれ
ぞれ引っ張り面として、ＪＩＳＲ１６０１に基づく曲げ
強度試験を行った。結果を次表に示す。
、内外両表面の硬度を測定した。また内外両表面をそれ
ぞれ引っ張り面として、ＪＩＳＲ１６０１に基づく曲げ
強度試験を行った。結果を次表に示す。
表
表より内表面が高強度で、外表面が低強度であることが
明らかである。これは第３図に模式的に示すように、内
表面から外表面に向かうにつれて硬度及び強度が低下す
る分布をもっことを示している。
明らかである。これは第３図に模式的に示すように、内
表面から外表面に向かうにつれて硬度及び強度が低下す
る分布をもっことを示している。
次に、上記で得られた焼成体を鋳型内に配置し、注湯具
を用いてアルミニウム合金溶湯を注湯して鋳ぐるみを行
った。得られた鋳ぐるみ成形体の断面図を第４図及び第
５図に示す。このように焼成体４の外周表面にアルミニ
ウム合金からなる肉厚６ｍｍの被覆層５が形成されてい
る。
を用いてアルミニウム合金溶湯を注湯して鋳ぐるみを行
った。得られた鋳ぐるみ成形体の断面図を第４図及び第
５図に示す。このように焼成体４の外周表面にアルミニ
ウム合金からなる肉厚６ｍｍの被覆層５が形成されてい
る。
鋳ぐるみ時には、アルミニウム合金からなる被覆層５が
冷却・凝固する過程において、焼成体４には外周から圧
縮応力が加わる。しかし焼成体４の低強度の外表面側が
変形することによりこの応力か吸収され、内表面側への
影響が低減されるため、焼成体４の破損が防止されてい
る。
冷却・凝固する過程において、焼成体４には外周から圧
縮応力が加わる。しかし焼成体４の低強度の外表面側が
変形することによりこの応力か吸収され、内表面側への
影響が低減されるため、焼成体４の破損が防止されてい
る。
さらに、得られた鋳ぐるみ製品について高温耐久性試験
を行った。すなわち１０００℃の高温ガスを連続して１
００時間５０ｍ／ｓの流速で焼成体４内に流したが、割
れなどの不具合は生じなかった。またアルミナ焼結体を
１ｍｍ角程度に粉砕した粒子を上記高温ガス中に導入し
、粒子衝突試。
を行った。すなわち１０００℃の高温ガスを連続して１
００時間５０ｍ／ｓの流速で焼成体４内に流したが、割
れなどの不具合は生じなかった。またアルミナ焼結体を
１ｍｍ角程度に粉砕した粒子を上記高温ガス中に導入し
、粒子衝突試。
験を行ったが、焼成体４の内表面には欠けなどの問題は
発生しなかった。
発生しなかった。
第１図は焼成温度と強度及び硬さとの関係を示すグラフ
、第２図は焼成装置の説明図、第３図は焼成体の強度の
分布を示す模式的説明図、第４図及び第５図はそれぞれ
鋳ぐるみ成形体の断面図である。 に成形体 ２：バイブ ３：電気炉 ２０：フランジ４：焼成体
５：被覆層 焼成５五度（°Ｃ） 第３図 位置
、第２図は焼成装置の説明図、第３図は焼成体の強度の
分布を示す模式的説明図、第４図及び第５図はそれぞれ
鋳ぐるみ成形体の断面図である。 に成形体 ２：バイブ ３：電気炉 ２０：フランジ４：焼成体
５：被覆層 焼成５五度（°Ｃ） 第３図 位置
Claims (1)
- （１）中空形状のチタン酸アルミニウム成形体の内表面
を１２００〜１７５０℃の任意の温度で加熱して焼成す
るとともに、外表面を該内表面の加熱温度より高い温度
で加熱して焼成することを特徴とするチタン酸アルミニ
ウム成形体の焼成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2313433A JPH04187561A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | チタン酸アルミニウム成形体の焼成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2313433A JPH04187561A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | チタン酸アルミニウム成形体の焼成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187561A true JPH04187561A (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=18041236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2313433A Pending JPH04187561A (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | チタン酸アルミニウム成形体の焼成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04187561A (ja) |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP2313433A patent/JPH04187561A/ja active Pending
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