JPH0688833B2 - 耐熱衝撃性セラミツクス - Google Patents

耐熱衝撃性セラミツクス

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JPH0688833B2
JPH0688833B2 JP60113613A JP11361385A JPH0688833B2 JP H0688833 B2 JPH0688833 B2 JP H0688833B2 JP 60113613 A JP60113613 A JP 60113613A JP 11361385 A JP11361385 A JP 11361385A JP H0688833 B2 JPH0688833 B2 JP H0688833B2
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JP
Japan
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thermal shock
shock resistance
alumina
titanate
weight
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康弘 竹内
西野  敦
之良 小野
浩直 沼本
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、耐膨張係数が小で、耐熱衝撃性に優れるセラ
ミックスの提供可能な組成物に関するものである。
従来の技術 従来の熱膨張係数の小さな耐熱衝撃性に優れたセラミッ
クスとしては、コーディエライトセラミックス,リチア
系セラミックス,チタン酸アルミニウムセラミックス等
が一般的で、これらが最もよく使用されている。コーデ
ィエライトセラミックスとは、MgO−Al2O3−SiO2系から
なるセラミックスであり、リチア系セラミックスとは、
Li2O−Al2O3−SiO2系セラミックスである。コーディエ
ライトは、タルク(Mg(Si4O10)(OH))とカオリン
(Al2Si2O5(OH))およびアルミナ(Al2O3)を任意
の比率で調合し、混合,脱水,成形,乾燥,焼結して製
造される。ちなみに焼結は、約1400℃で4〜5日間であ
る(特公昭54−1564号公報,特公昭51−20358号公
報)。また、チタン酸アルミニウムセラミックスとは、
酸化チタン(アナターゼ型)と純度のよいα−アルミナ
を原料として、等モル調合物を1600〜1700℃で焼成して
製造される(窯業工学ハンドブックP.1274)。
発明が解決しようとする問題点 このような従来耐熱衝撃性セラミックスは、いずれも高
温で長時間、焼結することにより始めて機械的強度が得
られる。
また合成されたセラミックスからは緻密な焼結体が得ら
れなかったり、構成結晶の熱膨張の大きな異方性によっ
てできる粒界の亀裂等より、耐熱衝撃性に問題を有して
いた。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、少なくとも再水和
性アルミナとチタン酸アルカリ塩からなる組成物を焼
して得るものである。
作用 本発明は上記の構成よりなり、本発明の必須成分である
再水和性アルミナとは、アルミナ水和物を熱分解したα
−アルミナ以外の遷移アルミナ、例えばρ−アルミナお
よび無定形アルミナ等を意味する。工業的には例えばバ
イヤー工程から得られるアルミナ三水和物等のアルミナ
水和物を約400〜1200℃の熱ガスに通常数分の1〜10秒
間接触させたり、あるいはアルミナ水和物を減圧下で約
250〜900℃に通常1分〜4時間加熱保持することにより
得ることができる約0.5〜15重量%の灼熱減量を有する
もの等が挙げられる。次に本発明におけるもう一つの必
須成分であるチタン酸アルカリ塩とは、一般式M′2O・
nTiO2(式中M′はリチウム,ナトリウム,カリウム,
ルビジウム,セシウム,バリウム,ストロンチウム,カ
ルシウムから選ばれるアルカリ金属原子を表わし、nは
1以上の整数である)で示される。
上記少なくとも二成分からなる組成物を焼することに
より耐熱衝撃性組成物が得られるがこの理由は明らかで
はない。前記再水和性アルミナとチタン酸アルカリ塩の
他に、成形助剤(たとえば、CMC,MC)および可塑剤(グ
リセリン,ワセリン)等を添加することも可能である。
また、骨材として合成コーディエライト粉末,ムライト
粉末等耐熱性材料を添加することも可能である。通常こ
れらの耐熱性材料を骨材として、たとえばセメント材等
の結合剤からなる組成物を焼または、焼結するとセメ
ント剤とたとえば合成コージィエライト粉末とは反応を
起し、新たな組成物を生成することが一般的に知られて
いる。しかしながら、本発明組成物との組合せでは、こ
のような現象は認め得なかった。
再水和性アルミナとチタン酸アルカリ塩との混合比率
は、(1:1)〜(10:1)の範囲が耐圧強度、耐熱衝撃性
の観点から最適である。また、骨材として合成コーディ
エライト粉末、ムライト粉末、シリカ系シヤモット、ジ
ルコニア系シヤモット等を加わる場合においても再水和
性アルミナとチタン酸アルカリ塩との比率は(1:1)〜
(1:10)の範囲が好ましく、また、再水和性アルミナと
チタン酸アルカリ塩との総量としては、耐圧強度、耐熱
衝撃性の観点より10重量%以上が好ましい。
実施例 <実施例1> 再水和性アルミナ50重量%とチタン酸カリウム(K2O・6
TiO2)50重量%、さらに成形助剤としてメチルセルロー
ス4.0重量部および可塑剤としてグリセリン2.0重量部、
さらに水32重量部加えた混合物をスクリューニーダを用
い10分間混練後スクリュー型押出成形機に供給し、φ10
0m/mで長さ100m/mで、壁厚0.3m/m、一辺1.5m/mの正方形
セルからなるハニカム成形体を成形した。次いでこの成
形体を100℃/時間の昇温速度で1200℃まで昇温し、更
に1200℃で1時間焼した。この様にして得られたハニ
カム状構造体の物性を第1表に示す。
また比較のため、再水和性アルミナのかわりにα−アル
ミナ粉末を使用した比較例A、チタン酸カリウムのかわ
りに酸化チタン(ルチン型TiO2)を使用した比較例Bを
前記実施例と同様にしてハニカム状構造物を製造した。
この時の物性も第1表に示す。
第1表から明らかなように必須成分である再水和性アル
ミナとチタン酸アルカリ塩からなる組成物以外の比較例
A、比較例B組成物は、耐圧強度が小さく、また熱膨張
係数が大きく熱衝撃性が極端に悪かった。
<実施例2> 再水和性アルミナ30重量%とチタン酸カリウム(K2O・6
TiO2)30重量%、さらに合成コーディエライト粉末40重
量%と成形助剤としてメチルセルロース4.0重量部、可
塑剤としてグリセリン2.0重量部、水31重量部加えた混
合物を実施例1と同様にして、ハニカム構造体を製造し
た(サンプルNo.1)。また前記組成で合成コーディエラ
イト粉末40重量%の代りにムライト粉末40重量%を添加
したものについても実施例1と同様にしてハニカム構造
体を製造した(サンプルNo.2)。この時の物性を第2表
に示す。
第2表から明らかなように、骨材として、合成コーディ
エライト粉末、ムライト粉末を使用しても、必須成分と
の組合せであれば、耐圧強度,熱衝撃性に優れたセラミ
ックであった。なお、上記合成コーディエライト粉末、
ムライト粉末を含む組成物において、実施例1同様、再
水和性アルミナの代りにα−アルミナを、チタン酸アル
カリ塩の代わりに酸化チタン(アナターゼ型)を使用し
たものも検討したが、実施例1における比較例A、比較
例B同様、耐圧強度,熱衝撃性に満足できるものは得ら
れなかった。
<実施例3> 再水和性アルミナ50重量%とチタン酸アルカリ塩50重量
%(アルカリ成分として、リチウム,ナトリウム,カリ
ウム,ルビジウム,セシウム,バリウム,ストロンチウ
ム,カルシウムから選ばれる各々のアルカリ金属原子か
らなるチタン酸アリカリ塩)と、成形助剤としてメチル
セルロース4.0重量部および可塑剤としてグリセリン2.0
重量部、水32重量部加えた混合物を実施例1と同様にし
て、ハニカム構造体を製造した。このものの物性を第3
表に示す。
第3表から明らかなように再水和性アルミナと各々のチ
タン酸アルカリ塩からなる組成物は、耐圧強度,熱衝撃
性に優れている。なかでも、チタン酸カリウムを使用し
たものは、著しく熱膨張係数が小さく熱衝撃性に優れて
いた。
<実施例4> 実施例3における各々のチタン酸アルカリ塩が繊維状で
ある場合の物性を第4表に示す。なお試験用ハニカム構
造体の製法は実施例1と同様に行った。
第4表からチタン酸アルカリ塩が繊維状である程熱膨張
係数が小さくなり耐熱衝撃性も改善されていることが認
められた。
<実施例5> 実施例1のハニカム成形体において、焼温度が900〜1
400℃の範囲での各物性を第1図に示した。第1図から
明らかなように焼温度1000℃以下では、耐圧強度が急
激に小さくなり、1300℃以上では、耐熱衝撃性が急激に
低下した。このように、本実施例の耐熱衝撃性セラミッ
クスは焼温度1000〜1300℃で製造されたものがもっと
も優れていた。なお、900℃で焼して得たハニカム状
セラミックスおよび1200℃で焼して得たハニカム状セ
ラミックス断面の走査型電子顕微鏡写真を第2図に示し
た。第2図Aは、900℃で焼して得たハニカム状セラ
ミックス断面の1000倍拡大の走査型電子顕微鏡写真であ
る。第2図Bは1200℃で焼して得たハニカム状セラミ
ックス断面の1000倍拡大の走査型電子顕微鏡写真であ
る。前記2つの走査型電子顕微鏡写真からも、焼温度
によって得られるセラミックスの物性が大きく異なるこ
とは容易に推察される。第2図Aからチタン酸カリウム
(K2O・6TiO2)の繊維状態が認められたが、本発明の実
施例である第2図Bでは、繊維が完全に融解し、一体化
されたため、ウィスカー等の繊維状態は認められなかっ
た。
発明の効果 以上述べてきたように、本発明によれば、耐熱衝撃性セ
ラミックスを比較的低温で焼することができ、緻密で
耐熱衝撃性、耐圧強度に優れた低コストで実用的なセラ
ミックスを得ることが可能できわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の耐熱衝撃性セラミックスの
焼温度に対する耐圧強度、耐熱衝撃温度の関係図、第
2図A,Bは同耐熱衝撃性セラミックスと比較例において
繊維状態を保持しているかどうかを示す走査型電子顕微
鏡写真である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも再水和性アルミナとチタン酸ア
    ルカリ塩からなる組成物を焼して得られる耐熱衝撃性
    セラミックス。
  2. 【請求項2】チタン酸アルカリがチタン酸カリウムから
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の耐熱
    衝撃性セラミックス。
  3. 【請求項3】チタン酸アルカリ塩が繊維状であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の耐
    熱衝撃性セラミックス。
  4. 【請求項4】焼温度が1000〜1300℃であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項,第2項または第3項記載
    の耐熱衝撃性セラミックス。
JP60113613A 1985-05-27 1985-05-27 耐熱衝撃性セラミツクス Expired - Lifetime JPH0688833B2 (ja)

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