JPS63129065A - セラミツクス焼成体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鋳ぐるみに適したセラミックス焼成体に関する
。

［従来の技術］ 従来より、セラミックス焼成体を金属で鋳゛ぐるむこと
により、断熱鋳物を得ようとする試みは種々行なわれて
いる。

管状セラミックス焼成体を金属で鋳ぐるむ際、一般にセ
ラミックスの熱膨張係数は金属の熱膨張係数より小さい
ため、セラミックスに圧縮力が、また金属に引張力がか
かり、セラミックスまたは金属が破壊する恐れが大きい
、このような破壊を避けるために、＃公開５ｌ−１１１
１１Ｈには特定のヤング率１曲げ強度、肉厚／内径比な
どを備え、シリカ賀またはアルミナ質の骨材とアルミナ
セメントからなる可撓性セラミックス成形体を用いるこ
とにより、セラミックスと金属との境界部に潜在的な亀
裂を発生することなくセラミックスの弾性限界内で鋳ぐ
るむことが提案されている。

しかし、上記方法では金属として球状黒鉛鋳鉄を用いた
場合には鋳ぐるみ条件いかんによっては鋳ぐるみ後のセ
ラミックスに亀裂が発生し、複雑形状部品を鋳ぐるむと
きにこの傾向が特に顕著となるものであり、そこで上記
方法において、可撓性セラミックス成形体に亀裂防止コ
ーティング剤を塗布した後、球状黒鉛鋳鉄で鋳ぐるむこ
とも提案されている（特公昭５８−３７２７７）、　Ｌ
かしこの方法では、コーティング剖検！σという工程を
要する上に、好適な鋳ぐるみ鋳物を得るにはコーティン
グ剤の厚さを０．２〜０．５■に制御しなければならな
い問題がある。

また、特公昭５Ｂ−３７０２１には、アルミナ質、ムラ
イト質、ニーシライト質の管状セラミックス焼成体を鋳
ぐるむにあたり、鋳ぐるみ金属の収縮力によってこのセ
ラミックス焼成体の弾性限度を超え、かつ極限強さを超
えない範囲の圧縮応力をセラミックス焼成体に生じさせ
、セラミックス焼成体の組織全体にミクロクラックを発
生させて金属による圧縮応力を緩和する方法も提案され
ている。しかしこの方法では、ミクロクラックの存在に
よりセラミックス焼成体の強度低下を起こし、＃振動性
が劣るなどの難点がある。

ところで前記公知技術によって得られるセラミックス鋳
ぐるみ鋳物は管内に高温ガスを流して使用されることが
多い、この場合、ガス温度が急激に変動することが多く
、したがってセラミックス焼成体は＃熱衝撃性が高いこ
とが望ましい。このようなセラミックスとしてはβ−ス
ボジュメンやコージライトも知られているが、これらよ
りも耐熱性にすぐれるものとしてチタン酸アルミニウム
（アルチタと略記）も知られている。

特開昭５４−７７６０８には特定化学組成を有する粒度
０．６μ■以下のケイ酸塩含有アルチタ焼成体が溶融ア
ルミニウムによる鋳ぐるみに使用できることが示されて
いる。しかしこのアルチタ焼成体製造には粒度０．６μ
履という極めて微細な粉末を使用するので、かなりな粉
砕工程を要するとともに、焼成体の熱伝導率が１〜３ｗ
／層バと大きく、充分な断熱性能が得られない。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明はこうした耐熱性と耐熱衝撃性にすぐれるアルチ
タの特性を活かし、従来技術の前述の欠点を解決し、断
熱性にすぐれ、充分な強度を有する鋳ぐるみに適したセ
ラミックス焼成体を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明はチタン酸アルミニウム質材料７５〜９５重量部
と、アルミナセメント、リン酸セメントおよびストロン
チアセメントから選ばれる一種または二種以上５〜２５
重量部とを含有し、前記チタン酸アルミニウム質材料の
累積粒度分布は１粒径７４μｍ以下が２０〜７０重量％
１粒径２１０μｍ以下が３０〜１００重量％１粒径５０
０μ腸以下が４０〜１００重量％、粒径２０００μ腸以
下が１０．０重量％であることを特徴とするセラミック
ス焼成体を要旨とする。

以下１本９．明を詳細に説明する。

本発明に用いられるアルチタ賀材料は単なるＡｌ２Ｏ３
とＴ　ｉ０２の等モル混合物ではなくて、耐熱性と耐熱
衝撃性を備え、少なくとも大部分がアルチタとしての結
晶構造を有するようなセラミックス材料である。したが
って、化学分析的にＡｌ２Ｏ３分とＴｉ０２分とのモル
比がｌ＝１のものに限られず、例えばｌ：０．８〜ｌ　
：　１．２の範囲のものも包含される。さらに化学分析
的にＡ　ｈ　０３分、　Ｔｉ０２分以外の成分として５
ｉ０２分をはじめとして１例えばＬｉ、Ｈａ、に、Ｋｇ
、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ。

Ｃｒ、Ｆｅといった金属の酸化物置の適宜量が、アルチ
タの物性向上の目的をもって、あるいは不可避的不純物
などとして含有されていてもよい。

本発明ではこうしたアルチタ質材料として特定の粒度分
布のものを採用することがｍ要であり、種々検討の結果
、アルチタ質材料の累積粒度分４ｉを、粒径７４μｍ以
下が２０〜７０重量％、粒径２１０μｍ以下が３０〜１
００重量％、粒径５００μｍ以下が４０〜１００重量％
、粒径２０００μ腸以下が１００重量％とすることによ
り、球状黒鉛鋳鉄は勿論のこと、各種の鋳ぐるみ用金属
に対して亀裂を発生させることなく鋳ぐるみが可能であ
ることが見出された。このようなアルチタ質材料を採用
することにより、セラミックス焼成体の表面に亀裂防止
コーティング剤を塗布する必要もないし、単純形状のみ
ならず、複雑形状のセラミックス焼成体も鋳ぐるみ可能
であり、さらに鋳ぐるみ時にセラミックス焼成体にミク
ロクラックも発生しないので耐振動性に優れていること
も確認された。また本発明のセラミックス焼成体は充分
小さな熱伝導率を備えている。

上記した粒径分布範囲外では鋳ぐるみ時にセラミックス
焼成体に亀裂が発生した。この理由については次のよう
に考察する。

一般にセラミックス焼成体はヤング率が低下するにした
がい、圧縮強度も小さくなる。たとえばアルミナ焼成体
の場合、緻密なものに比べて粗粒配合のものはヤング率
が約属に低下し、圧縮強度も約１／１０に低下する。し
かし本発明のアルミナ焼成体は緻密なものに比べてヤン
グ（ぺが約１７１０に低下しているにもかかわらず、圧
縮強度はほとんど低下していないことが判明した。かく
して本発明の焼成体はヤング率が２５００ｋｇ／ｓ＠２
以下と充分低く、かつ、圧縮強度が８ｋｇ／ｓ■２以上
と充分高いために上述の如く亀裂が発生しない。

アルチタ賀材料の粒度分布を、粒径７４μｍ以下が２０
〜５０重量％、粒径２１０μ■以下が４０−１００屯琶
％１粒径５００μｍ以下が１００　ｇｉ量％とすること
により、ヤング率が３５０〜７００ｋｇ／■層２とさら
に低下し、かつ、圧縮強度が１２〜２０ｋｇ／■鵬２と
さらに高くなり、特に鋳ぐるみ性が向上して好ましい、
すなわちセラミックス焼成体としてより大寸法のものが
採用でき、より複雑形状のものが採用でき、セラミック
ス焼成体や鋳ぐるみ全屈の種類や肉厚をより広い選択幅
で採用できるなどの利点を有する。

また、アルチタ質材料の最大粒径を５００μ鵡以下とす
ることにより、得られる焼成体の焼肌の表面性状は表面
粗度Ｒｍａ＊　０．３ｍｍ以下となって好ましく、また
加工精度もＲＨ，０，５ｍ腸以下にできることとなって
加工性能の点でも好ましい。

本発明のセラミックス焼成体は、上述した粒度分布のア
ルチタ質材料７５〜９５重量部と、アルミナセメント、
リン酸セメントおよびストロンチアセメントから選ばれ
る一種または二種以上５〜２！ｆｌＥｆｆｉ部とを含有
している。

アルミナセメントは主成分としてＡｌ２Ｏ３分とＣａ０
分を含有し、特にＡ　ｈ　０３分が７０ｆｆｉ量％以上
であるアルミナセメントは耐火性、耐食性にすぐれ、本
発明におけるアルミナセメントとして好ましい。

リン酸セメントは主成分としてＡｌ２Ｏ３分と２２０５
分を含有し、化合物としてはＡｌ２Ｏ３・３Ｐ２０Ｓを
主に含む。

ストロンチアセメントは主成分としてＳｒ０分とＡｌ２
Ｏ３分を含有し、Ａｌ２Ｏ３分を３０重量％以上含有し
ている。

これらのセメントは本発明セラミックス焼成体において
、ｔｏｏｏ℃以上にも耐える耐熱性のある結合剤として
機能している。アルチタ質材料と上記セメントの重量割
合が上記範囲外であるとセラミックス焼成体のヤング率
が高すぎたり、圧縮強度が小さすぎたりして鋳ぐるみ時
に亀裂が発生することが多い。

本発明のセラミックス焼成体は球状黒鉛鋳鉄、アルミニ
ウム合金のみならず、ねずみ鋳鉄、銅合金、亜鉛合金な
どによる鋳ぐるみにもほぼ同様に採用できる。

以下に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本
発明はかかる実施例に限定されるものではない。

「実施例」 鋳ぐるみ試験に供したセラミックス焼成体は第１図およ
び第３図に示す形状のものである。

第１図の直管は内Ｐ１２５．鵬、外径３５ｍｍ、長さ１
１００ａの円筒状である。第２図の曲管は内径２５■。

外径３５１．屈曲角度８０度、軸線長さ約１９０■の屈
曲円筒状である。′ＰＪぐるみ後の金属／セラミックス
複合体は第２図および第４図に示す形状のものである。

どちらも金属部分の肉厚は５■である。

試験に用いた原料の化学組成などはそれぞれ次の通りで
ある。

アルチタ：　Ａ１２（Ｌ＋／Ｔｉ０２Ｊ／１　（モル比
）のＡｂＴｉＯｓ　９５重量％、５ｉ０２３．５重量％
、Ｙ２Ｏ３１重量％ アルミナ：　Ａｌ２Ｏ３９９，５重量％、Ｆｅ２Ｏ３０
，０１重量％ シリカ：　５ｉＯｚ　９９重量％、Ｆｅ２０３０．１重
量％アルミナセメント（ＡＣと略記）： Ａｌ２Ｏ３７８重量％、ＣａＯ１７，ｆｉ重量％、他に
ＭｇＯ，Ｆｅ２０３　、　Ｓ　ｉ０２などを含有リン酸
セメント　（ｐｃと略記）： Ｐ２Ｏ５７９重量％、Ａｌ２Ｏ３２０重量％、他にＦｅ
２０３　などを含有 ストロンチアセメント（ＳＣと略記）：Ａｌ２Ｏ３５１
重量％、Ｓｒ０４５重量％、他にＭｇＯ５Ｎａ２０など
を含有 骨材の粒度配合は第１表に示す各配合を採用した。

所定粒度配合、所定重量の骨材粉末と所定重量の結合剤
との調合物１００重量部に対し水１０〜１８重量部を加
え、よくかき混ぜてスラリ状とした後、樹脂製の所定形
状鋳型に振動を加えながら流し込んだ、　１０〜２４時
間の養生後、離型して得られた成形体を乾燥機にて乾繰
し、中子を取り除き、電気炉内にて１４００°Ｃで焼成
してＬ述の直管および曲管の焼成体を得た。

ついでこれらの焼成体を鋳造川砂型にセットし、砂型と
セラミックス焼成体の隙間に溶融したアルミニウム合金
ＡＣ−４０（注湯温度７００℃）、球状黒鉛鋳鉄（同１
４００°Ｃ）を注湯して」−述の金属／セラミックス複
合体を得た。

上述の直管、曲管とほぼ同様にして、３．０Ｘ３０ＸＩ
Ｏ層麿の焼成された試験片を作製し、圧縮試験を行ない
、ストレス／ストレイン曲線のりｉ性領域内の傾き、最
高圧縮強度を試験片のヤング率、圧縮強度とした。クロ
スヘッドスピードは０．５層ｍ／ｓｉｎとした。また同
様にしてｌＯ層層径×ｌ■鳳厚の焼成されたディスクを
作製し、レーザフラッシュ法にて熱伝導率を測定した。

あわせて、粒径ｌμｍ以下のアルミナ粉末またはアルミ
ナ粉末を圧縮成形し、気孔率１０％未満となるように焼
成して得た緻密質焼成体についても同様にして圧縮強度
、ヤング率、熱伝導率を測定した。

本発明品を含む粗粒配合焼成体および緻密質焼成体の代
表例についてこれらの物性値を第２表に比較して示す。

第３表には骨材の種類１粒度配合および量、結合剤の種
類および量、圧縮試験結果、鋳ぐるみ試験結果を示す。

［発明の効果］ 第２表、第３表からもわかるように２本発明焼成体は次
のような効果を奏する。

すなわち球状黒鉛鋳鉄、アルミニウム合金など各種の溶
融金属によって良好に鋳ぐるみができ、しかも鋳ぐるみ
に際して本発明の焼成体にはミクロクラック、亀裂など
の欠陥が発生しない、この焼成体は２５００ｋｇ／ｓ鳳
２以下のヤング率と８　ｋｇ／ｍｍ２以上の圧縮強度を
備えている。実用上は焼成体の形状、寸法や鋳ぐるみ金
属の種類、肉厚、さらには鋳ぐるみ条件などに種々のバ
リエーションがあることを勘案するとヤング率では７０
０ｋｇ／ｓｍ２以下のもの、圧縮強度では１２ｋｇ／ｌ
ｓ２以上のものが好ましい。

低いヤング率のものを得るには結合剤としてはストロン
チアセメントが最も好ましく、次いでリン酸セメントが
好ましい。

本発明焼成体がこのように鋳ぐるみに好適なりフグ率、
圧縮強度を備え、さらには高い断熱性能すなわち低い熱
伝導率を備えることは、アルミナ賀焼成体における緻密
質品と粗粒配合品の物性対比やアルチタ質緻密質焼成体
の物性からは予想されないすぐれたものであった。

第１表　骨材の粒度配合（単位二重量％）第２表　粗粒
配合品と緻密質品の比較 第３表 木鋳ぐるみ試験においてＸは球状黒鉛鋳鉄の場合、Ｙは
アルミニウム合金の場合を示す、Ａは亀裂なく良好であ
ったもの、Ｂは亀裂が発生したもの、Ｃはセラミックス
焼成体が破壊したものを示す。

木本ＡＣ：　ＰＣ：　５Ｃ＝２　：ｆＷ：　ｌ　（重量
比）の混合物

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の直管の断面図、第２図は第１図
の直管と金属との複合体の断面図、第３図は本発明実施
例の曲管の断面図、第４図は第３図の曲管と金属との複
合体の断面図である０図中、１．３はセラミックス焼成
体、２゜４は金属である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、チタン酸アルミニウム質材料７５〜９５重量部と、
   アルミナセメント、リン酸セメントおよびストロンチア
   セメントから選ばれる一種または二種以上５〜２５重量
   部とを含有し、前記チタン酸アルミニウム質材料の累積
   粒度分布は、粒径７４μｍ以下が２０〜７０重量％、粒
   径２１０μｍ以下が３０〜１００重量％、粒径５００μ
   ｍ以下が４０〜１００重量％、粒径２０００μｍ以下が
   １００重量％であることを特徴とするセラミックス焼成
   体。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記チタン酸アル
   ミニウム質材料の累積粒度分布は、粒径７４μｍ以下が
   ２０〜５０重量％、粒径２１０μｍ以下が４０〜１００
   重量％、粒径５００μｍ以下が１００重量％であるセラ
   ミックス焼成体。