JP2010111551A - Method for manufacturing aluminum titanate-based ceramic - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れたセラミックスである、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムのようなチタン酸アルミニウム系セラミックスについて、熱膨張係数ならびに高温からの降温時の収縮率のより小さなセラミックスを製造する方法を提供すること。
【解決手段】チタン源化合物、アルミニウム源化合物およびガラスフリットを含む原材料混合物を焼成する工程を有するチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で、前記ガラスフリットは、フッ素を0.5wt%以上含むチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法とすること。
【選択図】なし[PROBLEMS] To produce a ceramic having a smaller thermal expansion coefficient and a shrinkage ratio when the temperature is lowered from a high temperature with respect to aluminum titanate ceramics such as aluminum titanate and aluminum magnesium titanate, which are ceramics having excellent heat resistance. To provide.
A method for producing an aluminum titanate-based ceramics comprising a step of firing a raw material mixture containing a titanium source compound, an aluminum source compound and a glass frit, wherein the glass frit contains 0.5 wt% or more of fluorine. A manufacturing method for ceramics.
[Selection figure] None
Description
本発明は、チタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an aluminum titanate ceramic.
チタン酸アルミニウム系セラミックスは、構成元素としてチタンおよびアルミニウムを含み、X線回折スペクトルにおいて、チタン酸アルミニウムの結晶パターンを有するセラミックスであって、耐熱性に優れたセラミックスとして知られており、従来からルツボのような焼結用の冶具などとして用いられてきたが、近年では、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排ガスに含まれる微細なカーボン粒子を捕集するためのセラミックスフィルターを構成する材料として、産業上の利用価値が高まっている。 Aluminum titanate ceramics include titanium and aluminum as constituent elements, and have a crystal pattern of aluminum titanate in an X-ray diffraction spectrum, and are known as ceramics having excellent heat resistance. In recent years, as a material constituting a ceramic filter for collecting fine carbon particles contained in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as diesel engines, etc. Industrial use value is increasing.
かかるチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法としては、チタニアなどのチタン源化合物の粉末およびアルミナなどのアルミニウム源化合物の粉末を含む原材料混合物を焼成する方法が知られており、さらにマグネシウム源化合物の粉末およびアルカリ長石の粉末を加えた原料混合物を焼成することにより、より耐熱性を向上させたチタン酸アルミニウム系セラミックスが得られることも知られている〔特許文献1〕。
かかるチタン酸アルミニウム系セラミックスとしては、耐熱性のほかに、熱膨張係数が小さなもの、ならびに1000℃程度の高温から降温させたときの収縮率が小さなものが求められている。 As such aluminum titanate ceramics, in addition to heat resistance, those having a small thermal expansion coefficient and those having a small shrinkage when lowered from a high temperature of about 1000 ° C. are required.
そこで、本発明者らは、熱膨張係数ならびに高温からの降温時の収縮率のより小さなチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造しうる方法を開発すべく、鋭意検討した結果、本発明に至った。 Therefore, the present inventors have intensively studied to develop a method capable of producing an aluminum titanate-based ceramic having a smaller coefficient of thermal expansion and a shrinkage rate when the temperature is lowered from a high temperature, and as a result, the present invention has been achieved.
すなわち本発明は、チタン源化合物、アルミニウム源化合物およびガラスフリットを含む原材料混合物を焼成する工程を有するチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で、前記ガラスフリットは、フッ素を0.5wt%以上含むことを特徴とする製造方法を提供するものである。 That is, the present invention is a method for producing an aluminum titanate ceramic having a step of firing a raw material mixture containing a titanium source compound, an aluminum source compound and a glass frit, wherein the glass frit contains 0.5 wt% or more of fluorine. A characteristic manufacturing method is provided.
本発明の製造方法によれば、従来の製造方法によるよりも、良好な耐熱性を維持したまま、熱膨張係数ならびに降温時の収縮率のより小さなチタン酸アルミニウム系セラミックスを製造することができる。 According to the production method of the present invention, it is possible to produce an aluminum titanate-based ceramic having a smaller coefficient of thermal expansion and a shrinkage rate when the temperature is lowered while maintaining good heat resistance than by the conventional production method.
本発明の製造方法では、原材料混合物としてチタン源化合物、アルミニウム源化合物およびガラスフリットを含む原材料混合物が用いられ、前記ガラスフリットはフッ素を0.5wt%以上含むものが用いられる。 In the production method of the present invention, a raw material mixture containing a titanium source compound, an aluminum source compound and glass frit is used as the raw material mixture, and the glass frit containing 0.5 wt% or more of fluorine is used.
チタン源化合物としては、例えば酸化チタンの粉末が挙げられる。酸化チタンとしては、例えば酸化チタン(IV)、酸化チタン(III)、酸化チタン(II)などが挙げられ、酸化チタン(IV)が好ましく用いられる。酸化チタン(IV)の結晶型としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが挙げられ、アモルファスであってもよく、より好ましくはアナターゼ型、ルチル型である。 Examples of the titanium source compound include titanium oxide powder. Examples of titanium oxide include titanium (IV) oxide, titanium (III) oxide, and titanium (II) oxide. Titanium (IV) oxide is preferably used. Examples of the crystalline form of titanium oxide (IV) include anatase type, rutile type, brookite type and the like, and it may be amorphous, more preferably anatase type and rutile type.
その他のチタン源化合物として、これを単独で空気中で焼成することによりチタニア(酸化チタン)に導かれるチタン化合物も挙げられる。かかる化合物としては、例えばチタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などが挙げられる。 Other titanium source compounds include titanium compounds that are led to titania (titanium oxide) by firing alone in air. Examples of such compounds include titanium salts, titanium alkoxides, titanium hydroxide, titanium nitride, titanium sulfide, and titanium metal.
チタニウム塩として具体的には、三塩化チタン、四塩化チタン、硫化チタン(IV)、硫化チタン(VI)、硫酸チタン(IV)などが挙げられる。チタニウムアルコキシドとして具体的には、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)t-ブトキシド、チタン(IV)イソブトキシド、チタン(IV)n-プロポキシド、チタン(IV)テトライソプロポキシドおよびこれらのキレート化物などが挙げられる。 Specific examples of the titanium salt include titanium trichloride, titanium tetrachloride, titanium sulfide (IV), titanium sulfide (VI), titanium sulfate (IV), and the like. Specific examples of the titanium alkoxide include titanium (IV) ethoxide, titanium (IV) methoxide, titanium (IV) t-butoxide, titanium (IV) isobutoxide, titanium (IV) n-propoxide, titanium (IV) tetraiso Examples thereof include propoxides and chelating products thereof.
なおチタン源化合物は、原料由来或いは製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。 In addition, a titanium source compound may contain the inevitable impurity mixed from a raw material or a manufacturing process.
アルミニウム源化合物としては、例えばアルミナ(酸化アルミニウム)の粉末が挙げられる。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、アモルファスであってもよい。アルミニウム源化合物として好ましくはα型のアルミナである。 Examples of the aluminum source compound include alumina (aluminum oxide) powder. Examples of the crystal type of alumina include γ type, δ type, θ type, and α type, and may be amorphous. The aluminum source compound is preferably α-type alumina.
その他のアルミニウム源化合物としては、単独で空気中で焼成することによりアルミナに導かれるアルミニウム化合物も挙げられる。かかる化合物としては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどが挙げられる。 Other aluminum source compounds include aluminum compounds that are led to alumina by firing alone in air. Examples of such a compound include an aluminum salt, aluminum alkoxide, aluminum hydroxide, and metal aluminum.
アルミニウム塩は、無機酸との無機塩であってもよいし、有機酸との有機塩であってもよい。アルミニウム無機塩として具体的には、例えば硝酸アルミニウム、硝酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム硝酸塩、炭酸アンモニウムアルミニウムなどのアルミニウム炭酸塩などが挙げられる。アルミニウム有機塩としては、例えば蓚酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、ラウリン酸アルミニウムなどが挙げられる。 The aluminum salt may be an inorganic salt with an inorganic acid or an organic salt with an organic acid. Specific examples of the aluminum inorganic salt include aluminum nitrates such as aluminum nitrate and ammonium nitrate, and aluminum carbonates such as ammonium aluminum carbonate. Examples of the aluminum organic salt include aluminum oxalate, aluminum acetate, aluminum stearate, aluminum lactate, and aluminum laurate.
アルミニウムアルコキシドとして具体的には、例えばアルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムsec-ブトキシド、アルミニウムtert-ブトキシドなどが挙げられる。 Specific examples of the aluminum alkoxide include aluminum isopropoxide, aluminum ethoxide, aluminum sec-butoxide, aluminum tert-butoxide and the like.
水酸化アルミニウムの結晶型としては、例えばギブサイト型、バイヤライト型、ノロソトランダイト型、ベーマイト型、擬ベーマイト型などが挙げられ、不定形(アモルファス)であってもよい。アモルファスの水酸化アルミニウムとしては、例えばアルミニウム塩、アルミニウムアルコキシドなどのような水溶性アルミニウム化合物の水溶液を加水分解して得られるアルミニウム加水分解物も挙げられる。 Examples of the crystal type of aluminum hydroxide include a gibbsite type, a bayerite type, a norosotrandite type, a boehmite type, and a pseudoboehmite type, and may be indefinite (amorphous). Examples of the amorphous aluminum hydroxide include an aluminum hydrolyzate obtained by hydrolyzing an aqueous solution of a water-soluble aluminum compound such as an aluminum salt or an aluminum alkoxide.
なおアルミニウム源化合物は、原料由来或いは製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。 The aluminum source compound may contain unavoidable impurities derived from the raw material or mixed in the manufacturing process.
本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスの製造方法で用いる原材料混合物には、前記のチタン源化合物、アルミニウム源化合物の他に、さらにマグネシウム源化合物を含有することが好ましい。かかるマグネシウム源化合物としては、例えばマグネシア(酸化マグネシウム)が挙げられる。 The raw material mixture used in the method for producing an aluminum titanate-based ceramic of the present invention preferably further contains a magnesium source compound in addition to the titanium source compound and the aluminum source compound. Examples of the magnesium source compound include magnesia (magnesium oxide).
その他のマグネシウム源化合物としては、単独で空気中で焼成することによりマグネシアに導かれる化合物も挙げられる。かかる化合物としては、例えばマグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどが挙げられる。 Other magnesium source compounds also include compounds that are led to magnesia by firing alone in air. Examples of such a compound include magnesium salt, magnesium alkoxide, magnesium hydroxide, magnesium nitride, and magnesium metal.
マグネシウム塩として具体的には、塩化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、ピロリン酸マグネシウム、蓚酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、クエン酸マグネシウム、乳酸マグネシウム、ステアリン酸マグネシウム、サリチル酸マグネシウム、ミリスチン酸マグネシウム、グルコン酸マグネシウム、ジメタクリル酸マグネシウム、安息香酸マグネシウムなどが挙げられる。 Specific examples of magnesium salts include magnesium chloride, magnesium perchlorate, magnesium phosphate, magnesium pyrophosphate, magnesium oxalate, magnesium nitrate, magnesium carbonate, magnesium acetate, magnesium sulfate, magnesium citrate, magnesium lactate, magnesium stearate, Examples include magnesium salicylate, magnesium myristate, magnesium gluconate, magnesium dimethacrylate, and magnesium benzoate.
マグネシウムアルコキシドとして具体的にはマグネシウムメトキシド、マグネシウムエトキシドなどが挙げられる。 Specific examples of the magnesium alkoxide include magnesium methoxide and magnesium ethoxide.
マグネシウム源化合物として、アルミニウム源化合物を兼ねた化合物を用いることもできる。このような化合物としては、例えばマグネシアスピネル〔MgAl2O4〕の粉末が挙げられる。 As the magnesium source compound, a compound also serving as an aluminum source compound can be used. An example of such a compound is magnesia spinel [MgAl 2 O 4 ] powder.
なおマグネシウム源化合物は、原料由来或いは製造工程で混入する不可避不純物を含むものであってもよい。 The magnesium source compound may contain unavoidable impurities that are derived from raw materials or mixed in during the manufacturing process.
また本発明では、前記マグネシアスピネル〔MgAl2O4〕などの複合酸化物のように、チタン源化合物、アルミニウム源化合物およびマグネシウム源化合物のうち、2つ以上の金属元素を成分とする化合物は、それぞれの金属源化合物を混合した原材料混合物と同じであると考えることができる。また、原材料混合物にはチタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウム自体が含まれていてもよく、例えば原材料混合物としてチタン酸アルミニウムマグネシウムを使用する場合、チタン源化合物、アルミニウム源化合物およびマグネシウム源化合物を兼ね備えた原材料混合物に相当する。 Further, in the present invention, a compound having two or more metal elements as a component among a titanium source compound, an aluminum source compound and a magnesium source compound, such as a composite oxide such as magnesia spinel [MgAl 2 O 4 ], It can be considered to be the same as the raw material mixture in which the respective metal source compounds are mixed. Further, the raw material mixture may contain aluminum titanate or aluminum magnesium titanate itself. For example, when aluminum magnesium titanate is used as the raw material mixture, the titanium source compound, the aluminum source compound and the magnesium source compound were combined. Corresponds to raw material mixture.
チタン源化合物およびアルミニウム源化合物の使用量は、チタニア〔TiO2〕換算のチタン源化合物の使用量とアルミナ〔Al2O3〕換算のアルミニウム源化合物の使用量との合計量100質量部あたり、チタニア換算のチタン源化合物の使用量が、通常30質量部〜70質量部、アルミナ換算のアルミニウム源化合物の使用量が通常70質量部〜30質量部であり、好ましくはチタニア換算のチタン源化合物の使用量が40質量部〜60質量部、アルミナ換算のアルミニウム源化合物の使用量が60質量部〜40質量部である。 The amount of titanium source compound and aluminum source compound used is 100 parts by mass of the total amount of titania [TiO 2 ] converted titanium source compound and alumina [Al 2 O 3 ] converted aluminum source compound, The amount of titania-converted titanium source compound is usually 30 to 70 parts by weight, and the amount of alumina-converted aluminum source compound is usually 70 to 30 parts by weight, preferably of titania-converted titanium source compound. The amount used is 40 parts by mass to 60 parts by mass, and the amount of aluminum source compound converted to alumina is 60 parts by mass to 40 parts by mass.
一方、前記原材料混合物がさらにマグネシウム源化合物を含む場合、マグネシウム源化合物の含有量は、チタニア換算のチタン源化合物の使用量とアルミナ〔Al2O3〕換算のアルミニウム源化合物の使用量との合計量100質量部あたり、マグネシア〔MgO〕換算のマグネシウム源化合物の使用量で、通常0.1質量部〜10質量部であり、好ましくは8質量部以下である。 On the other hand, when the raw material mixture further contains a magnesium source compound, the content of the magnesium source compound is the sum of the usage amount of the titanium source compound in terms of titania and the usage amount of the aluminum source compound in terms of alumina [Al 2 O 3 ]. The amount of magnesium source compound converted to magnesia [MgO] per 100 parts by mass is usually 0.1 part by mass to 10 parts by mass, preferably 8 parts by mass or less.
ガラスフリットとは、ガラスが粉砕されたフレーク又は粉末状のガラスをいう。ガラスフリットを構成するガラスとしては、一般的なケイ酸〔SiO2〕を主成分(全成分中50重量%以上)とするケイ酸ガラスが用いられる。その他の含有成分としては、一般的なケイ酸ガラスと同様、アルミナ〔Al2O3〕、酸化ナトリウム〔Na2O〕、酸化カリウム〔K2O〕、酸化カルシウム〔CaO〕、マグネシア〔MgO〕を含んでいてもよい。 Glass frit refers to flakes or powdered glass obtained by pulverizing glass. As the glass constituting the glass frit, silicate glass containing general silicic acid [SiO 2 ] as a main component (50% by weight or more in all components) is used. Other components include alumina [Al 2 O 3 ], sodium oxide [Na 2 O], potassium oxide [K 2 O], calcium oxide [CaO], magnesia [MgO], as in general silicate glass. May be included.
なかでも本発明の製造方法では、ガラスの成分としてフッ素を0.5wt%以上含むガラスフリットが用いられる。フッ素の含有量が少ないガラスフリットは、高温からの降温時に収縮率が高い値を示す。一方、一般的なガラス成分としてのフッ素含有量の上限は通常5wt%である。フッ素含有量が5wt%を超えると、焼成時に炉材を著しく腐食する場合があり、好ましくない。 In particular, in the production method of the present invention, a glass frit containing 0.5 wt% or more of fluorine as a glass component is used. A glass frit with a low fluorine content exhibits a high shrinkage when the temperature is lowered from a high temperature. On the other hand, the upper limit of the fluorine content as a general glass component is usually 5 wt%. If the fluorine content exceeds 5 wt%, the furnace material may be significantly corroded during firing, which is not preferable.
ガラスフリットの好ましい添加量は、チタン源化合物およびアルミニウム源化合物の合計量100重量部に対して、ガラスフリットが0.1重量部以上20重量部以下、好ましくは10重量部以下である。本発明に用いるガラスフリットの粒径は、前記混合物中において均一に分布できるように、小さいものが好ましく、通常、中心粒径が15μm以下、好ましくは10μm以下である。 The preferred addition amount of the glass frit is 0.1 to 20 parts by weight, preferably 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the total amount of the titanium source compound and the aluminum source compound. The particle size of the glass frit used in the present invention is preferably small so that it can be uniformly distributed in the mixture, and the center particle size is usually 15 μm or less, preferably 10 μm or less.
本発明の製造方法において、前記チタン源化合物、前記アルミニウム源化合物、前記マグネシウム源化合物である各金属源化合物が、それぞれ粉末の場合は、前記それぞれの金属源化合物と前記ガラスフリットとを混合することで、本発明の製造方法で用いる原材料混合物が得られる。また塊状など粉末状でない金属源化合物を含む場合や、さらに均一混合させたい場合などには、それぞれの金属源化合物と前記ガラスフリットとの混合物に対し、粉砕混合を行ってもよい。混合方法は、乾式混合でもよいし、湿式混合でもよい。 In the production method of the present invention, when each metal source compound that is the titanium source compound, the aluminum source compound, and the magnesium source compound is a powder, the respective metal source compound and the glass frit are mixed. Thus, a raw material mixture used in the production method of the present invention is obtained. In addition, when a non-powdered metal source compound such as a lump is included, or when it is desired to further uniformly mix, a mixture of each metal source compound and the glass frit may be ground and mixed. The mixing method may be dry mixing or wet mixing.
乾式雰囲気で混合するには、例えば原材料混合物を混合し、液体媒体中に分散させること無く、粉砕容器内で撹拌すればよく、通常は粉砕メディアの共存下に粉砕容器内で撹拌する。 In order to mix in a dry atmosphere, for example, the raw material mixture may be mixed and stirred in a pulverizing container without being dispersed in a liquid medium. Usually, stirring is performed in the pulverizing container in the presence of a pulverizing medium.
粉砕容器としては通常、ステンレス鋼などの金属材料で構成されたものが用いられ、内表面がフッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などでコーティングされていてもよい。粉砕容器の内容積は、原材料混合物および粉砕メディアの合計容積に対して通常1容量倍〜4容量倍、好ましくは1.2容量倍〜3容量倍である。 As the pulverization container, a container made of a metal material such as stainless steel is usually used, and the inner surface may be coated with a fluorine resin, a silicon resin, a urethane resin, or the like. The internal volume of the grinding container is usually 1 to 4 times, preferably 1.2 to 3 times the volume of the total volume of the raw material mixture and grinding media.
粉砕メディアとしては、例えば直径1mm〜100mm、好ましくは5mm〜50mmのアルミナボール、ジルコニアボールなどが挙げられる。粉砕メディアの使用量は、原材料混合物の使用量に対して通常1質量倍〜1000質量倍、好ましくは5質量倍〜100質量倍である。 Examples of the grinding media include alumina balls and zirconia balls having a diameter of 1 mm to 100 mm, preferably 5 mm to 50 mm. The amount of grinding media used is usually 1 to 1000 times, preferably 5 to 100 times, the amount of the raw material mixture used.
粉砕は、例えば粉砕容器内に原材料混合物および粉砕メディアを投入したのち、粉砕容器を振動させたり、回転させたり、或いはその両方により行われる。粉砕容器を振動または回転させることにより、原材料混合物が粉砕メディアと共に撹拌されて混合されると共に、粉砕される。粉砕容器を振動または回転させるためには、例えば振動ミル、ボールミル、遊星ミルのような通常の粉砕機を用いることができ、工業的規模での実施が容易である点で、振動ミルが好ましく用いられる。粉砕容器を振動させる場合、その振幅は通常2mm〜20mm、好ましくは12mm以下である。粉砕は、連続式で行ってもよいし、回分式で行ってもよいが、工業的規模での実施が容易である点で、連続式で行うことが好ましい。粉砕に要する時間は通常1分〜6時間、好ましくは1.5分〜2時間である。 The pulverization is performed, for example, by pouring the raw material mixture and the pulverization medium into the pulverization container and then vibrating the pulverization container, rotating it, or both. By vibrating or rotating the grinding container, the raw material mixture is stirred and mixed with the grinding media and then ground. In order to vibrate or rotate the pulverization vessel, for example, a normal pulverizer such as a vibration mill, a ball mill, and a planetary mill can be used, and the vibration mill is preferably used because it can be easily implemented on an industrial scale. It is done. When the grinding container is vibrated, the amplitude is usually 2 mm to 20 mm, preferably 12 mm or less. The pulverization may be performed continuously or batchwise, but is preferably performed continuously because it is easy to implement on an industrial scale. The time required for pulverization is usually 1 minute to 6 hours, preferably 1.5 minutes to 2 hours.
原材料混合物を乾式にて粉砕するにあたっては、粉砕助剤、解膠剤などの添加剤を加えてもよい。粉砕助剤としては、例えばメタノール、エタノールプロパノールなどのアルコール類、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類、トリエタノールアミンなどのアミン類、パルチミン酸、ステアリン酸、オレイン酸などの高級脂肪酸類、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素材料などが挙げられ、これらはそれぞれ単独または2種以上を組み合わせて用いられる。 When the raw material mixture is pulverized dry, additives such as a pulverization aid and a peptizer may be added. Examples of the grinding aid include alcohols such as methanol and ethanolpropanol, glycols such as propylene glycol, polypropylene glycol and ethylene glycol, amines such as triethanolamine, and higher fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and oleic acid. Carbon materials such as carbon black and graphite can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
添加剤を用いる場合、その合計使用量は、原材料混合物の使用量100質量部あたり通常0.1質量部〜10質量部、好ましくは0.5質量部〜5質量部、さらに好ましくは0.75質量部〜2質量部である。 When using the additive, the total amount used is usually 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 5 parts by weight, more preferably 0.75, per 100 parts by weight of the raw material mixture. Parts by mass to 2 parts by mass.
一方、湿式混合では、例えば、これらの原材料混合物を混合し、液体媒体中に分散させることで行うことができる。混合機としては通常の液体溶媒中で攪拌処理のみでもよいし、粉砕メディアの共存下に粉砕容器内で攪拌してもよい。 On the other hand, in wet mixing, for example, these raw material mixtures can be mixed and dispersed in a liquid medium. As a mixer, only a stirring process may be performed in a normal liquid solvent, or stirring may be performed in a pulverization container in the presence of pulverization media.
粉砕容器としては通常、ステンレス鋼などの金属材料で構成されたものが用いられ、内表面がフッ素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などでコーティングされていてもよい。粉砕容器の内容積は、原材料混合物および粉砕メディアの合計容積に対して通常1容量倍〜4容量倍、好ましくは1.2容量倍〜3容量倍である。 As the pulverization container, a container made of a metal material such as stainless steel is usually used, and the inner surface may be coated with a fluorine resin, a silicon resin, a urethane resin, or the like. The internal volume of the grinding container is usually 1 to 4 times, preferably 1.2 to 3 times the volume of the total volume of the raw material mixture and grinding media.
湿式混合に溶媒としては通常は水が用いられ、不純物が少ない点で、イオン交換水が好ましい。ただし、溶媒としてこれ以外にも例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノールなどのアルコール類や、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、エチレングリコールなどのグリコール類などの有機溶剤を用いることもできる。溶媒の使用量は、前記混合物量100質量部に対して通常20質量部〜1000質量部、好ましくは30質量部〜300質量部である。 In the wet mixing, water is usually used as a solvent, and ion-exchanged water is preferable from the viewpoint of few impurities. However, organic solvents such as alcohols such as methanol, ethanol, butanol, and propanol, and glycols such as propylene glycol, polypropylene glycol, and ethylene glycol can be used as the solvent. The usage-amount of a solvent is 20 mass parts-1000 mass parts normally with respect to 100 mass parts of said mixture amounts, Preferably it is 30 mass parts-300 mass parts.
粉砕メディアとしては、例えば直径1mm〜100mm、好ましくは5mm〜50mmのアルミナボール、ジルコニアボールなどが挙げられる。粉砕メディアの使用量は、原材料混合物の使用量に対して通常1質量倍〜1000質倍部、好ましくは5質量倍〜100質量倍である。 Examples of the grinding media include alumina balls and zirconia balls having a diameter of 1 mm to 100 mm, preferably 5 mm to 50 mm. The amount of the grinding media used is usually 1 to 1000 times, preferably 5 to 100 times the mass of the raw material mixture.
原材料混合物を湿式にて粉砕するにあたっては粉砕助剤を添加してもよく、粉砕は、例えば粉砕容器内に原材料混合物および粉砕メディアを投入したのち、粉砕容器を振動させたり、回転させたり、或いはその両方により行われる。粉砕容器を振動または回転させることにより、原材料混合物が粉砕メディアと共に撹拌されて混合されると共に、粉砕される。粉砕容器を振動または回転させるためには、例えば振動ミル、ボールミル、遊星ミルなどのような通常の粉砕機を用いることができ、工業的規模での実施が容易である点で、振動ミルが好ましく用いられる。粉砕容器を振動させる場合、その振幅は通常2mm〜20mm、好ましくは12mm以下である。粉砕は、連続式で行ってもよいし、回分式で行ってもよいが、工業的規模での実施が容易である点で、連続式で行うことが好ましい。 When the raw material mixture is pulverized wet, a pulverization aid may be added. For example, after the raw material mixture and pulverization media are put into the pulverization container, the pulverization container is vibrated, rotated, or It is done by both. By vibrating or rotating the grinding container, the raw material mixture is stirred and mixed with the grinding media and then ground. In order to vibrate or rotate the pulverization container, for example, a normal pulverizer such as a vibration mill, a ball mill, a planetary mill, etc. can be used, and a vibration mill is preferable because it can be easily implemented on an industrial scale. Used. When the grinding container is vibrated, the amplitude is usually 2 mm to 20 mm, preferably 12 mm or less. The pulverization may be performed continuously or batchwise, but is preferably performed continuously because it is easy to implement on an industrial scale.
湿式で混合するに際して溶媒には分散剤を添加してもよい。分散剤としては、例えば硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸、シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、ポリカルボン酸アンモニウムなどの界面活性剤などが挙げられる。分散剤を使用する場合、その使用量は溶媒100質量部あたり通常0.1質量部〜20質量部、好ましくは0.2質量部〜10質量部である。 A dispersant may be added to the solvent when mixing in a wet manner. Examples of the dispersant include inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid, organic acids such as oxalic acid, citric acid, acetic acid, malic acid and lactic acid, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, and interfaces such as ammonium polycarboxylate. An active agent etc. are mentioned. When using a dispersing agent, the usage-amount is 0.1 mass part-20 mass parts normally per 100 mass parts of solvent, Preferably it is 0.2 mass part-10 mass parts.
混合後、溶媒を除去することにより、均一に混合された前記混合物を得ることができる。溶媒の除去は通常、溶媒を留去することにより行われる。 After mixing, the solvent can be removed to obtain the uniformly mixed mixture. Removal of the solvent is usually performed by distilling off the solvent.
溶媒を除去するにあたり、室温にて風乾してもよいし、真空乾燥してもよいし、加熱乾燥をしてもよい。乾燥方法は静置乾燥でもよいし、流動乾燥でもよい。加熱乾燥をする際の温度は特に規定しないが、通常50℃以上250℃以下である。加熱乾燥に用いられる機器として、例えば棚段乾燥機、スラリードライヤー、スプレードライヤーなどが挙げられる。 In removing the solvent, it may be air-dried at room temperature, vacuum-dried, or heat-dried. The drying method may be stationary drying or fluidized drying. Although the temperature at the time of heat-drying is not specified in particular, it is usually from 50 ° C to 250 ° C. Examples of equipment used for heat drying include a shelf dryer, a slurry dryer, and a spray dryer.
なお、湿式で混合するにあたり、用いたアルミニウム源化合物等の種類によっては溶媒に溶解することもあるが、溶媒に溶解したアルミニウム源化合物等は溶媒留去により、再び固形分となって析出する。 In addition, although it may be dissolved in a solvent depending on the type of the aluminum source compound used in the wet mixing, the aluminum source compound and the like dissolved in the solvent are precipitated again as a solid content by distilling off the solvent.
このようにしてチタン源化合物、アルミニウム源化合物およびガラスフリット、好ましくはさらにマグネシウム源などを混合することにより原材料混合物を得るが、この原材料混合物は、焼成されることによりチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体になるものである。チタン源化合物、アルミニウム源化合物およびガラスフリットなどは通常、粉末状で原材料混合物中に含まれる。 In this way, a raw material mixture is obtained by mixing a titanium source compound, an aluminum source compound and a glass frit, preferably a magnesium source, and the raw material mixture is sintered to sinter aluminum titanate ceramics. It's something to become a body. The titanium source compound, aluminum source compound, glass frit and the like are usually contained in the raw material mixture in powder form.
若しくは粉末状の原材料混合物を成形して原材料混合物の成形体としてから焼成してもよい。成形体としてから焼成を行うことで、チタン酸アルミニウムの生成を促進することができる。成形に用いる成形機としては、一軸押出成形機、一軸プレス機、打錠機、造粒機などが挙げられる。 Or you may bake, after shape | molding a powdery raw material mixture and making it the molded object of a raw material mixture. The formation of aluminum titanate can be promoted by firing after forming the molded body. Examples of the molding machine used for molding include a single screw extruder, a single screw press, a tableting machine, and a granulator.
一軸押出成形機を用いる際には、原材料混合物に造孔剤、バインダー、潤滑剤や可塑剤、分散剤、溶媒などを添加し、成形することができる。 When using a uniaxial extrusion molding machine, a pore forming agent, a binder, a lubricant, a plasticizer, a dispersing agent, a solvent, and the like can be added to the raw material mixture for molding.
造孔剤としては、例えばグラファイトなどの炭素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチルなどの樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、くるみ殻、コーンなどの植物系材料、氷またはドライアイスなどが挙げられる。
バインダーとしては、例えばメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類、ポリビニルアルコールなどのアルコール類、リグニンスルホン酸塩などの塩、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどのワックス、EVA、ポリエチレン、ポリスチレン、液晶ポリマー、エンジニアリングプラスチックなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。なお、物質によっては造孔剤とバインダーの両方の役割を兼ねるものがある。このような物質としては、成形時には粒子同士を接着して成形体を保形させることができ、その後の焼成時にそれ自身が燃焼して空孔を形成させることができるものであればよく、具体的にはポリエチレンなどが該当する場合がある。
Examples of the pore-forming agent include carbon materials such as graphite, resins such as polyethylene, polypropylene, and polymethyl methacrylate, plant materials such as starch, nut shells, walnut shells, and corn, ice, and dry ice.
Examples of the binder include celluloses such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, and sodium carboxymethylcellulose; alcohols such as polyvinyl alcohol; salts such as lignin sulfonate; waxes such as paraffin wax and microcrystalline wax; EVA, polyethylene, polystyrene, liquid crystal Examples thereof include thermoplastic resins such as polymers and engineering plastics. Some substances may serve as both a pore-forming agent and a binder. As such a substance, any substance can be used as long as it can adhere particles to each other at the time of molding to retain the shape of the molded body, and can burn itself to form pores at the time of subsequent firing. In particular, polyethylene may be applicable.
潤滑剤としては、例えば、グリセリンなどのアルコール系潤滑剤、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、アラギン酸、オレイン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸、ステアリン酸アルミニウムなどのステアリン酸金属塩などが挙げられる。かかる潤滑剤は、通常可塑剤としても機能する。 Examples of the lubricant include alcohol-based lubricants such as glycerin, higher fatty acids such as caprylic acid, lauric acid, palmitic acid, alginic acid, oleic acid and stearic acid, and metal stearates such as aluminum stearate. . Such a lubricant usually also functions as a plasticizer.
溶媒は、通常イオン交換水の他、メタノール、エタノールなどのアルコール類が用いられる。 As the solvent, alcohols such as methanol and ethanol are usually used in addition to ion-exchanged water.
前記原材料混合物或いはその成形体を焼成して、チタン酸アルミニウムやチタン酸アルミニウムマグネシウムなどのチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体を得る場合、焼成温度は通常1300℃以上、好ましくは1400℃以上である。一方、生成されるチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体を加工し易いものにするため、或いはその後粉末状にする場合には、解砕しやすいものにするため、焼結温度は、通常1600℃以下、好ましくは1550℃以下とする。焼成温度までの昇温速度は特に限定されるものではないが、通常は2℃/時間〜500℃/時間である。また焼成途中で、一定温度にて保持する過程を設けてもよい。 When the raw material mixture or a molded body thereof is fired to obtain a sintered body of an aluminum titanate ceramic such as aluminum titanate or aluminum magnesium titanate, the firing temperature is usually 1300 ° C. or higher, preferably 1400 ° C. or higher. . On the other hand, in order to make the sintered body of the aluminum titanate ceramic produced easy to process, or to make it easy to be pulverized afterwards, the sintering temperature is usually 1600 ° C. Hereinafter, it is preferably 1550 ° C. or lower. The rate of temperature increase up to the firing temperature is not particularly limited, but is usually 2 ° C./hour to 500 ° C./hour. Moreover, you may provide the process hold | maintained at fixed temperature in the middle of baking.
焼成は通常、大気中で行われるが、原材料混合物の成分や使用量比によっては、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス中で焼成してもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガスなどのような還元性ガス中で焼成してもよい。また雰囲気中の水蒸気分圧を低くして焼成してもよい。 Firing is usually carried out in the air, but depending on the components of the raw material mixture and the ratio of the amount used, it may be fired in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or carbon monoxide gas, hydrogen gas, etc. You may bake in such reducing gas. Further, the firing may be performed by lowering the water vapor partial pressure in the atmosphere.
焼成は通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行われる。焼成は回分式で行ってもよいし、連続式で行ってもよい。また静置式で行ってもよいし、流動式で行ってもよい。 Firing is usually performed using a conventional firing furnace such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a microwave heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, or a roller hearth furnace. Firing may be performed batchwise or continuously. Moreover, you may carry out by a stationary type and may carry out by a fluid type.
焼成に要する時間は、前記混合物が、チタン酸アルミニウム系セラミックスに遷移するに十分な時間であればよく、前記混合物の量、焼成炉の形式、焼成温度、焼成雰囲気などにより異なるが、通常は10分〜24時間である。 The time required for firing may be sufficient time for the mixture to transition to the aluminum titanate-based ceramics, and varies depending on the amount of the mixture, type of firing furnace, firing temperature, firing atmosphere, etc. Min to 24 hours.
かくして焼成物として目的のチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体を得ることができる。かかる焼結体の研削加工によって最終製品の形態とすることもできる。 Thus, a sintered body of the target aluminum titanate ceramic can be obtained as a fired product. The final product may be formed by grinding the sintered body.
更に塊状の前記セラミックス焼結体を解砕することにより、前記セラミックスの粉末を得ることができる。解砕は、例えば手解砕、乳鉢、ボールミル、振動ミル、遊星ミル、媒体撹拌ミル、ピンミル、ジェットミル、ハンマーミル、ロールミルなどの通常の解砕機を用いて行うことができる。解砕により得られた前記セラミックス粉末は、通常の方法で分級してもよい。かくして得られる前記セラミックス粉末は、概ね球形をしているので、これを取扱う際に、取扱容器などを磨耗させることがない。 Furthermore, the ceramic powder can be obtained by crushing the massive ceramic sintered body. Crushing can be performed using a normal crusher such as hand crushing, mortar, ball mill, vibration mill, planetary mill, medium stirring mill, pin mill, jet mill, hammer mill, roll mill, and the like. The ceramic powder obtained by crushing may be classified by a usual method. Since the ceramic powder thus obtained has a generally spherical shape, the handling container or the like is not worn when the ceramic powder is handled.
更に前記セラミックス粉末を公知の粉末成形技術により顆粒状にすることもできる。 Furthermore, the ceramic powder can be granulated by a known powder molding technique.
本発明の製造方法で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスは、X線回折スペクトルにおいて、チタン酸アルミニウムの結晶パターンを含むものであるが、その他に例えばシリカ、アルミナ、チタニアなどの結晶パターンを含んでいてもよい。チタン酸アルミニウム系セラミックスが、チタン酸アルミニウムマグネシウム(Al2(1−x)MgxTi(1+x)O5)である場合、前記xの値は0.01以上であり、好ましくは0.01以上0.7以下、より好ましくは0.02以上0.5以下である。 The aluminum titanate-based ceramics obtained by the production method of the present invention includes an aluminum titanate crystal pattern in an X-ray diffraction spectrum, but may also include a crystal pattern such as silica, alumina, titania, etc. . When the aluminum titanate ceramic is aluminum magnesium titanate (Al 2 (1-x) MgxTi (1 + x) O 5 ), the value of x is 0.01 or more, preferably 0.01 or more and 0.00. 7 or less, more preferably 0.02 or more and 0.5 or less.
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の実施例の様態のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited only to the aspect of a following example.
なお、各実施例、比較例で得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの熱分解率は、次のように測定した。チタン酸アルミニウム系セラミックス粉末をアルミナルツボに仕込み箱型電気炉にて1100℃で48時間保持することで熱分解評価用チタン酸アルミニウムマグネシウムを得、得られた熱分解評価用チタン酸アルミニウムマグネシウムを粉末X線回折スペクトル〔XRD〕にて2θ=27.4°の位置に現れるピーク〔チタニア・ルチル相(110)面に対応する〕の積分強度(IT)と、2θ=33.7°の位置に現れるピーク〔チタン酸アルミニウム相(230)面およびチタン酸アルミニウムマグネシウム相(230)面に相当する〕の積分強度〔IAT〕とから、式(1)より算出した。
熱分解率(%)=100−100×IAT/(IAT +IT)・・・(1)
In addition, the thermal decomposition rate of the aluminum titanate ceramics obtained in each Example and Comparative Example was measured as follows. Aluminum titanate-based ceramic powder is charged into an alumina crucible and held in a box-type electric furnace at 1100 ° C. for 48 hours to obtain aluminum magnesium titanate for thermal decomposition evaluation, and the obtained aluminum magnesium titanate for thermal decomposition evaluation is powdered The integrated intensity (I T ) of the peak (corresponding to the titania-rutile phase (110) plane) appearing at the position of 2θ = 27.4 ° in the X-ray diffraction spectrum [XRD] and the position of 2θ = 33.7 ° From the integral intensity [I AT ] of the peaks [corresponding to the aluminum titanate phase (230) plane and the aluminum magnesium titanate phase (230) plane) appearing in FIG.
Thermal decomposition rate (%) = 100−100 × I AT / (I AT + I T ) (1)
また、各実施例、比較例で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス中のチタン酸アルミニウム(マグネシウム)化率(以下「AT化率」という。)は、粉末X線回折スペクトルにおける2θ=27.4°の位置に現れるピーク〔チタニア・ルチル相(110)面に対応する〕の積分強度(IT)と、2θ=33.7°の位置に現れるピーク〔チタン酸アルミニウム相(230)面およびチタン酸アルミニウムマグネシウム相(230)面に相当する〕の積分強度〔IAT〕とから、式(2)から算出した。
AT化率(%)=100×IAT/(IAT +IT)・・・(2)
In addition, the aluminum titanate (magnesium) conversion rate (hereinafter referred to as “AT conversion rate”) in the aluminum titanate-based ceramics obtained in each Example and Comparative Example is 2θ = 27.4 ° in the powder X-ray diffraction spectrum. and the integrated intensity of the peak appearing in the position [titania-rutile phase (110) corresponding to the surface] (I T), a peak appears at a position of 2 [Theta] = 33.7 ° [aluminum titanate phase (230) plane and titanate The integrated intensity [I AT ] of the aluminum magnesium phase (230) plane] was calculated from the formula (2).
AT conversion rate (%) = 100 × I AT / (I AT + I T ) (2)
また、各実施例、比較例で得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末は、走査型電子顕微鏡〔SEM〕によりその粒子形状を観察した。 Moreover, the particle shape of the powder of the aluminum titanate ceramics obtained in each Example and Comparative Example was observed with a scanning electron microscope [SEM].
また、各実施例、比較例で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体密度は、次の方法により測定し、評価した。まず各実施例、比較例記載の各金属源化合物を混合または粉砕混合し、得られた原材料混合物3gを一軸プレスにて0.3t/cm2の圧力下で成形することで直径20mmの成形体を作製した。次に、この成形体を箱型電気炉にて昇温速度300℃/h、1450℃で4時間焼成してチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体を得た。この焼結体をアルキメデス法にて測定することで、測定したチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体密度とした。 Moreover, the sintered compact density of the aluminum titanate ceramics obtained in each Example and Comparative Example was measured and evaluated by the following method. First, each metal source compound described in each example and comparative example is mixed or pulverized and mixed, and 3 g of the obtained raw material mixture is molded under a pressure of 0.3 t / cm 2 by a uniaxial press to form a molded body having a diameter of 20 mm. Was made. Next, this compact was fired in a box-type electric furnace at a heating rate of 300 ° C./h for 4 hours at 1450 ° C. to obtain an aluminum titanate ceramic sintered body. By measuring this sintered body by the Archimedes method, the sintered body density of the measured aluminum titanate-based ceramics was obtained.
また、各実施例、比較例で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体の熱膨張係数ならびに収縮率の測定は、次の操作で行った。前記焼結体密度の測定で得られた各実施例、比較例の焼結体から切り出した検体を、200℃/hで600℃まで昇温し熱処理をしたのち、熱機械的分析装置〔TMA (SIIテクノロジー(株)社製 TMA6300)を用いて、室温から1000℃まで600℃/hで昇温させた際の膨張率で、熱膨張係数〔K−1〕を測定し、1000℃から600℃/hで降温させた際の収縮率の最も低い値を収縮率とした。 Moreover, the measurement of the thermal expansion coefficient and shrinkage | contraction rate of the aluminum titanate ceramic sintered body obtained by each Example and a comparative example was performed by the following operation. Samples cut out from the sintered bodies of Examples and Comparative Examples obtained by measuring the sintered body density were heated to 600 ° C. at 200 ° C./h and heat-treated, and then a thermomechanical analyzer [TMA (TII Technology Co., Ltd. TMA6300) was used to measure the coefficient of thermal expansion [K −1 ] when the temperature was increased from room temperature to 1000 ° C. at 600 ° C./h. The lowest value of the shrinkage rate when the temperature was lowered at ° C./h was taken as the shrinkage rate.
〔実施例1〕
チタニア粉末〔デュポン(株)、「R−900」〕20.0g、αアルミナ粉末〔一次粒子径4μm、二次粒子径80μm〕27.4g、マグネシア粉末〔宇部マテリアル(株)、「UC−95M」〕0.8gおよびガラスフリット〔タカラスタンダード(株)製、型番「CF0043」、フッ素含有量1.2wt%〕1.8gを、アルミナビーズ〔直径15mm〕5kgと共にアルミナ製粉砕容器〔内容積3.3L〕に投入した。このチタン酸アルミニウム系セラミックス中のチタン酸アルミニウムマグネシウムのx値は約0.09である。
[Example 1]
Titania powder [DuPont Co., Ltd., “R-900”] 20.0 g, α alumina powder [primary particle size 4 μm, secondary particle size 80 μm] 27.4 g, magnesia powder [Ube Material Co., Ltd., “UC-95M” ] 0.8 g and glass frit (manufactured by Takara Standard Co., Ltd., model number “CF0043”, fluorine content 1.2 wt%) 1.8 g together with 5 kg of alumina beads (diameter 15 mm) [aluminum volume 3 .3L]. The x value of aluminum magnesium titanate in this aluminum titanate ceramic is about 0.09.
これらチタニア粉末、αアルミナ粉末、マグネシア粉末ならびにガラスフリットの前記混合物の合計容積は約50cm3であった。その後、容器を振動ミルにより振幅5.4mm、振動数1760回/分、動力5.4kWにて重力加速度10G相当の条件下にて6分間振動させることにより粉砕容器内の前記混合物を粉砕し、原材料混合物を得た。この原材料混合物のうち5gをアルミナ製ルツボに入れ、大気中、箱型電気炉により昇温速度300℃/時間で1450℃まで昇温し、同温度を4時間保持することにより焼成した。その後、室温まで放冷して、チタン酸アルミニウム系セラミックスを得た。得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスを乳鉢にて解砕することでチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末を得た。粉末X線回折法により、前記粉末のX線回折スペクトルを得たところ、チタン酸アルミニウの結晶ピークを示し、αアルミナの結晶ピークがわずかに見られた。チタニアルチル相の結晶ピークは見られなかった。この粉末のAT化率を求めたところ、100%であった。また、得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの熱分解率を測定したところ14.9%であった。またこの粉末の形状をSEMにて観察したところ、粉末を構成する粒子のほとんどが概ね球形であった。また、焼結体密度を測定したところ3.3g/cm3であり、熱膨張係数は0.8×10−6K−1、収縮率は−0.14%であった。 The total volume of the mixture of these titania powder, α-alumina powder, magnesia powder and glass frit was about 50 cm 3 . Thereafter, the mixture in the pulverization container is pulverized by vibrating the container for 6 minutes under a condition corresponding to a gravitational acceleration of 10 G at a vibration mill with an amplitude of 5.4 mm, a frequency of 1760 times / minute, and a power of 5.4 kW, A raw material mixture was obtained. 5 g of this raw material mixture was placed in an alumina crucible, heated in the atmosphere to 1450 ° C. at a temperature increase rate of 300 ° C./hour with a box-type electric furnace, and fired by maintaining the same temperature for 4 hours. Thereafter, it was allowed to cool to room temperature to obtain an aluminum titanate ceramic. The obtained aluminum titanate ceramics were pulverized in a mortar to obtain aluminum titanate ceramic powders. When an X-ray diffraction spectrum of the powder was obtained by a powder X-ray diffraction method, a crystal peak of aluminum titanate was shown, and a crystal peak of α-alumina was slightly observed. No crystal peak of the titania alkyl phase was observed. The AT conversion rate of this powder was determined to be 100%. Moreover, it was 14.9% when the thermal decomposition rate of the obtained aluminum titanate ceramic was measured. Further, when the shape of the powder was observed with an SEM, most of the particles constituting the powder were almost spherical. Further, the sintered body density was measured to be 3.3 g / cm 3 , the thermal expansion coefficient was 0.8 × 10 −6 K −1 , and the shrinkage rate was −0.14%.
〔比較例1〕
実施例1で用いた原料のガラスフリットをガラスフリット〔タカラスタンダード(株)製、型番「CK0832」、フッ素含有量0.1wt%〕を変えた以外は実施例1と同様に操作し、チタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末を得た。このチタン酸アルミニウム系セラミックスのAT化率を求めたところ100%であった。また、得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの熱分解率を測定したところ23.2%であった。またこのチタン酸アルミニウム系セラミックス粉末の形状をSEMにて観察したところ、粉末を構成する粒子のほとんどが概ね球形であった。また、焼結体密度を測定したところ3.37g/cm3であり、熱膨張係数は1.6×10−6K−1、収縮率は−0.32%であった。
[Comparative Example 1]
The same operation as in Example 1 was carried out except that the raw material glass frit used in Example 1 was changed to a glass frit (manufactured by Takara Standard Co., Ltd., model number “CK0832”, fluorine content 0.1 wt%). An aluminum ceramic powder was obtained. The AT conversion rate of this aluminum titanate ceramic was determined and found to be 100%. Further, the thermal decomposition rate of the obtained aluminum titanate ceramic was measured and found to be 23.2%. Further, when the shape of the aluminum titanate ceramic powder was observed with an SEM, most of the particles constituting the powder were substantially spherical. Further, the density of the sintered body was measured and found to be 3.37 g / cm 3 , the thermal expansion coefficient was 1.6 × 10 −6 K −1 , and the shrinkage rate was −0.32%.
〔比較例2〕
実施例1で用いたガラスフリットを、前記型番「CF0043」のガラスフリットに対してフッ素低減処理を行い、フッ素含有量0wt%としたガラスフリットに変えた以外は実施例1と同様に操作し、チタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末を得た。このチタン酸アルミニウム系セラミックスのAT化率を求めたところ100%であった。また、得られたチタン酸アルミニウム系セラミックスの熱分解率を測定したところ100%であった。またこのチタン酸アルミニウム系セラミックスの粉末の形状をSEMにて観察したところ、粉末を構成する粒子のほとんどが概ね球形であった。また、焼結体密度を測定したところ3.35g/cm3であり、熱膨張係数は0.8×10−6K−1、収縮率は−0.26%であった。
[Comparative Example 2]
The glass frit used in Example 1 was operated in the same manner as in Example 1 except that the glass frit of the model number “CF0043” was subjected to fluorine reduction treatment and changed to a glass frit having a fluorine content of 0 wt%. An aluminum titanate ceramic powder was obtained. The AT conversion rate of this aluminum titanate ceramic was determined and found to be 100%. Moreover, when the thermal decomposition rate of the obtained aluminum titanate ceramic was measured, it was 100%. Further, when the shape of the powder of this aluminum titanate ceramic was observed with an SEM, most of the particles constituting the powder were almost spherical. Further, the sintered body density was measured to be 3.35 g / cm 3 , the thermal expansion coefficient was 0.8 × 10 −6 K −1 , and the shrinkage rate was −0.26%.
なお、実施例1と比較例1で使用したガラスフリットの成分とその割合を、蛍光X線分析装置〔リガク製ZSX Primus II〕にて確認した。その結果は表1のとおりである。 In addition, the component and ratio of the glass frit used in Example 1 and Comparative Example 1 were confirmed with a fluorescent X-ray analyzer [Rigaku ZSX Primus II]. The results are shown in Table 1.
本発明の製造方法で得られるチタン酸アルミニウムまたはチタン酸アルミニウムマグネシウムなどのチタン酸アルミニウム系セラミックスは、産業上様々な用途に用いることができ、例えばルツボ、セッター、コウ鉢、炉材などの焼成炉用冶具、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガス浄化に用いられるフィルターや触媒担体、ビールなどの食品の濾過用フィルター、石油精製時に生じるガス成分、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、酸素などを選択的に透過させるための選択透過フィルター等に用いられるセラミックスフィルター、基板、コンデンサーなどの電子部品などが挙げられる。
Aluminum titanate-based ceramics such as aluminum titanate or aluminum magnesium titanate obtained by the production method of the present invention can be used in various industrial applications, for example, firing furnaces such as crucibles, setters, pots, and furnace materials. Jigs, filters used for exhaust gas purification of internal combustion engines such as diesel engines, gasoline engines, filters for filtering food such as beer, gas components generated during petroleum refining, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, oxygen Examples thereof include ceramic filters used for a selective transmission filter for selectively transmitting light, etc., electronic parts such as a substrate and a capacitor.
Claims (3)
An aluminum titanate-based ceramic powder is obtained by the method according to claim 1 or 2, and the obtained aluminum titanate-based ceramic is crushed.
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