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JPH075361B2 - Aluminum titanate-mullite ceramic body - Google Patents

Aluminum titanate-mullite ceramic body

Info

Publication number
JPH075361B2
JPH075361B2 JP2104394A JP10439490A JPH075361B2 JP H075361 B2 JPH075361 B2 JP H075361B2 JP 2104394 A JP2104394 A JP 2104394A JP 10439490 A JP10439490 A JP 10439490A JP H075361 B2 JPH075361 B2 JP H075361B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum titanate
mullite
ceramic body
thermal
thermal expansion
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2104394A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH038757A (en
Inventor
誠一 浅見
俊行 浜中
節 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2104394A priority Critical patent/JPH075361B2/en
Publication of JPH038757A publication Critical patent/JPH038757A/en
Publication of JPH075361B2 publication Critical patent/JPH075361B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐熱性が高く、耐熱衝撃性と熱衝撃耐久性が
良好な性能を有する、チタン酸アルミニウムとライトと
を主な結晶相とするセラミック体に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention provides aluminum titanate and light, which have high heat resistance and good thermal shock resistance and thermal shock durability, as main crystal phases. The present invention relates to a ceramic body.

(従来の技術) 技術の発展により生ずる新しい社会的問題を解決するた
めの工業技術において、その工業技術に用いる材質に対
して、これまでにないような高度な性能の要求が生じて
いる。
(Prior Art) In an industrial technology for solving a new social problem caused by the development of the technology, a material having a high performance as never before is required for a material used in the industrial technology.

耐蝕性に優れたセラミックスについて、さらに耐熱性お
よび耐熱衝撃性の優れたものが要求されるが、セラミッ
クスの耐熱衝撃性は、材料の熱膨張率、熱伝導率、強
度、弾性率、ポアソン比などの特性に影響されるととも
に、製品の大きさや形状、さらに加熱冷却状態すなわち
熱移動速度にも影響される。耐熱衝撃性に影響するこれ
らの諸特性のうち、特に熱膨張係数の寄与率が大であ
り、とりわけ、熱移動速度が大であるときには、熱膨張
係数のみに、大きく左右されることが知られており、耐
熱衝撃性に優れた低熱膨張率材料の開発が強く望まれる
とともに、同時にその材料の耐熱性の高いものが望まれ
ている。
Ceramics with excellent corrosion resistance are required to have even better heat resistance and thermal shock resistance. The thermal shock resistance of ceramics depends on the thermal expansion coefficient, thermal conductivity, strength, elastic modulus, Poisson's ratio, etc. of the material. In addition to being affected by the characteristics of, the size and shape of the product and the heating / cooling state, that is, the heat transfer rate are also affected. It is known that among these various properties that affect thermal shock resistance, the coefficient of thermal expansion has a particularly large contribution rate, and in particular, when the rate of heat transfer is high, it is greatly influenced only by the coefficient of thermal expansion. Therefore, it is strongly desired to develop a low thermal expansion coefficient material having excellent thermal shock resistance, and at the same time, a material having high heat resistance is desired.

一方チタン酸アルミニウム系の低熱膨張率のセラミック
スは、そのセラミックスを構成する結晶の結晶軸の方向
による熱膨張係数の差が大きく、セラミックスの内部に
熱応力が生じ、これが構成結晶や粒界の強度の限界を越
えると粒内や粒界に微細な亀裂を生ずるため、強度的に
弱いものとなり、製品としてクラックまたは破壊が生じ
易いものとなるから、高強度で低膨張な材料の開発が強
く望まれていた。
On the other hand, aluminum titanate-based ceramics with a low coefficient of thermal expansion have a large difference in the coefficient of thermal expansion depending on the direction of the crystal axes of the crystals that make up the ceramics, and thermal stress is generated inside the ceramics, which is the strength of the constituent crystals and grain boundaries. If the value exceeds the limit, the strength will be weak because minute cracks will be generated in the grains and grain boundaries, and the products will easily crack or break.Therefore, it is strongly desired to develop a material with high strength and low expansion. It was rare.

このような要望に応えるものとして、結晶相の主成分が
酸化マグネシウム−酸化アルミニウム−酸化チタン−酸
化鉄−酸化珪素からなる低膨張セラミックスが開発され
た〔特公昭59−19069号公報〕。
In order to meet such a demand, a low expansion ceramics whose main component of a crystal phase is magnesium oxide-aluminum oxide-titanium oxide-iron oxide-silicon oxide has been developed [Japanese Patent Publication No. 59-19069].

その後、主結晶相としてチタン酸アルミニウムおよびム
ライトを含み、焼結助剤として酸化鉄およびまたは希土
類金属酸化物を用い、チタン酸アルミニウムの低膨張性
を失わない量を添加した材料が開発された〔特開昭60−
36364号公報〕。
Then, a material containing aluminum titanate and mullite as a main crystal phase, iron oxide and / or a rare earth metal oxide as a sintering aid, and added in an amount such that the low expansion of aluminum titanate is not lost was developed. JP 60-
No. 36364].

(発明が解決しようとする課題) 上記のような材料は、高い耐火性、高い耐熱衝撃性、高
い機械的強度を兼ね備え、連続高温下におけるチタン酸
アルミニウムの結晶安定性を配慮した優秀なセラミック
ス体であるが、両公報に示されるような細かい孔が多数
開いているハニカムタイプの触媒コンバーターなどを製
作し、使用すると、使用される熱サイクルにより次第に
寸法が元の寸法よりも大となって元の寸法に戻らなくな
り、亀裂を生じてやがて破壊される。すなわち、熱サイ
クルを経過した場合の耐久性に今一歩劣るという問題点
がある。
(Problems to be Solved by the Invention) The above materials have excellent fire resistance, high thermal shock resistance, and high mechanical strength, and are excellent ceramic bodies in consideration of the crystal stability of aluminum titanate under continuous high temperature. However, if a honeycomb type catalytic converter with many fine holes as shown in both publications is manufactured and used, the size gradually becomes larger than the original size due to the thermal cycle used. It will not return to its original size and will crack and eventually be destroyed. That is, there is a problem that the durability after the heat cycle is inferior.

しかしながら、チタン酸アルミニウム−ムライト系材料
の従来の改良は、連続高温下におけるチタン酸アルミニ
ウムの結晶安定性に重点があり、耐火性、耐熱性、耐熱
衝撃性、高機械的強度を兼ね備えた上で、さらにその熱
サイクル耐久性をも兼ね備えた材料を得ることは、極め
て困難な技術であるという問題点がある。
However, the conventional improvement of aluminum titanate-mullite-based materials is focused on the crystal stability of aluminum titanate under continuous high temperature, and has fire resistance, heat resistance, thermal shock resistance, and high mechanical strength. Further, there is a problem that it is a very difficult technique to obtain a material that also has the thermal cycle durability.

本発明はこの困難な問題点を解決したセラミック体を提
供することを目的とし、特にムライト質のガラス相に着
目して、このムライト系マトリックスのガラス相を極少
にすることを狙いとするものである。
An object of the present invention is to provide a ceramic body that solves this difficult problem, and particularly to focus on the mullite glass phase, and to minimize the glass phase of this mullite matrix. is there.

(課題を解決するための手段) 本発明のチタン酸アルミニウム−ムライト系セラミック
体は、化学組成がMgO:0.8%以下、Al2O3:53〜74%、TiO
2:14〜33%、Fe2O3:1.2〜5%、SiO2:6〜20%、CaO+Na
2O+K2O:0.3%以下であり、焼結体のムライト系マトリ
ックス中のガラス量が焼結体断面で測定して5%以下で
あることを必須の構成とするものである。
(Means for Solving the Problems) The aluminum titanate-mullite ceramic body of the present invention has a chemical composition of MgO: 0.8% or less, Al 2 O 3 : 53 to 74%, TiO 2.
2: 14~33%, Fe 2 O 3: 1.2~5%, SiO 2: 6~20%, CaO + Na
2 O + K 2 O: 0.3% or less, and an essential constitution is that the amount of glass in the mullite matrix of the sintered body is 5% or less measured on the cross section of the sintered body.

そして、40〜800℃間の平均熱膨張係数が−2.0〜2.0×1
0-6/℃であること、40℃から1260℃までの昇温時間6
分、1260℃から40℃までの冷却時間5分の熱サイクルに
40回曝した後の直線寸法増加が1.0%以下であること、
昇温速度5℃/min、冷却速度5℃/minで40〜1260℃〜30
0℃のヒートサイクルで、昇温時の熱膨張曲線値と冷却
時の熱膨張曲線値との同一温度での差の最大値が0.18%
以下であること、さらに、セラミック体がハニカム構造
体であることを好ましい実施態様とするものである。
And the average coefficient of thermal expansion between 40 ~ 800 ℃ -2.0 ~ 2.0 × 1
0 -6 / ℃, heating time from 40 ℃ to 1260 ℃ 6
Min, thermal cycle from 1260 ℃ to 40 ℃ for 5 minutes
The linear dimension increase after exposure 40 times is 1.0% or less,
40 to 1260 ℃ to 30 at a heating rate of 5 ℃ / min and a cooling rate of 5 ℃ / min
In the 0 ° C heat cycle, the maximum value of the difference between the thermal expansion curve value at the time of temperature rise and the thermal expansion curve value at the time of cooling at the same temperature is 0.18%.
The following is a preferable embodiment in which the ceramic body is a honeycomb structure.

なお化学組成の%は重量%で表わしたものである。The chemical composition% is expressed in% by weight.

ここで、焼結体のムライト系マトリックス中のガラス量
が焼結体断面で測定して5%以下であることとは、焼結
体の研磨断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真上で気孔
の面積およびチタン酸アルミニウムの面積を除いたムラ
イト系マトリックスの面積とガラス相の面積をプラニメ
ータで測定し、 ガラス量(面積%)= ガラス相面積/ムライト系マトリックス面積×100 で表わしたものをいう。
Here, the amount of glass in the mullite matrix of the sintered body being 5% or less measured in the cross section of the sintered body means that the polished cross section of the sintered body has pores on a scanning electron microscope (SEM) photograph. The area of the mullite-based matrix and the area of the glass phase excluding the area of and the area of aluminum titanate were measured with a planimeter, and the amount of glass (area%) = glass phase area / mullite-based matrix area x 100 .

従来の材質の一例ではムライト系マトリックス中にはム
ライト結晶で囲まれた多角形の部分があり、この部分の
化学成分を分析すると、部分的なバラツキがあるものの
代表的な値としてSiO2:68%、Al2O3:24%、TiO2:4.4
%、CaO:1.0%、KNaO:2.0%の組成を有する。この組成
はガラス相を形成する組成に相当し、本発明において
は、この部分をムライト系マトリックス中のガラス相と
称することとした。
In an example of a conventional material, there is a polygonal part surrounded by mullite crystals in a mullite matrix, and when the chemical composition of this part is analyzed, there is a partial variation, but a typical value is SiO 2 : 68 %, Al 2 O 3 : 24%, TiO 2 : 4.4
%, CaO: 1.0%, KNaO: 2.0%. This composition corresponds to a composition forming a glass phase, and in the present invention, this portion is referred to as a glass phase in the mullite matrix.

(実施例) 実施例は第1表、第2表に示す通りである。(Examples) Examples are as shown in Tables 1 and 2.

表中のATはチタン酸アルミニウム原料を示し、MUはムラ
イト原料を示す。
In the table, AT indicates aluminum titanate raw material, and MU indicates mullite raw material.

40℃から1260℃までの昇温時間6分、1260℃から40℃ま
での冷却時間5分の熱サイクルに試験体を40回曝す熱サ
イクル試験のヒートカーブは、第1図に示すようなもの
である。これに用いる試験体の大きさは、1.27センチ角
のもので、試験前後の大きさをスーパーマイクロメータ
を用いて精密測定する。
The heat curve of the heat cycle test in which the test piece is exposed 40 times to the heat cycle from 40 ℃ to 1260 ℃ for 6 minutes and cooling time from 1260 ℃ to 40 ℃ for 5 minutes is as shown in Fig. 1. Is. The size of the test piece used for this is 1.27 cm square, and the size before and after the test is precisely measured using a super micrometer.

熱膨張ヒステリシスは焼結体中のマイクロクラックの存
在を示すものとして知られているが、チタン酸アルミニ
ウムセラミックも焼結体中のマイクロクラックによって
大きな熱膨張ヒステリシスを示す。マイクロクラックの
状態を示す熱膨張ヒステリシスと熱サイクルに曝しての
寸法増加とは密接な関係にあり、加熱冷却時の熱膨張曲
線における同一温度での熱膨張率差が0.18%を越えると
熱サイクルによる寸法増加が40サイクル試験で1%を越
える相関があることが実験により確かめられている。
Thermal expansion hysteresis is known to indicate the presence of microcracks in the sintered body, but aluminum titanate ceramic also exhibits large thermal expansion hysteresis due to microcracks in the sintered body. There is a close relationship between the thermal expansion hysteresis, which indicates the state of microcracks, and the increase in dimension after exposure to thermal cycling. If the thermal expansion coefficient difference at the same temperature in the thermal expansion curve during heating and cooling exceeds 0.18%, thermal cycling It has been experimentally confirmed that there is a correlation that the dimensional increase due to the test exceeds 40% in the 40-cycle test.

ムライト系マトリックス中のガラス相の様子を第2図な
いし第5図で示す。
The appearance of the glass phase in the mullite matrix is shown in FIGS.

第2図は従来の材質の焼成されたままのもののSEMによ
る1300倍写真で、ガラス相(1)、ムライト結晶
(2)、チタン酸アルミニウム(3)、気孔(4)が見
られる。第3図はこの従来の材質を後記する1260℃〜40
℃間の熱サイクル250回を経たもののSEMによる1300倍写
真で、ここではムライト系マトリックスなどにおいてガ
ラス相は見られない。第4図は本発明の実施例3の材質
の焼成されたままのもののSEMによる1300倍写真で、ム
ライト系マトリックス中にガラス相は見られない。第5
図は本発明の実施例3の材質のものを後記する1260℃〜
40℃間の熱サイクル250回を経たもののSEMによる1300倍
写真で、ここでは熱サイクルを経た後のものであって
も、チタン酸アルミニウム結晶およびムライト系マトリ
ックスに従来のもののような変化は見られない。
FIG. 2 is a SEM photograph of a conventional material as-fired at 1300 times, showing the glass phase (1), mullite crystals (2), aluminum titanate (3), and pores (4). Fig. 3 shows this conventional material at 1260 ℃ -40
It is a 1300 times photograph by SEM after 250 thermal cycles between ° C. No glass phase is observed in mullite matrix. FIG. 4 is a SEM photograph of the as-fired material of Example 3 of the present invention at 1300 times, in which no glass phase is found in the mullite matrix. Fifth
The figure shows the material of Example 3 of the present invention which will be described later at 1260 ° C.
It is a 1300 times photograph by SEM after 250 thermal cycles between 40 ° C. Even after the thermal cycle, the aluminum titanate crystals and the mullite matrix show the same change as the conventional one. Absent.

また熱膨張係数の測定には、単位面積毎平方センチ当り
80個の細孔を有し、最高の隔壁の厚みが150μmのハニ
カム構造体を押出し、細孔の方向のものとして採取した
長さ50mmのテストピースを用いた。
For measuring the coefficient of thermal expansion,
A honeycomb structure having 80 pores and having the maximum partition wall thickness of 150 μm was extruded, and a test piece having a length of 50 mm, which was sampled in the direction of the pores, was used.

実施例、参考例に用いたチタン酸アルミニウム原料に配
合した単味原料は、精製ルチル、ローソーダアルミナ、
並ソーダアルミナ、酸化鉄、高純度マグネシアであり、
ムライト原料に配合した単味原料は、高純度カオリン、
ローソーダアルミナ、高純度シリカ、高純度アルミナで
ある。
The raw materials blended with the aluminum titanate raw materials used in Examples and Reference Examples are purified rutile, low soda alumina,
Normal soda alumina, iron oxide, high-purity magnesia,
The pure raw material mixed with the mullite raw material is high-purity kaolin,
They are low soda alumina, high-purity silica, and high-purity alumina.

実施例、参考例のその他の特性評価にもハニカム構造体
のものを用いた。
The honeycomb structure was also used for the other property evaluations of the examples and reference examples.

実施例2ないし実施例4および参考例1、参考例5は、
チタン酸アルミニウム原料を1600℃に焼成し、ムライト
原料は生原料として配合したもので、その量比を35:65,
40:60,50:50,65:35,70:30に変化させたものである。こ
れによれば、参考例1においては熱膨張係数が高くな
り、また参考例5においては、ムライト系マトリックス
中のガラス相が増大し熱サイクルによる寸法変化が大と
なり、いずれも性能の低下をきたすから、チタン酸アル
ミニウムとムライトとの量的関係がチタン酸アルミニウ
ム原料を40〜65%、ムライト原料35〜60%の範囲内でな
ければならないことがわかる。
Examples 2 to 4 and Reference Example 1 and Reference Example 5 are
The aluminum titanate raw material was fired at 1600 ° C, and the mullite raw material was blended as a raw material, and the amount ratio was 35:65,
It was changed to 40: 60,50: 50,65: 35,70: 30. According to this, in Reference Example 1, the coefficient of thermal expansion becomes high, and in Reference Example 5, the glass phase in the mullite matrix increases and the dimensional change due to the heat cycle becomes large, which causes deterioration in performance. From the above, it can be seen that the quantitative relationship between aluminum titanate and mullite must be within the range of 40 to 65% for aluminum titanate raw material and 35 to 60% for mullite raw material.

つぎに実施例6と参考例7および参考例8とを比較する
と、特にチタン酸アルミニウム中のアルカリ成分が増加
すると、ムライト系マトリックス中のガラス相が増大
し、熱サイクルによる寸法変化が大となるから、チタン
酸アルミニウム原料中のNa2O+K2Oは0.15%以下である
ことが必要であることがわかる。実施例9と参考例10お
よび参考例11との比較においても同様である。
Next, when Example 6 is compared with Reference Example 7 and Reference Example 8, especially when the alkali component in aluminum titanate increases, the glass phase in the mullite matrix increases, and the dimensional change due to the heat cycle becomes large. From the above, it is understood that Na 2 O + K 2 O in the aluminum titanate raw material needs to be 0.15% or less. The same applies to the comparison between Example 9 and Reference Examples 10 and 11.

実施例9および実施例12と参考例13とを比較すると、Mg
Oの量が1.0%を越えるとムライト系マトリックス中のガ
ラス相が増大し、熱サイクルによる寸法変化が大となる
から、MgOは1%以下でなければならないことがわか
る。
Comparing Example 9 and Example 12 with Reference Example 13, Mg
When the amount of O exceeds 1.0%, the glass phase in the mullite matrix increases and the dimensional change due to thermal cycling becomes large, so it is understood that MgO must be 1% or less.

実施例15および実施例16と、参考例14および参考例17と
を比較すると、チタン酸アルミニウム中のAl2O3が45%
未満でTiO2が50%を越えるときは、熱サイクルによる寸
法変化が大となり、またAl2O3が62.0%を越えTiO2が34
%未満では、熱膨張係数が高くなり、いずれも性能が低
下することがわかる。
Comparing Example 15 and Example 16 with Reference Example 14 and Reference Example 17, it was found that Al 2 O 3 in aluminum titanate was 45%.
When the TiO 2 content exceeds 50%, the dimensional change due to thermal cycling becomes large, and the Al 2 O 3 content exceeds 62.0% and the TiO 2 content exceeds 34%.
When it is less than%, the thermal expansion coefficient becomes high, and it is understood that the performance is deteriorated in all cases.

実施例18および実施例20と参考例19および参考例21とを
比較すると、チタン酸アルミニウム中のFe2O3が7.0%を
越えるとき、またはSiO2が1%を越えるときは、熱サイ
クルによる寸法変化が大となり、性能が低下することが
わかる。
When Example 18 and Example 20 are compared with Reference Example 19 and Reference Example 21, when Fe 2 O 3 in aluminum titanate exceeds 7.0% or when SiO 2 exceeds 1%, it depends on the thermal cycle. It can be seen that the dimensional change becomes large and the performance deteriorates.

つぎに実施例24および実施例25と、参考例23、参考例2
6、参考例27および参考例28とを比較すると、ムライト
原料中のAl2O3が82%を越えるときは、ムライト系マト
リックス中にコランダム結晶が多く混在するようにな
り、熱膨張係数が高くなるが、コランダム結晶が熱膨張
係数に影響しない程度の数%存在するのは差支えない。
Next, Examples 24 and 25, Reference Example 23, and Reference Example 2
Comparing 6, Reference Example 27 and Reference Example 28, when Al 2 O 3 in the mullite raw material exceeds 82%, a large amount of corundum crystals are mixed in the mullite matrix, and the thermal expansion coefficient is high. However, it does not matter that the corundum crystal is present in a few percent to the extent that it does not affect the thermal expansion coefficient.

Al2O3が68%未満であるとムライト系マトリックス中の
ガラス相の量が増大し、熱サイクルによる寸法の増大を
きたす。またSiO2が18%未満であるときは熱膨張係数が
大となり、SiO2が32%を越えるときはムライト系マトリ
ックス中のガラス相が増大して熱サイクルによる寸法の
変化が大となる。また、ムライト原料中のFe2O3+TiO2
+CaO+MgO+Na2O+K2Oが0.8%を越え、特にそのうちの
Na2O+K2Oが0.25%を越えるとムライト系マトリックス
中のガラス相が増大して、熱サイクルによる寸法の変化
が増大する。
When Al 2 O 3 is less than 68%, the amount of glass phase in the mullite-based matrix increases, and the size increases due to thermal cycling. When SiO 2 is less than 18%, the coefficient of thermal expansion becomes large, and when SiO 2 exceeds 32%, the glass phase in the mullite matrix increases and the dimensional change due to thermal cycling becomes large. In addition, Fe 2 O 3 + TiO 2 in the mullite raw material
+ CaO + MgO + Na 2 O + K 2 O exceeds 0.8%, especially
When the content of Na 2 O + K 2 O exceeds 0.25%, the glass phase in the mullite-based matrix increases and the dimensional change due to thermal cycling increases.

つぎに第2表に示すように、実施例3と同じ化学組成
で、チタン酸アルミニウム原料とムライト原料の焼成温
度を変化させたものを、第1表の実施例3、実施例22、
参考例35、第2表の実施例30、実施例31、実施例32、参
考例29、参考例33、参考例34として比較すると、焼成温
度が1550℃未満では熱膨張係数が増大する。1700℃を越
えると製品の焼成変形が大きくなる。チタン酸アルミニ
ウム原料またはムライト原料の焼成温度が素地の焼成温
度よりも高いときは、チタン酸アルミニウムとムライト
相互の物質移動が抑制され、ムライト相の純度を保持す
ることができる。したがって、原料の焼成温度は素地の
焼成温度よりも高いほうが良い。チタン酸アルミニウム
原料、またはムライト原料をともに焼成しないときは、
参考例35にみるように、ムライト系マトリックス中のガ
ラス相の量が増大して、熱サイクルによる寸法の変化が
大となる。
Next, as shown in Table 2, those having the same chemical composition as in Example 3 and different firing temperatures of the aluminum titanate raw material and the mullite raw material were used in Example 3 and Example 22 in Table 1.
Comparing Reference Example 35, Example 30, Example 31, Example 32, Reference Example 29, Reference Example 33, and Reference Example 34 in Table 2, the thermal expansion coefficient increases when the firing temperature is lower than 1550 ° C. If the temperature exceeds 1700 ° C, the firing deformation of the product will increase. When the firing temperature of the aluminum titanate raw material or the mullite raw material is higher than the firing temperature of the base material, the mass transfer between the aluminum titanate and the mullite is suppressed, and the purity of the mullite phase can be maintained. Therefore, the firing temperature of the raw material should be higher than the firing temperature of the green body. When neither aluminum titanate raw material nor mullite raw material is fired,
As seen in Reference Example 35, the amount of the glass phase in the mullite-based matrix increases and the dimensional change due to thermal cycling becomes large.

(発明の効果) 本発明のチタン酸アルミニウム−ムライト系セラミック
体は、上記に詳しく説明したように、従来の材質と同様
1700℃以上の融点で高い耐火性を有し、高い耐熱衝撃性
のものであり、また従来の材質と同等ないしそれ以上の
高い機械的強度を兼ね備えた優秀なセラミックス体であ
り、細かい孔が多数開いているハニカムタイプの触媒コ
ンバーターなどを製作し、使用しても、多数回の熱サイ
クルによっても寸法が元の寸法よりも大となることはな
く、またマイクロクラックの伸張を抑制しているから、
熱サイクルによりやがて破壊されることもなく、チタン
酸アルミニウムが最も熱分解しやすい1100〜1200℃に長
時間保持する等温エージングにおいても、希土類などの
添加元素を用いて、前記のような、チタン酸アルミニウ
ムの熱安定性を目的とした従来の材質よりも結晶相が安
定であり、熱衝撃耐久性も抜群に優れているものが得ら
れ、耐火性、耐熱性、耐熱衝撃性、高機械的強度を兼ね
備えた上で、さらにその熱衝撃耐久性をも兼ね備えた材
料を得るという極めて困難な技術を克服したものであ
る。また、その用途も高温で高い耐熱衝撃性と熱衝撃耐
久性を要求される自動車用セラミックス部材、たとえば
マニホールド装着用のハニカム触媒担体、ポートライナ
ーなどや熱交換体さらにはキルンファニュチュアやその
他の耐熱、耐熱衝撃性セラミック部材として広く応用が
可能であり、その他ガスタービン部品、太陽エネルギー
レシーバー用耐熱セラミック材料、耐火物、化学工業用
陶磁器など耐熱性、耐熱衝撃性、熱衝撃耐久性、耐摩耗
性、耐触性などが要求されるセラミックス材料として広
く用い得るものであることと相俟って、本発明は産業の
発達に寄与するところ極めて大なるものがある。
(Effects of the Invention) As described in detail above, the aluminum titanate-mullite ceramic body of the present invention is similar to conventional materials.
It is an excellent ceramic body with a high melting point of 1700 ° C or higher, high fire resistance, high thermal shock resistance, and high mechanical strength equal to or higher than that of conventional materials. Even if an open honeycomb type catalytic converter is manufactured and used, the size does not become larger than the original size due to many heat cycles, and the expansion of microcracks is suppressed. ,
Even in the case of isothermal aging in which aluminum titanate is most easily thermally decomposed for a long period of time at 1100 to 1200 ° C, which is not easily destroyed by a thermal cycle, even when it is added with an additive element such as a rare earth element, titanic acid is used. The crystal phase is more stable than the conventional material for the thermal stability of aluminum, and it has excellent thermal shock durability, and it has fire resistance, heat resistance, thermal shock resistance, and high mechanical strength. It is a product that overcomes the extremely difficult technique of obtaining a material that also has the thermal shock resistance while also having the above. Further, its application is also a ceramic member for automobiles that is required to have high thermal shock resistance and thermal shock durability at high temperatures, such as a honeycomb catalyst carrier for mounting a manifold, a port liner, a heat exchanger, a kiln fanature and other heat resistant materials, It can be widely applied as a heat shock resistant ceramic member, such as gas turbine parts, heat resistant ceramic materials for solar energy receivers, refractories, ceramics for the chemical industry, heat resistance, heat shock resistance, heat shock durability, wear resistance, Combined with the fact that it can be widely used as a ceramic material that is required to have anticorrosion properties, the present invention contributes to the development of industry and is extremely important.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は熱サイクル試験のヒートカーブを示すグラフ、 第2図は従来の材質の焼成されたままのものの結晶の構
造を示すSEMによる1300倍写真、 第3図はこの従来の材質を1260℃〜40℃間の熱サイクル
250回を経たものの結晶の構造を示すSEMによる1300倍写
真、 第4図は本発明の実施例3の材質の焼成されたままのも
のの結晶の構造を示すSEMによる1300倍写真、 第5図は本発明の実施例3の材質のものを1260℃〜40℃
間の熱サイクル250回を経たものの結晶の構造を示すSEM
による1300倍写真である。
Fig. 1 is a graph showing the heat curve of the heat cycle test, Fig. 2 is a SEM 1300 times photograph showing the structure of the crystal of the conventional material as-fired, and Fig. 3 is the conventional material at 1260 ℃. Thermal cycle between ~ 40 ℃
1300 times photograph by SEM showing a crystal structure after 250 times, FIG. 4 is a 1300 times photograph by SEM showing a crystal structure of the as-fired material of Example 3 of the present invention, and FIG. The material of Example 3 of the present invention is 1260 ° C to 40 ° C.
SEM showing the crystal structure after 250 thermal cycles
It is a 1300 times photograph by.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】化学組成がMgO:0.8%以下、Al2O3:53〜74
%、TiO2:14〜33%、Fe2O3:1.2〜5%、SiO2:6〜20%、
CaO+Na2O+K2O:0.3%以下であり、焼結体のムライト系
マトリックス中のガラス量が焼結体断面で測定して5%
以下であることを特徴とするチタン酸アルミニウム−ム
ライト系セラミック体。
1. A chemical composition of MgO: 0.8% or less, Al 2 O 3 : 53-74.
%, TiO 2 : 14 to 33%, Fe 2 O 3 : 1.2 to 5%, SiO 2 : 6 to 20%,
CaO + Na 2 O + K 2 O: 0.3% or less, and the amount of glass in the mullite matrix of the sintered body is 5% when measured on the cross section of the sintered body.
An aluminum titanate-mullite ceramic body characterized by the following:
【請求項2】40〜800℃間の平均熱膨張係数が−2.0〜2.
0×10-6/℃である特許請求の範囲第1項記載のチタン酸
アルミニウム−ムライト系セラミック体。
2. The average coefficient of thermal expansion between 40 and 800 ° C. is -2.0 to 2.
The aluminum titanate-mullite ceramic body according to claim 1, which has a temperature of 0 × 10 -6 / ° C.
【請求項3】40℃から1260℃までの昇温時間6分、1260
℃から40℃までの冷却時間5分の熱サイクルに40回曝し
た後の直線寸法増加が、1.0%以下である特許請求の範
囲第1項記載のチタン酸アルミニウム−ムライト系セラ
ミック体。
3. A temperature rising time from 40 ° C. to 1260 ° C. for 6 minutes, 1260
The aluminum titanate-mullite ceramic body according to claim 1, which has a linear dimension increase of 1.0% or less after being exposed to a thermal cycle of 50 ° C. to 40 ° C. for a cooling time of 5 minutes for 40 times.
【請求項4】昇温速度5℃/min、冷却速度5℃/minで40
℃〜1260℃〜300℃のヒートサイクルで、昇温時の熱膨
張曲線値と冷却時の熱膨張曲線値との同一温度での差の
最大値が0.18%以下である特許請求の範囲第1項記載の
チタン酸アルミニウム−ムライト系セラミック体。
4. A heating rate of 5 ° C./min and a cooling rate of 5 ° C./min 40
Claim 1 wherein the maximum value of the difference between the thermal expansion curve value at the time of temperature rise and the thermal expansion curve value at the time of cooling at the same temperature is 0.18% or less in a heat cycle of ℃ ~ 1260 ℃ ~ 300 ℃. The aluminum titanate-mullite ceramic body according to the item.
【請求項5】セラミック体がハニカム構造体である特許
請求の範囲第1項記載のチタン酸アルミニウム−ムライ
ト系セラミック体。
5. The aluminum titanate-mullite ceramic body according to claim 1, wherein the ceramic body is a honeycomb structure.
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