JPH02137769A - チタン酸アルミニウム質焼結体の製造方法 - 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、チタン酸アルミニウム質焼結体の製造方法に
関し、低熱Ｊ！１ｒｔｉ性を失わずに機械的強度を向上
させ、さらに８瀉での分解を抑υ１したチタン酸アルミ
ニウム質焼結体の製造方法に係る。

［従来の技術］ チタン酸アルミニウム焼結体は、約１８００℃の高融点
を有し見掛上の熱膨張係数が約２×１０″″６／”Ｃと
小さく、耐熱衝撃性に優れ曲げ強度は常温で約１０ＭＰ
ａ材料であることが知られている（奥田博ら編　構造材
料セラミックス　第１９５頁　オーム社　昭和６２年発
行）。

しかしチタン酸アルミニウム焼結体は、緻密な焼結体を
得ることが困難であり機械的強度が弱くかつ強度にばら
つきが発生しやすい。この焼結体は、各結晶軸方向の熱
膨張を異にするため加熱焼成後の冷却時に結晶粒子の熱
膨張に大きな異方性により、結晶の粒界や粒内にマイク
ロクラックが発生する。このマイクロクラックは繰返し
の熱履歴により成長して機械的強度を低下させるとされ
ている。また熱的性質も７５０〜１３００℃の範囲にお
いてＡｌ２０ｓ（コランダム）とＴｌ０ｚ（ルチル）に
分解しやく、特に還元雰囲気中では熱分解傾向が著しい
などの材質的欠点をもっている。そのため低熱収縮性材
料としての使用上の大きな制約条件となっている。

この問題点を解消するために例えば特開昭６１−２８１
０６６号公報には、チタンン酸アルミニウムに対してｌ
ｆｆ１比で１０〜３０％のケイ酸ジルコニウムを含有さ
せた低膨張セラミックスの開示がある。そしてこのよう
にして得たチタン酸アルミニウム″ＪＲ焼結体は、その
高融点、低熱騒服性を損うことなく高強度をもち熱分解
に対して安定であり、繰返しの熱履歴に対しても機械的
強度の低下が少ないとしている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、前記で得られるチタン酸アルミニウム質焼結
体よりさらに低膨張性で、機械的強度をより向上させ、
ｌＳ潟で安定なチタン酸アルミニウム質焼結体を得る製
造方法を確立することを目的とする。

［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質焼結体の製造方法は、
酸化アルミニウム粉末と酸化チタン粉末またはこれらの
複合酸化物であるチタン酸アルミニウム粉末を主成分と
し、助剤としてベリル（３Ｂｃ３０−ＡＩ　ｔｏ３６ｓ
ｉｏｔ＞粉末を配合した混合粉末を焼結することを特徴
とする。

本発明の製造方法は、酸化チタン粉末と酸化アルミニウ
ム粉末を混合した混合粉末に、助剤のへリルの粉末を配
合して焼結するか、または前取って酸化チタン粉末と酸
化アルミニウム粉末を混合した粉末を焼成した複合酸化
物を粉砕して粉末にして、その粉末に助剤のベリル粉末
を配合した混合粉末を焼結する。

ベリルの粉末は、焼結して単独のセラミックスとすると
、その熱膨）皿の性質がセラミックスのコーディエライ
トに類似した熱ｌｉ撃低抵抗性示す。

そしてその焼結体は、結晶相またはガラス相を形成して
いるとされている。またこの焼結体は、高温で安定であ
り、たとえ＾瀉下で分解が起こって６表面部分にとどま
り緻密な内部までは浸透しない。

このチタン酸アルミニウム粉末に配合されるベリル粉末
のめは、例えば５〜２０重−％の範囲が好ましい。配合
量が５重陽％未満であると添加効果が乏しく、２０重量
％を超えるとベリルの添加効果が添加量に見合って増加
しないためである。

焼結は、前記の混合原料を常法に基づき高温（１５００
℃前後）で加熱して焼結する。焼結は、常圧下でも、加
圧下でおこなってもよい。この際予め前記の原料粉末を
成形しておくことが好ましい。

［作用］ 本発明のチタン酸アルミニウム質焼結体の製造方法は、
酸化アルミニウム粉末と酸化チタン粉末またはこれらの
複合酸化物であるチタン酸アルミニウム粉末に、ベリル
粉末を配合して焼結する方法である。

ベリル粉末ををチタン酸アルミニウムの粉末に配合して
焼成すると通常の助剤と同様にＵ粘体中で結晶相または
ガラス相を形成して分散していると考えられる。そして
この結晶相またはガラス相は、マイクロクラックの成長
を阻止すると考えられる。そして轡られたチタン酸アル
ミニウム質焼結体は、緻密で機械的強度を向上させる。

このためチタン酸アルミニウム質焼結体は低熱膨張率を
保持し、また機械的強度の曲げ強度が向上し、熱安定性
を保持することができる。

［実施例］ 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の複合酸化物粉末にベリルを添加
して形成する方法をＡ法と言う。粒径１μｍ以下の酸化
アルミニウムのコランダム粉末と、粒径１μｍ以下の酸
化チタンのルチル粉末とを等モル酷秤呈して混合じ、大
気中で１５００℃で０゜５時間以上の焼結をおこない、
次いで粉砕して粒径３μｍ以下のチタン酸アルミニウム
の複合酸化物粉末を形成した。このチタン酸アルミニウ
ムの複合酸化物粉末１００重聞部に、粒径１μｍ以下の
ベリルの粉末を第１表に示す混合組成（０〜２５重量％
）で配合しボールミルで粉砕混合して原料粉末試料ＮＯ
，１，３，５，７，９，２０を調製した。なおＮｏ、２
０は比較用でベリルを添加してないチタン酸アルミニウ
ム複合酸化物の粉末である。酸化チタン（ルチル）と酸
化アルミニウム（コランダム）との混合粉末に直接ベリ
ル粉末を配合して形成する方法を方法と言う。前記の粒
径１μｍ以下のコランダムの粉末と、粒径１μｍ以下の
ルチルの粉末を等モル惜秤量して混合した混合粉末１０
０重量部に対して、前記のベリル粉末を前記と同様に第
１表示す混合組成（Ｏ〜２５重階％）で添加しボールミ
ルで粉砕混合しての原料粉末試料Ｎｏ、２．４．６．８
．１０．２１を調製した。なおＮｏ、２１は比較用にベ
リルを添加しないものでＢ法で形成したチタン酸アルミ
ニウム粉末である。

第１表に示す組成割合の混合粉末を、それぞれ金型に充
填し加圧成型機（６００ｋｇｆ／ｃｍ’　）で成形し得
られた圧密体を等方静水圧法（１０００ｋＯｆ／ｃｍ２
　）で更に加圧成形をおこない成形体を得た。次いでこ
の成形体を大気中で１５００℃で０．５時間以上の焼成
をおこない焼結体を製造した。

この各焼結体について、熱膨張係数、四点曲げ強度およ
び分解温度を測定した結果を第１表に示した。なお、分
解温度は２５時間加熱保持した摂、Ｘ線による回折像に
変化の現れ始めた加熱温度とした。

ベリルを含まないＮｏ、２０，２１は、熱膨張係数が１
．ＯＸｌ　０−６／’Ｃ（以下この倍数部分×１０′″
３８℃を省略する）と大きく、四点曲げ強度が１．０．
１．５ＭＰａ　（以下単位のＭＰａを省略する）と小さ
く、かつ分解温度が８００’Ｃと低い。

ベリルの添加量が５．０重量％のＮｏ、　１　（Ａ法）
は、熱１ｉｉ１服係数が０．８、Ｎｏ、２　＜８法）は
０゜９と比較量のＮｏ、２０．２１の１．０より向上し
、四点曲げ強度もＮｏ、１が７．０．Ｎ００２が８．０
と比較量のＮｏ、２０，２１（７）１゜０より高い値を
示し向上している。熱分解温度も比較量のＮｏ、２０．
２１の８００℃に比べて９００℃と９５０℃で１００℃
および１５０’Ｃ上昇している。

ベリルの添加量が１０重虐％であるＮｏ、３（Ａ法）で
は熱膨張係数が０．３、Ｎｏ、　４　（方法〉では０．
２となり比較量のＮｏ、２０．２１の１．０に対して向
上している。四点曲げ強度もＮｏ、３が１０．０、Ｎｏ
、４が１５．ｏと比較量のＮｏ、２０１２１の１．０お
よび１．５より１０倍の値を示し向上している。熱分解
温度も比較量のＮｏ、２０．２１の８００℃に比べてＮ
ｏ。

３、Ｎｏ、４とも１０００℃と２００’ｃ上昇ＬＴいる
。

ベリルの添加量が１５Φ潰％であるＮ０１５（Ａ法）で
は、熱膨張係数が０．３、Ｎｏ、６（方法）では０．３
となり比較量のＮｏ、２０．２１の１．０に対してさら
に向上している。四点曲げ強度むＮｏ、５が３０．０．
Ｎｏ、６が３５゜０と比較量のＮｏ、２０．２１の１．
０および１゜５より１０倍以上の値を示し向上している
。分解温度も比較量のＮｏ、２０１２１の８００℃に比
べてＮｏ、５が１１００℃、Ｎｏ、６が１０００℃と上
昇している。

ベリルの添加ｍが２０重量％であるＮｏ、７（Ａ法）で
は熱膨張係数が０．７、Ｎｏ、　８　（Ｂ沫）では０．
５となり比較量のＮｏ、２０．２１の１．０に対して向
上している。四点曲げ強度もＮｏ、７が２５．０、Ｎｏ
、８が３０．０と比較量のＮｏ、２０，２１の１．０お
よび１．５より１０倍以上の値を示し向トしている。分
解温度ち比ｆｆ品のＮｏ、２０，２１の８００’ＣＧ、
：比ヘテＮｏ、７が１１００℃、Ｎｏ、８が１０００℃
と向上している。

ベリルの添加量が２５重量％であるＮｏ、９〈Ａ法）で
は熱膨張係数が１．０．Ｎｏ、１０（方法）では１．０
となり比較量のＮｏ、２０．２１の１．０と同じ値にな
っている。四点曲げ強度はＮｏ、９が５．０．Ｎｏ、１
０が３．０と比較量のＮｏ、２０．２１の１．０よりは
向上しているがＮ０１１〜８に比べると小さくなってい
る。

分解温度も比較量のＮｏ、２０．２１の８００℃に比べ
てＮｏ、９が８００℃、Ｎｏ、１０が８００℃とほぼ同
じ値となっており、四点曲げ強度以外は比較量と同程度
でありベリルの添加πの範囲が５〜２０重Ｍ％であるこ
とが好ましいこと示している。

また添加方法は、特にその芹について議論することので
きる程度の差ではない。

第１表に示す様にベリルの添加量は、両者の合計で５〜
２０重層％の範囲が熱膨張係数、四点曲げ強度、分解温
度とも優れた焼結体となる。

［発明の効果］ 本発明のヂタン酸アルミニウム賀焼結体は、熱膨張係数
が従来のｉ、ｏｘｉｏ−ａから０．５×１０−６となり
、低熱膨張性が向上し、四点曲げ強度が１．０ＭＰａか
ら３０ＭＰａとなり機械的強度が向上し、熱安定性も８
００℃から１１００℃まで約３００℃向上させることが
できた。

特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　　
　弁理士　大川　宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化アルミニウム粉末と酸化チタン粉末またはこ
   れらの複合酸化物であるチタン酸アルミニウム粉末を主
   成分とし、助剤としてベリル（３ＢｅＯ−Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３６ＳｉＯ＿２）粉末を配合した混合粉末を焼結するこ
   とを特徴とするチタン酸アルミニウム質焼結体の製造方
   法。