(57)【要約】【課題】熱膨張係数が小さいとうチタン酸アルミニウム焼結体の本来の特性を維持しつつ、従来よりも機械的強度の高い焼結体を提供する。【解決手段】（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の条件を満たす成分を含むことを特徴とするチタン酸アルミニウム系焼結体。（ｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部であって、Ｔｉ含有材料が２５〜７５重量部、Ａｌ含有材料が７５〜２５重量部。（ｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｌｉ含有材料が１〜１０重量部。（ｉｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｍｇ含有材料が１〜１０重量部。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の条件を満たす成分を含むことを特徴とするチタン酸アルミニウム系焼結体。
（ｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部であって、Ｔｉ含有材料が２５〜７５重量部、Ａｌ含有材料が７５〜２５重量部。
（ｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｌｉ含有材料が１〜１０重量部。
（ｉｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｍｇ含有材料が１〜１０重量部。
【請求項２】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料の合計が１００重量部に対して、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣの一種又は二種以上の成分が１５重量部以下で添加されていることを特徴とする、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体。
【請求項３】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物を焼成した後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物に成形助剤を加えて乾燥させた後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【請求項６】
（ｉ）及び（ｉｉ）の条件を満たす成分を含むことを特徴とするチタン酸アルミニウム系焼結体。
（ｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｔｉ含有材料が２５〜７５重量部、Ａｌ含有材料が７５〜２５重量部。
（ｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、ペタライトが１〜１０重量部。
【請求項７】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトの合計が１００重量部に対して、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣの一種又は二種以上の成分が３０重量部以下で添加されていることを特徴とする、請求項６に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体。
【請求項８】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物を焼成した後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物に成形助剤を加えて乾燥させた後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする請求項６又は７に記載のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン酸アルミニウム系焼結体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、熱膨張係数が小さく且つ耐食性に優れた焼結体としてチタン酸アルミニウム焼結体が知られている（特許文献１を参照）。このチタン酸アルミニウム焼結体は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銑鉄などの熔湯用の容器、取り鍋、トユなどの材料として使用した場合に、耐スラグ湿潤性、耐食性、耐スポーリング性等について優れた特性を発揮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２７０９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、チタン酸アルミニウム焼結体は、焼結体を構成する結晶粒に熱膨張係数の異方性があるために、加熱、冷却に伴って結晶粒子界面に応力によるズレが生じ易く、微小クラックや空隙が進行して、機械的強度が低下し易いという欠点がある。このため、従来のチタン酸アルミニウム焼結体では、十分な機械的強度を得ることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱膨張係数が小さいとうチタン酸アルミニウム焼結体の本来の特性を維持しつつ、従来よりも機械的強度の高い焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）の条件を満たす成分を含むことを特徴とするチタン酸アルミニウム系焼結体。
（ｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部であって、Ｔｉ含有材料が２５〜７５重量部、Ａｌ含有材料が７５〜２５重量部。
（ｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｌｉ含有材料が１〜１０重量部。
（ｉｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、Ｍｇ含有材料が１〜１０重量部。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料の合計が１００重量部に対して、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣの一種又は二種以上の成分が１５重量部以下で添加されている。
【０００８】
第３の発明は、第１又は第２の発明のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程を備える。
【０００９】
第４の発明は、第１又は第２の発明のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物を焼成した後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備える。
【００１０】
第５の発明は、第１又は第２の発明のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料、前記Ｌｉ含有材料及び前記Ｍｇ含有材料を含む混合物に成形助剤を加えて乾燥させた後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備える。
【００１１】
第６の発明は、（ｉ）及び（ｉｉ）の条件を満たす成分を含むことを特徴とするチタン酸アルミニウム系焼結体。
（ｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部であって、Ｔｉ含有材料が２５〜７５重量部、Ａｌ含有材料が７５〜２５重量部。
（ｉｉ）Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対して、ペタライトが１〜１０重量部。
【００１２】
第７の発明は、第６の発明において、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトの合計が１００重量部に対して、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣの一種又は二種以上の成分が３０重量部以下で添加されている。
【００１３】
第８の発明は、第６又は第７の発明のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程を備える。
【００１４】
第９の発明は、第６又は第７の発明のチタン酸アルミニウ系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物を焼成した後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備える。
【００１５】
第１０の発明は、第６又は第７の発明のチタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法であって、前記Ｔｉ含有材料、前記Ａｌ含有材料及び前記ペタライトを含む混合物に成形助剤を加えて乾燥させた後に粉砕して粉体を生成する粉体生成工程と、前記粉体生成工程後の粉体を成形する成形工程と、前記成形工程後の成形体を１０００〜１７５０℃の焼成温度で焼成する焼成工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｔｉ含有材料及びＡｌ含有材料にＬｉ含有材料を加えることにより、熱膨張係数が小さいというチタン酸アルミニウム焼結体の本来の特性を維持しつつ、従来よりも機械的強度の高い焼結体を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１及び第２の実施形態に係るチタン酸アルミニウム系焼結体について説明する。これらのチタン酸アルミニウム系焼結体は、宇宙船、宇宙建設物、ロケット等の耐熱タイル及び耐熱材料、飛行物体の外壁に使用する塗料及び炭素繊維、ガラス繊維、チラノ繊維、アラミド繊維、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート、ピーク、エポキシ等高分子繊維及びこれらの複合材料としての耐熱性、樹脂膨潤防止のための複合材料として利用することができる。
また、これらのチタン酸アルミニウム系焼結体は、電子材料、特に耐熱プリント基板、半導体、フィルター、リアクター、コンダクター、トランス等の芯材、フライホイールのシャフト及びその筐体部、風車用ブレード、ジェットエンジン用部材、特に静翼部耐熱タービンブレード、耐熱コーティング材、ミサイルのノーズ及びミサイルブースター部材、戦車、自動車、特殊車両、鉄道車輌、リニアモーターカー、新幹線、高速鉄道部材、ディスクブレーキ全般(自動車、鉄道車輌、特殊車両、リニアモーターカー、飛行物体全般)にも利用することができる。
また、これらのチタン酸アルミニウム系焼結体は、熱電対保護管をはじめとする各種保護管、レードル(ラドル)、鉄鋼用高炉工程における耐熱耐火材料全般、アルミニウム及びアルミニウム合金、チタン合金、マグネシウム等非鉄金属熔解炉付近の部材全般。3D装置を利用した異形形状成形体として利用することができる。
【００１８】
［第１の実施形態］
第１の実施形態のチタン酸アルミニウム系焼結体は、Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料を含むものである。
【００１９】
（原料）
（Ｔｉ含有材料）
本発明に用いられるＴｉ含有材料は、チタンを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくは酸化チタンの粉末である。
【００２０】
酸化チタンとしては、アナターゼ型および/またはルチル型の酸化チタンを使用することができる。具体的には、塩素法によって製造されるルチル型の酸化チタン、および硫酸法によって製造されるアナターゼ型の酸化チタンを使用することができる。一般的なチタン酸アルミニウム系焼結体はアナターゼ型の酸化チタンを用いるが、本発明に係る実施形態では、ルチル型の酸化チタンを用いる。
【００２１】
さらに、Ｔｉ含有材料として、空気中で焼成することにより酸化チタンに導かれる材料を用いることもできる。このような材料としては、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、チタン金属などがあげられる。
【００２２】
（Ａｌ含有材料）
本発明に用いられるＡｌ含有材料は、アルミニウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくはアルミナ（酸化アルミニウム）の粉末である。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などがあげられ、不定形（アモルファス）であってもよい。α型のアルミナが好ましく用いられる。
【００２３】
Ａｌ含有材料としては、空気中で焼成することによりアルミナに導かれる材料の粉末を用いることもできる。このような材料としては、たとえば、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あげられる。
【００２４】
Ｔｉ含有材料としてアナターゼ型またはルチル型の酸化チタンを用い、Ａｌ含有材料として易焼結アルミナα型を用いる場合には、両成分の反応性が良好であるので、短時間、高収率でチタン酸アルミニウムを形成することができる。
【００２５】
該Ｔｉ含有材料とＡｌ含有材料との配合割合は、Ｔｉ含有材料とＡｌ含有材料との合計１００重量部を基準として、Ｔｉ含有材料２５〜７５重量部に対して、該Ａｌ含有材料７５〜２５重量部とする。好ましくは、Ｔｉ含有材料３０〜７０重量部に対して、該Ａｌ含有材料７０〜３０重量部、さらに好ましくはＴｉ含有材料４０〜６０重量部に対して、該Ａｌ含有材料６０〜４０重量部である。
【００２６】
Ａｌ含有材料の配合割合が少なすぎる場合（Ｔｉ含有材料の配合割合が多すぎる場合）には、機械的強度が低下し、熱安定性が劣る場合がある。
【００２７】
Ａｌ含有材料の配合割合が多すぎる場合（Ｔｉ含有材料の配合割合が少なすぎる場合）には、機械的強度は上がるが、線膨張係数も上がる場合がある。
【００２８】
（Ｌｉ含有材料）
本発明に用いられるＬｉ含有材料としては、ペタライト、スポジューメン、炭酸リチウム、および酸化リチウムなどがあげられる。ＬｉおよびＡｌを含有する材料が好ましい。ＬｉおよびＡｌならびにＳｉを含有する材料（例えば、ＬｉおよびＡｌを含有する珪酸塩)がより好ましい。珪酸塩の形態のＬｉ含有材料を用いる場合、焼成によってチタン酸アルミニウム系焼成体が形成される際に、Ｌｉ含有材料中のＳｉの一部が結晶格子に固溶してＡｌと置換する。ＳｉはＡｌよりイオン半径が小さいために周囲の酸素原子との結合距離が短くなり、格子定数は、純粋なチタン酸アルミニウムと比べて小さい値となる。その結果、得られる焼結体は、結晶構造が安定化して、機械的強度が向上し、更に、非常に高い熱的安定性を示すものとなって耐火度が大きく向上するものと考えられる。
【００２９】
Ｌｉ含有材料の含有量は、Ｔｉ含有材料およびＡｌ含有材料の合計１００重量部に対し、１〜１０重量部であることが好ましく、３〜６重量部であることがより好ましい。最も好ましくは、４〜５重量部である。Ｌｉ含有材料の含有量を適切な範囲内に調整することにより、熱膨張係数がよりゼロに近い、すなわち、熱による体積変化がより小さいチタン酸アルミニウム系焼結体を得ることができる。
【００３０】
Ｌｉ含有材料の含有量が少なすぎる場合には、チタン酸アルミニウム系焼結体の熱膨張係数を十分に低減できないことがあり、多すぎる場合には、耐熱性が低下し、またチタン酸アルミニウム系焼結体の機械的強度が低下することがある。さらに、Ｌｉ含有材料の含有量が多すぎても、少なすぎてもヒステリシスが改善しないことがある。
【００３１】
また、ＬｉおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｌｉ含有材料の使用量およびＡｌ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。
【００３２】
（Ｍｇ含有材料）
本発明に使用されるＭｇ含有材料は、マグネシウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。たとえば、酸化マグネシウムの粉末のほか、空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料の粉末があげられる。
【００３３】
空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料としては、たとえば、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あげられる。
【００３４】
Ｍｇ含有材料として、Ａｌ含有材料を兼ねた粉末を用いることもできる。このような粉末としては、例えば、酸化マグネシウムスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）の粉末があげられる。
【００３５】
なお、ＭｇおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｍｇ含有材料の使用量およびＡｌ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。
【００３６】
また、ＭｇおよびＴｉを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｍｇ含有材料の使用量およびＴｉ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。
【００３７】
好ましいＭｇ含有材料は、Ｍｇを含むスピネル型構造を有する酸化物、ＭｇＣＯ３及びＭｇＯである。
【００３８】
Ｍｇを含むスピネル型構造を有する酸化物としては、例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＭｇＴｉ２Ｏ４などがあげられる。このようなスピネル型構造を有する酸化物としては、天然鉱物を用いても良く、或いは、ＭｇＯとＡｌ２Ｏ３を含む原料、ＭｇＯと酸化チタンを含む原料などを焼成して得たスピネル型酸化物を用いてもよい。
【００３９】
Ｍｇ含有材料の含有量は、Ｔｉ含有材料およびＡｌ含有材料の合計１００重量部に対して、１〜１０重量部であることが好ましく、より好ましくは３〜８重量部である。Ｍｇ含有材料を適切な範囲で含有することにより、線膨張係数が安定化し、ヒステリシスが改善する。そのため、熱ショックに対して抵抗性が上がる。
【００４０】
Ｍｇ含有材料の含有量が少なすぎる場合には、耐熱性が低下することがあり、また強度が低下することがある。Ｍｇ含有材料の含有量が多すぎる場合にも強度が低下し、しかも熱膨張性が低下し、高熱によって分解を生じることがある。
【００４１】
Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料としては、それぞれ別個の材料であってもよく、Ｔｉ、Ａｌ、ＬｉおよびＭｇのうちの２種以上の金属成分を含む材料であってもよい。
【００４２】
この材料は、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、酸化マグネシウムセラミックス、チタン酸アルミニウム系焼結体、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックスなどの各種セラミックスの原料として用いられるもののうちから適宜選択される。
【００４３】
好ましい原料として、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＬｉＯ，ＭｇＯなどの酸化物、ＭｇＡｌ2Ｏ4、Ａｌ2ＴｉＯ5、ＭｇとＴｉを含む各スピネル型構造体などの２種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Ａｌ、Ｔｉ及びＭｇからなる群から選ばれた１種又は２種以上の金属成分を含む化合物（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など）などがある。
【００４４】
必要に応じて、上記したＴｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料以外の無機材料を添加剤として使用することもできる。そのような無機材料として、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物１００重量部に対して、１５重量部以下で添加することができる。好ましくは１〜１５重量部であり、さらに好ましくは４〜１０重量部、最も好ましくは３〜６重量部である。
【００４５】
（原料混合物の調製）
本発明の製造方法において、上記Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｍｇ含有材料及びＬｉ含有材料の各原料の粉末を充分に混合し、必要に応じて焼成後、適当な粒径に粉砕される。原料の混合工程、粉砕による粉体生成工程は、特に限定的でなく既知の方法に従って行われる。
【００４６】
例えば、ボールミル、媒体攪拌ミルなどを用いて行われる。上記原料混合物の粉砕の程度は、特に限定的でない。平均粒子径が好ましくは３０μｍ以下、特に好ましくは８〜１５μｍ以下が好適である。これは、二次粒子が形成されない範囲であればできるだけ小さい方が好適である。
【００４７】
上記原料混合物は、このまま焼成することもできるが、好ましくは、最終的な使用形態である成形体に予め成形してから焼成することが好ましい。成形する場合には、上記原料混合物に対して、成形助剤を配合することもできる。成形助剤としては、結合剤、離型剤、消泡剤、及び解こう剤などの既知のものが使用できる。結合剤としては、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどが好ましい。離型剤としては、ステアリン酸エマルジョンなどが、消泡剤としては、ｎ−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノールなどが、解こう剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどが好ましい。これらは原料混合物の混合時に各原料の分散性を上げるために使用される。
【００４８】
成形助剤の使用量は特に限定されない。原料として用いるＡｌ含有材料及びＴｉ含有材料、Ｍｇ含有材料、Ｌｉ含有材料（原料混合物）の各材料の合計１００重量部に対して、いずれも固形物換算でそれぞれ以下の範囲とするのが好適である。
【００４９】
すなわち、結合剤を０．２〜０．６重量部、離型剤を０．２〜０．７重量部、消泡剤を０．５〜１．５重量部、及び解こう剤を０．５〜１．５重量部用いる。上記成形助剤を加えた原料混合物は混合、混練し、成形される。
【００５０】
具体的には、原料混合物に成形助剤を加えてスラリーを得る。このスラリーを乾燥してクリンカーを得る。このクリンカーを粉砕して原料粉末を得る。この原料粉末から成形体を得る。
【００５１】
原料粉末の成形工程についても特に限定はなく、例えば、プレス成形、シート成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、ＣＩＰ成形、ＨＩＰ成形、また最近では３Ｄ（３次元）成形などの公知の成形方法を適宜採用すればよい。
【００５２】
成形体の焼成工程は、一般のセラミックスの焼成方法を用いることができる。
【００５３】
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なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。
【００５４】
焼成するときの雰囲気は、大気中、真空中（１Ｐａ以下の真空度）、窒素雰囲気、還元雰囲気、不活性雰囲気（アルゴン、ネオン、ヘリウムなど）が可能である。好ましくは大気中での焼成である。
【００５５】
焼成温度は、通常１０００〜１７５０℃程度、好ましくは１２００〜１６００℃程度とすればよい。
【００５６】
焼成時間は、特に限定はなく、成形体の形状などに応じて、充分に焼結が進行するまで焼成すれば良く、通常は、上記した温度範囲に１〜１０時間維持すればよい。焼成の際の昇温速度及び降温速度についても、特に限定はなく、焼結体にクラックが入らないような条件を適宜設定すればよい。
【００５７】
上記混合物中に含まれる水分、結合剤などの成形助剤を充分に除去するために急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記した焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、好ましくは７００〜１０００℃の温度範囲において、１０〜３０時間の穏やかな昇温により仮焼結を行うことによって、チタン酸アルミニウム系焼結体が形成する際におけるクラック発生の原因となる焼結体内の応力を緩和することができ、焼結体中のクラックの発生を抑制して均一な焼結体を得ることができる。
【００５８】
上述の方法により、チタン酸アルミニウム系焼結体（以下、単に焼結体ともいう。）を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｍｇ−Ｏ系（好ましくは、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ系）結晶体で表すことができる。本発明の焼結体の原料は、Ａｌ含有材料、Ｔｉ含有材料、Ｍｇ含有材料、およびＬｉ含有材料として、天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｏ以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。
【００５９】
なお、１つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Ａｌ含有材料としてアルミナを用い、Ｔｉ含有材料として酸化チタンを用い、Ｍｇ含有材料として酸化マグネシウムを用い、Ｌｉ含有材料として、ペタライトを用いた場合には、以下の式となる。
【００６０】
（Ａｌ２Ｏ３）ａ（ＴｉＯ２）ｂ（ＭｇＯ）ｃ（Ｌｉ（ＡｌＳｉ４Ｏ１０））ｄ
【００６１】
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。
【００６２】
第１の実施形態の焼結体は、上記したように、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、第１の実施形態の焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。
【００６３】
［第２の実施形態］
第２の実施形態のチタン酸アルミニウム系焼結体は、Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、及びペタライトを含むものである。つまり、第１の実施形態に対して、Ｍｇ含有材料を除き且つＬｉ含有材料をペタライトにしたものが第２の実施形態のチタン酸アルミニウム系焼結体である。
【００６４】
第２の実施形態のＴｉ含有材料及びＡｌ含有材料の配合割合は、第１の実施形態と同じ配合割合であり、Ｔｉ含有材料とＡｌ含有材料との合計が１００重量部を基準として、Ｔｉ含有材料２５〜７５重量部に対して、該Ａｌ含有材料７５〜２５重量部とする。好ましくは、Ｔｉ含有材料３０〜７０重量部に対して、該Ａｌ含有材料７０〜３０重量部、さらに好ましくはＴｉ含有材料４０〜６０重量部に対して、該Ａｌ含有材料６０〜４０重量部である。
【００６５】
第２の実施形態のペタライトの含有量は、第１の実施形態と同じであり、Ｔｉ含有材料およびＡｌ含有材料の合計が１００重量部に対し、１〜１０重量部であることが好ましく、３〜６重量部であることがより好ましい。最も好ましくは、４〜５重量部である。
【００６６】
また、第２の実施形態において、必要に応じて、無機材料を添加剤として使用できることも、第１の実施形態と同じである。上述の無機材料として、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物１００重量部に対して、３０重量部以下添加することができる。好ましくは１〜２５重量部であり、さらに好ましくは１〜１５重量部である。
【００６７】
また、第２の実施形態の原料混合物の調製は、第１の実施形態と同じである。成形助剤の使用量は、原料として用いるＡｌ含有材料及びＴｉ含有材料及びペタライト（原料混合物）の各材料の合計１００重量部に対して、いずれも固形物換算でそれぞれ以下の範囲とするのが好適である。
【００６８】
すなわち、結合剤を０．２〜０．６重量部、離型剤を０．２〜０．７重量部、消泡剤を０．５〜１．５重量部、及び解こう剤を０．５〜１．５重量部用いる。上記成形助剤を加えた原料混合物は混合、混練し、成形される。
【００６９】
また、第２の実施形態の成形工程、焼成工程は、第１の実施形態と同じである。焼成工程の焼成時間、焼成温度は、第１の実施形態と同じである。
【００７０】
このようにして、チタン酸アルミニウム系焼結体（以下、単に焼結体ともいう。）を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｓｉ−Ｏ系結晶体で表すことができる。本発明の焼結体の原料は、Ａｌ含有材料、Ｔｉ含有材料として天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｏ以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。
【００７１】
なお、１つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Ａｌ含有材料としてアルミナを用い、Ｔｉ含有材料として酸化チタンを用い場合には、以下の式となる。
【００７２】
（Ａｌ２Ｏ３）ａ（ＴｉＯ２）ｂ（Ｌｉ（ＡｌＳｉ４Ｏ１０））ｃ
【００７３】
ここで、ａ、ｂ、ｃの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。
【００７４】
第２の実施形態の焼結体は、上記したように、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、第２の実施形態の焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例を用いてより詳細な説明をする。本発明は、その要旨を超えない限り、実施例に限定されるものではない。尚、第１の実施形態が実施例１〜３に対応し、第２の実施形態が実施例４，５に対応する。以下の実施例で用いた材料は、次のとおりである。
【００７６】
（実施例１）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））３０重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））７０重量部、ペタライト４重量部、酸化マグネシウム（宇部マテリアルズ（株））４重量部、適量の温水、解こう剤としてジエタノールアミン１．５重量部、有機バインダーとしてポリビニルアルコール０．１重量部、および消泡剤としてポリプロピレングリコール０．５重量部を混合して、スラリーを得た。
このスラリーを乾燥してクリンカーを得た。このクリンカーをボールミルにて２４時間粉砕し、篩にて分級した。篩サイズ８０〜１００μｍ、平均粒径ｘ＝９０μｍのチタン酸アルミニウム系粉体（原料粉末）を得た。
得られた原料粉末を６０ＭＰａの成形圧でプレスして５０ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。この成形体を大気中で１４５０℃で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
【００７７】
（実施例２）
酸化マグネシウム（宇部マテリアルズ（株））に代えて、酸化マグネシウム（神島化学工業（株））を４重量部用いたこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
【００７８】
（実施例３）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を４０重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を６０重量部、ペタライトを４重量部、酸化マグネシウム（神島化学工業（株））を４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
【００７９】
（実施例４）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を２５重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を５０重量部、溶融シリカを２５０重量部、ペタライトを４重量部、イットリアを０．４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
【００８０】
（実施例５）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を２３重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を６０重量部、溶融シリカを１７０重量部、ペタライトを４重量部、イットリアを０．４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
【００８１】
【表１】
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【００８２】
表１に示すように、実施例１〜５のうち、三点曲げ強度が１００ＭＰａを超えるのは、実施例４，５のみである。溶融シリカは、酸化チタンと易焼結アルミナとペタライトとの合計が１００重量部に対して、１５０〜４００重量部が好ましく、１９０〜３４０重量部がより好ましく、３００〜３３０重量部がさらに好ましい。
であるのが好ましい。また、イットリアは、ペタライトが４重量部に対して、０．１〜１重量部が好ましく、０．３〜０．５重量部がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上、説明したように、本発明は、チタン酸アルミニウム系焼結体及びその製造方法について有用である。