JP3185960B2 - 多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法Info
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- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質なチタン酸アル
ミニウム焼結体の製造方法に関する。本発明の多孔質チ
タン酸アルミニウム焼結体は、ディーゼルパティキュレ
ートフィルタなどに利用できる。
ミニウム焼結体の製造方法に関する。本発明の多孔質チ
タン酸アルミニウム焼結体は、ディーゼルパティキュレ
ートフィルタなどに利用できる。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガス中には、デ
ィーゼルパティキュレートと称されるすす状微粒子が含
まれ、大気汚染の一つの原因とされている。そこでディ
ーゼルパティキュレートを除去するフィルタ（以下、Ｄ
ＰＦという）の開発が進められている。
ィーゼルパティキュレートと称されるすす状微粒子が含
まれ、大気汚染の一つの原因とされている。そこでディ
ーゼルパティキュレートを除去するフィルタ（以下、Ｄ
ＰＦという）の開発が進められている。
【０００３】ＤＰＦの機能としては、ディーゼルパティ
キュレートを捕捉するだけではなく、捕捉されたディー
ゼルパティキュレートを燃焼除去して繰り返しの使用に
耐えることが要求される。そこでＤＰＦは一般に多孔質
セラミックスを素材としたハニカム状とされ、細孔中に
ディーゼルパティキュレートを捕捉し、目詰まりにより
圧力損失が高くなるとヒータやバーナで加熱することで
捕捉されたディーゼルパティキュレートを燃焼除去して
再生できる構成とされている。
キュレートを捕捉するだけではなく、捕捉されたディー
ゼルパティキュレートを燃焼除去して繰り返しの使用に
耐えることが要求される。そこでＤＰＦは一般に多孔質
セラミックスを素材としたハニカム状とされ、細孔中に
ディーゼルパティキュレートを捕捉し、目詰まりにより
圧力損失が高くなるとヒータやバーナで加熱することで
捕捉されたディーゼルパティキュレートを燃焼除去して
再生できる構成とされている。
【０００４】なお、ディーゼルパティキュレートの燃焼
開始温度は６００℃程度であるが、堆積量が多い場合に
は再生時の燃焼温度は１１００〜１３００℃にもなる。
そのため急激な温度勾配によりＤＰＦには再生時に熱応
力が発生し、割れたりクラックが生じたりする場合があ
る。このためＤＰＦには１３００℃以上の高い耐熱性
と、高い熱衝撃性が必要であり、このようなＤＰＦ用の
材料としては、例えばコーディエライトや炭化珪素が挙
げられる。
開始温度は６００℃程度であるが、堆積量が多い場合に
は再生時の燃焼温度は１１００〜１３００℃にもなる。
そのため急激な温度勾配によりＤＰＦには再生時に熱応
力が発生し、割れたりクラックが生じたりする場合があ
る。このためＤＰＦには１３００℃以上の高い耐熱性
と、高い熱衝撃性が必要であり、このようなＤＰＦ用の
材料としては、例えばコーディエライトや炭化珪素が挙
げられる。
【０００５】また、これらのセラミックスをＤＰＦとし
て利用するには、ディーゼルパティキュレートを捕捉可
能な細孔をもつ多孔質体とする必要がある。多孔質セラ
ミック焼結体を製造する方法としては、例えば特開平３
ー２０８８７０号公報には、黒鉛や炭素からなる粉粒体
とアルミナなどのセラミック粉末の混合粉末から成形・
焼成することで、粉粒体を燃焼させて多孔質セラミック
焼結体とする製造方法が記載されている。また特開平２
ー６９３６７号公報には、プラスチックビーズなどの有
機物粉末と炭化珪素などのセラミック粉末とから成形体
を形成し、それを仮焼後焼結して多孔質セラミック焼結
体を製造する方法が記載されている。
て利用するには、ディーゼルパティキュレートを捕捉可
能な細孔をもつ多孔質体とする必要がある。多孔質セラ
ミック焼結体を製造する方法としては、例えば特開平３
ー２０８８７０号公報には、黒鉛や炭素からなる粉粒体
とアルミナなどのセラミック粉末の混合粉末から成形・
焼成することで、粉粒体を燃焼させて多孔質セラミック
焼結体とする製造方法が記載されている。また特開平２
ー６９３６７号公報には、プラスチックビーズなどの有
機物粉末と炭化珪素などのセラミック粉末とから成形体
を形成し、それを仮焼後焼結して多孔質セラミック焼結
体を製造する方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】各セラミック材料から
多孔質焼結体としてのＤＰＦを形成して試験すると、コ
ーディエライトは低熱膨張であるので熱衝撃性に優れて
いるが、加熱を繰り返し行なった場合にクラックが発生
したり、１１００〜１３００℃で溶損する場合があり、
再生性に問題があることが明らかとなった。
多孔質焼結体としてのＤＰＦを形成して試験すると、コ
ーディエライトは低熱膨張であるので熱衝撃性に優れて
いるが、加熱を繰り返し行なった場合にクラックが発生
したり、１１００〜１３００℃で溶損する場合があり、
再生性に問題があることが明らかとなった。
【０００７】また炭化珪素は耐熱性と強度に優れている
が、熱膨張係数がコーディエライトの１０〜２０倍と高
く熱応力により割れる場合がある。そこでＤＰＦを分割
形状として熱応力を緩和することも考えられているが、
この場合はシール性に問題がある。また炭化珪素は熱伝
導率が高くヒータ加熱では放熱が大きくなって不十分で
あるため、多くの再生エネルギーを必要とするバーナ加
熱を用いる必要がある。
が、熱膨張係数がコーディエライトの１０〜２０倍と高
く熱応力により割れる場合がある。そこでＤＰＦを分割
形状として熱応力を緩和することも考えられているが、
この場合はシール性に問題がある。また炭化珪素は熱伝
導率が高くヒータ加熱では放熱が大きくなって不十分で
あるため、多くの再生エネルギーを必要とするバーナ加
熱を用いる必要がある。
【０００８】そこで本発明では、新しい材料としてチタ
ン酸アルミニウムを用いることとした。チタン酸アルミ
ニウム焼結体は、コーディエライトと同様に熱膨張係数
の小さい材料である。しかしその熱膨張係数が小さい理
由は従来明らかではなく、多孔質とする技術も確立され
ていない。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであり、チタン酸アルミニウム焼結体の低熱膨張の理
由を解明し、その作用を最大に引き出すことが可能な多
孔質チタン酸アルミニウム焼結体とすることを目的とす
る。
ン酸アルミニウムを用いることとした。チタン酸アルミ
ニウム焼結体は、コーディエライトと同様に熱膨張係数
の小さい材料である。しかしその熱膨張係数が小さい理
由は従来明らかではなく、多孔質とする技術も確立され
ていない。本発明はこのような事情に鑑みてなされたも
のであり、チタン酸アルミニウム焼結体の低熱膨張の理
由を解明し、その作用を最大に引き出すことが可能な多
孔質チタン酸アルミニウム焼結体とすることを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、チタン酸アルミニウムの低熱膨張性は、焼結体の粒
界中に存在するマイクロクラックと大きな関係があるこ
とが明らかとなった。すなわち、チタン酸アルミニウム
の結晶は熱異方性が大きく、ａ軸とｂ軸は正の熱膨張係
数をもつがｃ軸は負の熱膨張係数を有する。そのため焼
成時に高温から室温への冷却時には、結晶軸の熱異方性
によって粒内あるいは粒界にマイクロクラックが導入さ
れる。
ば、チタン酸アルミニウムの低熱膨張性は、焼結体の粒
界中に存在するマイクロクラックと大きな関係があるこ
とが明らかとなった。すなわち、チタン酸アルミニウム
の結晶は熱異方性が大きく、ａ軸とｂ軸は正の熱膨張係
数をもつがｃ軸は負の熱膨張係数を有する。そのため焼
成時に高温から室温への冷却時には、結晶軸の熱異方性
によって粒内あるいは粒界にマイクロクラックが導入さ
れる。
【００１０】ここでチタン酸アルミニウム焼結体が加熱
されると、結晶粒子が熱膨張してもその膨張はマイクロ
クラックの閉塞で吸収される。そのため焼結体は、見掛
け上熱膨張係数が小さくなるのである。そして一般に熱
衝撃抵抗（Ｒ）は次式で表され、熱膨張係数（α）を小
さくすれば熱衝撃抵抗（Ｒ）が増大するのである。 Ｒ＝σ（１−ν）／Ｅα （σ：強度，ν：ポアッソン比，Ｅ：ヤング率） すなわち多孔質の程度を調整するとともに、マイクロク
ラックの発生程度を最適に制御することにより、熱膨張
係数が極めて小さなチタン酸アルミニウム焼結体とする
ことができ、再生時の急激な温度上昇に対しても割れの
発生がない高耐久のＤＰＦを製造することが可能とな
る。
されると、結晶粒子が熱膨張してもその膨張はマイクロ
クラックの閉塞で吸収される。そのため焼結体は、見掛
け上熱膨張係数が小さくなるのである。そして一般に熱
衝撃抵抗（Ｒ）は次式で表され、熱膨張係数（α）を小
さくすれば熱衝撃抵抗（Ｒ）が増大するのである。 Ｒ＝σ（１−ν）／Ｅα （σ：強度，ν：ポアッソン比，Ｅ：ヤング率） すなわち多孔質の程度を調整するとともに、マイクロク
ラックの発生程度を最適に制御することにより、熱膨張
係数が極めて小さなチタン酸アルミニウム焼結体とする
ことができ、再生時の急激な温度上昇に対しても割れの
発生がない高耐久のＤＰＦを製造することが可能とな
る。
【００１１】そこで本発明では、チタン酸アルミニウム
粉末の粒径と燃焼性粉末の粒径及び添加量を最適に制御
することで、得られる多孔質焼結体の熱膨張係数を極め
て小さくすることができたのである。
粉末の粒径と燃焼性粉末の粒径及び添加量を最適に制御
することで、得られる多孔質焼結体の熱膨張係数を極め
て小さくすることができたのである。
【００１２】
【００１３】
【００１４】本発明の多孔質チタン酸アルミニウム焼結
体の製造方法は、平均粒径５〜５０μｍのチタン酸アル
ミニウムの粗大粉末と平均粒径３μｍ以上で５μｍ未満
のチタン酸アルミニウムの微細粉末を３０重量％以下の
量で混合したバイモーダル粉末に平均粒径４０〜１２０
μｍの燃焼性粉末１０〜３０重量％を添加した混合粉末
を成形し、次いで酸化性雰囲気下１５５０℃以下の温度
で焼成することを特徴とする
体の製造方法は、平均粒径５〜５０μｍのチタン酸アル
ミニウムの粗大粉末と平均粒径３μｍ以上で５μｍ未満
のチタン酸アルミニウムの微細粉末を３０重量％以下の
量で混合したバイモーダル粉末に平均粒径４０〜１２０
μｍの燃焼性粉末１０〜３０重量％を添加した混合粉末
を成形し、次いで酸化性雰囲気下１５５０℃以下の温度
で焼成することを特徴とする
【００１５】本発明では、チタン酸アルミニウム粉末に
バイモーダル粉末を用いるところに最大の特徴がある。
このバイモーダル粉末は粒径の大きい粗大粉末と粒径の
小さい微細粉末とから構成されている。このうち粗大粉
末の平均粒径は５〜５０μｍであり、微細粉末の平均粒
径は３μｍ以上で５μｍ未満である。粗大粉末の平均粒
径が５μｍより小さいとバイモーダル粉末を用いた意味
をなさず、多孔質体の気孔径が小さくなる。また５０μ
ｍより大きくなると、強度面で不具合が生じる。
バイモーダル粉末を用いるところに最大の特徴がある。
このバイモーダル粉末は粒径の大きい粗大粉末と粒径の
小さい微細粉末とから構成されている。このうち粗大粉
末の平均粒径は５〜５０μｍであり、微細粉末の平均粒
径は３μｍ以上で５μｍ未満である。粗大粉末の平均粒
径が５μｍより小さいとバイモーダル粉末を用いた意味
をなさず、多孔質体の気孔径が小さくなる。また５０μ
ｍより大きくなると、強度面で不具合が生じる。
【００１６】また微細粉末の平均粒径が３μｍより小さ
くなると、焼結性が向上し、気孔径が小さくなり、５μ
ｍより大きくなるとバイモーダル粉末を用いた意味をな
さず焼結体の強度の向上が不十分となり、熱膨張係数も
大きくなってしまう。微細粉末はバイモーダル粉末中に
３０重量％以下の範囲で添加するのが望ましい。３０重
量％より多く添加すると熱膨張係数が大きくなり、気孔
率も小さくなってしまう。
くなると、焼結性が向上し、気孔径が小さくなり、５μ
ｍより大きくなるとバイモーダル粉末を用いた意味をな
さず焼結体の強度の向上が不十分となり、熱膨張係数も
大きくなってしまう。微細粉末はバイモーダル粉末中に
３０重量％以下の範囲で添加するのが望ましい。３０重
量％より多く添加すると熱膨張係数が大きくなり、気孔
率も小さくなってしまう。
【００１７】燃焼性粉末としては、プラスチック粉末や
木粉などの有機物粉末、あるいはグラファイトやカーボ
ンブラックなどのカーボン粉末などを用いることができ
る。中でも粒径の調整が容易なカーボン粉末を使用する
のが好ましい。 燃焼性粉末の平均粒径は４０〜１２０μ
ｍとされる。平均粒径が４０μｍより小さいと焼結体の
気孔径が小さくなり過ぎ、１２０μｍを超えると焼成時
の収縮率が大きくかえって気孔率が低下してしまう。特
に望ましいのは４０〜１００μｍである。また燃焼性粉
末の添加量は、混合粉末全量中に１０〜３０重量％であ
る。燃焼性粉末の量が１０重量％に満たないと得られる
焼結体の気孔率が小さくなり過ぎ、３０重量％を超えて
添加すると気孔率が大きくなり過ぎ焼結が困難となる場
合がある。特に望ましいのは２０〜３０重量％である。
本発明のもう一つの多孔質チタン酸アルミニウム焼結体
の製造方法は、平均粒径１〜５０μｍのチタン酸アルミ
ニウム粉末に平均粒径１０〜４０μｍの燃焼性粉末１５
〜２０重量％を添加した混合粉末を成形し、非酸化性雰
囲気下１４００〜１６００℃で焼成した後、さらに酸化
性雰囲気下でチタン酸アルミニムの焼結が進行しない６
００〜１０００℃で熱処理し該燃焼性粉末を燃焼させる
ことを特徴とする。
木粉などの有機物粉末、あるいはグラファイトやカーボ
ンブラックなどのカーボン粉末などを用いることができ
る。中でも粒径の調整が容易なカーボン粉末を使用する
のが好ましい。 燃焼性粉末の平均粒径は４０〜１２０μ
ｍとされる。平均粒径が４０μｍより小さいと焼結体の
気孔径が小さくなり過ぎ、１２０μｍを超えると焼成時
の収縮率が大きくかえって気孔率が低下してしまう。特
に望ましいのは４０〜１００μｍである。また燃焼性粉
末の添加量は、混合粉末全量中に１０〜３０重量％であ
る。燃焼性粉末の量が１０重量％に満たないと得られる
焼結体の気孔率が小さくなり過ぎ、３０重量％を超えて
添加すると気孔率が大きくなり過ぎ焼結が困難となる場
合がある。特に望ましいのは２０〜３０重量％である。
本発明のもう一つの多孔質チタン酸アルミニウム焼結体
の製造方法は、平均粒径１〜５０μｍのチタン酸アルミ
ニウム粉末に平均粒径１０〜４０μｍの燃焼性粉末１５
〜２０重量％を添加した混合粉末を成形し、非酸化性雰
囲気下１４００〜１６００℃で焼成した後、さらに酸化
性雰囲気下でチタン酸アルミニムの焼結が進行しない６
００〜１０００℃で熱処理し該燃焼性粉末を燃焼させる
ことを特徴とする。
【００１８】この発明では非酸化性雰囲気下で焼成した
後、さらに酸化性雰囲気下でチタン酸アルミニムの焼結
が進行しない温度範囲で熱処理し、燃焼性粉末を燃焼さ
せるところに最大の特徴を有する。ここで用いられるチ
タン酸アルミニウム粉末の平均粒径は、１〜５０μｍで
ある。チタン酸アルミニウム粉末の粒径が１μｍより小
さいと、焼結体の気孔径が小さくなり過ぎＤＰＦとした
場合の圧力損失が大きくなる。また粒径が５０μｍより
大きくなると、気孔率が大きくなり過ぎて強度面で不具
合がある。特に望ましいのは１０〜２０μｍの範囲であ
る。
後、さらに酸化性雰囲気下でチタン酸アルミニムの焼結
が進行しない温度範囲で熱処理し、燃焼性粉末を燃焼さ
せるところに最大の特徴を有する。ここで用いられるチ
タン酸アルミニウム粉末の平均粒径は、１〜５０μｍで
ある。チタン酸アルミニウム粉末の粒径が１μｍより小
さいと、焼結体の気孔径が小さくなり過ぎＤＰＦとした
場合の圧力損失が大きくなる。また粒径が５０μｍより
大きくなると、気孔率が大きくなり過ぎて強度面で不具
合がある。特に望ましいのは１０〜２０μｍの範囲であ
る。
【００１９】また燃焼性粉末の平均粒径は１０〜４０μ
ｍ、添加量は１５〜２０重量％とされる。平均粒径が１
０μｍより小さかったり添加量が１５重量％より少ない
と気孔率が小さくなり、４０μｍを超えたり２０重量％
を超えると気孔率が大きくなって強度が低下する。な
お、焼結温度は１４００〜１６００℃の範囲を利用でき
る。
ｍ、添加量は１５〜２０重量％とされる。平均粒径が１
０μｍより小さかったり添加量が１５重量％より少ない
と気孔率が小さくなり、４０μｍを超えたり２０重量％
を超えると気孔率が大きくなって強度が低下する。な
お、焼結温度は１４００〜１６００℃の範囲を利用でき
る。
【００２０】
【作用】本発明の多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の
製造方法では、チタン酸アルミニウム粉末の粒径と、燃
焼性粉末の粒径及び添加量を請求項１記載の範囲とする
ことにより、焼結体中の気孔とマイクロクラックを最適
に制御することができる。これにより、気孔率が３０〜
５０％で熱膨張係数の小さな多孔質焼結体を製造するこ
とができる。
製造方法では、チタン酸アルミニウム粉末の粒径と、燃
焼性粉末の粒径及び添加量を請求項１記載の範囲とする
ことにより、焼結体中の気孔とマイクロクラックを最適
に制御することができる。これにより、気孔率が３０〜
５０％で熱膨張係数の小さな多孔質焼結体を製造するこ
とができる。
【００２１】そしてチタン酸アルミニウム粉末に請求項
１記載の範囲でバイモーダル粉末を用いれば、粒界では
微細粉末を介して局部的に焼結が促進され強度が向上す
る。またそれに伴ってマイクロクラックが増加すると考
えられ、一層小さな熱膨張係数をもつ焼結体が得られ
る。さらに請求項２記載のように非酸化性雰囲気で焼結
すると、燃焼性粉末はそのまま残存した状態でチタン酸
アルミニウム粉末が焼結される。その後酸化性雰囲気で
熱処理することにより、燃焼性粉末は燃焼して気孔が形
成される。したがってこの製造方法では、焼結時には燃
焼性粉末の存在により収縮が阻止されるので、燃焼性粉
末の粒径に応じた気孔を形成することができ、気孔の制
御が極めて容易である。また酸化性雰囲気で焼成する場
合に比べて、少ない燃焼性粉末量で同程度の気孔率とす
ることができる。
１記載の範囲でバイモーダル粉末を用いれば、粒界では
微細粉末を介して局部的に焼結が促進され強度が向上す
る。またそれに伴ってマイクロクラックが増加すると考
えられ、一層小さな熱膨張係数をもつ焼結体が得られ
る。さらに請求項２記載のように非酸化性雰囲気で焼結
すると、燃焼性粉末はそのまま残存した状態でチタン酸
アルミニウム粉末が焼結される。その後酸化性雰囲気で
熱処理することにより、燃焼性粉末は燃焼して気孔が形
成される。したがってこの製造方法では、焼結時には燃
焼性粉末の存在により収縮が阻止されるので、燃焼性粉
末の粒径に応じた気孔を形成することができ、気孔の制
御が極めて容易である。また酸化性雰囲気で焼成する場
合に比べて、少ない燃焼性粉末量で同程度の気孔率とす
ることができる。
【００２２】
【実施例】以下、参考例及び実施例により具体的に説明
する。 （参考例１） SiO2６wt%,Fe2O32wt%,残部Al2TiO5(Al2O3+T5O2) からな
る原料を１５００℃で加熱することによってチタン酸ア
ルミニウムを合成し、これを粉砕し、表１に示す各種平
均粒径の原料粉末を調製した。次に各粉末に対して、平
均粒径４０μｍの人造黒鉛粉末２０重量％を混粉した。
混粉は、ポリエチレン製ポットに鉄芯入りラバーボール
を用いたボールミルに原料粉末、黒鉛粉末、水及び分散
剤を投入し、湿式にて２４時間混合した。なお各粉末の
平均粒径は、レーザー光散乱式粒度分布計を用いて測定
した。
する。 （参考例１） SiO2６wt%,Fe2O32wt%,残部Al2TiO5(Al2O3+T5O2) からな
る原料を１５００℃で加熱することによってチタン酸ア
ルミニウムを合成し、これを粉砕し、表１に示す各種平
均粒径の原料粉末を調製した。次に各粉末に対して、平
均粒径４０μｍの人造黒鉛粉末２０重量％を混粉した。
混粉は、ポリエチレン製ポットに鉄芯入りラバーボール
を用いたボールミルに原料粉末、黒鉛粉末、水及び分散
剤を投入し、湿式にて２４時間混合した。なお各粉末の
平均粒径は、レーザー光散乱式粒度分布計を用いて測定
した。
【００２３】それぞれの混粉を乾燥後、バインダーを加
えて造粒し、５００kg/cm2の圧力で金型成形して５×５
×５０mmの試験片形状の成形体をそれぞれ作製した。そ
してそれぞれの成形体を、大気中にて１４００〜１５５
０℃の範囲の所定温度で４時間焼成し、チタン酸アルミ
ニウム焼結体としての試験片を作製した。得られた各試
験片について、気孔率、４０〜１０００℃における平均
熱膨張係数及び４点曲げ強度を測定し、結果を表１に示
す。
えて造粒し、５００kg/cm2の圧力で金型成形して５×５
×５０mmの試験片形状の成形体をそれぞれ作製した。そ
してそれぞれの成形体を、大気中にて１４００〜１５５
０℃の範囲の所定温度で４時間焼成し、チタン酸アルミ
ニウム焼結体としての試験片を作製した。得られた各試
験片について、気孔率、４０〜１０００℃における平均
熱膨張係数及び４点曲げ強度を測定し、結果を表１に示
す。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１より、チタン酸アルミニウムの原料粉
末の粒径が大きく、焼成温度が低いほど気孔率が高くな
っていることがわかる。ＤＰＦとして望ましいとされる
気孔率は３０〜５０％であるが、それを満たす焼成温度
は、原料粉末粒径が２０μｍでは１５００℃以下、１０
〜１３μｍでは１４５０℃以下、３〜７μｍでは１４０
０℃であった。また粒径が７μｍ以下では焼結により閉
気孔も存在するので、ＤＰＦとして必要な気孔率を維持
するためには、２０μｍの原料粉末であれば１５００℃
以下、１０〜１３μｍの原料粉末であれば１４００〜１
４５０℃が適している。
末の粒径が大きく、焼成温度が低いほど気孔率が高くな
っていることがわかる。ＤＰＦとして望ましいとされる
気孔率は３０〜５０％であるが、それを満たす焼成温度
は、原料粉末粒径が２０μｍでは１５００℃以下、１０
〜１３μｍでは１４５０℃以下、３〜７μｍでは１４０
０℃であった。また粒径が７μｍ以下では焼結により閉
気孔も存在するので、ＤＰＦとして必要な気孔率を維持
するためには、２０μｍの原料粉末であれば１５００℃
以下、１０〜１３μｍの原料粉末であれば１４００〜１
４５０℃が適している。
【００２６】また熱膨張係数をみると、粒径が２０μｍ
の原料粉末では１４００℃程度の低温焼成でも1.0 ×10
-6／℃以下の低熱膨張係数を維持することができる。し
かし粒径が３μｍの原料を低温で焼成すると、熱膨張係
数は3 〜4 ×10-6／℃と大きくなってしまう。これは、
粒径が大きいほどマイクロクラックが増大しやすく、結
果として熱膨張係数が低くなるものと考えられる。
の原料粉末では１４００℃程度の低温焼成でも1.0 ×10
-6／℃以下の低熱膨張係数を維持することができる。し
かし粒径が３μｍの原料を低温で焼成すると、熱膨張係
数は3 〜4 ×10-6／℃と大きくなってしまう。これは、
粒径が大きいほどマイクロクラックが増大しやすく、結
果として熱膨張係数が低くなるものと考えられる。
【００２７】さらに強度に関しては、原料粉末粒径が小
さいほど高い強度を示し、７μｍ以上の粒径では焼成温
度が高くなるほど強度は向上している。ところが３μｍ
の粒径では、焼成温度が上昇すると強度は逆に低下して
いる。これは、粒径が小さい場合には低温でも焼結が進
行して高い強度となるが、高温では粒成長に伴ってマイ
クロクラックが生成し、それによる強度低下が支配した
ものと考えられる。 （参考例２）参考例１ における平均粒径２０μｍのチタン酸アルミニ
ウム粉末に、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表２に
示す１０〜５０重量％の範囲で混合した混合粉末から、
参考例１と同様に成形体を形成した。それぞれの成形体
を大気中にて１４５０〜１５５０℃で４時間焼成し、そ
れぞれの焼結体の気孔率を測定した結果を表２に示す。
さいほど高い強度を示し、７μｍ以上の粒径では焼成温
度が高くなるほど強度は向上している。ところが３μｍ
の粒径では、焼成温度が上昇すると強度は逆に低下して
いる。これは、粒径が小さい場合には低温でも焼結が進
行して高い強度となるが、高温では粒成長に伴ってマイ
クロクラックが生成し、それによる強度低下が支配した
ものと考えられる。 （参考例２）参考例１ における平均粒径２０μｍのチタン酸アルミニ
ウム粉末に、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表２に
示す１０〜５０重量％の範囲で混合した混合粉末から、
参考例１と同様に成形体を形成した。それぞれの成形体
を大気中にて１４５０〜１５５０℃で４時間焼成し、そ
れぞれの焼結体の気孔率を測定した結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】 表２より、カーボン粉末が１０重量％以下であると気孔
率は２０％以下となり、ＤＰＦとして使用するには圧力
損失が大きいため好ましくない。またカーボン粉末を３
０重量％を超えて添加すると、焼成時の収縮により気孔
率は５０％に達していない。 （実施例１）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が表３に示すよ
うに０〜５０重量％の範囲で混合されたチタン酸アルミ
ニウムのバイモーダル粉末に対して、平均粒径４０μｍ
のカーボン粉末２０重量％をそれぞれ添加した混合粉末
を用い、参考例１と同様にしてそれぞれの成形体を作製
した。そして１４５０℃と１５５０℃にてそれぞれ４時
間焼成し、得られたそれぞれの試験片について参考例１
と同様に気孔率、平均熱膨張係数及び４点曲げ強度を測
定した。結果を表３に示す。
率は２０％以下となり、ＤＰＦとして使用するには圧力
損失が大きいため好ましくない。またカーボン粉末を３
０重量％を超えて添加すると、焼成時の収縮により気孔
率は５０％に達していない。 （実施例１）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が表３に示すよ
うに０〜５０重量％の範囲で混合されたチタン酸アルミ
ニウムのバイモーダル粉末に対して、平均粒径４０μｍ
のカーボン粉末２０重量％をそれぞれ添加した混合粉末
を用い、参考例１と同様にしてそれぞれの成形体を作製
した。そして１４５０℃と１５５０℃にてそれぞれ４時
間焼成し、得られたそれぞれの試験片について参考例１
と同様に気孔率、平均熱膨張係数及び４点曲げ強度を測
定した。結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】 表３より、１４５０℃及び１５５０℃のいずれにおいて
も、微細粉末の添加により強度が向上している。これ
は、粗大粉末中に混在した微細粉末を介して、粒界で局
部的に焼結が促進されたことに起因していると推察され
る。
も、微細粉末の添加により強度が向上している。これ
は、粗大粉末中に混在した微細粉末を介して、粒界で局
部的に焼結が促進されたことに起因していると推察され
る。
【００３０】また、平均熱膨張係数に関しては、微細粉
末がいずれの添加量であっても、１５５０℃で焼結した
ものの方が小さい値を示している。また微細粉末の添加
量が増加するにつれて熱膨張係数は低下し、添加量が３
０重量％程度で最低となるものの、５０重量％では再び
増大している。これは以下のような機構によるものと考
えられる。
末がいずれの添加量であっても、１５５０℃で焼結した
ものの方が小さい値を示している。また微細粉末の添加
量が増加するにつれて熱膨張係数は低下し、添加量が３
０重量％程度で最低となるものの、５０重量％では再び
増大している。これは以下のような機構によるものと考
えられる。
【００３１】すなわち微細粉末の添加によって局部的に
粒成長が促進され、それに伴うマイクロクラックの増加
により熱膨張係数が低下する。しかしさらに微細粉末の
添加量が増えると、微細粉末が多くなり過ぎると焼成体
の粒径の増大が抑制されてマイクロクラックの発生が抑
制されたものと考えられる。したがってバイモーダル粉
末を用いる場合は、微細粉末の添加量を３０重量％程度
とすることが望ましい。
粒成長が促進され、それに伴うマイクロクラックの増加
により熱膨張係数が低下する。しかしさらに微細粉末の
添加量が増えると、微細粉末が多くなり過ぎると焼成体
の粒径の増大が抑制されてマイクロクラックの発生が抑
制されたものと考えられる。したがってバイモーダル粉
末を用いる場合は、微細粉末の添加量を３０重量％程度
とすることが望ましい。
【００３２】さらに気孔率については、１４５０℃で焼
成した方が１５５０℃で焼成したものより５％程度高
い。そして微細粉末の添加量が増えるにつれて気孔率は
低下している。したがって３０％以上の気孔率とするた
めには、１４５０℃で焼成する場合の微細粉末添加量は
５０重量％以下とし、１５５０℃で焼成する場合は３０
重量％以下とするのが望ましい。 （実施例２）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、表４に示す平均粒径４０〜１２０μｍのカーボン
粉末を２０〜４０重量％混合した混合粉末を用い、参考
例１と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。そして
大気中で１５５０℃にてそれぞれ４時間焼成し、得られ
たそれぞれの試験片について参考例１と同様に気孔率、
平均熱膨張係数及び４点曲げ強度を測定した。結果を表
４に示す。
成した方が１５５０℃で焼成したものより５％程度高
い。そして微細粉末の添加量が増えるにつれて気孔率は
低下している。したがって３０％以上の気孔率とするた
めには、１４５０℃で焼成する場合の微細粉末添加量は
５０重量％以下とし、１５５０℃で焼成する場合は３０
重量％以下とするのが望ましい。 （実施例２）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、表４に示す平均粒径４０〜１２０μｍのカーボン
粉末を２０〜４０重量％混合した混合粉末を用い、参考
例１と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。そして
大気中で１５５０℃にてそれぞれ４時間焼成し、得られ
たそれぞれの試験片について参考例１と同様に気孔率、
平均熱膨張係数及び４点曲げ強度を測定した。結果を表
４に示す。
【００３３】
【表４】 表４より、カーボン粉末の粒径と添加量を変化させるこ
とにより、気孔率や強度ばかりでなく、熱膨張係数まで
も制御できることがわかる。 （実施例３）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表５に示すよ
うに５〜３０重量％混合した混合粉末を用い、参考例１
と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。この成形体
を０．０１ｔｏｒｒの真空炉内で１４００〜１６００℃
で４時間焼成した。
とにより、気孔率や強度ばかりでなく、熱膨張係数まで
も制御できることがわかる。 （実施例３）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表５に示すよ
うに５〜３０重量％混合した混合粉末を用い、参考例１
と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。この成形体
を０．０１ｔｏｒｒの真空炉内で１４００〜１６００℃
で４時間焼成した。
【００３４】次に、さらに大気中で６００〜１０００℃
で２時間熱処理し、焼結体中に残存するカーボン粉末を
燃焼除去した。得られたそれぞれの試験片について参考
例１と同様に気孔率と４点曲げ強度を測定し、さらに焼
結前後における成形体と焼結体の体積の測定から収縮率
を算出した。結果を表５に示す。
で２時間熱処理し、焼結体中に残存するカーボン粉末を
燃焼除去した。得られたそれぞれの試験片について参考
例１と同様に気孔率と４点曲げ強度を測定し、さらに焼
結前後における成形体と焼結体の体積の測定から収縮率
を算出した。結果を表５に示す。
【００３５】
【表５】 （実施例４）参考例１ と同様の平均粒径２０μｍの粗大粉末に、参考
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表６に示すよ
うに５〜３０重量％混合した混合粉末を用い、参考例１
と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。この成形体
をアルゴンガスないし窒素ガス雰囲気で１４００〜１６
００℃で４時間焼成した。
例１と同様の平均粒径３μｍの微細粉末が３０重量％添
加されたチタン酸アルミニウムのバイモーダル粉末に対
して、平均粒径４０μｍのカーボン粉末を表６に示すよ
うに５〜３０重量％混合した混合粉末を用い、参考例１
と同様にしてそれぞれの成形体を作製した。この成形体
をアルゴンガスないし窒素ガス雰囲気で１４００〜１６
００℃で４時間焼成した。
【００３６】次に、さらに大気中で６００〜１０００℃
で２時間熱処理し、焼結体中に残存するカーボン粉末を
燃焼除去した。得られたそれぞれの試験片について参考
例１と同様に気孔率と４点曲げ強度を測定し、さらに焼
結前後における成形体と焼結体の体積の測定から収縮率
を算出した。結果を表６に示す。
で２時間熱処理し、焼結体中に残存するカーボン粉末を
燃焼除去した。得られたそれぞれの試験片について参考
例１と同様に気孔率と４点曲げ強度を測定し、さらに焼
結前後における成形体と焼結体の体積の測定から収縮率
を算出した。結果を表６に示す。
【００３７】
【表６】 表５及び表６より、いずれの焼結体においても収縮率は
４％以内であり、大気中で焼成した場合のように大きな
収縮はみられなかった。これは、減圧下やアルゴンガス
あるいは窒素ガス雰囲気下での焼結ではカーボン粉末の
燃焼が生じないため、カーボン粉末の抵抗で収縮が阻止
されるからである。そして大気中での熱処理時には、カ
ーボン粉末は燃焼除去されるものの温度が低いため、さ
らなる焼結が防止されているからである。
４％以内であり、大気中で焼成した場合のように大きな
収縮はみられなかった。これは、減圧下やアルゴンガス
あるいは窒素ガス雰囲気下での焼結ではカーボン粉末の
燃焼が生じないため、カーボン粉末の抵抗で収縮が阻止
されるからである。そして大気中での熱処理時には、カ
ーボン粉末は燃焼除去されるものの温度が低いため、さ
らなる焼結が防止されているからである。
【００３８】すなわち、焼結体の気孔率はカーボン粉末
の添加量によってほぼ制御可能であることがわかる。
の添加量によってほぼ制御可能であることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】すなわち本発明の多孔質チタン酸アルミ
ニウム焼結体の製造方法によれば、最適の気孔率をも
ち、低熱膨張性で強度に優れた焼結体を容易にかつ安定
して製造することができる。そして得られた焼結体はコ
ーディエライトより低熱膨張性であるので、この製造方
法をＤＰＦの製造に適用することにより、耐久性に優れ
かつ再生時の破損や溶損のないＤＰＦを製造することが
できる。さらに、１０００℃の再生温度にも耐えるので
再生効率が極めて高く、気孔径の分布が比較的均一であ
るため圧力損失の低減が容易となり小型化や軽量化にも
寄与する。
ニウム焼結体の製造方法によれば、最適の気孔率をも
ち、低熱膨張性で強度に優れた焼結体を容易にかつ安定
して製造することができる。そして得られた焼結体はコ
ーディエライトより低熱膨張性であるので、この製造方
法をＤＰＦの製造に適用することにより、耐久性に優れ
かつ再生時の破損や溶損のないＤＰＦを製造することが
できる。さらに、１０００℃の再生温度にも耐えるので
再生効率が極めて高く、気孔径の分布が比較的均一であ
るため圧力損失の低減が容易となり小型化や軽量化にも
寄与する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−311360（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−201073（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−187578（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−215375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 38/00 - 38/10 C04B 35/46
Claims (2)
- 【請求項１】平均粒径５〜５０μｍのチタン酸アルミニ
ウムの粗大粉末と平均粒径３μｍ以上で５μｍ未満のチ
タン酸アルミニウムの微細粉末を３０重量％以下の量で
混合したバイモーダル粉末に平均粒径４０〜１２０μｍ
の燃焼性粉末１０〜３０重量％を添加した混合粉末を成
形し、次いで酸化性雰囲気下１５５０℃以下の温度で焼
成することを特徴とする多孔質チタン酸アルミニウム焼
結体の製造方法。 - 【請求項２】平均粒径１〜５０μｍのチタン酸アルミニ
ウム粉末に平均粒径１０〜４０ミクロンの燃焼性粉末１
５〜２０重量％を添加した混合粉末を成形し、非酸化性
雰囲気下１４００〜１６００℃で焼成した後、さらに酸
化性雰囲気下でチタン酸アルミニムの焼結が進行しない
６００〜１０００℃で熱処理し該燃焼性粉末を燃焼させ
ることを特徴とする多孔質チタン酸アルミニウム焼結体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28237893A JP3185960B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28237893A JP3185960B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07138083A JPH07138083A (ja) | 1995-05-30 |
| JP3185960B2 true JP3185960B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=17651624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28237893A Expired - Fee Related JP3185960B2 (ja) | 1993-11-11 | 1993-11-11 | 多孔質チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法 |
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| US8114354B2 (en) * | 2007-12-18 | 2012-02-14 | Basf Corporation | Catalyzed soot filter manufacture and systems |
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| WO2009122532A1 (ja) | 2008-03-31 | 2009-10-08 | イビデン株式会社 | ハニカム構造体 |
| JPWO2009122536A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2011-07-28 | イビデン株式会社 | ハニカム構造体の製造方法 |
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| EP2202211A4 (en) * | 2008-03-31 | 2011-09-28 | Ibiden Co Ltd | HONEYCOMB STRUCTURE |
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| WO2010098347A1 (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 京セラ株式会社 | ハニカム構造体およびガス処理装置 |
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| JP2011177661A (ja) * | 2010-03-02 | 2011-09-15 | Seiko Epson Corp | 金属製フィルターおよび金属製フィルターの製造方法 |
-
1993
- 1993-11-11 JP JP28237893A patent/JP3185960B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH07138083A (ja) | 1995-05-30 |
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