JP2010215489A - チタン酸アルミニウム系セラミックス - Google Patents

Abstract

【課題】良好な機械的強度を示すチタン酸アルミニウム系セラミックスを提供すること。
【解決手段】本発明は、チタニウム元素、アルミニウム元素およびタングステン元素を含む原材料混合物を焼成して得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスである。好ましくは、上記タングステン元素の含有量が、上記原材料混合物１００質量部に対して０．００１〜１．０質量部であるチタン酸アルミニウム系セラミックスである。
【選択図】なし

Description

本発明は、高強度なチタン酸アルミニウム系セラミックスに関する。

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（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２２（２００２）Ｐ１８１１−１８２２（非特許文献１））、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。

かかるチタン酸アルミニウム系セラミックスとしては、チタニアなどのチタニウム源およびアルミナなどのアルミニウム源を含む粉末状の原材料混合物を焼成する方法が知られている（例えば、国際公開第２００５−１０５７０４号公報（特許文献１））。

しかしながら、かかる従来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、機械的強度が必ずしも十分とはいえなかった。

国際公開第２００５−１０５７０４号公報

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２２（２００２）Ｐ１８１１−１８２２

本発明は、良好な機械的強度を示すチタン酸アルミニウム系セラミックスを提供することを課題とする。

本発明は、チタニウム元素、アルミニウム元素およびタングステン元素を含む原材料混合物を焼成して得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスである。
である。

上記タングステン元素の含有量が、上記原材料混合物１００質量部に対して０．００１〜１．０質量部であることが好ましい。

また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、さらに、マグネシウム元素を含むことが好ましい。

また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、組成式［ＭｇｘＡｌ₂（１−ｘ）Ｔｉ（１＋ｘ）Ｏ₅］（式中；０＜ｘ＜１）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを含むことが好ましい。

また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、１３００〜１６５０℃の温度で焼成されることにより得られるものであることが好ましい。また、成形体であることが好ましい。

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、原材料混合物の合計質量１００質量部に対して０．００１〜１．０質量部のタングステン元素を含有することにより、良好な機械的強度を有する。

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、少なくともチタニウム元素およびアルミニウム元素を含み、さらに、タングステン元素を通常０．００１〜１．０量部含有するものである。このような範囲量の上記金属を含有することにより、機械的強度に優れたチタン酸アルミニウム系セラミックスとすることができる。タングステン元素の含有量は、原材料混合物の合計質量１００質量部に対して、通常０．００１〜１．０質量部であり、より好ましくは０．００５〜０．８質量部である。ここで、原材料混合物とは、金属原料だけでなく造孔剤などの添加剤を含む全ての原材料の混合物である。また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、さらに、マグネシウム元素を含むことが好ましい。

また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、組成式［Ｍｇ_XＡｌ₂（１−ｘ）Ｔｉ（１＋ｘ）Ｏ₅］（式中；０＜ｘ＜１）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを含むことが好ましく、式中、ｘの値は０．０１以上であることが好ましく、より好ましくは０．０１以上０．７以下、最も好ましくは０．０２以上０．５以下である。また、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、さらにケイ素を含むことが好ましい。

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックス（粉末または成形体など）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。

（チタニウム源）
本発明のセラミックスは、チタニウム源、アルミニウム源およびタングステン源を含む原材料を焼成することにより得ることができる。チタニウム源はチタン元素を含有し、アルミニウム源と共に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を合成できる原材料であれば特に限定されないが、好ましくは酸化チタンである。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。

チタニウム源としては、これを空気中で焼成することによりチタニア（酸化チタン）に導かれる化合物を用いることもできる。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。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。

チタニウム源としては、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。チタニウム源は、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。チタニウム源としては、通常は、粉末状のチタン源粉末が用いられる。

（アルミニウム源）
アルミニウム源は、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セラミックスを合成できる原材料であれば特に限定されないが、好ましくはアルミナである。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などが挙げられ、アモルファスであってもよいが、好ましくはα型である。

アルミニウム源としては、空気中で焼成することによりアルミナに導かれる化合物を用いることもできる。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。

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。無機塩としては、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。有機塩としては、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。

アルミニウムアルコキシドとしては、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。

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。

アルミニウム源粉末としては、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。アルミニウム源は、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。アルミニウム源は通常、粉末状のアルミニウム源粉末で用いられる。

（タングステン源）
本発明のセラミックスは、チタニウム源、アルミニウム源およびタングステン源を含む原材料を焼成することにより得ることができる。タングステン源としては、タングステン元素を含有し、焼成によるチタン酸アルミニウム系セラミックスの生成を阻害しない化合物を用いることができ、例えば、灰重石、鉄マンガン重石等の鉱物、タングステン錯体、タングステン化合物、タングステン塩（塩化タングステン、臭化タングステン、ヨウ化タングステン等）、タングステン酸塩、三酸化タングステン、パラタングステン酸アンモニウム、炭化タングステン、窒化タングステンなどが挙げられる。

タングステン源として金属状タングステンを用いることもでき、単体のタングステン金属のほか、鉄との合金を用いてもよい。

タングステン源としては、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。タングステン源は、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。タングステン源は通常、粉末状のタングステン源粉末が用いられる。

（マグネシウム源）
本発明のセラミックスはマグネシウム元素を含んでいてもよい。このようなセラミックスは、マグネシウム源を含む原材料を焼成することにより得ることができる。マグネシウム源は、マグネシウムを含有し焼成によるチタン酸アルミニウム系セラミックスの生成を阻害しないもの、好ましくはチタニウム源およびアルミニウム源と共にチタン酸アルミニウムマグネシウムに導かれるものであれば特に限定されないが、例えば、マグネシア（酸化マグネシウム）などのような、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を含む粉末が挙げられ、好ましくはマグネシアである。

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。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、ピロりん酸マグネシウム、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。また、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。

マグネシウム源として、アルミニウム源を兼ねた原材料を用いることもできる。このような原材料としては、例えば、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）が挙げられる。

マグネシウム源としては、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。マグネシウム源は、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。マグネシウム源としては通常、粉末状のマグネシウム源粉末が用いられる。

（ケイ素源）
本発明のセラミックスはケイ素元素を含んでいてもよい。このようなセラミックスは、ケイ素源を含む原材料を焼成することにより得ることができる。ケイ素源は、ケイ素元素を含有し焼成によるチタン酸アルミニウム系セラミックスの生成を阻害しない原材料であれば特に限定されないが、好ましくは酸化ケイ素である。酸化ケイ素としては、二酸化ケイ素、一酸化ケイ素などが挙げられる。

ケイ素源としては、空気中で焼成することにより酸化ケイ素（シリカ）に導かれる化合物を用いることもできる。かかる化合物としては、例えばケイ酸、炭化ケイ素、窒化ケイ素、硫化ケイ素、四塩化ケイ素、酢酸ケイ素、ケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナトリウム、長石、ガラスフリットなどが挙げられる。

具体的なケイ素源としては、工業的に入手が容易であり、成分組成が安定している等の点から、ガラスフリットなどが好適に用いられる。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、ケイ酸ガラスなどが挙げられ、一般的なケイ酸（二酸化ケイ素、ＳｉＯ₂）を主成分（全成分中５０質量％以上）とするケイ酸ガラスが好適に用いられる。ケイ酸ガラス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。ガラス自体の耐熱水性を向上させるためにＺｒＯ₂が含有されていることが好ましく、添加量は０．１質量％以上、１０質量％以下であることが好ましい。

また、ケイ素源として、アルミニウム源を兼ねた原材料を用いることもできる。このような原材料としては、例えば、長石が挙げられる。

ケイ素源は、１種のみが用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。ケイ素源は、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。ケイ素源として通常は、粉末状のケイ素源粉末が用いられる。

（製造方法）
本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得るための製造方法としては、種々公知の方法を用いることができ、例えば、上記各原材料の粉末を混合し、得られた原材料混合物を焼成することにより得るチタン酸アルミニウム系セラミックスを得る方法が挙げられる。この場合、各原材料の粉末を混合する方法としても、種々公知の方法を用いることができ、乾式雰囲気にて混合を行なう方法（乾式混合法）、湿式雰囲気で混合を行なう方法（湿式混合法）のいずれを用いてもよい。

（原材料の混合工程）
乾式雰囲気で混合する場合は、例えば、上記の各原材料粉末を混合し、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、粉砕メディアの共存下に粉砕容器内で撹拌することによって原材料粉末の粉砕を同時に行なってもよい。

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のアルミナビーズ、ジルコニアビーズなどが挙げられる。

混合と同時に原材料粉末の粉砕を行なう場合は、例えば、粉砕容器内に原材料粉末を粉砕メディアと共に投入した後に、粉砕容器を振動させたり、回転させたりすることにより、原材料粉末が混合されると同時に粉砕される。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、高速回転粉砕機などのピン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。原材料粉末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。

湿式雰囲気で混合する場合は、例えば、ケイ素源粉末等の原材料粉末を溶媒中に分散させた状態で他の原材料粉末と混合すればよく、通常はケイ素源粉末が溶媒に分散された状態で他の原材料粉末と混合される。

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。

湿式混合法においては、媒体撹拌ミル、ボールミル、振動ミルなどの粉砕機を用いて混合することが好ましい。

また、湿式混合法としては、例えば、通常の液体溶媒中での攪拌処理のみを行なう方法が挙げられる。液体溶媒としては、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またはイオン交換水などを用いることができ、より好ましくはイオン交換水である。

また、湿式混合法においても、粉砕メディアの共存下に粉砕容器内で撹拌することによって原材料粉末の粉砕を同時に行なってもよい。例えば、粉砕容器内に原材料粉末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、回転させることにより粉砕を行ってもよい。

また、原材料粉末を湿式にて粉砕するにあたって、粉砕メディアとは別に粉砕助剤、解膠剤などの添加剤を加えてもよい。上述のような湿式雰囲気での混合を行なった後、溶媒を除去することにより、原材料の混合物を得ることができる。

（焼成工程）
本発明の製造方法においては、上述のようにして得られた粉末状の原材料混合物に対して、粉末状のままで焼成を行なってから成形体としてもよく、原材料混合物を成形した後に焼成を行なってもよい。また、粉末状の原材料混合物を焼成した後に成形体を得て、さらに該成形体を焼成してもよい。

焼成温度は、通常１３００℃以上、好ましくは１４００℃以上であり、また、通常１６５０℃以下、好ましくは１５５０℃以下である。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１℃／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良い。室温までの降温速度は、特に限定されるものではないが、通常１℃／時間〜５００℃／時間である。

焼成は、通常、大気中で行われるが、用いる原材料粉末、すなわち、チタニウム源粉末、アルミニウム源粉末およびマグネシウム源粉末と、ケイ素源粉末の種類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。

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。

焼成に要する時間は、原材料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のに十分な時間であればよく、原材料混合物の量、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。

焼成体として、塊状のチタン酸アルミニウム系セラミックスが得られる場合は、さらにその焼成物を解砕することにより、チタン酸アルミニウム系セラミックス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チタン酸アルミニウム系セラミックス粉末は、通常の方法で分級してもよい。

上述の方法により、目的とするチタン酸アルミニウム系セラミックスを得ることができる。

（成形工程）
本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックッスは、焼成前に、通常用いられる成形方法により成形体とされていてもよく、成形方法としては、たとえば、一軸成形や押し出し成形などが挙げられる。成形に用いる成形機としては、一軸プレス、押出成形機、打錠機造粒機などが挙げられる。

押出し成形を行う際には、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。造孔剤としては、グラファイト等の炭素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂類、でんぷん、ナッツ殻、クルミ殻、コーンなどの植物系材料、氷またはドライアイス等などが挙げられる。バインダーとしては、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等のワック、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。潤滑剤や可塑剤としては、グリセリンなどのアルコール類、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Ａｌなどのステアリン酸金属塩などが挙げられる。溶媒としては、通常イオン交換水等の水が用いられ、イオン交換水等は温度調整されたものを用いることが好ましい。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物質が挙げられ、具体的にはポリエチレンなどが挙げられる。

原材料混合物の成形により得られる成形体の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、ハニカム構造体、球状構造体、立方構造体、長方ブロック構造体などが挙げられ、この中でもハニカム構造体であることが好ましい。尚、押出成形の際には、原材料混合物の混練にともなう金属の磨耗により、押出成形装置の表面からステンレス鋼等の金属片が原料および成形体に混入する可能性が有る。

本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスは、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排ガスフィルターや触媒担体、ビールなどの飲食物の濾過に用いる濾過フィルター、石油精製時に生じるガス成分、例えば、一酸化炭素、二酸化炭素や窒素、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などの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に用いられる。

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。

（チタン酸アルミニウム化率の測定）
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・ルチル相面に対応する］の積分強度（Ｉ_T）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面およびチタン酸アルミニウムマグネシウム相面に相当する］の積分強度［Ｉ_AT］とから、式（１）：

ＡＴ化率（％）＝１００×Ｉ_AT／（Ｉ_AT＋Ｉ_T） ・・・（１）

により算出した。

（チタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の機械的強度測定）
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成形体（原材料混合物の成形体を焼成したもの）の機械的強度（三点曲げ強度）は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じる方法で測定した。

（実施例１）
原料粉末として以下のものを用いた。各成分の「質量部」は、原料粉末の合計量を１００質量部としたときの値である。

＜原料粉末＞
（１）アルミニウム源粉末
酸化アルミニウム粉末（コランダム型結晶） ２４質量部
（２）チタニウム源粉末
酸化チタン粉末（ルチル型結晶） ４０質量部
（３）タングステン源粉末
酸化タングステン ０．４質量部
（４）マグネシウム源粉末
マグネシアスピネル粉末 １５質量部
（５）ケイ素源粉末
ガラスフリット（タカラスタンダード社製「ＣＫ０８３２」）
３．２質量部
（６） 添加剤
ポリエチレン粉末 ９．１質量部
メチルセルロース系粉末 ８．９質量部

アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、タングステン源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末（合計量１００ｇ）と、添加剤とを上記の割合で、アルミナビーズ［直径１５ｍｍ］５００ｇと共にプラスチック製容器［内容積１Ｌ］に投入した。その後、容器をボールミルにより回転数８０ｒｐｍにて４時間回転させることにより容器内の原料を混合し、原材料混合物を得た。得られた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、１５〜２５０時間の期間に亘り、最高温度を１４５０℃とし、最高温度の保持時間を４時間として電気炉内で焼成し、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得た。

粉末Ｘ線回折法により、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のＡＴ化率を求めたところ、１００％であった。

これとは別に、本例で得られる上記原材料混合物２ｇを一軸プレスにて０．３ｔ/ｃｍ²の圧力下で成形することで長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度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成形体を得た。その後、室温まで降温速度３００℃/ｈで冷却させ、電気炉からチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体を取り出した。このチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の三点曲げ強度は６．４ＭＰａであった。

（比較例１）
原料粉末として以下のものを用いた。各成分の「質量部」は、原料粉末の合計量を１００質量部としたときの値である。

＜原料粉末＞
（１）アルミニウム源粉末
酸化アルミニウム粉末（コランダム型結晶） ２４質量部
（２）チタニウム源粉末
酸化チタン粉末（ルチル型結晶） ４０質量部
（３）タングステン源粉末
酸化タングステン １．６質量部
（４）マグネシウム源粉末
マグネシアスピネル粉末 １５質量部
（５）ケイ素源粉末
ガラスフリット（タカラスタンダード社製「ＣＫ０８３２」）
３．２質量部
（６） 添加剤
ポリエチレン粉末 ９．１質量部
メチルセルロース系粉末 ８．９質量部

アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、タングステン化合物、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末（合計量１００ｇ）と、添加剤とを上記の割合で、アルミナビーズ［直径１５ｍｍ］５００ｇと共にプラスチック製容器［内容積１Ｌ］に投入した。その後、容器をボールミルにより回転数８０ｒｐｍにて４時間回転させることにより容器内の原料を混合し、原材料混合物を得た。得られた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、１５〜２５０時間の期間に亘り、最高温度を１４５０℃とし、最高温度の保持時間を４時間として電気炉内で焼成し、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得た。

粉末Ｘ線回折法により、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のＡＴ化率を求めたところ、１００％であった。

これとは別に、本例で得られる上記原材料混合物２ｇを一軸プレスにて０．３ｔ/ｃｍ²の圧力下で成形することで長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度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成形体を得た。その後、室温まで降温速度３００℃/ｈで冷却させ、電気炉からチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体を取り出した。このチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の三点曲げ強度は４．１ＭＰａであった。

（比較例２）
原料粉末として以下のものを用いた。各成分の「質量部」は、原料粉末の合計量を１００質量部としたときの値である。

＜原料粉末＞
（１）アルミニウム源粉末
酸化アルミニウム粉末（コランダム型結晶） ２４質量部
（２）チタニウム源粉末
酸化チタン粉末（ルチル型結晶） ４０質量部
（３）マグネシウム源粉末
マグネシアスピネル粉末 １５質量部
（４）ケイ素源粉末
ガラスフリット（タカラスタンダード社製「ＣＫ０８３２」）
３．２質量部
（５） 添加剤
ポリエチレン粉末 ９．１質量部
メチルセルロース系粉末 ８．９質量部

アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末（合計量１００ｇ）と、添加剤とを上記の割合で、アルミナビーズ［直径１５ｍｍ］５００ｇと共にプラスチック製容器［内容積１Ｌ］に投入した。その後、容器をボールミルにより回転数８０ｒｐｍにて４時間回転させることにより容器内の原料を混合し、原材料混合物を得た。得られた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、１５〜２５０時間の期間に亘り、最高温度を１４５０℃とし、最高温度の保持時間を４時間として電気炉内で焼成し、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得た。

粉末Ｘ線回折法により、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のＡＴ化率を求めたところ、１００％であった。

これとは別に、本例で得られる上記原材料混合物２ｇを一軸プレスにて０．３ｔ/ｃｍ²の圧力下で成形することで長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度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成形体を得た。その後、室温まで降温速度３００℃/ｈで冷却させ、電気炉からチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体を取り出した。このチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の三点また上記焼成体の曲げ強度は５．７ＭＰａであった。

（参考例）
原料粉末として以下のものを用いた。各成分の「質量部」は、原料粉末の合計量を１００質量部としたときの値である。

＜原料粉末＞
（１）アルミニウム源粉末
酸化アルミニウム粉末（コランダム型結晶） ２４質量部
（２）チタニウム源粉末
酸化チタン粉末（ルチル型結晶） ４０質量部
（３） マンガン化合物
酸化マンガン １．６重量部
（４）マグネシウム源粉末
マグネシアスピネル粉末 １５質量部
（５）ケイ素源粉末
ガラスフリット（タカラスタンダード社製「ＣＫ０８３２」）
３．２質量部
（６） 添加剤
ポリエチレン粉末 ９．１質量部
メチルセルロース系粉末 ８．９質量部

アルミニウム源粉末、チタニウム源粉末、マンガン化合物粉末、マグネシウム源粉末およびケイ素源粉末（合計量１００ｇ）と、添加剤とを上記の割合で、アルミナビーズ［直径１５ｍｍ］５００ｇと共にプラスチック製容器［内容積１Ｌ］に投入した。その後、容器をボールミルにより回転数８０ｒｐｍにて４時間回転させることにより容器内の原料を混合し、原材料混合物を得た。得られた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、１５〜２５０時間の期間に亘り、最高温度を１４５０℃とし、最高温度の保持時間を４時間として電気炉内で焼成し、本発明のチタン酸アルミニウム系セラミックスを得た。

粉末Ｘ線回折法により、この粉末の回折スペクトルを得たところ、この粉末は、チタン酸アルミニウムマグネシウムの結晶ピークを示した。この粉末のＡＴ化率を求めたところ、１００％であった。

これとは別に、本例で得られる上記原材料混合物２ｇを一軸プレスにて０．３ｔ/ｃｍ²の圧力下で成形することで長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度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成形体を得た。その後、室温まで降温速度３００℃/ｈで冷却させ、電気炉からチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体を取り出した。このチタン酸アルミニウム系セラミックス成形体の三点曲げ強度は３．２ＭＰａであった。

実施例１で得られるチタン酸アルミニウム系セラミックスは、比較例１〜３と比べて機械的強度の高いものである。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (6)

1. チタニウム元素、アルミニウム元素およびタングステン元素を含む原材料混合物を焼成して得られるチタン酸アルミニウム系セラミックス。
2. 前記タングステン元素の含有量が、前記原材料混合物１００質量部に対して０．００１〜１．０質量部である、請求項１記載のチタン酸アルミニウム系セラミックス。
3. さらに、マグネシウム元素を含む、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックス。
4. 組成式［ＭｇｘＡｌ₂（１−ｘ）Ｔｉ（１＋ｘ）Ｏ₅］（式中；０＜ｘ＜１）で表されるチタン酸アルミニウムマグネシウムを含む、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックス。
5. １３００〜１６５０℃の温度で焼成されることにより得られる、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックス。
6. 成形体である、請求項１に記載のチタン酸アルミニウム系セラミックス。