專利名稱：多孔質(zhì)陶瓷部件及其制法以及過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔質(zhì)陶瓷部件及其制法以及過濾器，涉及能夠用于例如隔熱材料、 高溫部件的支承材料、汽車的排氣凈化催化劑載體用蜂窩結(jié)構(gòu)體、柴油機(jī)汽車的微粒收集 器(除去粒子狀物質(zhì))用蜂窩結(jié)構(gòu)體、除臭用、暖風(fēng)用等民用蜂窩結(jié)構(gòu)體等過濾器元件的多 孔質(zhì)陶瓷部件及其制法以及過濾器。
背景技術(shù)：
目前，作為耐熱沖擊性部件的蜂窩結(jié)構(gòu)體，使用堇青石、0鋰霞石、0鋰輝石的鋰 鋁硅酸鹽(通稱LAS)、鈦酸鋁等低熱膨脹陶瓷材料。通常，所謂低熱膨脹陶瓷材料，是指20°C 800°C的熱膨脹系數(shù)為3. 0 X 10_6/°C以 下的陶瓷，這些低熱膨脹陶瓷材料作為熱沖擊性強(qiáng)的材料，很早就被公知。最近作為汽車的 排氣凈化催化劑用蜂窩載體、陶瓷燃?xì)廨啓C(jī)的罩或熱交換體等，特別是要求耐熱沖擊性的 部分的材料使用。由于堇青石(2Mg0 2A1203 5Si02)具有優(yōu)良的耐熱沖擊性，特別是是作為汽車的 排氣凈化催化劑用蜂窩載體，更多地被實(shí)用化。但是，由于堇青石的耐熱溫度高的程度為1350°C左右，因此，難以在該溫度以上利用。另一方面，鈦酸鋁(Al2Ti05)具有1860°C的高熔點(diǎn)，是比堇青石耐熱性高的低熱膨 脹陶瓷材料。但是，在保持900°C 1200°C的溫度時(shí)，存在熱分解為氧化鋁和二氧化鈦的問 題，在使用中受到限制。因此，對(duì)于這樣的鈦酸鋁，為了提高耐熱分解性，研究在A1203粉末、Ti02粉末中添 加Si02、Fe203、A1203、Ti02、MgO、CaO等添加劑(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。該專利文獻(xiàn)1中 記載了，在A1203粉末、Ti02粉末中添加Si02、Fe203、Al203、Ti02、Mg0、Ca0等添加劑并進(jìn)行成 形，在1450 1550°C下進(jìn)行燒成的技術(shù)。另外，目前，公知有通過在平均粒徑1. 54 8. 06 ii m的Al2Ti05原料粉末中添加 MgO及Si02并成形后，在1500°C條件下進(jìn)行燒成，從而提高燒結(jié)體強(qiáng)度和低熱膨脹性的燒 結(jié)體(參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-290963號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平1-249657號(hào)公報(bào)目前，通常在 A1203 粉末、Ti02 粉末中添加 Si02、Fe203、A1203、Ti02、Mg0、CaO 等添加 劑，進(jìn)行成形，并在150(TC左右條件下進(jìn)行燒成。這樣，在對(duì)A1203粉末、Ti02粉末添加構(gòu)成 非晶質(zhì)材料的Si02等并同時(shí)進(jìn)行燒成時(shí)，氣孔率變小且平均氣孔徑也變小，為了作為過濾 器元件使用，需要添加造孔劑并進(jìn)行燒成。因此，在如專利文獻(xiàn)1所記載，對(duì)A1203粉末、打02粉末添加Si02&Fe203的添加劑 并成形，在1450 1550°C下進(jìn)行燒成的情況下，Si02和Al203、Mg0容易混合，并形成大量的 非晶質(zhì)材料，從而提高強(qiáng)度。但是，氣孔率、及平均氣孔徑變小，在作為過濾器元件使用時(shí)，
3需要添加造孔劑并進(jìn)行燒成。另外，如專利文獻(xiàn)2所述，對(duì)平均粒徑1. 54 8. 06iim的Al2Ti05原料粉末添加MgO 及Si02并成形后，在1500°C高的溫度下進(jìn)行燒成時(shí)，在Al2Ti05粒子間的粒界中，Al2Ti05S 子內(nèi)大量擴(kuò)散有Al、Mg，非晶質(zhì)材料變多，強(qiáng)度提高。但是，氣孔率及平均氣孔徑變小，在作 為過濾器元件使用時(shí)，需要添加造孔劑并進(jìn)行燒成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供氣孔率大，平均氣孔徑大的多孔質(zhì)陶瓷部件及其制法以 及過濾器。本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，通過將平均粒徑25 ym以上的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末用含有Si的非 晶質(zhì)材料接合，可以得到氣孔率為35%以上，平均細(xì)孔徑為5 ym以上的多孔質(zhì)陶瓷部件， 直至完成本發(fā)明。S卩，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，其是將含有Al、Ti、Mg及0的平均粒徑 25 ym以上的鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子彼此，以含有Si的非晶質(zhì)材料接合而成的，同時(shí)，氣孔率 為35%以上，平均氣孔徑為5 iim以上。
在這樣的多孔質(zhì)陶瓷部件中，能夠形成大的氣孔的同時(shí)，具有充分的氣孔率，在作 為例如過濾器元件使用的情況下，能夠使氣體充分透過。另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，在所述結(jié)晶粒子的中央部和該中央 部的外側(cè)的外周部，含有10. 5原子％以上的所述A1及9原子％以上的Mg，且存在于所述結(jié) 晶粒子的外周部的所述A1及所述Mg的各自的含量，比存在于所述結(jié)晶粒子的中央部的所 述A1及所述Mg的含量多。在這樣的多孔質(zhì)陶瓷部件中，由于在結(jié)晶粒子的中央部和外周部分別含有10. 5 原子％以上的A1及9原子％以上的Mg，因此含有較多耐藥劑性高的鈦酸鋁和鈦酸鎂的固溶 體，從而能夠提高耐藥劑性。而且，由于A1及Mg較多地存在于結(jié)晶粒子的外周部，由于鈦 酸鋁和鈦酸鎂的固溶體的耐藥劑性高，能夠提高體結(jié)晶粒子的外周部的耐藥劑性。因此，即 使結(jié)晶粒子接觸排氣中的壓504等酸的情況下，也能夠抑制結(jié)晶粒子的外周面的溶解等而 提高耐藥劑性。另外，例如，即便在鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子中出現(xiàn)裂縫而使該破裂面接觸排氣 中的H2S04等酸，由于結(jié)晶粒子的中央部含有較多Al、Mg，因此，也能夠提高耐藥劑性。另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，氣孔徑為2i!m以下的氣孔的比例 在所有氣孔中為5%以下。由于在這樣的多孔質(zhì)陶瓷部件中，幾乎不含小的氣孔，在作為過 濾器元件使用的情況下，能夠抑制氣孔的堵塞。另外，由于無需考慮堵塞而預(yù)先較多地設(shè)置 氣孔，所以能夠得到例如強(qiáng)度高的過濾器元件。另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，在以氮?dú)馕椒ǚ治黾?xì)孔時(shí)的細(xì)孔 體積為0. 40X 10_6m3/kg以下。由于在這樣的多孔質(zhì)陶瓷部件中，細(xì)孔體積小，因此，能夠提
高強(qiáng)度。另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，以Si02換算含有2 5質(zhì)量％的所 述Si。在這樣的多孔質(zhì)陶瓷部件中，由于以Si02換算含有2 5質(zhì)量％的所述Si，能夠使 鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子彼此以含有Si的非晶質(zhì)材料充分地接合，從而可以提高強(qiáng)度。另外， 由于Si為少量，能夠抑制氣孔率的降低，進(jìn)而能夠抑制平均氣孔徑的降低。
另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，在所述結(jié)晶粒子內(nèi)含有Fe。在這樣 的多孔質(zhì)陶瓷部件中，能夠抑制由熱引起的分解，從而提高耐熱性。本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的制法，其特征在于，具備將含有A1源粉末、Ti源粉末 及Mg源粉末的混合粉末在1400°C以上預(yù)燒，制作平均粒徑25 y m以上的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末 的工序；在所述鈦酸鋁型結(jié)晶粉末中添加Si02粉末制作原料粉末的工序；制作含有所述原 料粉末的成形體的工序；將所述成形體以比預(yù)燒溫度低的溫度進(jìn)行燒成的工序。在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的制法中，由于燒成溫度比形成含有Al、Ti及Mg的鈦 酸鋁型的結(jié)晶的混合粉末的預(yù)燒溫度(1400°C以上)低，因此能夠以含有Si的非晶質(zhì)材料 接合結(jié)晶粒子。另外，由于將平均粒徑25 ym以上的鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子以非晶質(zhì)材料接 合，因此，可以無需使用造孔劑而制作氣孔率為35%以上、平均氣孔徑為5 ym以上的多孔 質(zhì)陶瓷部件。而且，可以抑制Al、Mg、Si等元素的結(jié)晶粒子與非晶質(zhì)材料間的相互擴(kuò)散，能 夠得到接近設(shè)計(jì)值的鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子，能夠得到接近設(shè)計(jì)值的耐熱性、耐熱分解性等 特性。本發(fā)明的過濾器，其特征在于，具備由所述的多孔質(zhì)陶瓷部件構(gòu)成的過濾器元件。 在這樣的過濾器中，多孔質(zhì)陶瓷部件具有大的氣孔，并且具有充分的氣孔率，能夠使氣體充 分地透過，并能夠提高過濾器特性。在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件中，能夠形成較大的氣孔，并且具有充分的氣孔率，例 如在作為過濾器元件使用的情況下，能夠使氣體充分地透過，通過將這樣的多孔質(zhì)陶瓷部 件作為過濾器元件使用，可以提高過濾器特性。在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的制法中，由于燒成溫度比含有Al、Ti及Mg的鈦酸鋁 型的預(yù)燒溫度低，因此，能夠以含有Si的非晶質(zhì)材料接合結(jié)晶粒子，從而能夠無需使用造 孔劑而制作氣孔率為35%以上、平均氣孔徑為5 ym以上的多孔質(zhì)陶瓷部件。另外，能夠抑 制Al、Mg、Si等元素的結(jié)晶粒子和非晶質(zhì)材料間的相互擴(kuò)散，能夠得到接近設(shè)計(jì)值的結(jié)晶 粒子，能夠得到接近設(shè)計(jì)值的耐熱性、具有耐熱分解性等的多孔質(zhì)陶瓷部件。


圖1是表示使用了本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的蜂窩結(jié)構(gòu)體(過濾器元件)的立體 圖；圖2是表示本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的組織的說明圖。
具體實(shí)施例方式圖1為表示過濾器元件1的一例，在以外周壁2包圍的圓柱狀的多孔質(zhì)陶瓷的高 度方向(軸方向)上形成有四方柱狀的氣體流路3，其間的隔壁4為多孔質(zhì)。圖1中，將四 方柱狀單元作為基本構(gòu)造，其表示多個(gè)并列的蜂窩結(jié)構(gòu)體，但本發(fā)明的過濾器元件1并不 限于將四方柱狀單元作為基本構(gòu)造的構(gòu)造。例如也可以為蜂窩以外的形狀外，即使為蜂窩 結(jié)構(gòu)體，單元形狀也可以為3角形、6角形、菱形、或混合有這些形狀的形態(tài)。另外，堵塞蜂窩的開口方向的全部或一部分，形成三明治構(gòu)造，使其具有耐沖擊 性，也可以作為過濾器元件使用。另外，有時(shí)在多孔質(zhì)陶瓷部件中含有催化劑而構(gòu)成過濾器 元件。本發(fā)明的過濾器將過濾器元件收容于收納容器內(nèi)而構(gòu)成。
本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件使含有Al、Ti、Mg及0的平均粒徑25 y m以上的鈦酸鋁 型(有時(shí)也稱為鐵板鈦礦型)的結(jié)晶粒子之間以含有Si的非晶質(zhì)材料接合而構(gòu)成。優(yōu)選 在鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子中進(jìn)一步含有Fe。由此，抑制結(jié)晶粒子的由熱引起的分解，可以提高 耐熱性。作為鈦酸鋁型的結(jié)晶，有例如以摩爾比的組成式以Al2a_x)MgxTi(1+x) 05(0. 5彡x彡0. 8)表示的鈦酸鋁型的結(jié)晶。而且，如圖2所示，鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子11之間以含有Si的非晶質(zhì)材料13接合。 非晶質(zhì)材料13除Si以外含有A1及Mg。這些A1及Mg為從結(jié)晶粒子11逐漸擴(kuò)散出來的元鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子11的平均粒徑形成為25i!m以上。這樣，由于具有較大的 平均粒徑，所以能夠使氣孔率增大，并能夠使平均氣孔徑增大。結(jié)晶粒子11的平均粒徑比 25 ym小的情況下，不能增大氣孔率或平均氣孔徑。優(yōu)選結(jié)晶粒子11的平均粒徑為40 ym 以上，特別優(yōu)選為50iim以上。另外，在由多孔質(zhì)陶瓷部件構(gòu)成過濾器元件的情況下，易于進(jìn)行對(duì)粒子全部進(jìn)行 補(bǔ)充或進(jìn)行蜂窩形狀的擠壓成形，另外，從燒成時(shí)的變形小的觀點(diǎn)出發(fā)，結(jié)晶粒子11的平 均粒徑優(yōu)選為70 y m以下，特別優(yōu)選為60 y m以下。平均粒徑能夠由截取法(日文原文< >夕一七卜法)求得。而且，本發(fā)明中，多孔質(zhì)陶瓷部件的氣孔率為35%以上，平均氣孔徑為5i!m以上。 氣孔率可通過水銀壓入法、或阿基米德法進(jìn)行測定，平均氣孔徑可通過水銀壓入法進(jìn)行測定。在此，將氣孔率設(shè)定為35%以上是由于，在氣孔率比35%小的情況下，不能使氣 體充分通過的緣故?；蛘呤怯捎跒榱舜_保過濾器元件中必要的量的氣體的通路，必須增大 零件的尺寸的緣故。氣孔率特別優(yōu)選為38%以上。另一方面，為了將多孔質(zhì)陶瓷部件密封 收容于排氣通過的金屬管內(nèi)，對(duì)多孔質(zhì)陶瓷部件進(jìn)行捆扎，從得到對(duì)該捆扎力不會(huì)受到破 壞的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選氣孔率為60%以下、特別優(yōu)選為50%以下。另外，將平均氣孔徑設(shè)定為以上是因?yàn)?，在平均氣孔徑小于的情況下， 容易引起過濾器元件堵塞，隨著使用時(shí)間的增加而不能充分地得到氣體的透過量的緣故。 平均氣孔徑特別優(yōu)選為lOym以上。另一方面，在由多孔質(zhì)陶瓷部件構(gòu)成過濾器元件的情 況下，從補(bǔ)充全部粒子的觀點(diǎn)出發(fā)，平均氣孔徑優(yōu)選為33 y m以下、特別優(yōu)選為25 y m以下。另外，在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件中，氣孔徑為2i!m以下的氣孔的比例優(yōu)選在所 有氣孔中為5%以下。由此，能夠提高強(qiáng)度的同時(shí)，例如在作為過濾器元件使用的情況下，能 夠抑制氣孔的堵塞。特別優(yōu)選氣孔徑為2 ym以下的氣孔在所有氣孔中為2%以下。另外，在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件中，以Si02換算優(yōu)選含有總量中的2 5質(zhì) 量％的Si。通過將Si設(shè)定為以Si02換算為總量中的2 5質(zhì)量％，能夠使鈦酸鋁型的 結(jié)晶粒子彼此以含有Si的非晶質(zhì)材料充分進(jìn)行連接，從而能夠提高強(qiáng)度。另外，由于Si 量為少量，所以能夠抑制氣孔率及平均氣孔徑的降低。Si量可通過X射線熒光光譜法及 I CP (Inductively Coupled Plasma)原子發(fā)射光譜法進(jìn)行測定。另外，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件優(yōu)選在結(jié)晶粒子11的中央部11a、和該中央部11a 的外側(cè)的外周部lib分別含有10. 5原子％以上的Al，9原子％以上的Mg。由此，在結(jié)晶粒
6子的中央部也較多含有作為耐藥劑性高的鈦酸鋁型的結(jié)晶的鈦酸鋁與鈦酸鎂的固溶體，即 使在例如鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子出現(xiàn)裂縫，使其破裂面與排氣中的H2SO4等酸接觸，也能夠抑 制溶解等，從而能夠提高耐藥劑性。另外，在結(jié)晶粒子11的外周部lib含有較多Mg、Al，在結(jié)晶粒子11的中央部Ila 含有較多Ti、Fe。這樣，結(jié)晶粒子11內(nèi)的元素進(jìn)行偏析，由于在結(jié)晶粒子11的外周部lib 存在較多Mg、Al，所以對(duì)于結(jié)晶粒子11的外周部lib而言，作為顯示低熱膨脹的鈦酸鋁型 的結(jié)晶的鈦酸鋁與作為耐藥劑性高的鈦酸鋁型的結(jié)晶的鈦酸鎂的固溶體較多含于結(jié)晶粒 子的外周部lib。由此，在結(jié)晶粒子11的外周面，例如，即使在與排氣中WH2SO4等酸接觸 的情況下，也能夠抑制結(jié)晶粒子11的外周面的溶解等，從而能夠提高耐藥劑性。特別優(yōu)選，結(jié)晶粒子11的外周部lib含有的Mg、Al比中央部Ila多1原子％以 上。另外，結(jié)晶粒子11內(nèi)的外周部lib、中央部Ila的元素量可通過X射線能量色散譜 (EDS)求得。在此，所謂結(jié)晶粒子11內(nèi)的外周部lib是指從結(jié)晶粒子11的表面到Iym的 區(qū)域，所謂中央部Ila是指除外周部lib以外的區(qū)域。在本發(fā)明中，優(yōu)選以氮?dú)馕椒ǚ治黾?xì)孔時(shí)的細(xì)孔體積為0.40Xl(T6m7kg以 下。在本發(fā)明中，由于燒成溫度比預(yù)燒溫度低，所以燒結(jié)不能充分進(jìn)行，在一個(gè)結(jié)晶粒子 中存在多個(gè)鈦酸鋁型結(jié)晶，這些結(jié)晶形成以頸部連結(jié)的組織。在燒成時(shí)，在構(gòu)成結(jié)晶粒子 的多個(gè)結(jié)晶上產(chǎn)生微裂，由于多個(gè)結(jié)晶較小，以氮?dú)馕椒ǚ治黾?xì)孔時(shí)的細(xì)孔體積小至 0. 40 X 10-V/kg以下，難以產(chǎn)生如分割結(jié)晶粒子那樣的裂縫，因此，能夠提高多孔質(zhì)陶瓷部 件的強(qiáng)度。而且，本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件優(yōu)選在結(jié)晶粒子內(nèi)含有Fe。作為含有Fe的鈦酸鋁 型的結(jié)晶有鈦酸鐵，上述鈦酸鋁、鈦酸鎂相互形成連續(xù)固溶體(全率固溶體)。例如，有組成 式以 Al2a-x-y)MgxFe2yTia+x)05(0. 5 ^ χ ^ 0. 8、0. 05 ^ y ^ 0. 2)表示，包含由鈦酸鋁、鈦酸鎂 及鈦酸鐵三種成分構(gòu)成的固溶體的結(jié)晶。在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件中，在結(jié)晶使用固溶 鈦酸鋁_鈦酸鎂_鈦酸鐵3種成分的鈦酸鋁型的結(jié)晶的情況下，由于該結(jié)晶為熱化學(xué)性穩(wěn) 定的成分，所以能夠抑制熱引起的結(jié)晶的分解，提高耐熱分解性。接著，對(duì)本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的制法進(jìn)行說明。在多孔質(zhì)陶瓷部件中，在此具體對(duì)用于汽車等排氣凈化的蜂窩結(jié)構(gòu)體(過濾器元 件)的制法的一例進(jìn)行說明。例如，準(zhǔn)備用于形成以Al2a_x)MgxTi(1+x)05表示的固溶體的所必需的原料。另外，有 時(shí)該固溶體中固溶有Fe，在此，對(duì)沒有Fe固溶的情況進(jìn)行說明。例如將氧化鋁原料、二氧化鈦原料、碳酸鎂原料按照形成規(guī)定的組成的方式進(jìn)行 配制、混合。另外，只要能夠形成上述組成式的固溶體，除金屬氧化物、碳酸鹽的原料之外， 還可以使用氫氧化物、硝酸鹽等原料，另外，還可以使用它們的化合物。作為氧化鋁原料、二氧化鈦原料、碳酸鎂粉末，優(yōu)選使用高純度的原料，優(yōu)選使用 99.0%以上、特別優(yōu)選99. 5%以上的純度的材料。將上述氧化鋁原料、二氧化鈦原料、碳酸鎂的混合原料進(jìn)行造粒。造粒以干式混合 進(jìn)行造粒，或者，將其投入到旋轉(zhuǎn)研磨機(jī)、振動(dòng)研磨機(jī)、珠粒研磨機(jī)等研磨機(jī)，并使其與水、 丙酮、異丙醇(IPA)中的至少一種一起進(jìn)行濕式混合形成漿料，再將漿料干燥進(jìn)行造粒。作
7為漿料的干燥方法，可以將漿料填入容器并進(jìn)行加熱、干燥而進(jìn)行造粒，也可以用噴霧干燥 進(jìn)行干燥并造粒，另外，以其它方法進(jìn)行干燥并造粒也沒有任何問題。對(duì)造粒粉而言，制作 平均粒徑為50 300 μ m的造粒粉。其后，將造粒粉在含氧環(huán)境，例如大氣中進(jìn)行預(yù)燒。預(yù)燒溫度設(shè)定為能夠充分產(chǎn)生 鈦酸鋁型結(jié)晶的溫度，在比生成鈦酸鋁型結(jié)晶的溫度(1200°C左右)高的1400°C以上預(yù)燒 1 5小時(shí)。預(yù)燒溫度特別優(yōu)選為1450°C以上、進(jìn)一步優(yōu)選為1470°C以上。另一方面，從防 止預(yù)燒粉末牢固凝聚的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選預(yù)燒溫度為1500°C以下。由此，制作Al、Mg、Ti固溶 的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末。通過該預(yù)燒，制作幾乎100%為鈦酸鋁型結(jié)晶的粉末。進(jìn)行該預(yù)燒粉末的過篩，得到25 μ m以上、特別是40 60 μ m的預(yù)燒粉末。另夕卜， 鈦酸鋁型結(jié)晶粉末即使通過燒成也幾乎沒有粒成長，為與預(yù)燒粉末大致相同的粒徑。進(jìn)而，對(duì)鈦酸鋁型結(jié)晶粉末添加SiO2粉末并進(jìn)行混合?；旌戏椒ǔ梢砸愿墒竭M(jìn) 行外，還可以以濕式進(jìn)行。SiO2粉末使用平均粒徑1 3μπι的粉末。通過使用該范圍的粒 徑的粉末，能夠同樣地在Al、Mg、Ti固溶的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末表面分散SiO2粉末。另外，通 過SiO2粉末的混合添加粘結(jié)劑(binder)并進(jìn)行混煉，能夠?qū)iO2粉末更均勻地附著分散 于結(jié)晶粉末表面。在該混合粉末中添加成形助劑，使用壓模通過擠壓成形而成形為例如蜂窩形狀。 將得到的成形體充分進(jìn)行干燥后，在氧化環(huán)境中，通過以比預(yù)燒溫度低的小于1400°C的溫 度進(jìn)行0. 5 5小時(shí)的燒成，能夠形成蜂窩形狀的多孔質(zhì)陶瓷部件。燒成溫度從抑制擴(kuò)散 到SiO2中的鈦酸鋁型結(jié)晶中的Al、Mg的量的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為1300 1390°C。該燒成工 序?yàn)槿廴诤蠸i的非晶質(zhì)材料并使結(jié)晶粒子彼此接合的工序。在本發(fā)明的多孔質(zhì)陶瓷部件的制法中，由于燒成溫度比含有Al、Ti及Mg的鈦酸鋁 型結(jié)晶的預(yù)燒溫度(1400°C以上)低，所以能夠以含有Si的非晶質(zhì)材料來接合結(jié)晶粒子。 另外，能夠抑制Al、Mg、Si等元素的結(jié)晶粒子與非晶質(zhì)材料之間的相互擴(kuò)散，能夠不使用造 孔劑而得到接近設(shè)計(jì)值的結(jié)晶粒子，能夠得到接近設(shè)計(jì)值的耐熱性、耐熱分解性等。由于為 對(duì)鈦酸鋁型結(jié)晶進(jìn)行熱處理那樣的燒成，結(jié)晶粒子形成為沒有角，而整體形成為圓形的粒 子形狀。另外，通過以1350 1390°C進(jìn)行燒成，例如Al、Mg從平均粒徑30 μ m的鈦酸鋁型 的結(jié)晶粒子欲擴(kuò)散到非晶質(zhì)材料中，但Al、Mg擴(kuò)散到粒子的外周部側(cè)，一部分?jǐn)U散到非晶 質(zhì)材料中，一部分殘留于結(jié)晶粒子的外周部，在結(jié)晶粒子的中央部和外周部，含有10. 5原 子％以上的Al、含有9原子％以上的Mg，且可以認(rèn)為形成為Al及Mg較多地包含于結(jié)晶粒子 的外周部的組織。另外，在鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子的平均粒徑小的情況或燒成溫度高時(shí)，Al、 Mg定量擴(kuò)散于非晶質(zhì)材料中，可以認(rèn)為Al、Mg的擴(kuò)散在結(jié)晶粒子內(nèi)形成均衡狀態(tài)。實(shí)施例1下面，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例具體進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。使用的氧化鋁原料為日本輕金屬社制的LS110，平均粒徑為1. 5 μ m、堿金屬的雜 質(zhì)量為0. 1質(zhì)量％、硅的雜質(zhì)量為0. 1質(zhì)量％。另外，使用的二氧化鈦原料為日本帝國化工 (TAYCA)社制的JA-3，平均粒徑為0.2μπκ堿金屬的雜質(zhì)量為0.3質(zhì)量％。另外，使用的碳 酸鎂原料為德山社制的ΤΤ，表觀比重為0. 23g/ml、不含堿金屬及二氧化硅雜質(zhì)。氧化鐵原 料使用JFE化學(xué)社制的JC-W，其平均粒徑為1. 0 μ m。
另外，二氧化硅原料為丸釜釜戶社制的SP-3，使用平均粒徑為1. 2 μ m的材料。首先，按照形成表1所示的組成的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末的方式調(diào)制上述的氧化鋁原 料、二氧化鈦原料、碳酸鎂原料、氧化鐵原料，并在溶劑中添加異丙醇(IPA)，對(duì)介質(zhì)使用直 徑IOmm的氧化鋁球，以旋轉(zhuǎn)研磨機(jī)混合20小時(shí)，制得漿料。將該漿料加熱到110°C，揮發(fā) IPA而干燥后，過篩。將該混合粉末在大氣中以表1所示的溫度進(jìn)行預(yù)燒，合成含有Al、Ti、Mg及0的鈦 酸鋁型結(jié)晶粉末，得到表1所示的平均粒徑的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末(預(yù)燒粉末)。相對(duì)該結(jié)晶粉末100質(zhì)量份，添加表1所示的質(zhì)量份的二氧化硅粉末，并通過萬能 混煉機(jī)進(jìn)行混合，得到原料粉末。相對(duì)該原料粉末，將石蠟與異丙醇(IPA) —起添加、混合后，使IPA干燥而制成成 形用粉末。接著，使用該成形用粉末，通過粉末加壓式成形法制作圓板狀成形體及圓柱狀成 形體。將各個(gè)成形體在大氣中以如表1所示的燒成溫度燒成4小時(shí)，制作直徑20mmX厚度 IOmm的圓板狀的燒結(jié)體、直徑IOmmX高度15mm的圓柱狀的燒結(jié)體，并作為評(píng)價(jià)用試樣。另 外，將從室溫到燒結(jié)溫度的升溫速度設(shè)定為200°C /h。將燒結(jié)體埋設(shè)于樹脂并進(jìn)行鏡面研磨，對(duì)其掃描型顯微鏡(SEM)的照片(500倍) 通過截取法求得所得燒結(jié)體的平均粒徑。而且，通過水銀壓入法求得燒結(jié)體的氣孔率，另 外，在氣孔徑0. 1 900 μ m這樣的條件下通過水銀壓入法求平均氣孔徑。而且，也求得了 氣孔徑為2μπι以下的氣孔占所有氣孔中的比例，如表2所述。對(duì)各燒結(jié)體的耐熱分解性，進(jìn)一步將圓板狀燒結(jié)體的各試樣在大氣環(huán)境中以 1100°C的溫度經(jīng)過300小時(shí)，進(jìn)行耐熱分解試驗(yàn)并對(duì)耐熱分解性進(jìn)行評(píng)價(jià)。將準(zhǔn)備的耐熱 分解試驗(yàn)前后的試樣通過X線衍射法對(duì)峰值強(qiáng)度進(jìn)行測定，從衍射角2 θ為25 27°或 32 34°的鈦酸鋁型結(jié)晶的主峰值強(qiáng)度(Iamft)、和TiO2相的衍射角2 θ為36. 1°的峰值 強(qiáng)度(Ιτ)，分別算出峰值強(qiáng)度比的A= IAMFT/(IAMFT+IT)。進(jìn)而，將耐熱分解試驗(yàn)前及耐熱分 解試驗(yàn)后的峰值強(qiáng)度比分別設(shè)定為&Λ，計(jì)算(I-A1Atl)的值。接著，另外變化表1所示的 鈦酸鋁型結(jié)晶粉末和TiO2粉末的量比并進(jìn)行混合，求得(1_IMFT/IT)的值，并參照作成的校 準(zhǔn)曲線和(I-A1Atl)的值，求得熱分解率并示于表2。另外，對(duì)于熱膨脹系數(shù)，以JIS R1618為基準(zhǔn)，在升溫速度20°C /分的條件下測定 圓柱狀燒結(jié)體的試樣的20°C 800°C的熱膨脹系數(shù)。另外，使用透射型電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行組成分析，并對(duì)Al、Ti、Mg、Fe、Si的含量 進(jìn)行測定，結(jié)果是使結(jié)晶粒子接合的非晶質(zhì)材料主要含有Si、Al、Mg，在結(jié)晶粒子內(nèi)，中央部 含有較多Ti、Fe，外周部含有較多Al、Mg。另外，制作寬度6mm、厚度4mm、長度50mm的棒狀的燒結(jié)體，并通過三點(diǎn)彎曲法根據(jù) JIS R 1604測定燒結(jié)體強(qiáng)度，將結(jié)果示于表2。[表 1]
權(quán)利要求
一種多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，將含有Al、Ti、Mg及O的平均粒徑25μm以上的鈦酸鋁型結(jié)晶粒子彼此以含有Si的非晶質(zhì)材料接合，并且氣孔率為35％以上，平均氣孔徑為5μm以上。
2.如權(quán)利要求1所述的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，在所述結(jié)晶粒子的中央部和所 述中央部的外側(cè)的外周部分別含有10. 5原子％以上的所述A1及9原子％以上的所述Mg， 且存在于所述結(jié)晶粒子的外周部的所述A1及所述Mg的各自的含量，比存在于所述結(jié)晶粒 子的中央部的所述A1及所述Mg的各自的含量多。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，氣孔徑為2ym以下的氣孔 的比例在所有氣孔中為5%以下。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，以氮?dú)馕椒ǚ治?細(xì)孔時(shí)的細(xì)孔體積為0. 40X 10_6m7kg以下。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，以Si02換算含有 2 5質(zhì)量％的所述Si。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的多孔質(zhì)陶瓷部件，其特征在于，在所述結(jié)晶粒子內(nèi) 含有Fe。
7.—種多孔質(zhì)陶瓷部件的制法，其特征在于，具備將含有A1源粉末、Ti源粉末及Mg源粉末的混合粉末以1400°C以上進(jìn)行預(yù)燒，制作平 均粒徑25 y m以上的鈦酸鋁型結(jié)晶粉末的工序；對(duì)所述鈦酸鋁型結(jié)晶粉末添加Si02粉末而制作原料粉末的工序；制作含有所述原料粉末的成形體的工序；以及將所述成形體以比預(yù)燒溫度低的溫度進(jìn)行燒成的工序。
8.—種過濾器，其特征在于，其具備由權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的多孔質(zhì)陶瓷部件 構(gòu)成的過濾器元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣孔率大、平均氣孔徑大的多孔質(zhì)陶瓷部件及其制法以及過濾器。將含有Al、Ti、Mg及O的平均粒徑25μm以上的鈦酸鋁型的結(jié)晶粒子(11)彼此以含有Si的非晶質(zhì)材料(13)接合，同時(shí)氣孔率為35％以上，平均氣孔徑為5μm以上。在該種多孔質(zhì)陶瓷部件中，能夠形成大的氣孔，并且具有充分的氣孔率，例如，在作為過濾器元件使用的情況下，能夠使氣體充分地透過。
文檔編號(hào)F01N3/02GK101977871SQ200980109798
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者立山泰治, 西川祐介, 重岡俊昭, 高坂祥二 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社