多孔质陶瓷部件及其制作方法以及过滤器的制作方法

专利名称：多孔质陶瓷部件及其制作方法以及过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多孔质陶瓷部件及其制作方法以及过滤器，例如涉及可利用于绝热材 料、高温部件的支撑材料、汽车的废气净化催化剂载体用蜂窝结构体、柴油机汽车的微粒捕 集器(除去粒子状物质)用蜂窝结构体、除臭用、暖风用等民用蜂窝结构中的多孔质陶瓷部 件及其制作方法以及过滤器。
背景技术：
以往，由于堇青石(2Mg0 · 2A1A · 5Si02)具有优良的耐热冲击性，所以特别是多 作为汽车的废气净化催化剂载体用蜂窝结构体使用。但是，堇青石的耐热温度最高也只有1350°C左右，所以在该温度以上难于利用。另一方面，钛酸铝(Al2TiO5)具有1860°C的高熔点，与堇青石相比是耐热性高的低 热膨胀陶瓷材料，但以900 1200°C的温度保持时，存在热分解为氧化铝和二氧化钛的问 题，在利用上受到限制。因而，记载有为了提高耐热分解性而在钛酸铝中添加SiO2、！^203、Al203、Ti02、Mg0、 CaO等添加剂而成形，在1450 1550°C下烧成(参照专利文献1)。另外，以往已知有通过在平均粒径为1. M 8. 06 μ m的Al2TiO5原料粉末中添加 MgO及SiO2成形后，在1500°C下烧成，提高烧结体强度和低热膨胀性的烧结体(参照专利 文献2)。进而，以往已知有多孔质钛酸铝烧结体的制作方法，即，将平均粒径5 50 μ m的 钛酸铝的粗粉末和平均粒径3 μ m以上小于5 μ m的钛酸铝的微细粉末以30重量％以下的 量混合形成的双模态粉末中，添加平均粒径40 120 μ m的燃烧性粉末10 30重量％制 成混合粉末，使该混合粉末成形，接着在氧化性气氛中，在1550°C以下的温度下烧成，得到 多孔质钛酸铝烧结体(参照专利文献3)。先行技术文献专利文献专利文献1 特开平8190963号公报专利文献2 特开平1-M9657号公报专利文献3 特开平7-138083号公报发明的概要发明要解决的问题但是，由于钛酸铝原料粉末为柱状粒子，因此例如在通过挤出成形制作废气净化 催化剂载体用蜂窝结构体的情况下，有钛酸铝原料粉末向挤出方向取向的倾向。其结果是 蜂窝结构体的挤出方向的热膨胀系数和与挤出方向垂直的方向的热膨胀系数的差增大。将 这种蜂窝体置于升降温度激烈的环境中时，存在因热应力容易产生裂纹，耐热冲击性降低 的问题。另夕卜，以往，一般情况下，在钛酸铝粉末中添加SiO2、！^e203、Al203、Ti02、Mg0、Ca0等添加剂而成形，在150°C左右的温度下烧成，但是，如果这样在钛酸铝粉末中添加构成非晶 质材料的S^2等并在1500°C左右的温度下烧成，则气孔率小且气孔径也小，若要用作过滤 元件则必需添加造孔剂并进行烧成。因此，如专利文献1所述，在钛酸铝粉末中添加Si02、Fe2O3> A1203> TiO2, MgO、CaO 等添加剂而成形，在1450 1550°C的温度下烧成的情况下，虽然添加剂SiO2、！^203、A1203、 TiO2, MgO、CaO在钛酸铝的晶界形成大量的非晶质材料，使强度提高，但是气孔率及气孔径 变小，若要用作过滤元件则必需添加造孔剂进行烧成。另外，如专利文献2所述，如果在平均粒径1. M 8. 06 μ m的Al2TiO5原料粉末 中添加MgO及SiO2而成形后，在15000C的高温下进行烧成，则在Al2TiO5粒子间的晶界中， Al2TiO5粒内的Al、Mg大量扩散，非晶质材料增多，使强度提高，但是气孔率及气孔径变小， 若要用作过滤元件则必需添加造孔剂并进行烧成。进而，如专利文献3所述，对于将平均粒径5 50 μ m的钛酸铝的粗粉末和平均粒 径3 μ m以上小于5 μ m的钛酸铝的微细粉末以30重量％以下的量混合形成的双模态粉末 而言，由于微细粉末的烧结性优良，因此气孔率及气孔径减小，若要用作过滤元件则必需添 加燃烧性粉末(造孔剂)并进行烧成。本发明的目的在于提供可以提高耐热冲击性的多孔质陶瓷部件及过滤器。另外，本发明的目的在于提供可以不使用造孔剂而得到气孔率大、气孔径大的多 孔质陶瓷部件的多孔质陶瓷部件的制作方法。用于解决问题的手段本发明者们发现，除由含有Al、Ti及0的单一的结晶构成的单结晶粒子之外，可以 使由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的多结晶粒子存在，将单结晶粒子彼此之间及 单结晶粒子和多结晶粒子用含有Si的非晶质材料部分地接合，由此可以使耐热冲击性提 高，直至完成了本发明。即，本发明的多孔质陶瓷部件的特征在于，具备由含有Al、Ti及0的单一的结晶构 成的单结晶粒子、和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的多结晶粒子，所述单结晶 粒子彼此之间及所述单结晶粒子和所述多结晶粒子被含有Si的非晶质材料部分地结合。这样的多孔质陶瓷部件中，例如虽然通过挤出成形，容易使由含有Al、Ti及0的单 一的结晶构成的柱状单结晶粒子向挤出方向取向，但是由结晶轴的方向不同的多个结晶构 成的多结晶粒子因其结晶轴朝各个方向，所以成为在挤出方向难于受到影响的组织，可以 使挤出方向和与挤出方向垂直的方向之间的热膨胀系数差变小。因而，即使将这种组织的 多孔质陶瓷部件置于升降温度激烈的环境中，由于热膨胀系数差小，因此裂纹不会极端地 增加，可以维持强度。另外，本发明的多孔质陶瓷部件的特征在于，多结晶粒子的平均粒径在25μπι以 上。这种多孔质陶瓷部件可以增大气孔径、气孔率。另外，本发明的多孔质陶瓷部件的特征在于，所述多结晶粒子以面积比计存在 60%以上。这种多孔质陶瓷部件中，由于由结晶轴方向不同的多个所述结晶构成的(由朝 各个方向的多个柱状的单结晶粒子构成)多结晶粒子的存在比例增多，所以可以进一步提 高耐热冲击性。本发明的多孔质陶瓷部件的制作方法的特征在于，具备使用含有Al源粉末及Ti源粉末的混合粉末制作造粒粉末的造粒工序；以1400°C以上的预烧温度对所述造粒粉末 进行预烧而制作预烧粉末的预烧工序；将所述预烧粉末粉碎，制作具备由含有Al、Ti及0的 单一的结晶构成的预烧单结晶粉末和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的预烧多 结晶粉末的混合粉末的粉碎工序；制作在所述混合粉末中添加SiO2粉末而成的原料粉末的 原料粉末制作工序；制作含有所述原料粉末的成形体的成形工序；以及以比所述预烧温度 还低的温度对所述成形体进行烧成的烧成工序。这种多孔质陶瓷部件的制作方法中，由于将预烧粉末粉碎，制作具备由含有Al、Ti 及0的单一的结晶构成的预烧单结晶粉末和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的 预烧多结晶粉末的混合粉末，使在该混合粉末中添加SiO2粉末而成的原料粉末成形，以比 预烧温度还低的温度烧成，因此单结晶粒子彼此之间及单结晶粒子与多结晶粒子几乎不会 烧结而可以用含有Si的非晶质材料接合，因此不使用造孔剂就可以得到气孔率大、气孔径 大的多孔质陶瓷部件。本发明的过滤器的特征在于，具备由上述多孔质陶瓷部件构成的过滤元件。这种 过滤元件中，通过将使耐热冲击性提高的多孔质陶瓷部件用作过滤元件，可以提高长期可靠性。发明的效果本发明的多孔质陶瓷部件中，例如虽然通过挤出成形，容易使由含有Al、Ti及0的 单一的结晶构成的柱状单结晶粒子向挤出方向取向，但是由结晶轴的方向不同的多个结晶 构成的(由朝各个方向的多个柱状的单结晶粒子构成)多结晶粒子因其结晶轴朝各个方 向，所以成为在挤出方向难于受到影响的组织，可以使挤出方向和与挤出方向垂直的方向 之间的热膨胀系数差变小。因而，即使将这种组织的多孔质陶瓷部件置于升降温度激烈的 环境中，由于热膨胀系数差小，因此裂纹不会极端地增加，可以维持强度。通过将这种多孔 质陶瓷部件用作过滤器，可以提高长期可靠性。另外，本发明的多孔质陶瓷部件的制作方法中，由于单结晶粒子彼此之间及单结 晶粒子与多结晶粒子几乎不会烧结而可以用含有Si的非晶质材料接合，因此不使用造孔 剂就可以得到气孔率大、气孔径大的多孔质陶瓷部件。


图1是表示使用了本发明的多孔质陶瓷部件的蜂窝结构体(过滤元件)的立体 图；图2是表示本发明的多孔质陶瓷部件的组织的表面照片；图3是表示本发明的多孔质陶瓷部件的组织的模式图；图4是表示EBSD分析结果的照片。
具体实施例方式图1表示过滤元件1的一个例子，在被外周壁2包围的圆柱状的多孔质陶瓷部件 的长度方向形成作为四角柱状的气体流路的单元3，其间的隔壁4为多孔质。图1表示将四 角柱状单元作为基本结构且其排列多个的蜂窝结构体，但是本发明的过滤元件1并不限于 将四角柱状单元作为基本结构。例如除可以是蜂窝以外的形状之外，即使为蜂窝结构体，其单元形状也可以是三角形、六角形、菱形或它们混合存在的形态。另外，也可以堵住蜂窝的开口方向的全部或一部分，作成夹层结构而保持耐冲击 性，并作为过滤器使用。另外，也有使多孔质陶瓷部件含有催化剂而构成过滤器的情况。本 发明的过滤器是在容器内收容上述过滤元件而构成的。本发明的多孔质陶瓷部件如图2、3所示，具备由含有Al、Ti及0的单一的结晶(伪 板钛矿型的结晶)构成的单结晶粒子11和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的多 结晶粒子12。换言之，多结晶粒子12是单结晶粒子11聚集多个并颈结合而构成的。而且， 将单结晶粒子11彼此之间及单结晶粒子11和多结晶粒子12用含有Si的非晶质材料13 部分地接合，构成本发明的多孔质陶瓷部件。需要说明的是，在图3中，省略了构成多结晶 粒子12的单结晶粒子的记载。多结晶粒子12彼此之间有时也被含有Si的非晶质材料接
I=I O结晶轴的方向不同的结晶是指作为结晶的结晶轴有a轴、b轴、c轴，但其中至少一 个轴的方向不同的结晶，也可以是所有轴的方向不同的情况。本发明者们认为构成多结晶 粒子12的多个结晶的c轴的方向不同。含有Al、Ti及0的单一的结晶是含有Al、Ti及0的化合物即钛酸铝型的结晶，有时 称作伪板钛矿型结晶。伪板钛矿型结晶中，除由摩尔比表示的组成式为Al2TiO5的钛酸铝之 夕卜，已知的有MgTi2O5所示的钛酸镁，它们的成分互相形成全率固溶体，还已知的有由A12(1_x) MgxTi (1+x) O5 (0. 21^x^0.5)所示的钛酸铝和钛酸镁的固溶体(别名钛酸铝镁)构成的结晶。本发明的含有Al、Ti及0的结晶是指例如可以得到由摩尔比表示的组成式为 Al2TiO5, Al2(1_x)MgxTi(1+x)05, Al2(1_x_y)MgxFe2yTi(1+x)05 的组合物的结晶。由含有 Al、Ti 及 0 的 单一的结晶构成的单结晶粒子11是指由上述结晶中的一个结晶构成的单结晶粒子11，由 于是一个结晶，因此结晶轴朝一个方向。以下，作为含有Al、Ti及0的结晶(伪板钛矿型的结晶)，对含有Al、Ti及Mg的 情况进行说明。这些伪板钛矿型的结晶通常生长为柱状，因此结晶粒子具有柱状。非晶质材料13除Si之外还含有Al及Mg。这些Al及Mg在烧成时由单结晶粒子 11或多结晶粒子12扩散。单结晶粒子11几乎成为柱状，特别是纵横比为1. 2以上。优选该单结晶粒子11 的平均粒径为5 20 μ m。通过使单结晶粒子11的平均粒径为5 20 μ m，可以增大多孔 质陶瓷部件的气孔径或气孔率，同时可以维持较高的机械强度。单结晶粒子11的平均粒径 例如可以通过使预烧温度变化来控制。在此，粒径是指求出任意截面中的每一个粒子的面积，假定粒子为球而将所述面 积转换为在其截面显示的圆的面积，此时换算成直径的值，可以通过图像分析求出。另外，优选该多结晶粒子12的截面形状成为圆形、椭圆形，该多结晶粒子12的树 脂掩埋时的粒子截面的平均粒径为25 μ m以上，特别优选为30 μ m以上，进而优选为30 70 μ m0通过使该多结晶粒子12的树脂掩埋时的粒子截面的平均粒径为25μπι以上，可以 提高耐热冲击性。多结晶粒子12是否由多个单结晶粒子11构成，可以通过用显微镜观察 烧结体中的多结晶粒子12的截面来确认。另外，也可以通过后述的EBSD分析来确认。构 成多结晶粒子12的单结晶粒子11是单结晶粒子11彼此之间进行颈结合。
本发明中，任意截面中的单结晶粒子11的面积比例为10%以上，多结晶粒子12的 面积比例为60%以上。通过使多结晶粒子12在任意截面中以面积比例计存在60%以上，可以进一步提 高耐热冲击性。从兼顾耐热冲击性和机械强度的方面考虑，优选多结晶粒子12在任意截面 以面积比存在90%以下。通过使单结晶粒子11在任意截面中以面积比计存在10%以上，可以使基于单结 晶粒子11及非晶质材料13形成的多结晶粒子12的接合牢固，提高机械强度。例如在单结晶粒子11是由Al2TiO5表示的钛酸铝的情况下，单结晶粒子11具 有柱状，但相对于单结晶粒子11的长度方向垂直的方向为结晶的a轴或b轴，单结晶粒 子11的长度方向为c轴。对于该结晶的热膨胀系数而言，a轴为11.8X10_6/°C，b轴为 19. 4X 10-6/°C, c轴为-2.6X10_6/°C，根据结晶方向显示热膨胀各向异性。这种热膨胀各 向异性对其它伪板钛矿型的结晶即MgTi205、Al2(1_x)MgxTi(1+x)05等也同样适用。本发明的多孔质陶瓷部件中，不仅存在单结晶粒子11，而且还存在作为单结晶粒 子11的集合体的多结晶粒子12。该多结晶粒子12是5 20个左右的柱状单结晶粒子11 向各个方向聚集形成的组织，单结晶粒子11彼此之间相互颈结合。因而，几乎没有上述的 热膨胀各向异性。换言之，多结晶粒子12由含有Al及Ti的伪板钛矿型的方向不同的多个 结晶形成。换言之，多结晶粒子12由伪板钛矿型的多个结晶构成，其方向不同。本发明的多孔质陶瓷部件中，除了存在单结晶粒子11之外，还存在作为单结晶粒 子11的集合体的多结晶粒子12存在，从而例如在为了适用于废气催化剂用蜂窝结构体 而利用挤出成形制作蜂窝结构体时，柱状的单结晶粒子11容易向挤出方向取向，但是构 成大致球状、或近似球状的多结晶粒子12的柱状的单结晶粒子11朝各个方向。这些单 结晶粒子和多结晶粒子内的各粒子的结晶方向可以通过EBSD (Electron Backscattered Diffraction)分析来测定。因此，成为具有取向的柱状单结晶粒子11和柱状的单结晶粒子11朝各个方向构 成的多结晶粒子12同时存在的组织的多孔质陶瓷部件。由于具有这种组织，因此在烧成蜂 窝结构体的成形体并进行冷却时，在多结晶粒子12内部，因单结晶粒子11的结晶轴引起的 热膨胀的各向异性而发生多个微裂纹，另一方面，在位于多结晶粒子12间的单结晶粒子11 间，微裂纹减少。因此，在微裂纹多的多结晶粒子12内部，强度变小，但由于热膨胀系数小因此耐 热冲击性优良。另一方面，在微裂纹少的单结晶粒子11之间，在挤出方向和与该挤出方向 垂直的方向的热收缩率存在差别，因此，耐热冲性降低，但强度提高。即，这种具有多结晶粒 子12和单结晶粒子11的组织的多孔质陶瓷部件可提高耐热冲击性和机械强度。图4表示EBSD分析结果。对于EBSD分析而言，由于在结晶方向不同的情况下其 粒子的颜色显示为不同，因此可以确认一个粒子是否由多个结晶构成。多结晶粒子和单结晶粒子的比例及平均粒径可通过以下方法求得，所述方法为 利用多孔质陶瓷部件的EBSD分析将由多个结晶构成的多结晶粒子和由单结晶构成的单结 晶粒子进行分类，基于多孔质陶瓷部件的金属显微镜照片和图像分析装置的分析而求得。另外，本发明的多孔质陶瓷部件中，优选将Si换算为SW2时在总量中含有0. 5 5 质量％。通过将Si换算为SiA时在总量中含有0. 5 5质量％，可以用含有Si的非晶质材料充分地连结伪板钛矿型的结晶粒子彼此之间，能够提高强度的同时，由于Si量少，因 此可以控制气孔率及气孔径的降低。从得到强度及规定的气孔率以及气孔径的观点考虑， 优选将Si换算为SiO2时在总量中含有1 3质量％。Si量可以利用荧光X射线分析法或 ICPdnductively Coupled Plasma)发光分析法进行测定。进而，本发明的多孔质陶瓷部件中，优选在柱状单结晶粒子11及多结晶粒子12 内含有1^。作为含有狗的伪板钛矿型的结晶，有钛酸铁，与所述钛酸铝或钛酸镁互相形 成全率固溶体。例如有由组成式Al2a_xpe2xTi05(0.4彡X彡0.9)所示的钛酸铝和钛酸铁 的固溶体(别名钛酸铝铁)构成的结晶。另外，还例如有由组成式Al2a_x_y)MgxFe2yTi(1+x) 05(0. 21彡χ彡0. 8、0. 05彡y彡0. 2)所示的钛酸铝和钛酸镁和钛酸铁3种成分的固溶体 构成的结晶。本发明的多孔质陶瓷部件中，通过使所述粒子的结晶成为钛酸铝-钛酸镁-钛 酸铁3种成分固溶而成的伪板钛矿型的结晶，可以成为热化学稳定的成分，可以抑制因热 的分解，提高耐热性。接着，对本发明的多孔质陶瓷部件的制作方法进行说明。首先，例如为了形成 Al2(1-x)MgxTia+x)05所示的固溶体而准备所需的原料。需要说明的是，虽然存在该固溶体中固 溶狗的情况，但在此对没有固溶！^的情况进行说明。例如，以规定的组成配合氧化铝原料、二氧化钛原料、碳酸镁原料并混合。需要说 明的是，只要能够形成Al2a_x)MgxTi(1+x)05&固溶体，则可以用氢氧化物、硝酸盐等原料代替 金属氧化物、碳酸盐，或可以使用它们的化合物。作为氧化铝原料、二氧化钛原料、碳酸镁原料，优选使用高纯度的原料，优选 99. 0%以上、特别优选99. 5%以上的纯度的原料。另外，对上述氧化铝原料、二氧化钛原料、碳酸镁原料的混合原料进行造粒。对于 造粒而言，干式混合造粒，或者，投入到滚磨机、振动磨机、微粉碎磨机等磨机中，并与水、丙 酮、异丙醇(IPA)中的至少一种进行湿式混合制成浆料，将浆料干燥进行造粒。作为浆料的 干燥方法，可以将浆料加入到容器中进行加热使其干燥进行造粒，也可以用喷雾干燥机使 其干燥进行造粒，或者即使用其他的方法使其干燥进行造粒也没有任何问题。造粒粉制作 例如平均粒径为50 μ m以上的球状造粒粉。然后，将造粒粉在含氧的气氛例如在大气中进行预烧。对于预烧温度而言，为了充 分生成伪板钛矿型结晶，而以比伪板钛矿型结晶生成的温度(1200°C左右)稍高的温度即 1400°C以上，预烧1 5小时。预烧温度特别优选1450°C以上，更优选1470°C以上。另一 方面，从防止预烧粉末坚固地凝聚的观点考虑，预烧温度优选1500°C以下。由此，制作Al、 Mg、Ti固溶的伪板钛矿型的结晶粉末。通过上述预烧来制作伪板钛矿型结晶大致100%的 粉末。上述预烧粉末反映造粒粉的尺寸、形状，成为平均粒径为25 μ m以上的球状的预 烧粉末。该预烧粉末成为后述的预烧多结晶粒子粉末。需要说明的是，该预烧粉末成为多 个柱状的单结晶粒子集合的组织。预烧温度越高，预烧多结晶粒子粉末就越收缩而稍稍变 小，构成多结晶粒子的单结晶粒子变大。本发明中的颈结合是指粒子之间用烧结部分接合 的状态(参照七’戈” 7词典日本七’戈、” 7协会编)，是指不完全烧结，烧结途中 的状态。接着，将该预烧粉末通过干式或湿式进行粉碎，以规定的比例由球状的预烧粉末向构成该预烧粉末的柱状的预烧粉末进行粉碎。粉碎例如可以通过将陶瓷珠和预烧粉末加 入到容器中，使容器旋转来进行，粉碎时间设定为0. 5 10小时，但对此没有特别的限定， 粉碎后的粉末必需成为预烧多结晶粒子粉末和预烧单结晶粒子粉末混合存在的状态。因 而，通过变更粉碎条件例如陶瓷珠的粒径、粉碎时间等，调整预烧多结晶粒子粉末和预烧单 结晶粒子粉末的比例，可以容易地控制粉碎后的粉末的粒度，其结果可以控制所得到的多 孔质陶瓷部件的气孔率或气孔径。而且，对于伪板钛矿型的结晶粉末添加SW2粉末，进行混合。混合方法可以用干 式或湿式进行。SiO2粉末使用平均粒径1 3μπι的粉末。通过使用该范围内的粒径的粉 末，可以使S^2粉末均勻地分散在预烧粉末的表面。在该混合粉末中添加成形助剂，通过挤出成形，使用模例如成形为蜂窝形状。将 得到的成形体充分地干燥后，在氧化气氛中，以比预烧温度还低的温度即小于1400°C，烧成 0. 5 5小时，由此可以形成蜂窝形状的多孔质陶瓷部件。若具体说明，则预烧时形成构成多结晶粒子的预烧多结晶粒子粉末，但是不充分 进行该预烧多结晶粒子粉末的粉碎，而是进行不彻底粉碎。换言之，多个预烧多结晶粒子粉 末中的一部分粉碎成构成预烧多结晶粒子粉末的预烧单结晶粒子，但一部分预烧多结晶粒 子粉末以原来状态或外周稍微被粉碎的状态存在，粉碎后的粉末成为预烧多结晶粒子粉末 和预烧单结晶粒子粉末混合存在的状态。而且，在该状态下，以比预烧温度还低的温度将含 有Si的非晶质材料混合而烧成，由此可以成为将单结晶粒子11彼此之间、以及单结晶粒子 11和多结晶粒子12，以几乎保持预烧后的粒子状态的状态，用含有Si的非晶质材料13接 合的组织。这样，为了制成将单结晶粒子11彼此之间、以及单结晶粒子11和多结晶粒子12， 以几乎保持预烧后的粒子状态的状态，用含有Si的非晶质材料13接合的组织，必需以比预 烧温度还低的温度进行烧成，而且，优选预烧单结晶粒子粉末的粒径大以不用这样的烧成 温度进行烧结。预烧单结晶粒子粉末的平均粒径优选10 30 μ m。这种制作方法中，通过在低温下进行烧成，要使Al、Mg从伪板钛矿型的结晶粒子 向非晶质材料中扩散，但是可以成为Al、Mg扩散到粒子的外周部侧，一部分扩散到非晶质 材料中，一部分残留于结晶粒子的外周部，在结晶粒子的中央部和外周部含有一定量以上 的Al、Mg，同时在比结晶粒子的中央部更靠外周部侧含有大量的Al及Mg的组织，可以提高 耐化学药品性。另外，由于可以抑制Al、Mg、Si等元素的相互扩散，因此可以得到预设的结 晶粒子，可以得到预设的耐热分解性等。这种多孔质陶瓷部件的制作方法中，将预烧粉末粉碎，制作具备预烧单结晶粒子 粉末和粒径25 μ m以上的预烧多结晶粒子粉末的混合粉末，将该混合粉末中添加SiO2粉末 而得到的原料粉末成形，以比预烧温度还低的温度烧成，因此，单结晶粒子11、多结晶粒子 12几乎不烧结就可以用含有Si的非晶质材料13接合，因此，不使用造孔剂就可以得到气孔 率大，气孔径大的多孔质陶瓷部件。本发明的过滤器是在容器内收容上述过滤元件而构成的。由此，可以得到耐冲击 性和机械强度高、长期可靠性高的过滤器。以下，对本发明的实施例进行具体的说明，但本发明并不限于这些实施例。实施例1
使用的氧化铝原料是日本轻金属社制的LS110，平均粒径为1. 5 μ m，碱金属的杂 质量为0. 1质量％，硅的杂质量为0. 1质量％。另外，使用的二氧化钛原料是7 4力社制的 JA-3，平均粒径为0.2μπι，碱金属的杂质量为0.3质量％。另外，使用的碳酸镁原料是卜” ^ ι社制的炭床ΤΤ，表观比重为0. 23g/ml，不含有碱金属及二氧化硅的杂质。氧化铁原料 使用的是JFE > S力义制的JC-W，平均粒径为1. 0 μ m。另外，二氧化硅原料使用的是丸釜釜户陶料社制的^ ) 一— SP-3，平均粒径 为 1. 2 μ m。首先，以成为由Ala6M^6Fea2TiuO5构成的伪板钛矿型的结晶粉末的方式配合上 述的氧化铝原料、二氧化钛原料、碳酸镁原料、氧化铁原料，在溶剂中添加异丙醇(IPA)，介 质中使用直径IOmm的氧化铝珠，利用滚磨机混合72小时而制作浆料。将该浆料加热到 110°C而使IPA挥发、干燥、造粒。该造粒粉成为大致球状，造粒粉的平均粒径为如表1所示 的粒径。造粒粉的平均粒径通过利用网眼处理改变网眼的孔径或者选择通过网眼的造粒粉 或残留在网眼上的造粒粉来改变。将该造粒粉置于大气中，在表1所示的温度下进行预烧，合成含有Al、Ti、Mg&i^e 的伪板钛矿型结晶，得到预烧粉末。其次，使用具有表1所示的直径的氧化铝制珠，按表1所示的时间通过球磨机粉碎 上述预烧粉末。本发明的试样中，观察到没有被粉碎而残留的球状的预烧多结晶粒子粉末 和被粉碎得到的柱状的预烧单结晶粒子粉末。需要说明的是，试样No. 7是预烧多结晶粒子粉末粉碎至完全消失的试样。相对于这些粉碎的预烧粉末100质量份，只添加表1所示量的二氧化硅粉末，利用 万能混练机混合，得到了原料粉末。在该原料粉末100质量份中，添加甲基纤维素15质量份、乳蜡5质量份、离子水25 质量份，利用万能混合机混练，得到了挤出成形用坯。接着，使用模将该坯成形为直径150mm、长度IOOmm的圆柱状蜂窝体。将得到的成 形体以80°C、在大气中、干燥M小时后，置于大气中，在表1所示的温度下烧成4小时，得到 了由多孔质陶瓷部件构成的圆柱状蜂窝体。将向所得到的多孔质陶瓷部件的气孔填充树脂得到的截面，利用EBSD(Electron Backscattered Diffraction)分析，分类为单结晶粒子和多结晶粒子，使用金属显微镜和 图像分析装置，测定多结晶粒子的面积比例、单结晶粒子的面积比例％，并记载在表2中。 另外，对多结晶粒子及单结晶粒子，求出平均粒径，并记载在表2中。面积比例是根据200 倍的金属显微镜照片以600 μ mX450 μ m的面积测定的。切出所得到的蜂窝结构体，利用水银压入法求出气孔率及气孔径。另外，将该蜂窝 结构体置于大气中并用1分钟急剧升温至1400°C后放冷时，利用X射线透射法观察研究在 蜂窝结构体内部是否发生裂纹。具体而言，准备急剧升温的各10个蜂窝结构体，利用透射 型X射线装置对该蜂窝结构体照射X射线，研究在蜂窝结构体表面或内部是否有裂纹。表2 中，将各10个蜂窝结构体被确认都没有裂纹的标记为〇，将3个以上被确认有裂纹的标记 为X。需要说明的是，该裂纹是间隙为数百Pm以上的裂纹，不包含间隙不足Ιμπι的微裂 纹。另外，准备将在上述原料粉末100质量份中添加石蜡5质量份、IPA而混合、干燥后得到的物质成形为圆棒后与蜂窝体相同地置于大气中烧成得到的物质，用跨度30mm、滑 块速度0. 5mm/min的条件对直径5mm、长度40mm的试样进行3点弯曲强度测定。各结果表 示在表2中。表1
权利要求
1.一种多孔质陶瓷部件，其特征在于，具备由含有Al、Ti及0的单一的结晶构成的单结晶粒子；和 由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的多结晶粒子，所述单结晶粒子彼此之间及所述单结晶粒子和所述多结晶粒子被含有Si的非晶质材 料部分地接合。
2.根据权利要求1所述的多孔质陶瓷部件，其特征在于， 所述多结晶粒子的平均粒径在25 μ m以上。
3.根据权利要求1或2所述的多孔质陶瓷部件，其特征在于， 所述多结晶粒子在任意截面中以面积比计存在60%以上。
4.一种多孔质陶瓷部件的制作方法，特征在于，具备使用含有Al源粉末及Ti源粉末的混合粉末制作造粒粉末的造粒工序； 以1400°C以上的预烧温度对所述造粒粉末进行预烧而制作预烧粉末的预烧工序； 将所述预烧粉末粉碎，制作具备由含有Al、Ti及0的单一的结晶构成的预烧单结晶粒 子粉末和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的预烧多结晶粒子粉末的混合粉末的 粉碎工序；制作在所述混合粉末中添加S^2粉末而成的原料粉末的原料粉末制作工序； 使用所述原料粉末而制作成形体的成形工序；以及 以比所述预烧温度还低的温度对所述成形体进行烧成的烧成工序。
5.一种过滤器，其特征在于，具备由权利要求1 3中任一项所述的多孔质陶瓷部件构成的过滤元件。
全文摘要
本发明以提供可以提高耐热冲击性的多孔质陶瓷部件及过滤器为目的的同时，提供不使用造孔剂就可以得到气孔率大、气孔径大的多孔质陶瓷部件的多孔质陶瓷部件的制作方法。其特征在于，具备由含有Al、Ti及O的单一的结晶构成的单结晶粒子(11)；和由结晶轴的方向不同的多个所述结晶构成的多结晶粒子(12)，单结晶粒子(11)彼此之间及单结晶粒子(11)和多结晶粒子(12)被含有Si的非晶质材料(13)部分地接合。由此，可以提高耐热冲击性和机械强度。
文档编号B01J37/08GK102131747SQ200980133200
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者立川泰治, 西川祐介, 重冈俊昭, 高坂祥二 申请人:京瓷株式会社