柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法
【課題】熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い焼結体を得ることができる柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法並びに該柱状チタン酸アルミニウムの焼結体の提供。
【解決手段】平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上であり、好ましくは、マグネシウムの含有量が、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内であること。
【解決手段】平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上であり、好ましくは、マグネシウムの含有量が、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法並びに該柱状チタン酸アルミニウムを用いた焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸アルミニウムは、低熱膨張性で耐熱衝撃性に優れ、かつ融点が高いため、自動車の排ガス処理用触媒担体や、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等に用いる多孔質材料として期待され、種々の開発が行われている。
【０００３】
特許文献１においては、高温で安定なチタン酸アルミニウム焼結体を得るため、チタン酸アルミニウムからなる成形体の表面を、マグネシウム、鉄、ケイ素、チタン及びアルミニウムの内から選ばれる１種または２種以上の金属酸化物または固溶体で被覆することが提案されている。
【０００４】
特許文献２においては、高温で安定なチタン酸アルミニウム焼結体を製造するため、チタン酸アルミニウムに、マグネシウム化合物及びケイ素化合物を添加した後成形し、これを焼結することが提案されている。
【０００５】
特許文献３においては、チタン酸アルミニウムが有する高融点、低熱膨張性を損なうことなく、高強度を有し、繰り返しの熱履歴に対して機械的強度の劣化が少ないチタン酸アルミニウム焼結体を得るため、チタン酸アルミニウムに、酸化マグネシウム及び酸化ケイ素を添加したものを焼結することが提案されている。
【０００６】
特許文献４及び５においては、マグネシウムが、マグネシウムとアルミニウムの合計量に対し１０モル％以上１００モル％未満含まれるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を製造する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５６−４１８８３号公報
【特許文献２】特開昭５７−３７６７号公報
【特許文献３】特開平１−２４９６５７号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０３９７４７号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００５／１０５７０４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い焼結体を得ることができる柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法並びに該柱状チタン酸アルミニウムの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】
【０００８】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上、好ましくは１．６以上であることを特徴としている。
【０００９】
平均アスペクト比が１．５以上、好ましくは１．６以上である本発明の柱状チタン酸アルミニウムを用いることにより、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高いチタン酸アルミニウム焼結体を得ることができる。
【００１０】
平均アスペクト比の上限値は、特に限定されるものではないが、一般には、５以下である。
【００１１】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、マグネシウムが含まれることが好ましい。マグネシウムの含有量は、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で０．５〜２．０重量％の範囲内であることが好ましい。マグネシウムの含有量が酸化物換算で０．５未満であると、低い熱膨張係数及び高い機械的強度が得られない場合がある。また、マグネシウムの含有量が酸化物換算で２．０重量％を超えると、柱状形状が得られない場合がある。
【００１２】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、個数平均長軸径が１７μｍ以上であり、個数平均短軸径が１５μｍ以下であることが好ましい。このような範囲内とすることにより、熱膨張係数がより低く、気孔径がより大きく、かつ機械的強度がより高い焼結体を得ることができる。個数平均長軸径の上限値は特に限定されるものではないが、一般には５０μｍ以下である。また、個数平均短軸径の下限値は、特に限定されるものではないが、一般には３μｍ以上である。個数平均長軸径及び個数平均短軸径は、例えば、フロー式粒子像分析装置により測定することができる。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる方法であり、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合する工程と、粉砕した混合物を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の製造方法によれば、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合した粉砕混合物を用いている。このような粉砕混合物を焼成することにより、平均アスペクト比が１．５以上、好ましくは１．６以上である柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００１５】
粉砕混合物を焼成する温度としては、１３００〜１６００℃の範囲内の温度であることが好ましい。このような温度範囲内で焼成することにより、本発明の柱状チタン酸アルミニウムをより効率的に製造することができる。
【００１６】
焼成時間は、特に限定されるものではないが、０．５時間〜２０時間の範囲内で行うことが好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法において、メカノケミカルな粉砕としては、物理的な衝撃を与えながら粉砕する方法が挙げられる。具体的には、振動ミルによる粉砕が挙げられる。振動ミルによる粉砕処理を行うことにより、混合粉体の摩砕による剪断応力により、原子配列の乱れと原子間距離の減少が同時に起こり、異種粒子の接点部分の原子移動が起こる結果、準安定相が得られると考えられる。これにより、反応活性の高い粉砕混合物が得られ、この反応活性の高い粉砕混合物を焼成することにより、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００１８】
本発明におけるメカノケミカルな粉砕は、一般に、水や溶剤を用いない乾式処理として行われる。
【００１９】
メカノケミカルな粉砕による混合処理の時間は特に限定されるものではないが、一般には０．１時間〜６時間の範囲内であることが好ましい。
【００２０】
本発明において用いる原料には、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源が含まれる。チタン源としては、酸化チタンを含有する化合物を用いることができ、具体的には、酸化チタン、ルチル鉱石、水酸化チタンウェットケーキ、含水チタニアなどが挙げられる。
【００２１】
アルミニウム源としては、加熱により酸化アルミニウムを生じる化合物を用いることができ、具体的には、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの中でも、特に酸化アルミニウムが好ましく用いられる。
【００２２】
チタン源とアルミニウム源の混合割合としては、Ｔｉ：Ａｌ＝１：２（モル比）の割合を基本とするが、それぞれ±１０％程度であれば変化させても支障はない。
【００２３】
マグネシウム源としては、加熱により酸化マグネシウムを生じる化合物を用いることができ、具体的には、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。これらの中でも、特に水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムが好ましく用いられる。
【００２４】
マグネシウム源は、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で０．５〜２．０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることが好ましい。０．５重量％未満であると、低い熱膨張係数及び高い機械的強度を有する焼結体が得られない場合がある。また、２．０重量％より多くなると、平均アスペクト比が１．５以上である柱状チタン酸アルミニウムが得られない場合がある。
【００２５】
また、本発明の製造方法においては、原料中にケイ素源がさらに含まれていても良い。
【００２６】
ケイ素源が含有させることにより、チタン酸アルミニウムの分解を抑制することができ、高温安定性に優れた柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００２７】
ケイ素源としては、酸化ケイ素、ケイ素などが挙げられる。これらの中でも、特に酸化ケイ素が好ましく用いられる。ケイ素源の原料中における含有量は、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜１０重量％の範囲内であることが好ましい。このような範囲内とすることにより、柱状チタン酸アルミニウムをより安定して製造することができる。
【００２８】
本発明のチタン酸アルミニウム焼結体は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウム、または上記本発明の製造方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結することにより得られることを特徴としている。
【００２９】
本発明のチタン酸アルミニウム焼結体は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムまたは上記本発明の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結させて得られるものであるので、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い。
【００３０】
上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムまたは上記本発明の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムは、熱膨張係数が低く、マイナスの熱膨張係数を有するものもある。マイナスの熱膨張係数を有する柱状チタン酸アルミニウムを用いる場合には、プラスの熱膨張係数を有するチタン酸アルミニウムを混合して用い、得られる焼結体の熱膨張係数がゼロに近づくように調整することができる。また、本発明のチタン酸アルミニウム焼結体においては、熱膨張係数調整の目的に限定されることなく、他の目的で、異なる種類の本発明の柱状チタン酸アルミニウムを混合して用いたり、あるいは本発明の柱状チタン酸アルミニウムと本発明以外のチタン酸アルミニウムとを混合して用いてもよい。さらには、本発明の柱状チタン酸アルミニウムと、チタン酸アルミニウム以外の化合物とを混合して焼結体としてもよい。
【００３１】
本発明におけるチタン酸アルミニウム焼結体は、チタン酸アルミニウムに、例えば、造孔剤、バインダー、分散剤、及び水を添加した混合組成物を作製し、これを、例えば押出成形機を用いてハニカム構造体となるように成形し、セルの開口が市松模様となるように片側の目封止を行った後、乾燥して得られた成形体を焼成して製造することができる。焼成温度としては、例えば、１４００〜１６００℃が挙げられる。
【００３２】
造孔剤としては、黒鉛、グラファイト、木粉、ポリエチレンが挙げられる。また、バインダーとしては、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコールが挙げられる。分散剤としては、脂肪酸石鹸、エチレングリコールが挙げられる。造孔剤、バインダー、分散剤、及び水の量は適宜調整することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、低い熱膨張係数を有し、かつアスペクト比が１．５以上であるので、本発明の柱状チタン酸アルミニウムを用いることにより、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い焼結体を得ることができる。
【００３４】
本発明の製造方法によれば、本発明の柱状チタン酸アルミニウムを効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〔柱状チタン酸アルミニウムの製造方法〕
（実施例１）
酸化チタン３６０．０ｇ、酸化アルミニウム４１１．１ｇ、水酸化マグネシウム９．７ｇ、及び酸化ケイ素１９．２ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００３７】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００３８】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１３に示す。図１３に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１３の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００３９】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図１は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１から明らかなように、柱状のチタン酸アルミニウムが得られている。
【００４０】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図７は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は２１．７μｍであり、個数平均短軸径は１２．６μｍであり、平均アスペクト比は１．７２であった。
【００４１】
本実施例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で０．８７重量％である。
【００４２】
（実施例２）
酸化チタン３５５．７ｇ、酸化アルミニウム４０６．１ｇ、水酸化マグネシウム１８．８ｇ、及び酸化ケイ素１９．０ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００４３】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００４４】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１４に示す。図１４に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１４の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００４５】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図２は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２から明らかなように、柱状のチタン酸アルミニウムが得られている。
【００４６】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図８は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１９．５μｍであり、個数平均短軸径は１１．８μｍであり、平均アスペクト比は１．６５であった。
【００４７】
本実施例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で１．７１重量％である。
【００４８】
（比較例１）
酸化チタン３５１．５ｇ、酸化アルミニウム４０１．３ｇ、水酸化マグネシウム２８．５ｇ、及び酸化ケイ素１８．７ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００４９】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００５０】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１５に示す。図１５に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１５の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００５１】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図３は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００５２】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図９は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１２．３μｍであり、個数平均短軸径は８．３μｍであり、平均アスペクト比は１．４８であった。
【００５３】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で２．６２重量％である。
【００５４】
（比較例２）
酸化チタン３６０．０ｇ、酸化アルミニウム４１１．１ｇ、水酸化マグネシウム９．７ｇ、及び酸化ケイ素１９．２ｇをヘンシェルミキサーにて、０．５時間混合した。
【００５５】
以上のようにして得られた混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００５６】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１６に示す。図１６に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１６の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００５７】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図４は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図４から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００５８】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１０は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．５μｍであり、個数平均短軸径は７．９μｍであり、平均アスペクト比は１．４６であった。
【００５９】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で０．８７重量％である。
【００６０】
（比較例３）
酸化チタン３５５．７ｇ、酸化アルミニウム４０６．１ｇ、水酸化マグネシウム１８．８ｇ、及び酸化ケイ素１９．０ｇをヘンシェルミキサーにて、０．５時間混合した。
【００６１】
以上のようにして得られた混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００６２】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１７に示す。図１７に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１７の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００６３】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図５は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図５から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００６４】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１１は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．４μｍであり、個数平均短軸径は７．８μｍであり、平均アスペクト比は１．４７であった。
【００６５】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で１．７１重量％である。
【００６６】
（比較例４）
酸化チタン３０２．３ｇ、酸化アルミニウム４２３．２ｇ、酸化ケイ素２９．６ｇ、及び水３２３．７ｇをボールミルで粉砕しながら、３時間混合した。
【００６７】
以上のようにして得られた粉砕混合物を１１０℃で乾燥し、乾燥した混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００６８】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１８に示す。図１８に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１８の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００６９】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図６は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図６から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００７０】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１２は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．７μｍであり、個数平均短軸径は８．１μｍであり、平均アスペクト比は１．４４であった。
【００７１】
以上のようにして得られた実施例１、実施例２、及び比較例１、比較例２、比較例３、比較例４のチタン酸アルミニウムについて、Ｘ線回折結果、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比を表１に示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
〔チタン酸アルミニウム焼結体の製造〕
（実施例３）
実施例１で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７４】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７５】
（実施例４）
実施例２で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７６】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７７】
（実施例５）
実施例１で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子７０重量部、及び比較例４で得られた粒状チタン酸アルミニウム粒子３０重量部を混合し、この混合したチタン酸アルミニウム１００重量部に対して、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７８】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７９】
（比較例５）
比較例４で得られた粒状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００８０】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００８１】
〔チタン酸アルミニウム焼結体の評価〕
実施例３〜５及び比較例５で得られたチタン酸アルミニウム焼結体について、気孔率、気孔径、曲げ強度、及び熱膨張係数を測定した。気孔率は、ＪＩＳ Ｒ１６３４に準拠し、気孔径は、ＪＩＳ Ｒ１６５５に準拠し、曲げ強度はＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠し、熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ１６１８に準拠してそれぞれ測定した。測定結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２に示すように、本発明に従う柱状チタン酸アルミニウムを用いて製造した実施例３〜５のチタン酸アルミニウム焼結体は、比較例５のチタン酸アルミニウム焼結体に比べ、気孔径が大きく、機械的強度が高く、熱膨張係数が低いことがわかる。従って、本発明に従うチタン酸アルミニウム焼結体は、低熱膨張性で耐衝撃性に優れ、かつ機械的強度が高く、微粒子の補集効率に優れていることがわかる。
【００８４】
また、実施例５から明らかなように、柱状チタン酸アルミニウムに、従来の粒状のチタン酸アルミニウムを混合することにより、焼結体の熱膨張率を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に従う実施例１の柱状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図２】本発明に従う実施例２の柱状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図３】比較例１の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図４】比較例２の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図５】比較例３の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図６】比較例４の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図７】本発明に従う実施例１のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図８】本発明に従う実施例２のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図９】比較例１のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１０】比較例２のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１１】比較例３のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１２】比較例４のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１３】本発明に従う実施例１の柱状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１４】本発明に従う実施例２の柱状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１５】比較例１の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１６】比較例２の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１７】比較例３の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１８】比較例４の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法並びに該柱状チタン酸アルミニウムを用いた焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸アルミニウムは、低熱膨張性で耐熱衝撃性に優れ、かつ融点が高いため、自動車の排ガス処理用触媒担体や、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等に用いる多孔質材料として期待され、種々の開発が行われている。
【０００３】
特許文献１においては、高温で安定なチタン酸アルミニウム焼結体を得るため、チタン酸アルミニウムからなる成形体の表面を、マグネシウム、鉄、ケイ素、チタン及びアルミニウムの内から選ばれる１種または２種以上の金属酸化物または固溶体で被覆することが提案されている。
【０００４】
特許文献２においては、高温で安定なチタン酸アルミニウム焼結体を製造するため、チタン酸アルミニウムに、マグネシウム化合物及びケイ素化合物を添加した後成形し、これを焼結することが提案されている。
【０００５】
特許文献３においては、チタン酸アルミニウムが有する高融点、低熱膨張性を損なうことなく、高強度を有し、繰り返しの熱履歴に対して機械的強度の劣化が少ないチタン酸アルミニウム焼結体を得るため、チタン酸アルミニウムに、酸化マグネシウム及び酸化ケイ素を添加したものを焼結することが提案されている。
【０００６】
特許文献４及び５においては、マグネシウムが、マグネシウムとアルミニウムの合計量に対し１０モル％以上１００モル％未満含まれるチタン酸アルミニウムマグネシウム焼結体を製造する方法が提案されている。
【特許文献１】特開昭５６−４１８８３号公報
【特許文献２】特開昭５７−３７６７号公報
【特許文献３】特開平１−２４９６５７号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０３９７４７号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００５／１０５７０４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い焼結体を得ることができる柱状チタン酸アルミニウム及びその製造方法並びに該柱状チタン酸アルミニウムの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】
【０００８】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上、好ましくは１．６以上であることを特徴としている。
【０００９】
平均アスペクト比が１．５以上、好ましくは１．６以上である本発明の柱状チタン酸アルミニウムを用いることにより、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高いチタン酸アルミニウム焼結体を得ることができる。
【００１０】
平均アスペクト比の上限値は、特に限定されるものではないが、一般には、５以下である。
【００１１】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、マグネシウムが含まれることが好ましい。マグネシウムの含有量は、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で０．５〜２．０重量％の範囲内であることが好ましい。マグネシウムの含有量が酸化物換算で０．５未満であると、低い熱膨張係数及び高い機械的強度が得られない場合がある。また、マグネシウムの含有量が酸化物換算で２．０重量％を超えると、柱状形状が得られない場合がある。
【００１２】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、個数平均長軸径が１７μｍ以上であり、個数平均短軸径が１５μｍ以下であることが好ましい。このような範囲内とすることにより、熱膨張係数がより低く、気孔径がより大きく、かつ機械的強度がより高い焼結体を得ることができる。個数平均長軸径の上限値は特に限定されるものではないが、一般には５０μｍ以下である。また、個数平均短軸径の下限値は、特に限定されるものではないが、一般には３μｍ以上である。個数平均長軸径及び個数平均短軸径は、例えば、フロー式粒子像分析装置により測定することができる。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる方法であり、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合する工程と、粉砕した混合物を焼成する工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の製造方法によれば、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合した粉砕混合物を用いている。このような粉砕混合物を焼成することにより、平均アスペクト比が１．５以上、好ましくは１．６以上である柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００１５】
粉砕混合物を焼成する温度としては、１３００〜１６００℃の範囲内の温度であることが好ましい。このような温度範囲内で焼成することにより、本発明の柱状チタン酸アルミニウムをより効率的に製造することができる。
【００１６】
焼成時間は、特に限定されるものではないが、０．５時間〜２０時間の範囲内で行うことが好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法において、メカノケミカルな粉砕としては、物理的な衝撃を与えながら粉砕する方法が挙げられる。具体的には、振動ミルによる粉砕が挙げられる。振動ミルによる粉砕処理を行うことにより、混合粉体の摩砕による剪断応力により、原子配列の乱れと原子間距離の減少が同時に起こり、異種粒子の接点部分の原子移動が起こる結果、準安定相が得られると考えられる。これにより、反応活性の高い粉砕混合物が得られ、この反応活性の高い粉砕混合物を焼成することにより、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００１８】
本発明におけるメカノケミカルな粉砕は、一般に、水や溶剤を用いない乾式処理として行われる。
【００１９】
メカノケミカルな粉砕による混合処理の時間は特に限定されるものではないが、一般には０．１時間〜６時間の範囲内であることが好ましい。
【００２０】
本発明において用いる原料には、チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源が含まれる。チタン源としては、酸化チタンを含有する化合物を用いることができ、具体的には、酸化チタン、ルチル鉱石、水酸化チタンウェットケーキ、含水チタニアなどが挙げられる。
【００２１】
アルミニウム源としては、加熱により酸化アルミニウムを生じる化合物を用いることができ、具体的には、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどが挙げられる。これらの中でも、特に酸化アルミニウムが好ましく用いられる。
【００２２】
チタン源とアルミニウム源の混合割合としては、Ｔｉ：Ａｌ＝１：２（モル比）の割合を基本とするが、それぞれ±１０％程度であれば変化させても支障はない。
【００２３】
マグネシウム源としては、加熱により酸化マグネシウムを生じる化合物を用いることができ、具体的には、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。これらの中でも、特に水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウムが好ましく用いられる。
【００２４】
マグネシウム源は、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で０．５〜２．０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることが好ましい。０．５重量％未満であると、低い熱膨張係数及び高い機械的強度を有する焼結体が得られない場合がある。また、２．０重量％より多くなると、平均アスペクト比が１．５以上である柱状チタン酸アルミニウムが得られない場合がある。
【００２５】
また、本発明の製造方法においては、原料中にケイ素源がさらに含まれていても良い。
【００２６】
ケイ素源が含有させることにより、チタン酸アルミニウムの分解を抑制することができ、高温安定性に優れた柱状チタン酸アルミニウムを製造することができる。
【００２７】
ケイ素源としては、酸化ケイ素、ケイ素などが挙げられる。これらの中でも、特に酸化ケイ素が好ましく用いられる。ケイ素源の原料中における含有量は、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜１０重量％の範囲内であることが好ましい。このような範囲内とすることにより、柱状チタン酸アルミニウムをより安定して製造することができる。
【００２８】
本発明のチタン酸アルミニウム焼結体は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウム、または上記本発明の製造方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結することにより得られることを特徴としている。
【００２９】
本発明のチタン酸アルミニウム焼結体は、上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムまたは上記本発明の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結させて得られるものであるので、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い。
【００３０】
上記本発明の柱状チタン酸アルミニウムまたは上記本発明の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムは、熱膨張係数が低く、マイナスの熱膨張係数を有するものもある。マイナスの熱膨張係数を有する柱状チタン酸アルミニウムを用いる場合には、プラスの熱膨張係数を有するチタン酸アルミニウムを混合して用い、得られる焼結体の熱膨張係数がゼロに近づくように調整することができる。また、本発明のチタン酸アルミニウム焼結体においては、熱膨張係数調整の目的に限定されることなく、他の目的で、異なる種類の本発明の柱状チタン酸アルミニウムを混合して用いたり、あるいは本発明の柱状チタン酸アルミニウムと本発明以外のチタン酸アルミニウムとを混合して用いてもよい。さらには、本発明の柱状チタン酸アルミニウムと、チタン酸アルミニウム以外の化合物とを混合して焼結体としてもよい。
【００３１】
本発明におけるチタン酸アルミニウム焼結体は、チタン酸アルミニウムに、例えば、造孔剤、バインダー、分散剤、及び水を添加した混合組成物を作製し、これを、例えば押出成形機を用いてハニカム構造体となるように成形し、セルの開口が市松模様となるように片側の目封止を行った後、乾燥して得られた成形体を焼成して製造することができる。焼成温度としては、例えば、１４００〜１６００℃が挙げられる。
【００３２】
造孔剤としては、黒鉛、グラファイト、木粉、ポリエチレンが挙げられる。また、バインダーとしては、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコールが挙げられる。分散剤としては、脂肪酸石鹸、エチレングリコールが挙げられる。造孔剤、バインダー、分散剤、及び水の量は適宜調整することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の柱状チタン酸アルミニウムは、低い熱膨張係数を有し、かつアスペクト比が１．５以上であるので、本発明の柱状チタン酸アルミニウムを用いることにより、熱膨張係数が低く、気孔径が大きく、かつ機械的強度が高い焼結体を得ることができる。
【００３４】
本発明の製造方法によれば、本発明の柱状チタン酸アルミニウムを効率良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〔柱状チタン酸アルミニウムの製造方法〕
（実施例１）
酸化チタン３６０．０ｇ、酸化アルミニウム４１１．１ｇ、水酸化マグネシウム９．７ｇ、及び酸化ケイ素１９．２ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００３７】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００３８】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１３に示す。図１３に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１３の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００３９】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図１は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１から明らかなように、柱状のチタン酸アルミニウムが得られている。
【００４０】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図７は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は２１．７μｍであり、個数平均短軸径は１２．６μｍであり、平均アスペクト比は１．７２であった。
【００４１】
本実施例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で０．８７重量％である。
【００４２】
（実施例２）
酸化チタン３５５．７ｇ、酸化アルミニウム４０６．１ｇ、水酸化マグネシウム１８．８ｇ、及び酸化ケイ素１９．０ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００４３】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００４４】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１４に示す。図１４に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１４の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００４５】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図２は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２から明らかなように、柱状のチタン酸アルミニウムが得られている。
【００４６】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図８は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１９．５μｍであり、個数平均短軸径は１１．８μｍであり、平均アスペクト比は１．６５であった。
【００４７】
本実施例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で１．７１重量％である。
【００４８】
（比較例１）
酸化チタン３５１．５ｇ、酸化アルミニウム４０１．３ｇ、水酸化マグネシウム２８．５ｇ、及び酸化ケイ素１８．７ｇを振動ミルにて粉砕しながら、２．０時間混合した。
【００４９】
以上のようにして得られた粉砕混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００５０】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１５に示す。図１５に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５であった。図１５の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのＡｌ２ＴｉＯ５のピークである。
【００５１】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図３は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００５２】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図９は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１２．３μｍであり、個数平均短軸径は８．３μｍであり、平均アスペクト比は１．４８であった。
【００５３】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で２．６２重量％である。
【００５４】
（比較例２）
酸化チタン３６０．０ｇ、酸化アルミニウム４１１．１ｇ、水酸化マグネシウム９．７ｇ、及び酸化ケイ素１９．２ｇをヘンシェルミキサーにて、０．５時間混合した。
【００５５】
以上のようにして得られた混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００５６】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１６に示す。図１６に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１６の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００５７】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図４は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図４から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００５８】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１０は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．５μｍであり、個数平均短軸径は７．９μｍであり、平均アスペクト比は１．４６であった。
【００５９】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で０．８７重量％である。
【００６０】
（比較例３）
酸化チタン３５５．７ｇ、酸化アルミニウム４０６．１ｇ、水酸化マグネシウム１８．８ｇ、及び酸化ケイ素１９．０ｇをヘンシェルミキサーにて、０．５時間混合した。
【００６１】
以上のようにして得られた混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００６２】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１７に示す。図１７に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１７の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００６３】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図５は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図５から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００６４】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１１は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．４μｍであり、個数平均短軸径は７．８μｍであり、平均アスペクト比は１．４７であった。
【００６５】
本比較例における、水酸化マグネシウムの添加量及びチタン酸アルミニウム中のマグネシウム含有量は、酸化チタン及び酸化アルミニウムの合計に対して、酸化マグネシウム換算で１．７１重量％である。
【００６６】
（比較例４）
酸化チタン３０２．３ｇ、酸化アルミニウム４２３．２ｇ、酸化ケイ素２９．６ｇ、及び水３２３．７ｇをボールミルで粉砕しながら、３時間混合した。
【００６７】
以上のようにして得られた粉砕混合物を１１０℃で乾燥し、乾燥した混合物５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１５００℃で４時間焼成した。
【００６８】
得られた生成物のＸ線回折チャートを図１８に示す。図１８に示すように、得られた生成物は、Ａｌ２ＴｉＯ５とＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合物であった。図１８の下方に示すピークは、ＪＣＰＤＳのピークであり、下から順に、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（ルチル型酸化チタン）、及びＡｌ２ＴｉＯ３（チタン酸アルミニウム）を示している。
【００６９】
得られたチタン酸アルミニウムについて、走査型電子顕微鏡で観察した。図６は、得られたチタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図６から明らかなように、この比較例で得られたチタン酸アルミニウムは、実施例１及び実施例２のような柱状ではなく、粒状であることがわかる。
【００７０】
また、得られたチタン酸アルミニウムについて、フロー式粒子像分析装置により、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）を測定した。図１２は、フロー式粒子像分析装置で測定された粒子像である。個数平均長軸径は１１．７μｍであり、個数平均短軸径は８．１μｍであり、平均アスペクト比は１．４４であった。
【００７１】
以上のようにして得られた実施例１、実施例２、及び比較例１、比較例２、比較例３、比較例４のチタン酸アルミニウムについて、Ｘ線回折結果、個数平均長軸径、個数平均短軸径、及び平均アスペクト比を表１に示す。
【００７２】
【表１】
【００７３】
〔チタン酸アルミニウム焼結体の製造〕
（実施例３）
実施例１で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７４】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７５】
（実施例４）
実施例２で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７６】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７７】
（実施例５）
実施例１で得られた柱状チタン酸アルミニウム粒子７０重量部、及び比較例４で得られた粒状チタン酸アルミニウム粒子３０重量部を混合し、この混合したチタン酸アルミニウム１００重量部に対して、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００７８】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００７９】
（比較例５）
比較例４で得られた粒状チタン酸アルミニウム粒子１００重量部に対し、黒鉛２０重量部、メチルセルロース１０重量部、脂肪酸石鹸０．５重量部配合し、さらに水を適当量添加して混練し、押出成形可能な坏土を得た。
【００８０】
得られた坏土を押出成形機にてハニカム構造体となるように押し出して成形し、次に、マイクロ波乾燥機及び熱風乾燥機で乾燥した後、得られた成形体を１５００℃で焼成し、チタン酸アルミニウム焼結体を得た。
【００８１】
〔チタン酸アルミニウム焼結体の評価〕
実施例３〜５及び比較例５で得られたチタン酸アルミニウム焼結体について、気孔率、気孔径、曲げ強度、及び熱膨張係数を測定した。気孔率は、ＪＩＳ Ｒ１６３４に準拠し、気孔径は、ＪＩＳ Ｒ１６５５に準拠し、曲げ強度はＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠し、熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ１６１８に準拠してそれぞれ測定した。測定結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
【００８３】
表２に示すように、本発明に従う柱状チタン酸アルミニウムを用いて製造した実施例３〜５のチタン酸アルミニウム焼結体は、比較例５のチタン酸アルミニウム焼結体に比べ、気孔径が大きく、機械的強度が高く、熱膨張係数が低いことがわかる。従って、本発明に従うチタン酸アルミニウム焼結体は、低熱膨張性で耐衝撃性に優れ、かつ機械的強度が高く、微粒子の補集効率に優れていることがわかる。
【００８４】
また、実施例５から明らかなように、柱状チタン酸アルミニウムに、従来の粒状のチタン酸アルミニウムを混合することにより、焼結体の熱膨張率を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に従う実施例１の柱状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図２】本発明に従う実施例２の柱状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図３】比較例１の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図４】比較例２の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図５】比較例３の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図６】比較例４の粒状チタン酸アルミニウムを示す走査型電子顕微鏡写真。
【図７】本発明に従う実施例１のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図８】本発明に従う実施例２のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図９】比較例１のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１０】比較例２のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１１】比較例３のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１２】比較例４のフロー式粒子像分析装置で測定された粒子像を示す図。
【図１３】本発明に従う実施例１の柱状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１４】本発明に従う実施例２の柱状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１５】比較例１の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１６】比較例２の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１７】比較例３の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【図１８】比較例４の粒状チタン酸アルミニウムのＸ線回折チャートを示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上であることを特徴とする柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項２】
マグネシウムの含有量が、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項３】
個数平均長軸径が１７μｍ以上であり、個数平均短軸径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載に記載の柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウムを製造する方法であって、
チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合する工程と、
粉砕した混合物を焼成する工程とを備えることを特徴とする柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項５】
１３００〜１６００℃の範囲内の温度で焼成することを特徴とする請求項４に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項６】
マグネシウム源が、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることを特徴とする請求項４または５に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項７】
原料中にケイ素源がさらに含まれていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項８】
ケイ素源が、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で、０．５〜１０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることを特徴とする請求項７に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウム、または請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結させることにより得られることを特徴とするチタン酸アルミニウム焼結体。
【請求項１】
平均アスペクト比（＝個数平均長軸径／個数平均短軸径）が１．５以上であることを特徴とする柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項２】
マグネシウムの含有量が、チタン及びアルミニウムの合計に対してそれぞれの酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項３】
個数平均長軸径が１７μｍ以上であり、個数平均短軸径が１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載に記載の柱状チタン酸アルミニウム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウムを製造する方法であって、
チタン源、アルミニウム源、及びマグネシウム源を含む原料をメカノケミカルに粉砕しながら混合する工程と、
粉砕した混合物を焼成する工程とを備えることを特徴とする柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項５】
１３００〜１６００℃の範囲内の温度で焼成することを特徴とする請求項４に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項６】
マグネシウム源が、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で、０．５〜２．０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることを特徴とする請求項４または５に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項７】
原料中にケイ素源がさらに含まれていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項８】
ケイ素源が、チタン源及びアルミニウム源の合計に対してそれぞれ酸化物換算で、０．５〜１０重量％の範囲内となるように原料中に含まれていることを特徴とする請求項７に記載の柱状チタン酸アルミニウムの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱状チタン酸アルミニウム、または請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法により製造された柱状チタン酸アルミニウムを含む成形体を焼結させることにより得られることを特徴とするチタン酸アルミニウム焼結体。
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１１６２９０（Ｐ２０１０−１１６２９０Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０２３７（Ｐ２００８−２９０２３７）
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００２０６９０１）大塚化学株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００２０６９０１）大塚化学株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
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