CN103269770B - 蜂窝状结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明的蜂窝状结构体(100)包括:筒状的蜂窝状结构部(4),其具有划分形成作为流体的流路的从一个端面(11)延伸到另一个端面(12)的多个孔格(2)的多孔质的隔壁(1)与位于最外周的外周壁(3),隔壁(1)的电阻率为1~200Ωcm,且,外周壁(3)的至少一部分由杨氏模量比隔壁(1)的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部(6)形成,低杨氏模量部(6)的杨氏模量比隔壁(1)的杨氏模量的比率为2~95%。本发明提供一种作为催化剂载体并且通过施加电压也作为加热器发挥功能,且抗热震性优良的蜂窝状结构体。

Description

蜂窝状结构体
技术领域
本发明涉及一种蜂窝状结构体。更详细地说,涉及一种作为催化剂载体又通过施加电压也作为加热器发挥功能,进而抗热震性优良的蜂窝状结构体。
背景技术
以往,将载持了催化剂的堇青石制的蜂窝状结构体用于对汽车发动机排出的废气中的有害物质进行处理。还已知有将由碳化硅烧结体形成的蜂窝结构体用于废气的净化(例如,参照专利文献1)。
作为这样的蜂窝状结构体,能够列举例如包括多孔质的隔壁与位于最外周的外周壁的物体。多孔质的隔壁是划分形成作为流体的流路的从一个端面到另一个端面延伸的多个孔格的。
通过载持于蜂窝状结构体的催化剂进行废气处理时,需要将催化剂升温到规定的温度.但是,由于发动机开始发动时,催化剂的温度较低,废气无法充分的被净化。
因此,研究了在载持有催化剂的蜂窝状结构体的上游侧,设置金属制加热器,使废气升温的方法(例如,参照专利文献2)。
又,还公开了将由导电性陶瓷构成的在两端部配置有电极的蜂窝状结构体,作为带加热器的催化剂载体来使用(例如,参照专利文献3)。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】专利第4136319号公报
【专利文献2】专利第2931362号公报
【专利文献3】特开平8-141408号公报
发明内容
专利文献2所示的蜂窝状结构体在蜂窝状结构体的上游侧设置金属制加热器,使高温的废气流通。又,专利文献3所示的蜂窝状结构体在蜂窝状结构体的两端部配置电极,通过通电来加热蜂窝状结构体。在这样的蜂窝状结构体中,对于加热蜂窝状结构体的情况,有在外周壁容易产生裂纹等问题。又,在这样的蜂窝状结构体中,即使在设置在引擎正下方并暴露在高温的废气中的情况下,也有由于热震外周壁损坏的问题。在蜂窝状结构体的外周壁产生最大的应力。因此,在蜂窝状结构体中,相对隔壁部分,外周壁部分的损坏更为显著。
又,用于加热上述那样的蜂窝状结构体的金属制加热器,同蜂窝状结构体一起搭载到汽车来使用。这种情况下,共用使用于汽车的电气系统的电源与加热器的电源。此时,作为加热器的电源,采用例如200V这样高电压的电源。但是,金属制加热器的电阻低。因此,在采用这样的高电压的电源的情况下,电流过多地流入金属制加热器,电源电路受到损伤这样的问题。
又,如果加热器为金属制,即使是加工成蜂窝状结构,也难以载持催化剂。因此,难以使得加热器和催化剂一体化。又,像专利文献3那样,在蜂窝状结构体的端面配置加热器的情况下,该加热器直接暴露在废气中。因此,当长时间使用蜂窝状结构体时,会有电极劣化,电极部分的电阻值上升这样的问题。
鉴于上述问题,本发明的目的在于,提供一种作为催化剂载体又通过施加电压也作为加热器发挥功能,进而抗热震性优良的蜂窝状结构体。
为了解决上述课题,本发明提供以下的蜂窝状结构体。
[1]一种蜂窝状结构体,其包括筒状的蜂窝状结构部,该筒状的蜂窝状结构部具有划分形成作为流体的流路的从一个端面到另一个端面延伸的多个孔格的多孔质的隔壁、和位于最外周的外周壁,所述隔壁的电阻率为1~200Ωcm,所述外周壁的至少一部分由杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部形成,所述低杨氏模量部的杨氏模量相对于所述隔壁的杨氏模量的比率为2~95%。
[2]根据所述[1]所述的蜂窝状结构体,所述外周壁全部由所述低杨氏模量部形成。
[3]根据所述[2]所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部的杨氏模量相对于所述隔壁的杨氏模量的比率为2~60%。
[4]根据所述[2]或[3]所述的蜂窝状结构体,其进一步包括:一对电极部,其在所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上呈带状地被设置在所述蜂窝状结构部的侧面。
[5]根据所述[4]所述的蜂窝状结构体,所述电极部的杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低。
[6]根据所述[2]或[3]所述的蜂窝状结构体,所述外周壁中的,在所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上延伸的带状的两个的区域,形成有电阻率比所述外周壁的其它区域低的一对电极部。
[7]根据所述[4]~[6]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的杨氏模量为0.8~30GPa。
[8]根据所述[4]~[7]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的气孔率为30~80%。
[9]根据所述[4]~[8]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的电阻率为0.1~100Ωcm。
[10]根据所述[1]所述的蜂窝状结构体,所述外周壁的一部分由所述低杨氏模量部形成,且所述外周壁的除所述低杨氏模量部以外的部位由杨氏模量与所述隔壁的杨氏模量相同或在其之上地构成的高杨氏模量部形成。
[11]根据所述[10]所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部的杨氏模量相对于所述隔壁的杨氏模量的比率为2~60%。
[12]根据所述[10]或[11]所述的蜂窝状结构体,其进一步包括:一对电极部,其呈在所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上延伸的带状地,被配置在所述蜂窝状结构部的侧面上。
[13]根据所述[12]所述的蜂窝状结构体,所述电极部的杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低。
[14]根据所述[12]或[13]所述的蜂窝状结构体,所述一对电极部至少被配置在所述高杨氏模量部的表面。
[15]根据所述[12]~[14]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的杨氏模量为0.8~30GPa。
[16]根据所述[12]~[15]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的气孔率为30~80%。
[17]根据所述[12]~[16]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述电极部的电阻率为0.1~100Ωcm。
[18]根据所述[5]~[9]和[12]~[17]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述外周壁的一部分比所述电极部的电阻率大。
[19]根据所述[1]~[18]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述隔壁的杨氏模量为20~45GPa。
[20]根据所述[1]~[19]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述隔壁的气孔率为30~60%。
[21]根据所述[1]~[20]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部与所述隔壁为相同材质。
[22]根据所述[21]所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部的杨氏模量为0.8~30GPa。
[23]根据所述[21]或[22]所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部的气孔率比所述隔壁的气孔率高。
[24]根据所述[1]~[20]的任一项所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部为与所述隔壁不同的材质。
[25]根据所述[24]所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部的杨氏模量为0.6~30GPa。
[26]根据所述[24]或[25]所述的蜂窝状结构体,所述低杨氏模量部的气孔率为30~80%。
本发明的蜂窝状结构体能够作为净化废气用的催化剂载体使用。本发明的蜂窝状结构体的构成蜂窝状结构部的隔壁的电阻率为1~200Ωcm。因此,例如,通过施加电压到隔壁上,能够使该隔壁部分发热起到加热器的作用。特别地,通过使隔壁的电阻率为1~200Ωcm,即使采用电压高的电源并流入电流,也不会流入过多地电流。因此,本发明的蜂窝状结构体能够作为加热器非常良好地发挥功能。又,外周壁的至少一部分,由杨氏模量比隔壁的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部来形成。并且,低杨氏模量部的杨氏模量比隔壁的杨氏模量的比率为2~95%。因此,上述低杨氏模量部缓和例如在隔壁与外周壁之间产生温度差时产生的应力。在本发明的蜂窝状结构体中,由于能够如上所述地缓和应力,因而,抗热震性优良。即,在本发明的蜂窝状结构体中,上述低杨氏模量部能够作为缓和热震的缓冲构件发挥功能,提高抗热震性。
附图说明
图1是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的立体图。
图2是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的一个端面的俯视图。
图3是示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图4是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的另一个实施方式的立体图。
图5是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的另一个实施方式的一个端面的俯视图。
图6是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。
图7是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的一个端面的俯视图。
图8是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。
图9是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图10是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图11是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。
图12是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图13是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。
图14是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图15是示意地示出电极部的俯视图。
图16是示意地示出电极部的俯视图。
图17A是示意地示出电极部的俯视图。
图17B是示意地示出电极部的俯视图。
图18是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图19是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图20是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
图21是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的主视图。
图22是示出图21中的A-A’剖面的模式图。
图23是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的侧面图。
图24是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的主视图。
具体实施方式
接着参考附图对实施本发明的实施方式进行详细说明,但本发明不限于以下实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内,基于本领域技术人员的常识,可进行增加适当的设计变更、改良等。
(1)蜂窝状结构体:
本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式像图1~图3所示的蜂窝状结构体100那样,包括筒状的蜂窝状结构部4。蜂窝状结构部4具有多孔质的隔壁1与位于最外周的外周壁3。隔壁1划分形成作为流体的流路的从一个端面11延伸到另一个端面12的多个孔格2。在本实施方式的蜂窝状结构体100中,隔壁1的电阻率为1~200Ωcm。又,本实施方式的蜂窝状结构体100的外周壁3的至少一部分由杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部6而形成。低杨氏模量部6的杨氏模量相对于隔壁1的杨氏模量的比率为2~95%。
图1是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的立体图。图2是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的一个端面的俯视图。图3是示出本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
本实施方式的蜂窝状结构体100包括具有划分形成多个孔格2的多孔质的隔壁1的蜂窝状结构部4。因此,能够适用为净化废气用的催化剂载体。又,构成该蜂窝状结构部4的隔壁1的电阻率为1~200Ωcm。因此,例如,通过施加电压到隔壁1,能够使上述隔壁1部分发热并作为加热器发挥功能。特别地,通过使隔壁1的电阻率为1~200Ωcm,即使采用电压高的电源来通入电流到隔壁1,隔壁1也不会过多地流入电流。因此,能够使蜂窝状结构体100作为加热器非常良好地发挥功能。
又,外周壁3的至少一部分由杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部6而形成。进一步地,低杨氏模量部6的杨氏模量相对于隔壁1的杨氏模量的比率为2~95%。因此,通过上述低杨氏模量部6,例如,能够缓和当隔壁1与外周壁3之间产生温度差时产生的应力。由此,能够得到抗热震性优良的蜂窝状结构体100。即,上述低杨氏模量部6作为缓和热震的缓冲构件发挥功能,能够提高蜂窝状结构体100的抗热震性。当低杨氏模量部6的杨氏模量相对于隔壁1的杨氏模量的比率未达到2%,外周壁的强度变弱且容易损坏。当低杨氏模量部6的杨氏模量相对于隔壁1的杨氏模量的比率超过95%,外周壁由于热震变得容易损坏。特别地,该损坏有可能变成使蜂窝状结构体的电阻值变化那样的程度非常大的损坏。当产生这样的损坏,将蜂窝状结构体器作为加热器等使用就变得困难。
隔壁的杨氏模量为以JISR1602为标准,通过弯曲共振法测定的值。作为测定所采用的试验片,采用将形成有蜂窝状结构部的隔壁的部分,切出20mm×10mm×100mm的大小的试验片。又,在杨氏模量的测定中,在由弯曲共振法进行的测定困难的情况下,也可以采用4点弯曲法作为代替方法。
又,外周壁的杨氏模量是以JISR1602为标准,通过弯曲共振法测定的值。作为测定所采用的试验片,采用使用形成外周壁的原料来制作块体并将该块体切出3mm×4mm×40mm的大小的试验片。在外周壁的杨氏模量局部不同的情况下,由构成外周壁的各部分的材料来制作试验片,测定各部分的杨氏模量。即,在外周壁如后所述地由低杨氏模量部与高杨氏模量部构成的情况下,或低杨氏模量部具有两个以上杨氏模量不同的区域的情况下,通过上述的方法,在各部分或各区域分别制作试验片。又,在杨氏模量的测定中,在由弯曲共振法进行的测定困难的情况下,也可以采用4点弯曲法来作为代替方法。
在图1~图3中示出了位于蜂窝状结构部4的最外周的外周壁3的全部是由低杨氏模量部6形成的情况的实例。例如,这样的低杨氏模量部能够通过将由通过干燥以及烧成而杨氏模量比隔壁低的材料构成的涂层材料,涂到隔壁的外周部分来制作。又,用于形成低杨氏模量部的涂层材料即使与隔壁为相同材质,也可以采用通过增大气孔率而杨氏模量变低的材料。没有配置外周壁的隔壁能够通过以下的方法制作。首先,有隔壁的外周部分,制作具有由与隔壁相同的材料构成的暂时的外周壁的蜂窝状结构部。关于上述暂时的外周壁,也可以是杨氏模量与隔壁相同的外周壁。然后,对配置有该暂时的外周壁的外周部分进行研磨加工,制作没有配置外周壁的隔壁。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,也可以不是外周壁的全部均由低杨氏模量部而形成。即,蜂窝状结构体的外周壁的一部分可以由低杨氏模量部而形成。例如,也可像图4以及图5所示的蜂窝状结构体200那样,外周壁3的一部分由低杨氏模量部6形成,且外周壁3的低杨氏模量部6之外的部位由高杨氏模量部7形成。低杨氏模量部6为杨氏模量比隔壁1低的部分。高杨氏模量部7为由与隔壁1相同材料构成的外周壁,或为由杨氏模量比隔壁1高的材料构成的外周壁。在这里,图4是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的另一个实施方式的立体图。图5是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的另一个实施方式的一个端面的俯视图。
在外周壁3由低杨氏模量部6与高杨氏模量部7构成的情况下,优选在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上呈延伸的带状地,形成低杨氏模量部6与高杨氏模量部7。在图4以及图5所示的蜂窝状结构体200中,带状的低杨氏模量部6与带状的高杨氏模量部7在蜂窝状结构部4的周向上交替地各形成两个。通过这样地构成,构成外周壁3的一部分的低杨氏模量部6,缓和当隔壁1与外周壁3之间产生温度差时产生的应力。由此,能够提高蜂窝状结构体200的抗热震性。
这样的低杨氏模量部能够通过将通过干燥以及烧成而由杨氏模量比隔壁低的材料构成的涂层材料,涂到隔壁的外周部分来制作。另一方面,高杨氏模量部能够例如不对由与隔壁相同的材料构成的外周壁部分进行研磨加工,通过作为上述高杨氏模量部保留的材料来制作。又,高杨氏模量部另外也可以采用通过干燥以及烧成而由杨氏模量与隔壁的杨氏模量相同或在其之上的材料构成的涂层材料来制作。通过将这样的涂层涂到隔壁的外周部分的低杨氏模量部之外的部分,能够制作高杨氏模量部。
以下,更详细地对低杨氏模量部的制作方法进行说明。首先,暂且制作具有由与隔壁相同的材料构成的外周壁,即杨氏模量与隔壁相同的外周壁的蜂窝状结构部。然后,对得到的蜂窝状结构部的外周部分进行研磨加工。然后,将由杨氏模量隔壁比低的材料构成的涂层材料涂到上述研磨加工后的部分,来制作低杨氏模量部。此时,在研磨加工后的蜂窝状结构部的最外周部分,有可能孔格的周围的一部分具有没有由隔壁划分的不完全孔格。在涂形成上述低杨氏模量部的涂层材料的情况下,优选按涂层材料充填到该不完全孔格的内部的方式来进行涂层。即,优选形成低杨氏模量部直到不完全孔格的内部。通过这样地构成,能够提高蜂窝状结构体的强度。例如,也可以像图18所示的蜂窝状结构体100A那样,构成外周壁3的涂层材料充填到不完全孔格2x的内部。图18中,由于外周壁3全部由低杨氏模量部6形成,因而,构成低杨氏模量部6的涂层材料充填到不完全孔格2x的内部。不完全孔格2x是指,孔格2的周围的一部分没有由隔壁1划分的孔格。在这里,图18是本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向上的剖面的模式图。在如上述那样,配置外周壁3直到不完全孔格2x的内部的情况下,“外周壁3的厚度”是指在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,配置在连接隔壁1的最外周的点而形成的区域的外侧的外周壁3的厚度。隔壁1的最外周的点包含形成不完全孔格2x的隔壁1。
在外周壁由低杨氏模量部与高杨氏模量部构成的情况下,优选带状的低杨氏模量部与高杨氏模量部在蜂窝状结构部的周向上交替地形成。图4以及图5所示的蜂窝状结构体200中示出了,低杨氏模量部6与高杨氏模量部7在蜂窝状结构部4的周向上交替地分别形成两个的情况下的实例。低杨氏模量部6与高杨氏模量部7的数量,不限定于图4以及图5所示的各两个。在蜂窝状结构体形成有后述的电极部的情况下,考虑电极部的配置部位,低杨氏模量部6与高杨氏模量部7优选在蜂窝状结构部4的周向h交替地分别形成两个。
低杨氏模量部优选在占外周壁表面的面积的20%以上的范围内形成。以下,有时将低杨氏模量部的面积比外周壁表面的面积的比率称为“低杨氏模量部的面积比率”。例如,当上述的低杨氏模量部的面积比率未达到20%,缓和外周壁中的热应力的部分变少。由此,有可能没有充分地提高蜂窝状结构体的抗热震性。上述低杨氏模量部的面积比率的最大值如图1~图3所示,为外周壁的全部均由低杨氏模量部构成的情况的100%。
图4以及图5中,分别在孔格的延伸的方向呈带状地形成低杨氏模量部6与高杨氏模量部7。在这种情况下,低杨氏模量部6的周向的长度的总和比蜂窝状结构部4的上述周向的长度的比率(即周向的比率)优选在10%以上,更加优选在20%以上,特别地优选在30%以上。低杨氏模量部6的周向的长度的总和是指带状的低杨氏模量部6的宽度的总和。例如,当低杨氏模量部的周向的长度的总和相对蜂窝状结构部的周向的长度未达到10%,有可能缓和热应力的部分变少。由此,有可能没有充分地提高蜂窝状结构体的抗热震性。
又,如图4所示,低杨氏模量部6与高杨氏模量部7在蜂窝状结构部4的周向上交替地分别形成两个的情况下,低杨氏模量部6优选按以下方式构成。在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,各个低杨氏模量部6的中心角γ优选为15~160°,更加优选为25~140°,特别地优选为35~120°。通过这样构成,低杨氏模量部6在周向(即,蜂窝状结构部4的周向)上的配置的偏差变少。由此,在蜂窝状结构部4的周向整个区域,可以良好地进行热应力的缓和。例如,当中心角γ未达到15°,缓和热应力的部分变少,有可能没有充分地提高蜂窝状结构体的抗热震性。又,在本发明的蜂窝状结构体中,外周壁的全部也可以由上述低杨氏模量部而形成。因此,各个低杨氏模量部6的中心角γ的最大值为180°。即,两个的低杨氏模量部6的中心角γ的合计为360°。从抗热震性的提高的观点来看,对上述中心角γ的上限没有特别地限制。但是,例如,当上述中心角γ超过160°,则要配置中心角非常窄的高杨氏模量部,制造工程变得烦杂。
如图4以及图5的蜂窝状结构体200具有杨氏模量与隔壁1的杨氏模量相同或在其之上地构成的高杨氏模量部7。本发明的蜂窝状结构体也可以例如如图2所示,外周壁3的全部由低杨氏模量部6形成,进一步地,该低杨氏模量部6具有二个以上杨氏模量不同的区域。例如,像图6以及图7所示的蜂窝状结构体300那样,外周壁3的全部也可以由杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部6而形成。在图6以及图7所示的蜂窝状结构体300中,该低杨氏模量部6由第一低杨氏模量部6a与第二低杨氏模量部6b构成。第一低杨氏模量部6a以杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低的状态构成。第二低杨氏模量部6b以杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低,且比第一低杨氏模量部6a还要低的状态构成。
在这里,图6是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。图7是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的一个端面的俯视图。
如上所述地,即使在外周壁由第一低杨氏模量部与第二低杨氏模量部构成的情况下,也优选在蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上,第一低杨氏模量部与第二低杨氏模量部交替地呈带状地形成。通过这样地构成,第一低杨氏模量部与第二低杨氏模量部分别作为缓和热震的缓冲构件发挥功能。由此,能够提高蜂窝状结构体的抗热震性。特别地,外周壁由柔软的部分(例如第一低杨氏模量部)与更柔软的部分(例如第二低杨氏模量部)构成。因此,按照加热蜂窝状结构体时的温度条件,各部分适当地缓和应力,能够实现良好的抗热震性。
图6以及图7中示出了,在蜂窝状结构部4的周向上,交替地分别形成两个在孔格2的延伸的方向上延伸的带状的第一低杨氏模量部6a与第二低杨氏模量部6b的情况的实例。第一低杨氏模量部6a与第二低杨氏模量部6b的形状或大小,不限定于图6以及图7所示的形态。
本实施方式的蜂窝状结构体中,低杨氏模量部的杨氏模量相对于隔壁的杨氏模量的比率优选为2~60%,更加优选为2~50%,特别地优选为2~40%。以下,有时将低杨氏模量部的杨氏模量相对于隔壁的杨氏模量的比率仅仅称为“杨氏模量的比率”。通过这样地构成,构成外周壁的低杨氏模量部良好地缓和在隔壁与外周壁之间产生温度差时产生的应力。由此,良好地能够提高蜂窝状结构体的抗热震性。例如,当上述杨氏模量的比率未达到2%,有可能外周壁的强度变弱且容易损坏。又,当上述杨氏模量的比率超过60%,低杨氏模量部的杨氏模量变得较高,有可能不能缓和足够的热应力。该杨氏模量的比率是适用于外周壁的全部由低杨氏模量部形成的情况,以及外周壁由低杨氏模量部与高杨氏模量部形成的情况这两种情况的条件。
(进一步地包括一对电极部的构成)
在本实施方式的蜂窝状结构体中,也可以蜂窝状结构部的侧面上进一步地包括一对电极部。一对电极部在蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上呈带状地配置。在这里,图8~图10所示的蜂窝状结构体400的位于蜂窝状结构部4的最外周的外周壁3的全部由低杨氏模量部6形成。由这样的低杨氏模量部6构成外周壁3的侧面上,配置一对在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上延伸的带状的电极部21、21。
本实施方式的蜂窝状结构体400如以上所说明的,蜂窝状结构部4的电阻率为10~200Ωcm。因此,即使采用电压高的电源通入电流,隔壁1也不会过多地流入电流。因此,适于将蜂窝状结构体400作为加热器。又,由于包括在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上呈带状地配置的一对电极部21、21,通过在这一对电极部21、21之间施加电压,能够使蜂窝状结构部4良好地发热。
本实施方式的蜂窝状结构体400,在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,一对电极部21、21中的一个电极部21优选相对一对电极部21、21中的另一个电极部21,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧。通过这样构成,当从一个电极部21向另一个电极21施加电压时,可对蜂窝状结构部4整体均匀地施加电压。因此,能够抑制蜂窝状结构部4的温度分布的偏差。
本实施方式的蜂窝状结构体400优选除了在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,一个电极部21相对另一个电极部21,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧之外,各电极部21、21还按以下那样构成。本实施方式的蜂窝状结构体400在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,各个电极部21、21的中心角α的0.5倍更加优选为15~65°,特别地优选为30~60°。通过这样地构成,能够更良好地抑制上述的蜂窝状结构部4的温度分布的偏差。图10中,将上述的电极部21的中心角α的0.5倍的角度表示为角度θ。
在这里,图8是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。图9是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。图10是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
在这里,关于“在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,一对电极部21、21中的一个电极部21相对一对电极部21、21中的另一个电极部21,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧”这样的构成,以下进行详细说明。首先,将与孔格2的延伸的方向正交的剖面上的连接一个电极部21的中央点与蜂窝状结构部4的中心O的线段定为”线段(P)”。又,将与孔格2的延伸的方向正交的剖面上的连接另一个电极部21的中央点与蜂窝状结构部4的中心O的线段定为“线段(Q)”。一个电极部21以及另一个电极部21的中央点是在蜂窝状结构部4的周向上的中央的点。并且,“夹着蜂窝状结构部4的中心O的相对侧”意味着,由线段(P)与线段(Q)形成的角度β在170°~190°的范围内那样的位置关系。因此,上述的构成中,按满足上述角度β的范围那样的位置关系来配置一对电极部21、21。
“电极部21的中心角α”如图10所示,在正交于孔格的延伸的方向的剖面上,由连接电极部21的两端与蜂窝状结构部4的中心O的两条线段形成的角度。即,中心角α是在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,由“电极部21”、“连接电极部21的一个端部与中心O的线段”、“连接电极部21的另一个端部与中心O的线段”形成的形状的中心O的部分的内角。由上述各线段形成的形状为例如扇形。
又,一个电极部21的“中心角α的0.5倍的角度θ”优选为另一个电极部21的“中心角α的0.5倍的角度θ”的0.8~1.2倍的大小,更加优选为1.0倍的大小(即,相同大小)。由此,在一对电极部21、21之间施加电压时,能够抑制流入蜂窝状结构部4内的电流的偏差。由此,能够抑制蜂窝状结构部4内的发热的偏差。
关于电极部的杨氏模量没有特别地限制,但在本实施方式的蜂窝状结构体中,电极部的杨氏模量优选与隔壁的杨氏模量相同,或比隔壁的杨氏模量低。通过这样地构成,能够缓和外周壁的热应力。由此,能够进一步提高蜂窝状结构体的抗热震性。
(由外周壁形成一对电极部的构成)
在本发明的蜂窝状结构体中,如图11以及图12所示,外周壁3中的在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上延伸的带状的两个的区域,也可以电阻率比外周壁3的其它区域低地构成。该电阻率低的区域形成一对电极部21a、21a。
即,图11以及图12所示的蜂窝状结构体500的外周壁3的全部由低杨氏模量部6形成的。并且,该低杨氏模量6的一部分由兼用作在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上呈带状地配置的一对电极部21a、21a的那样的材料形成。由此,外周壁3的一部分成为一对电极部21a、21a。由此,与图8~图10所示的蜂窝状结构体400一样地,通过在一对电极部21a、21a之间施加电压,能够使蜂窝状结构部4良好地发热。在这里,图11是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。图12是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
在图11以及图12所示的蜂窝状结构体500与图8~图10所示的蜂窝状结构体400相比的情况下,也可以考虑以下那样的实施方式。即也可以考虑图11以及图12所示的蜂窝状结构体500的配置有一对电极部21a、21a的区域的外周壁3不存在,一对电极部21a、21a直接配置在隔壁1的周围的实施方式。这一对电极部21a、21a兼用作形成外周壁3的低杨氏模量6的一部分。因此,一对电极部21a、21a以杨氏模量比隔壁1的杨氏模量低地状态构成。
蜂窝状结构体500的一对电极部21a、21a优选一个电极部21a相对一对电极部21a、21a中的另一个电极部21a,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧。进一步地,在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,各个电极部21a、21a的中心角α的0.5倍更加优选为15~65°,特别地优选为30~60°。通过这样地构成,能够良好地抑制蜂窝状结构部4的温度分布的偏差。中心角α、以及中心角α的0.5倍的角度θ为与图10所示的中心角α以及角度θ一样地定义的角度。
(包括一对电极部的其它的构成)
又,在蜂窝状结构部的外周壁由低杨氏模量部与高杨氏模量部形成的情况下,蜂窝状结构部也可以进一步地包括一对电极部。例如,在图13以及图14中示出了,在蜂窝状结构部4的侧面上,进一步地包括在蜂窝状结构部4的孔格2的延伸的方向上呈延伸的带状地被配置的一对电极部21b、21b的蜂窝状结构体600的实例。图13是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的立体图。图14是示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的正交于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
蜂窝状结构体600的外周壁3的一部分由低杨氏模量部6形成。因此,即使是进一步地包括上述那样的一对电极部21b、21b的蜂窝状结构体600,也能够通过低杨氏模量部6缓和热应力。因此,蜂窝状结构体600的抗热震性优良。蜂窝状结构体600的蜂窝状结构部4与图4以及图5所示的蜂窝状结构体200一样地构成。
在蜂窝状结构体600中,优选在构成外周壁3的高杨氏模量部7的表面上,配置上述一对电极部21b、21b。通过这样地构成,低杨氏模量部6的表面被敞开。因此,能够通过该低杨氏模量部6良好地缓和热应力。例如,在这样的蜂窝状结构体600中,优选电极部21b相比高杨氏模量部7表面积大致相同或在其之下地构成。并且,优选以覆盖高杨氏模量部7的表面的方式分别配置电极部21b。在像图6以及图7所示的蜂窝状结构体300那样,具有杨氏模量不同的两种低杨氏模量部的情况下,若在杨氏模量相对高的低杨氏模量部的表面配置电极部,可得到与上述同样的效果。另一方面,若杨氏模量相对低的低杨氏模量部的表面配置电极部,能够谋求提高外周壁的强度。
又,一对电极部21b、21b优选一个电极部21b相对一对电极部21b、21b中的另一个电极部21b,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧。进一步地,在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,各个电极部21b、21b的中心角α的0.5倍更加优选为15~65°,特别地优选为30~60°。中心角α、以及中心角α的0.5倍的角度θ为与图10所示的中心角α以及角度θ一样地被定义的角度。
在本实施方式的蜂窝状结构体包括以上说明的一对电极部的情况下,施加到其电极部的电压优选为12~900V,更加优选为64~600V。上述一对电极部包含外周壁兼用作电极部的电极。
(1-1)蜂窝状结构部的构成:
在本实施方式的蜂窝状结构体中,构成蜂窝状结构部的隔壁以及外周壁的材质优选以硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料为主成分。上述隔壁以及外周壁的材质更加优选为硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料。当“隔壁以及外周壁的材质以硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料为主成分”时,意味着隔壁以及外周壁含有整体的90质量%以上的硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料。
通过使构成蜂窝状结构部的隔壁以及外周壁采用上述的那样的材质,能够使隔壁以及外周壁的电阻率为1~200Ωcm。在这里,硅-碳化硅复合材料含有作为使作为骨料的碳化硅粒子以及碳化硅粒子结合的结合材的硅。多个碳化硅粒子优选在碳化硅粒子之间形成细孔,通过硅来结合。又,碳化硅素材为烧结各碳化硅粒子后的材料。蜂窝状结构部的电阻率为400℃下的值。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,外周壁的至少一部分由杨氏模量比隔壁的杨氏模量低地构成的“低杨氏模量部”而形成。这样的低杨氏模量部例如当由上述的材质形成外周壁时,能够通过控制其气孔率来形成。具体地说,通过使外周壁的至少一部分的气孔率比隔壁的气孔率高,能够在外周壁的一部分上形成低杨氏模量部。
具体地说,在根据气孔率控制杨氏模量的情况下,优选调整包含在成型原料的造孔材料的量,提高外周壁的气孔率。
下面示出了在由硅-碳化硅复合材料形成外周壁,换句话说,形成低杨氏模量部的情况下的气孔率与杨氏模量的值的一例。以下的例中,例如,由于值根据碳化硅等各成分的比率而不同,因而不限定于此。在将气孔率定为40%的情况下,杨氏模量为22GPa。在将气孔率定为50%的情况下,杨氏模量为12GPa。在将气孔率定为60%的情况下,杨氏模量为5GPa。在将气孔率定为70%的情况下,杨氏模量为2GPa。
又,下面示出了在由涂层材料形成外周壁,换而言之,形成低杨氏模量部的情况下的气孔率与杨氏模量的值的一例的。以下的示例中,由于值根据涂层材料的材料而不同,因而不限定于此。在将气孔率定为50%的情况下,杨氏模量为3GPa。在将气孔率定为60%的情况下,杨氏模量为1GPa。作为涂层材料,能够列举由无机纤维、硅胶、碳化硅粒子等构成的材料。
(1-1A)隔壁:
蜂窝状结构部具有划分形成作为流体的流路的从一个端面到另一个端面延伸的多个孔格的多孔质的隔壁。该多孔质的隔壁也作为载持废气净化用的催化剂的催化剂载体发挥功能。即,通过使废气流通到上述孔格,能够通过催化剂的作用净化废气。又,隔壁的电阻率为1~200Ωcm。因此,通过施加电压到隔壁,也可以使该隔壁部分发热并作为加热器发挥功能。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,并没有特别地限定,隔壁的杨氏模量优选为20~45GPa,更加优选为20~40GPa,特别地优选为20~35GPa。当隔壁的杨氏模量低于20GPa,蜂窝状结构体的强度有可能降低。当隔壁的杨氏模量超过45GPa,气孔率变得过小,烧成时的变形有可能变大。
又,隔壁的气孔率优选为30~60%,更加优选为30~50%。当气孔率未达到30%,有可能烧成时的变形变大。当气孔率超过60%蜂窝状结构体的强度有可能降低。气孔率为通过水银孔率计来测定的值。
蜂窝状结构部的隔壁的平均细孔径优选为2~15μm,更加优选为4~8μm。当平均细孔径小于2μm,电阻率有可能变得过大。当平均细孔径大于15μm,电阻率有可能变得过小。平均细孔径为通过水银孔率计来测定的值。
本实施方式的蜂窝状结构体中,隔壁厚度优选为50~260μm,更加优选为70~180μm。通过使隔壁厚度在这样的范围内,即使将蜂窝状结构体作为催化剂载体使用,在其隔壁上载持催化剂,也能够抑制废气流入时的压力损失变得过大。当隔壁厚度比50μm薄,蜂窝状结构体的强度有可能降低。当隔壁厚度比260μm厚,在将蜂窝状结构体作为催化剂载体使用,载持催化剂的情况下,废气流入时的压力损失有可能变大。
本实施方式的蜂窝状结构体中,孔格密度优选为40~150孔格/cm2,更加优选为70~100孔格/cm2。通过使孔格密度在这样的范围内,能够以使废气流入时的压力损失减小的状态,提高催化剂的净化性能。当孔格密度低于40孔格/cm2,催化剂载持面积有可能变少。当孔格密度高于150孔格/cm2,在将蜂窝状结构体作为催化剂载体使用,载持催化剂的情况下,废气流入时的压力损失有可能变大。
本实施方式的蜂窝状结构体中,构成蜂窝状结构部的隔壁的碳化硅粒子的平均粒子径优选为3~50μm,更加优选为3~40μm。上述碳化硅粒子为形成隔壁的骨料。通过使构成蜂窝状结构部的隔壁的碳化硅粒子的平均粒子径在这样的范围内,能够使隔壁的400℃中的电阻率为10~200Ωcm。当碳化硅粒子的平均粒子径小于3μm,蜂窝状结构部的电阻率有可能变大。当碳化硅粒子的平均粒子径大于50μm,蜂窝状结构部的电阻率有可能变小。进一步地,当碳化硅粒子的平均粒子径大于50μm,对蜂窝状成型体进行挤压成型时,成型用原料有可能堵塞在挤压成型用的模具内。碳化硅粒子的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。
本实施方式的蜂窝状结构体中,蜂窝状结构部的隔壁的电阻率为1~200Ωcm。隔壁的电阻率优选为40~100Ωcm。当电阻率小于1Ωcm,例如,当通过200V以上的高电压的电源向蜂窝状结构体通电时,电流有可能过多地流入。当电阻率大于200Ωcm,例如,当通过200V以上的高电压的电源向蜂窝状结构体通电时,有可能电流难以流入,没有充分地发热。另外,上述高电压的电源中的电压不限定于200V。隔壁的电阻率是通过四端子法测定的值。隔壁的电阻率为400℃下的值。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,在蜂窝状结构部的隔壁的材质为硅-碳化硅复合材料的情况下,“碳化硅粒子的质量”与“硅的质量”优选存在以下的关系。即,“硅的质量”比“碳化硅粒子的质量”与“硅的质量”的合计的比率,优选为10~40质量%,更加优选为15~35质量%。以下,有时将硅的质量比碳化硅粒子的质量与硅的质量的合计的比率称为“硅的质量比率”。当硅的质量比率低于10质量%,蜂窝状结构体的强度有可能降低。当硅的质量比率高于40质量%,有可能在烧成时无法保持形状。上述“碳化硅粒子的质量”是指,隔壁中含有的“作为骨料的碳化硅粒子的质量”。上述“硅的质量”是指,隔壁中含有的“作为结合材料的硅的质量”。
本实施方式的蜂窝状结构体中,正交于孔格的延伸的方向的剖面上的孔格的形状,优选为四边形、六边形、八边形、或它们的组合。通过将孔格形状做成这样,能够使废气流入蜂窝状结构体时的压力损失变小,催化剂的净化性能优良。例如,图19以及图20所示的蜂窝状结构体700A、700B示出了,与孔格2的延伸的方向正交的剖面上的孔格2的形状为六边形的情况下的实例。
在图19以及图20所示的蜂窝状结构体700A、700B中,外周壁3的全部由低杨氏模量部6形成。并且,外周壁3的一部分按电阻率比外周壁3的其它区域低地构成。上述外周壁3的一部分形成有一对电极部21a、21a。又,外周壁3的上述其它区域形成有低杨氏模量且具有电气绝缘性的材质的低杨氏模量部6c、6c。
在蜂窝状结构体700A、700B中,正六边形的多个孔格2夹着隔壁1,孔格2的各边相互相向地最密集地配置。又,一对电极部21a、21a中的一个电极部21a相对一对电极部21a、21a中的另一个电极部21a,夹着蜂窝状结构部4的中心O地配置在相对侧。图19以及图20是本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的平行于孔格的延伸的方向的剖面的模式图。
在这里,对蜂窝状结构体700A以及蜂窝状结构体700B中的电极部21a的配置进行说明。在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上,将与正六边形的孔格2的一组相互相向的边正交的方向定为“与孔格2的延伸的方向正交的剖面的轴L”。在蜂窝状结构体700A中,按“连接各电极部21a、21a的周向的中间地点与上述蜂窝状结构部4的中心O的直线”与“轴L”所成的角的角度为0°地配置电极部21a。另外,在将规定轴L的一组边作为其它的一组边的情况下,上述所成的角的角度为60°或120°。另一方面,在蜂窝状结构体700B中,按“连接各电极部21a、21a的周向的中间地点与上述蜂窝状结构部4的中心O的直线”与“轴L”所成的角的角度为30°地配置电极部21a。另外,在将规定轴L的一组边作为其它的一组边的情况下,上述所成的角的角度为90°或150°。
关于构成蜂窝状结构部的最外周的外周壁的厚度没有特别地限制。例如,外周壁的厚度优选为0.1~1mm,更加优选为0.2~0.8mm,特别地优选为0.2~0.5mm。当外周壁的厚度比0.1mm薄,蜂窝状结构体的强度有可能降低。当外周壁的厚度比1mm厚,载持催化剂的隔壁的面积有可能变小。
形成外周壁的低杨氏模量部,如上所述地,能够通过将涂层材料等涂到隔壁的外周部分来制作。作为涂层材料,能够采用通过干燥以及烧成而由杨氏模量隔壁比低的材料构成的材料。
外周壁既可以与隔壁同材质,也可以为不同的材质。例如,在为同材质的情况下,使外周壁的气孔率提高,能够形成低杨氏模量部。即,能够通过杨氏模量与隔壁的杨氏模量的比率为2~95%的外周壁来形成低杨氏模量部。另一方面,在不同的材质的情况下,选择比隔壁的杨氏模量低的材质,能够通过该材质形成低杨氏模量部。即使在与隔壁与外周壁不同的材质的情况下,也可以通过气孔率等进一步地调整杨氏模量。
在外周壁由低杨氏模量部与高杨氏模量部形成的情况下,高杨氏模量部优选为与隔壁同材质。特别地,该高杨氏模量部优选为通过不研磨加工地留下与隔壁相同地形成的外周壁的一部分来形成。即,首先,暂且制作在隔壁的外周部分具有壁的蜂窝状结构部。上述“壁”为与隔壁一体地形成的外周壁。然后,为了形成低杨氏模量部,对与隔壁一体地形成的壁的一部分进行研磨加工。此时,不研磨加工地留下与隔壁一体地形成的壁的一部分,将该留下的壁作为高杨氏模量部。这样的高杨氏模量部具有与蜂窝状结构部的隔壁相同的物性。
在低杨氏模量部与隔壁同材质的情况下,低杨氏模量部优选为以硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料为主成分。又,在低杨氏模量部为与隔壁不同的材质的情况下,例如,能够采用由无机纤维、硅胶、碳化硅粒子等构成的材料。这样的材料被用作为以往的蜂窝状结构体的外周涂层材料等。
然后,对在蜂窝状结构部的低杨氏模量部的材质为硅-碳化硅复合材料的情况下的,构成低杨氏模量部的碳化硅粒子(即骨料)的平均粒子径的优选范围进行说明。构成低杨氏模量部的碳化硅粒子的平均粒子径优选为3~70μm,更加优选为10~50μm。通过使构成低杨氏模量部的碳化硅粒子的平均粒子径在这样的范围内,能够使低杨氏模量部的400℃中的电阻率为10~200Ωcm。当碳化硅粒子的平均粒子径小于3μm,低杨氏模量部的电阻率有可能变大。当碳化硅粒子的平均粒子径大于70μm,低杨氏模量部的电阻率有可能变小。碳化硅粒子的平均粒子径为由激光衍射法测定的值。
然后,对低杨氏模量部的材质为硅-碳化硅复合材料的情况下的,包含在低杨氏模量部的“硅的质量”,比包含在低杨氏模量部的“碳化硅粒子的质量”与包含在低杨氏模量部的“硅的质量”的合计的比率的优选范围进行说明。碳化硅粒子可作为骨料。硅可作为结合材料。上述比率优选为20~50质量%,更加优选为20~40质量%。当上述比率低于20质量%,低杨氏模量部的强度有可能降低。当上述比率高于50质量%,有可能在烧成时无法保持形状。
在构成外周壁的低杨氏模量部与隔壁同材质的情况下,该低杨氏模量部的杨氏模量优选为0.8~30GPa,更加优选为1.0~27GPa,特别地优选为1.5~25GPa。作为与隔壁同材质的低杨氏模量部,能够列举例如以硅-碳化硅复合材料或碳化硅材料为主成分的材料。例如,当低杨氏模量部的杨氏模量未达到0.8GPa,能够抑制由热应力导致的裂纹的产生,蜂窝状结构体的强度有可能降低。另一方面,当低杨氏模量部的杨氏模量超过30GPa,不能够由低杨氏模量部充分地缓冲热应力,有可能产生裂纹等损坏。
又,在构成外周壁的低杨氏模量部与隔壁同材质的情况下,低杨氏模量部的气孔率优选高于隔壁的气孔率。具体的低杨氏模量部的气孔率优选为30~82%,更加优选为35~70%,特别地优选为40~65%。当低杨氏模量部的气孔率未达到30%,烧成时的变形有可能会变大。当低杨氏模量部的气孔率超过82%,外周壁的强度有可能降低。气孔率为水银孔率计测定的值。
又,在构成外周壁的低杨氏模量部为与隔壁不同的材质的情况下,该低杨氏模量部的杨氏模量优选为0.5~10GPa,更加优选为0.5~7GPa,特别地优选为1~5GPa。例如,当低杨氏模量部的杨氏模量未达到0.5GPa,能够抑制由热应力导致的裂纹的产生,蜂窝状结构体的强度有可能降低。另一方面,当低杨氏模量部的杨氏模量超过10GPa,不能够由低杨氏模量部充分地缓冲热应力,有可能产生裂纹等损坏。
又,在构成外周壁的低杨氏模量部为与隔壁不同的材质的情况下,该低杨氏模量部的气孔率优选为30~80%,更加优选为35~70%,特别地优选为40~70%。当低杨氏模量部的气孔率未达到30%,烧成时的变形有可能会变大。当低杨氏模量部的气孔率超过80%,外周壁的强度有可能降低。气孔率为通过水银孔率计测定的值。
关于本实施方式的蜂窝状结构体的形状没有特别地限制。作为蜂窝状结构体的形状,能够列举例如底面为圆形的筒状(圆筒形状),底面为椭圆形状的筒状,底面为多角形的筒状等形状。作为上述多角形,能够列举四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等。又,蜂窝状结构体的大小优选底面的面积为2000~20000mm2,更加优选为4000~10000mm2。又,蜂窝状结构体的中心轴方向的长度优选为50~200mm,更加优选为75~150mm。
本实施方式的蜂窝状结构体的等静压强度优选为1MPa以上,更加优选为3MPa以上。等静压强度的值越大越优选。但是,当考虑蜂窝状结构体的材质、构造等,等静压强度的上限值为6MPa左右。当等静压强度未达到1MPa,在将蜂窝状结构体作为催化剂载体等使用时,蜂窝状结构体可能变得容易损坏。等静压强度为在水中施加静水压来测定的值。
又,如以上所说明的,在蜂窝状结构体进一步地包括一对电极部的情况下,外周壁的一部分也可以由比上述电极部高电阻值的材料构成。特别地,通过由高电阻值的材料来形成外周壁中没有配置一对电极部的部分,有以下的那样的效果。当在一对电极部之间施加电压时,电流可以不经由外周壁,流入电阻值比较低的隔壁。由此,能够良好地加热蜂窝状结构部。
低杨氏模量部能够通过配置电极部的部分与不配置电极部的部分来改变电阻率。例如,关于配置电极部的部分优选隔壁电阻率左右的电阻率。例如,配置电极部的部分的电阻率优选为0.1~100Ωcm,更加优选为0.1~50Ωcm。当电阻率小于0.1Ωcm,例如,在通过200V以上的高电压的电源向蜂窝状结构体通电时,电流有可能过多地流入。当电阻率大于100Ωcm,例如,当通过200V以上的高电压的电源向蜂窝状结构体通电时,有可能使得电流难以流入,无法充分地发热。上述高电压的电源中的电压不限定于200V。外周壁,或者说,低杨氏模量部的电阻率为通过四端子法测定的值。外周壁的电阻率为400℃下的值。
在由高电阻值的材料来形成外周壁的一部分的情况下,优选为电极部的电阻率的10倍以上,更加优选为20倍以上。关于电阻率的上限没有特别地限制。例如,也可以由绝缘体形成外周壁的一部分。
(1-2)电极部的构成:
又,在蜂窝状结构体包括一对电极部的情况下,电极部的杨氏模量优选为0.9~30GPa,更加优选为1.0~27GPa,特别地优选为1.5~25GPa。这样的杨氏模量的电极部相比隔壁杨氏模量变低。因此,蜂窝状结构体可具有更优良的抗热震性。当电极部的杨氏模量未达到0.9GPa,电极部的强度有可能降低。另一方面,当电极部的杨氏模量超过30GPa,在电极部与外周壁之间有可能产生裂纹等损坏。
电极部的杨氏模量是以JIS R1602为标准,通过弯曲共振法测定的值。测定所采用的试验片采用形成电极部的原料来制作块体,并将该块体切出3mm×4mm×40mm的大小的试验片。在杨氏模量的测定中,在由弯曲共振法进行的测定困难的情况下,也可以采用4点弯曲法来作为代替方法。
电极部的气孔率优选为30~80%,更加优选为35~70%,特别地优选为40~65%。通过使电极部的气孔率在这样的范围内,可得到适合的电阻率。当电极部的气孔率低于30%,制造时有可能变形。当电极部的气孔率高于80%,电阻率有可能过高。气孔率为用水银孔率计测定的值。
图8以及图9所示的那样的电极部21的电阻率优选为0.1~100Ωcm,更加优选为0.1~50Ωcm。通过使电极部21的电阻率在这样的范围内,一对电极部21、21在高温的废气流动的配管内,可以高效地发挥电极的作用。当电极部21的电阻率小于0.1Ωcm,在正交于孔格的延伸的方向的剖面上,电极部21的两端附近的蜂窝状结构部的温度有可能会得容易上升。由于当电极部21的电阻率大于100Ωcm,电流难以流入电极部21,因而,有可能难以发挥作为电极的作用。电极部的电阻率为400℃下的值。
又,在本实施方式的蜂窝状结构体中,电极部21的厚度优选为0.01~5mm,更加优选为0.01~3mm。通过定在这样的范围内,蜂窝状结构体可以均匀地发热。当电极部21的厚度比0.01mm薄,有可能电阻变高蜂窝状结构体无法均匀地发热。当电极部21的厚度比5mm厚,装罐时有可能损坏。以上所说明的电极部的厚度是配置分离于外周壁的电极部的情况下的值。例如,在将外周壁的一部分作为电极部的情况下,例如,图11以及图12所示的电极部21a的情况下的厚度的优选方式如以下所述。在上述的情况下,外周壁3的厚度与电极部21a的厚度不需要相同。即,在电极的功能所需求的厚度的情况上,外周壁3的厚度与电极部21a的厚度可以相同,也可以不同。但是,从抑止裂纹、包装等观点来看,优选外周壁3的厚度与电极部21a的厚度相同。
在电极部为多孔质体的情况下,电极部的平均细孔径优选为5~45μm,更加优选为7~40μm。通过使电极部的平均细孔径在这样的范围内,可得到适合的电阻率。当电极部的平均细孔径小于5μm,电阻率有可能过高。当电极部的平均细孔径大于45μm,电极部的强度有可能变弱且容易损坏。平均细孔径为用水银孔率计测定的值。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,例如,图8以及图9所示,电极部21的形状为使平面形状为长方形的构件沿着圆筒形状的外周弯曲得到的那样的形状。在这里,称将弯曲后的电极部21变形成未弯曲的平面状的构件时的形状为电极部21的“平面形状”。上述如图8以及图9所示的电极部21的“平面形状”为长方形。并且,当提到“电极部的外周形状”时,意味着“电极部的平面形状中的外周形状”。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,如图8以及图9所示,带状的电极部21的外周形状也可以为长方形。作为优选方式,如图15所示,带状的电极部21的外周形状为使长方形的角部形成为曲线状后的形状。又,如图16所示,带状的电极部21的外周形状为对长方形的角部取倒角成直线状后的形状,也是优选方式。也可以复合地采用曲线状与取倒角。
图15所示的电极部21的外周形状为使长方形的四个角部形成为曲线状后的形状。电极部21的外周形状为使至少一个角部形成为曲线状后的形状即可。由于电极部21的外周形状为使长方形的至少一个角部形成为曲线状地后的形状,能够进一步地提高蜂窝状结构体的抗热震性。当电极部的角部为直角,蜂窝状结构部中的“该电极部的角部”附近的应力与其它部分相比,有相对变高的倾向。与此相对,当使电极部的角部为曲线状,可以进一步地降低蜂窝状结构部中的“该电极部的角部”附近的应力。
形成为曲线状的角部如图15所示,优选为圆弧状,也可以为圆弧之外的曲线。又,形成为曲线状的角部与相当于长方形的“边”的部分优选光滑地连接。换而言之,上述角部与相当于长方形的“边”的部分优选连接部分的各自的切线为共同切线。又,上述角部与相当于长方形的“边”的部分相连接的部位,也可以形成像形成顶点那样地尖的连接部分。在形成尖的连接部分的情况下,该连接部分的内角优选为90°以上。另外,连接部分是指直线与直线、曲线与直线、或曲线与曲线连接的部分。例如,在长方形的情况下,是指两条边相连接的角部(即,顶点部分)。又,如图15所示,形成为曲线状的角部凸向外侧,但也可以凸向内侧(换而言之,凹向外侧)。在形成为曲线状的角部凸向内侧的情况下,连接部分的内角优选为90°以上。曲线与直线与相连接的情况下的“内角”为直线与连接部分处的曲线的切线的角度。
将“形成为曲线状的角部”的“孔格的延伸的方向I上的”长度定为角部的孔格方向长度E。角部的孔格方向长度E优选为电极部21的“孔格的延伸的方向I上的”长度的2~35%的长度,更加优选为5~25%的长度。当长度E比电极部的方向I上的长度的2%短,进一步地提高蜂窝状结构体的抗热震性的效果有可能降低。当长度E比电极部的方向I上的长度的35%长,在施加电压到蜂窝状结构体时,有可能难以使其使其均匀地发热。又,将“形成为曲线状的角部”的“与孔格的延伸的方向I正交的方向上的”长度定为角部的垂直方向长度F。角部的垂直方向长度F优选为电极部21的“与孔格的延伸的方向I正交的方向上的”长度的2~35%的长度,更加优选为5~25%的长度。当长度F比电极部的方向I上的长度的2%短,进一步地提高蜂窝状结构体的抗热震性的效果有可能降低。当长度F比电极部的方向I上的长度的35%长,在施加电压到蜂窝状结构体时,有可能难以使其均匀地发热。
又,图16所示的电极部21的外周形状为对长方形的四个角部取倒角成直线状后的形状。电极部21的外周形状为对至少一个角部取倒角到直线状后的形状即可。电极部21的外周形状的优选方式为对长方形的四个角部取倒角成直线状后的形状。通过将电极部21的外周形状做成对长方形的至少一个角部取倒角到直线状后的形状,能够得到与当“将电极部21的外周形状做成使长方形的至少一个角部形成为曲线状后的形状”时得到的效果同样的效果。将角部做成曲线状,能够得到更高的效果。
将“取倒角成直线状的角部”的“孔格的延伸的方向I上的”长度定为角部的孔格方向长度G。角部的孔格方向长度G优选为电极部21的”孔格的延伸的方向I上的”长度的2~35%的长度,更加优选为5~25%的长度。当长度G比电极部的方向I上的长度的2%短,进一步地提高蜂窝状结构体的抗热震性的效果有可能降低。当长度G比电极部的方向I上的长度的35%长,在施加电压到蜂窝状结构体时,有可能难以使其均匀地发热。又,将“取倒角成直线状的角部”的“与孔格的延伸的方向I正交的方向上的”长度定为角部的垂直方向长度H。角部的垂直方向长度H优选为电极部21的“与孔格的延伸的方向I正交的方向上的”长度的2~35%的长度,更加优选为5~25%的长度。当长度H比电极部的方向I上的长度的2%短,进一步地提高蜂窝状结构体的抗热震性的效果有可能降低。当长度H比电极部的方向I上的长度的35%长,施加电压到蜂窝状结构体时,有可能难以均匀地发热。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,电极部优选不具有“内角未达到90°的角部”。换而言之,在电极部的外周形状具有角部的情况下,优选全部角部的内角超过90°。由此,将蜂窝状结构体搭载到汽车来使用时,即使是快速加热、快速冷却,也能够抑制蜂窝状结构部产生大的应力。这是由于当电极部具有“内角未达到90°的角部”,在对蜂窝状结构体施加热震时,容易在该电极部的“内角未达到90°的角部”附近,蜂窝状结构部承担高的应力。
又,在本实施方式的蜂窝状结构体中,优选的形态是,带状的电极部的在蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上的至少一个端部的形状由波状、圆弧状等曲线构成。又,优选复合地使用曲线与直线。如图17A所示,带状的电极部21的,蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向I上的两端部的形状为波状,这也是优选方式。带状的电极部21的两端部是指电极部的一个端部21x、以及电极部的另一个端部21y。这样一来,由于带状的电极部的至少一个端部的形状为波状,能够抑制电极部内产生大的应力。又,如图17B所示,带状的电极部21的,蜂窝状结构部的周向J上的两端部的形状为波状,这也是优选方式。由此,能够抑制电极部内产生大的应力。进一步地,带状的电极部21的整个外周为波状,这也是优选方式。由此,能够抑制电极部内产生大的应力。
在这里,图15、图16、图17A以及图17B是示意性地示出电极部的俯视图。又,图15以及图16所示的电极部的形态与上述图15、图16、图17A以及图17B所示的形态,也可以复合地采用。又,电极部也可以配置在蜂窝状结构部4的两端部之间。又,电极部也可以从蜂窝状结构部4的端部空出间隔,配置在孔格的延伸的方向上的中间的部分。例如,在从蜂窝状结构部4的端部空出间隔地被配置的情况下,从蜂窝状结构部的一个端部到电极部的端部的距离优选为在孔格的延伸的方向上的蜂窝状结构部的长度的1~10%。上述蜂窝状结构部的一个端部是指在孔格的延伸的方向上的蜂窝状结构部的一个端部。又,上述电极部的端部是指在孔格的延伸的方向上向着蜂窝状结构部的一个端部侧的电极部的端部。在从蜂窝状结构部4的端部空出间隔的情况下,电极部优选另外配置在外周壁上。
电极部21优选以碳化硅粒子以及硅为主成分。电极部21更加优选除通常含有的杂质之外,还以碳化硅粒子以及硅为原料来形成。在这里,“以碳化硅粒子以及硅为主成分”意味着,碳化硅粒子与硅的合计质量为电极部整体的质量的90质量%以上。这样一来,由于通过使电极部21以碳化硅粒子以及硅为主成分,电极部21的成分与蜂窝状结构部4的成分成为相同成分或相近成分,因而电极部21与蜂窝状结构部4的热膨张系数成为相同值或相近值。作为电极部21的成分与蜂窝状结构部4的成分为相近成分的实例,能够列举蜂窝状结构部的材质为碳化硅的情况。又,由于电极部21与蜂窝状结构部4的材质为相同材质或相近材质,因而,电极部21与蜂窝状结构部4的结合强度也升高。因此,即使蜂窝状结构体承担热应力,也能够防止电极部21从蜂窝状结构部4剥落。又,即使蜂窝状结构体承担热应力,也能够防止电极部21与蜂窝状结构部4的接合部分损坏。
在电极部21的主成分为碳化硅粒子以及硅的情况下,包含在电极部21的碳化硅粒子的平均粒子径优选为10~70μm,更加优选为10~60μm。通过使包含在电极部21的碳化硅粒子的平均粒子径在这样的范围内,能够将电极部21的电阻率控制在0.1~100Ωcm的范围内。当包含在电极部21的碳化硅粒子的平均细孔径小于10μm,电极部21的电阻率有可能变得过大。当包含在电极部21的碳化硅粒子的平均细孔径大于70μm,电极部21的强度有可能变弱且容易损坏。包含在电极部21的碳化硅粒子的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。
包含在电极部21的硅的质量相对于包含在电极部21的“碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计”的比率,优选为20~50质量%,更加优选为25~40质量%。通过使硅的质量相对于包含在电极部21的碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计的比率在这样的范围内,能够将电极部21的电阻率控制在0.1~100Ωcm的范围内。当硅的质量相对于包含在电极部21的碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计的比率小于20质量%,电阻率有可能变得过大。当硅的质量相对于包含在电极部21的碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计的比率大于50质量%,制造时有可能容易变形。
在本实施方式的蜂窝状结构体中,电极部的电阻率优选低于隔壁的电阻率。进一步地,电极部的电阻率更加优选为在隔壁的电阻率的20%以下,特别地优选1~10%。通过使电极部的电阻率在隔壁的电阻率的20%以下,电极部可以更高效地作为电极发挥功能。
(1-3)蜂窝状结构体的再另一个实施方式:
然后,对本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式进行说明。如图21~图23所示,本实施方式的蜂窝状结构体800在本发明的蜂窝状结构体400(参照图8以及图9)中,配置了用于连接电气配线的电极端子凸起部22。在蜂窝状结构体800中,电极端子凸起部22被配置在作为各个电极部21、21的在正交于孔格的延伸的方向的剖面上的中央部的,且在孔格的延伸的方向上的中央部。电极端子凸起部22是为了在电极部21、21之间施加电压而连接来自电源的配线的部分。这样一来,通过配置电极端子凸起部22,对电极部施加电压时,能够进一步减小蜂窝状结构部的温度分布的偏差。图21是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的主视图。图22是示出图21中的A-A’剖面的模式图。图23是示意地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的侧面图。
本实施方式的蜂窝状结构体800的各条件除下述条件(X)之外,可以与图8以及图9所示的蜂窝状结构体400中的各条件相同。条件(X)是指,“将用于连接电气配线的电极端子凸起部22配置在作为各个电极部21、21的在与孔格2的延伸的方向正交的剖面上的中央部(周向的中央部)的,且在孔格2的延伸的方向上的中央部”。但是,本实施方式的蜂窝状结构体只要配置有用于连接电气配线的电极端子凸起部22,也可以适用到以上所说明的另一个实施方式的蜂窝状结构体中。即,对于在蜂窝状结构部配置一对电极部的另一个实施方式、或蜂窝状结构部的外周壁的一部分作为一对电极部发挥功能的另一个实施方式,也可以配置上述电极端子凸起部22。例如,也可以适用于图13以及图14所示的蜂窝状结构体600、或图11以及图12所示的蜂窝状结构体500。
在电极部21的主成分为碳化硅粒子以及硅的情况下,电极端子凸起部22的主成分也优选碳化硅粒子以及硅。这样一来,通过使电极端子凸起部22以碳化硅粒子以及硅为主成分,电极部21的成分与电极端子凸起部22的成分相同(或相近)成分。因此,电极部21与电极端子凸起部22的热膨张系数成为相同(或相近)值。又,由于材质相同(或相近),因而,电极部21与电极端子凸起部22的结合强度也升高。因此,即使蜂窝状结构体承担热应力,也能够防止电极端子凸起部22从电极部21剥落,或电极端子凸起部22与电极部21的接合部分损坏。在这里,当“电极端子凸起部22以碳化硅粒子以及硅为主成分”时,意味着电极端子凸起部22含有整体的90质量%以上的碳化硅粒子以及硅。
对电极端子凸起部22的形状没有特别地限制。电极端子凸起部22的形状只要是能够接合到电极部21,且能够接合电气配线的形状即可。例如,如图21~图23所示,电极端子凸起部22优选为在四边形的板状的基板22a上配置圆柱状的凸起部22b的形状。通过做成这样的形状,电极端子凸起部22能够通过基板22a坚固地接合到电极部21,且能够通过凸起部22b使电气配线可靠地接合。
在电极端子凸起部22中,基板22a的厚度优选1~5mm。通过设为这样的厚度,能够将电极端子凸起部22可靠地接合到电极部21。当基板22a的厚度比1mm薄,基板22a变弱,凸起部22b有可能变得容易从基板22a脱落。当基板22a的厚度比5mm厚,配置蜂窝状结构体的空间有可能大过所需的程度。
在电极端子凸起部22中,基板22a的长度(宽度)优选为电极部21的长度的10~50%,更加优选为20~40%。通过将其定在这样的范围内,电极端子凸起部22难以从电极部21脱离。当比10%短,电极端子凸起部22有可能容易从电极部21脱离。当比50%长,质量有可能变大。上述“基板22a的长度(宽度)”是指,基板22a的,“在蜂窝状结构部4的正交于孔格的延伸的方向的剖面上的外周方向”上的长度。上述“电极部21的长度”是指,电极部21的“在蜂窝状结构部4的正交于孔格的延伸的方向的剖面上的外周方向(沿着外周的方向)”上的长度。在电极端子凸起部22中,基板22a在“孔格2的延伸的方向”上的长度,优选为相当于蜂窝状结构部4在孔格的延伸的方向上的长度的5~30%的长度。通过将基板22a在“孔格2的延伸的方向”上的长度定在这样的范围内,可得到充分的结合强度。当使基板22a在“孔格2的延伸的方向”上的长度短于蜂窝状结构部4在孔格的延伸的方向上的长度的5%的长度时,有可能导致容易从电极部21脱离。而当使其长于30%的长度,质量有可能变大。
在电极端子凸起部22中,凸起部22b的粗细优选为3~15mm。通过将其设为这样的粗细,能够可靠地将电气配线接合到凸起部22b。当凸起部22b的粗细比3mm细,凸起部22b有可能容易折断。当凸起部22b的粗细比15mm粗,有可能难以连接电气配线。又,凸起部22b的长度优选为3~20mm。通过将其设为这样的长度,能够可靠地将电气配线接合到凸起部22b。当凸起部22b的长度短于3mm,有可能难以接合电气配线。当凸起部22b的长度比20mm长,凸起部22b有可能容易折断。
电极端子凸起部22的电阻率优选为0.1~2.0Ωcm,更加优选为0.1~1.0Ωcm。通过将电极端子凸起部22的电阻率设在这样的范围内,在高温的废气流动的配管内,能够从电极端子凸起部22,将电流高效地供给到电极部21。由于当电极端子凸起部22的电阻率大于2.0Ωcm时,电流难以流入,因而,有可能难以将电流供给到电极部21。
电极端子凸起部22的气孔率优选为30~45%,更加优选为30~40%。电极端子凸起部22的气孔率通过将设在这样的范围内,可得到合适的电阻率。当电极端子凸起部22的气孔率高于45%,电极端子凸起部22的强度有可能降低。特别地,当凸起部22b的强度降低,凸起部22b有可能容易折断。气孔率为用水银孔率计测定的值。
电极端子凸起部22的平均细孔径优选为5~20μm,更加优选为7~15μm。通过将电极端子凸起部22的平均细孔径设在这样的范围内,可得到合适的电阻率。当电极端子凸起部22的平均细孔径大于20μm,电极端子凸起部22的强度有可能降低。特别地,当凸起部22b的强度降低,凸起部22b有可能容易折断。平均细孔径为用水银孔率计测定的值。
在电极端子凸起部22的主成分为碳化硅粒子以及硅的情况下,包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子的平均粒子径优选为10~60μm,更加优选为20~60μm。通过将包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子的平均粒子径设在这样的范围内,能够使电极端子凸起部22的电阻率为0.1~2.0Ωcm。当包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子的平均细孔径小于10μm时,电极端子凸起部22的电阻率有可能变得过大。当包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子的平均细孔径大于60μm时,电极端子凸起部22的电阻率有可能变得过小。包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。
包含在电极端子凸起部22的硅的质量比包含在电极端子凸起部22的“碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计”的比率,优选为20~40质量%,更加优选为25~35质量%。通过将硅的质量比包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计的比率设在这样的范围内,容易得到0.1~2.0Ωcm的电阻率。当硅的质量比包含在电极端子凸起部22的碳化硅粒子与硅的各自的质量的合计的比率小于20质量%,电极端子凸起部的电阻率有可能变得过大。并且,当上述比率大于40质量%,制造时电极端子凸起部有可能变形。
然后,对本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式进行说明。本实施方式的蜂窝状结构体900是如图24所示的那样的蜂窝状结构体。蜂窝状结构体900在图8以及图9所示的蜂窝状结构体400的电极部21的表面上,进一步地配置导电体23。上述导电体23是具有比电极部21的电阻率低的电阻率的导电体。因此,本实施方式的蜂窝状结构体900除具有导电体23之外,优选具有与上述本发明的蜂窝状结构体400(图8以及图9参照)相同条件。图24是示意性地示出本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的主视图。
这样一来,在本实施方式的蜂窝状结构体900中,具有比电极部21的电阻率低的电阻率的导电体23被设置在电极部21的表面。因此,通过施加电压到导电体23,可以使电流更加均匀地在整个蜂窝状结构部内流动。
导电体23的形状没有特别地限定,优选为如图24所示地从电极部的一个端部横亘到电极部的另一个端部的长方形。导电体23也可以不在电极部的两端部之间横亘。即,在导电体23的端部与电极部的端部之间也可以有间隙。导电体23的长度优选在电极部21的长度的50%以上,更加优选在80%以上,特别地优选为100%。当比50%短,施加电压时,使电流更加均匀地在整个蜂窝状结构部内流动这样效果有可能降低。上述“导电体23的长度”是在“蜂窝状结构部的孔格”延伸的方向上的长度。上述“电极部21的长度”是在“蜂窝状结构部的孔格”延伸的方向上的长度。
又,导电体23的周向的长度只要是电极部的周向的长度以下的长度就没有特别地限定。上述周向是指蜂窝状结构部的外周上的周向。导电体23的周向的长度优选为电极部的周向的长度的5~75%,更加优选为10~60%。当导电体23的周向的长度比75%长,在正交于孔格的延伸的方向的剖面上,电极部21的两端附近的蜂窝状结构部的温度有可能会得容易上升。当导电体23的周向的长度比5%短,施加电压时,使电流更加均匀地在整个蜂窝状结构部内流动的效果有可能降低。
作为导电体23的材质,可列举将硅浸渍到碳化硅结构体后气孔率在5%以下的材料。
导电体23的厚度优选为0.1~2mm,更加优选为0.2~1.5mm,特别地优选为0.3~1mm。当导电体23的厚度比2mm厚,蜂窝状结构体的抗热震性有可能降低。当导电体23的厚度比0.1mm薄,导电体23的强度有可能降低。
本实施方式的蜂窝状结构体,能够作为催化剂载体使用。通过在本实施方式的蜂窝状结构体内用公知的方法载持公知的催化剂,能够作为废气处理用的催化剂使用。
(2)蜂窝状结构体的制造方法:
然后,对本发明的蜂窝状结构体的制造方法进行说明。下面示出了制造作为上述本发明的蜂窝状结构体的再另一个实施方式的蜂窝状结构体800(图21~图23参照)的方法(以下,有些地方记为“制造方法(A)”)。
首先,将金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等添加到碳化硅粉末(碳化硅)中来制作成型原料。优选金属硅的质量占碳化硅粉末的质量与金属硅的质量的合计的10~40质量%。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒子径优选为3~50μm,更加优选为5~20μm。金属硅(金属硅粉末)的平均粒子径优选为2~35μm。碳化硅粒子以及金属硅(金属硅粒子)的平均粒子径是用激光衍射法测定的值。碳化硅粒子为构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒子。金属硅粒子为构成金属硅粉末的金属硅的微粒子。另外,这是在将蜂窝状结构部的材质作为硅-碳化硅系复合材料的情况下的成型原料的配合。在将蜂窝状结构部的材质定为碳化硅的情况下,不添加金属硅。
粘合剂作为能够列举甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟基丙纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。其中,优选同时使用甲基纤维素与羟基丙纤维素。粘合剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为2.0~10.0质量份。
水的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为20~60质量份。
作为表面活性剂,可采用乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。这些可单独使用一种,也可组合两种以上使用。表面活性剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~2.0质量份。
作为造孔材料没有特别限定,只要是烧成后形成为气孔的材料即可,例如,可例举有石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、硅胶等。造孔材料的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.5~10.0质量份。造孔材料的平均粒子径优选为10~30μm。当小于10μm,有可能无法充分形成气孔。当大于30μm,有可能在成型时阻塞在金属模具。造孔材料的平均粒子径为激光衍射方法测定的值。
接着,对成形原料进行混炼形成坯土。混炼成形原料形成坯土的方法没有特别限制,例如,可以例举采用捏合机、真空混砂机等的方法。
接着,对坯土挤压成形形成蜂窝状成形体。挤压成形时,优选采用具有所期望的整体形状、孔格形状、隔壁厚度、孔格密度等的金属模具。金属模具的材质优选采用耐摩耗的超硬合金。蜂窝状成型体为具有划分形成作为流体的流路的多个孔格的隔壁与位于最外周的壁(与隔壁一体的外周壁)的构造。
蜂窝状成形体的隔壁厚度、孔格密度、外周壁的厚度等,考虑在干燥、烧成中的收缩,并配合要制作的本发明的蜂窝状结构体的结构进行确定。
对于得到的蜂窝状成形体优选进行干燥。干燥的方法没有特别限定,例如,可例举有微波加热干燥、高频介电加热干燥等的电磁波加热方式、和热风干燥、过热水蒸气干燥等外部加热方式。其中,优选以电磁波加热方式使一定量的水分干燥后,之外部加热方式对剩下水分进行干燥。通过这样的干燥方法,能够迅速均匀地、且产生不裂纹地干燥整个成型体。作为干燥条件,优选通过电磁波加热方式,相对于干燥前的水分量除去30~99质量%的水分后,在外部加热方式下,使水分在3质量%以下。作为电磁波加热方式优选介电加热干燥。作为外部加热方式优选热风干燥。
在蜂窝状成形体的中心轴方向长度不是所希望的长度的情况下,优选切断蜂窝状成型体的两端部使其为所希望的长度。作为切断方法,能够列举使用圆盘锯切割机等的方法。切断方法不限定于上述的方法。
然后,优选通过使蜂窝状成型体干燥来得到蜂窝状干燥体。干燥条件优选为50~100℃。
然后,优选通过烧成蜂窝状干燥体来得到蜂窝状干燥体。又,在烧成前,为了去除粘合剂等,优选进行预烧成。预烧成优选在大气气氛中,在400~500℃下,进行0.5~20小时。预烧成以及烧成的方法没有特别地限制。预烧成以及烧成可采用电气炉、燃气炉等进行。烧成条件优选在氮气、氩气等惰性气氛中,在1400~1500℃下,加热1~20小时。又,烧成后,为了使耐久性提高,优选在1200~1350℃下,进行1~10小时的氧化处理。
然后,对蜂窝状烧成体的外周部分中的形成低杨氏模量部部分进行研磨加工,得到所希望的形状。例如,将外周壁全部作为低杨氏模量部的情况下,对蜂窝状烧成体的外周部分的全部进行研磨加工。又,将外周壁的一部分作为低杨氏模量部的情况下,对蜂窝状烧成体的外周部分的一部分进行研磨加工。蜂窝状烧成体的外周部分留下的部分作为外周壁的高杨氏模量部。
然后,对用于形成低杨氏模量部的低杨氏模量部形成原料进行调合。在将低杨氏模量部的主成分定为碳化硅以及硅的情况下,优选采用碳化硅粉末以及硅粉末,形成膏状的低杨氏模量部形成原料。优选将规定的添加物添加到碳化硅粉末以及硅粉末。优选混炼添加了添加物的碳化硅粉末以及硅粉末,形成低杨氏模量部形成原料。上述低杨氏模量部形成原料优选为,通过烧成,其杨氏模量为隔壁的杨氏模量的2~95%的。
具体地说,将金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等添加到碳化硅粉末(碳化硅)中,混炼后制作低杨氏模量部形成原料。当将碳化硅粉末以及金属硅的合计质量定为100质量份时,金属硅的质量优选为20~50质量份。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒子径优选为3~70μm。金属硅粉末(金属硅)的平均粒子径优选为2~20μm。当金属硅粉末的平均粒子径小于2μm,电阻率有可能变得过小。当金属硅粉末的平均粒子径大于20μm,电阻率有可能变得过大。碳化硅粒子以及金属硅粒子的平均粒子径是用激光衍射法测定的值。碳化硅粒子是构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒子。金属硅粒子是构成金属硅粉末的金属硅的微粒子。
作为粘合剂,能够列举甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。其中,优选同时使用甲基纤维素与羟丙氧基纤维素。粘合剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~5.0质量份。
水的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为15~60质量份。
作为表面活性剂,可采用乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。这些可单独使用一种,也可组合两种以上使用。表面活性剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~2.0质量份。
造孔材料只要是烧成后形成气孔的材料即可。没有特别地限定,作为造孔材料,可例举有石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、硅胶等。造孔材料的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~15.0质量份。通过使造孔材料的含量有所增减,能够控制低杨氏模量部的气孔率。进而,能够控制低杨氏模量部的杨氏模量。造孔材料的平均粒子径优选为10~30μm。
将这样的低杨氏模量部形成原料,涂布到对蜂窝状烧成体的外周部分进行研磨加工的部分,形成由低杨氏模量部构成的外周壁。关于涂布低杨氏模量部形成原料的方法没有特别地限制。作为涂低杨氏模量部形成原料的方法,例如,使研磨外周部分后的蜂窝状烧成体在陶轮上旋转,并且,能够列举用橡皮刮刀等进行涂层的方法等。又,对外周部分进行研磨加工后的蜂窝状烧成体,有可能在其外周部分具有不完全孔格。在这种情况下,在涂布低杨氏模量部形成原料的情况下,优选将低杨氏模量部形成原料充填到该不完全孔格的内部。由此,优选形成低杨氏模量部直到不完全孔格的内部。
然后,对用于形成电极部的电极部形成原料进行调合。在将电极部的主成分定为碳化硅以及硅的情况下,电极部形成原料优选将规定的添加物添加到碳化硅粉末和硅粉末中,并混炼来形成。
具体地说,将金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等添加到碳化硅粉末(碳化硅)中,并混炼来制作电极部形成原料。当碳化硅粉末以及金属硅的合计质量定为100质量份时,金属硅的质量优选为20~40质量份。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒子径优选为10~60μm。金属硅粉末(金属硅)的平均粒子径优选为2~20μm。当金属硅粉末的平均粒子径小于2μm,电阻率有可能变得过小。当金属硅粉末的平均粒子径大于20μm,电阻率有可能变得过大。碳化硅粒子以及金属硅粒子的平均粒子径是用激光衍射法测定的值。碳化硅粒子是构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒子。金属硅粒子是构成金属硅粉末的金属硅的微粒子。
作为粘合剂,能够列举甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。其中,优选同时使用甲基纤维素与羟丙氧基纤维素。粘合剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~5.0质量份。
水的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为15~60质量份。
作为表面活性剂,可采用乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。这些可单独使用一种,也可组合两种以上使用。表面活性剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~2.0质量份。
造孔材料只要是烧成后形成气孔的材料即可。没有特别地限定,作为造孔材料,可例举有石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、硅胶等。造孔材料的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~5.0质量份。造孔材料的平均粒子径优选为10~30μm。当造孔材料的平均粒子径小于10μm,有可能无法充分形成气孔。当造孔材料的平均粒子径大于30μm,容易得到大气孔,有可能引起强度降低。造孔材料的平均粒子径为激光衍射方法测定的值。
然后,优选对混合碳化硅粉末(碳化硅)、金属硅(金属硅粉末)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等得到的混合物进行混炼,作为膏状的电极部形成原料。混炼的方法没有特别地限定,例如,能够采用立式的搅拌机。
然后,优选将得到的电极部形成原料涂布到用低杨氏模量部形成原料进行了涂层的蜂窝状烧成体的侧面。关于将电极部形成原料涂布到用低杨氏模量部形成原料进行了涂层的蜂窝状烧成体的侧面的方法,没有特别地限制。例如,作为涂电极部形成原料的方法,能够列举印刷方法。以下,有些地方将用低杨氏模量部形成原料进行了涂层的蜂窝状烧成体,称为“带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”。
又,在将电极部形成原料涂到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的侧面时,有时将形成的电极部的外周形状制作下述形状,也是优选方式。即,使长方形的至少一个角部形成为曲线状后的形状,或对长方形的至少一个角部取倒角到直线状后的形状。又,将形成的电极部的在“蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向”上的至少一个端部的形状形成为波状,也是优选方式。
通过调整涂电极部形成原料时的厚度,能够将电极部的厚度做成所希望的厚度。这样一来,仅通过将电极部形成原料涂布到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的侧面,干燥并烧成就能够形成电极部。因此,能够非常容易地形成电极部。
然后,优选使涂到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的侧面的电极部形成原料干燥。由此,能够得到干燥后的“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”。干燥条件优选为50~100℃。上述“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”上没有贴付电极端子凸起部形成用构件。
然后,优选制作电极端子凸起部形成用构件。电极端子凸起部形成用构件被贴付到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体,作为电极端子凸起部。电极端子凸起部形成用构件的形状没有特别地限定,例如,优选形成为如图22~图24所示的那样的形状。并且,优选将得到的电极端子凸起部形成用构件,贴到涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的,涂布有电极部形成原料的部分。另外,带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的制作、电极部形成原料的调合、以及电极端子凸起部形成用构件的制作的顺序无论是何种顺序均可。
电极端子凸起部形成用构件优选通过对电极端子凸起部形成原料进行成型,并干燥而得到。电极端子凸起部形成原料是指,用于形成电极端子凸起部形成用构件的原料。在将电极端子凸起部的主成分定为碳化硅以及硅的情况下,电极端子凸起部形成原料优选通过将规定的添加物添加到碳化硅粉末以及硅粉末,并混炼而形成。
具体地说,将金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等添加到碳化硅粉末(碳化硅)中,并混炼来制作电极端子凸起部形成原料。金属硅的质量优选为碳化硅粉末的质量与金属硅的质量的合计20~40质量%。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒子径优选为10~60μm。金属硅粉末(金属硅)的平均粒子径优选为2~20μm。当金属硅粉末的平均粒子径小于2μm,电阻率有可能变得过小。当金属硅粉末的平均粒子径大于20μm,电阻率有可能变得过大。碳化硅粒子以及金属硅粒子的平均粒子径是用激光衍射法测定的值。碳化硅粒子是构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒子。金属硅粒子是构成金属硅粉末的金属硅的微粒子。
作为粘合剂,能够列举甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。其中,优选同时使用甲基纤维素与羟丙氧基纤维素。粘合剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为2.0~10.0质量份。
水的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为20~40质量份。
作为表面活性剂,可采用乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。这些可单独使用一种,也可组合两种以上使用。表面活性剂的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~2.0质量份。
造孔材料只要是烧成后形成气孔的材料即可。虽然没有特别地限定,但造孔材料,可例举有石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂、硅胶等。造孔材料的含量在当将碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量定为100质量份时,优选为0.1~5.0质量份。造孔材料的平均粒子径优选为10~30μm。当造孔材料的平均粒子径小于10μm,有可能无法充分形成气孔。当造孔材料的平均粒子径大于30μm,容易得到大气孔,有可能引起强度降低。造孔材料的平均粒子径为激光衍射方法测定的值。
然后,优选对混合碳化硅粉末(碳化硅)、金属硅(金属硅粉末)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料、水等得到的混合物进行混炼,作为电极端子凸起部形成原料。关于混炼的方法没有特别地限制。例如,能够列举采用混炼机的混炼方法。
关于对得到的电极端子凸起部形成原料进行成型,形成电极端子凸起部形成用构件的形状的方法,没有特别地限制。例如,能够列举在挤压成型后进行加工的方法。
优选对电极端子凸起部形成原料进行成型,形成电极端子凸起部形成用构件的形状后,使其干燥,得到电极端子凸起部形成用构件。干燥条件优选为50~100℃。
然后,优选将电极端子凸起部形成用构件贴到涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体。关于将电极端子凸起部形成用构件贴到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的涂有电极部形成原料的部分的方法,没有特别地限制。例如,优选采用上述电极部形成原料,来将电极端子凸起部形成用构件贴付到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体。例如,优选通过以下的方法来贴付电极端子凸起部形成用构件。首先,在电极端子凸起部形成用构件的,所要贴到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的面上,涂布电极部形成原料。上述“所要贴到的面”是指,带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体与电极端子凸起部形成用构件相接触的面。更加具体地说,是带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体的涂有电极部形成原料的面。然后,使“涂有电极部形成原料的面”接触到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体,将电极端子凸起部形成用构件贴付到带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体。
并且,优选对“涂有电极部形成原料并且贴有电极端子凸起部形成用构件的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”进行干燥并烧成,作为本发明的蜂窝状结构体。另外,制作本发明的蜂窝状结构体的一个实施方式(蜂窝状结构体100,参照图1~3)时,也可以不形成上述电极部,对带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体进行烧成。
此时的干燥条件优选为50~100℃。
又,为了在烧成前去除粘合剂等,优选进行预烧成。预烧成优选在大气气氛中,在400~500℃下,进行0.5~20小时。预烧成以及烧成的方法没有特别地限制。预烧成以及烧成可采用电气炉、燃气炉等进行。烧成条件优选在氮气、氩气等惰性气氛中,在1400~1500℃下,加热1~20小时。又,烧成后,为了使耐久性提高,优选在1200~1350℃下,进行1~10小时的氧化处理。
电极端子凸起部形成用构件可以在再次烧成“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”前粘贴,也可以在烧成后粘贴。在再次烧成涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体后,贴付电极端子凸起部形成用构件的情况下,优选在之后,根据上述条件再次进行烧成。
然后,对如图24所示的蜂窝状结构体900的制造方法进行说明。蜂窝状结构体900的制造方法是在上述制造方法(A)中,制作“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”后,不贴付电极端子凸起部形成用构件,配置导电体23。
作为将导电体23配置到“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”的方法,能够列举将薄的金属板(例如金属箔)贴到电极部的表面的方法。又,作为其它的方法,能够列举将含有金属粉的膏体涂到电极部的表面并使其干燥的方法。上述“涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体”是指,干燥后的涂有电极部形成原料的带低杨氏模量部的蜂窝状烧成体。即,没有贴付电极端子凸起部形成用构件。
【实施例】
以下,通过实施例进一步地具体地说明本发明,本发明没有因这些实施例而受到任何限定。
(实施例1)
按80:20的质量比例来混合碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末。对此,添加作为粘结剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂,并且添加水作为成型原料。其后,通过真空混砂机混炼成型原料,制作圆柱状的坯土。粘合剂的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的7质量份。造孔材料的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的3质量份。水的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的42质量份。碳化硅粉末的平均粒子径为20μm。金属硅粉末的平均粒子径为6μm。又,造孔材料的平均粒子径为20μm。碳化硅、金属硅以及造孔材料的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。
通过挤压成形机对得到的圆柱状坯土进行成形,得到蜂窝状成形体。得到的蜂窝状成形体在高频介电加热干燥后。之后,以热风干燥机在120℃下干燥2小时,并对两端面切断规定量。然后,对干燥后的蜂窝状成型体进行脱脂并烧成,得到蜂窝状烧成体。脱脂的条件是在550℃下进行3小时。烧成的条件是在氩气气氛下,在1450℃下,进行2小时。
然后,将蜂窝状烧成体的外周侧,留下外周壁的一部分地进行研磨加工。即,在本实施例中,除掉预先存在的蜂窝状烧成体的外周部分的一部分。并且,采用后述的低杨氏模量部形成原料,在除掉外周的部分,重新制作低杨氏模量部。作为研磨加工的方法,采用用磨刀石的研磨方法。低杨氏模量部的周向的长度的总和相对于蜂窝状结构部的周向的长度的比率(周向的比率)为40%左右的大小。
然后,制作用于形成低杨氏模量部的低杨氏模量部形成原料。首先,按80:20的质量比例来混合碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末。对此,添加作为粘结剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂,并且添加水作为成型原料。通过真空混砂机混炼得到的成型原料,制作圆柱状的坯土。粘合剂的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的7质量份。水的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的42质量份。碳化硅粉末的平均粒子径为20μm。金属硅粉末的平均粒子径为6μm。又,造孔材料的平均粒子径为20μm。碳化硅、金属硅以及造孔材料的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。另外,在各实施例中,通过调整低杨氏模量部形成原料的造孔材料的含量,控制得到的外周壁(即低杨氏模量部)的杨氏模量。
将得到的低杨氏模量部形成原料涂布到对蜂窝状烧成体的外周部分进行研磨加工的部分,形成由低杨氏模量部构成的外周壁。作为涂布低杨氏模量部形成原料的方法,可以是使蜂窝状烧成体在陶轮上旋转,并且,用橡皮刮刀将低杨氏模量部形成原料在蜂窝状烧成体的外周部分以均匀的厚度进行涂层(涂层)的方法。干燥、烧成后的低杨氏模量部的厚度为0.35mm。
然后,使被进行涂层到蜂窝状烧成体的低杨氏模量部形成原料干燥。干燥条件为70℃。
然后,制作电极部形成原料。首先,按60:40的质量比例混合碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末。此外,添加作为粘结剂的羟丙基甲基纤维素、作为保湿剂的甘油、作为分散剂的表面活性剂,并添加水混合。混炼混合物来制作电极部形成原料。粘合剂的含量为当将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的0.5质量份。甘油的含量为当将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的10质量份。表面活性剂的含量为当将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的0.3质量份。水的含量为将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的42质量份。碳化硅粉末的平均粒子径为52μm。金属硅粉末的平均粒子径为6μm。碳化硅以及金属硅的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。混炼通过立式的搅拌机来进行。
然后,将电极部形成原料呈带状地涂到蜂窝状烧成体的侧面。具体地说,按“在正交于孔格的延伸的方向的剖面上中心角的0.5倍为49°”的方式来涂蜂窝状烧成体的留下外周壁的部分的侧面。留下外周壁的部分是作为高杨氏模量部的部分。涂上的电极部形成原料的厚度为干燥、烧成后的厚度为0.25mm的那样的厚度。又,电极部形成原料涂布到蜂窝状烧成体的留下外周壁的部分的侧面上,从蜂窝状烧成体的一个端面横亘到另一个端面的两个地方。并且,在正交于孔格的延伸的方向的剖面上,涂到这两个地方的电极部形成原料中的一个电极部形成原料相对另一个电极部形成原料,夹着蜂窝状烧成体的中心地被配置在相对侧。涂到蜂窝状烧成体的侧面的电极部形成原料的形状定为长方形。
然后,使涂到蜂窝状烧成体的电极部形成原料干燥。干燥条件为70℃。
然后,制作电极端子凸起部形成原料。首先,按60:40的质量比例混合碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末。此后,添加作为粘结剂的羟丙基甲基纤维素,并且添加水混合。混炼混合物来制作电极端子凸起部形成原料。采用真空混砂机将电极端子凸起部形成原料制成坯土。粘合剂的含量为当将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的4质量份。水的含量为当将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计定为100质量份时的22质量份。碳化硅粉末的平均粒子径为52μm。金属硅粉末的平均粒子径为6μm。碳化硅以及金属硅的平均粒子径是由激光衍射法测定的值。
将得到的坯土加工成如图21~图23所示的电极端子凸起部22的那样的形状。如图21~图23所示的形状是指,由基板与凸起部构成的形状。对加工后的坯土进行干燥,得到电极端子凸起部形成用构件。又,干燥条件定为70℃。将相当于板状的基板22a的部分定为“3mm×12mm×15mm”的大小。又,将相当于凸起部22b的部分定为底面直径为7mm,中心轴方向的长度为10mm的圆柱状。制作两个电极端子凸起部形成用构件。
然后,将两个的电极端子凸起部形成用构件分别贴到蜂窝状烧成体的两处涂了电极部形成原料的部分。采用电极部形成原料,将电极端子凸起部形成用构件贴到蜂窝状烧成体的涂了电极部形成原料的部分。其后,对“涂有电极部形成原料并且贴有电极端子凸起部形成用构件的蜂窝状烧成体”进行脱脂并烧成,进一步地进行氧化处理得到蜂窝状结构体。脱脂的条件为在550℃下进行3小时。烧成的条件为在氩气气氛下,以1450℃进行2小时。氧化处理的条件为以1300℃进行1小时。
得到的蜂窝状结构体的隔壁的平均细孔径为8.6μm。蜂窝状结构体的隔壁的气孔率为45%。又,形成外周壁的低杨氏模量部的平均细孔径为15μm。低杨氏模量部的气孔率为82%。平均细孔径以及气孔率为通过水银孔率计(Micromeritics社制商品名:オートポアIV9505)测定的值。
又,隔壁的杨氏模量为30GPa。形成外周壁的低杨氏模量部的杨氏模量为0.8GPa。电极部的杨氏模量为3GPa。又,与隔壁一体地形成的外周壁的残留部分的杨氏模量与隔壁一样地为30GPa。该外周壁的残留部分作为高杨氏模量部。各部的杨氏模量的测定是以JISR1602为标准,通过弯曲共振法测定的值。将隔壁的杨氏模量的测定的试验片定为20mm×10mm×100mm的大小。低杨氏模量部以及电极部的杨氏模量测定的试验片采用了用各种原料来制作块体,并使该块体为3mm×4mm×40mm的大小的块体。
又,蜂窝状结构体的隔壁的厚度为101.6μm。蜂窝状结构体的孔格密度为93孔格/cm2。又,蜂窝状结构体的底面为直径93mm的圆形。蜂窝状结构体的孔格的延伸的方向上的长度为100mm。又,被配置在蜂窝状结构体上的两个的电极部的在正交于孔格的延伸的方向的剖面上的中心角的0.5倍为49°。又,电极部的厚度为0.25mm。又,电极部的电阻率为0.8Ωcm。构成蜂窝状结构部的隔壁的电阻率为40Ωcm。外周壁的低杨氏模量部的电阻率为100Ωcm。电极端子凸起部的电阻率为0.8Ωcm。
另外,蜂窝状结构部、电极部以及电极端子凸起部的电阻率用以下的方法来测定。用与测定对象相同的材质来制作10mm×10mm×50mm的试验片。即,在测定蜂窝状结构部的电阻率的情况下,用与蜂窝状结构部相同的材质来制作试验片。在测定电极部的电阻率的情况下,用与电极部相同的材质来制作试验片。并且,在测定电极端子凸起部的电阻率的情况下,用与电极端子凸起部相同的材质来制作试验片。在试验片的两端部(长边方向上的两端部)整个面上涂布银膏体,并配线以使其能够通电。连接电压施加电流测定装置到试验片上并施加电压。在试验片中央部设置热电偶,通过记录器确认施加电压时试验片温度的经时变化。施加100~200V的电压,计算试验片温度为400℃时所流过的电流值和电压值,根据试验片尺寸计算体积电阻率。
又,将外周壁的杨氏模量(GPa)相对于隔壁的杨氏模量(GPa)的百分比,作为“杨氏模量比(%)”来计算。结果如表1所示。
关于得到的蜂窝状结构体,用以下的方法,进行“抗热震性的评价”与“等静压强度的评价”。结果如表1所示。
(抗热震性的评价)
采用煤气燃烧器试验机,进行蜂窝状结构体的抗热震性的评价。作为煤气燃烧器试验机,采用燃烧丙烷气的丙烷煤气燃烧器试验机。具体地说,将各实施例的蜂窝状结构体装罐到金属箱中,将被装罐的蜂窝状结构体配置到煤气燃烧器试验机内。将蜂窝状结构体的加热、冷却,以下述通气条件作为1个循环,进行100个循环。1个循环的通气条件是从煤气燃烧器试验机内的蜂窝状结构体的入口侧,使950℃的气体流通10分钟,其后,使100℃的气体流通10分钟。并且,确认100个循环后的蜂窝状结构体的裂纹的产生状态,进行抗热震性的评价。将没有产生裂纹的情况定为“A”,将产生裂纹的情况下定为“B”。裂纹是否产生通过目视来进行。
(电阻值变化)
由上述“抗热震性”的试验前后的蜂窝状结构体的电阻值,进行蜂窝状结构体的电阻值变化的评价。具体地说,测定进行上述“抗热震性”的试验前的蜂窝状结构体的电阻值。并且,测定进行“抗热震性”的试验后的蜂窝状结构体的电阻值。若“抗热震性”试验前后的电阻值之差在“抗热震性”试验前的蜂窝状结构体的电阻值的5%之内,则将“电阻值变化”定为“无(没有变化)”。在“抗热震性”试验的前后的电阻值的差超过“抗热震性”试验前的蜂窝状结构体的电阻值的5%的情况下,将“电阻值变化”定为“有(电阻值变化)”。电阻值的测定是通过配线到蜂窝状结构体的电极端子凸起部并通电来进行。测定时,将电压施加电流测定装置连接到蜂窝状结构体,施加电压。以100~200V施加电压,测定电流值以及电压值。由得到的电流值以及电压值来计算蜂窝状结构体电阻率。将通电中的达到最小的电阻值作为蜂窝状结构体的电阻值(电阻值)。在产生大的裂纹的情况下,电阻值增大。
(等静压强度的评价)
将得到的蜂窝状结构体浸渍到水中,施加3.0MPa的静水压,确认蜂窝状结构体破坏以及裂纹的产生。将没有产生损坏以及裂纹的情况定为“A”。将产生损坏以及裂纹的情况定为“B”。裂纹是否产生通过试验中的破坏声音确认、与试验后目视蜂窝状结构体的外观来进行。
【表1】
(实施例2~9,比较例1以及2)
除使外周壁的杨氏模量进行如表1所示的变更之外,与实施例1一样地制作蜂窝状结构体。
关于得到的实施例2~9、比较例1以及2的蜂窝状结构体,与实施例1的情况一样地,进行“抗热震性的评价”与“等静压强度的评价”的评价。结果如表1所示。
(实施例10)
除将形成外周壁的低杨氏模量部材料变更成涂层材料之外,与实施例1一样地制作蜂窝状结构体。作为实施例10中的涂层材料,采用由无机纤维、硅胶、碳化硅粒子等构成的材料。
实施例10的蜂窝状结构体的隔壁的杨氏模量为30GPa,低杨氏模量部的杨氏模量为0.6GPa。关于得到的实施例10的蜂窝状结构体,与实施例1的情况一样地,进行“抗热震性的评价”与“等静压强度的评价”的评价。结果如表2所示。
【表2】
(实施例11~17,比较例3、4)
除了按表2所示地变更外周壁与电极部的杨氏模量之外,与实施例1一样地制作蜂窝状结构体。得到的实施例11~17,比较例3、4的蜂窝状结构体关于,与实施例1的情况一样地,进行“抗热震性的评价”与“等静压强度的评价”的评价。结果如表2所示。
根据表1以及表2,本实施例的蜂窝状结构体在等静压强度的评价中,没有确认到损坏、裂纹的产生。又,本实施例的蜂窝状结构体在抗热震性的评价中,也没有确认到使电阻值变化这样的大的裂纹的产生。即,在实施例1~7、10~16的蜂窝状结构体中,通过目视没有确认到裂纹的产生。又,在实施例8、9以及17中,虽然确认到一部分裂纹的产生,但没有产生像使蜂窝状结构体的电阻值变化那样的非常大的裂纹。因此,实施例1~17的蜂窝状结构体作为加热器使用是没有障碍的。
另一方面,在比较例1以及3中,外周壁,具体地说低杨氏模量部的杨氏模量过低,等静压强度降低,确认到损坏、裂纹的产生。又,在比较例2以及4中,外周壁的杨氏模量过高,产生了像使蜂窝状结构体的电阻值变化那样的非常大的裂纹。
【产业上的利用可能性】
本发明的蜂窝状结构体适合于作为净化汽车废气的废气净化装置用的催化剂载体。
【符号说明】
1:隔壁,2:孔格,3:外周壁,4:蜂窝状结构部,5:侧面,6:低杨氏模量部,6a:第一低杨氏模量部,6b:第二低杨氏模量部,6c:低杨氏模量部(低杨氏模量且电气绝缘性的材质的低杨氏模量部),7:高杨氏模量部,11:一个端面,12:另一个端面,21、21a,21b:电极部,21x:电极部的一个端部,21y:电极部的另一个端部,22:电极端子凸起部,22a:基板,22b:凸起部,23:导电体,100、100A、200、300、400、500、600、700A、700B、800、900:蜂窝状结构体,O:中心,E,G:角部的孔格方向长度,F,H:角部的垂直方向长度,I:孔格的延伸的方向,L:轴,P:连接一个电极部的中央点与蜂窝状结构部的中心的线段,Q:连接另一个电极部的中央点与蜂窝状结构部的中心的线段,α:中心角,θ:中心角的0.5倍的角度,β:线段(P)与线段(Q)形成的角度,γ:低杨氏模量部的中心角

Claims (24)

1.一种蜂窝状结构体,其特征在于,
包括筒状的蜂窝状结构部,该筒状的蜂窝状结构部具有划分形成作为流体的流路的从一个端面到另一个端面延伸的多个孔格的多孔质的隔壁、和位于最外周的外周壁,
所述外周壁通过涂布涂层材料得到,
所述隔壁的电阻率为1~200Ωcm,
所述外周壁的至少一部分由杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低地构成的低杨氏模量部形成,所述低杨氏模量部的杨氏模量相对于所述隔壁的杨氏模量的比率为2~60%。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述外周壁全部由所述低杨氏模量部形成。
3.根据权利要求2所述的蜂窝状结构体,其特征在于,进一步包括:
一对电极部,其在所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上呈带状地被设置在所述蜂窝状结构部的侧面。
4.根据权利要求3所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低。
5.根据权利要求2所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述外周壁中形成有电阻率比所述外周壁的其他区域低的一对电极部,该一对电极部位于沿所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向延伸的带状的两个区域。
6.根据权利要求3-5的任一项所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的杨氏模量为0.8~30GPa。
7.根据权利要求3-5的任一项所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的气孔率为30~80%。
8.根据权利要求3-5的任一项所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的电阻率为0.1~100Ωcm。
9.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述外周壁的一部分由所述低杨氏模量部形成,且所述外周壁的除所述低杨氏模量部以外的部位由杨氏模量与所述隔壁的杨氏模量相同或在其之上地构成的高杨氏模量部形成。
10.根据权利要求9所述的蜂窝状结构体,其特征在于,进一步包括:
一对电极部,其呈在所述蜂窝状结构部的孔格的延伸的方向上延伸的带状地,被配置在所述蜂窝状结构部的侧面上。
11.根据权利要求10所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的杨氏模量比所述隔壁的杨氏模量低。
12.根据权利要求10或11所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述一对电极部至少被配置在所述高杨氏模量部的表面。
13.根据权利要求10或11所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的杨氏模量为0.8~30GPa。
14.根据权利要求10或11所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的气孔率为30~80%。
15.根据权利要求10或11所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述电极部的电阻率为0.1~100Ωcm。
16.根据权利要求4,5,10,11的任一项所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述外周壁的一部分比所述电极部的电阻率大。
17.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述隔壁的杨氏模量为20~45GPa。
18.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述隔壁的气孔率为30~60%。
19.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部与所述隔壁为相同材质。
20.根据权利要求19所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部的杨氏模量为0.8~30GPa。
21.根据权利要求19或20所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部的气孔率比所述隔壁的气孔率高。
22.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部为与所述隔壁不同的材质。
23.根据权利要求22所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部的杨氏模量为0.6~30GPa。
24.根据权利要求22或23所述的蜂窝状结构体,其特征在于,
所述低杨氏模量部的气孔率为30~80%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5664670B2 (ja) 2011-02-08 2015-02-04 トヨタ自動車株式会社 電気加熱式触媒
EP2732875B1 (en) * 2011-07-11 2016-04-06 NGK Insulators, Ltd. Honeycomb structure
JP6015278B2 (ja) * 2012-09-19 2016-10-26 トヨタ自動車株式会社 電気加熱式触媒コンバーター
JP6111122B2 (ja) * 2013-03-29 2017-04-05 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
USD784771S1 (en) * 2016-02-12 2017-04-25 Spectrum Diversified Designs, Llc Bowl
DE102017223090A1 (de) * 2017-12-18 2019-06-19 BSH Hausgeräte GmbH Gargerät mit einer spezifisch ausgebildeten Katalysatoreinrichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Gargeräts
JP7186031B2 (ja) * 2018-07-26 2022-12-08 イビデン株式会社 ハニカム構造体
CN110022622B (zh) * 2019-05-16 2021-05-04 厦门蜂涛陶瓷有限公司 一种氧化铝蜂窝陶瓷发热体及其制备方法
JP2022156352A (ja) * 2021-03-31 2022-10-14 日本碍子株式会社 ハニカム構造体

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1115966A (zh) * 1993-01-11 1996-01-31 发射技术有限公司 具有提高柔性的由陶瓷和/或金属材料挤压制成的蜂窝体
CN1156494A (zh) * 1994-08-23 1997-08-06 发射技术有限公司 用于内燃机排气系统
EP1440722A1 (en) * 2001-10-09 2004-07-28 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2931362B2 (ja) 1990-04-12 1999-08-09 日本碍子株式会社 抵抗調節型ヒーター及び触媒コンバーター
US5266278A (en) * 1990-07-06 1993-11-30 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb heater having integrally formed electrodes and/or integrally sintered electrodes and method of manufacturing such honeycomb heater
US5288975A (en) 1991-01-30 1994-02-22 Ngk Insulators, Ltd. Resistance adjusting type heater
US5866230A (en) 1993-01-11 1999-02-02 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Gmbh Extruded honeycomb body of ceramic and/or metallic material with increased flexibility
JPH08141408A (ja) 1994-11-24 1996-06-04 Nippon Soken Inc 排ガス浄化用抵抗調整型ヒータ付触媒担体およびその製造方法
JP3889194B2 (ja) * 2000-01-13 2007-03-07 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP4136319B2 (ja) 2000-04-14 2008-08-20 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
JP4753782B2 (ja) * 2005-06-24 2011-08-24 イビデン株式会社 ハニカム構造体
JP4890903B2 (ja) * 2006-03-28 2012-03-07 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP4619976B2 (ja) * 2006-03-30 2011-01-26 日本碍子株式会社 プラズマリアクタ
EP2143699A4 (en) 2007-03-16 2013-12-25 Ngk Insulators Ltd WAVE CONSTRUCTION AND COATING MATERIAL TO BE USED
JP5430867B2 (ja) * 2007-06-21 2014-03-05 イビデン株式会社 ハニカム構造体、及び、ハニカム構造体の製造方法
JP2010001204A (ja) * 2008-05-20 2010-01-07 Ibiden Co Ltd ハニカム構造体
WO2009157504A1 (ja) * 2008-06-25 2009-12-30 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JPWO2010061517A1 (ja) * 2008-11-28 2012-04-19 ダイキン工業株式会社 吸着成形体、吸着回収処理装置および被吸着物質脱離方法
JP5261256B2 (ja) * 2009-03-30 2013-08-14 日本碍子株式会社 通電発熱用ハニカム体及びその製造方法
EP2554265B1 (en) 2010-03-31 2017-07-26 NGK Insulators, Ltd. Honeycomb structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1115966A (zh) * 1993-01-11 1996-01-31 发射技术有限公司 具有提高柔性的由陶瓷和/或金属材料挤压制成的蜂窝体
CN1156494A (zh) * 1994-08-23 1997-08-06 发射技术有限公司 用于内燃机排气系统
EP1440722A1 (en) * 2001-10-09 2004-07-28 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb filter

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