CN110314705A - 蜂窝结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与现有技术相比能更均匀地(无发热分布不均)发热的蜂窝结构体。蜂窝结构体具备圆柱状的蜂窝结构部、以及配置于所述蜂窝结构部的侧面的一对电极部，该蜂窝结构部具有区划形成多个隔室的多孔质的间隔壁、以及位于最外周的外周壁，该多个隔室形成为流体的流路、且从流体的流入侧的端面亦即流入端面延伸至流体的流出侧的端面亦即流出端面，所述蜂窝结构部构成为包括：包括侧面的外周区域；作为中央的区域的中央区域；以及除了所述外周区域和中央区域以外的中间区域，构成所述外周区域的材料的平均电阻率A、构成所述中央区域的材料的平均电阻率B、以及构成所述中间区域的材料的平均电阻率C满足A≤B＜C的关系。

Description

蜂窝结构体
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体。特别是涉及能够均匀地(无发热分布不均地)发热的蜂窝结构体。
背景技术
以往，催化剂担载于以堇青石、碳化硅为材料的蜂窝结构体的结构被用于从汽车发动机排出的废气中的有害物质的处理(例如参见专利文献1)。这种蜂窝结构体通常具备柱状的蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的间隔壁，这些隔室形成为废气的流路、且从一侧底面延伸至另一侧底面。
在利用担载于蜂窝结构体的催化剂对废气进行处理的情况下，需要使催化剂升温至规定的温度，但是，以往，在发动机启动时，由于催化剂温度低，所以产生废气未被充分净化的问题。因此，开发出被称为电加热催化器(EHC)的系统，该系统在由导电性陶瓷构成的蜂窝结构体配置有电极，通过通电而使蜂窝结构体自身发热，由此，在发动机启动前或发动机启动时使得担载于蜂窝结构体的催化剂升温至活化温度。
例如，专利文献1中提出有如下蜂窝结构体，该蜂窝结构体是催化剂载体，并且，通过施加电压，还作为加热器而发挥作用，并能够抑制施加有电压时的温度分布的不均。具体而言，提出有如下方案：以沿着蜂窝结构体的隔室延伸的方向延伸的带状将一对电极部配置于柱状的蜂窝结构体的侧面，在与隔室延伸的方向正交的截面中，将一对电极部中的一个电极部配置成相对于一对电极部中的另一个电极部而隔着蜂窝结构体的中心地对置，由此抑制施加有电压时的温度分布的不均。
通常，具有蜂窝结构的部分(即，成为催化剂的载体的部分。以下称为“蜂窝结构部”。)的电阻比电极部的电阻高，因此，呈现出如下趋势：来自与电极部连接的端子的电流在该电极部蔓延之后向蜂窝结构部流动。但是，存在如下问题：在蜂窝结构体内部的电阻均匀的情况下，很多电流都向从蜂窝结构部通过的距离短的电极部的端部附近流动，从而蜂窝结构部的发热分布不均而导致对催化剂的加热产生偏差。
针对该问题，作为其对策，专利文献2中公开了如下方案：“将所述载体的间隔壁的厚度设定为使得形成外壳的中空壳体和…所述端子间的全部电流路径的电阻相等”(专利文献2的说明书段落0009)。
另外，作为其对策，专利文献3中公开了如下方案：“一种蜂窝结构体，该蜂窝结构体形成流体的流路…且构成外周区域的材料的电阻率低于构成所述中央区域的材料的电阻率”(专利文献3的说明书段落0013)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/146955号
专利文献2：日本特开2011－99405号公报
专利文献3：日本特开2014－198321号公报
发明内容
专利文献2中，将蜂窝结构部的间隔壁的厚度设定为满足规定条件而要均匀地将蜂窝结构部加热，但是，存在如下问题：如果根据电流而设定蜂窝结构部的间隔壁的厚度，则有可能在局部形成机械强度较低的部位而导致作为催化剂载体的强度降低。
另外，专利文献3中，将蜂窝结构部的电阻率设定为外周区域的电阻率低于中央区域的电阻率而要均匀地将蜂窝结构部加热，但是，存在如下问题：如果外周区域的电阻率较低，则电流在外周部流通而难以将中央区域加热。
本发明是考虑到以上问题而完成的，其课题在于，提供一种与现有技术相比能够更加均匀地(无发热分布不均地)发热的蜂窝结构体。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现：通过对蜂窝结构部的与隔室延伸的方向正交的截面中的电阻率的分布进行控制，能够解决上述课题。即，以如下方式限定了本发明。
(1)一种蜂窝结构体，其具备圆柱状的蜂窝结构部、以及配置于所述蜂窝结构部的侧面的一对电极部，该圆柱状的蜂窝结构部具有区划形成多个隔室的多孔质的间隔壁、以及位于最外周的外周壁，该多个隔室形成为流体的流路、且从流体的流入侧的端面亦即流入端面延伸至流体的流出侧的端面亦即流出端面，
所述蜂窝结构体配置为：所述一对电极部分别形成为沿着所述蜂窝结构部的隔室延伸的方向延伸的带状，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，所述一对电极部中的一个所述电极部相对于所述一对电极部中的另一个所述电极部隔着所述蜂窝结构部的中心而对置，
所述蜂窝结构体的特征在于，
所述蜂窝结构部构成为包括：包括侧面的外周区域；作为中央的区域的中央区域；以及除了所述外周区域和中央区域以外的中间区域，
构成所述外周区域的材料的平均电阻率A、构成所述中央区域的材料的平均电阻率B、以及构成所述中间区域的材料的平均电阻率C满足A≤B＜C的关系。
(2)根据(1)所述的蜂窝结构体，其特征在于，在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，当从一个所述电极部的端部至另一个所述电极部的端部的蜂窝结构部的表面圆周长度设为L1、且从一个所述电极部的端部至所述蜂窝结构部的中心的距离、与从另一个所述电极部的端部至所述蜂窝结构部的中心的距离之和设为L2时，满足A×L1＜2/3×L2×(A+B+C)的关系。
(3)根据(1)或(2)所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述蜂窝结构部以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述蜂窝结构部的电阻率为0.1Ωcm～100Ωcm，所述电极部的电阻率为0.001Ωcm～1.0Ωcm。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述电极部的中心角为60°～120°。
根据本发明，能够提供一种与现有技术相比而能够更加均匀地发热的蜂窝结构体。
附图说明
图1是示出本发明中的蜂窝结构部的一个例子的图。
图2是本发明的一个实施方式中的蜂窝结构体的截面图。
图3是示出本发明的一个实施方式中的电极部的中心角的图。
图4是示出本发明的一个实施方式中的外周区域、中央区域以及中间区域的图。
图5是示出本发明的一个实施方式中的电流路径的概况的图。
图6是示出本发明的一个实施方式中的外周区域、中央区域以及中间区域的温度以及电阻率的测定部位的图。
附图标记说明
100…蜂窝结构体；10…蜂窝结构部；11…间隔壁；12…隔室；13、14…蜂窝结构部的两个端面；21…电极部。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的电加热型催化剂用载体的实施方式进行说明，并不限定于该实施方式而对本发明进行解释，只要未脱离本发明的范围，就可以基于本领域技术人员的知识而施加各种各样的变更、修改、改良。
(1.蜂窝结构部)
图1是示出本实施方式的蜂窝结构体100的蜂窝结构部的一个例子的图。蜂窝结构部10具有：区划形成多个隔室12的多孔质的间隔壁11；以及位于最外周的外周壁，所述多个隔室12形成为流体的流路、且从流体的流入侧的端面亦即流入端面延伸至流体的流出侧的端面亦即流出端面。对于隔室12的数量、配置、形状等以及间隔壁11的厚度等并未施加限制，可以根据需要而适当地设计。
只要蜂窝结构部10具有导电性即可，对其材质并未特别限制，可以使用金属、陶瓷等。特别是根据兼顾耐热性和导电性的观点，蜂窝结构部10的材质优选以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分，更优选为硅－碳化硅复合材料或碳化硅。为了降低蜂窝结构部的电阻率，还可以配合硅化钽(TaSi2)、硅化铬(CrSi2)。蜂窝结构部10以硅－碳化硅复合材料为主成分是指：蜂窝结构部10含有蜂窝结构部整体的90质量％以上的硅－碳化硅复合材料(合计质量)。此处，硅－碳化硅复合材料含有作为骨料的碳化硅粒子、以及作为使得碳化硅粒子结合的结合材料的硅，优选利用硅以在碳化硅粒子间形成细孔的方式使得多个碳化硅粒子结合。另外，蜂窝结构部10以碳化硅为主成分是指：蜂窝结构部10含有蜂窝结构部整体的90质量％以上的碳化硅(合计质量)。
蜂窝结构部10的电阻率只要根据施加的电压而适当地设定即可，并未特别限制，例如可以设为0.01Ω·cm～100Ω·cm。在用于64V以上的高电压时可以设为2Ω·cm～200Ω·cm，典型地可以设为5Ω·cm～100Ω·cm。另外，在用于低于64V的低电压时可以设为0.001Ω·cm～2Ω·cm，典型地可以设为0.001Ω·cm～1Ω·cm，更典型地可以设为0.01Ω·cm～1Ω·cm。此处，蜂窝结构部10的电阻率是指：利用万用表通过4端子法进行测定时的电阻率。
另外，下文中，对外周区域、中央区域以及中间区域的蜂窝结构部10的电阻率的分布进行说明。
蜂窝结构部10的间隔壁11的气孔率优选为35％～60％，更优选为35％～45％。如果气孔率低于35％，则有时烧成时的变形会增大。如果气孔率超过60％，则有时蜂窝结构部的强度会降低。气孔率是利用水银孔率计测定所得的值。
蜂窝结构部10的间隔壁11的平均细孔径优选为2μm～15μm，更优选为4μm～8μm。如果平均细孔径小于2μm，则有时电阻率过大。如果平均细孔径大于15μm，则有时电阻率过小。平均细孔径是利用水银孔率计测定所得的值。
对于与隔室12的流路方向正交的截面中的隔室12的形状并未加以限制，优选为四边形、六边形、八边形、或这些形状的组合。其中，优选正方形以及六边形。通过将隔室形状设为上述形状，使得废气流经蜂窝结构部10时的压力损失变小，从而催化剂的净化性能优异。
只要蜂窝结构部10的外形为圆柱状即可，并未特别限定。另外，关于蜂窝结构部10的大小，根据提高耐热性(防止在外周侧壁的周向上产生的裂纹)的观点，底面的面积优选为2000mm2～20000mm2，更优选为4000mm2～10000mm2。另外，根据提高耐热性(防止在外周侧壁与中心轴向平行地产生的裂纹)的观点，蜂窝结构部10的轴向长度优选为50mm～200mm，更优选为75mm～150mm。
另外，本实施方式的蜂窝结构体100的构成蜂窝结构部10的最外周的外周壁3的厚度优选为0.1mm～2mm。如果外周壁3的厚度比0.1mm薄，则有时蜂窝结构体100的强度降低。如果外周壁3的厚度比2mm厚，则有时供催化剂担载的间隔壁的面积变小。
另外，通过将催化剂担载于蜂窝结构部10，能够将蜂窝结构部10用作催化剂用载体。
本实施方式中，关键在于：在与隔室12延伸的方向正交的截面中，当考虑将蜂窝结构部10划分为包括侧面的外周区域、作为处于中央的区域的中央区域、以及除了所述外周区域和中央区域以外的中间区域时，使得构成外周区域的材料的平均电阻率A、构成中央区域的材料的平均电阻率B、以及构成中间区域的材料的平均电阻率C满足A≤B＜C的关系。
此处，对外周区域、中央区域以及中间区域进行如下定义。将蜂窝结构部10的半径设为r，将距该蜂窝结构部10的中心O(即，该圆形截面的圆心)的距离为0至1/3r的区域设为中央区域，将距该蜂窝结构部10的中心O的距离超过1/3r且直至2/3r为止的区域设为中间区域，将距该蜂窝结构部10的中心O的距离超过2/3r且直至r为止的区域设为外周区域。
在满足A≤B＜C的关系的情况下，中央区域以及外周区域的电阻率均低于中间区域的电阻率，因此，当对电极部21、21施加有电压时，电流在该电极部蔓延，然后大量电流在蜂窝结构部10的外周和中央的两条路径中流通(参照图5)。因此，与电流仅在蜂窝结构部10的外周区域流通的情形相比，蜂窝结构部10的中央区域也被加热，由此，蜂窝结构部10整体因电流热或间隔壁的热传导而被加热，从而温度分布变得更加均匀。
另外，A、B以及C各自的优选范围与上述范围相同。
另外，根据不仅对流经蜂窝结构部10的外周的电流路径还对流经中央的电流路径进行强化的观点，在与隔室12延伸的方向正交的截面中，当在两个电极部21、21的端部之间通过通过蜂窝结构部10的外周的距离设为L1、且在两个电极部21、21的端部之间通过蜂窝结构部10的截面圆心的距离设为L2时，优选满足A×L1＜2/3×L2×(A+B+C)的关系。
此处，L1是指：从一个电极部21的端部至另一个电极部21的端部的、蜂窝结构部10的表面圆周长度(参照图5)。L2是指：从一个电极部21的端部至蜂窝结构部10的中心O的距离、与从另一个电极部21的端部至蜂窝结构部10的中心O的距离之和(即，L2＝2r)。
由于满足A×L1＜2/3×L2×(A+B+C)的关系，因此，与蜂窝结构部10的外周区域相比，电流更容易经过中央区域，从而中央区域的电流得到强化，更显著地获得本发明的效果。可以通过调整A、B、C的值而满足上述关系，另外，也可以通过调整电极部21、21的中心角α而满足上述关系。
(2.电极部)
如图2所示，本实施方式所涉及的蜂窝结构部10具备一对电极部21，该一对电极部21设置成：隔着蜂窝结构部10的中心O以与外周侧壁的外表面接触的状态而对置。一对电极部21、21分别形成为沿着蜂窝结构部10的隔室12延伸的方向延伸的“带状”。由此，本实施方式的蜂窝结构体100配置成：电极部21形成为带状，电极部21的长度方向为蜂窝结构部10的隔室12延伸的方向，一对电极部21、21隔着蜂窝结构部10的中心O而对置。
并且，在与隔室12延伸的方向正交的截面中，各电极部21、21的中心角α优选为60°～120°。此外，在与隔室12延伸的方向正交的截面中，电极部21、21的中心角α的上限值优选为110，更优选为100。另外，在与隔室12延伸的方向正交的截面中，电极部21、21的中心角α的下限值优选为70，更优选为80。另外，一个电极部21的中心角α相对于另一个电极部21的中心角α而优选为0.8倍～1.2倍的大小，更优选为1.0倍的大小(大小相同)。由此，在对一对电极部21、21之间施加有电压时，能够抑制在蜂窝结构部的外周和中央区域分别流通的电流的不均。并且，能够在蜂窝结构部的外周和中央区域分别抑制发热的不均。
此处，中心角α是指：在与隔室12延伸的方向正交的截面中将电极部21的两个端部和蜂窝结构部的中心O连结的直线所成的角度(参照图3)。此外，图3中，一对电极部21各自的中心角α为相同的大小。
对于本实施方式的蜂窝结构体100，优选电极部21的电阻率低于蜂窝结构部10的外周壁的电阻率。此外，电极部21的电阻率更优选为蜂窝结构部10的外周壁的电阻率的0.1％～10％，特别优选为0.5％～5％。如果低于0.1％，则在对电极部21施加有电压时，有时在电极部21内流至“电极部的端部”的电流量增多，从而在蜂窝结构部10流通的电流容易发生不均。并且，有时蜂窝结构部10难以均匀地发热。如果高于10％，则在对电极部21施加有电压时，有时在电极部21内蔓延的电流量减少，从而在蜂窝结构部10流通的电流容易发生不均。并且，有时蜂窝结构部10难以均匀地发热。
电极部21的厚度优选为0.01mm～5mm，更优选为0.01mm～3mm。通过设为上述范围而能够有助于蜂窝结构部的均匀发热。如果电极部21的厚度比0.01mm薄，则有时电阻率升高而无法均匀地发热。如果电极部21的厚度比5mm厚，则有时在组装时发生破损。
如图1所示，本实施方式的蜂窝结构体100的电极部21、21分别沿着蜂窝结构部10的隔室12延伸的方向延伸，并且，形成为“遍及两端部之间(两端面13、14之间)的”带状。由此，本实施方式的蜂窝结构体100配置成：一对电极部21、21遍及蜂窝结构部10的两端部之间。由此，在对一对电极部21、21之间施加有电压时，能够更有效地抑制电流在蜂窝结构部的轴向(即，隔室12延伸的方向)上的不均。此处，“电极部21形成(配置)为遍及蜂窝结构部10的两端部之间”是指以下情形。即，是指：电极部21的一个端部与蜂窝结构部10的一个端部(一个端面)接触，电极部21的另一个端部与蜂窝结构部10的另一个端部(另一个端面)接触。
另一方面，电极部21在“蜂窝结构部10的隔室12延伸的方向”上的至少一个端部未与蜂窝结构部10的端部(端面)接触的(未到达蜂窝结构部10的端部(端面)的)状态也是优选方式。由此，能够提高蜂窝结构体的耐热冲击性。
本实施方式的蜂窝结构体100中，例如图1～图3所示，电极部21为平面状的长方形部件沿着圆柱形状的外周弯曲而成的形状。此处，将弯曲后的电极部21变形为未弯曲的平面状的部件时的形状称为电极部21的“平面形状”。如上所述，图1～图3所示的电极部21的“平面形状”为长方形。并且，“电极部的外周形状”是指：“电极部的平面形状中的外周形状”。
本实施方式的蜂窝结构体100中，带状的电极部的外周形状可以为长方形的角部形成为曲线状的形状。通过设为上述形状而能够提高蜂窝结构体的耐热冲击性。另外，带状的电极部的外周形状为长方形的角部被倒角而形成为直线状的形状也是优选方式。通过设为上述形状而能够提高蜂窝结构体的耐热冲击性。
本实施方式的蜂窝结构体100中，在与隔室延伸的方向正交的截面中，电流路径的长度优选为蜂窝结构部的直径的1.6倍以下。如果超过1.6倍，则有时会不必要地消耗能量。此处，“电流路径”是指：电流流通的路径。另外，“电流路径的长度”是指：蜂窝结构体的“与隔室延伸的方向正交的截面”中的、电流流通的“外周”的长度的0.5倍的长度。这意味着：蜂窝结构体的“与隔室延伸的方向正交的截面”中的“电流流通的路径”中的最大长度。“电流路径的长度”是：在外周形成有凹凸、或者在蜂窝结构部形成有在外周开口的狭缝时沿着该凹凸或狭缝内的表面测定所得的值。因此，例如当在蜂窝结构部形成有在外周开口的狭缝时，“电流路径的长度”与狭缝的深度的大致2倍的长度相应地延长。
电极部21的电阻率优选为0.01Ωcm～1.0Ωcm。通过将电极部21的电阻率设为上述范围，使得一对电极部21、21在供高温废气流动的配管内有效地发挥出电极的作用。如果电极部21的电阻率小于0.01Ωcm，则在与隔室延伸的方向正交的截面中，有时电极部21的两端附近的蜂窝部的温度容易升高。如果电极部21的电阻率大于1.0Ωcm，则有时电流难以流通，因此，难以发挥出作为电极的作用。电极部的电阻率是室温(25℃)下的值。
电极部21的气孔率优选为30％～60％，更优选为30％～55％。通过将电极部21的气孔率设为上述范围而能够获得适当的电阻率。如果电极部21的气孔率低于30％，则有时在制造时会发生变形。如果电极部21的气孔率高于60％，则有时电阻率过高。气孔率是利用水银孔率计测定所得的值。
电极部21的平均细孔径优选为5μm～45μm，更优选为7μm～40μm。通过将电极部21的平均细孔径设为上述范围，能够获得适当的电阻率。如果电极部21的平均细孔径小于5μm，则有时电阻率过高。如果电极部21的平均细孔径大于45μm，则有时电极部21的强度减弱而容易破损。平均细孔径是利用水银孔率计测定所得的值。
在电极部21的主成分为“硅－碳化硅复合材料”的情况下，电极部21中含有的碳化硅粒子的平均粒径优选为10μm～60μm，更优选为20μm～60μm。通过将电极部21中含有的碳化硅粒子的平均粒径设为上述范围，能够在0.1Ωcm～100Ωcm的范围内控制电极部21的电阻率。如果电极部21中含有的碳化硅粒子的平均粒径小于10μm，则有时电极部21的电阻率过大。如果电极部21中含有的碳化硅粒子的平均粒径大于60μm，则有时电极部21的强度减弱而容易破损。电极部21中含有的碳化硅粒子的平均粒径是通过激光衍射法测定所得的值。
在电极部21的主成分为“硅－碳化硅复合材料”的情况下，电极部21中含有的硅的质量相对于电极部21中含有的“碳化硅粒子和硅各自的质量的合计值”的比率优选为20质量％～40质量％。并且，电极部21中含有的硅的质量相对于“碳化硅粒子和硅各自的质量的合计值”的比率更优选为25质量％～35质量％。通过将电极部21中含有的硅的质量相对于“碳化硅粒子和硅各自的质量的合计值”的比率设为上述范围，能够使电极部21的电阻率处于0.1Ωcm～100Ωcm的范围。如果电极部21中含有的硅的质量相对于“碳化硅粒子和硅各自的质量的合计值”的比率小于20质量％，则有时电阻率过大，如果电极部21中含有的硅的质量相对于“碳化硅粒子和硅各自的质量的合计值”的比率大于40质量％，则有时在制造时容易发生变形。
本实施方式的蜂窝结构体100的等静压强度优选为1MPa以上，更优选为3MPa以上。等静压强度的值越大越好，不过，如果考虑到蜂窝结构体100的材质、结构等，则6MPa左右为上限。如果等静压强度低于1MPa，则有时在将蜂窝结构体用作催化剂载体等时容易破损。等静压强度是在水中施加静水压力进行测定所得的值。
(3.制造方法)
蜂窝结构部的制作可以基于公知的蜂窝结构部的制造方法中的蜂窝结构部的制作方法来进行。例如，首先，在碳化硅粉末(碳化硅)中添加金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料以及水等而制作成型原料。相对于碳化硅粉末的质量与金属硅的质量的合计值，优选将金属硅的质量设为10质量％～40质量％。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒径优选为3μm～50μm，更优选为3μm～40μm。金属硅粉末中的金属硅粒子的平均粒径优选为2μm～35μm。碳化硅粒子以及金属硅粒子的平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。碳化硅粒子为构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒，金属硅粒子为构成金属硅粉末的金属硅的微粒。另外，这是将蜂窝结构部的材质设为硅－碳化硅系复合材料时的成型原料的配比，在将蜂窝结构部的材质设为碳化硅的情况下，不添加金属硅。
作为粘合剂，可以举出甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素以及聚乙烯醇等。这些粘合剂中，优选同时采用甲基纤维素和羟丙氧基纤维素。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，粘合剂的含量优选为2.0质量份～10.0质量份。
在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，水的含量优选为20质量份～60质量份。
作为表面活性剂，可以使用乙二醇、糊精、脂肪酸皂以及多元醇等。对于这些表面活性剂，可以单独使用1种表面活性剂，也可以组合使用2种以上表面活性剂。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，表面活性剂的含量优选为0.1质量份～2.0质量份。
作为造孔材料，只要在烧成后形成为气孔即可，并未特别限定，例如可以举出石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂以及硅胶等。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，造孔材料的含量优选为0.5质量份～10.0质量份。造孔材料的平均粒径优选为10μm～30μm。如果造孔材料的平均粒径小于10μm，则有时无法充分形成气孔。如果造孔材料的平均粒径大于30μm，则有时在成型时会将口模堵塞。造孔材料的平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。在造孔材料为吸水性树脂的情况下，造孔材料的平均粒径为吸水后的平均粒径。
接下来，对得到的成型原料进行混炼而形成坯料，然后对坯料进行挤出成型而制作蜂窝结构部。在挤出成型时，可以使用具有所需的整体形状、隔室形状、间隔壁厚度、隔室密度等的口模。接下来，优选对得到的蜂窝结构部进行干燥。干燥的方法并未特别限定，例如可以举出：微波加热干燥、高频感应加热干燥等电磁波加热方式；以及热风干燥、过热水蒸气干燥等外部加热方式。这些干燥方法中，基于能够迅速且均匀地使成型体整体干燥而不会产生裂纹这一点，优选地，在通过电磁波加热方式使恒定量的水分干燥之后通过外部加热方式而使剩余的水分干燥。作为干燥的条件，优选通过电磁波加热方式将干燥前的水分量的30质量％～99质量％的水分除去，然后通过外部加热方式使其变为干燥前的水分量的3质量％以下的水分。作为电磁波加热方式，优选感应加热干燥，作为外部加热方式，优选热风干燥。干燥温度优选设为50℃～100℃。
在蜂窝结构部的中心轴向长度并非所需的长度的情况下，可以将蜂窝结构部的两个底部切断而形成为所需的长度。切断方法并未特别限定，可以举出使用圆锯切割机等的方法。
接下来，对蜂窝干燥体进行烧成而制作蜂窝烧成体。在烧成时，例如在Ar气氛中以1400℃的温度进行3h的烧成，然后在N2浓度为2％～25％的N2/Ar气氛中以1200℃的温度进行5h～20h的热处理，由此，能够更容易地实现本发明中规定的电阻率分布。
此外，本发明的电阻率分布的实现方法并未特别限定，除了上述方法以外，即便适当地变更蜂窝结构部的材质、壁厚等对电阻率造成影响的要素，也能够实现本发明的电阻率分布。
优选地，在烧成之前进行预烧以便将粘合剂等除去。优选地，在大气气氛下以400℃～500℃的温度进行0.5小时～20小时的预烧。预烧以及烧成的方法并未特别限定，可以使用电炉、煤气炉等进行烧成。烧成条件优选为：在氮、氩等惰性气氛下以1300℃～1500℃的温度进行1小时～20小时的加热。另外，优选在烧成之后以1000℃～1250℃的温度进行1小时～10小时的氧化处理以提高耐久性。
接下来，针对蜂窝干燥体而形成电极部，不过，优选调配用于形成电极部的电极部形成原料。在电极部的主成分设为“硅－碳化硅复合材料”的情况下，优选在碳化硅粉末以及硅粉末中添加规定的添加物并进行混炼而形成电极部形成原料。
具体而言，优选地，在碳化硅粉末(碳化硅)中添加金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料以及水等并进行混炼而制作电极部形成原料。在碳化硅粉末以及金属硅的合计质量设为100质量份时，金属硅的质量优选为20质量份～40质量份。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒径优选为10μm～60μm。金属硅粉末(金属硅)的平均粒径优选为2μm～20μm。如果金属硅粉末(金属硅)的平均粒径小于2μm，则有时电阻率过小。如果金属硅粉末(金属硅)的平均粒径大于20μm，则有时电阻率过大。碳化硅粒子以及金属硅(金属硅粒子)的平均粒径是通过激光衍射法测定所得的值。碳化硅粒子为构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒，金属硅粒子为构成金属硅粉末的金属硅的微粒。
作为粘合剂，可以举出甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素以及聚乙烯醇等。这些粘合剂中，优选同时采用甲基纤维素和羟丙氧基纤维素。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，粘合剂的含量优选为0.1质量份～5.0质量份。
在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，水的含量优选为15质量份～60质量份。
作为表面活性剂，可以使用乙二醇、糊精、脂肪酸皂以及多元醇等。对于这些表面活性剂，可以单独使用1种表面活性剂，也可以组合使用2种以上的表面活性剂。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，表面活性剂的含量优选为0.1质量份～2.0质量份。
作为造孔材料，只要在烧成后形成为气孔即可，并未特别限定，例如可以举出石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂以及硅胶等。在碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，造孔材料的含量优选为0.1质量份～5.0质量份。造孔材料的平均粒径优选为10μm～30μm。如果造孔材料的平均粒径小于10μm，则有时无法充分形成气孔。如果造孔材料的平均粒径大于30μm，则有时容易形成较大的气孔，从而引起强度降低。造孔材料的平均粒径是通过激光衍射法测定所得的值。
接下来，优选地，对碳化硅粉末(碳化硅)、金属硅(金属硅粉末)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料以及水等进行混合而获得混合物，并对该混合物进行混炼而制成糊状或浆状的电极部形成原料。混炼的方法并未特别限定，例如可以使用纵型搅拌机。
接下来，优选将得到的电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面。将电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面的方法并未特别限定，例如可以采用印刷方法。另外，优选地，以形成上述本发明的蜂窝结构体中的电极部的形状的方式将电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面。通过调整涂敷电极部形成原料时的厚度而能够使得电极部的厚度达到所需的厚度。仅通过这样将电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面并进行干燥、烧成便能够形成电极部，因此，能够非常容易地形成电极部。
接下来，优选地，使涂敷于蜂窝烧成体的侧面的电极部形成原料干燥而形成未烧成电极，由此制作带未烧成电极的蜂窝烧成体。干燥条件优选设为50℃～100℃。
接下来，对带未烧成电极的蜂窝烧成体进行烧成而制作蜂窝结构体。此时，主要对未烧成电极进行烧成。优选地，在烧成之前进行预烧以将粘合剂等除去。优选地，在大气气氛下以400℃～500℃的温度进行0.5小时～20小时的预烧。预烧以及烧成的方法并未特别限定，可以使用电炉、煤气炉等进行烧成。烧成条件优选为：在氮、氩等惰性气氛下以1400℃～1500℃的温度进行1小时～20小时的加热。另外，优选地，在烧成之后以1200℃～1350℃的温度进行1小时～10小时的氧化处理以提高耐久性。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更具体的说明，但是，本发明并未受到这些实施例的任何限定。
将金属硅(Si)粉末作为陶瓷原料。然后，在陶瓷原料中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂，并且，添加水而制成成型原料。然后，利用真空练泥机对成型原料进行混炼而制作圆柱状的坯料。在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，粘合剂的含量为7质量份。在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，造孔材料的含量为3质量份。在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，水的含量为42质量份。金属硅(Si)粉末的平均粒径为6μm。另外，造孔材料的平均粒径为20μm。金属硅(Si)以及造孔材料的平均粒径是通过激光衍射法测定所得的值。
利用挤出成型机对得到的圆柱状的坯料进行成型而获得直径为80mm的蜂窝成型体。对得到的蜂窝成型体进行高频感应加热干燥，然后利用热风干燥机以120℃的温度实施2小时的干燥，并以规定量将两个端面切断，由此制作长度为75mm的蜂窝干燥体。
然后，在对蜂窝干燥体进行脱脂(预烧)之后进行烧成。关于烧成时的条件，比较例1、2是在Ar气氛下以1370℃的温度进行3h的烧成之后在N2浓度为2％～25％的N2/Ar气氛下以1200℃的温度进行5hr～20hr的热处理，实施例1～3是在Ar气氛下以1400℃的温度进行3hr的烧成之后在N2浓度为2％～25％的N2/Ar气氛下以1200℃的温度进行5hr～20hr的热处理。
进一步对烧成后的蜂窝烧成体进行氧化处理而得到蜂窝烧成体。脱脂的条件为以550℃的温度进行3小时的脱脂。氧化处理的条件为以1300℃的温度进行1小时的氧化处理。
接下来，在金属硅(Si)粉末中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为保湿剂的甘油、以及作为分散剂的表面活性剂，并且，添加水而进行混合。对混合物进行混炼而制成电极部形成原料。在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，粘合剂的含量为0.5质量份，在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，甘油的含量为10质量份，在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，表面活性剂的含量为0.3质量份，在金属硅(Si)粉末设为100质量份时，水的含量为42质量份。金属硅(Si)粉末的平均粒径为6μm。金属硅(Si)的平均粒径是通过激光衍射法测定所得的值。利用纵型搅拌机进行混炼。
接下来，以使得厚度达到1.5mm、且“在与隔室延伸的方向正交的截面中的中心角的0.5倍达到50°”的方式，遍及蜂窝烧成体的两个端面之间地以带状将电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面。将电极部形成原料涂敷于蜂窝烧成体的侧面的2处部位。并且，在与隔室延伸的方向正交的截面中，2处涂敷有电极部形成原料的部分中的一方相对于另一方隔着蜂窝烧成体的中心而配置于相反侧。
接下来，使涂敷于蜂窝烧成体的电极部形成原料干燥而得到带未烧成电极的蜂窝烧成体。干燥温度设为70℃。
然后，对带未烧成电极的蜂窝烧成体进行脱脂(预烧)、烧成，进而进行氧化处理而得到蜂窝结构体。脱脂的条件为以550℃的温度进行3小时的脱脂。烧成的条件为在氩气氛下以1450℃的温度进行2小时的烧成。氧化处理的条件为以1300℃的温度进行1小时的氧化处理。
得到的蜂窝结构体的间隔壁的平均细孔径(气孔径)为8.6μm，气孔率为45％。平均细孔径以及气孔率是利用水银孔率计测定所得的值。另外，蜂窝结构体的间隔壁的厚度为90μm，隔室密度为90隔室/cm2。另外，蜂窝结构体的底面是直径为93mm的圆形，蜂窝结构体在隔室延伸的方向上的长度为75mm。另外，得到的蜂窝结构体的等静压强度为2.5MPa。等静压强度是在水中施加静水压力进行测定所得的破坏强度。另外，表1中示出了蜂窝结构体的2个电极部在与隔室延伸的方向正交的截面中的中心角。
另外，在室温(25℃)下对各比较例以及实施例的蜂窝结构体的电极部的电阻率进行了测定，结果均为1.0Ω·cm。
对通过上述步骤得到的蜂窝结构体进行了通电试验。关于通电试验，将端子与一对端子连接部连接，以如下方式对以1.5kW的输入功率施加电压时的20秒后的外周区域、中央区域以及中间区域的温度进行了测量。在蜂窝结构部的与隔室延伸的方向正交的截面中，如图6所示，从其中央(圆心)至蜂窝结构部的外周，引出彼此垂直的2条直线，对将各直线8等分的点(包括中心O以及位于蜂窝结构部的外周的点)处的温度进行了测量。表1中示出了其结果。
以如下方式对各比较例以及实施例的蜂窝结构部10的外周区域、中央区域以及中间区域的电阻率进行了测定。在蜂窝结构部的与隔室延伸的方向正交的截面中，如图6所示，从其中央(圆心)至蜂窝结构部的外周，引出垂直的2条直线，利用万用表通过4端子法对将各直线8等分的点处的电阻率进行了测量。对各区域内的测定点的平均值进行了计算并将其作为各区域的电阻率。表1中示出了测定结果。
表1
(考察)
根据表1所示的结果能够理解：本发明的实施例与比较例相比，均匀发热性更优异。比较例1以及比较例2不满足A≤B＜C的关系，因此，发热的偏差较大。

Claims (5)

1.一种蜂窝结构体，其具备圆柱状的蜂窝结构部、以及配置于所述蜂窝结构部的侧面的一对电极部，该蜂窝结构部具有区划形成多个隔室的多孔质的间隔壁、以及位于最外周的外周壁，该多个隔室形成为流体的流路、且从流体的流入侧的端面亦即流入端面延伸至流体的流出侧的端面亦即流出端面，
所述蜂窝结构体配置为：所述一对电极部分别形成为沿着所述蜂窝结构部的隔室延伸的方向延伸的带状，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，所述一对电极部中的一个所述电极部相对于所述一对电极部中的另一个所述电极部隔着所述蜂窝结构部的中心而对置，
所述蜂窝结构体的特征在于，
所述蜂窝结构部构成为包括：包括侧面的外周区域；作为中央的区域的中央区域；以及除了所述外周区域和中央区域以外的中间区域，
构成所述外周区域的材料的平均电阻率A、构成所述中央区域的材料的平均电阻率B、以及构成所述中间区域的材料的平均电阻率C满足A≤B＜C的关系。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面中，当从一个所述电极部的端部至另一个所述电极部的端部的蜂窝结构部的表面圆周长度设为L1、且从一个所述电极部的端部至所述蜂窝结构部的中心的距离、与从另一个所述电极部的端部至所述蜂窝结构部的中心的距离之和设为L2时，满足A×L1＜2/3×L2×(A+B+C)的关系。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其特征在于，
所述蜂窝结构部以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，
所述蜂窝结构部的电阻率为0.1Ωcm～100Ωcm，所述电极部的电阻率为0.001Ωcm～1.0Ωcm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，
所述电极部的中心角为60°～120°。
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