CN114845978B - 陶瓷结构体 - Google Patents

Abstract

陶瓷结构体具备：陶瓷制的第一桁架结构体，其设置有沿着与厚度方向正交的第一方向延伸的多个贯通孔；以及陶瓷制的第二桁架结构体，其设置有沿着与厚度方向正交且与第一方向不同的第二方向延伸的多个贯通孔。该陶瓷结构体中，第一桁架结构体和第二桁架结构体在厚度方向上层叠。

Description

陶瓷结构体

技术领域

本申请主张基于2020年1月6日申请的日本专利申请第2020-000554号的优先权。该申请的全部内容均通过参考而引入本说明书中。本说明书公开与陶瓷结构体相关的技术。特别是公开与具有桁架结构的陶瓷结构体相关的技术。

背景技术

国际公开WO2018/047784号(以下称为专利文献1)中公开一种具有桁架结构(蜂窝结构)的陶瓷结构体。具有桁架结构的陶瓷结构体具备轻量且高强度的特征。

发明内容

图8中示出专利文献1的陶瓷结构体的概要图。如图8所示，陶瓷结构体400中，在表层402与背层404之间设置有沿着一个方向(Y方向)延伸的隔壁422。通过表层402、背层404以及隔壁422而构成桁架结构。另外，通过表层402、背层404以及隔壁422而形成沿着Y方向延伸的多个贯通孔424。应予说明，专利文献1的陶瓷结构体为一体成型品，是通过挤出成型而制造的。陶瓷结构体400通过设置贯通孔424而实现了轻量化。另外，陶瓷结构体400具有桁架结构，因此，还实现了高强度化。具体而言，陶瓷结构体400针对隔壁422(贯通孔424)延伸的方向(Y轴方向)及与表层402(背层404)正交的厚度方向(Z轴方向)而呈高强度。但是，陶瓷结构体400针对X轴方向(与Y轴方向及Z轴方向正交的方向)、特别是X轴方向上的剪切力而言比较弱。由于陶瓷结构体400在特定方向上的强度比较弱，因此，通用性较低(用途受限)。本说明书的目的在于，提供实现通用性高的陶瓷结构体的技术。

本说明书中公开的陶瓷结构体可以具备：陶瓷制的第一桁架结构体，该第一桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交的第一方向延伸的多个贯通孔；以及陶瓷制的第二桁架结构体，该第二桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交且与第一方向不同的第二方向延伸的多个贯通孔。另外，第一桁架结构体和第二桁架结构体可以在厚度方向上层叠。

另外，本说明书中公开的陶瓷结构体可以是多个设置有沿着与厚度方向正交的一个方向延伸的多个贯通孔的陶瓷制的桁架结构体在厚度方向上层叠的一体成型品的陶瓷结构体。该陶瓷结构体中，各桁架结构体可以按上述贯通孔沿着与厚度方向正交的二个以上方向延伸的方式进行层叠。

附图说明

图1示出第一实施例的陶瓷结构体的立体图。

图2示出桁架结构体的局部放大图。

图3示出构成桁架结构体的骨架中包含的特定元素的浓度分布。

图4示出说明第一贯通孔与第二贯通孔的位置关系的图。

图5示出第二实施例的陶瓷结构体的立体图。

图6示出说明第一～第三贯通孔的位置关系的图。

图7A示出第三实施例的陶瓷结构体的立体图。

图7B示出从与图7A不同的角度观察第三实施例的陶瓷结构体的立体图。

图8示出说明现有的桁架结构体的特征的图。

具体实施方式

对于本说明书中公开的陶瓷结构体，可以将多个设置有沿着与厚度方向正交的一个方向延伸的多个贯通孔的陶瓷制的桁架结构体在厚度方向上进行层叠。陶瓷结构体可以为各桁架结构体呈一体的一体成型品。一体成型品是指：在烧成前的成型体的时刻，各桁架结构体一体地构成，将一体地构成的成型体进行烧成，由此烧成后的各桁架构成体一体地构成。另外，各桁架结构体可以按贯通孔沿着与厚度方向正交的二个以上方向延伸的方式进行层叠。即，该陶瓷结构体可以至少具备：设置有沿着与厚度方向正交的第一方向延伸的多个贯通孔的陶瓷制的第一桁架结构体、以及设置有沿着与厚度方向正交且与第一方向不同的第二方向延伸的多个贯通孔的陶瓷制的第二桁架结构体。另外，也可以具备：设置有沿着第三方向延伸的贯通孔的陶瓷制的第三桁架结构体(第三方向≠第一、第二方向)、设置有沿着第四方向延伸的贯通孔的陶瓷制的第四桁架结构体(第四方向≠第一、第二、第三方向)等。

各桁架结构体可以具备：表层、背层以及隔壁，该隔壁将表层和背层连接，并且，沿着与厚度方向正交的一个方向延伸。可以通过表层、背层以及隔壁而形成有多个贯通孔。特定的桁架结构体的表层可以兼用作厚度方向上层叠于该桁架结构体的表层上的桁架结构体的背层。即，在第一桁架结构体的表层上层叠有第二桁架结构体的情况下，第一桁架结构体的表层可以为第二桁架结构体的背层。应予说明，陶瓷结构体的表面及背面可以为平坦面。

对于上述陶瓷结构体，划定贯通孔的壁面的隔壁沿着与厚度方向正交的二个以上方向延伸。因此，针对从特定的桁架结构体中强度比较弱的方向施加的力，其他桁架结构体能够补充强度。具体而言，着眼于特定的桁架结构体，该特定的桁架结构体针对从与厚度方向正交且与贯通孔(隔壁)延伸的方向正交的特定方向(以下称为横向)施加的力而言比较弱。不过，上述陶瓷结构体中，层叠于特定的桁架结构体上的其他桁架结构体抵抗从横向施加的力，因此，能够改善陶瓷结构体的面方向上的强度平衡。结果，上述陶瓷结构体解决了“针对来自特定方向的力而言比较弱”的这一现有的陶瓷结构体的课题，能够以各种目的加以使用。即，上述陶瓷结构体的通用性高。

应予说明，厚度方向上，具有沿着相同方向延伸的贯通孔的桁架结构体可以连续层叠。例如，厚度方向上，具有沿着第一方向延伸的贯通孔的第一桁架结构体可以连续层叠。即，各桁架结构体按贯通孔沿着与厚度方向正交的方向中的至少二个方向延伸的方式进行层叠即可，各桁架结构体的层叠顺序能够任意变更。不过，从补充特定的桁架结构体中的横向上的强度的观点出发，优选厚度方向上在特定的桁架结构体的两侧层叠有贯通孔延伸的方向不同的其他桁架结构体。即，优选在具有沿着第一方向延伸的贯通孔的第一桁架结构体的两侧层叠有具有沿着与第一方向不同的第二方向延伸的贯通孔的第二桁架结构体。

如上所述，陶瓷结构体具有沿着至少二个方向(第一方向和第二方向)延伸的贯通孔。如果第一方向和第二方向不平行，则能够改善陶瓷结构体的面方向上的强度平衡。例如，如果第一方向和第二方向所成的角度(锐角)为10度以上90度以下，则第一桁架结构体和第二桁架结构体彼此补充强度，面方向上的强度平衡得到良好的改善。特别是，如果第一方向和第二方向所成的角度(锐角)为80度以上90度以下，即，第一方向和第二方向处于大致正交的关系，则能够进一步良好地改善面方向上的强度平衡。

应予说明，陶瓷结构体具有沿着不同的三个以上方向延伸的贯通孔的情况下，任意的二个方向满足上述关系即可。例如，陶瓷结构体具备：具有沿着第一方向延伸的第一贯通孔的第一桁架结构体、具有沿着第二方向(≠第一方向)延伸的第二贯通孔的第二桁架结构体、以及具有沿着第三方向(≠第一方向、第二方向)延伸的第三贯通孔的第三桁架结构体，在该陶瓷结构体中，当第一方向和第三方向所成的角度为θ1，第二方向和第三方向所成的角度为θ2，第一方向和第二方向所成的角度为θ3时，可以满足下式(1)及(2)。通过满足下式(1)及(2)，至少可以使第一贯通孔和第二贯通孔(第一方向和第二方向)所成的角度θ3为60度以上，能够彼此补充横向上的强度。

50度≤(θ1或θ2)≤70度…(1)

θ1+θ2+θ3＝180度…(2)

构成陶瓷结构体的各桁架结构体可以由同一材料形成。例如，各桁架结构体的材料可以为SiC质、多铝红柱石质、ZrO2质、Si-SiC质。应予说明，“Si-SiC质”是指：以SiC粒子为主体且在SiC粒子间包含金属Si的材料。通过由Si-SiC质形成各桁架结构体，能够使构成各桁架结构体的骨架的表层部分的开口气孔率降低，从而各桁架结构体本身的强度提高。各桁架结构体的骨架的开口气孔率例如可以小于5％，也可以为3％以下，特别是可以为1％以下。构成桁架结构的骨架可以实质上不具有气孔。通过使骨架的气孔率小于5％，能够使骨架的强度及热传导率进一步提高。可以依据JIS R 1655(精细陶瓷的利用水银压入法进行的成型体气孔径分布试验方法)，对各桁架结构体的骨架的开口气孔率进行测定。

如上所述，本说明书中公开的陶瓷结构体尽管为各桁架结构体呈一体的一体成型品，但是，在各桁架结构体所形成的贯通孔沿着与厚度方向正交的二个以上方向延伸。像这样的陶瓷结构体可以如下制造，即，例如以可燃性的材料形成目标形状后，使该材料含浸有陶瓷材料(陶瓷浆料)，形成中间体，对中间体进行烧成，由此制造陶瓷结构体。作为可燃性的材料，例如可以举出：纸、布、树脂。通过采用可燃性的材料，与构成各桁架结构体的骨架的表层部分相比较，在骨架的内部容易残留有多孔质材料的材料成分。因此，与构成各桁架结构体的骨架的表层部分相比较，可以在骨架的内部较多地包含碳和钙中的至少一种元素(可燃性的多孔质材料中典型地包含的元素)。例如，陶瓷结构体(各桁架结构体)由Si-SiC质形成的情况下，可以为：骨架的表层部分的主成分(超过整体的50wt％)为SiC，其余为金属Si，骨架的内部的主成分为金属Si，其余为碳和/或钙。

如上所述，本说明书中公开的陶瓷结构体中，具备多个贯通孔的桁架结构体在厚度方向上进行层叠。因此，能够使陶瓷结构体轻量化，并且，能够使厚度方向上的隔热性提高(使表面与背面间的热传导率降低)。另外，各桁架结构体按贯通孔沿着多个方向延伸的方式进行层叠，因此，能够使面方向上的强度平衡提高。可以灵活运用像这样的特征，将陶瓷结构体很好地用作隔热部件(或者、隔热部件的构成部件)。另外，还可以灵活运用呈一体成型品且贯通孔沿着多个方向延伸的特征，将陶瓷结构体很好地用作热交换器的热交换部件。应予说明，用作热交换部件的情况下，通过将第一桁架结构体的贯通孔用作用于使第一热介质流通的流路，将第二桁架结构体的贯通孔用作用于使第二热介质流通的流路，能够进行第一热介质与第二热介质之间的热交换。应予说明，将陶瓷结构体用作热交换部件的情况下，作为陶瓷结构体的材料，优选为热传导率较高的SiC质、Si-SiC质。

实施例

(第一实施例)

参照图1至图4，对陶瓷结构体100进行说明。应予说明，图1中示出大致立方体的陶瓷结构体100，不过，陶瓷结构体100也存在表面2及背面4的尺寸(X轴方向长度及Y轴方向长度)格外大于厚度(Z轴方向长度)的平板状的情形。

如图1所示，陶瓷结构体100具备第一桁架结构体10和第二桁架结构体20。第一桁架结构体10和第二桁架结构体20在厚度方向(Z轴方向)上交替层叠。即，除了位于厚度方向上的端部的桁架结构体以外，在第一桁架结构体10的两侧层叠有第二桁架结构体20，在第二桁架结构体20的两侧层叠有第一桁架结构体10。第一桁架结构体10和第二桁架结构体20为除了贯通孔的延伸方向以外实质上相同的结构。第一桁架结构体10具有沿着Y轴方向(第一方向的一例)延伸的多个第一贯通孔14。第一贯通孔14由第一桁架结构体10的表层、背层、以及在表层与背层之间所设置的隔壁12进行划定。第二桁架结构体20具有沿着与Y轴方向及Z轴方向正交的X轴方向(第二方向的一例)延伸的多个第二贯通孔24。第二贯通孔24由第二桁架结构体20的表层、背层、以及在表层与背层之间所设置的隔壁22进行划定。

如图2所示，各桁架结构体10、20中，在表层16和背层18连接有隔壁12、22，并形成有多个贯通孔14(24)。如上所述，第一桁架结构体10和第二桁架结构体20为实质上相同的结构。因此，以下对第一桁架结构体10进行说明。隔壁12以倾斜的状态与表层16及背层18连接，实现了桁架结构(第一桁架结构体10)。表层16、背层18及隔壁12进行一体成型，在表层16与隔壁12之间、背层18与隔壁12之间没有明确的边界。另外，在第一桁架结构体10的表层16与第二桁架结构体20的背层18之间及第一桁架结构体10的背层18与第二桁架结构体20的表层16之间也没有明确的边界。即，图1所示的陶瓷结构体100为第一桁架结构体10及第二桁架结构体20呈一体的一体成型品。应予说明，图2所示的桁架结构体10、20位于陶瓷结构体100的最表层(Z轴方向+侧端部)的情况下，表层16为陶瓷结构体100的表面2。同样地，桁架结构体10、20位于陶瓷结构体100的最背层(Z轴方向-侧端部)的情况下，背层18为陶瓷结构体100的背面4。

陶瓷结构体100如下制造，即，使纸等可燃性的基底材料含浸有SiC浆料，形成中间体，然后，在使其接触金属Si的状态下进行烧成，由此制造陶瓷结构体100。因此，构成陶瓷结构体100的骨架(表层16、背层18、隔壁12)的表面部分的主成分为SiC，其余为金属Si。另外，骨架的内部的主成分为金属Si，其余为基底材料中包含的元素(碳和/或钙)。应予说明，骨架的表面的开口气孔率为1％以下。

图3示出构成陶瓷结构体100的骨架中包含的基底材料的成分的浓度分布。曲线图的横轴以一端至另一端的距离(％)表示骨架的厚度(例如图2所示的表层16的厚度31、隔壁12的厚度32)。纵轴表示源自于基底材料的元素(C、Ca)的比例。如图3所示，在骨架的表面部分几乎不含“C”、“Ca”。“C”及“Ca”在自骨架的表面经过规定深度后开始出现，随着趋向骨架的中心而增加。

(陶瓷结构体100的变形例)

如图1所示，陶瓷结构体100中，第一贯通孔14沿着Y轴方向延伸，第二贯通孔24沿着X轴方向延伸。即，陶瓷结构体100中，第一贯通孔14延伸的方向(第一方向)和第二方向延伸的方向(第二方向)所成的角度为90度。不过，第一方向和第二方向所成的角度可以不是90度。如图4所示，如果第一方向(第一贯通孔14延伸的方向)和第二方向(第二贯通孔24延伸的方向)所成的角度为10度以上90度以下的范围α1，则能够彼此补充第一桁架结构体10和第二桁架结构体20的强度。应予说明，如果第一方向和第二方向所成的角度为80度以上90度以下的范围α2(即、大致直角)，则最大限度地发挥出第一桁架结构体10和第二桁架结构体20彼此的补强效果。

陶瓷结构体100中，厚度方向上，具有沿着相同方向延伸的贯通孔的桁架结构体可以连续层叠。即，厚度方向上，第一桁架结构体10(或第二桁架结构体20)可以2次以上连续层叠。这种情况下，连续层叠的第一桁架结构体10(或第二桁架结构体20)的厚度、和/或、贯通孔尺寸可以不同。

(第二实施例)

参照图5，对陶瓷结构体200进行说明。陶瓷结构体200为陶瓷结构体100的变形例，在第一桁架结构体10与第二桁架结构体20之间设置有第三桁架结构体。关于陶瓷结构体200，对与陶瓷结构体100相同的构成标记与对陶瓷结构体100标记的参考编号相同的参考编号，有时省略说明。

第三桁架结构体具备沿着第三方向延伸的多个第三贯通孔34。第三贯通孔34延伸的方向(第三方向)与第一贯通孔14延伸的方向(第一方向：Y轴方向)及第二贯通孔24延伸的方向(第二方向：X轴方向)不同。陶瓷结构体200中，第三贯通孔34和第一贯通孔14所成的角度为45度，第三贯通孔34和第二贯通孔24所成的角度也为45度。

(第二实施例的变形例)

陶瓷结构体200中，各桁架结构体10、20、30的层叠顺序可以变更。陶瓷结构体200中，与陶瓷结构体100同样地，厚度方向上，具有沿着相同方向延伸的贯通孔的桁架结构体可以连续层叠。例如，厚度方向上，第一桁架结构体10可以连续层叠。这种情况下，连续层叠的桁架结构体10的厚度、和/或、贯通孔尺寸可以不同。

另外，陶瓷结构体200中，也可以对第一贯通孔14延伸的方向(第一方向)、第二贯通孔24延伸的方向(第二方向)、第三贯通孔34延伸的方向(第三方向)进行变更。其中，按第一方向和第三方向所成的角度θ1、第二方向和第三方向所成的角度θ2、以及第一方向和第二方向所成的角度θ3的合计角度(θ1+θ2+θ3)为180度的方式对各方向进行调整。另外，如图6所示，角度θ1调整为50度以下，角度θ2调整为70度以下。角度θ3调整为60度以上。即，按满足下式(1)及(2)的方式对各贯通孔14、24及34延伸的方向进行调整。通过满足下式(1)及(2)，使得至少角度θ3调整为60度以上，因此，能够使各桁架结构体10、20、30彼此进行补强。

50度≤(θ1或θ2)≤70度…(1)

θ1+θ2+θ3＝180度…(2)

(第三实施例)

参照图7A及图7B，对陶瓷结构体300进行说明。图7B示出从与图7A相对侧观察的(示出面50的)立体图。陶瓷结构体300为陶瓷结构体100、200的变形例，与陶瓷结构体200同样地，在第一桁架结构体310与第二桁架结构体320之间设置有第三桁架结构体330。关于陶瓷结构体300，对与陶瓷结构体100、200相同的构成标记后两位数字与对陶瓷结构体100、200标记的参考编号相同的参考编号，有时省略说明。

陶瓷结构体300的表面302及背面304的形状为正三角形。陶瓷结构体300具备贯通孔延伸的方向不同的桁架结构体310、320、330。第一桁架结构体310的贯通孔14延伸的方向(第一方向)和第二桁架结构体320的贯通孔24延伸的方向(第二方向)所成的角度为60度。另外，第一桁架结构体310的贯通孔14延伸的方向(第一方向)和第三桁架结构体330的贯通孔34延伸的方向(第三方向)所成的角度也为60度。据此，第二方向和第三方向所成的角度也为60度。陶瓷结构体300满足上式(2)。陶瓷结构体300中，可以将贯通孔配置成与陶瓷结构体300的侧面正交。因此，例如将陶瓷结构体300用于使流体(热介质)向各贯通孔流通的热交换部件的情况下，能够降低流体的移动阻力。

以上，对本发明的具体例详细地进行了说明，不过，它们只不过是示例，并不限定权利要求书。权利要求书中记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更得到的方案。另外，本说明书或附图中说明的技术要素单独或者各种组合而发挥出技术有用性，不限定于申请时权利要求中记载的组合。另外，本说明书或附图中例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中一个目的的方案本身具有技术有用性。

符号说明

10：第一桁架结构体

14：第一桁架结构体的贯通孔

20：第二桁架结构体

24：第二桁架结构体的贯通孔

100：陶瓷结构体

Claims (8)

1.一种陶瓷结构体，其特征在于，具备：

陶瓷制的第一桁架结构体，该第一桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交的第一方向延伸的多个贯通孔；以及

陶瓷制的第二桁架结构体，该第二桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交且与第一方向不同的第二方向延伸的多个贯通孔，

所述陶瓷结构体为第一桁架结构体和第二桁架结构体在厚度方向上层叠得到的一体成型品，

第一桁架结构体及第二桁架结构体的材料为以SiC粒子为主体且在SiC粒子间包含金属Si的Si-SiC质，

所述陶瓷结构体还具备陶瓷制的第三桁架结构体，该第三桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交且与第一方向及第二方向不同的第三方向延伸的多个贯通孔，

当第一方向和第三方向所成的角度为θ1，第二方向和第三方向所成的角度为θ2，第一方向和第二方向所成的角度为θ3时，满足下式(1)及(2)，

50度≤(θ1或θ2)≤70度…(1)

θ1+θ2+θ3＝180度…(2)。

2.根据权利要求1所述的陶瓷结构体，其特征在于，

厚度方向上，在第一桁架结构体的两侧层叠有第二桁架结构体。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构体，其特征在于，

第一方向和第二方向所成的角度为10度以上90度以下。

4.根据权利要求3所述的陶瓷结构体，其特征在于，

第一方向和第二方向所成的角度为80度以上90度以下。

5.根据权利要求1或2所述的陶瓷结构体，其特征在于，

构成第一桁架结构体及第二桁架结构体的骨架的表层部分的开口气孔率小于5％。

6.一种陶瓷结构体，其是多个陶瓷制的桁架结构体在厚度方向上层叠的一体成型品的陶瓷结构体，所述陶瓷制的桁架结构体设置有沿着与厚度方向正交的一个方向延伸的多个贯通孔，

所述陶瓷结构体的特征在于，

各桁架结构体按所述贯通孔沿着与厚度方向正交的三个方向延伸的方式进行层叠，

各桁架结构体的材料为以SiC粒子为主体且在SiC粒子间包含金属Si的Si-SiC质，

当第一方向和第三方向所成的角度为θ1，第二方向和第三方向所成的角度为θ2，第一方向和第二方向所成的角度为θ3时，满足下式(1)及(2)，

50度≤(θ1或θ2)≤70度…(1)

θ1+θ2+θ3＝180度…(2)。

7.一种热交换部件，其具备权利要求1或2所述的陶瓷结构体，

所述热交换部件的特征在于，

第一桁架结构体的贯通孔为用于使第一热介质流通的流路，

第二桁架结构体的贯通孔为用于使第二热介质流通的流路。

8.一种隔热部件，其具备权利要求1或2所述的陶瓷结构体。

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