DE102014218869A1 - Elektrisch beheizter Katalysatorkörper - Google Patents

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DE102014218869A1
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Masanori Takada
Daisuke Makino
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Denso Corp
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Abstract

In einer EBK-Vorrichtung ist auf einem Außenhautabschnitt eines Wabenstrukturkörpers in Radialrichtung an entgegengesetzten Positionen ein Paar Elektrodenschichten ausgebildet. Der Wabenstrukturkörper besteht aus poröser Keramik, die aus SiC oder SiC-Si-Verbundmaterial besteht. Jede Elektrodenschicht besteht im Wesentlichen aus Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder einer Mischung von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% und einem Rest. Der Rest enthält Al und unvermeidbare Verunreinigungen. Es ist auch möglich, dass jede Elektrodenschicht zudem W innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 4 Masse-% und nicht mehr als 12 Masse-% oder Fe innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% enthält.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch beheizte Katalysatorkörper, die einen Wabenstrukturkörper und ein Paar auf einem Außenumfangsabschnitt des Wabenstrukturkörpers ausgebildeter Elektrodenschichten haben.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein Wabenstrukturkörper wird in einem Abgasrohr angeordnet, das mit einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs verbunden ist. In dem Wabenstrukturkörper wird ein Abgasreinigungskatalysator getragen. Zum Beispiel werden als der Abgasreinigungskatalysator in dem Wabenstrukturkörper Edelmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) usw. verwendet. Es ist notwendig, den im Wabenstrukturkörper getragenen Katalysator auf eine Temperatur von mindestens 400°C zu erhitzen, damit der Katalysator adäquat aktiviert wird. Damit der im Wabenstrukturkörper getragene Katalysator bei einer gewünschten Temperatur aktiviert wird, sieht eine herkömmliche Technik eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (EBK-Vorrichtung) vor, die mit dem Wabenstrukturkörper und einem Paar Elektrodenschichten ausgestattet ist und der elektrischer Strom zugeführt wird. Der Wabenstrukturkörper besteht aus einem Keramikmaterial. Das Paar der Elektrodenschichten ist auf der Außenumfangsfläche des Wabenstrukturkörpers ausgebildet. Wenn den Elektrodenschichten ein elektrischer Strom zugeführt wird, fließt in dem Wabenstrukturkörper Strom, es wird darin Wärmeenergie erzeugt, und der im Wabenstrukturkörper getragene Katalysator wird aktiviert.
  • In dem Wabenstrukturkörper ist eine Risserzeugung möglich, die durch eine Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den aus Metall bestehenden Elektrodenschichten und dem aus einem Keramikmaterial bestehenden Wabenstrukturkörper hervorgerufen wird. Es ist notwendig, die Erzeugung von Rissen in dem Wabenstrukturkörper zu verhindern und zu vermeiden, dass der Wabenstrukturkörper durch eine dazwischen vorhandene Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten bricht. Des Weiteren besteht der Bedarf, den elektrischen Widerstand zwischen den Elektrodenschichten und dem Wabenstrukturkörper zu verringern, um die elektrische Verbindungszuverlässigkeit zwischen den Elektrodenschichten und dem Wabenstrukturkörper zu erhöhen. Zum Beispiel sieht die JP 2011-246340 A als mit der Erfindung verwandter Stand der Technik eine herkömmliche Technik vor, bei der auf einer Oberfläche eines Wabenstrukturkörpers aus Metall bestehende Elektrodenschichten ausgebildet sind und an einem Grenzabschnitt zwischen dem Wabenstrukturkörper und jeder der Elektrodenschichten eine Diffusionsschicht ausgebildet ist.
  • Allerdings hat eine solche herkömmliche EBK-Vorrichtung mögliche Nachteile, dass sie in einem Verbindungsabschnitt zwischen den Elektrodenschichten und dem Wabenstrukturkörper Risse erzeugt, dass es dazu kommt, dass die Elektrodenschichten von der Oberfläche des Wabenstrukturkörpers abplatzen und dass sich eine Widerstandsänderungsrate zwischen den Elektrodenschichten und dem Wabenstrukturkörper erhöht, wenn die EBK-Vorrichtung unter einer harten Umgebung bei einer hohen Temperatur verwendet wird.
  • Andererseits gibt es aufgrund jüngster Fahrzeugemissionsteuerungsregulierungen, die angesichts des Umweltschutzes von Jahr zu Jahr strenger werden, einen starken Bedarf, die Abgastemperatur weiter zu erhöhen. Um eine solche den Wabenstrukturkörper aufweisende EBK-Vorrichtung daran anzupassen, wird die EBK-Vorrichtung bei einer hohen Temperatur innerhalb eines Bereichs von der Zimmertemperatur bis ungefähr 950°C oder mehr als 1000°C verwendet und ihr ausgesetzt.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher erwünscht, eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (EBK-Vorrichtung) zur Verfügung zu stellen, die mit einem Wabenstrukturkörper und einem Paar auf einer Oberfläche des Wabenstrukturkörpers ausgebildeter Elektrodenschichten ausgestattet ist und die einen verbesserten Aufbau hat, der dazu imstande ist, die Elektrodenschichten daran zu hindern abzuplatzen, und der auch dann, wenn die EBK-Vorrichtung einer Hitzezyklusprüfung (oder einer Thermoschockprüfung) ausgesetzt wird, eine geringe Widerstandsänderungsrate zwischen den Elektrodenschichten und dem Wabenstrukturkörper hat. Bei der Hitzezyklusprüfung werden unter einer harten Umgebung innerhalb eines Temperaturbereichs von der Zimmertemperatur bis zu einer Temperatur von mehr als 1000°C mehrmals Kühlen und Erhitzen wiederholt.
  • Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung mit einem Wabenstrukturkörper und einem Abdeckungsabschnitt vor. Der Wabenstrukturkörper hat einen Zellenausbildungsabschnitt und eine Außenhautschicht. Die Außenhautschicht bedeckt einen Außenumfangsabschnitt des Zellenausbildungsabschnitts. Der Abdeckungsabschnitt hat ein Paar Elektrodenschichten, die in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers an entgegengesetzter Position angeordnet sind. In der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung besteht der Wabenstrukturkörper aus poröser Keramik, die im Wesentlichen aus SiC oder einem SiC-Si-Verbundmaterial besteht. Jede der Elektrodenschichten besteht im Wesentlichen aus Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder einem Gemisch von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% und einem Rest. Der Rest besteht im Wesentlichen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen.
  • Die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung hat einen verbesserten Aufbau, in dem die Elektrodenschicht, die eine bestimmte Zusammensetzung hat, mit der Außenhautschicht des aus poröser Keramik bestehenden Wabenstrukturkörpers verbunden ist, der eine bestimmte Zusammensetzung hat. Dementsprechend ist es auch dann, wenn die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung bei der Hitzezyklusprüfung unter einer harten Umgebung bei einer hohen Temperatur mehrmals einem Bereich von der Zimmertemperatur (25°C) bis zu einer hohen Temperatur wie 1050°C oder 1100°C ausgesetzt wird, möglich, die Elektrodenschicht daran zu hindern, vom Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers abzuplatzen. Neben diesem Merkmal hat die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung auch dann, wenn sie bei der Wärmezyklusprüfung mehrmals einer hohen Temperatur von mehr als 1000°C ausgesetzt wird, eine verringerte Widerstandsänderungsrate. Und zwar hat die erfindungsgemäße elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit und eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird beispielhaft ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Ansicht, die einen Gesamtaufbau einer mit einem Wabenstrukturkörper und Elektrodenschichten ausgestatteten, elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (EBK-Vorrichtung) gemäß einem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel bis zu einem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 eine Ansicht, die den Aufbau der EBK-Vorrichtung in einem Querschnitt entlang der in 1 gezeigten Linie II-II zeigt;
  • 3 eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Außenhautabschnitts in der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiele bis zum dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 4 eine Ansicht, die einen Diffusionsabschnitt erläutert, der in dem Wabenstrukturkörper in der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Grenzabschnitt zwischen dem Außenhautabschnitt und der Elektrodenschicht ausgebildet ist;
  • 5 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einer Breite des Diffusionsabschnitts und einer Widerstandsänderungsrate in der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert;
  • 6 eine Perspektivansicht einer mit einem Wabenstrukturkörper und Elektrodenschichten ausgestatteten elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß einem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 eine Ansicht, die den Aufbau der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung in einem Querschnitt entlang der in 6 gezeigten Linie VII-VII zeigt;
  • 8 eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Außenhautabschnitts in der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 9 einen Querschnitt, der einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt, der einen Aufbau hat, bei dem eine zentrale Elektrodenschicht unter Verwendung einer leitfähigen Paste an der Oberfläche des Außenhautabschnitts des Wabenstrukturkörpers haftet;
  • 10 einen Querschnitt, der einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt, der einen anderen Aufbau hat, bei dem auf dem Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers leitfähige Pastenschichten so ausgebildet sind, dass die leitfähigen Pastenschichten von beiden Umfangsendabschnitten der zentralen Elektrodenschicht aus um eine vorbestimmte Länge verlängert sind;
  • 11 eine Querschnittansicht, die einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt, der einen anderen Aufbau hat, bei dem ein Keramikelektrodenanschluss unter Verwendung einer leitfähigen Paste 50 auf der zentralen Elektrodenschicht haftet;
  • 12 eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Außenhautabschnitts in einer elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß einem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 13 eine Ansicht, die einen Diffusionsabschnitt erläutert, der in einem Wabenstrukturkörper in einer elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß einem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Grenzabschnitt zwischen einem Außenhautabschnitt und einer Zwischenschicht ausgebildet ist; und
  • 14 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen einer Breite des Diffusionsabschnitts und einer Widerstandsänderungsrate in der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -zahlen über die verschiedenen Darstellungen hinweg gleiche oder sich entsprechende Bestandteile.
  • Es folgt eine Beschreibung zum Aufbau und den Merkmalen einer erfindungsgemäßen elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (EBK-Vorrichtung). Die EBK-Vorrichtung ist mit einem Wabenstrukturkörper und Elektrodenschichten ausgestattet. Der Wabenstrukturkörper in der EBK-Vorrichtung hat einen Zellenausbildungsabschnitt. Der Zellenausbildungsabschnitt in dem Wabenstrukturkörper hat eine Vielzahl von porösen Trennwänden und eine Vielzahl von Zellen. Die porösen Trennwände sind zum Beispiel in einer Gitterform angeordnet. Die Zellen sind von den Trennwänden umgeben und entlang einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ausgebildet. Jede Zelle hat einen Querschnitt in Form entweder eines Dreiecks, eines Vierecks, eines Sechsecks, eines Achtecks usw., wenn er entlang der Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers betrachtet wird. Es ist auch möglich, dass jede Zelle einen Querschnitt in Form eines Kreises hat, der senkrecht zur Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers ist.
  • Zum Beispiel ist es möglich, dass der Wabenstrukturkörper eine Porosität innerhalb eines Bereichs von 10 bis 70% hat.
  • Es ist möglich, dass die EBK-Vorrichtung einen Aufbau hat, bei dem der Katalysator im Wabenstrukturkörper auf den im Zellenausbildungsabschnitt ausgebildeten Trennwänden und innerhalb der Poren getragen wird. Des Weiteren ist es möglich, einen Drei-Wege-Katalysator zu verwenden, der Edelmetalle wie Pt, Pd, Rh usw. enthält.
  • Zudem ist es möglich, dass der Wabenstrukturkörper eine Zylinderform, eine mehreckige Form usw. hat. Ein Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers hat eine Zylinderform, eine mehreckige Form usw., die der Gesamtform des Wabenstrukturkörpers entspricht.
  • Die EBK-Vorrichtung hat ein Paar Abdeckungsabschnitte, die auf dem Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers ausgebildet sind. Auf jedem Abdeckungsabschnitt ist eine Elektrodenschicht ausgebildet. Die Elektrodenschichten weisen eine vorbestimmte Menge an Si oder eine Kombination von Si und SiC auf. Außerdem weisen die Elektrodenschichten zumindest Al auf. Außerdem ist es möglich, dass die Elektrodenschichten nicht mehr als eine vorbestimmte Menge an W (Wolfram) und/oder Fe aufweisen. Die Elektrodenschichten weisen unvermeidbare Verunreinigungen oder zufällige Verunreinigungen auf.
  • Und zwar besteht jede Elektrodenschicht in der EBK-Vorrichtung aus Si oder einer Kombination von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-%, nicht mehr als 12 Masse-% W (das O (Sauerstoff) enthält) sowie Al als einem Rest und unvermeidbaren Verunreinigungen. Es ist möglich, dass die Elektrodenschichten keine unvermeidbaren Verunreinigungen, d. h. null Masse-%, enthalten.
  • Es ist zudem möglich, die Dicke jeder Elektrodenschicht gemäß den Anwendungsgebieten einzustellen. Zum Beispiel ist es möglich, dass die Elektrodenschicht eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 1 mm hat.
  • Es ist möglich, einen Ausgangsmaterialgehalt an Si, Al, usw., um die Elektrodenschichten während eines Fertigungszustands auszubilden, einzustellen. Es ist möglich, den Ausgangsmaterialgehalt zu bestimmen, indem energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und ein Elektronenstrahlmikroanalysator (EPMA) verwendet werden.
  • Es ist möglich, die Elektrodenschicht direkt auf dem Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers auszubilden. Dieser Aufbau der direkt auf der Außenhautschicht ausgebildeten Elektrodenschicht wird in dem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel ausführlich erläutert.
  • Zudem ist es möglich, zwischen der Elektrodenschicht und dem Außenhautabschnitt des Wabenstrukturkörpers eine andere Schicht, etwa eine Zwischenschicht, auszubilden. Dieser Aufbau wird in dem fünften und sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erfolgt eine Beschreibung einer elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (EBK-Vorrichtung) 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • 1 ist eine Ansicht, die die mit einem Wabenstrukturkörper 2 und Elektrodenschichten 3 ausgestattete EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten bis dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau der EBK-Vorrichtung 1 in einem Querschnitt entlang der in 1 gezeigten Linie II-II zeigt. 3 ist eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt des Außenhautabschnitts 22 in der EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten bis dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
  • Wie in 1, 2 und 3 gezeigt ist, umfasst die EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel den Wabenstrukturkörper 2 und ein Paar Elektrodenschichten 3. Die Elektrodenschichten 3 sind so ausgebildet, dass sie einander in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 an entgegengesetzten Positionen zugewandt sind.
  • Es folgt eine Beschreibung der EBK-Vorrichtung, die den verbesserten Aufbau gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat.
  • In der EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat der Wabenstrukturkörper 2 eine Zylinderform und er besteht aus poröser Keramik, die im Wesentlichen aus einem SiC-Si-Verbundmaterial besteht, in dem Si in SiC eingetränkt worden ist. Der Wabenstrukturkörper 2 hat den Zellenausbildungsabschnitt 21 und den Außenhautabschnitt 22. Der Außenhautabschnitt 22 hat eine Zylinderform und ist mit dem Außenhautabschnitt 22 bedeckt. Der Zellenausbildungsabschnitt 21 umfasst poröse Trennwände 211 und eine Vielzahl von Zellen 212. Die porösen Trennwände 211 sind in einer viereckgitterartigen Form angeordnet. Jede Zelle 212 ist von den porösen Trennwänden 211 umgeben.
  • Auf den porösen Trennwänden 211 und im Inneren der Poren der porösen Trennwände 211 wird (nicht gezeigter) Katalysator getragen. Es ist möglich, einen Drei-Wege-Katalysator zu verwenden, der aus einem Edelmetall wie Pt, Pd, Rh usw. besteht. Von einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas wird durch eine Endfläche 28 des Wabenstrukturkörpers 2 in das Innere des Wabenstrukturkörpers 2 eingeleitet. Nachdem es durch das Innere der Zellen 212 und die Poren der porösen Trennwände 211 gegangen ist, wird das Abgas über die andere Endfläche 29 des Wabenstrukturkörpers 2 zur Außenseite der EBK-Vorrichtung 1 abgegeben.
  • Auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 sind die Abdeckungsabschnitte 7 ausgebildet. Die Abdeckungsabschnitte 7 weisen ein Paar Elektrodenschichten 3 auf. Die Elektrodenschichten 3 sind auf der Außenumfangsfläche 221 so angeordnet, dass die Elektrodenschichten 3 einander in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 zugewandt sind.
  • Jede Elektrodenschicht 3 hat entlang der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 eine gleichmäßige Dicke. Bei dem Aufbau des Wabenstrukturkörpers 2 in der EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat jede Elektrodenschicht 3 eine Dicke von 0,5 mm. Jede Elektrodenschicht 3 hat in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 eine vorbestimmte Breite und in einer Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 eine vorbestimmte Länge. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, hat jede Elektrodenschicht 3 eine Dachziegelform.
  • Jede Elektrodenschicht 3 besteht im Wesentlichen aus zumindest Si und einem Rest. Der Rest besteht im Wesentlichen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen (oder zufälligen Verunreinigungen). Jede Elektrodenschicht 3 wird unter Verwendung einer leitfähigen Paste ausgebildet. Und zwar wird die leitfähige Paste auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 aufgebracht. Die leitfähige Paste wird dann gebacken, um jede der Elektrodenschichten 3 auszubilden. Die Elektrodenschichten 3 sind am Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 befestigt.
  • Wenn dem Paar der Elektrodenschichten 3 elektrischer Strom zugeführt wird, wird der im Wabenstrukturkörper 2 getragene Katalysator erhitzt und aktiviert.
  • Es folgt nun eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Zunächst wird unter Verwendung einer Form ein Keramikausgangsmaterial extrudiert, um einen Wabengrünkörper zu formen. Dieses Keramikausgangsmaterial wird nach dem Brennen das SiC-Si-Verbundmaterial. Der Wabengrünkörper wird getrocknet und gebrannt, um den Wabenstrukturkörper 2 herzustellen. Es werden Si-Pulver und Al-Pulver gemischt, um eine Legierung herzustellen. Die hergestellte Legierung, ein Bindemittel und Wasser werden miteinander gemischt, um leitfähige Paste herzustellen.
  • Die hergestellte leitfähige Paste wird unter Verwendung einer Gummiform usw. mit einer gleichmäßigen Dicke auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 aufgebracht. Die Verwendung einer solchen Gummiform ermöglicht es, die Elektrodenschichten 3 mit einer gewünschten Dicke und einer notwendigen Form auszubilden. Die leitfähige Paste wird so auf einem gewünschten Abschnitt auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 aufgebracht, dass die hergestellten Elektrodenschichten 3 nach dem Brennvorgang an entgegengesetzten Positionen ausgebildet sind und einander in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 zugewandt sind.
  • Als Nächstes wird die aufgebrachte leitfähige Paste ausreichend getrocknet und eine Stunde lang bei einer Temperatur von 1100°C gebrannt. Das Bindemittel und Wasser, die in der leitfähigen Paste enthalten sind, können verdampfen. Die leitfähige Paste wird durch den Brennvorgang gesintert, und auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 wird das Paar der Elektrodenschichten 3 ausgebildet, wobei die Elektrodenschichten 3 im Wesentlichen aus zumindest Si und Al bestehen.
  • In dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde in jeweils verschiedenen Untersuchungsproben ein Mischungsverhältnis zwischen dem Si-Pulver und dem Al-Pulver eingestellt, das in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegeben ist.
  • Und zwar erfolgte im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel bei Untersuchungsproben X1 bis X3 (EBK-Vorrichtung) und Untersuchungsproben X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) jeweils ein Versuch zum Erfassen der mechanischen Verbindungszuverlässigkeit und der elektrischen Verbindungszuverlässigkeit.
  • Jede Untersuchungsprobe X1 bis X6 (EBK-Vorrichtung) enthielt ein anderes Mischungsverhältnis an Si-Pulver und Al-Pulver, das in Tabelle 1 angegeben ist. Und zwar wurde bei jeder Untersuchungsprobe X1 bis X6 (EBK-Vorrichtung) auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ein Paar der Elektrodenschichten 3 ausgebildet, wobei die Elektrodenschichten 3, wie in Tabelle 1 angegeben ist, im Wesentlichen aus zumindest Si und Al bestanden.
  • Zudem wurden im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel Untersuchungsproben X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) hergestellt. Jede Untersuchungsprobe X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) enthielt ein anderes Mischungsverhältnis an Si-Pulver, SiC-Pulver und Al-Pulver, das in Tabelle 2 angegeben ist. In jeder Untersuchungsprobe X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) wurde auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ein Paar der Elektrodenschichten 3 ausgebildet, wobei die Elektrodenschichten 3, wie in Tabelle 2 angegeben ist, im Wesentlichen aus zumindest Si, SiC und Al bestanden.
  • Im Einzelnen wurde die Elektrodenschicht in jeder Untersuchungsprobe X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) so ausgebildet, dass sie ein anderes Mischungsverhältnis an Si-Pulver, SiC-Pulver und Al-Pulver enthielt, das in Tabelle 2 angegeben ist. Und zwar wurde bei jeder Untersuchungsprobe X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ein Paar der Elektrodenschichten 3 ausgebildet wurde, wobei die Elektrodenschichten 3 im Wesentlichen aus zumindest Si, SiC und Al mit der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung bestanden. Die Untersuchungsproben X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) wurden durch das gleiche Verfahren wie zum Herstellen der Untersuchungsproben X1 bis X6 hergestellt. Abgesehen davon wurden die Untersuchungsproben X7 bis X12 (EBK1-Vorrichtung) hergestellt, indem die aus einem Gemisch von Si-Pulver, SiC-Pulver und Al-Pulver bestehende leitfähige Paste verwendet wurde, die in Tabelle 2 angegeben ist. Nebenbei gesagt sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 keine unvermeidbaren Verunreinigungen angegeben. Entsprechend sind in Tabelle 3 und Tabelle 4 die unvermeidbaren Verunreinigungen weggelassen. Die Tabelle 3 und Tabelle 4 werden später erläutert.
  • In dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden die mechanische Verbindungszuverlässigkeit und die elektrische Verbindungszuverlässigkeit jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12 durch das folgende Verfahren überprüft. Die Tabelle 1 und die Tabelle 2 zeigen die Überprüfungsergebnisse von jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12.
  • [Mechanische Verbindungszuverlässigkeit]
  • Bei der mechanischen Verbindungsprüfung wurde jede Untersuchungsprobe X1 bis X12 zwei Minuten lang bei einer Temperatur von 1050°C gebacken und bei der Zimmertemperatur (25°C) gehalten. Dieser Vorgang, d. h. die Hitzezyklusprüfung (oder Wärmeschockprüfung) wurde 2000mal wiederholt (2000 Zyklen Hitzezyklusprüfung).
  • Als Nächstes wurde jede Untersuchungsprobe X1 bis X12 per Augenschein untersucht, um das Vorhandensein eines Abplatzens der Elektrodenschicht von der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 zu erfassen. Wenn keine abgeplatzte Elektrodenschicht erfasst wurde, wird das Überprüfungsergebnis in der Tabelle 1 und der Tabelle 2 unter Verwendung des Bezugszeichens ”O” gekennzeichnet. Wenn andererseits eine abgeplatzte Elektrodenschicht erfasst wurde, wird das Überprüfungsergebnis in der Tabelle 1 und der Tabelle 2 unter Verwendung des Bezugszeichens ”X” gekennzeichnet.
  • [Elektrische Verbindungszuverlässigkeit]
  • Bei der elektrischen Verbindungsprüfung wurde jede Untersuchungsprobe X1 bis X12 in einen Hochtemperaturofen gesetzt und 100 Stunden lang bei einer Temperatur von 1050°C gebacken (Hochtemperaturaussetzungsprüfung) und bei der Zimmertemperatur (25°C) gehalten. Als Nächstes wurde 2000mal die Hitzezyklusprüfung (die zuvor bei der mechanischen Verbindungsprüfung beschrieben wurde) wiederholt (2000 Zyklen Hitzezyklusprüfung).
  • Vor und nach der Hitzezyklusprüfung wurde ein elektrischer Widerstandswert jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12 erfasst. Auf der Grundlage der erfassten elektrischen Widerstandswerte wurde eine Widerstandsänderungsrate (%) des elektrischen Widerstandswerts jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12 berechnet.
  • Bei dem Versuch, den elektrischen Widerstandswert jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12 zu erfassen, wurde einem Paar der Elektrodenschichten 3 eine solche Spannung zugeführt, dass ein Strom von 0,1 A floss, und durch einen Versuch mit vier Anschlüssen wurde ein elektrischer Widerstandswert jeder Untersuchungsprobe X1 bis X12 erfasst. Wenn die Untersuchungsprobe einen berechneten Widerstandsänderungswert von nicht mehr als 5% hatte, wird das Bewertungsergebnis in den Tabellen 1 bis 4 unter Verwendung des Bezugszeichens ”OO” gekennzeichnet.
  • Wenn die Untersuchungsprobe eine berechnete Widerstandsänderungsrate innerhalb eines Bereichs von mehr als 5% bis weniger als 10% hatte, ist das Bewertungsergebnis in der Tabelle 1 bis zur Tabelle 4 unter Verwendung des Bezugszeichens ”OO” gekennzeichnet.
  • Wenn die Untersuchungsprobe eine berechnete Widerstandsänderungsrate innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 10% bis weniger als 100% hatte, wird das Bewertungsergebnis in den Tabellen 1 bis 4 unter Verwendung des Bezugszeichens ”Δ” gekennzeichnet.
  • Wenn die Untersuchungsprobe eine berechnete Widerstandsänderungsrate innerhalb eines Bereichs von mehr als 100% hatte, wird das Bewertungsergebnis in den Tabellen 1 bis 4 unter Verwendung des Bezugszeichens ”X” gekennzeichnet. Tabelle 1
    Untersuchungsprobe Nr. Zusammensetzung Elektrodenschicht (Masse-%) Mechanische Verbindungszuverlässigkeit Elektrische Verbindungszuverlässigkeit
    Si Al
    X1 30 Rest X X
    X2 40 Rest X X
    X3 50 Rest O X
    X4 60 Rest O O
    X5 70 Rest O O
    X6 80 Rest X X
    Tabelle 2
    Untersuchungsprobe Nr. Zusammensetzung Elektrodenschicht (Masse-%) Mechanische Verbindungszuverlässigkeit Elektrische Verbindungszuverlässigkeit
    Si SiC Al
    X7 15 15 Rest X X
    X8 20 20 Rest X X
    X9 25 25 Rest O X
    X10 30 30 Rest O O
    X11 35 35 Rest O O
    X12 40 40 Rest X X
  • Wie aus den in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegebenen Ergebnissen klar hervorgeht, haben die Untersuchungsproben X4, X5, X10 und X11 selbst dann, wenn sie bei der (zuvor erläuterten) Hitzezyklusprüfung mehrmals unter einer harten Umgebung einer hohen Temperatur innerhalb eines Bereichs von der Zimmertemperatur (25°C) bis 1050°C ausgesetzt wurden, bessere Eigenschaften, wobei die besseren Eigenschaften jeder Untersuchungsprobe X4, X5, X10 und X11 die Elektrodenschichten daran hindern, von der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 abzuplatzen. Das heißt, dass jede Untersuchungsprobe X4, X5, X10 und X11 eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit hat.
  • Selbst als die Hitzezyklusprüfung mehrmals wiederholt wurde, ist es für diese Untersuchungsproben X4, X5, X10 und X11 möglich, eine geringe Widerstandsänderungsrate zu haben. Das heißt, dass diese Untersuchungsproben X4, X5, X10 und X11 eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit haben.
  • Andererseits haben die anderen Untersuchungsproben X1, X2, X3, X6, X7, X8, X9 und X12 eine unzureichende Zuverlässigkeit, d. h. eine geringe mechanische Verbindungszuverlässigkeit und eine geringe elektrische Verbindungszuverlässigkeit.
  • Wenn die EBK-Vorrichtung das Paar Elektrodenschichten 3 hat, die auf dem Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 ausgebildet sind und die folgenden bestimmten Bedingungen (a) und (b) erfüllen, hat sie sowohl eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit als auch eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit, wobei (a) Si eine Zusammensetzung innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% hat oder Si und SiC eine Zusammensetzung innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% haben und (b) der Rest im Wesentlichen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
  • Die EBK-Vorrichtung 1 gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat den Wabenstrukturkörper 2, der aus poröser Keramik besteht, die ein Mischmaterial mit einem Hauptbestandteil an SiC-Si enthält, bei dem in SiC Si eingetränkt worden ist. Allerdings ist das Konzept der Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist möglich, einen porösen Wabenstrukturkörper zu verwenden, der nur aus SiC besteht. Letzterer hat die gleichen Wirkungen wie die EBK1-Vorrichtung, bei der der Wabenstrukturkörper 2 aus poröser Keramik besteht, die ein Mischmaterial mit einem Hauptbestandteil an SiC-Si enthält.
  • Zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3 erfolgt eine Beschreibung der EBK1-Vorrichtung gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • In der EBK1-Vorrichtung gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel bestehen die Elektrodenschichten im Wesentlichen aus Si, Al und W (Wolfram) oder Fe. Die anderen Bestandteile der EBK1-Vorrichtung gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind mit Ausnahme der Zusammensetzung der Elektrodenschichten 3 die gleichen wie bei der EBK1-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Im Einzelnen wurde in dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Legierungspulver hergestellt, das aus Al-Pulver und W-Pulver bestand. Nach diesem Vorgang wurden das hergestellte Legierungspulver, Si-Pulver, Bindemittel und Wasser miteinander gemischt, um die leitfähige Paste herzustellen, so dass die Elektrodenschichten 3 in jeder Untersuchungsprobe X13 bis X19 eine Zusammensetzung an Si, W und Al hatten, die in Tabelle 3 angegeben ist.
  • Die Untersuchungsproben X13 bis X19 (EBK1-Vorrichtung) gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden mit Ausnahme der zuvor beschriebenen Herstellung der leitfähigen Paste durch das gleiche Verfahren wie zum Herstellen der Untersuchungsproben X1 bis X6 (EBK-Vorrichtung) gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hergestellt.
  • Zudem wurde im zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Legierungspulver hergestellt, das aus Al-Pulver und Fe-Pulver bestand. Nach diesem Vorgang wurden das hergestellte Legierungspulver, Si-Pulver, Bindemittel und Wasser miteinander gemischt, um die leitfähige Paste zu erzeugen, so dass die Elektrodenschichten 3 in jeder Untersuchungsprobe X20 bis X26 (siehe Tabelle 4) eine Zusammensetzung an Si, Fe und Al hatten, die in Tabelle 4 angegeben ist.
  • Die Untersuchungsproben X20 bis X26 (EBK1-Vorrichtung) gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden mit Ausnahme der zuvor beschriebenen Herstellung der leitfähigen Paste durch das gleiche Verfahren wie zur Herstellung der Untersuchungsproben X1 bis X6 (EBK-Vorrichtung) gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel hergestellt.
  • Ähnlich wie im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde im zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel die elektrische Verbindungszuverlässigkeit jeder Untersuchungsprobe X13 bis X26 durch das gleiche Verfahren überprüft, wie es zuvor im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Die Tabelle 3 und die Tabelle 4 geben die Überprüfungsergebnisse jeder Untersuchungsprobe X13 bis X26 an. Tabelle 3
    Untersuchungsprobe Nr. Zusammensetzung Elektrodenschicht (Masse-%) Mechanische Verbindungszuverlässigkeit Elektrische Verbindungszuverlässigkeit
    Si W Al
    X13 65 1 Rest O O
    X14 65 2 Rest O O
    X15 65 3 Rest O O
    X16 65 4 Rest O OO
    X17 65 8 Rest O OO
    X18 65 12 Rest O OO
    X19 65 16 Rest - X
    Tabelle 4
    Untersuchungsprobe Nr. Zusammensetzung Elektrodenschicht (Masse-%) Mechanische Verbindungszuverlässigkeit Elektrische Verbindungszuverlässigkeit
    Si Fe Al
    X20 65 4 Rest O O
    X21 65 6 Rest O O
    X22 65 8 Rest O O
    X23 65 10 Rest O OO
    X24 65 12 Rest O OO
    X25 65 14 Rest O OO
    X26 65 16 Rest - X
  • Wie aus den in der Tabelle 3 und der Tabelle 4 angegebenen Ergebnissen klar hervorgeht, ist es in Anbetracht der elektrischen Verbindungszuverlässigkeit vorzuziehen, dass die Elektrodenschicht 3 einen W-Gehalt (Wolframgehalt) von nicht mehr als 12 Masse-% hat. Es ist auch vorzuziehen, dass die Elektrodenschicht 3 in Anbetracht der elektrischen Verbindungszuverlässigkeit einen Fe-Gehalt von nicht mehr als 14 Masse-% hat. Um die elektrische Verbindungszuverlässigkeit zu verbessern, ist es noch mehr vorzuziehen, dass die Elektrodenschicht 3 einen W-Gehalt (Wolframgehalt) von nicht weniger als 4 Masse-% hat. Es ist ebenfalls noch mehr vorzuziehen, dass die Elektrodenschicht 3 einen Fe-Gehalt von nicht weniger als 10 Masse-% hat.
  • Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Elektrodenschicht 3 eine Legierung enthält, die im Wesentlichen aus Al und W oder Al und Fe besteht. Dieser Aufbau macht es möglich, die Wärmebeständigkeit oder die thermische Stabilität der Elektrodenschichten 3 zu erhöhen. Es ist zum Beispiel möglich, die Ausbildung der Legierung in den Elektrodenschichten 3 zu erfassen, indem energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) verwendet wird. Nachdem das Legierungspulver hergestellt wurde, das im Wesentlichen aus Al-Pulver und W-Pulver oder Al-Pulver und Fe-Pulver besteht, wird die leitfähige Paste hergestellt, indem das Legierungspulver, Si-Pulver, ein Bindemittel und Wasser gemischt werden. Wie in der Tabelle 3 und der Tabelle 4 angegeben ist, hat jede Untersuchungsprobe X13 bis X18 und X20 bis X26 eine gute mechanische Verbindungszuverlässigkeit.
  • Drittes exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Es erfolgt eine Beschreibung eines Zustands eines Grenzabschnitts zwischen dem Außenhautabschnitt 22 und dem Abdeckungsabschnitt 7 in dem Wabenstrukturkörper 2 der EBK-Vorrichtung. Genauer gesagt wird im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3, 4 und 5 ein Zusammenhang zwischen einer Breite des Diffusionsabschnitts und einer Widerstandsänderungsrate der EBK-Vorrichtung erläutert.
  • 4 ist eine Ansicht, die einen Diffusionsabschnitt 225 erläutert, der an einem Grenzabschnitt 222 zwischen dem Außenhautabschnitt 22 und der Elektrodenschicht 3 in dem Wabenstrukturkörper 2 in der EBK-Vorrichtung gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist der Diffusionsabschnitt 225 in der EBK1-Vorrichtung mit einem Aufbau ausgebildet, bei dem auf der Außenumfangsfläche 221 des Wabenstrukturkörpers 2 die Elektrodenschichten 3 ausgebildet und daran befestigt sind und die Elektrodenschichten 3 im Wesentlichen aus zumindest Si und Al bestehen. Al ist ein Bestandteil, der die Elektrodenschichten 3 bildet und von dem Grenzabschnitt 222 zwischen dem Außenhautabschnitt 22 und den Elektrodenschichten 3 in dem Wabenstrukturkörper 2 aus in das Innere des Außenhautabschnitts 22 diffundiert. Es ist möglich, vom Grenzabschnitt 222 aus gemessen eine bestimmte Breite des Diffusionsabschnitts 225 auszubilden, indem der Gehalt an Al in den Elektrodenschichten 3, eine Brenntemperatur, wenn die Elektrodenschichten 3 ausgebildet werden, eine Brenndauer usw. eingestellt werden.
  • In dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Elektrodenschichten 3 hergestellt, die aus einer Mischung auf Basis von Si-Al-W bestanden, die im Wesentlichen aus zumindest Si, Al und W bestand, sowie Elektrodenschichten 3, die aus einer Mischung auf Basis von Si-Al-Fe bestanden, die im Wesentlichen aus zumindest Si, Al und Fe bestand (siehe das zuvor beschriebene zweite exemplarische Ausführungsbeispiel).
  • In dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Untersuchungsproben (EBK1-Vorrichtungen) hergestellt, bei denen der Diffusionsabschnitt 225 eine unterschiedliche Breite hatte. Der Bestandteil W in der Elektrodenschicht, die aus der Mischung auf Basis von Si-Al-W bestand, hatte einen Gehalt von 10 Masse-%. Der Bestandteil Fe in der Elektrodenschicht, die aus der Mischung auf Basis von Si-Al-Fe bestand, hatte einen Gehalt von 12 Masse-%.
  • Das dritte exemplarische Ausführungsbeispiel verwendete das gleiche Verfahren zum Herstellen der EBK1-Vorrichtung wie das zuvor beschriebene Verfahren gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel und dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Das dritte exemplarische Ausführungsbeispiel ergab EBK1-Vorrichtungen mit Elektrodenschichten 3, die eine unterschiedliche Zusammensetzung und eine unterschiedliche Breite des Diffusionsabschnitts 225 hatten. Die übrigen strukturellen Bestandteile der EBK1-Vorrichtungen gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie die der EBK-Vorrichtungen und EBK1-Vorrichtungen gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel (siehe 1 bis 4).
  • Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Erfassen der Breite des Diffusionsabschnitts 225 in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtungen) gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Die Breite jedes Diffusionsabschnitts 225 in jeder Untersuchungsprobe wurde auf der Grundlage des Zustands des Grenzabschnitts 222 erfasst, der unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) und eines Elektronenstrahlmikroanalysators (EPMA) erfasst wurde. Bei Verwendung von EDX ist es möglich, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse das Vorhandensein des Diffusionsabschnitts 225 zu erfassen. Und zwar kommen in dem Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 in dem Diffusionsabschnitt 225 Si als ein Zusammensetzungsbestandteil des Wabenstrukturkörpers 2 und Al, das von den Elektrodenschichten 3 aus eindiffundiert ist, vor. In dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde unter Verwendung der EDX-Analyse mit vorbestimmten Vergrößerungen in einer Radialrichtung von der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 aus gemessen die maximale Breite (die durch das Bezugszeichen ”WMAX” in 4 gekennzeichnet ist) des Diffusionsabschnitts 225 erfasst. Um die maximale Breite des Diffusionsabschnitts 225 in jeder Untersuchungsprobe zu bestimmen, wurden in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtung) gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel unter Verwendung der EDX-Analyse mit 1000facher Vergrößerung zehn Punkte erfasst. Es wurde eine mittlere Breite der erfassten maximalen Breiten in jeder Untersuchungsprobe berechnet, und die berechnete mittlere Breite wurde als die Breite des Diffusionsabschnitts 225 verwendet. Die EDX-Analyse erfolgte unter Verwendung eines S-8439, der von HORIBA International Corporation angefertigt wird.
  • Im dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde bei jeder der Untersuchungsproben (EBK1-Vorrichtungen), die eine unterschiedliche Breite des Diffusionsabschnitts 225 hatten, eine Widerstandsänderungsrate erfasst. Der elektrische Widerstand in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtung) gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens erfasst, das in dem zuvor beschriebenen ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde.
  • 5 ist eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen der Breite des Diffusionsabschnitts 225 und einer Widerstandsänderungsrate in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtungen) gemäß dem dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Wie aus den in 5 angegebenen Ergebnissen hervorgeht, ist es möglich, die Widerstandsänderungsrate zu verringern, wenn die Breite des Diffusionsabschnitts 225 auf einen vorbestimmten Bereich eingestellt wird. Und zwar ist es auf der Grundlage der in 5 angegebene Ergebnisse vorzuziehen, dass der Diffusionsabschnitt eine Breite innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 μm hat. Dieser Bereich ermöglicht es, eine sehr geringe Widerstandsänderungsrate innerhalb eines Bereichs von weniger als 10% zu haben.
  • Nebenbei gesagt ist erkannt worden, dass auch die in den ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsbeispielen erzeugten Untersuchungsproben X1 bis X26 im Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 den Diffusionsabschnitt 225 haben.
  • Die Elektrodenschichten 3 sind in den EBK-Vorrichtungen und EBK1-Vorrichtungen gemäß dem ersten, zweiten und dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel direkt mit der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 verbunden. Dieser Aufbau ermöglicht es, jegliche Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht 3 und dem Außenhautabschnitt 22 zu vermeiden. Das heißt, es ist nicht nötig, in der EBK-Vorrichtung irgendeine Zwischenschicht auszubilden, und dies ermöglicht es, einen einfachen Fertigungsprozess zum Herstellen der EBK1-Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Viertes exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 6, 7 und 8 erfolgt eine Beschreibung der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (EBK1-Vorrichtung) gemäß einem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel, das die Elektrodenschichten 3 und Keramikelektrodenanschlüsse hat.
  • 6 ist eine Perspektivansicht der mit dem Wabenstrukturkörper und den Elektrodenschichten ausgestatteten elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel. 7 ist eine Ansicht, die den Aufbau der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung in einem Querschnitt entlang der in 6 gezeigten Linie VII-VII zeigt. 8 ist eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Außenhautabschnitts in der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt.
  • Wie in 6, 7 und 8 gezeigt ist, hat die EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wie der Aufbau der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Paar Elektrodenschichten 3, das auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ausgebildet ist.
  • Wie in 6, 7 und 8 gezeigt ist, ist auf dem zentralen Umfangsabschnitt 31 in jeder Elektrodenschicht 3 in dem Wabenstrukturkörper 2 eine Zwischenelektrodenschicht 4 ausgebildet. Das Paar der zentralen Elektrodenschichten 4 ist auf den Elektrodenschichten 3 in dem Wabenstrukturkörper 2 in radial entgegengesetzter Richtung ausgebildet.
  • Jede Elektrodenschicht 3 und die entsprechende Zwischenelektrodenschicht 4 weisen entlang der Umfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 eine vorbestimmte Breite und in Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 eine vorbestimmte Länge auf.
  • Und zwar hat jeder zentrale Umfangsabschnitt 31 und 41 in jeder Elektrodenschicht 3 und zentralen Elektrodenschicht 4 in der Umfangsrichtung jeweils eine gekrümmte Form. Jeder zentrale Umfangsabschnitt 31 und 41 ist an einer Position ausgebildet, die von der Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 aus verlängert ist.
  • Die zentrale Elektrodenschicht 4 ist in der entsprechenden Elektrodenschicht 3 so ausgebildet, dass ein Außenflächenabschnitt 42 der zentralen Elektrodenschicht 4 frei liegt und ihr übriger Abschnitt in der entsprechenden Elektrodenschicht 3 eingebettet ist. Jede zentrale Elektrodenschicht 4 hat eine gleichmäßige Dicke von 1 mm. Jede Elektrodenschicht 3 hat eine Dicke von 0,5 mm, und der Teil der Elektrodenschicht 3, in dem die zentrale Elektrodenschicht 4 eingebettet ist, hat eine Dicke von 0,1 mm. Ähnlich wie bei dem Aufbau der Elektrodenschicht 3 in der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel besteht die Elektrodenschicht 3 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder aus einem Gemisch von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-%, und der Rest besteht im Wesentlichen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen.
  • Ähnlich wie bei dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Elektrodenschichten 3 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel W oder Fe enthalten. Die zentrale Elektrodenschicht 4, die in jeder Elektrodenschicht 3 ausgebildet ist, besteht aus einem SiC-Si-Verbundmaterial.
  • Wie in 7 und 8 gezeigt ist, sind Umfangsendabschnitte 35 jeder Elektrodenschicht 3 weiter zur Umfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 hin verlängert, wenn sie mit den Umfangsendabschnitten 45 jeder zentralen Elektrodenschicht 4 verglichen werden. Da eine Umfangsbreite der Elektrodenschicht 3, wie in 8 gezeigt ist, größer als eine Umfangsbreite der zentralen Elektrodenschicht 4 ist, heißt das, dass der Umfangsendabschnitt 35 verglichen mit dem Umfangsendabschnitt 45 um eine vorbestimmte Breite W weiter in Umfangsrichtung verlängert ist.
  • Wie in 6, 7 und 8 gezeigt ist, ist mit der entsprechenden zentralen Elektrodenschicht 4 über eine leitfähige Verbindungsschicht 51 ein Keramikelektrodenanschluss 5 elektrisch verbunden und an ihr befestigt. Der Keramikelektrodenanschluss 5 ist in Umfangsrichtung und Axialrichtung der zentralen Elektrodenschicht 4 an der zentralen Position befestigt. Der Keramikelektrodenanschluss 5 ist auf jeder zentralen Elektrodenschicht 4 so ausgebildet, dass die Keramikelektrodenanschlüsse 5 einander in entgegengesetzter Richtung zugewandt sind. Der Keramikelektrodenanschluss 5 besteht aus SiC-Si-Verbundmaterial und hat eine Zylinderform. Die leitfähigen Verbindungsschichten 51 weisen den gleichen Bestandteil auf, der die Elektrodenschichten 3 bildet. Die anderen Bestandteile der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie die in der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel. Die gleichen Bestandteile zwischen dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel und dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet, und die Erläuterung der gleichen Bestandteile wird hier zur Verkürzung weggelassen.
  • Als Nächstes erfolgt unter Bezugnahme auf 9, 10 und 11 eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • 9 ist ein Querschnitt, der einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers 2 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. Die in 9 gezeigte EBK1-Vorrichtung hat einen Aufbau, bei dem die zentrale Elektrodenschicht 4 unter Verwendung einer leitfähigen Paste an der Oberfläche des Außenhautabschnitts 22 des Wabenstrukturkörpers 2 haftet. 10 ist ein Querschnitt, der einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers 2 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. Die in 10 gezeigte EBK1-Vorrichtung hat einen anderen Aufbau, bei dem auf dem Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 leitfähige Pastenschichten 30b so ausgebildet sind, dass die leitfähigen Pastenschichten 30b von beiden Umfangsendabschnitten 45 der zentralen Elektrodenschicht 4 aus um eine vorbestimmte Länge verlängert sind.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde der Wabenstrukturkörper 2 durch das gleiche Verfahren wie das zuvor beschriebene zweite exemplarische Ausführungsbeispiel hergestellt. Zudem wurde die zentrale Elektrodenschicht 4 so ausgebildet, dass die zentrale Elektrodenschicht 4 aus einem SiC-Si-Verbundmaterial bestand. Als Nächstes wurde die zentrale Elektrodenschicht 4, wie in 9 gezeigt ist, mittels der leitfähigen Paste 30a am Außenhautabschnitt 22 angebracht. Die zentrale Elektrodenschicht 4 hatte eine gekrümmte Plattenform.
  • Als Nächstes wurde die leitfähige Paste 30b, wie in 9 und 10 gezeigt ist, aufgebracht und so auf der Außenumfangsfläche 221 des Wabenstrukturkörpers 2 ausgebildet, dass die leitfähige Paste 30b von beiden Umfangsendabschnitten 45 der zentralen Elektrodenschicht 4 aus verlängert war.
  • 11 ist ein Querschnitt, der einen teilweise vergrößerten Aufbau des Wabenstrukturkörpers gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt, der einen anderen Aufbau hat, bei dem ein Keramikelektrodenanschluss 5 unter Verwendung leitfähiger Paste 50 auf der zentralen Elektrodenschicht 4 anhaftet.
  • Wie in 11 gezeigt ist, wurde der Keramikelektrodenanschluss 5 so hergestellt, dass der Keramikelektrodenanschluss 5 aus einem SiC-Si-Verbundmaterial bestand und eine Zylinderform hatte. Es ist beim vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel möglich, die leitfähige Paste aus dem gleichen Material herzustellen, wie es im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde.
  • Als Nächstes wurden die leitfähigen Pasten 30a, 30b und 50 miteinander getrocknet und 1 Stunde lang bei einer Temperatur von 1100°C gebrannt. Dadurch wurde die in 6, 7 und 8 gezeigte EBK1-Vorrichtung mit den gesinterten leitfähigen Pasten 30a, 30b und 50 hergestellt.
  • Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung der Wirkungen der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Wie in 6, 7 und 8 gezeigt ist, hat der Wabenstrukturkörper 2 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel senkrecht zur Axialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 einen kreisförmigen Querschnitt. Dementsprechend ist das Paar der Elektrodenschichten 3 und das Paar der zentralen Elektrodenschichten 4 so ausgebildet, dass sie einander entlang der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 zugewandt sind. Und zwar sind die Elektrodenschichten 3 und die zentralen Elektrodenschichten 4 jeweils einander in der Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 zugewandt. Dementsprechend hat der Radialabstand zwischen den Elektrodenschichten 3, die einander in der Radialrichtung zugewandt sind, an einer anderen Position in Umfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 eine andere Länge.
  • Der Radialabstand zwischen den einander zugewandten Elektrodenschichten 3 nimmt zum Beispiel in der Radialrichtung vom zentralen Umfangsabschnitt 31 aus zum Umfangsendabschnitt 35 hin ab.
  • Wie sich aus dem in 7 gezeigten Aufbau deutlich ergibt, ist der Abstand L1 zwischen den Elektrodenschichten 3 am zentralen Umfangsabschnitt 31 größer als der Abstand L2 zwischen den Elektrodenschichten 3 am Umfangsendabschnitt 35. Der Abstand zwischen den zentralen Elektrodenschichten 4 ist der gleiche wie der Abstand zwischen den Elektrodenschichten 3. Das bedeutet, dass in Außenumfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 leicht ein Strom zwischen den Elektrodenschichten 3 und auch zwischen den zentralen Elektrodenschichten 4 fließt, da der Abstand zwischen den Elektrodenschichten 3 und der Abstand zwischen den zentralen Elektrodenschichten 4 vom zentralen Abschnitt aus zur Außenumfangsrichtung auf der Seite des Umfangsendabschnitts 35 der Elektrodenschichten 3 und der Umfangsendabschnitte 45 der zentralen Elektrodenschicht 4 hin abnimmt.
  • In dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel haben die Elektrodenschichten 3 einen elektrischen Widerstand, der höher als der der zentralen Elektrodenschichten 4 ist. Zudem ist der Umfangsendabschnitt 35 jeder Elektrodenschicht 3 in Umfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 verlängert, wenn er mit den Umfangsendabschnitten 45 jeder zentralen Elektrodenschicht 4 verglichen wird (siehe 7 und 8).
  • Dieser Aufbau ermöglicht es, eine Abweichung des elektrischen Widerstands in den Stromwegen zwischen den aus den Elektrodenschichten 3 und den zentralen Elektrodenschichten 4 bestehenden Elektrodenschichten zu unterdrücken.
  • Dies ermöglicht es, dass in dem Wabenstrukturkörper 2 ein Strom mit gleichmäßiger Höhe fließt. Dementsprechend unterdrückt die EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Temperaturschwankung im Inneren des Wabenstrukturkörpers 2 und eine durch die Temperaturschwankung in dem Wabenstrukturkörper 2 hervorgerufene thermische Spannung. Infolgedessen ist es möglich, die Erzeugung von Rissen in dem Wabenstrukturkörper 2 in der EBK1-Vorrichtung und das Brechen des Wabenstrukturkörpers 2 zu vermeiden.
  • Gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Elektrodenschichten 3 zudem mit dem Wabenstrukturkörper 2 in einem besseren Zusammensetzungszusammenhang mechanisch und elektrisch verbunden. Ferner sind die zentralen Elektrodenschichten 4, wie in dem zuvor beschriebenen ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert wurde, mit dem Wabenstrukturkörper 2 in einem besseren Zusammensetzungszusammenhang mechanisch und elektrisch verbunden. Insbesondere bestehen der Wabenstrukturkörper 2 und die zentralen Elektrodenschichten 4 aus SiC-Si-Verbundmaterial. Mit anderen Worten hat die Verbindung zwischen den Elektrodenschichten 3 und dem Wabenstrukturkörper 2 eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit und eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit. Entsprechend hat die Verbindung zwischen den zentralen Elektrodenschichten 4 und dem Wabenstrukturkörper 2 eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit und eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit.
  • Wie in 7 und 8 gezeigt ist, ist bei dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel jeder Keramikelektrodenanschluss 5 mittels der leitfähigen Verbindungsschicht 51 mit der entsprechenden zentralen Elektrodenschicht 4 verbunden. Zudem bestehen die zentralen Elektrodenschichten 4 und die Keramikelektrodenanschlüsse 5 aus SiC-Si-Verbundmaterial. Insbesondere bestehen die leitfähigen Verbindungsschichten 51 und die Elektrodenschichten 3 aus dem gleichen Verbundmaterial. Dies bedeutet, dass der Verbindungszustand zwischen den Keramikelektrodenanschlüssen 5 und den leitfähigen Verbindungsschichten 51 und der Verbindungszustand zwischen den leitfähigen Verbindungsschichten 51 und den zentralen Elektrodenschichten 4 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel eine bessere mechanische Verbindungszuverlässigkeit und eine bessere elektrische Verbindungszuverlässigkeit haben. Diese Zuverlässigkeiten sind die gleichen wie die der EBK-Vorrichtung gemäß dem zuvor beschriebenen ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Jede leitfähige Verbindungsschicht 51 besteht ähnlich wie die Elektrodenschichten 3 im Wesentlichen aus zumindest Si und Al und zudem aus im Wesentlichen einer vorbestimmten Menge W und/oder Fe. Bei diesem Aufbau ist es ähnlich wie bei den Wirkungen der Elektrodenschichten in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel möglich, die elektrische Verbindungszuverlässigkeit der leitfähigen Verbindungsschicht 51 zu erhöhen. Wenn die leitfähige Verbindungsschicht 51 W und/oder Fe enthält, ist es vorzuziehen, eine aus Al und W bestehende Legierung oder eine aus Al und Fe bestehende Legierung zu verwenden. Dies ermöglicht es, die Wärmebeständigkeit und thermische Stabilität der Elektrodenschichten 3 zu erhöhen. Die EBK1-Vorrichtung gemäß dem vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat die gleichen Wirkungen wie die EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Fünftes exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf 12 erfolgt eine Beschreibung einer EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel. Bei dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Außenhautabschnitt 22 und der entsprechenden Elektrodenschicht 3 eine Zwischenschicht 6 ausgebildet.
  • 12 ist eine Ansicht, die einen vergrößerten Querschnitt eines Außenhautabschnitts 12 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in 12 gezeigt ist, hat die EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel ähnlich wie der Aufbau der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel die Abdeckungsabschnitte 7, die auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ausgebildet sind. Die Abdeckungsabschnitte 7 haben ein Paar Elektrodenschichten 3. Und zwar ist jeder Abdeckungsabschnitt 7 auf jeweils einer Elektrodenschicht 3 ausgebildet. Wie in 12 gezeigt ist, ist zwischen der Elektrodenschicht 3 und dem Außenhautabschnitt 22 die Zwischenschicht 6 ausgebildet. Die Zwischenschicht 6 enthält Aluminiumoxid (Al2O3) und Si. Genauer gesagt haftet die Zwischenschicht 6 an der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22, und die Elektrodenschicht 3 ist auf der Zwischenschicht 6 aufgestapelt. Die übrigen Bestandteile der EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die gleichen wie die der EBK-Vorrichtung gemäß dem ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Die Elektrodenschichten 3 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel haben die gleiche Zusammensetzung wie die Elektrodenschichten 3 in der Untersuchungsprobe X17, die im zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Allerdings ist es möglich, die Zusammensetzung der Elektrodenschichten 3 nach Bedarf einzustellen. Und zwar wurden im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel Untersuchungsproben X27 bis X36 hergestellt, bei denen die Zwischenschicht 6 einen anderen Gehalt an Aluminiumoxid und Si enthielt.
  • Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen der EBK1-Vorrichtung (Untersuchungsproben X27 bis X36) gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Zunächst wurde im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel der Wabenstrukturkörper 2 mit dem gleichen Verfahren hergestellt wie in dem zuvor beschriebenen ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel.
  • Ein Paar Lagen aus Aluminiumoxidpulver (Al2O3-Pulver), Si-Pulver und organischem Bindemittel wurde auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 so haften gelassen, dass die Lagen in Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers 2 entgegengesetzt angeordnet waren.
  • Als Nächstes wurde eine leitfähige Paste mit der gleichen Zusammensetzung wie bei der Untersuchungsprobe X17 gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel hergestellt. Diese leitfähige Paste wurde als die Elektrodenschichten 3 verwendet. Die leitfähige Paste wurde auf die Lagen aus Aluminiumoxidpulver (Al2O3-Pulver), Si-Pulver und organischem Bindemittel aufgebracht, die auf der Außenumfangsfläche 221 des Außenhautabschnitts 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ausgebildet waren. Der Wabenstrukturkörper 2 mit den Lagen und der leitfähigen Paste wurde ähnlich wie in dem Verfahren, das im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde, gebrannt. Infolgedessen wurde die EBK1-Vorrichtung mit einem Aufbau hergestellt, bei dem zwischen der Außenhautschicht 22 des Wabenstrukturkörpers 2 und der entsprechenden Elektrodenschicht 3 die Zwischenschicht 6 ausgebildet ist.
  • Im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden Untersuchungsproben X27 bis X36 (als die EBK1-Vorrichtungen) hergestellt, die mit der Zwischenschicht 6 ausgestattet waren, die einen unterschiedlichen Gehalt an Aluminiumoxid (Al2O3) hatte. Die Tabelle 5 gibt den Gehalt (Masse-%) an Aluminiumoxid (Al2O3) in der Gesamtmenge (100 Masse-%) von Aluminiumoxid und Si an.
  • Als Nächstes wurde im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel die Verbindungsfestigkeit (MPa) zwischen der Elektrodenschicht 3 und der entsprechenden Zwischenschicht 6 und eine Widerstandsänderungsrate in jeder Untersuchungsprobe X27 bis X36 erfasst.
  • [Verbindungsfestigkeit]
  • Jede Untersuchungsprobe X27 bis X36 wurde zwei Sekunden lang auf eine hohe Temperatur von 1100°C erhitzt und zwei Sekunden lang bei der Zimmertemperatur (25°C) gehalten. Diese Hitzezyklusprüfung (oder Thermoschockprüfung) wurde 2000mal wiederholt.
  • Als Nächstes wurde im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel vom Außenhautabschnitt 22 aus eine Last in der Richtung Z (siehe 12) zur Außenseite des Wabenstrukturkörpers 2 hin aufgebracht, und es wurde die Last. (als eine Bruchlast) erfasst, wann die Verbindung zwischen der Zwischenschicht 6 und dem Außenhautabschnitt 22 brach. Die erfasste Bruchlast bei jeder Untersuchungsprobe X27 bis X36 wurde durch die Verbindungsfläche zwischen der Zwischenschicht 6 und dem entsprechenden Außenhautabschnitt 22 dividiert.
  • [Widerstandsänderungsrate]
  • Jede Untersuchungsprobe X27 bis X36 wurde 100 Stunden lang in einem Hochtemperaturofen gehalten und bei einer Temperatur von 1100°C gebacken (Hochtemperaturaussetzungsprüfung). Als Nächstes wurde die zuvor beschriebene Hitzezyklusprüfung der Untersuchungsproben X27 bis X36 2000mal zwischen der Zimmertemperatur (25°C) und der hohen Temperatur von 1100°C wiederholt.
  • Vor und nach der Hitzezyklusprüfung wurde ein elektrischer Widerstandswert jeder Untersuchungsprobe X27 bis X36 erfasst, und es wurde eine Widerstandsänderungsrate jeder Untersuchungsprobe X27 bis X36 erfasst. Tabelle 5
    Untersuchungsprobe Nr. Gehalt an Aluminiumoxid in Zwischenschicht Verbindungsfestigkeit (MPa) Widerstandsänderungsrate (%)
    X27 10 0 900
    X28 20 2,3 2
    X29 30 2,4 2,2
    X30 40 2,5 2,5
    X31 50 2,6 3,3
    X32 60 2,7 4,5
    X33 70 2,8 5,6
    X34 80 2,9 6,8
    X35 90 3 110
    X36 100 3,1 980
  • Wie klar aus den in Tabelle 5 angegebenen Erfassungsergebnissen hervorgeht, weisen die Untersuchungsproben X28 bis X34, die Aluminiumoxid innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 Masse-% enthalten, eine starke Verbindungsfestigkeit und einen unterdrückten Anstieg der Widerstandsänderungsrate auf, da der elektrische Widerstandswert nach der 2000maligen Hitzezyklusprüfung nicht erhöht war.
  • Andererseits hat die Untersuchungsprobe X27, die eine geringere Menge an Aluminiumoxid hat, eine schwache Verbindungsfestigkeit, bei der die Zwischenschicht 6 von dem Außenhautabschnitt 22 abplatzte, und eine erhöhte Widerstandsänderungsrate (siehe Tabelle 5). Zudem haben die Untersuchungsproben X35 und X36 mit einer übermäßigen Menge an Aluminiumoxid eine erhöhte Widerstandsänderungsrate (siehe Tabelle 5).
  • Die Untersuchungsproben X28 bis X34 gemäß dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel haben auch dann, als die Hitzezyklusprüfung für diese Untersuchungsproben X28 bis X34 unter einer harten Umgebung bei einer hohen Temperatur durchgeführt wurde, die höher als die im ersten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendete Temperatur war, eine bessere Verbindungsfestigkeit und eine bessere Widerstandsänderungsrate.
  • Wie aus den in Tabelle 5 angegebenen Erfassungsergebnissen hervorgeht, ist es möglich zu verhindern, dass die Elektrodenschichten 3 von dem Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 abplatzen und dass der elektrischer Widerstand des Wabenstrukturkörpers 2 erhöht wird, wenn die Zwischenschicht 6 Aluminiumoxid innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 Masse-% enthält und die Zwischenschicht 6 zwischen dem Außenhautabschnitt 22 des Wabenstrukturkörpers 2 und der entsprechenden Elektrodenschichten 3 ausgebildet ist. In dem fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel hat jede Zwischenschicht 6 eine Dicke von 100 μm. Es ist auch möglich, dass die Zwischenschichten 6 eine Dicke innerhalb eines Bereichs von 10 bis 300 μm haben.
  • Sechstes exemplarisches Ausführungsbeispiel
  • Es erfolgt eine Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen einer Breite des Diffusionsabschnitts 225 und einer Widerstandsänderungsrate in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel. Die EBK1-Vorrichtung gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel hat zwischen der Außenhautschicht 22 und der entsprechenden Elektrodenschicht 3 die Zwischenschicht 6. Der Diffusionsabschnitt 225 ist an dem Grenzabschnitt 222 zwischen dem Abdeckungsabschnitt 7 und der Außenhautschicht 22 ausgebildet. Der Abdeckungsabschnitt 7 besteht aus der Elektrodenschicht 3 und der Zwischenschicht 6.
  • 13 ist eine Ansicht, die den Diffusionsabschnitt 225 erläutert, der an dem Grenzabschnitt 222 zwischen dem Außenhautabschnitt 22 und der Zwischenschicht 6 in dem Wabenstrukturkörper 2 in der EBK1-Vorrichtung gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.
  • Wie in 12 und 13 gezeigt ist, wird der Diffusionsabschnitt 225 bei dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung, bei dem die Zwischenschicht 6 zumindest Aluminiumoxid und Si aufweist, am Grenzabschnitt 222 zwischen dem Abdeckungsabschnitt 7 und der Außenhautschicht 22 erzeugt. Die Zwischenschicht 6 ist zwischen der Außenhautschicht 22 und der entsprechenden Elektrodenschicht 3 ausgebildet. Bei diesem Aufbau umfasst der Abdeckungsabschnitt 7 die Elektrodenschicht 3 und die Zwischenschicht 6. Al bewegt sich und diffundiert vom Grenzabschnitt 222 zwischen dem Abdeckungsabschnitt 7 und der Außenhautschicht 22 aus in das Innere des Außenhautabschnitts 22.
  • Bei dem Aufbau der EBK1-Vorrichtung gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen der Außenhautschicht 22 und der entsprechenden Elektrodenschicht 3 die Zwischenschicht 6 ausgebildet ist, kann davon ausgegangen werden, dass sich Al von der Zwischenschicht 6 aus ins Innere der Außenhautschicht 22 bewegt und diffundiert. Es ist möglich, die Breite des Diffusionsabschnitts 225 vom Grenzabschnitt 222 zwischen dem Abdeckungsabschnitt 7 und der Außenhautschicht 22 aus gemessen einzustellen, indem der Gehalt an Aluminiumoxid in der Zwischenschicht 6, eine Brenntemperatur und eine Brenndauer usw. eingestellt werden.
  • In dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurde eine Vielzahl von Untersuchungsproben (EBK1-Vorrichtungen) mit unterschiedlicher Breite des Diffusionsabschnitts 225 hergestellt, indem der Gehalt an Aluminiumoxid in der Zwischenschicht 6 eingestellt wurde. Das sechste exemplarische Ausführungsbeispiel verwendet das gleiche Verfahren zur Herstellung der Zwischenschicht 6, das im zuvor beschriebenen fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde.
  • Die Breite (d. h. die maximale Breite WMAX) des Diffusionsabschnitts 225 in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtungen) wurde durch das Erfassungsverfahren erfasst, das im zuvor beschriebenen dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Danach wurde die Widerstandsänderungsrate jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtungen) durch das gleiche Verfahren erfasst, wie es in dem zuvor beschriebenen fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurde. 14 zeigt die Erfassungsergebnisse bezüglich der Breite (der maximalen Breite WMAX) des Diffusionsabschnitts 225 und der Widerstandsänderungsrate in jeder Untersuchungsprobe (EBK1-Vorrichtungen). Und zwar ist 14 eine Ansicht, die einen Zusammenhang zwischen der Breite des Diffusionsabschnitts 225 und der Änderungsrate des elektrischen Widerstands in jeder Untersuchungsprobe (der EBK1-Vorrichtung) gemäß dem sechsten exemplarischen Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Wie in 14 gezeigt ist, lässt sich die Breite des Diffusionsabschnitts 225 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einstellen, um die Widerstandsänderungsrate des Wabenstrukturkörpers 2 einzustellen. Wie aus den in 14 gezeigten Erfassungsergebnissen hervorgeht, ist es vorzuziehen, dass der Diffusionsabschnitt 225 eine Breite innerhalb eines Bereichs von 20 μm bis 80 μm hat, was das gleiche Ergebnis wie bei dem zuvor beschriebenen dritten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist.
  • Jede Untersuchungsprobe X27 bis X36 (EBK1-Vorrichtungen), die im fünften exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet wurden, hat den Diffusionsabschnitt 225, der in der Außenhautschicht 22 in dem Wabenstrukturkörper 2 ausgebildet ist. Das Vorhandensein des Diffusionsabschnitts 225 in jeder Untersuchungsprobe X27 bis X36 wurde unter Verwendung von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) erfasst.
  • Es sind zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden, doch erkennt der Fachmann, dass im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten entwickelt werden könnten. Dementsprechend sollen die hier offenbarten besonderen Anordnungen lediglich darstellend sein und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken, der durch die volle Breite der folgenden Ansprüche und all ihrer Äquivalente gegeben sein soll.
  • In einer EBK-Vorrichtung ist auf einem Außenhautabschnitt eines Wabenstrukturkörpers in Radialrichtung an entgegengesetzten Positionen ein Paar Elektrodenschichten ausgebildet. Der Wabenstrukturkörper besteht aus poröser Keramik, die aus SiC oder SiC-Si-Verbundmaterial besteht. Jede Elektrodenschicht besteht im Wesentlichen aus Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder einer Mischung von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% und einem Rest. Der Rest enthält Al und unvermeidbare Verunreinigungen. Es ist auch möglich, dass jede Elektrodenschicht zudem W innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 4 Masse-% und nicht mehr als 12 Masse-% oder Fe innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% enthält.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011-246340 A [0003]

Claims (12)

  1. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung mit: einem Wabenstrukturkörper (2) der einen Zellenausbildungsabschnitt (21) und eine Außenhautschicht (22) umfasst, die einen Außenumfangsabschnitt des Zellenausbildungsabschnitts (21) bedeckt; und einen Abdeckungsabschnitt (7), der ein Paar Elektrodenschichten (3) umfasst, die in einer Radialrichtung des Wabenstrukturkörpers (2) an entgegengesetzter Position angeordnet sind, wobei der Wabenstrukturkörper (2) aus poröser Keramik besteht, die im Wesentlichen aus SiC oder einem SiC-Si-Verbundmaterial besteht, und jede der Elektrodenschichten (3) im Wesentlichen aus Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder einer Mischung von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% und einem Rest besteht und der Rest im Wesentlichen aus Al und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
  2. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Elektrodenschichten (3) zudem nicht mehr als 12 Masse-% W und/oder nicht mehr als 14 Masse-% Fe enthält.
  3. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede der Elektrodenschichten (3) zudem W innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 4 Masse-% und nicht mehr als 12 Masse-% und/oder Fe innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% enthält.
  4. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei jede der Elektrodenschichten (3) eine Legierung aus Al und W oder eine Legierung als Al und Fe enthält.
  5. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Außenhautabschnitt (22) des Wabenstrukturkörpers (2) ein Diffusionsabschnitt (225) so ausgebildet ist, dass in dem Abdeckungsabschnitt (7) enthaltenes Al von einem Grenzabschnitt (222) zwischen dem Außenhautabschnitt (22) und dem Abdeckungsabschnitt (7) aus in den Diffusionsabschnitt (225) diffundiert ist, und der Diffusionsabschnitt (225) eine Breite innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 μm hat.
  6. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der Elektrodenschichten (3) in dem Abdeckungsabschnitt (7) mit einer Außenumfangsfläche (221) des Außenhautabschnitts (22) verbunden ist.
  7. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen dem Außenhautabschnitt (22) und der entsprechenden Elektrodenschicht (3) in dem Abdeckungsabschnitt (7) eine zumindest Aluminiumoxid und Si enthaltene Zwischensicht (6) ausgebildet ist und das in der Zwischenschicht (6) enthaltene Aluminiumoxid innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 Masse-% bezogen auf die in der Zwischenschicht (6) enthaltenen Summe von Aluminiumoxid und Si von 100 Masse-% enthalten ist.
  8. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wabenstrukturkörper (2) den Außenhautabschnitt (22) umfasst, der eine Zylinderform hat und mit dem der Zellenausbildungsabschnitt (21) bedeckt ist, und das Paar der Elektrodenschichten (3) in einer Radialrichtung einer Außenumfangsfläche (221) des Außenhautabschnitts (22) in dem Wabenstrukturkörper (2) an entgegengesetzten Positionen angeordnet ist und in jeder der Elektrodenschichten (3) eine zentrale Elektrodenschicht (4) ausgebildet ist und die zentrale Elektrodenschicht (4) aus einem SiC-Si-Verbundmaterial besteht und die zentrale Elektrodenschicht (4) in der entsprechenden Elektrodenschicht (3) so eingebettet ist, dass ein Außenflächenabschnitt (42) der zentralen Elektrodenschicht (4) von den entsprechenden Elektrodenschichten (3) aus frei liegt und Umfangsendabschnitte (35) von jeder der Elektrodenschichten (3) weiter in Umfangsrichtung des Wabenstrukturkörpers (2) verlängert ausgebildet sind, wenn sie mit Umfangsendabschnitten (45) von jeder der zentralen Elektrodenschichten (4) verglichen werden.
  9. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei mit der entsprechenden zentralen Elektrodenschicht (4) über eine leitfähige Verbindungsschicht (51) ein aus SiC-Si-Verbundmaterial bestehender Keramikelektrodenanschluss (5) verbunden ist und die leitfähige Verbindungsschicht (51) Si innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% oder eine Kombination von Si und SiC innerhalb eines Bereichs von 60 bis 70 Masse-% und einen Rest enthält und der Rest Al und unvermeidbaren Verunreinigungen enthält.
  10. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die leitfähige Verbindungsschicht (51) zudem nicht mehr als 12 Masse-% W und/oder nicht mehr als 14 Masse-% Fe enthält.
  11. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die leitfähige Verbindungsschicht (51) außerdem W innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 4 Masse-% und nicht mehr als 12 Masse-% und/oder Fe innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 10 Masse-% und nicht mehr als 14 Masse-% enthält.
  12. Elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die leitfähige Verbindungsschicht (51) eine Legierung aus Al und W und/oder eine Legierung als Al und Fe enthält.
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