DE102022213327A1

DE102022213327A1 - VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER VERBUNDSTRUKTUR AUF DER GRUNDLAGE VON Si-SiC

Info

Publication number: DE102022213327A1
Application number: DE102022213327.7A
Authority: DE
Inventors: Sora Goto; Shuhei KUNO; Daisuke Kimura; Hiroomi Matsuba
Original assignee: Ngkadrec Co; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Ngkadrec Co; NGK Insulators Ltd
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-09-21
Also published as: CN116768646A; US20230298882A1; JP2023136805A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC geschaffen, das die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC verbessern kann. Das Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC enthält einen Schritt des Imprägnierens eines geschmolzenen Metalls, das Si enthält, in einen Formkörper, der SiC enthält, durch Erwärmen eines Zuführkörpers, der Si enthält, in einem Zustand, in dem sich der Zuführkörper mit dem Formkörper in Kontakt befindet, wobei ein Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper ein Abschnitt einer Fläche des Zuführkörpers ist, die dem Formkörper zugewandt ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC.
2. Beschreibung des verwandten Gebiets
Ein Verbundmaterial auf der Grundlage von Si-SiC weist eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf und es wird erwartet, dass es in diversen industriellen Erzeugnissen verwendet wird. Als ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur, die aus einem derartigen Verbundmaterial auf der Grundlage von Si-SiC gebildet ist (im Folgenden als eine „Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC“ bezeichnet), wurde z. B. eine Technologie des Imprägnierens eines geschmolzenen Metalls, das Si enthält, in einen zu imprägnierenden Körper, indem ein Imprägnierungsmetall-Zuführkörper, der Si enthält, auf einem zu imprägnierenden, SiC enthaltenden Körper angeordnet wird und das Ergebnis anschließend auf 1200 °C oder höher und 1600 °C oder niedriger erwärmt wird (siehe WO211/145387), vorgeschlagen.
Jedoch wird bei einer derartigen Technologie ein Imprägnierungsschritt in einem Zustand durchgeführt, in dem sich die gesamte untere Fläche des Imprägnierungsmetall-Zuführkörpers mit dem zu imprägnierenden Körper in Kontakt befindet, weshalb der Imprägnierungsmetall-Zuführkörper am zu imprägnierenden Körper anhaften (kleben) kann. Wenn der Imprägnierungsmetall-Zuführkörper am zu imprägnierenden Körper anhaftet (klebt), können die Masse, die Abmessungen, die Leistungsfähigkeit und dergleichen des Verbundmaterials auf der Grundlage von Si-SiC außerhalb eines zulässigen Bereichs fallen. Somit ist erforderlich, eine übermäßige Anhaftung des Imprägnierungsmetall-Zuführkörper am zu imprägnierenden Körper zu entfernen, und Erzeugnisse, bei denen die Anhaftung des Imprägnierungsmetall-Zuführkörpers nicht ausreichend entfernt werden kann, müssen verworfen werden. Als ein Ergebnis kann die Ausbeute der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC vermindert werden.
Außerdem besteht das Risiko, dass der am zu imprägnierenden Körper anhaftende Abschnitt des Imprägnierungsmetall-Zuführkörpers abhängig vom Erzeugnis der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC variiert, außerdem ist es schwierig, den anhaftenden Abschnitt des Imprägnierungsmetall-Zuführkörpers vorherzusagen. Somit kann ein Entfernungsschritt eines anhaftenden Abschnitts des Imprägnierungsmetall-Zuführkörpers am zu imprägnierenden Körper kompliziert werden. Somit gibt es bei der Technologie, wie in WO211/145387 beschrieben, Raum für eine Verbesserung der Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC zu schaffen, das die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC verbessern kann.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC geschaffen, das einen Schritt des Imprägnierens eines geschmolzenen Metalls, das Si enthält, in einen Formkörper, der SiC enthält, durch Erwärmen eines Zuführkörpers, der Si enthält, in einem Zustand, in dem sich der Zuführkörper mit dem Formkörper in Kontakt befindet, wobei ein Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper ein Abschnitt einer Fläche des Zuführkörpers ist, die dem Formkörper zugewandt ist, enthält.
In einer Ausführungsform weist die Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, einen Vorsprung auf, der in Richtung des Formkörpers vorsteht, und der Vorsprung wird mit dem Formkörper in Kontakt gebracht.
In einer Ausführungsform weist der Vorsprung einen bogenförmigen Querschnitt auf.
In einer Ausführungsform weist der Vorsprung die Form einer polygonalen Pyramide auf.
In einer Ausführungsform befindet sich der Zuführkörper an mehreren Kontaktabschnitten mit dem Formkörper in Kontakt. In diesem Fall der mehreren Kontaktabschnitte des Zuführkörpers mit dem Formkörper weisen die zueinander benachbarten Kontaktabschnitte ein Intervall von 78,5 mm oder kleiner auf.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper geradlinig.
In einer Ausführungsform weist der Formkörper eine Wabenstruktur auf.
Gemäß der mindestens einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC erhalten werden, das die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC verbessern kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Draufsicht eines Formkörpers in einem Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Zuführkörpers im Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht von unten des Zuführkörpers aus 2.
4 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 2 mit dem Formkörper aus 1 in Kontakt befindet.
5A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 5A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
6A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 6A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
7A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 7A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
8 ist eine schematische Draufsicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich ein Zuführkörper einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
9A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 9A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
10A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 10A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
11A ist eine Ansicht von unten eines Zuführkörpers in einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11B ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 11A mit dem Formkörper in Kontakt befindet.
12 ist eine Draufsichtfotografie einer Wabenstruktur, die im Beispiel 1 erhalten wird.
13 ist eine Draufsichtfotografie einer Wabenstruktur, die im Vergleichsbeispiel 1 erhalten wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen eingeschränkt.
A. Überblick über das Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC
1 ist eine Draufsicht eines Formkörpers in einem Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Zuführkörpers im Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Ansicht von unten des Zuführkörpers aus 2. 4 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen eines Zustands, in dem sich der Zuführkörper aus 2 mit dem Formkörper aus 1 in Kontakt befindet.
Das Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen Schritt des Imprägnierens eines geschmolzenen Metalls, das Si enthält, in einen Formkörper 1 (Imprägnierungsschritt) durch Erwärmen eines Zuführkörpers 2, der Si enthält, in einem Zustand, in dem sich der Zuführkörper 2 mit dem Formkörper 1 in Kontakt befindet. Im Imprägnierungsschritt ist ein Kontaktabschnitt des Zuführkörpers 2 mit dem Formkörper 1 ein Abschnitt einer Fläche des Zuführkörpers 2, die dem Formkörper 1 zugewandt ist.
Die Erfinder haben entdeckt, dass das geschmolzene, Si enthaltende Metall durch den Kontaktabschnitt in den gesamten Formkörper imprägniert werden kann, wenn sich im Imprägnierungsschritt ein Abschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper in Kontakt befindet, und somit ist die vorliegende Erfindung abgeschlossen worden. Gemäß dem obengenannten Verfahren befindet sich im Imprägnierungsschritt ein Abschnitt der Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, mit dem Formkörper in Kontakt und daher kann der Grad der Anhaftung des Zuführkörpers am Formkörper im Vergleich zu dem Fall, bei dem sich die gesamte Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, mit dem Formkörper in Kontakt befindet, verringert werden. Somit kann die Anhaftung des Zuführkörpers leicht entfernt werden und die Ausbeute der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC kann verbessert werden. Außerdem können die Abschnitte, an denen der Zuführkörper anhaften kann, eingeschränkt werden und daher kann ein Entfernungsschritt des Zuführkörpers, der am Formkörper anhaftet, problemlos durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC verbessert werden.
Der Formkörper ist ein zu imprägnierender Körper, in den im Imprägnierungsschritt das geschmolzene, Si enthaltende Metall imprägniert wird. Der Formkörper enthält SiC als eine Hauptkomponente, wie oben beschrieben ist. Zum Beispiel ist beabsichtigt, dass der Ausdruck „SiC“, wie hier verwendet, SiC, das unvermeidbare Verunreinigungen enthält, sowie reines SiC einschließt. Die bildenden Materialien für den Formkörper können außerdem Al und/oder Si zusätzlich zum SiC enthalten. Die bildenden Materialien für den Formkörper können außerdem ein Formhilfsmittel enthalten. Das Gehaltsverhältnis von SiC im Formkörper ist z. B. 50 Gew.-% oder größer, vorzugsweise 85 Gew.-% oder größer und ist z. B. 100 Gew.-% oder kleiner, vorzugsweise 95 Gew.-% oder kleiner.
Der Zuführkörper enthält Si als eine Hauptkomponente, wie oben beschrieben ist. Die bildenden Materialien für den Zuführkörper können außerdem Al zusätzlich zu Si enthalten. Die bildenden Materialien für den Zuführkörper können außerdem ein Formhilfsmittel enthalten.
Das Gehaltsverhältnis von Si im Zuführkörper ist z. B. 50 Gew.-% oder größer, vorzugsweise 90 Gew.-% oder größer, stärker bevorzugt 95 Gew.-% oder größer und ist z. B. 100 Gew.-% oder kleiner, vorzugsweise 97 Gew.-% oder kleiner, stärker bevorzugt 96 Gew.-% oder kleiner. Wenn das Gehaltsverhältnis von Si im Zuführkörper in derartige Bereiche fällt, kann das geschmolzene, Si enthaltende Metall im Imprägnierungsschritt gleichmäßig in den gesamten Formkörper imprägniert werden und es kann bewirkt werden, dass die Imprägnierungsmenge des Si in der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gleichmäßig ist.
In einer Ausführungsform befindet sich der Zuführkörper 2 an mehreren Kontaktabschnitten mit dem Formkörper 1 in Kontakt. Von den mehreren Kontaktabschnitten des Zuführkörpers 2 mit dem Formkörper 1 ist ein Intervall L zwischen den Kontaktabschnitten, die zueinander benachbart sind, 78,5 mm oder kleiner, vorzugsweise 70 mm oder kleiner, stärker bevorzugt 60 mm oder kleiner. Wenn das Intervall L zwischen den zueinander benachbarten Kontaktabschnitten kleiner oder gleich dem obengenannten oberen Grenzwert ist, kann das geschmolzene, Si enthaltende Metall im Imprägnierungsschritt gleichmäßiger in den gesamten Formkörper imprägniert werden und die Erzeugung eines Abschnitts, der unzureichend mit Si imprägniert ist, (Versagen der Imprägnierung mit Si) in der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC kann unterbunden werden. Als ein Ergebnis kann eine Schwankung der Leistungsfähigkeit der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC unterbunden werden und die Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC mit einer hervorragenden Leistungsfähigkeit kann stabil hergestellt werden. Insbesondere dann, wenn das Gehaltsverhältnis von Si im Zuführkörper in die obengenannten Bereiche fällt und das Intervall L zwischen den zueinander benachbarten Kontaktabschnitten kleiner oder gleich dem obengenannten oberen Grenzwert ist, kann bewirkt werden, dass die Imprägnierungsmenge von Si in der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gleichmäßiger ist. Der untere Grenzwert des Intervalls L zwischen den zueinander benachbarten Kontaktabschnitten ist üblicherweise 10 mm oder größer.
In einer Ausführungsform ist der Abstand vom Kontaktabschnitt zwischen dem Zuführkörper und dem Formkörper zur Endfläche des Formkörpers kleiner oder gleich ½ des Intervalls L. Mi dieser Konfiguration kann das geschmolzene, Si enthaltende Metall im Imprägnierungsschritt gleichmäßiger in den gesamten Formkörper imprägniert werden.
Der Kontakt des Zuführkörpers 2 mit dem Formkörper 1 kann ein Punktkontakt, ein Linienkontakt oder ein Flächenkontakt sein. Wenn sich der Zuführkörper 2 an mehreren Kontaktabschnitten mit dem Formkörper 1 in Kontakt befindet, können die mehreren Kontaktabschnitte alle irgendeines von einem Punktkontakt, einem Linienkontakt oder einem Flächenkontakt sein oder können in zwei oder mehr Kontaktarten von einem Punktkontakt, einem Linienkontakt und einem Flächenkontakt vorliegen. Wenn der Zuführkörper 2 und der Formkörper 1 miteinander in Flächenkontakt gebracht werden, werden jedes der Intervalle L zwischen den zueinander benachbarten Kontaktabschnitten und der Abstand zwischen dem Kontaktabstand und der Endfläche des Formkörpers auf der Grundlage eines Endabschnitts (einer Endkante) eines Flächenkontaktabschnitts gemessen. Zum Beispiel bedeutet das Intervall L zwischen den zueinander benachbarten Flächenkontaktabschnitten einen Abstand von einem Endabschnitt (einer Endkante) eines Flächenkontaktabschnitts zu einem Endabschnitt (einer Endkante) eines weiteren Flächenkontaktabschnitts und das Intervall L zwischen einem Flächenkontaktabschnitt und einem Punktkontaktabschnitt, die zueinander benachbart sind, bedeutet einen Abstand von einem Endabschnitt (einer Endkante) des Flächenkontaktabschnitts zum Punktkontaktabschnitt.
Der Flächeninhalt des Kontaktabschnitts zwischen dem Zuführkörper und dem Formkörper (die Summe der Flächeninhalte mehrerer Kontaktabschnitte, wenn es mehrere Kontaktabschnitte gibt) ist z. B. 40 % oder kleiner, vorzugsweise 30 % oder kleiner, wenn der Flächeninhalt der Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, als 100 % definiert ist. Wenn der Flächeninhalt des Kontaktabschnitts kleiner oder gleich dem obengenannten oberen Grenzwert ist, kann der Grad der Anhaftung des Zuführkörpers am Formkörper weiter verringert werden und die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC kann weiter verbessert werden. Der untere Grenzwert des Flächeninhalts des Kontaktabschnitts ist üblicherweise 1 % oder größer.
Im Imprägnierungsschritt werden der Formkörper 1 und der Zuführkörper 2 üblicherweise in einem Zustand erwärmt, in dem sich der Si enthaltende Zuführkörper 2 mit dem SiC enthaltenden Formkörper 1 in Kontakt befindet. Die Erwärmungstemperatur ist z. B. 1200 °C oder höher, vorzugsweise 1300 °C oder höher und ist z. B. 1600 °C oder niedriger, vorzugsweise 1500 °C oder niedriger. Die Erwärmungszeit ist z. B. 10 Minuten oder länger, vorzugsweise 1 Stunde oder länger. Wenn die Erwärmungstemperatur in die obengenannten Bereiche fällt und/oder die Erwärmungszeit größer oder gleich dem obengenannten unteren Grenzwert ist, kann das Si enthaltende, geschmolzene Metall problemlos in den Formkörper imprägniert werden. Der obere Grenzwert der Erwärmungszeit ist üblicherweise 10 Stunden oder kürzer, vorzugsweise 5 Stunden oder kürzer. Wenn die Erwärmungszeit kleiner oder gleich dem obengenannten oberen Grenzwert ist, kann die Produktionsleistung der Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC weiter verbessert werden.
Der Imprägnierungsschritt wird vorzugsweise unter verringertem Druck durchgeführt. Wenn der Imprägnierungsschritt unter verringertem Druck durchgeführt wird, kann das Si enthaltende, geschmolzene Metall nochmals problemloser in den Formkörper imprägniert werden. Der Druck im Imprägnierungsschritt ist z. B. 500 Pa oder niedriger, vorzugsweise 300 Pa oder niedriger, stärker bevorzugt 200 Pa oder niedriger und ist üblicherweise 10 Pa oder höher. Der Imprägnierungsschritt kann ebenso unter Normaldruck (0,1 MPa) durchgeführt werden.
Ein Formkörper und ein Zuführkörper in einem Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC werden unten beschrieben.
B. Formkörper (Wabenformkörper)
Ein Formkörper kann abhängig von der Anwendung einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC eine beliebige geeignete Form aufweisen. Beispiele für die Form des Formkörpers enthalten eine Säulenform, eine elliptische Säulenform und eine Prismenform. Außerdem kann der Formkörper in einem Mittelabschnitt davon in einem Querschnitt in einer Richtung, die zu einer axialen Richtung (einer Längsrichtung) des Formkörpers senkrecht ist, einen hohlen Bereich enthalten.
In einer Ausführungsform ist der Formkörper ein Wabenformkörper mit einer Wabenstruktur. Wenn der Formkörper ein Wabenformkörper ist, kann die Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC eine Wabenstruktur sein. Der Wabenformkörper weist mehrere Zellen auf. Die Zellen erstrecken sich von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche des Wabenformkörpers in einer axialen Richtung (einer Längsrichtung) des Wabenformkörpers. Die Zellen weisen jeweils in einem Querschnitt in einer Richtung, die zur axialen Richtung des Wabenformkörpers senkrecht ist, eine beliebige geeignete Form auf. Als die Schnittform jeder der Zellen sind z. B. eine dreieckige Form, eine viereckige Form, eine fünfeckige Form, und eine Polygonform mit einer sechseckigen Form oder höher gegeben. Alle Zellen können dieselbe Schnittform und Größe aufweisen oder zumindest einige der Zellen können bezüglich Schnittform und Größe unterschiedlich sein.
Der Wabenformkörper in einer Ausführungsform ist in 1 veranschaulicht. Ein Wabenformkörper 1a weist eine Säulenform auf und enthält in einem Mittelabschnitt davon einen hohlen Bereich. Eine erste Endfläche (eine obere Fläche) und eine zweite Endfläche (eine untere Fläche) des Wabenformkörpers 1a sind jeweils eine ebene Fläche, die zu einer axialen Richtung des Wabenformkörpers senkrecht ist. Der Außendurchmesser des Wabenformkörpers kann abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Der Außendurchmesser des Wabenformkörpers kann z. B. im Bereich von 20 mm bis 200 mm und z. B. im Bereich von 30 mm bis 100 mm liegen. Wenn die Schnittform des Wabenformkörpers keine Kreisform ist, kann der Durchmesser eines maximalen eingeschriebenen Kreises, der in die Schnittform (z. B. eine Polygonform) des Wabenformkörpers eingeschrieben ist, als der Außendurchmesser der Wabenstruktur definiert werden. Die Länge des Wabenformkörpers kann abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Die Länge des Wabenformkörpers kann z. B. im Bereich von 3 mm bis 200 mm, z. B. im Bereich von 5 mm bis 100 mm und z. B. im Bereich von 10 mm bis 50 mm liegen.
Der Wabenformkörper 1a enthält Folgendes: eine Außenumfangswand 11; eine Innenumfangswand 12, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand 11 angeordnet ist; und Trennwände 13, die zwischen der Außenumfangswand 11 und der Innenumfangswand 12 angeordnet sind.
Die Außenumfangswand 11 weist eine zylindrische Form auf. Die Innenumfangswand 12 weist eine zylindrische Form mit einem Durchmesser, der kleiner als jener der Außenumfangswand 11 ist, auf. Die Außenumfangswand 11 und die Innenumfangswand 12 weisen eine gemeinsame Achse auf. Die Dicken der Außenumfangswand 11 und der Innenumfangswand 12 können jeweils abhängig von der Anwendung der Wabenstruktur geeignet eingestellt werden. Die Dicken der Außenumfangswand 11 und der Innenumfangswand 12 können z. B. jeweils im Bereich von 0,3 mm bis 10 mm liegen und können z. B. jeweils im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm liegen. Wenn die Dicken der Außenumfangswand und/oder der Innenumfangswand in derartige Bereiche fallen, kann der durch eine externe Kraft bewirkte Bruch (z. B. Fehlstellen und Risse) der Wand unterbunden werden.
Die Trennwände 13 definieren mehrere Zellen 14. Genauer weisen die Trennwände 13 jeweils eine erste Trennwand 13a, die sich in einer Strahlungsrichtung ausgehend von der Innenumfangswand 12 zur Außenumfangswand 11 erstreckt, und eine zweite Trennwand 13b, die sich in einer Umfangsrichtung erstreckt, auf und die ersten Trennwände 13a und die zweiten Trennwände 13b definieren die mehreren Zellen 14. Die Schnittform jeder der Zellen 14 ist eine viereckige Form (ein Rechteck, das in einer radialen Richtung des Wabenformkörpers gestreckt ist).
Außerdem sind die ersten Trennwände 13a und die zweiten Trennwände 13b zueinander senkrecht, obwohl das nicht gezeigt ist, und können die Zellen 14 definieren, die mit Ausnahme der Abschnitte, in denen sich die ersten Trennwände 13a und die zweiten Trennwände 13b mit der Innenumfangswand 12 und der Außenumfangswand 11 in Kontakt befinden, jeweils eine Schnittform mit einer viereckigen Form (einer quadratischen Form) aufweisen.
Die Zellendichte (d. h. die Anzahl der Zellen 14 pro Einheitsfläche) in dem Querschnitt in der Richtung, die zur axialen Richtung des Wabenformkörpers senkrecht ist, kann abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Die Zellendichte kann z. B. im Bereich von 4 Zellen/cm² bis 320 Zellen/cm² liegen. Wenn die Zellendichte in einen derartigen Bereich fällt, können die Festigkeit und der wirksame geometrische Flächeninhalt (GSA) der Wabenstruktur ausreichend sichergestellt werden.
Die Dicke jeder der Trennwände 13 kann abhängig von der Anwendung der Wabenstruktur geeignet eingestellt werden. Die Dicke jeder der Trennwände 13 ist üblicherweise jeweils kleiner als die Dicke der Außenumfangswand 11 und der Innenumfangswand 12. Die Dicke jeder der Trennwände 13 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm oder z. B. im Bereich von 0,2 mm bis 0,6 mm liegen. Wenn die Dicke jeder der Trennwände in einen derartigen Bereich fällt, kann die Wabenstruktur erhalten werden, die eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist. Außerdem kann ein ausreichender Öffnungsflächeninhalt (Gesamtflächeninhalt der Zellen im Querschnitt) erhalten werden.
Die Porosität in der Außenumfangswand 11, der Innenumfangswand 12 und den Trennwänden 13 kann jeweils abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Ihre Porosität ist z. B. 15 % oder höher, vorzugsweise 20 % oder höher und ist z. B. 50 % oder niedriger, vorzugsweise 45 % oder niedriger. Die Porosität kann z. B. durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen werden. Wenn die Porosität in der Außenumfangswand, der Innenumfangswand und den Trennwänden in derartige Bereiche fällt, kann in einem Imprägnierungsschritt ein geschmolzenes Metall unter Verwendung einer Kapillarkraft in den Wabenformkörper imprägniert werden.
Die Dichte (die Dichte des Formkörpers) in der Außenumfangswand 11, der Innumfangswand 12 und den Trennwänden 13 kann jeweils abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Ihre Dichte ist z. B. 1,7 g/cm³ oder höher, vorzugsweise 1,8 g/cm³ oder höher und ist z. B. 2,6 g/cm³ oder niedriger, vorzugsweise 2,8 g/cm³ oder niedriger. Die Dichte kann z. B. durch Quecksilber-Porosimetrie gemessen werden. Wenn die Dichte der Außenumfangswand, der Innenumfangswand und der Trennwände jeweils in derartige Bereiche fällt, können im Inneren der Außenumfangswand, der Innenumfangswand und der Trennwände Poren mit der oben beschriebenen Porosität gebildet sein.
Ein derartiger Formkörper (Wabenformkörper) kann durch das folgende Verfahren erzeugt werden. Zuerst werden ein Bindemittel, Wasser oder ein organisches Lösungsmittel einem Pulver aus anorganischem Material, das ein SiC-Pulver enthält, hinzugefügt und das resultierende Gemisch wird geknetet, um ein verformbares Material zu bilden. Das verformbare Material wird in eine gewünschte Form geformt (üblicherweise stranggepresst) und getrocknet, um einen Trockenkörper (einen Wabentrockenkörper) zu erzeugen. Daraufhin wird der Trockenkörper (der Wabentrockenkörper) einer vorgegebenen Verarbeitung der äußeren Form unterzogen und somit kann ein Formkörper (ein Wabenformkörper) mit einer gewünschten Form erhalten werden.
C. Zuführkörper
Ein Zuführkörper kann abhängig von der Form des Formkörpers eine beliebige geeignete Form aufweisen. Der Zuführkörper weist z. B. eine Plattenform mit einer vorgegebenen Dicke auf. Beispiele für die Schnittform des Zuführkörpers in einer Richtung, die zur Dickenrichtung senkrecht ist, enthalten eine Kreisform, eine elliptische Form und eine Polygonform. Außerdem kann der Zuführkörper in einem Mittelabschnitt eines Querschnitts davon einen hohlen Bereich enthalten. Der Zuführkörper, der den hohlen Bereich enthält, weist eine sogenannte „Doughnut“-Form auf.
In einer Ausführungsform weist der Zuführkörper Vorsprünge auf. Die Zuführkörper mit Vorsprüngen sind in 2 bis 8 veranschaulicht.
Wie in 2 und 3 veranschaulicht ist, enthält der Zuführkörper 2 Folgendes: einen Hauptkörper 21, der eine Scheibenform (die Form einer ringförmigen Platte) aufweist, wobei er in einem Mittelabschnitt davon einen hohlen Bereich aufweist; und mehrere Vorsprünge 22, die jeweils vom Hauptkörper 21 vorstehen.
Die Dicke des Hauptkörpers 21 kann abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Die Dicke des Hauptkörpers 21 kann z. B. im Bereich von 5 mm bis 25 mm und z. B. im Bereich von 8 mm bis 15 mm liegen.
Die mehreren Vorsprünge 22 sind auf einer Fläche des Hauptkörpers 21 in einer Dickenrichtung gebildet. Die mehreren Vorsprünge 22 sind üblicherweise in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung des Hauptkörpers 21 angeordnet. Die Anzahl der Vorsprünge 22 ist im veranschaulichten Beispiel vier, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die Anzahl der Vorsprünge 22 kann z. B. im Bereich von 4 oder mehr bis 20 oder weniger und z. B. im Bereich von 4 oder mehr und 10 oder weniger liegen. Die vorstehende Länge (die Abmessung in der Dickenrichtung des Hauptkörpers) jedes der Vorsprünge 22 kann abhängig vom Zweck geeignet eingestellt werden. Die vorstehende Länge jedes der Vorsprünge 22 kann z. B. im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm und z. B. im Bereich von 1 mm bis 3 mm liegen. Wie in 4 veranschaulicht ist, weist der Vorsprung 22 in dem Querschnitt in der Dickenrichtung des Hauptkörpers 21 eine Bogenform auf (bogenförmiger Querschnitt). In einer Ausführungsform kann der Vorsprung eine Halbkugelform aufweisen. Wenn der Vorsprung einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, ist er weniger anfällig dafür, das zur Zeit der Herstellung (insbesondere beim Pressformen) des Zuführkörpers beim Vorsprung Absplitterung auftritt. Somit kann die Formstabilität zur Zeit der Herstellung des Zuführkörpers erwartet werden.
Im Imprägnierungsschritt wird der Zuführkörper 2 auf dem Formkörper 1 (dem Wabenformkörper 1a) angeordnet, derart, dass die Vorsprünge 22 mit der ersten Endfläche des Formkörpers 1 (des Wabenformkörpers 1a) in Kontakt gebracht werden. In diesem Zustand ist die Fläche des Zuführkörpers 2, die die Vorsprünge 22 enthält, dem Formkörper 1 (dem Wabenformkörper 1a) zugewandt und die Vorsprünge 22 stehen vom Hauptkörper 21 in Richtung des Formkörpers 1 vor. Ein Abschnitt (insbesondere ein Scheitel eines Bogens) jedes der Vorsprünge 22 befindet sich mit der ersten Endfläche des Formkörpers 1 (des Wabenformkörpers 1a) in Kontakt.
Wie in 5A und 5B veranschaulicht ist, ist nicht erforderlich, dass der Hauptkörper 21 den hohlen Bereich enthält. Außerdem ist die Größe von jedem der Vorsprünge 22 nicht insbesondere eingeschränkt.
Wie in 6A und 6B und 7A und 7B veranschaulicht ist, können die Vorsprünge 22 jeweils die Form einer polygonalen Pyramide aufweisen. Wenn die Vorsprünge jeweils die Form einer polygonalen Pyramide aufweisen, können die Kontaktpositionen mit dem Formkörper im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Vorsprünge jeweils einen bogenförmigen Querschnitt aufweisen, genau eingestellt werden. Somit können die Abschnitte, an denen der Zuführkörper anhaften kann, genau gesteuert werden und der Entfernungsschritt des Zuführkörpers, der am Formkörper anhaftet, kann problemloser durchgeführt werden. Beispiele für die Form einer polygonalen Pyramide enthalten eine dreieckige Pyramide, eine viereckige Pyramide und eine polygonale Pyramide mit einer fünfeckigen Pyramide oder höher. Der Winkel des Scheitels des Vorsprungs, der die Form einer polygonalen Pyramide aufweist, kann auf einen beliebigen geeigneten Wert eingestellt werden.
Wie in 8 veranschaulicht ist, kann der Hauptkörper 21 eine Säulenform (eine zylindrische Form) aufweisen, die in einem Mittelabschnitt davon einen hohlen Bereich enthält und die Vorsprünge 22 können auf einer Außenumfangsfläche des Hauptkörpers 21 gebildet sein. In diesem Fall enthält der Formkörper 1 (der Wabenformkörper 1a) einen hohlen Bereich. Im Imprägnierungsschritt wird der Zuführkörper 2 im hohlen Bereich des Formkörpers 1 (des Wabenformkörpers 1a) angeordnet und die Vorsprünge 22 werden mit einer Innenumfangsfläche des Formkörpers 1 (des Wabenformkörpers 1a) in Kontakt gebracht.
In einer Ausführungsform erstreckt sich der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper geradlinig. Zuführkörper, die jeweils mit dem Formkörper in einer geradlinigen Form in Kontakt gebracht werden können, sind in 9A bis 11B veranschaulicht. Wenn sich der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper geradlinig erstreckt, kann die Kontaktfläche zwischen dem Zuführkörper und dem Formkörper selbst dann, wenn in einem Abschnitt des Kontaktabschnitts ein Bruch wie etwa Absplittern auftritt, ausreichend sichergestellt werden und das Auftreten eines Versagens der Imprägnierung von Si in die Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC kann stabil gesteuert werden.
Wie in 9A und 9B veranschaulicht ist, weist der Zuführkörper 2 eine sogenannte „Doughnut“-Form auf. Die Fläche des Zuführkörpers 2, die dem Formkörper 1 zugewandt ist, weist in dem Querschnitt in der Dickenrichtung eine Bogenform auf (bogenförmiger Querschnitt). Die Fläche mit einem bogenförmigen Querschnitt erstreckt sich vollständig in der Umfangsrichtung des Zuführkörpers 2. Im Imprägnierungsschritt wird ein Abschnitt (insbesondere ein Scheitel) der Fläche mit einem bogenförmigen Querschnitt des Zuführkörpers 2 in einer geradlinigen Form, die sich in der Umfangsrichtung des Zuführkörpers erstreckt, mit dem Formkörper 1 (dem Wabenformkörper 1a) in Kontakt gebracht.
Außerdem kann, wie in 10A und 10B veranschaulicht ist, die Fläche des Zuführkörpers 2, die dem Formkörper 1 zugewandt ist, in dem Querschnitt in der Dickenrichtung eine V-Form aufweisen (V-förmiger Querschnitt). Der Winkel eines Scheitels der Fläche mit dem V-förmigen Querschnitt kann auf einen beliebigen geeigneten Wert eingestellt werden.
In den Konfigurationen, die in 9A und 9B bzw. 10A und 10B veranschaulicht sind, enthält der Zuführkörper 2 einen hohlen Bereich, jedoch ist es nicht erforderlich, dass er den hohlen Bereich enthält. In diesem Fall steht ein Abschnitt des Zuführkörpers, der die Fläche mit der obengenannten, spezifischen Schnittform (bogenförmiger Querschnitt oder V-förmiger Querschnitt) enthält, von einem Umfangsendabschnitt des Hauptkörpers, der eine Scheibenform aufweist, vor und kann einem Vorsprung entsprechen, obwohl dies nicht gezeigt ist. Außerdem kann, wie in 11A und 11B veranschaulicht ist, der Zuführkörper 2 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Ein derartiger Zuführkörper kann durch das folgende Verfahren erzeugt werden. Ein Materialpulver, das Si-Pulver enthält, wird in eine gewünschte Form ausgebildet (üblicherweise durch Pressformen) und daraufhin getrocknet, um einen Zuführkörper mit der gewünschten Form bereitzustellen.
In den obengenannten Ausführungsformen wird der Zuführkörper, der die obengenannte, spezifische Struktur (Vorsprung, bogenförmiger Querschnitt oder V-förmiger Querschnitt) aufweist, mit der ebenen ersten Endfläche des Formkörpers in Kontakt gebracht, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Zum Beispiel kann ein Vorsprung auf dem Formkörper gebildet sein und der Vorsprung kann mit einer ebenen Endfläche des Zuführkörpers in Kontakt gebracht werden. Mit dieser Konfiguration kann ebenfalls ein Abschnitt der Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, mit dem Formkörper in Kontakt gebracht werden.
Außerdem befinden sich der Zuführkörper und der Formkörper in den obengenannten Ausführungsformen in direktem Kontakt miteinander, jedoch können sich der Zuführkörper und der Formkörper über ein Zwischenelement miteinander in Kontakt befinden. In diesem Fall bedeutet der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper einen Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Zwischenelement. Mit dieser Konfiguration kann der Grad der Anhaftung des Zuführkörpers am Formkörper ebenfalls verringert werden. Das Zwischenelement ist jeweils vom Zuführkörper und vom Formkörper getrennt und weist üblicherweise dieselbe Form wie jene des obengenannten Vorsprungs auf. In einer Ausführungsform wird das Zwischenelement im Imprägnierungsschritt zwischen der ebenen ersten Endfläche des Formkörpers und der ebenen Endfläche des Zuführkörpers eingebettet. Als ein verträgliches Material für das Zwischenelement sind z. B. ein bildendes Material für den obengenannten Formkörper, ein bildendes Material für den obengenannten Zuführkörper und ein Vorläufermaterial von SiC (z. B. Kohlenstoff) gegeben.
Beispiele
Nun wird die vorliegende Erfindung mittels Beispielen insbesondere beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.
<Beispiel 1>
1. Erzeugung des Wabenformkörpers
Ein verformbares Material, das ein SiC-Pulver und ein Formhilfsmittelpulver enthielt, wurde in die in 1 veranschaulichte Form stranggepresst und anschließend getrocknet, um einen Wabentrockenkörper bereitzustellen. Daraufhin wurde der Wabentrockenkörper einer Außenflächenverarbeitung unterzogen, um einen Wabenformkörper bereitzustellen. Der Wabenformkörper wies eine Außenumfangswand (Außendurchmesser: 86 mm), eine Innenumfangswand (Innendurchmesser: 66 mm), die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet war, und Trennwände, die zwischen der Außenumfangswand und der Innenumfangswand angeordnet waren und mehrere Zellen definierten, auf. Die Zellendichte im Wabenformkörper war 56 Zellen/cm², die Dicke jeder der Trennwände war 0,3 mm und die Dicke der Außenumfangswand und der Innenumfangswand war jeweils 2 mm.
2. Erzeugung des Zuführkörpers
Ein Materialpulver, das ein Si-Pulver und ein Formhilfsmittelpulver enthielt, wurde in die in 2 veranschaulichte Form stranggepresst und anschließend getrocknet, um einen Zuführkörper bereitzustellen. Der Zuführkörper wies einen Hauptkörper (Innendurchmesser: 41 mm, Außendurchmesser: 73 mm, Dicke: 10 mm) mit der Form einer ringförmigen Platte und vier Vorsprüngen, die vom Hauptkörper vorstanden, auf.
3. Imprägnierungsschritt
Daraufhin wurde, wie in 4 veranschaulicht ist, der Zuführkörper auf dem Wabenformkörper angeordnet, derart, dass die Vorsprünge des Zuführkörpers mit dem Wabenformkörper in Form gebracht wurden. Danach wurde das Ergebnis bei 1500 °C für 4 Stunden unter Bedingungen mit verringertem Druck (200 Pa) erwärmt, um dadurch ein geschmolzenes Metall, das Si enthält, in den Wabenformkörper zu imprägnieren. Von den Kontaktabschnitten zwischen den Vorsprüngen und dem Wabenformkörper war ein Intervall zwischen den Kontaktabschnitten, die zueinander benachbart sind, 54 mm.
Auf die oben beschriebene Weise wurde eine Wabenstruktur (eine Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC) erhalten. Danach wurde die Wabenstruktur auf eine Raumtemperatur (23 °C) abgekühlt und der Anhaftungszustand des Zuführkörpers an der Wabenstruktur wurde geprüft. In 12 ist eine Draufsichtfotografie der im Beispiel 1 erhaltenen Wabenstruktur gezeigt.
<Vergleichsbeispiel 1>
Eine Wabenstruktur (eine Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC) wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass der Zuführkörper die Vorsprünge nicht aufwies und im Imprägnierungsschritt die gesamte untere Fläche des Zuführkörpers mit dem Wabenformkörper in Kontakt gebracht wurde. Danach wurde die Wabenstruktur auf eine Raumtemperatur (23 °C) abgekühlt und der Anhaftungszustand des Zuführkörpers an der Wabenstruktur wurde erkannt. In 13 ist eine Draufsichtfotografie der im Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Wabenstruktur gezeigt.
Wie aus 12 und 13 ersichtlich ist, kann der Grad der Anhaftung (des Klebens) des Zuführkörpers an der Wabenstruktur verringert werden und der Anhaftungsabschnitt (Klebeabschnitt) kann eingeschränkt werden, wenn der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Wabenformkörper als ein Abschnitt der Fläche gebildet ist, die im Imprägnierungsschritt dem Formkörper zugewandt ist.
Das Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beim Herstellen diverser industrieller Erzeugnisse verwendet und kann insbesondere bei der Herstellung eines Wärmetauschers geeignet verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 211145387 A [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

WO211/145387 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC, das einen Schritt des Imprägnierens eines geschmolzenen Metalls, das Si enthält, in einen Formkörper, der SiC enthält, durch Erwärmen eines Zuführkörpers, der Si enthält, in einem Zustand, in dem sich der Zuführkörper mit dem Formkörper in Kontakt befindet, umfasst, wobei ein Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper ein Abschnitt einer Fläche des Zuführkörpers ist, die dem Formkörper zugewandt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach Anspruch 1, wobei die Fläche des Zuführkörpers, die dem Formkörper zugewandt ist, einen Vorsprung aufweist, der in Richtung des Formkörpers vorsteht, und wobei der Vorsprung mit dem Formkörper in Kontakt gebracht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach Anspruch 2, wobei der Vorsprung einen bogenförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach Anspruch 2, wobei der Vorsprung die Form einer polygonalen Pyramide aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der Zuführkörper an mehreren Kontaktabschnitten mit dem Formkörper in Kontakt befindet, und wobei von den mehreren Kontaktabschnitten des Zuführkörpers mit dem Formkörper die Kontaktabschnitte, die zueinander benachbart sind, ein Intervall von 78,5 mm oder kleiner aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der Kontaktabschnitt des Zuführkörpers mit dem Formkörper geradlinig erstreckt.
Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur auf der Grundlage von Si-SiC nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Formkörper eine Wabenstruktur aufweist.