JP2000128637A - セラミックス発熱体 - Google Patents
セラミックス発熱体Info
- Publication number
- JP2000128637A JP2000128637A JP10308628A JP30862898A JP2000128637A JP 2000128637 A JP2000128637 A JP 2000128637A JP 10308628 A JP10308628 A JP 10308628A JP 30862898 A JP30862898 A JP 30862898A JP 2000128637 A JP2000128637 A JP 2000128637A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heating element
- oxide
- average particle
- conductive material
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 25
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 229910020968 MoSi2 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910008062 Si-SiO2 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910006403 Si—SiO2 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102100032566 Carbonic anhydrase-related protein 10 Human genes 0.000 description 1
- 101100321669 Fagopyrum esculentum FA02 gene Proteins 0.000 description 1
- 102100036738 Guanine nucleotide-binding protein subunit alpha-11 Human genes 0.000 description 1
- 101000867836 Homo sapiens Carbonic anhydrase-related protein 10 Proteins 0.000 description 1
- 101100283445 Homo sapiens GNA11 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910008065 Si-SiO Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006405 Si—SiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックを基材とし、導電性物質を内部に分
散させたセラミック発熱体は、導電性物質が直接大気中
の酸素と接触しやすく、発熱させた場合に導電性物質が
酸化してすぐに抵抗が増加し断線してしまうという問題
があった。 【解決手段】発熱体を構成する導電性物質粒子の周囲を
2〜20体積%のRE(周期律表第3a族元素)−Si
またはRE−Al−Siを主成分とする酸化物あるいは
酸窒化物層が被覆しており、その厚みが1〜20μmで
あるセラミックス発熱体。
散させたセラミック発熱体は、導電性物質が直接大気中
の酸素と接触しやすく、発熱させた場合に導電性物質が
酸化してすぐに抵抗が増加し断線してしまうという問題
があった。 【解決手段】発熱体を構成する導電性物質粒子の周囲を
2〜20体積%のRE(周期律表第3a族元素)−Si
またはRE−Al−Siを主成分とする酸化物あるいは
酸窒化物層が被覆しており、その厚みが1〜20μmで
あるセラミックス発熱体。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンエンジン
の排気ガス浄化触媒担体用ハニカム構造体、ディーゼル
エンジンのパティキュレート(粒子状物質)除去用ハニ
カム構造体、脱臭用、温風用、温水用などの加熱を必要
とするハニカム構造のセラミック発熱体に好適に利用で
き、さらには一般の工業用、民生用の発熱体としても利
用できる。
の排気ガス浄化触媒担体用ハニカム構造体、ディーゼル
エンジンのパティキュレート(粒子状物質)除去用ハニ
カム構造体、脱臭用、温風用、温水用などの加熱を必要
とするハニカム構造のセラミック発熱体に好適に利用で
き、さらには一般の工業用、民生用の発熱体としても利
用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車の内燃機関から排出される
排気ガス中の窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(C
O)、炭化水素(HC)を浄化するために、触媒を表面
積が大きく、かつ、流体の圧力損失が小さいハニカム構
造体に担持させて浄化させている。近年においては、排
ガス規制のさらなる強化に伴い、コールドスタート時の
触媒浄化性能を向上させるために、ハニカム構造体に通
電・発熱させ、触媒を活性温度域までエンジン始動直後
より急速昇温させ、早期に触媒を活性化させるEHC
(Electrically Heated Catalysts )の試みが行われて
いる。このハニカム構造発熱体として、近年金属製のも
のが提案されている。
排気ガス中の窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(C
O)、炭化水素(HC)を浄化するために、触媒を表面
積が大きく、かつ、流体の圧力損失が小さいハニカム構
造体に担持させて浄化させている。近年においては、排
ガス規制のさらなる強化に伴い、コールドスタート時の
触媒浄化性能を向上させるために、ハニカム構造体に通
電・発熱させ、触媒を活性温度域までエンジン始動直後
より急速昇温させ、早期に触媒を活性化させるEHC
(Electrically Heated Catalysts )の試みが行われて
いる。このハニカム構造発熱体として、近年金属製のも
のが提案されている。
【0003】しかしながら、金属製のハニカム構造発熱
体では、熱容量が大きいために急速昇温には適しておら
ず、目的とするコールドスタート時の浄化性能の向上を
はかれないという問題があり、さらなる急速昇温可能な
ハニカム構造発熱体が切望されている。
体では、熱容量が大きいために急速昇温には適しておら
ず、目的とするコールドスタート時の浄化性能の向上を
はかれないという問題があり、さらなる急速昇温可能な
ハニカム構造発熱体が切望されている。
【0004】そこで、セラミックス中に導電性物質を分
散させたセラミック発熱体をハニカム構造体とすること
も提案されている。
散させたセラミック発熱体をハニカム構造体とすること
も提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】セラミックを基材と
し、導電性物質を内部に分散させたセラミック発熱体
は、熱容量が金属発熱体に較べて小さく有利であるが、
セラミック発熱体中の導電性物質が直接大気中の酸素と
接触しやすく、発熱させた場合に導電性物質が酸化して
すぐに抵抗が増加し、その部分が異常発熱するようにな
り断線してしまうという問題があった。
し、導電性物質を内部に分散させたセラミック発熱体
は、熱容量が金属発熱体に較べて小さく有利であるが、
セラミック発熱体中の導電性物質が直接大気中の酸素と
接触しやすく、発熱させた場合に導電性物質が酸化して
すぐに抵抗が増加し、その部分が異常発熱するようにな
り断線してしまうという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、金属製の
ハニカム構造のセラミック発熱体の弱点である急速昇温
性に着目し、熱容量の小さなセラミックスを素材に用い
ることで、従来にはない急速昇温可能なハニカム構造の
セラミック発熱体を提供し、さらには耐腐食性に優れ、
機械的強度の高いハニカム構造発熱体を発明するに至っ
た。すなわち、セラミック発熱体中に分散された導電性
物質粒子の周囲をRA(周期律表第3a族元素)−Si
またはRE−Al−Siを主成分とした酸化物あるいは
酸窒化物層で1〜20μmの厚さで被覆すると、耐久性
良好なセラミック発熱体を得られることが判った。
ハニカム構造のセラミック発熱体の弱点である急速昇温
性に着目し、熱容量の小さなセラミックスを素材に用い
ることで、従来にはない急速昇温可能なハニカム構造の
セラミック発熱体を提供し、さらには耐腐食性に優れ、
機械的強度の高いハニカム構造発熱体を発明するに至っ
た。すなわち、セラミック発熱体中に分散された導電性
物質粒子の周囲をRA(周期律表第3a族元素)−Si
またはRE−Al−Siを主成分とした酸化物あるいは
酸窒化物層で1〜20μmの厚さで被覆すると、耐久性
良好なセラミック発熱体を得られることが判った。
【0007】また、導電性物質として少なくとも周期律
表第4a、5a、6a族の窒化物、炭化物、珪化物、硼
化物の1種類以上を主成分とし、導電性物質の平均粒径
が窒化珪素の平均粒径よりも大きく、かつ70μm以下
であるセラミックスで構成すればより好適である。さら
に、導電性物質としてはMoSi2 を主成分とするもの
が望ましい。
表第4a、5a、6a族の窒化物、炭化物、珪化物、硼
化物の1種類以上を主成分とし、導電性物質の平均粒径
が窒化珪素の平均粒径よりも大きく、かつ70μm以下
であるセラミックスで構成すればより好適である。さら
に、導電性物質としてはMoSi2 を主成分とするもの
が望ましい。
【0008】本発明によれば、窒化珪素はエンジニアリ
ングセラミックスの代表的材料であり、その特徴である
機械的強度、破壊靭性値が高く、さらには耐熱衝撃性に
優れていることから急速昇温性を要求される発熱体の母
材として好適である。
ングセラミックスの代表的材料であり、その特徴である
機械的強度、破壊靭性値が高く、さらには耐熱衝撃性に
優れていることから急速昇温性を要求される発熱体の母
材として好適である。
【0009】また、導電性物質粒子の周囲をRE(周期
律表第3a族元素)−SiまたはRE−Al−Siを主
成分とする酸化物あるいは酸窒化物層が被覆することで
さらに耐酸化特性を向上させ、導電性の低下による抵抗
値の変化を抑制することができるが、その層厚みが厚く
なると導電性が極端に低下し発熱体として有効でなくな
るので、その層厚みは20μm以下が望ましい。また、
その層の厚みは、1μmより小さいと導電性物質が酸化
され易くなり、層の厚みを制御するのも製造上困難とな
る。
律表第3a族元素)−SiまたはRE−Al−Siを主
成分とする酸化物あるいは酸窒化物層が被覆することで
さらに耐酸化特性を向上させ、導電性の低下による抵抗
値の変化を抑制することができるが、その層厚みが厚く
なると導電性が極端に低下し発熱体として有効でなくな
るので、その層厚みは20μm以下が望ましい。また、
その層の厚みは、1μmより小さいと導電性物質が酸化
され易くなり、層の厚みを制御するのも製造上困難とな
る。
【0010】粒界相は焼成温度において窒化珪素や導電
性物質と良好な濡れ性を有するため、緻密化を促す役目
およびそれらの間隙を埋めるように存在し、酸化を防止
する役目を担う。従ってRE−SiまたはRE−Al−
Siを主成分とする酸化物あるいは酸窒化物(粒界相)
の含有量を2〜20体積%としたのは、2体積%より少
ない場合、導電性物質の被覆が不十分となり、導電性物
質が酸化して抵抗が増加し好ましくないためである。ま
た、20体積%を越えると耐久テスト中に粒界相中のイ
オンのマイグレーションが活発になるため耐久性が低下
し抵抗値の上昇を引き起こすので好ましくない。
性物質と良好な濡れ性を有するため、緻密化を促す役目
およびそれらの間隙を埋めるように存在し、酸化を防止
する役目を担う。従ってRE−SiまたはRE−Al−
Siを主成分とする酸化物あるいは酸窒化物(粒界相)
の含有量を2〜20体積%としたのは、2体積%より少
ない場合、導電性物質の被覆が不十分となり、導電性物
質が酸化して抵抗が増加し好ましくないためである。ま
た、20体積%を越えると耐久テスト中に粒界相中のイ
オンのマイグレーションが活発になるため耐久性が低下
し抵抗値の上昇を引き起こすので好ましくない。
【0011】前記酸化物あるいは酸窒化物からなる被覆
層を導電性物質表面に有効に形成するには、焼成中の酸
素分圧の管理が重要である。セラミック発熱体を焼成す
る際にSi−SiO2 混合物を同時に焼成し、これによ
り酸素分圧を調整すると、導電性物質表面に前記被覆層
が形成されやすくなる。酸素分圧が低くなりすぎると、
導電性物質表面に被覆層が有効に形成されず、セラミッ
ク発熱体を発熱させた場合に、被覆のない部分の導電性
物質が酸化されるので好ましくない。また、酸素分圧が
高くなりすぎると、導電性物質自体の焼結が阻害される
ので好ましくない。
層を導電性物質表面に有効に形成するには、焼成中の酸
素分圧の管理が重要である。セラミック発熱体を焼成す
る際にSi−SiO2 混合物を同時に焼成し、これによ
り酸素分圧を調整すると、導電性物質表面に前記被覆層
が形成されやすくなる。酸素分圧が低くなりすぎると、
導電性物質表面に被覆層が有効に形成されず、セラミッ
ク発熱体を発熱させた場合に、被覆のない部分の導電性
物質が酸化されるので好ましくない。また、酸素分圧が
高くなりすぎると、導電性物質自体の焼結が阻害される
ので好ましくない。
【0012】導電性物質は、周期律表第4a、5a、6
a族の窒化物、炭化物、珪化物の1種以上であれば良い
が、特にMoSi2 を主成分とすることが望ましい。M
oSi2 は酸化してSiO2 の保護膜を生成しやすく、
他の導電性物質を主成分とした時よりも耐酸化性に優れ
ており、長時間の発熱後の抵抗変化が極めて少ない。こ
の導電性物質の量は30〜80体積%、さらに好ましく
は30〜60体積%であることが望ましい。30体積%
より少ない場合十分な導電性が得られず、また80体積
%を越える場合たとえ気孔率が30%以下であっても導
電性物質が内部まで酸化されやすく、導電性が低下して
抵抗値が上昇する。
a族の窒化物、炭化物、珪化物の1種以上であれば良い
が、特にMoSi2 を主成分とすることが望ましい。M
oSi2 は酸化してSiO2 の保護膜を生成しやすく、
他の導電性物質を主成分とした時よりも耐酸化性に優れ
ており、長時間の発熱後の抵抗変化が極めて少ない。こ
の導電性物質の量は30〜80体積%、さらに好ましく
は30〜60体積%であることが望ましい。30体積%
より少ない場合十分な導電性が得られず、また80体積
%を越える場合たとえ気孔率が30%以下であっても導
電性物質が内部まで酸化されやすく、導電性が低下して
抵抗値が上昇する。
【0013】導電性粒子の平均粒径は、窒化珪素粒子の
平均粒径より大きい方が好ましい。これは発熱体として
有効な抵抗特性を得るためには、導電性物質の体積分率
とともにその平均粒径が非常に重要であるからである。
このような導電性物質粒子の焼結体の抵抗に関しては、
導電性粒子間の接触抵抗の影響が大きい。そこで、導電
性物質の平均粒径を大きくすることにより、粒子間の接
触抵抗による抵抗増大を防止できるので、抵抗値を低く
することが可能となる。
平均粒径より大きい方が好ましい。これは発熱体として
有効な抵抗特性を得るためには、導電性物質の体積分率
とともにその平均粒径が非常に重要であるからである。
このような導電性物質粒子の焼結体の抵抗に関しては、
導電性粒子間の接触抵抗の影響が大きい。そこで、導電
性物質の平均粒径を大きくすることにより、粒子間の接
触抵抗による抵抗増大を防止できるので、抵抗値を低く
することが可能となる。
【0014】さらに、導電性物質の平均粒径は70μm
以下であることが望ましい。導電性物質の粒径が70μ
mを越えると、微粒の窒化珪素粒子が導電性物質間に存
在する確率が高くなるので、逆に導通が取り難くなって
しまうからである。
以下であることが望ましい。導電性物質の粒径が70μ
mを越えると、微粒の窒化珪素粒子が導電性物質間に存
在する確率が高くなるので、逆に導通が取り難くなって
しまうからである。
【0015】一般に、窒化珪素原料は、焼成温度の関係
で平均粒径1μm以下のものを用いる。これ以上の粒径
になると焼成温度が高くなり、窒化珪素の分解温度近く
になってしまうため、加圧焼成が必要となり、たとえば
ハニカム構造のセラミックヒータのような容積の大きな
ものを焼成するためには、焼成コストが高くなり好まし
くなくなるからである。焼成温度を下げるためには、焼
結助剤を増やすという手法もあるが、焼結助剤量を過剰
に増やすと、通電加熱時の金属イオンのマイグレーショ
ンが発生し、すぐに抵抗値が増加するので好ましくな
い。
で平均粒径1μm以下のものを用いる。これ以上の粒径
になると焼成温度が高くなり、窒化珪素の分解温度近く
になってしまうため、加圧焼成が必要となり、たとえば
ハニカム構造のセラミックヒータのような容積の大きな
ものを焼成するためには、焼成コストが高くなり好まし
くなくなるからである。焼成温度を下げるためには、焼
結助剤を増やすという手法もあるが、焼結助剤量を過剰
に増やすと、通電加熱時の金属イオンのマイグレーショ
ンが発生し、すぐに抵抗値が増加するので好ましくな
い。
【0016】また、気孔率が30%を越えると4a、5
a、6a族の窒化物、炭化物、珪化物からなる導電性物
質が内部まで酸化することにより、導電性が劣化し抵抗
値が大幅に上昇するので、気孔率は30%以下であるこ
とが望ましい。
a、6a族の窒化物、炭化物、珪化物からなる導電性物
質が内部まで酸化することにより、導電性が劣化し抵抗
値が大幅に上昇するので、気孔率は30%以下であるこ
とが望ましい。
【0017】さらに、上記セラミック発熱体を図1に示
すようなハニカム構造体1とし、その両端面に電極2を
備えて、ハニカム構造のセラミック発熱体とすることも
できる。これは、排気ガス浄化触媒担体用やパティキュ
レート除去用等のハニカム構造体等として使用できる。
すようなハニカム構造体1とし、その両端面に電極2を
備えて、ハニカム構造のセラミック発熱体とすることも
できる。これは、排気ガス浄化触媒担体用やパティキュ
レート除去用等のハニカム構造体等として使用できる。
【0018】
【実施例】窒化珪素粉末または金属珪素粉末と、導電性
物質としてMoSi2 または金属Mo粉末と、粒界成分
としてY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 等の希土類金
属酸化物粉末、Al2 O3 粉末、SiO2 粉末をそれぞ
れの割合で湿式混合した後乾燥し、これを所定量の成形
助剤、バインダー等とともに混練、脱気し、押出し成形
にて成形を行った。
物質としてMoSi2 または金属Mo粉末と、粒界成分
としてY2 O3 、Yb2 O3 、Er2 O3 等の希土類金
属酸化物粉末、Al2 O3 粉末、SiO2 粉末をそれぞ
れの割合で湿式混合した後乾燥し、これを所定量の成形
助剤、バインダー等とともに混練、脱気し、押出し成形
にて成形を行った。
【0019】得られた成形体を窒素雰囲気中にて500
〜600℃にて5〜10時間脱脂した後、SiとSiO
2 の混合物によりSiO雰囲気を調整した不活性雰囲気
中で1200〜1750℃の温度範囲で3〜5時間焼成
する事により、図1に示すような直径80mm、長さ7
0mm、リブ厚み0.2mm、62セル/cm2 のハニ
カム構造体1を得、さらにその両端部に電極2を装着し
てハニカム構造のセラミック発熱体とし、特性を評価し
た。
〜600℃にて5〜10時間脱脂した後、SiとSiO
2 の混合物によりSiO雰囲気を調整した不活性雰囲気
中で1200〜1750℃の温度範囲で3〜5時間焼成
する事により、図1に示すような直径80mm、長さ7
0mm、リブ厚み0.2mm、62セル/cm2 のハニ
カム構造体1を得、さらにその両端部に電極2を装着し
てハニカム構造のセラミック発熱体とし、特性を評価し
た。
【0020】なお、開気孔率の測定、各粒子径および粒
界相部の体積分率の測定は電子顕微鏡(SEM)写真の
画像解析により行った。まず、セルのリブ方向に研磨し
1μmのダイヤモンドペーストで鏡面研磨した面につい
て、研磨面のSEM写真を準備する。そして、開気孔率
の測定については、10枚のSEM写真について画像解
析により気孔の面積率を測定し、その平均値を開気孔率
とした。
界相部の体積分率の測定は電子顕微鏡(SEM)写真の
画像解析により行った。まず、セルのリブ方向に研磨し
1μmのダイヤモンドペーストで鏡面研磨した面につい
て、研磨面のSEM写真を準備する。そして、開気孔率
の測定については、10枚のSEM写真について画像解
析により気孔の面積率を測定し、その平均値を開気孔率
とした。
【0021】導電性粒子および窒化珪素粒子の粒子径の
測定は、各粒子が100〜200個含まれる面積の写真
を用意し、この内、大きなものから100個の最大粒径
を測定し、その平均値を粒子径とした。
測定は、各粒子が100〜200個含まれる面積の写真
を用意し、この内、大きなものから100個の最大粒径
を測定し、その平均値を粒子径とした。
【0022】また、窒化珪素、導電性物質、粒界相の体
積分率の測定は、1000倍のSEM写真10枚におけ
る面積比率を窒化珪素、導電性物質および粒界相部分の
面積比率を体積比率として換算した。粒界相の体積分率
の測定については、直接測定することが難しいので、測
定面積から窒化珪素、導電性物質、気孔の面積を差し引
いたものを粒界相の面積とし、これを直接体積%に換算
して求めた。
積分率の測定は、1000倍のSEM写真10枚におけ
る面積比率を窒化珪素、導電性物質および粒界相部分の
面積比率を体積比率として換算した。粒界相の体積分率
の測定については、直接測定することが難しいので、測
定面積から窒化珪素、導電性物質、気孔の面積を差し引
いたものを粒界相の面積とし、これを直接体積%に換算
して求めた。
【0023】昇温特性は最高発熱部が飽和温度900℃
に達するまでの所要時間であり、抵抗変化率および重量
変化率は900℃−150時間連続通電後に測定したも
のである。
に達するまでの所要時間であり、抵抗変化率および重量
変化率は900℃−150時間連続通電後に測定したも
のである。
【0024】導電性物質粒子の周囲の酸化物あるいは酸
窒化物層の厚みは、前記SEM写真の中で、最大粒径か
ら10個の粒子について、最も厚みの薄くなる部分を選
んで測定し、その平均値を酸化物あるいは酸窒化物層の
厚みとした。
窒化物層の厚みは、前記SEM写真の中で、最大粒径か
ら10個の粒子について、最も厚みの薄くなる部分を選
んで測定し、その平均値を酸化物あるいは酸窒化物層の
厚みとした。
【0025】前記導電性物質粒子の周囲の酸化物もしく
は酸窒化物は、一般にはガラス層として存在しており、
X線回折等の手法で構造を同定することは出来なかっ
た。
は酸窒化物は、一般にはガラス層として存在しており、
X線回折等の手法で構造を同定することは出来なかっ
た。
【0026】表1に導電性物質の体積%と粒径、粒界相
の体積%、粒界相厚み、開気孔率を変量したものについ
て、比抵抗、昇温特性、通電加熱後の抵抗変化率と重量
変化の比率を示した。表1に示したように、導電性物質
粒子の体積分率は30〜80体積%であること、導電性
物質粒子の周囲を2〜20体積%の酸化物あるいは酸窒
化物層が覆っており、その厚みは1〜20μmが好まし
いことが判った。
の体積%、粒界相厚み、開気孔率を変量したものについ
て、比抵抗、昇温特性、通電加熱後の抵抗変化率と重量
変化の比率を示した。表1に示したように、導電性物質
粒子の体積分率は30〜80体積%であること、導電性
物質粒子の周囲を2〜20体積%の酸化物あるいは酸窒
化物層が覆っており、その厚みは1〜20μmが好まし
いことが判った。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明のハニカム構造のセラミック発熱
体によれば、金属と比較して、熱容量の小さなセラミッ
クスを用いるため、従来に無い急速昇温が可能となり、
また、導電性粒子の表面を1〜20μmの周期律表第3
a族元素(RE)−SiまたはRE−Al−Siを主成
分とする酸化物あるいは酸窒化物層で被覆する事によ
り、高温における導電性粒子の酸化を防止できるので、
耐久性を大きく向上させることができる。
体によれば、金属と比較して、熱容量の小さなセラミッ
クスを用いるため、従来に無い急速昇温が可能となり、
また、導電性粒子の表面を1〜20μmの周期律表第3
a族元素(RE)−SiまたはRE−Al−Siを主成
分とする酸化物あるいは酸窒化物層で被覆する事によ
り、高温における導電性粒子の酸化を防止できるので、
耐久性を大きく向上させることができる。
【図1】本発明のハニカム構造のセラミック発熱体の斜
視図である。
視図である。
1:ハニカム構造体 2:電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/28 301 B01J 35/02 G // B01J 35/02 C04B 35/58 102K 102Y Fターム(参考) 3G090 BA04 3G091 AA02 AA17 AA18 AB01 AB13 BA03 BA23 CA04 FA02 FA04 FB02 FC06 FC07 GA06 GB01X GB10X GB13X GB15X GB17X HA45 4G001 BA03 BA04 BA08 BA09 BA10 BA24 BA25 BA26 BA32 BA37 BA38 BA49 BA53 BA61 BA62 BB03 BB04 BB08 BB09 BB10 BB24 BB25 BB26 BB32 BB37 BB38 BB48 BB49 BB51 BB53 BC02 BC13 BC54 BD04 BD15 BE13 BE22 BE26 BE32 BE33 4G030 AA11 AA15 AA45 AA49 AA52 BA02 BA23 CA04 CA05 CA10 GA11
Claims (3)
- 【請求項1】窒化珪素、30〜80体積%の導電性物
質、および2〜20体積%のRE(周期律表第3a族元
素)−SiまたはRE−Al−Siを主成分とする酸化
物あるいは酸窒化物からなるセラミックス発熱体であっ
て、前記導電性物質粒子の周囲をRE−SiまたはRE
−Al−Siを主成分とする酸化物あるいは酸窒化物層
が1〜20μmの厚みで被覆していることを特徴とする
セラミックス発熱体。 - 【請求項2】上記導電性物質が、周期律表第4a、5
a、6a族の窒化物、炭化物、珪化物の1種類以上から
なり、その平均粒径が窒化珪素の平均粒径よりも大き
く、かつ70μm以下である事を特徴とする請求項1記
載のセラミックス発熱体。 - 【請求項3】上記導電性物質がMoSi2 を主成分とす
る事を特徴とする請求項1又は2記載のセラミックス発
熱体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10308628A JP2000128637A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | セラミックス発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10308628A JP2000128637A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | セラミックス発熱体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000128637A true JP2000128637A (ja) | 2000-05-09 |
Family
ID=17983346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10308628A Pending JP2000128637A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | セラミックス発熱体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000128637A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012086814A1 (ja) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
ITUB20150793A1 (it) * | 2015-05-22 | 2016-11-22 | Nuovo Pignone Srl | Materiale composito a base di siliciuro e processo per produrlo |
WO2021111870A1 (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | 電気抵抗体、ハニカム構造体、および、電気加熱式触媒装置 |
WO2021111869A1 (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | 電気抵抗体、ハニカム構造体、および、電気加熱式触媒装置 |
-
1998
- 1998-10-29 JP JP10308628A patent/JP2000128637A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012086814A1 (ja) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
CN103282102A (zh) * | 2010-12-24 | 2013-09-04 | 日本碍子株式会社 | 蜂窝结构体 |
JP5850858B2 (ja) * | 2010-12-24 | 2016-02-03 | 日本碍子株式会社 | ハニカム構造体 |
US9585196B2 (en) | 2010-12-24 | 2017-02-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Honeycomb structure |
ITUB20150793A1 (it) * | 2015-05-22 | 2016-11-22 | Nuovo Pignone Srl | Materiale composito a base di siliciuro e processo per produrlo |
WO2016188855A3 (en) * | 2015-05-22 | 2017-04-27 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Silicide-based composite material and process for producing the same |
CN107531023A (zh) * | 2015-05-22 | 2018-01-02 | 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 | 基于硅化物的复合材料及其生产方法 |
CN107531023B (zh) * | 2015-05-22 | 2020-12-01 | 诺沃皮尼奥内技术股份有限公司 | 基于硅化物的复合材料及其生产方法 |
US11384027B2 (en) | 2015-05-22 | 2022-07-12 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Silicide-based composite material and process for producing the same |
WO2021111870A1 (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | 電気抵抗体、ハニカム構造体、および、電気加熱式触媒装置 |
WO2021111869A1 (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | 電気抵抗体、ハニカム構造体、および、電気加熱式触媒装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0761279B1 (en) | Honeycomb structure | |
JP6626377B2 (ja) | ハニカム型加熱装置並びにその使用方法及び製造方法 | |
JP5261257B2 (ja) | 通電加熱型ハニカム体の制御システム | |
JP4246802B2 (ja) | ハニカム構造体とその製造方法及び用途、並びに加熱装置 | |
CN112096495B (zh) | 蜂窝结构体、电加热式蜂窝结构体、电加热式载体以及废气净化装置 | |
JP2016074589A (ja) | ハニカム構造体及びその製造方法 | |
WO2003062611A1 (fr) | Structure en nid d'abeilles contenant si et son procede de fabrication | |
EP3070069B1 (en) | Honeycomb structure | |
EP3070070B1 (en) | Honeycomb structure | |
EP0450897A2 (en) | Heat-resistant metal monolith and manufacturing method therefor | |
CN115073177A (zh) | 蜂窝结构体及电加热式载体 | |
JP3503761B2 (ja) | セラミックスヒータ | |
JP2000128637A (ja) | セラミックス発熱体 | |
JPH0971466A (ja) | 炭化珪素ハニカム構造体及びその製造方法 | |
JP4381011B2 (ja) | 炭化珪素質ハニカム構造体とそれを用いたセラミックフィルター | |
JPH11217270A (ja) | ハニカム構造体 | |
JP2022148668A (ja) | ハニカム構造体、ならびに該ハニカム構造体を用いた電気加熱式担体および排ガス処理装置 | |
JP7320154B1 (ja) | ハニカム構造体、電気加熱型担体及び排ガス浄化装置 | |
JP4084626B2 (ja) | 電極形成用ペーストおよびそれを用いた酸素センサ | |
JP4119989B2 (ja) | 排気ガスフィルタ | |
JP4041879B2 (ja) | セラミックス多孔体及びその製造方法 | |
JP2019181457A (ja) | ハニカム構造体 | |
JP2012072042A (ja) | 導電性炭化珪素質ハニカム構造体の製造方法 | |
US20230313721A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heated carrier, and exhaust gas purification device | |
JP2012072041A (ja) | 導電性ハニカム構造体 |