JP6401433B2 - Honeycomb structure - Google Patents

Honeycomb structure

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JP6401433B2 JP2012195473A JP2012195473A JP6401433B2 JP 6401433 B2 JP6401433 B2 JP 6401433B2 JP 2012195473 A JP2012195473 A JP 2012195473A JP 2012195473 A JP2012195473 A JP 2012195473A JP 6401433 B2 JP6401433 B2 JP 6401433B2
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Description

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、金属部材と接合させたとき、接合部分の接合強度が良好であり、接合部分の電気抵抗の変化率が低く、且つ接合部分の接触熱抵抗が低いハニカム構造体に関する。   The present invention relates to a honeycomb structure. More specifically, the present invention relates to a honeycomb structure in which when bonded to a metal member, the bonding strength of the bonded portion is good, the electrical resistance change rate of the bonded portion is low, and the contact thermal resistance of the bonded portion is low.

従来、セラミックからなるハニカム状のセラミック体(ハニカム構造体)は、排ガス浄化用の電機加熱式触媒コンバータ(EHC)、セラミックヒータ、熱交換器等の基材として用いられている。そして、このセラミック体は、外周面に金属部材が接合される。その後、この金属部材が接合されたセラミック体は、上記EHCなどとして使用される。   Conventionally, a honeycomb-like ceramic body (honeycomb structure) made of ceramic has been used as a base material for an electric heating catalytic converter (EHC) for exhaust gas purification, a ceramic heater, a heat exchanger, and the like. In this ceramic body, a metal member is bonded to the outer peripheral surface. Thereafter, the ceramic body to which the metal member is bonded is used as the EHC or the like.

例えば、EHCやセラミックヒータは、電圧が印加されることによって加熱されるものである。EHCは、自動車等の排気経路上に設けられ、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置である。このEHCには、触媒が担持されており、EHCを加熱することにより、活性化に必要な温度まで触媒を加熱することができる(特許文献1〜3参照)。   For example, an EHC or a ceramic heater is heated by applying a voltage. The EHC is an exhaust purification device that is provided on an exhaust path of an automobile or the like and purifies exhaust gas exhausted from an engine. A catalyst is supported on the EHC, and the catalyst can be heated to a temperature required for activation by heating the EHC (see Patent Documents 1 to 3).

これらのEHCやセラミックヒータは、バッテリ等の電源に金属製のワイヤハーネス等を介して電気的に接続されて使用される。そして、EHCと上記ワイヤハーネス等とを接合する方法として、ろう材を使用する方法、溶接などが採用されている(特許文献4参照)。   These EHC and ceramic heater are used by being electrically connected to a power source such as a battery via a metal wire harness or the like. And the method of using a brazing material, welding, etc. are employ | adopted as a method of joining EHC, the said wire harness, etc. (refer patent document 4).

また、熱交換器は、熱を伝導する熱交換部材を用いることによって、高い温度の流体と低い温度の流体との間で熱の受け渡しを行うものである。熱交換器は、例えば、セラミック体の側面を被覆する金属製の被覆部材(金属部材)を備えている。そして、セラミック体と金属製の被覆部材とはロウ付けなどにより接合されている(特許文献5参照)。   The heat exchanger performs heat transfer between a high temperature fluid and a low temperature fluid by using a heat exchange member that conducts heat. The heat exchanger includes, for example, a metal covering member (metal member) that covers the side surface of the ceramic body. The ceramic body and the metal covering member are joined by brazing or the like (see Patent Document 5).

特開2011−106308号公報JP 2011-106308 A 特開2011−246340号公報JP 2011-246340 A 特開2011−230971号公報JP 2011-230971 A 特許第4210417号公報Japanese Patent No. 4210417 特許第3813654号公報Japanese Patent No. 3813654

しかしながら、特許文献1〜5に記載のEHCや熱交換器は、セラミック製のセラミック体と金属製の金属部材との接合部分における「電気抵抗の変化率」及び「接触熱抵抗」に未だ改良の余地があった。そこで、ワイヤハーネス等や筒状の金属管などの金属部材と接合させたとき、接合部分の接合強度が良好であり、接合部分の電気抵抗の変化率が低く(即ち、オーミックコンタクト性が高く)、接合部分の接触熱抵抗が低いハニカム構造体の開発が切望されていた。   However, the EHC and heat exchanger described in Patent Documents 1 to 5 are still improved in the “electrical resistance change rate” and “contact thermal resistance” at the joint portion between the ceramic ceramic body and the metal metal member. There was room. Therefore, when bonded to a metal member such as a wire harness or a cylindrical metal tube, the bonding strength of the bonded portion is good, and the rate of change in electrical resistance of the bonded portion is low (that is, the ohmic contact property is high). Therefore, development of a honeycomb structure having a low contact thermal resistance at the joined portion has been desired.

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。その課題とするところは、ワイヤハーネス等や筒状の金属管などの金属部材と接合させたとき、接合部分の接合強度が良好であり、接合部分の電気抵抗の変化率が低く、且つ接合部分の接触熱抵抗が低いハニカム構造体を提供するものである。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. The problem is that when bonded to a metal member such as a wire harness or a cylindrical metal tube, the bonding strength of the bonded portion is good, the rate of change in electrical resistance of the bonded portion is low, and the bonded portion A honeycomb structure having a low contact thermal resistance is provided.

本発明によれば、以下に示す、ハニカム構造体が提供される。   According to the present invention, the following honeycomb structure is provided.

[1] 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及び最外周に位置する外周壁を有し、更に、前記外周壁上に配設された一対の電極を有する金属Siを含むハニカム状のセラミック体と、前記セラミック体の前記一対の電極の外周面に接合された接合部とを備え、前記接合部が、前記セラミック体の前記一対の電極の前記外周面側に位置する金属シリサイドを主成分とする拡散層と、前記拡散層上に形成された金属層とを備え、前記金属層が、金属成分を主成分として含み且つ熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物が分散されたものであるハニカム構造体。 [1] A pair of partition walls that form a plurality of cells extending from one end face to the other end face that serve as a fluid flow path, and an outer peripheral wall that is positioned on the outermost periphery, and are further disposed on the outer peripheral wall. A honeycomb-shaped ceramic body containing metal Si having a plurality of electrodes, and a joint portion joined to the outer peripheral surface of the pair of electrodes of the ceramic body, wherein the joint portion of the pair of electrodes of the ceramic body A diffusion layer having metal silicide as a main component located on the outer peripheral surface side; and a metal layer formed on the diffusion layer, wherein the metal layer includes a metal component as a main component and has a thermal expansion coefficient of 5 A honeycomb structure in which a compound of 0.0 × 10 −6 / ° C. or less is dispersed.

[1] 流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及び最外周に位置する外周壁を有し、更に、前記外周壁上に配設された一対の電極を有する金属Siを含むハニカム状のセラミック体と、前記セラミック体の前記一対の電極の外周面に接合された接合部とを備え、前記接合部が、前記セラミック体の前記一対の電極の前記外周面側に位置する金属シリサイドを主成分とする拡散層と、前記拡散層上に形成された金属層とを備え、前記金属層が、金属成分を主成分として含み且つ熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物が分散されたものであり、前記一対の電極は、気孔率が30〜55%であり且つ金属Siを含み、金属Siが、電極全体の15質量%以上であるハニカム構造体。 [1] A pair of partition walls that form a plurality of cells extending from one end face to the other end face that serve as a fluid flow path, and an outer peripheral wall that is positioned on the outermost periphery, and are further disposed on the outer peripheral wall. A honeycomb-shaped ceramic body containing metal Si having a plurality of electrodes, and a joint portion joined to the outer peripheral surface of the pair of electrodes of the ceramic body, wherein the joint portion of the pair of electrodes of the ceramic body A diffusion layer having metal silicide as a main component located on the outer peripheral surface side; and a metal layer formed on the diffusion layer, wherein the metal layer includes a metal component as a main component and has a thermal expansion coefficient of 5 are those .0 × 10 -6 / ℃ following compounds were dispersed, the pair of electrodes, porosity observed contains a is and metal Si 30 to 55% metal Si is the entire electrode 15 mass % Honeycomb structure.

[3] 前記拡散層の厚さが、0.1mm以下である前記[1]または[2]に記載のハニカム構造体。 [3] The honeycomb structure according to [1] or [2], wherein the thickness of the diffusion layer is 0.1 mm or less.

[4] 前記接合部の前記金属層に分散されるSiCの含有割合が10〜50%である前記[2]または[3]に記載のハニカム構造体。 [4] The honeycomb structure according to [2] or [3], wherein a content ratio of SiC dispersed in the metal layer of the joint is 10 to 50%.

[5] 前記接合部の前記金属層に分散されるSiCの平均粒径が1〜50μmである前記[2]〜[4]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [5] The honeycomb structure according to any one of [2] to [4], wherein an average particle diameter of SiC dispersed in the metal layer of the joint is 1 to 50 μm.

[6] 前記接合部の前記金属層に分散されるコーディエライトの含有割合が10〜50%である前記[2]〜[5]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [6] The honeycomb structure according to any one of [2] to [5], wherein a content ratio of cordierite dispersed in the metal layer of the joint portion is 10 to 50%.

[7] 前記接合部の前記金属層に分散されるコーディエライトの平均粒径が1〜50μmである前記[2]〜[6]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [7] The honeycomb structure according to any one of [2] to [6], wherein an average particle diameter of cordierite dispersed in the metal layer of the joint portion is 1 to 50 μm.

[8] 前記金属成分が、Cr、Fe、及びNiからなる群より選択される少なくとも1つである前記[1]〜[7]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [8] The honeycomb structure according to any one of [1] to [7], wherein the metal component is at least one selected from the group consisting of Cr, Fe, and Ni.

[9] 前記金属シリサイドが、前記セラミック体に含まれる前記金属Siと前記接合部を形成するための原料に含まれる金属成分とが反応して形成される前記[1]〜[8]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [9] Any of [1] to [8], wherein the metal silicide is formed by a reaction between the metal Si contained in the ceramic body and a metal component contained in a raw material for forming the joint. A honeycomb structure according to any one of the above.

本発明のハニカム構造体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁及び最外周に位置する外周壁を有し、更に、外周壁上に配設された一対の電極を有する金属Siを含むハニカム状のセラミック体と、このセラミック体の一対の電極上に接合された接合部とを備える。接合部は、セラミック体の外周面(側面)側に位置する金属シリサイドを主成分とする拡散層と、この拡散層上に形成された金属層とを備えている。この接合部は、セラミック体とワイヤハーネス等の金属材料とを良好に接合するための部材である。接合部(具体的には拡散層)とセラミック体とは強固に接合されている。そして、接合部の金属層を構成する主成分は金属成分である。そのため、上記金属部材と接合部(特に金属層)とは良好に接合する。従って、本発明のハニカム構造体は、金属部材との接合強度(接合信頼性)が良好になる。更に、本発明のハニカム構造体は、接合部の金属層が、金属成分以外に「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物」を含み、これが金属層中に分散されたものである。そのため、本発明のハニカム構造体は、接合部分における電気抵抗の変化率及び接合部分における接触熱抵抗が低くなる。従って、本発明のハニカム構造体は、電圧を印加したとき、印加した電圧に対して「所望の発熱」が得られる。従来のハニカム構造体では、「所望の発熱」よりも少ない発熱しか得られなかった。本発明のハニカム構造体においては、ハニカム構造体内外にそれぞれ流体を流したときに、ハニカム構造体内を流れる流体とハニカム構造体外を流れる流体との間で熱交換が良好に行われる。 A honeycomb structure of the present invention has a partition wall that partitions and forms a plurality of cells serving as fluid flow paths, an outer peripheral wall positioned at the outermost periphery , and a metal having a pair of electrodes disposed on the outer peripheral wall A honeycomb-shaped ceramic body containing Si and a bonding portion bonded on a pair of electrodes of the ceramic body are provided. The joining portion includes a diffusion layer mainly composed of metal silicide located on the outer peripheral surface (side surface) side of the ceramic body, and a metal layer formed on the diffusion layer. This joint is a member for favorably joining the ceramic body and a metal material such as a wire harness. The joint (specifically, the diffusion layer) and the ceramic body are firmly joined. And the main component which comprises the metal layer of a junction part is a metal component. Therefore, the metal member and the joint portion (particularly the metal layer) are favorably joined. Therefore, the honeycomb structure of the present invention has good bonding strength (bonding reliability) with the metal member. Furthermore, in the honeycomb structure of the present invention, the metal layer of the joint portion contains “a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” in addition to the metal component, and this is dispersed in the metal layer. Is. Therefore, the honeycomb structure of the present invention has a low rate of change in electrical resistance at the joint portion and a contact thermal resistance at the joint portion. Therefore, when a voltage is applied to the honeycomb structure of the present invention, “desired heat generation” can be obtained with respect to the applied voltage. With the conventional honeycomb structure, less heat generation than “desired heat generation” was obtained. In the honeycomb structure of the present invention, when fluids are respectively flowed outside and inside the honeycomb structure, heat exchange is favorably performed between the fluid flowing inside the honeycomb structure and the fluid flowing outside the honeycomb structure.

本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an embodiment of a honeycomb structure of the present invention. 本発明のハニカム構造体の一の実施形態のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the cross section parallel to the cell extending direction of one embodiment of the honeycomb structure of the present invention. ニカム構造体の実施形態を模式的に示す斜視図である。The implementation form of honeycomb structure is a perspective view schematically showing. ニカム構造体の実施形態のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。The section parallel to the cell extension direction of the implementation form of honeycomb structure is a cross-sectional view schematically showing.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and appropriate modifications and improvements are added to the following embodiments on the basis of ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that what has been described also falls within the scope of the invention.

[1]ハニカム構造体:
本発明のハニカム構造体の一の実施形態としては、図1に示すハニカム構造体100を挙げることができる。ハニカム構造体100は、多孔質の隔壁1及び最外周に位置する外周壁3を有し、更に、外周壁3上に配設された一対の電極21を有する金属Siを含むハニカム状のセラミック体20と、このセラミック体20の一対の電極21上に接合された接合部30とを備える。隔壁1は、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成するものである。接合部30は、図2に示すように、セラミック体20の外周面(側面)5側に位置する(即ち、セラミック体20の側面5に接する)金属シリサイドを主成分とする拡散層31と、この拡散層31上に形成された金属層32とを備えている。そして、金属層32は、金属成分を主成分として含み且つ熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物が分散されたものである。図1は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。
[1] Honeycomb structure:
As an embodiment of the honeycomb structure of the present invention, a honeycomb structure 100 shown in FIG. 1 can be cited. The honeycomb structure 100 has a porous partition wall 1 and an outer peripheral wall 3 located at the outermost periphery, and further includes a honeycomb-like ceramic body containing metal Si having a pair of electrodes 21 disposed on the outer peripheral wall 3. 20 and a joint portion 30 joined on the pair of electrodes 21 of the ceramic body 20. The partition wall 1 partitions and forms a plurality of cells 2 extending from one end face 11 to the other end face 12 to be a fluid flow path. As shown in FIG. 2, the joint portion 30 is located on the outer peripheral surface (side surface) 5 side of the ceramic body 20 (that is, in contact with the side surface 5 of the ceramic body 20), and a diffusion layer 31 mainly composed of metal silicide. And a metal layer 32 formed on the diffusion layer 31. The metal layer 32 is a layer in which a compound containing a metal component as a main component and having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less is dispersed. FIG. 1 is a perspective view schematically showing one embodiment of a honeycomb structure of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to the cell extending direction of one embodiment of the honeycomb structure of the present invention.

このようにハニカム構造体100は、隔壁1及び外周壁3を有し、金属Siを含むハニカム状のセラミック体20と、このセラミック体20の外周壁3に接合された接合部30とを備える。接合部30は、図2に示すように、セラミック体20の外周面(側面)5側に位置する金属シリサイドを主成分とする拡散層31と、この拡散層31上に形成された金属層32とを備えている。この接合部30は、セラミック体20とワイヤハーネス等の金属材料(図示せず)とを接合するための部材である。金属シリサイドは、セラミック体に含まれる金属Siと接合部を形成するための原料に含まれる金属成分と反応して形成される。具体的には、金属シリサイドは、セラミック体20に含まれる金属Siと接合部を形成するための原料に含まれる金属成分とが混在する層(セラミック体20と上記原料との界面領域)中で上記金属Siと金属成分とが拡散し、互いに反応して形成される。接合部30の金属層32を構成する主成分は、金属成分であり且つ金属層32には「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物」が分散されている。金属層32を構成する主成分が金属成分であるため、ワイヤハーネス等の金属部材と接合部30(接合部30の金属層32)とは良好に接合する。従って、ハニカム構造体100は、上記金属部材との接合強度(接合信頼性)が良好になる。更に、ハニカム構造体100は、接合部30の金属層32が、金属成分以外に「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物」を含み、これが金属層32中に分散されたものである。そのため、金属層32の熱膨張が、金属成分のみを含有する場合に比べて適度に抑制されるので、ハニカム構造体100は、接合部分における電気抵抗の変化率及び接合部分における接触熱抵抗が低くなる。従って、ハニカム構造体100は、電圧を印加したとき、印加した電圧に対して「所望の発熱」が得られる。従来のハニカム構造体では、「所望の発熱」よりも少ない発熱しか得られなかった。ハニカム構造体100においては、ハニカム構造体100内外にそれぞれ流体を流したときに、ハニカム構造体100(セラミック体20のセル2)内を流れる流体とハニカム構造体100外を流れる流体との間で熱交換が良好に行われる。 As described above, the honeycomb structure 100 includes the partition walls 1 and the outer peripheral wall 3, and includes the honeycomb-shaped ceramic body 20 containing metal Si and the joint portion 30 joined to the outer peripheral wall 3 of the ceramic body 20. As shown in FIG. 2, the bonding portion 30 includes a diffusion layer 31 mainly composed of metal silicide located on the outer peripheral surface (side surface) 5 side of the ceramic body 20, and a metal layer 32 formed on the diffusion layer 31. And. The joint portion 30 is a member for joining the ceramic body 20 and a metal material (not shown) such as a wire harness. The metal silicide is formed by reacting with metal Si contained in the ceramic body and a metal component contained in the raw material for forming the junction. Specifically, the metal silicide is in a layer in which the metal Si contained in the ceramic body 20 and the metal component contained in the raw material for forming the joint are mixed (interface region between the ceramic body 20 and the raw material). The metal Si and metal component diffuse and react with each other. The main component constituting the metal layer 32 of the joint portion 30 is a metal component, and “a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” is dispersed in the metal layer 32. Since the main component which comprises the metal layer 32 is a metal component, metal members, such as a wire harness, and the junction part 30 (metal layer 32 of the junction part 30) join favorably. Therefore, the honeycomb structure 100 has good bonding strength (bonding reliability) with the metal member. Further, in the honeycomb structure 100, the metal layer 32 of the joint portion 30 includes “a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” in addition to the metal component, and this is dispersed in the metal layer 32. It is a thing. Therefore, since the thermal expansion of the metal layer 32 is moderately suppressed as compared with the case where only the metal component is contained, the honeycomb structure 100 has a low rate of change in electrical resistance at the joined portion and a contact thermal resistance at the joined portion. Become. Therefore, when a voltage is applied to the honeycomb structure 100, “desired heat generation” is obtained with respect to the applied voltage. With the conventional honeycomb structure, less heat generation than “desired heat generation” was obtained. In the honeycomb structure 100, when a fluid flows in and out of the honeycomb structure 100, between the fluid flowing in the honeycomb structure 100 (cell 2 of the ceramic body 20) and the fluid flowing outside the honeycomb structure 100. Heat exchange is performed well.

このようにハニカム構造体100は、電圧を印加したとき、印加した電圧に対して所望の発熱が得られるため、EHCやヒーターとして使用することができる。   Thus, the honeycomb structure 100 can be used as an EHC or a heater because a desired heat generation is obtained with respect to the applied voltage when a voltage is applied.

なお、「主成分」とは、各層中の全成分のうち50.0%以上を占める成分のことを意味する。ここで、本明細書において、各成分の含有割合(%)は、以下のようにして算出した値である。即ち、まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて各層の厚さ方向の断面を観察し、この観察視野中の任意の視野(縦100μm×横100μm)を複数(3箇所)選択して撮影する。観察倍率は1000倍とする。次に、各視野において、撮影された画像中に占める各成分の面積の割合を算出する。次に、算出された「面積の割合」の平均値を算出して各成分の含有割合とする。   The “main component” means a component occupying 50.0% or more of all components in each layer. Here, in this specification, the content ratio (%) of each component is a value calculated as follows. That is, first, a cross-section in the thickness direction of each layer is observed using a scanning electron microscope (SEM), and a plurality (three places) of arbitrary fields (100 μm in length × 100 μm in width) are selected and photographed. To do. The observation magnification is 1000 times. Next, the ratio of the area of each component in the captured image is calculated for each field of view. Next, the average value of the calculated “area ratio” is calculated and used as the content ratio of each component.

熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物としては、例えば、SiC、コーディエライトなどを挙げることができ、熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物は、SiC及びコーディエライトの少なくとも一方であることが好ましい。SiC及びコーディエライトの少なくとも一方であることによって、本発明の効果が良好に発揮されることになる。ここで、「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物」とは、その化合物単独で試料を作製し、JIS R1618に準拠して、室温(20℃)〜800℃の平均線熱膨張係数を測定した場合に得られる測定値が、5.0×10−6/℃以下となる化合物のことを言う。 The thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 -6 / ℃ following compounds, for example, SiC, etc. can be mentioned cordierite, thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 -6 / ℃ following compounds , SiC and cordierite are preferred. By being at least one of SiC and cordierite, the effect of the present invention is exhibited well. Here, “a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” means that a sample is prepared by using the compound alone, and an average of room temperature (20 ° C.) to 800 ° C. according to JIS R1618. The measured value obtained when the linear thermal expansion coefficient is measured refers to a compound having a value of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less.

[1−1]接合部:
接合部30の金属層32に分散されるSiCの含有割合(金属層中のSiC含有割合)は、10〜50%であることが好ましい。上記金属層中のSiC含有割合の下限値は、15%であることが好ましく、20%であることが更に好ましい。一方、上記金属層中のSiC含有割合の上限値は、45%であることが好ましく、40%であることが更に好ましい。上記金属層中のSiC含有割合が上記範囲内であることにより、金属層の熱膨張係数が低くなる。そのため、熱応力が掛かったとしても接合部がセラミック体から剥がれ難いという利点がある。また、セラミック体と金属部材とを接合する強度(接合強度)が高くなる。また、金属層32の、外部からの衝撃に対する強度(衝撃強度)が高くなる。上記金属層中のSiC含有割合が下限値未満であると、金属層中の金属成分の含有割合が相対的に大きくなるため金属層の熱膨張係数が高くなる。その結果、焼結時における金属層の収縮の程度が大きくなるため、熱応力が大きくなる。そのため、この熱応力によってセラミック体が割れてしまうおそれがある。また、この熱応力によって接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、焼結が阻害されるおそれがある。その結果、ネックが細くなるため、金属層の衝撃強度が低くなるおそれがある。
[1-1] Joint part:
The content ratio of SiC dispersed in the metal layer 32 of the joint portion 30 (the SiC content ratio in the metal layer) is preferably 10 to 50%. The lower limit value of the SiC content ratio in the metal layer is preferably 15%, and more preferably 20%. On the other hand, the upper limit value of the SiC content ratio in the metal layer is preferably 45%, and more preferably 40%. When the SiC content ratio in the metal layer is within the above range, the thermal expansion coefficient of the metal layer is lowered. Therefore, even if a thermal stress is applied, there is an advantage that the joint is difficult to peel off from the ceramic body. Moreover, the strength (joining strength) for joining the ceramic body and the metal member is increased. In addition, the strength (impact strength) of the metal layer 32 against an external impact is increased. When the SiC content ratio in the metal layer is less than the lower limit value, the metal component content ratio in the metal layer is relatively increased, so that the thermal expansion coefficient of the metal layer is increased. As a result, the degree of shrinkage of the metal layer during sintering increases, and the thermal stress increases. Therefore, the ceramic body may be broken by this thermal stress. Moreover, there exists a possibility that a junction part may peel from a ceramic body by this thermal stress. On the other hand, if it exceeds the upper limit, sintering may be hindered. As a result, since the neck becomes thin, the impact strength of the metal layer may be lowered.

接合部30の金属層32に分散されるSiCの平均粒径は、1〜50μmであることが好ましい。上記SiCの平均粒径の下限値は、2μmであることが好ましく、5μmであることが更に好ましい。一方、上記SiCの平均粒径の上限値は、40μmであることが好ましく、30μmであることが更に好ましい。上記金属層中のSiCの平均粒径が上記範囲内であることにより、熱膨張係数の均質性が生じ、熱応力が部分的に発生することを抑え、強固な接合を可能とするという利点がある。SiCの平均粒径の下限値未満であると、拡散層31と金属層32の界面領域で接合部30が割れてしまい、金属層32が剥がれてしまうおそれがある。上限値超であると、金属層32における熱膨張係数の均質性がなくなるため、発生する熱応力が高くなるおそれがある。その結果、熱応力により接合部30がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。なお、SiCの平均粒径は、以下のようにして算出した値である。即ち、まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて各層の厚さ方向の断面を観察し、この観察視野中の任意の視野(縦100μm×横100μm)を複数(3箇所)選択して撮影する。観察倍率は1000倍とする。次に、各視野において、撮影された画像中の複数(3個)のSiCにおける最長径を測定し、平均値を算出してSiCの平均粒径とする。最長径を測定するためのSiCは、観察視野に全像が収まっている粒子中、最長径が大きい方から3個を選択する。   The average particle diameter of SiC dispersed in the metal layer 32 of the joint portion 30 is preferably 1 to 50 μm. The lower limit value of the average particle diameter of SiC is preferably 2 μm, and more preferably 5 μm. On the other hand, the upper limit of the average particle size of SiC is preferably 40 μm, and more preferably 30 μm. When the average particle size of SiC in the metal layer is within the above range, there is an advantage that homogeneity of thermal expansion coefficient is generated, thermal stress is not partially generated, and strong bonding is possible. is there. If it is less than the lower limit of the average particle size of SiC, the joint 30 may be broken at the interface region between the diffusion layer 31 and the metal layer 32, and the metal layer 32 may be peeled off. If it exceeds the upper limit, the thermal expansion coefficient in the metal layer 32 is not uniform, and the generated thermal stress may be increased. As a result, there is a possibility that the joint 30 is peeled off from the ceramic body due to thermal stress. In addition, the average particle diameter of SiC is a value calculated as follows. That is, first, a cross-section in the thickness direction of each layer is observed using a scanning electron microscope (SEM), and a plurality (three places) of arbitrary fields (100 μm in length × 100 μm in width) are selected and photographed. To do. The observation magnification is 1000 times. Next, in each field of view, the longest diameter of a plurality (three) of SiC in the photographed image is measured, and an average value is calculated to obtain the average particle diameter of SiC. For the SiC for measuring the longest diameter, three particles having the largest longest diameter are selected from the particles having the entire image in the observation field.

接合部30の金属層32に分散されるコーディエライトの含有割合(金属層中のコーディエライト含有割合)は、10〜50%であることが好ましい。上記金属層中のコーディエライト含有割合の下限値は、12%であることが好ましく、15%であることが更に好ましい。一方、上記金属層中のコーディエライト含有割合の上限値は、45%であることが好ましく、40%であることが更に好ましい。上記金属層中のコーディエライト含有割合が上記範囲内であることにより、金属層の熱膨張係数が低くなる。そのため、熱応力が掛かったとしても接合部がセラミック体から剥がれ難いという利点がある。また、セラミック体と金属部材とを接合する強度(接合強度)が高くなる。また、金属層32の、外部からの衝撃に対する強度(衝撃強度)が高くなる。上記金属層中のコーディエライト含有割合が下限値未満であると、金属層中の金属成分の含有割合が相対的に大きくなるため、金属層の熱膨張係数が高くなる。その結果、焼結時における金属層の収縮の程度が大きくなるため、熱応力が大きくなる。そのため、この熱応力によってセラミック体が割れてしまうおそれがある。また、この熱応力によって接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、焼結が阻害されるおそれがある。その結果、ネックが細くなるため、金属層の衝撃強度が低くなるおそれがある。   The content ratio of cordierite dispersed in the metal layer 32 of the joint portion 30 (cordierite content ratio in the metal layer) is preferably 10 to 50%. The lower limit of the cordierite content in the metal layer is preferably 12%, and more preferably 15%. On the other hand, the upper limit of the cordierite content in the metal layer is preferably 45%, and more preferably 40%. When the cordierite content ratio in the metal layer is within the above range, the thermal expansion coefficient of the metal layer is lowered. Therefore, even if a thermal stress is applied, there is an advantage that the joint is difficult to peel off from the ceramic body. Moreover, the strength (joining strength) for joining the ceramic body and the metal member is increased. In addition, the strength (impact strength) of the metal layer 32 against an external impact is increased. When the cordierite content ratio in the metal layer is less than the lower limit value, the metal component content ratio in the metal layer is relatively increased, so that the thermal expansion coefficient of the metal layer is increased. As a result, the degree of shrinkage of the metal layer during sintering increases, and the thermal stress increases. Therefore, the ceramic body may be broken by this thermal stress. Moreover, there exists a possibility that a junction part may peel from a ceramic body by this thermal stress. On the other hand, if it exceeds the upper limit, sintering may be hindered. As a result, since the neck becomes thin, the impact strength of the metal layer may be lowered.

接合部30の金属層32に分散されるコーディエライトの平均粒径は、1〜50μmであることが好ましい。上記コーディエライトの平均粒径の下限値は、2μmであることが好ましく、5μmであることが更に好ましい。一方、上記コーディエライトの平均粒径の上限値は、40μmであることが好ましく、30μmであることが更に好ましい。上記金属層中のコーディエライトの平均粒径が上記範囲内であることにより、熱膨張係数の均質性が生じ、熱応力が部分的に発生することを抑え、強固な接合を可能とするという利点がある。コーディエライトの平均粒径の下限値未満であると、拡散層31と金属層32の界面領域で接合部30が割れてしまい、金属層32が剥がれてしまうおそれがある。上限値超であると、金属層32における熱膨張係数の均質性がなくなるため、発生する熱応力が高くなるおそれがある。その結果、接合部30がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。なお、コーディエライトの平均粒径は、上記SiCの平均粒径の測定方法と同様の方法で測定したものである。   The average particle size of cordierite dispersed in the metal layer 32 of the joint portion 30 is preferably 1 to 50 μm. The lower limit value of the average particle size of the cordierite is preferably 2 μm, and more preferably 5 μm. On the other hand, the upper limit of the average particle size of the cordierite is preferably 40 μm, and more preferably 30 μm. When the average particle size of cordierite in the metal layer is within the above range, the thermal expansion coefficient is homogenized, the occurrence of partial thermal stress is suppressed, and strong bonding is possible. There are advantages. If the average particle size of the cordierite is less than the lower limit, the joint portion 30 may be broken at the interface region between the diffusion layer 31 and the metal layer 32, and the metal layer 32 may be peeled off. If it exceeds the upper limit, the thermal expansion coefficient in the metal layer 32 is not uniform, and the generated thermal stress may be increased. As a result, the joint 30 may be peeled off from the ceramic body. In addition, the average particle diameter of cordierite is measured by the same method as that for measuring the average particle diameter of SiC.

金属成分は、一種または二種以上の金属(金属単体)からなるものである限り特に制限はない。但し、「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下」であるものは、本明細書における金属成分には含まれないものとする。金属としてCr、Fe、及びNiを含むものであることが好ましい。Feを含むことにより、低温で焼結することができ、更に、強度が高くなるため拡散層を薄く形成することができる。また、Feは安価であるため製造コストが安くなる。Niを含むことにより、金属層の強度が高くなる。また、Ni、Crを加えることで金属層の耐食性が上がり、かつ耐熱性が向上する。 The metal component is not particularly limited as long as it is composed of one or more metals (metal simple substance). However, the “thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” is not included in the metal component in the present specification. It is preferable that the metal contains Cr, Fe, and Ni. By including Fe, it is possible to sinter at a low temperature, and furthermore, since the strength is increased, the diffusion layer can be formed thin. Further, since Fe is inexpensive, the manufacturing cost is reduced. By including Ni, the strength of the metal layer is increased. Further, the addition of Ni and Cr increases the corrosion resistance of the metal layer and improves the heat resistance.

拡散層は、実質的に金属シリサイドからなり、具体的には99%以上の金属シリサイドを含むものである。ここで、拡散層が形成されているか否かについては、以下のようにして確認する。即ち、接合部の厚さ方向の断面をSEMにより観察したとき、接合部が2層であることが確認され、且つセラミック体側の層をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)して金属シリサイドが確認された場合には「拡散層が形成されている」ものと判断できる。金属シリサイドの種類については、微小部X線回折により確認することができる。なお、後述する「接合部の形成工程」によれば、99%以上の金属シリサイドを含む拡散層を容易に形成することができる。   The diffusion layer is substantially made of metal silicide, and specifically contains 99% or more of metal silicide. Here, whether or not the diffusion layer is formed is confirmed as follows. That is, when the cross section in the thickness direction of the joint portion is observed by SEM, it is confirmed that the joint portion has two layers, and the layer on the ceramic body side is subjected to energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) to detect metal silicide. When it is confirmed, it can be determined that “a diffusion layer is formed”. The type of metal silicide can be confirmed by microscopic X-ray diffraction. In addition, according to the “joint forming step” described later, a diffusion layer containing 99% or more of metal silicide can be easily formed.

接合部30の金属層32に含まれる金属成分の含有割合(金属層中の金属成分の含有割合)は、50〜90%であることが好ましい。上記金属層中の金属成分の含有割合の下限値は、55%であることが好ましく、60%であることが更に好ましい。一方、上記金属層中の金属成分の含有割合の上限値は、88%であることが好ましく、85%であることが更に好ましい。上記金属層中の金属成分の含有割合が上記範囲内であることにより、金属層の熱膨張係数が低くなる。そのため、熱応力が掛かったとしても接合部がセラミック体から剥がれ難いという利点がある。また、セラミック体と金属部材とを接合する強度(接合強度)が高くなる。また、金属層32の、外部からの衝撃に対する強度(衝撃強度)が高くなる。上記金属層中のコーディエライト含有割合が下限値未満であると、金属層中の金属成分の含有割合が相対的に大きくなるため、金属層の熱膨張係数が高くなる。その結果、焼結時における金属層の収縮の程度が大きくなるため、熱応力が大きくなる。そのため、この熱応力によってセラミック体が割れてしまうおそれがある。また、この熱応力によって接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、焼結が阻害されるおそれがある。その結果、ネックが細くなるため、金属層の衝撃強度が低くなるおそれがある。   It is preferable that the content rate (content rate of the metal component in a metal layer) of the metal component contained in the metal layer 32 of the junction part 30 is 50 to 90%. The lower limit of the content ratio of the metal component in the metal layer is preferably 55%, and more preferably 60%. On the other hand, the upper limit value of the content ratio of the metal component in the metal layer is preferably 88%, and more preferably 85%. When the content ratio of the metal component in the metal layer is within the above range, the thermal expansion coefficient of the metal layer is lowered. Therefore, even if a thermal stress is applied, there is an advantage that the joint is difficult to peel off from the ceramic body. Moreover, the strength (joining strength) for joining the ceramic body and the metal member is increased. In addition, the strength (impact strength) of the metal layer 32 against an external impact is increased. When the cordierite content ratio in the metal layer is less than the lower limit value, the metal component content ratio in the metal layer is relatively increased, so that the thermal expansion coefficient of the metal layer is increased. As a result, the degree of shrinkage of the metal layer during sintering increases, and the thermal stress increases. Therefore, the ceramic body may be broken by this thermal stress. Moreover, there exists a possibility that a junction part may peel from a ceramic body by this thermal stress. On the other hand, if it exceeds the upper limit, sintering may be hindered. As a result, since the neck becomes thin, the impact strength of the metal layer may be lowered.

接合部30の厚さは、0.05〜1.0mmであることが好ましい。接合部30の厚さの下限値は、0.75mmであることが好ましく、0.1mmであることが更に好ましい。一方、接合部30の厚さの上限値は、0.7mmであることが好ましく、0.5mmであることが更に好ましい。接合部30の厚さを上記範囲とすることにより、熱応力が低くなり、接合強度が高くなる。接合部30の厚さが下限値未満であると、金属部材をセラミック体に接合部30を介して接合したときの接合強度が低くなるため、接合後に接合部30が剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、接合部30が厚くなり過ぎるため熱応力が大きくなる。そのため、熱応力が生じたときにセラミック体が割れてしまったり、接合部30がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。なお、接合部の厚さが均一でない場合、「接合部の厚さ」は、接合部の、最も厚い部分の厚さのことである。   The thickness of the joint portion 30 is preferably 0.05 to 1.0 mm. The lower limit value of the thickness of the joint portion 30 is preferably 0.75 mm, and more preferably 0.1 mm. On the other hand, the upper limit value of the thickness of the joint portion 30 is preferably 0.7 mm, and more preferably 0.5 mm. By setting the thickness of the joint portion 30 within the above range, the thermal stress is reduced and the joint strength is increased. If the thickness of the joint portion 30 is less than the lower limit value, the joint strength when the metal member is joined to the ceramic body via the joint portion 30 is low, and thus the joint portion 30 may be peeled off after joining. On the other hand, if it exceeds the upper limit value, the joining portion 30 becomes too thick, so that the thermal stress increases. Therefore, when a thermal stress is generated, the ceramic body may be broken or the joint portion 30 may be peeled off from the ceramic body. In addition, when the thickness of a junction part is not uniform, "the thickness of a junction part" is the thickness of the thickest part of a junction part.

拡散層の厚さは、0.1mm以下であることが好ましい。拡散層の厚さの下限値は、0.01mmであることが好ましく、0.015mmであることが更に好ましく、0.02mmであることが特に好ましい。一方、上限値は0.07mmであることが更に好ましく、0.06mmであることが特に好ましい。拡散層の厚さを上記範囲とすることにより、拡散層に生じる熱応力が低くなるため、接合強度が高くなる(即ち、接合部がセラミック体から剥がれ難くなる)。拡散層の厚さは0.1mm以下であることが好ましいが、0.01mm未満であると、拡散層が薄すぎるため接合強度が低くなり、接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、接合部30が厚くなり過ぎるため熱応力が大きくなる。そのため、熱応力が生じたときにセラミック体が割れてしまったり、接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。なお、拡散層の厚さが均一でない場合、「拡散層の厚さ」は、拡散層の、最も厚い部分の厚さのことである。   The thickness of the diffusion layer is preferably 0.1 mm or less. The lower limit value of the thickness of the diffusion layer is preferably 0.01 mm, more preferably 0.015 mm, and particularly preferably 0.02 mm. On the other hand, the upper limit is more preferably 0.07 mm, and particularly preferably 0.06 mm. By setting the thickness of the diffusion layer in the above range, the thermal stress generated in the diffusion layer is reduced, so that the bonding strength is increased (that is, the bonded portion is hardly peeled off from the ceramic body). The thickness of the diffusion layer is preferably 0.1 mm or less, but if it is less than 0.01 mm, the diffusion layer is too thin, the bonding strength is lowered, and the bonded portion may be peeled off from the ceramic body. On the other hand, if it exceeds the upper limit value, the joining portion 30 becomes too thick, so that the thermal stress increases. Therefore, when a thermal stress is generated, the ceramic body may be broken or the joint portion may be peeled off from the ceramic body. When the thickness of the diffusion layer is not uniform, the “thickness of the diffusion layer” is the thickness of the thickest portion of the diffusion layer.

拡散層31の厚さに対する金属層32の厚さの比の値は、1〜10であることが好ましい。上記比の値の下限値は、1.1であることが好ましく、1.2であることが更に好ましい。一方、上限値は、7であることが好ましく、5であることが更に好ましい。上記比の値を上記範囲内とすることにより、拡散層と金属層との間に生じる熱応力が小さくなるため、セラミック体と接合部とを接合する強度(接合強度)が高くなる。上記比の値が下限値未満であると、セラミック体と接合部とを接合する接合強度が低くなるため、接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、拡散層と金属層との間に生じる熱応力が大きくなるため、セラミック体が割れてしまったり、接合部がセラミック体から剥がれてしまうおそれがある。なお、金属層の厚さは、上記「接合部の厚さ」から上記「拡散層の厚さ」の差を算出して得られる値とした。   The ratio of the thickness of the metal layer 32 to the thickness of the diffusion layer 31 is preferably 1-10. The lower limit of the ratio value is preferably 1.1, and more preferably 1.2. On the other hand, the upper limit is preferably 7, and more preferably 5. By setting the value of the ratio within the above range, the thermal stress generated between the diffusion layer and the metal layer is reduced, so that the strength (joining strength) at which the ceramic body and the joined portion are joined is increased. If the value of the ratio is less than the lower limit value, the bonding strength for bonding the ceramic body and the bonding portion is lowered, and the bonding portion may be peeled off from the ceramic body. On the other hand, if the value exceeds the upper limit value, the thermal stress generated between the diffusion layer and the metal layer becomes large, so that the ceramic body may be broken or the joint may be peeled off from the ceramic body. The thickness of the metal layer was a value obtained by calculating the difference of the “thickness of the diffusion layer” from the “thickness of the junction”.

接合部30の大きさは、特に制限はない。例えば本実施形態のハニカム構造体100のように電極部21を有する場合には、電極部21よりも小さいことが好ましい。   The size of the joint portion 30 is not particularly limited. For example, when it has the electrode part 21 like the honeycomb structure 100 of this embodiment, it is preferable that it is smaller than the electrode part 21.

[1−2]セラミック体:
セラミック体20は、多孔質の隔壁1と最外周に位置する外周壁3とを有する筒状のハニカム構造部4と、このハニカム構造部4の側面5に配設された一対の電極部21、21とを備えている。即ち、本実施形態においては、上記ハニカム構造部4と上記一対の電極部21、21とを備えたものが「セラミック体」である。隔壁1は、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成するものである。
[1-2] Ceramic body:
The ceramic body 20 includes a cylindrical honeycomb structure portion 4 having a porous partition wall 1 and an outer peripheral wall 3 located on the outermost periphery, and a pair of electrode portions 21 disposed on the side surface 5 of the honeycomb structure portion 4. 21. That is, in the present embodiment, the “ceramic body” includes the honeycomb structure portion 4 and the pair of electrode portions 21 and 21. The partition wall 1 partitions and forms a plurality of cells 2 extending from one end face 11 to the other end face 12 to be a fluid flow path.

セラミック体20は、導電性を有している。そのため、セラミック体20は、一対の電極部21、21間に電圧を印加することにより発熱する。   The ceramic body 20 has conductivity. Therefore, the ceramic body 20 generates heat when a voltage is applied between the pair of electrode portions 21 and 21.

セラミック体20及び電極部21は、金属Siを含むものであり、金属Siが、電極部21全体の15質量%以上である。 Ceramic body 20 and the electrode portion 21, Monodea containing metal Si is, metallic Si is the electrode portions 21 total 15% by mass or more.

ハニカム構造部4の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、ハニカム構造体の用途に合わせて適宜決定することができる。   The partition wall thickness, cell density, outer peripheral wall thickness and the like of the honeycomb structure portion 4 can be appropriately determined according to the use of the honeycomb structure.

電極部21は、気孔率が30〜55%であることが好ましく、35〜50%であることが更に好ましい。電極部21の気孔率がこのような範囲であることにより、好適な電気抵抗率が得られる。電極部21の気孔率が30%より低いと、比抵抗が小さくなり、通電した時に、電流が過剰に流れることがある。そのため、電気回路等を破損させてしまうことがある。また、電極部21の気孔率が30%より低いと、熱容量が大きくなるため、通電時の昇温速度が遅くなるおそれがある。電極部21の気孔率が55%より高いと、電気抵抗率が高くなり過ぎることがある。気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。なお、本明細書において「セラミック体の気孔率」とは、EHCやヒーターのように電極部を有する場合には、「電極部の気孔率」を意味する。   The electrode portion 21 preferably has a porosity of 30 to 55%, more preferably 35 to 50%. When the porosity of the electrode portion 21 is in such a range, a suitable electrical resistivity can be obtained. When the porosity of the electrode part 21 is lower than 30%, the specific resistance becomes small, and an electric current may flow excessively when energized. Therefore, the electric circuit or the like may be damaged. In addition, when the porosity of the electrode portion 21 is lower than 30%, the heat capacity increases, so that the rate of temperature increase during energization may be slow. When the porosity of the electrode part 21 is higher than 55%, the electrical resistivity may become too high. The porosity is a value measured by Archimedes method. In the present specification, the “porosity of the ceramic body” means “porosity of the electrode portion” when the electrode portion is provided like EHC or a heater.

セラミック体20の熱膨張係数は、3.5〜5.0×10−6/℃であることが好ましい。セラミック体20の熱膨張係数の下限値は、3.7×10−6/℃であることが好ましく、4.0×10−6/℃であることが更に好ましい。一方、セラミック体20の上限値は、4.8×10−6/℃であることが好ましく、4.6×10−6/℃であることが更に好ましい。セラミック体20の上記熱膨張係数が上記範囲内であることにより、発生する熱応力が小さく、耐熱性に優れたセラミック体が得られる。セラミック体20の上記熱膨張係数が下限値未満であると、接合部との熱膨張係数が大きくなり、冷熱サイクル時に、大きな熱応力が発生し、接合部が剥がれてしまうおそれがある。一方、上限値超であると、冷熱サイクル時に、セラミック体自身が膨張及び収縮して発生する熱応力によってセラミック体が割れてしまうおそれがある。 The thermal expansion coefficient of the ceramic body 20 is preferably 3.5 to 5.0 × 10 −6 / ° C. The lower limit value of the thermal expansion coefficient of the ceramic body 20 is preferably 3.7 × 10 −6 / ° C., and more preferably 4.0 × 10 −6 / ° C. On the other hand, the upper limit value of the ceramic body 20 is preferably 4.8 × 10 −6 / ° C., more preferably 4.6 × 10 −6 / ° C. When the thermal expansion coefficient of the ceramic body 20 is within the above range, a ceramic body with low thermal stress and excellent heat resistance can be obtained. If the thermal expansion coefficient of the ceramic body 20 is less than the lower limit value, the thermal expansion coefficient with the joint portion is increased, and a large thermal stress is generated during the cooling / heating cycle, and the joint portion may be peeled off. On the other hand, if it exceeds the upper limit value, the ceramic body may be cracked by thermal stress generated by expansion and contraction of the ceramic body itself during the cooling / heating cycle.

[2]ハニカム構造体の製造方法:
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。以下に、本発明のハニカム構造体の一の実施形態であるハニカム構造体100を製造する方法を示す。
[2] Manufacturing method of honeycomb structure:
Next, the manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention will be described. Hereinafter, a method for manufacturing the honeycomb structure 100 as an embodiment of the honeycomb structure of the present invention will be described.

[2−1]セラミック体の作製工程:
まず、上記ハニカム構造部4と上記一対の電極部21、21とを備えるセラミック体20を作製する。具体的には、まず、炭化珪素粉末及び金属Si粉末に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する。
[2-1] Manufacturing process of ceramic body:
First, a ceramic body 20 including the honeycomb structure portion 4 and the pair of electrode portions 21 and 21 is manufactured. Specifically, first, a forming raw material is prepared by adding a binder, a surfactant, a pore former, water and the like to silicon carbide powder and metal Si powder.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素(金属Si)粉末の合計質量を100質量部としたときに、2.0〜10.0質量部であることが好ましい。   Examples of the binder include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination. The content of the binder is preferably 2.0 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon (metal Si) powder is 100 parts by mass.

水の含有量は、金属Siを100質量部としたときに、20〜60質量部であることが好ましい。   The water content is preferably 20 to 60 parts by mass when the metal Si is 100 parts by mass.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。   The pore former is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water absorbent resin, and silica gel.

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。   Next, the forming raw material is kneaded to form a clay. There is no restriction | limiting in particular as a method of kneading | mixing a shaping | molding raw material and forming a clay, For example, the method of using a kneader, a vacuum clay kneader, etc. can be mentioned.

次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚さ、セル密度等を有する口金を用いることが好ましい。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。ハニカム成形体は、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁と最外周に位置する外周壁とを有する構造である。   Next, the kneaded material is extruded to form a honeycomb formed body. In extrusion molding, it is preferable to use a die having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density and the like. As the material of the die, a cemented carbide which does not easily wear is preferable. The honeycomb formed body has a structure having partition walls that form a plurality of cells that serve as fluid flow paths and an outer peripheral wall that is positioned on the outermost periphery.

次に、得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。   Next, it is preferable to dry the obtained honeycomb formed body. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include an electromagnetic heating method such as microwave heating drying and high-frequency dielectric heating drying, and an external heating method such as hot air drying and superheated steam drying.

なお、ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとする本発明のハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。   Note that the partition wall thickness, cell density, outer peripheral wall thickness, etc. of the honeycomb molded body can be appropriately determined in accordance with the structure of the honeycomb structure of the present invention to be manufactured in consideration of shrinkage during drying and firing. it can.

次に、電極部を形成するためのペースト状の電極部形成原料を作製する。この電極部形成原料は、炭化珪素粉末(炭化珪素)及び金属珪素(金属Si)粉末に、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して、混練して作製することができる。混練の方法は特に限定されず、例えば、縦型の撹拌機を用いることができる。   Next, a paste-like electrode part forming raw material for forming the electrode part is prepared. This electrode part forming raw material can be prepared by adding a binder, a surfactant, a pore former, water and the like to silicon carbide powder (silicon carbide) and metal silicon (metal Si) powder and kneading them. The method of kneading is not particularly limited, and for example, a vertical stirrer can be used.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。   Examples of the binder include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。   The pore former is not particularly limited as long as it becomes pores after firing, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water absorbent resin, and silica gel.

次に、作製した電極部形成原料を、乾燥させたハニカム成形体の側面に塗布する。電極部形成原料をハニカム成形体の側面に塗布する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、印刷方法を用いることができる。電極部形成原料は、一対の電極部における一方の電極部が、一対の電極部における他方の電極部に対して、ハニカム成形体の中心を挟んで反対側に配設されるように、ハニカム成形体の側面に塗布する。   Next, the produced electrode part forming raw material is applied to the side surface of the dried honeycomb formed body. The method for applying the electrode part forming raw material to the side surface of the honeycomb formed body is not particularly limited, and for example, a printing method can be used. The electrode part forming raw material is formed so that one electrode part of the pair of electrode parts is disposed on the opposite side of the center of the honeycomb formed body with respect to the other electrode part of the pair of electrode parts. Apply to the side of the body.

次に、ハニカム成形体の側面に塗布した電極部形成原料を乾燥させてハニカム乾燥体を得ることが好ましい。乾燥条件は、50〜100℃とすることが好ましい。   Next, it is preferable to dry the electrode part forming raw material applied to the side surface of the honeycomb formed body to obtain a dried honeycomb body. The drying conditions are preferably 50 to 100 ° C.

次に、得られたハニカム乾燥体を焼成して、セラミック体20とすることができる。焼成条件は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、1400〜1500℃で、1〜20時間加熱することが好ましい。なお、焼成の前に、バインダ等を除去するため、仮焼成を行うことが好ましい。仮焼成は大気雰囲気において、400〜500℃で、0.5〜20時間行うことが好ましい。   Next, the obtained honeycomb dried body can be fired to obtain the ceramic body 20. The firing conditions are preferably 1400 to 1500 ° C. for 1 to 20 hours in an inert atmosphere such as nitrogen or argon. In addition, it is preferable to perform temporary baking in order to remove a binder etc. before baking. Pre-baking is preferably performed at 400 to 500 ° C. for 0.5 to 20 hours in an air atmosphere.

[2−2]接合部の形成工程:
次に、得られたセラミック体20の側面5に接合部30を形成する。具体的には、一対の電極部21、21上に接合部30を形成する。
[2-2] Step of forming the joint:
Next, the joint portion 30 is formed on the side surface 5 of the obtained ceramic body 20. Specifically, the bonding portion 30 is formed on the pair of electrode portions 21 and 21.

まず、金属成分と、SiC及びコーディエライトの少なくとも一方(熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物)とを混合して接合部を形成するための原料を調製する。次に、調製した原料をプレス加工などの方法により、所定の形状(例えば、板状)に成形する。次に、成形された原料(成形済み原料)を、セラミック体20の側面5上(具体的には、一方の電極部21上及び他方の電極部21上)に配置する。次に、この状態(即ち、上記成形済み原料を一方の電極部21及び他方の電極部21に配置した状態)で、上記成形済み原料のそれぞれに、成形済み原料の厚さ方向の圧力を加えながら、以下の条件で焼成する。上記成形済み原料に加える圧力は、0.01〜10MPaであることが好ましい。焼成条件は、Ar雰囲気下900〜1300℃で10分〜2時間であることが好ましい。このようにして、図1に示すハニカム構造体100を製造することができる。なお、成形済み原料を焼成する際には、圧力を加えなくてもよいが、圧力を加えた方が、拡散層が形成され易い。 First, a metal component and at least one of SiC and cordierite (a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less) are mixed to prepare a raw material for forming a joint. Next, the prepared raw material is formed into a predetermined shape (for example, a plate shape) by a method such as press working. Next, the formed raw material (molded raw material) is disposed on the side surface 5 of the ceramic body 20 (specifically, on the one electrode portion 21 and the other electrode portion 21). Next, in this state (that is, in a state in which the molded raw material is disposed on one electrode portion 21 and the other electrode portion 21), pressure in the thickness direction of the molded raw material is applied to each of the molded raw materials. While firing under the following conditions. The pressure applied to the shaped raw material is preferably 0.01 to 10 MPa. Firing conditions are preferably 10 minutes to 2 hours at 900 to 1300 ° C. in an Ar atmosphere. In this way, the honeycomb structure 100 shown in FIG. 1 can be manufactured. In addition, when baking a shaping | molding raw material, it is not necessary to apply a pressure, However, The diffusion layer is easy to be formed when the pressure is applied.

上記成形済み原料に加える圧力は、上述したように0.01〜10MPaであることが好ましい。上記成形済み原料に加える圧力の下限値は、0.05MPaであることが更に好ましく、0.1MPaであることが特に好ましい。一方、上記成形済み原料に加える圧力の上限値は、7MPaであることが更に好ましく、5MPaであることが特に好ましい。上記成形済み原料に加える圧力を上記範囲とすることにより、金属成分と金属Siとの反応が起こり易くなる。その結果、拡散層がより形成され易くなる。また、セラミック体20と接合部30とが強く接合される。上記成形済み原料に加える圧力が下限値未満であると、拡散層が形成され難くなり、セラミック体20と接合部30との接合力が弱くなるおそれがある。一方、上限値超であると、セラミック体20に大きな圧力がかかるため、セラミック体20が割れてしまうおそれがある。   As described above, the pressure applied to the shaped raw material is preferably 0.01 to 10 MPa. The lower limit value of the pressure applied to the shaped raw material is more preferably 0.05 MPa, and particularly preferably 0.1 MPa. On the other hand, the upper limit value of the pressure applied to the shaped raw material is more preferably 7 MPa, and particularly preferably 5 MPa. By setting the pressure applied to the shaped raw material within the above range, the reaction between the metal component and the metal Si is likely to occur. As a result, the diffusion layer is more easily formed. Further, the ceramic body 20 and the joint portion 30 are strongly joined. If the pressure applied to the molded raw material is less than the lower limit value, it is difficult to form a diffusion layer, and the bonding force between the ceramic body 20 and the bonding portion 30 may be weakened. On the other hand, if it exceeds the upper limit value, a large pressure is applied to the ceramic body 20, which may cause the ceramic body 20 to break.

焼成条件は、Ar雰囲気下900〜1300℃で10分〜2時間であることが好ましい。このような条件で焼成することにより、拡散層及び金属層が良好な厚さ(拡散層においては0.1mm以下)で形成される。焼成温度の下限値は、920℃であることが更に好ましく、950℃であることが特に好ましい。一方、焼成温度の上限値は、1250℃であることが更に好ましく、1200℃であることが特に好ましい。焼成温度を上記範囲とすることにより、拡散層及び金属層が良好な厚さで形成される。そのため、セラミック体と接合部との接合強度が高くなり、かつ特に拡散層に生じる熱応力が低くなる。そのため、接合部がセラミック体から剥がれ難くなる。焼成温度が下限値未満であると、金属成分及び金属Siが拡散し難く、金属成分と金属Siとの反応が起こり難くなるため、拡散層及び金属層を有する接合部が形成されないおそれがある。一方、上限値超であると、金属成分と金属Siとの反応が起こり過ぎてしまい拡散層が厚く形成されるおそれがある。そのため、熱応力が生じたときに拡散層(接合部)が割れてしまうおそれがある。   Firing conditions are preferably 10 minutes to 2 hours at 900 to 1300 ° C. in an Ar atmosphere. By baking under such conditions, the diffusion layer and the metal layer are formed with a good thickness (0.1 mm or less in the diffusion layer). The lower limit of the firing temperature is more preferably 920 ° C, and particularly preferably 950 ° C. On the other hand, the upper limit of the firing temperature is more preferably 1250 ° C, and particularly preferably 1200 ° C. By setting the firing temperature in the above range, the diffusion layer and the metal layer are formed with a good thickness. Therefore, the bonding strength between the ceramic body and the bonding portion is increased, and in particular, the thermal stress generated in the diffusion layer is decreased. Therefore, it becomes difficult for the joint portion to be peeled off from the ceramic body. When the firing temperature is less than the lower limit value, the metal component and the metal Si are difficult to diffuse, and the reaction between the metal component and the metal Si is difficult to occur, so that there is a possibility that the joint portion having the diffusion layer and the metal layer is not formed. On the other hand, when the value exceeds the upper limit, the reaction between the metal component and the metal Si occurs excessively, and the diffusion layer may be formed thick. Therefore, there is a possibility that the diffusion layer (bonding part) is cracked when thermal stress is generated.

焼成時間の下限値は、7分であることが更に好ましく、10分であることが特に好ましい。一方、焼成時間の上限値は、1時間半であることが更に好ましく、1時間であることが特に好ましい。焼成時間を上記範囲とすることにより、拡散層及び金属層が良好な厚さで形成される。そのため、セラミック体と接合部との接合強度が高くなり、かつ特に拡散層に生じる熱応力が低くなる。そのため、接合部がセラミック体から剥がれ難くなる。焼成時間が下限値未満であると、拡散層及び金属層の厚さが良好な範囲となり難く、特に拡散層は良好な厚さの範囲よりも薄くなるため、セラミック体と接合部との接合強度が低くなるおそれがある。そのため、接合部がセラミック体から剥がれるおそれがある。一方、上限値超であると、拡散層及び金属層の厚さが良好な範囲内になり難く、特に拡散層は良好な厚さよりも厚くなるため、拡散層に生じる熱応力が高くなるおそれがある。そのため、熱応力がかかったときに接合部がセラミック体から剥がれるおそれがある。   The lower limit of the firing time is more preferably 7 minutes, and particularly preferably 10 minutes. On the other hand, the upper limit of the firing time is more preferably 1 hour and a half, and particularly preferably 1 hour. By setting the firing time in the above range, the diffusion layer and the metal layer are formed with a good thickness. For this reason, the bonding strength between the ceramic body and the bonding portion is increased, and in particular, the thermal stress generated in the diffusion layer is decreased. Therefore, it becomes difficult for the joint portion to be peeled off from the ceramic body. When the firing time is less than the lower limit, the thickness of the diffusion layer and the metal layer is difficult to be in a favorable range, and in particular, the diffusion layer is thinner than the range of the favorable thickness, so the bonding strength between the ceramic body and the joint portion May be low. Therefore, there exists a possibility that a junction part may peel from a ceramic body. On the other hand, if the value exceeds the upper limit, the thickness of the diffusion layer and the metal layer is unlikely to be within a favorable range, and in particular, the diffusion layer is thicker than the preferable thickness, and thus the thermal stress generated in the diffusion layer may be increased. is there. Therefore, when a thermal stress is applied, the joint may be peeled off from the ceramic body.

なお、上述したように、圧力を加えた状態で焼成することによって、拡散層とこの拡散層上に形成された金属層とを有する接合部が容易に形成される。具体的には、圧力を加えながら加熱すると、所定の温度帯でまず成形済み原料中の金属成分が溶融する。その後、更に昇温されると、セラミック体中の金属Siが溶融し、金属成分と金属Siが互いに混ざり合い、反応する。このようにして拡散層が形成される。   Note that, as described above, by firing in a state where pressure is applied, a joining portion having a diffusion layer and a metal layer formed on the diffusion layer is easily formed. Specifically, when heated while applying pressure, the metal component in the molded raw material is first melted in a predetermined temperature range. Thereafter, when the temperature is further increased, the metal Si in the ceramic body is melted, and the metal component and the metal Si are mixed and reacted. In this way, a diffusion layer is formed.

[3]ハニカム構造体:
図3は、ハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す斜視図である。図3に示すハニカム構造体101は、セラミック体40と、このセラミック体40の外周面(側面)5(図4参照)の全部を覆うように形成された接合部30とを備えている。接合部30は、セラミック体40に接合されている。接合部30は、図4に示すように、セラミック体40の側面5側の拡散層31とこの拡散層31上に形成された金属層32とを有している。セラミック体40は、流体の流路となる一方の端面11から他方の端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1と最外周に位置する外周壁3とを有する筒状のものである。即ち、本実施形態における「セラミック体」は、上述した一の実施形態とは異なり電極部を備えていないものである。また、セラミック体40は、熱伝導性を有するものである。このようなハニカム構造体101は、熱交換器の基材として使用することができる。即ち、ハニカム構造体101を、筒状の金属管に嵌め込むことによって得られたものは、熱交換器として用いることができる。このような熱交換器は、セラミック体40のセル2内に第一の流体を流通させ、ハニカム構造体101の外に第二の流体を流通させることにより、第一の流体と第二の流体の熱交換を行うことができる。図4は、ハニカム構造体の他の実施形態のセルの延びる方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。
[3] Honeycomb structure:
Figure 3 is a perspective view schematically showing another embodiment of a honeycomb structure. A honeycomb structure 101 shown in FIG. 3 includes a ceramic body 40 and a joint portion 30 formed so as to cover the entire outer peripheral surface (side surface) 5 (see FIG. 4) of the ceramic body 40. The joint portion 30 is joined to the ceramic body 40. As shown in FIG. 4, the joint portion 30 includes a diffusion layer 31 on the side surface 5 side of the ceramic body 40 and a metal layer 32 formed on the diffusion layer 31. The ceramic body 40 has a cylindrical shape having a partition wall 1 that partitions and forms a plurality of cells 2 extending from one end surface 11 serving as a fluid flow path to the other end surface 12 and an outer peripheral wall 3 positioned at the outermost periphery. . That is, the “ceramic body” in the present embodiment is different from the above-described one embodiment in that it does not include an electrode portion. The ceramic body 40 has thermal conductivity. Such a honeycomb structure 101 can be used as a base material of a heat exchanger. That is, what was obtained by fitting the honeycomb structure 101 into a cylindrical metal tube can be used as a heat exchanger. Such a heat exchanger causes the first fluid and the second fluid to flow by flowing the first fluid in the cell 2 of the ceramic body 40 and flowing the second fluid outside the honeycomb structure 101. The heat exchange can be performed. Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section parallel to the cell extension direction of another embodiment of a honeycomb structure.

本実施形態におけるセラミック体40の気孔率は、0〜0.1%であることが好ましく、0〜0.05%であることが更に好ましい。セラミック体40の気孔率がこのような範囲である場合、セラミック体40は緻密構造を有することになる。即ち、隔壁及び外周壁が緻密な壁になっている。このように緻密構造にすることで良好な熱伝導性を有することになる。気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。   The porosity of the ceramic body 40 in the present embodiment is preferably 0 to 0.1%, and more preferably 0 to 0.05%. When the porosity of the ceramic body 40 is within such a range, the ceramic body 40 has a dense structure. That is, the partition wall and the outer peripheral wall are dense walls. By having a dense structure in this way, it has good thermal conductivity. The porosity is a value measured by Archimedes method.

セラミック体40の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、適宜決定することができる。   The partition wall thickness, the cell density, the outer peripheral wall thickness, and the like of the ceramic body 40 can be appropriately determined.

接合部30は、図1に示すハニカム構造体100の接合部30と同様の接合部を用いることができる。従って、ハニカム構造体101は、金属部材と接合させたとき、接合部分における電気抵抗の変化率が低い。そのため、ハニカム構造体101は、電圧を印加したとき、印加した電圧に対して所望の発熱が得られる。また、ハニカム構造体101は、接合部分における接触熱抵抗が低い。そのため、ハニカム構造体101は、ハニカム構造体101(セラミック体40のセル2)内を流れる流体とハニカム構造体101の外を流れる流体との熱交換が良好に行われる。   As the joint portion 30, a joint portion similar to the joint portion 30 of the honeycomb structure 100 shown in FIG. 1 can be used. Therefore, when the honeycomb structure 101 is bonded to a metal member, the rate of change in electrical resistance at the bonded portion is low. Therefore, when a voltage is applied to the honeycomb structure 101, desired heat generation is obtained with respect to the applied voltage. In addition, the honeycomb structure 101 has a low contact thermal resistance at the joint portion. Therefore, in the honeycomb structure 101, heat exchange between the fluid flowing in the honeycomb structure 101 (the cell 2 of the ceramic body 40) and the fluid flowing outside the honeycomb structure 101 is favorably performed.

[4]ハニカム構造体の製造方法:
次に、本発明のハニカム構造体の他の実施形態であるハニカム構造体101を製造する方法を示す。
[4] Manufacturing method of honeycomb structure:
Next, a method for manufacturing a honeycomb structure 101 which is another embodiment of the honeycomb structure of the present invention will be described.

まず、セラミック体40を作製する。具体的には、まず、炭化珪素粉末及び金属Si粉末に、バインダ、界面活性剤、水等を添加して成形原料を作製する。   First, the ceramic body 40 is produced. Specifically, first, a forming raw material is prepared by adding a binder, a surfactant, water, and the like to silicon carbide powder and metal Si powder.

バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。   Examples of the binder include methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination.

界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。   As the surfactant, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

次に、成形原料を混練して坏土を形成する。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。   Next, the forming raw material is kneaded to form a clay. There is no restriction | limiting in particular as a method of kneading | mixing a shaping | molding raw material and forming a clay, For example, the method of using a kneader, a vacuum clay kneader, etc. can be mentioned.

次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成する。押出成形では、適当な形態の口金や治具を選択することにより、外周壁の形状や厚さ、隔壁の厚さ、セルの形状、セル密度などを所望のものにすることができる。口金は、摩耗し難い超硬合金で作られたものを用いることが好ましい。   Next, the kneaded material is extruded to form a honeycomb formed body. In extrusion molding, the shape and thickness of the outer peripheral wall, the thickness of the partition walls, the shape of the cells, the cell density, and the like can be made desired by selecting an appropriate form of die and jig. It is preferable to use a die made of a cemented carbide that hardly wears.

次に、得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。乾燥の方法は特に限定されず、例えば、マイクロ波加熱乾燥、高周波誘電加熱乾燥等の電磁波加熱方式と、熱風乾燥、過熱水蒸気乾燥等の外部加熱方式とを挙げることができる。   Next, it is preferable to dry the obtained honeycomb formed body. The drying method is not particularly limited, and examples thereof include an electromagnetic heating method such as microwave heating drying and high-frequency dielectric heating drying, and an external heating method such as hot air drying and superheated steam drying.

なお、ハニカム成形体の隔壁厚さ、セル密度、外周壁の厚さ等は、乾燥、焼成における収縮を考慮し、作製しようとする本発明のハニカム構造体の構造に合わせて適宜決定することができる。   Note that the partition wall thickness, cell density, outer peripheral wall thickness, etc. of the honeycomb molded body can be appropriately determined in accordance with the structure of the honeycomb structure of the present invention to be manufactured in consideration of shrinkage during drying and firing. it can.

次に、このハニカム成形体の上に金属Siの塊を載せ、真空中または減圧の不活性ガス中で、焼成をする。焼成することによって、ハニカム成形体の上に載せた金属Siの塊を融解させ、外周壁及び隔壁に金属Siを含浸させることができる。このようにして、緻密構造のセラミック体40を作製することができる。   Next, a lump of metal Si is placed on the honeycomb formed body and fired in a vacuum or in an inert gas under reduced pressure. By firing, the lump of metal Si placed on the honeycomb formed body can be melted, and the outer peripheral wall and partition walls can be impregnated with metal Si. In this way, the ceramic body 40 having a dense structure can be produced.

次に、得られたセラミック体40の側面5の全部を覆うように接合部30を形成する。具体的には、まず、金属成分と、SiC及びコーディエライトの少なくとも一方(熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物)とを混合して「接合部を形成するための原料」を調製する。次に、調製した上記原料を溶射、コールドスプレー、印刷、刷毛塗布などの方法によって、セラミック体40の側面5の全部を覆うように塗工して塗工層を形成する。その後、「塗工層が形成されたセラミック体40」を900〜1300℃、10分〜2時間の条件で加熱する。このようにすると、塗工層とセラミック体40との界面領域に、金属成分並びにSiC及びコーディエライトの少なくとも一方が拡散した層が形成される。そして、この層中の金属成分と「SiC及びコーディエライトの少なくとも一方」とが反応して拡散層を形成する。このようにして、接合部を有するハニカム構造体101を製造することができる。なお、「塗工層が形成されたセラミック体40」を加熱する際には、塗工層に対して、塗工層の厚さ方向の圧力を加えることが好ましい。圧力を加えることにより、拡散層が形成され易くなる。この圧力は、上述した「成形済み原料に加える圧力」と同じ条件の圧力とすることができる。 Next, the joint portion 30 is formed so as to cover the entire side surface 5 of the obtained ceramic body 40. Specifically, first, a metal component and at least one of SiC and cordierite (a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less) are mixed to form “a junction part for forming”. "Raw material" is prepared. Next, the prepared raw material is applied so as to cover the entire side surface 5 of the ceramic body 40 by a method such as thermal spraying, cold spraying, printing, or brush application to form a coating layer. Thereafter, the “ceramic body 40 on which the coating layer is formed” is heated at 900 to 1300 ° C. for 10 minutes to 2 hours. In this way, a layer in which at least one of the metal component and SiC and cordierite is diffused is formed in the interface region between the coating layer and the ceramic body 40. The metal component in this layer reacts with “at least one of SiC and cordierite” to form a diffusion layer. In this way, the honeycomb structure 101 having the joint can be manufactured. In addition, when heating the “ceramic body 40 on which the coating layer is formed”, it is preferable to apply a pressure in the thickness direction of the coating layer to the coating layer. By applying pressure, the diffusion layer is easily formed. This pressure can be a pressure under the same conditions as the “pressure applied to the shaped raw material” described above.

得られたハニカム構造体101は、以下のようにして金属管(金属部材)(図示せず)と一体化させることで熱交換器として使用することができる。即ち、まず、ハニカム構造体101を金属管に挿入する。その後、高周波加熱機などによって1000℃程度まで昇温する。このようにすると、ハニカム構造体101と金属管とが接合部30によって接合されて一体化する。   The obtained honeycomb structure 101 can be used as a heat exchanger by being integrated with a metal tube (metal member) (not shown) as follows. That is, first, the honeycomb structure 101 is inserted into a metal tube. Thereafter, the temperature is raised to about 1000 ° C. by a high-frequency heater or the like. If it does in this way, the honeycomb structure 101 and the metal pipe will be joined by the junction part 30, and will be integrated.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
まず、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(金属Si)粉末とを80:20の質量割合で混合した。これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。その後、この成形原料をニーダーを使用して混練して混練物を得た。この混練物を真空土練機に投入して板状の坏土を作製した。次に、この板状の坏土を乾燥させて板状の乾燥体を得た。次に、アルゴン雰囲気下で焼成温度を1500℃として2時間焼成を行った。このようにして、SiCを主成分とする板状の焼成体を作製した。板状の焼成体は、一辺が20mmの正方形で厚さが5mmであった。この板状の焼成体を、セラミック体の試験片とした。なお、セラミック体の気孔率は、30.2%であった。セラミック体の気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。
Example 1
First, silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (metal Si) powder were mixed at a mass ratio of 80:20. To this, hydroxypropylmethylcellulose as a binder and a water-absorbing resin as a pore former were added, and water was added to form a molding raw material. Thereafter, this forming raw material was kneaded using a kneader to obtain a kneaded product. The kneaded material was put into a vacuum kneader to produce a plate-shaped clay. Next, this plate-shaped clay was dried to obtain a plate-shaped dry body . In the following, it was sintered for 2 hours forming a firing temperature of 1500 ° C. under an argon atmosphere. Thus, to prepare a plate-like fired body mainly composed of S iC. The plate-like fired body had a square with a side of 20 mm and a thickness of 5 mm. This plate-like fired body was used as a test piece of a ceramic body. The porosity of the ceramic body was 30.2%. The porosity of the ceramic body is a value measured by Archimedes method.

次に、接合部を構成するための原料として、Fe粉末(平均粒径5μm)、Cr粉末(平均粒径5μm)、SiC粉末(平均粒径5μm、熱膨張係数4.1×10−6/℃)を用意した。なお、これらの粉末原料の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布装置で測定した値である。次に、Fe粉末78.4質量%、Cr粉末17.2質量%、SiC粉末4.4質量%となるように上記各粉末を混合して10分間攪拌させた。その後、混合粉末を一辺が20mmの正方形で厚さが5mmの板状にプレス成形して「板状の原料」を得た。その後、この「板状の原料」によって上記試験片を挟むように上記試験片の両面に配置して積層体を得た。次に、上記積層体の一方の面に重りを載せることによりこの積層体に面圧0.1MPaをかけた。その後、この圧力を加えた状態で、上記積層体をAr雰囲気下1100℃で1時間加熱した。このようにして、「板状の原料」中の金属(Fe粉末、Cr粉末)を焼結させて金属層を形成させるとともに、セラミックからなる上記試験片を構成するSiと「板状の原料」中の金属(金属成分)を反応させて拡散層を形成させた。このようにして、セラミック体と、このセラミック体に接合された接合部とを備える試験用構造体を得た。得られた試験用構造体中におけるSiCの平均粒径を以下のようにして算出した。まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて試験用構造体の厚さ方向の断面を観察し、この観察視野中の任意の視野(縦100μm×横100μm)を3箇所選択して撮影した。観察倍率は1000倍とした。次に、各視野において、撮影された画像中のSiC(3個)における直径を測定し、平均値を算出した。算出された値をSiCの平均粒径とした。表1中、単に「粒径」と記す。なお、直径を測定するためのSiCは、視野中でなるべく大きいものを選択した。 Next, as raw materials for constituting the joint, Fe powder (average particle size 5 μm), Cr powder (average particle size 5 μm), SiC powder (average particle size 5 μm, thermal expansion coefficient 4.1 × 10 −6 / ° C) was prepared. In addition, the average particle diameter of these powder raw materials is the value measured with the laser diffraction type particle size distribution apparatus. Next, the above powders were mixed and stirred for 10 minutes so that the Fe powder was 78.4% by mass, the Cr powder was 17.2% by mass, and the SiC powder was 4.4% by mass. Thereafter, the mixed powder was press-molded into a square shape with a side of 20 mm and a thickness of 5 mm to obtain a “plate-shaped raw material”. Then, it arrange | positioned on both surfaces of the said test piece so that the said test piece may be pinched | interposed with this "plate-shaped raw material", and the laminated body was obtained. Next, a surface pressure of 0.1 MPa was applied to the laminate by placing a weight on one surface of the laminate. Thereafter, with the pressure applied, the laminate was heated at 1100 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere. In this way, the metal (Fe powder, Cr powder) in the “plate-shaped raw material” is sintered to form a metal layer, and Si constituting the above-mentioned test piece made of ceramic and “plate-shaped raw material” The metal (metal component) inside was reacted to form a diffusion layer. In this manner, a test structure including a ceramic body and a joint portion joined to the ceramic body was obtained. The average particle size of SiC in the obtained test structure was calculated as follows. First, a cross section in the thickness direction of the test structure was observed using a scanning electron microscope (SEM), and three arbitrary fields (100 μm in length × 100 μm in width) in this observation field were selected and photographed. The observation magnification was 1000 times. Next, in each field of view, the diameter of SiC (three pieces) in the photographed image was measured, and the average value was calculated. The calculated value was defined as the average particle diameter of SiC. In Table 1, it is simply referred to as “particle size”. The SiC for measuring the diameter was selected as large as possible in the visual field.

次に、接合部を、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察及びエネルギー分散型X線分光分析(EDS)を行い、拡散層の有無、金属層の有無を確認した。本実施例のハニカム構造体は、接合部に拡散層及び金属層が形成されていた。拡散層では、Fe、Crのシリサイドが形成されていた。拡散層の厚さは、0.04mmであった。また、金属層には、Fe、Crの合金にSiCが分散されていた。金属層における「SiC」の含有割合は、10.2%であった。結果を表3に示す。なお、表3中、拡散層が形成されていた場合を「有り」と記す。拡散層が形成されていない場合を「無し」と記す。   Next, the junction was observed with a scanning electron microscope (SEM) and subjected to energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) to confirm the presence or absence of a diffusion layer and the presence or absence of a metal layer. In the honeycomb structure of the present example, a diffusion layer and a metal layer were formed at the joint. In the diffusion layer, silicide of Fe and Cr was formed. The thickness of the diffusion layer was 0.04 mm. In the metal layer, SiC was dispersed in an alloy of Fe and Cr. The content ratio of “SiC” in the metal layer was 10.2%. The results are shown in Table 3. In Table 3, the case where the diffusion layer is formed is described as “present”. The case where the diffusion layer is not formed is described as “none”.

具体的には、SEMにより接合部が2層であることが確認され、且つセラミック体側の層をエネルギー分散型X線分光分析したときに金属シリサイドが形成されていることが確認された場合は「拡散層が形成されている(拡散層有り)」とした。また、金属層における「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物(SiC及びコーディエライト)」の含有割合は、SEM画像を画像解析することによって、「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物(SiC及びコーディエライト)」の合計の面積と金属成分の面積とを測定して算出した。具体的には、SEM画像中の任意の視野(縦100μm×横100μm)3箇所を選択して、「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物(SiC及びコーディエライト)」の合計の面積と金属成分の面積とを測定し、平均値を算出した。観察倍率は1000倍とした。また、拡散層における金属シリサイドの含有割合は、金属層における「熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物(SiC及びコーディエライト)」の含有割合と同様に、SEM画像を画像解析することによって、金属シリサイドの面積を測定して算出した。そして、金属シリサイドの種類については、微小部X線回折により確認した。 Specifically, when it is confirmed by SEM that the joint portion is two layers and the layer on the ceramic body side is subjected to energy dispersive X-ray spectroscopic analysis, it is confirmed that metal silicide is formed. A diffusion layer is formed (with a diffusion layer) ”. In addition, the content ratio of the “compounds (SiC and cordierite) having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less” in the metal layer is determined by analyzing the SEM image. The total area of the compound (SiC and cordierite) of 0.0 × 10 −6 / ° C. or less ”and the area of the metal component were calculated. Specifically, an arbitrary field of view (100 μm in length × 100 μm in width) in the SEM image is selected, and “a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less (SiC and cordierite) ”And the area of the metal component were measured, and the average value was calculated. The observation magnification was 1000 times. In addition, the content ratio of the metal silicide in the diffusion layer is similar to the content ratio of the “compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less (SiC and cordierite)” in the metal layer. The area of the metal silicide was measured and calculated by image analysis. And about the kind of metal silicide, it confirmed by micro part X-ray diffraction.

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次に、作製した試験用構造体について以下の方法で各評価を行った。   Next, each evaluation was performed by the following method about the produced test structure.

[オーミックコンタクト性]:
作製した試験用構造体について0.01〜1Vの電圧を順次印加し、このときの電流値を計測する。その後、描かれる電流と電圧の関係を示すグラフが直線になっているか否かを確認する。具体的には、0.5Vにおける電流値と0.01Vにおける電流値との差を算出する。この値を「電流I1」とする。そして、0.5Vと0.01Vと差(0.5V)を電圧V1とする。これらの値から抵抗R1(R1=電圧V1÷電流I1)を求める。その後、1Vにおける電流値と0.5Vにおける電流値との差を算出する。この値を「電流I2」とする。そして、1Vと0.5Vと差(0.5V)を電圧V2とする。その後、これらの値から抵抗R2(R2=電圧V2÷電流I2)を求める。その後、「抵抗R2÷抵抗R1」を算出する。算出された値が0.95〜1.05である場合を「A」とし、この範囲外である場合を「B」とする。
[Omic contact properties]:
A voltage of 0.01 to 1 V is sequentially applied to the manufactured test structure, and the current value at this time is measured. Thereafter, it is confirmed whether or not the graph showing the relationship between the current and voltage drawn is a straight line. Specifically, the difference between the current value at 0.5V and the current value at 0.01V is calculated. This value is defined as “current I1”. The difference between 0.5V and 0.01V (0.5V) is defined as voltage V1. The resistance R1 (R1 = voltage V1 ÷ current I1) is obtained from these values. Thereafter, the difference between the current value at 1 V and the current value at 0.5 V is calculated. This value is defined as “current I2”. The difference between 1V and 0.5V (0.5V) is defined as voltage V2. Thereafter, the resistance R2 (R2 = voltage V2 ÷ current I2) is obtained from these values. Thereafter, “resistance R2 ÷ resistance R1” is calculated. The case where the calculated value is 0.95 to 1.05 is “A”, and the case where the calculated value is outside this range is “B”.

[接合信頼性]:
まず、作製した試験用構造体を「950℃で2分間保持し、その後常温(約25℃)で2分間保持する」冷熱サイクルを1サイクルとし、この冷熱サイクルを1000サイクル行った(冷熱サイクル試験)。次に、拡大顕微鏡、金属顕微鏡およびSEMを用いて観察して、接合部の剥離、接合体及びセラミック体におけるクラックの発生を確認する。その後、以下の基準で評価を行う。上記剥離及び上記クラックの発生が認められなかった場合を「A」とする。大きな剥離又はクラックが認められた場合を「B」とする。
[Joint reliability]:
First, the prepared test structure was “held at 950 ° C. for 2 minutes and then held at room temperature (about 25 ° C. for 2 minutes)” as a cooling cycle, and this cooling cycle was performed 1000 times (cooling cycle test) ). Next, it observes using a magnifier microscope, a metal microscope, and SEM, and confirms generation | occurrence | production of the crack in a peeling of a junction part and a joined body and a ceramic body. Thereafter, evaluation is performed according to the following criteria. The case where the peeling and the generation of the crack are not recognized is referred to as “A”. The case where large peeling or a crack is recognized is set to "B".

[電気抵抗]:
まず、上記[接合信頼性]の試験を行う前の試験用構造体の電気抵抗を測定する。次に、上記[接合信頼性]の試験を行った後の試験用構造体の電気抵抗を測定する。その後、下記式により抵抗変化率を算出する。その後、以下の基準で評価を行う。抵抗変化率が3%未満の場合を「A」とする。抵抗変化率が3%以上で5%未満の場合を「B」とする。抵抗変化率が5%以上で100%未満の場合を「C」とする。抵抗変化率が100%以上の場合を「D」とする。
式:([接合信頼性]の試験を行った後の試験用構造体の電気抵抗/[接合信頼性]の試験を行う前の試験用構造体の電気抵抗)×100
[Electric resistance]:
First, the electrical resistance of the test structure before the [Joint Reliability] test is measured. Next, the electrical resistance of the test structure after the [Joint Reliability] test is measured. Thereafter, the resistance change rate is calculated by the following equation. Thereafter, evaluation is performed according to the following criteria. A case where the resistance change rate is less than 3% is defined as “A”. A case where the resistance change rate is 3% or more and less than 5% is defined as “B”. A case where the resistance change rate is 5% or more and less than 100% is defined as “C”. A case where the resistance change rate is 100% or more is defined as “D”.
Formula: (Electric resistance of test structure after [Joint reliability] test / Electric resistance of test structure before [Joint reliability] test) × 100

[熱抵抗](参考例2)
まず、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(金属Si)粉末とを80:20の質量割合で混合する。これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とする。その後、この成形原料をニーダーを使用して混練して混練物を得る。この混練物を真空土練機に投入してハニカム状の坏土を作製する。次に、このハニカム状の坏土を乾燥させてハニカム状のハニカム乾燥体を得る。得られたハニカム乾燥体の端面に金属Siを積載する。次に、アルゴン雰囲気下で焼成温度を1500℃として2時間含浸焼成を行う。このようにして、Si含浸SiCを主成分とするハニカム状のハニカム焼成体を作製する。得られたハニカム焼成体は、直径が42mmであり、中心軸方向の長さが100mmであった。
[Thermal Resistance] (Reference Example 2) :
First, silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (metal Si) powder are mixed at a mass ratio of 80:20. To this, hydroxypropylmethylcellulose as a binder and a water-absorbing resin as a pore former are added, and water is added to form a molding raw material. Thereafter, this forming raw material is kneaded using a kneader to obtain a kneaded product. This kneaded product is put into a vacuum kneader to prepare a honeycomb-shaped clay. Next, the honeycomb-shaped clay is dried to obtain a honeycomb-shaped honeycomb dried body. Metal Si is loaded on the end face of the obtained honeycomb dried body. Next, impregnation firing is performed for 2 hours at 1500 ° C. in an argon atmosphere. In this way, a honeycomb-shaped honeycomb fired body mainly composed of Si-impregnated SiC is manufactured. The obtained honeycomb fired body had a diameter of 42 mm and a length in the central axis direction of 100 mm.

次に、得られたハニカム焼成体の中心部に300℃の空気を10g/秒で流入させ、外周部には20℃の水を10L/分で流すことで熱交換を行う。そして、この際の熱交換量W1を求める。具体的には、熱交換量W1は、熱交換を行う前後の水の温度差より求める。   Next, heat exchange is performed by flowing 300 ° C. air into the center of the obtained honeycomb fired body at 10 g / second and flowing water at 20 ° C. at 10 L / min into the outer peripheral portion. And the heat exchange amount W1 in this case is calculated | required. Specifically, the heat exchange amount W1 is obtained from the temperature difference between water before and after heat exchange.

次に、接合部を構成するための原料として、Fe粉末(平均粒径5μm)、Cr粉末(平均粒径5μm)、SiC粉末(平均粒径5μm)を用意する。なお、これらの粉末原料の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布装置で測定した値である。次に、Fe粉末78.4質量%、Cr粉末17.2質量%、SiC粉末4.4質量%となるように上記各粉末を混合して10分間攪拌させる。その後、混合粉末を一辺が20mmの正方形で厚さが5mmの板状にプレス成形して「板状の原料」を得る。その後、この「板状の原料」をハニカム焼成体の側面に載置した状態で、Ar雰囲気下1100℃で1時間加熱する。このようにして、ハニカム焼成体と、このハニカム焼成体の側面に接合された接合部(拡散層の厚さが0.04mm)と備える試験用ハニカム構造体を得る。   Next, Fe powder (average particle size 5 μm), Cr powder (average particle size 5 μm), and SiC powder (average particle size 5 μm) are prepared as raw materials for forming the joint. In addition, the average particle diameter of these powder raw materials is the value measured with the laser diffraction type particle size distribution apparatus. Next, the above powders are mixed and stirred for 10 minutes so that the Fe powder is 78.4% by mass, the Cr powder is 17.2% by mass, and the SiC powder is 4.4% by mass. Thereafter, the mixed powder is press-molded into a square shape with a side of 20 mm and a thickness of 5 mm to obtain a “plate-shaped raw material”. Thereafter, this “plate-shaped raw material” is heated at 1100 ° C. for 1 hour in an Ar atmosphere while being placed on the side surface of the honeycomb fired body. In this way, a test honeycomb structure including a honeycomb fired body and a joint portion (a diffusion layer thickness of 0.04 mm) joined to the side surface of the honeycomb fired body is obtained.

次に、得られた試験用ハニカム構造体について、上記ハニカム焼成体と同様の方法にて熱交換量W2を求める。   Next, for the obtained test honeycomb structure, a heat exchange amount W2 is obtained by the same method as that for the honeycomb fired body.

その後、式:(熱交換量W2/熱交換量W1×100)−100により算出される値を求める。求められる値が0〜5%である場合を「」とし、5%超で15%以下である場合を「B」とし、15%超である場合を「」とする。このようにして、試験用ハニカム構造体の接触熱抵抗を評価する。なお、上記式により算出される値が大きいほど、セラミック体と接合部との間における熱の移動が良好に行われていることになる。そのため、上記式により算出される値が大きいほど、接触熱抵抗が良好であると評価することができる。 Thereafter, a value calculated by the formula: (heat exchange amount W2 / heat exchange amount W1 × 100) −100 is obtained. The case where the calculated value is 0 to 5% is “ C ”, the case where it is over 5% and 15% or less is “B”, and the case where it is over 15% is “ A ”. In this way, the contact thermal resistance of the test honeycomb structure is evaluated. Note that the greater the value calculated by the above equation, the better the heat transfer between the ceramic body and the joint. Therefore, it can be evaluated that the larger the value calculated by the above equation, the better the contact thermal resistance.

本実施例のハニカム構造体は、[オーミックコンタクト性]の評価が「A」であった。「接合信頼性」の評価が「A」であった。「電気抵抗」の評価が「B」であった。「熱抵抗」の評価が「A」であった。結果を表4に示す。   In the honeycomb structure of the present example, the evaluation of [ohmic contact property] was “A”. The evaluation of “joining reliability” was “A”. The evaluation of “electric resistance” was “B”. The evaluation of “thermal resistance” was “A”. The results are shown in Table 4.

Figure 0006401433
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(実施例5,7,9,11,13,14、参考例2〜4,6,8,10,12、比較例1〜7)
表1,表2に示す原料を用い、表1,表2に示す配合割合で原料組成物を作製し、この原料組成物を用いて接合部を作製したこと以外は、実施例1,参考例2と同様にして試験片、ハニカム焼成体を作製した。その後、作製した試験片について、実施例1と同様にして、セラミック体の気孔率の測定を行った。また、拡散層の有無及び金属層の有無の確認、金属層における「SiC及びコーディエライト」の含有割合の算出を行った。更に、実施例1と同様にして、「オーミックコンタクト性」、「接合信頼性」、「電気抵抗」、及び、参考例2と同様にして「熱抵抗」の各評価を行った。なお、『金属層に分散した化合物の含有割合』のことを、表3中では「金属層における化合物の含有割合」と記す。
(Examples 5, 7, 9, 11, 13, and 14, Reference Examples 2 to 4, 6, 8, 10, and 12, Comparative Examples 1 to 7)
Table 1, using the raw materials shown in Table 2, Table 1, a raw material composition was prepared at the mixing ratio shown in Table 2, except that to produce a joint by using the raw material composition, Example 1, Reference A test piece and a honeycomb fired body were produced in the same manner as in Example 2 . Thereafter, the porosity of the ceramic body was measured in the same manner as in Example 1 for the prepared test piece . Moreover, the presence or absence of the diffusion layer and the presence or absence of the metal layer were confirmed, and the content ratio of “SiC and cordierite” in the metal layer was calculated. Further, in the same manner as in Example 1, “ohmic contact property”, “junction reliability”, “electric resistance”, and “thermal resistance” were evaluated in the same manner as in Reference Example 2 . The “content ratio of the compound dispersed in the metal layer” is referred to as “content ratio of the compound in the metal layer” in Table 3.

表4から明らかなように、実施例1,5,7,9,11,13,14のハニカム構造体は、「オーミックコンタクト性」の評価が全て「A」であった。即ち、実施例1,5,7,9,11,13,14のハニカム構造体は、接合部における電気抵抗の変化率が低いことが確認できた。また、実施例1,5,7,9,11,13,14のハニカム構造体は、「接合信頼性」の評価が全て「A」であり、かつ実施例1,5,7,9,11,13,14のハニカム構造体は、比較例1〜7のハニカム構造体に比べて、「電気抵抗」の評価が良好であった。即ち、セラミック体と金属部材とが接合部によって良好に接合されており、接合部分の接合強度が良好であることが確認できた。更に、実施例1,5,7,9,11,13,14のハニカム構造体は、「熱抵抗」の評価が良好であり、接合部分の接触熱抵抗が低いことが確認できた。なお、気孔率が0.1%より小さいセラミック体を用いた場合、電気抵抗は、0.05〜0.5Ωcm程度であった。気孔率が0.1以上で60%程度のセラミック体を用いた場合、電気抵抗は2〜20Ωcm程度であった。Siの熱膨張係数は3.3×10−6/℃であり、SiOの熱膨張係数は30×10−6/℃である。金属層にSiを含むと、Siが金属と反応してしまい、金属層の熱膨張係数が高くなりかつ金属層が脆くなってしまう。即ち、接合強度が低くなってしまう。また、Siを添加すると、拡散層が厚くなってしまう。そのため、上記評価において十分な結果が得られない。SiOは、SiO自身の熱膨張係数が高いため、金属層にSiOを含むと、金属層の熱膨張係数が高くなってしまう。そのため、上記評価において十分な結果が得られない。 As is apparent from Table 4 , the honeycomb structures of Examples 1 , 5, 7, 9, 11, 13, and 14 all had an evaluation of “ohmic contact” of “A”. That is, it was confirmed that the honeycomb structures of Examples 1 , 5, 7, 9, 11, 13, and 14 had a low rate of change in electrical resistance at the joint. In addition, the honeycomb structures of Examples 1 , 5, 7, 9, 11, 13, and 14 all have an evaluation of “joining reliability” of “A”, and Examples 1 , 5, 7, 9, and 11 , 13 and 14 had a better evaluation of “electrical resistance” than the honeycomb structures of Comparative Examples 1 to 7. In other words, it was confirmed that the ceramic body and the metal member were favorably joined by the joining portion, and the joining strength of the joining portion was good. Furthermore, it was confirmed that the honeycomb structures of Examples 1 , 5, 7, 9, 11, 13, and 14 had a good evaluation of “thermal resistance” and a low contact thermal resistance at the joint portion. When a ceramic body having a porosity of less than 0.1% was used, the electrical resistance was about 0.05 to 0.5 Ωcm. When a ceramic body having a porosity of 0.1 or more and about 60% was used, the electric resistance was about 2 to 20 Ωcm. The thermal expansion coefficient of Si is 3.3 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of SiO 2 is 30 × 10 −6 / ° C. When Si is contained in the metal layer, Si reacts with the metal, the coefficient of thermal expansion of the metal layer becomes high, and the metal layer becomes brittle. That is, the bonding strength is lowered. Further, when Si is added, the diffusion layer becomes thick. Therefore, sufficient results cannot be obtained in the above evaluation. SiO 2 is the thermal expansion coefficient of the SiO 2 itself is high, to include SiO 2 in the metal layer, the thermal expansion coefficient of the metal layer is increased. Therefore, sufficient results cannot be obtained in the above evaluation.

本発明のハニカム構造体は、排ガス浄化用の電機加熱式触媒コンバータ(EHC)、セラミックヒータ、熱交換器等の基材として用いることができる。   The honeycomb structure of the present invention can be used as a base material for an electrically heated catalytic converter (EHC), a ceramic heater, a heat exchanger and the like for exhaust gas purification.

1:隔壁、2:セル、3:外周壁、4:ハニカム構造部、5:外周面(側面)、11:一方の端面、12:他方の端面、20,40:セラミック体、21:電極部、30:接合部、31:拡散層、32:金属層、100,101:ハニカム構造体。 1: partition wall, 2: cell, 3: outer peripheral wall, 4: honeycomb structure portion, 5: outer peripheral surface (side surface), 11: one end surface, 12: the other end surface, 20, 40: ceramic body, 21: electrode portion , 30: junction, 31: diffusion layer, 32: metal layer, 100, 101: honeycomb structure.

Claims (9)

流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁及び最外周に位置する外周壁を有し、更に、前記外周壁上に配設された一対の電極を有する金属Siを含むハニカム状のセラミック体と、前記セラミック体の前記一対の電極の外周面に接合された接合部とを備え、
前記接合部が、前記セラミック体の前記一対の電極の前記外周面側に位置する金属シリサイドを主成分とする拡散層と、前記拡散層上に形成された金属層とを備え、
前記金属層が、金属成分を主成分として含み且つ熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物が分散されたものであり、
前記一対の電極は、気孔率が30〜55%であり且つ金属Siを含み、金属Siが、電極全体の15質量%以上であるハニカム構造体。
A partition wall for partitioning a plurality of cells extending from one end face to the other end face to be a fluid flow path; and an outer peripheral wall positioned at the outermost periphery; and a pair of electrodes disposed on the outer peripheral wall. A honeycomb-shaped ceramic body containing metal Si, and a bonding portion bonded to the outer peripheral surface of the pair of electrodes of the ceramic body,
The junction includes a diffusion layer mainly composed of metal silicide located on the outer peripheral surface side of the pair of electrodes of the ceramic body, and a metal layer formed on the diffusion layer,
The metal layer contains a metal component as a main component and a compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less is dispersed.
The pair of electrodes, porosity observed containing a and metallic Si is 30 to 55%, metal Si may honeycomb structure is at least 15 wt% of the total electrode.
前記熱膨張係数が5.0×10−6/℃以下の化合物が、SiC及びコーディエライトの少なくとも一方である請求項1に記載のハニカム構造体。 2. The honeycomb structure according to claim 1, wherein the compound having a thermal expansion coefficient of 5.0 × 10 −6 / ° C. or less is at least one of SiC and cordierite. 前記拡散層の厚さが、0.1mm以下である請求項1または2に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to claim 1 or 2, wherein the diffusion layer has a thickness of 0.1 mm or less. 前記接合部の前記金属層に分散されるSiCの含有割合が10〜50%である請求項2または3に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to claim 2 or 3, wherein a content ratio of SiC dispersed in the metal layer of the joint portion is 10 to 50%. 前記接合部の前記金属層に分散されるSiCの平均粒径が1〜50μmである請求項2〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to any one of claims 2 to 4, wherein an average particle diameter of SiC dispersed in the metal layer of the joint portion is 1 to 50 µm. 前記接合部の前記金属層に分散されるコーディエライトの含有割合が10〜50%である請求項2〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to any one of claims 2 to 5, wherein a content ratio of cordierite dispersed in the metal layer of the joint portion is 10 to 50%. 前記接合部の前記金属層に分散されるコーディエライトの平均粒径が1〜50μmである請求項2〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to any one of claims 2 to 6, wherein an average particle size of cordierite dispersed in the metal layer of the joint portion is 1 to 50 µm. 前記金属成分が、Cr、Fe、及びNiからなる群より選択される少なくとも1つである請求項1〜7のいずれか一項に記載のハニカム構造体。   The honeycomb structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal component is at least one selected from the group consisting of Cr, Fe, and Ni. 前記金属シリサイドが、前記セラミック体に含まれる前記金属Siと前記接合部を形成するための原料に含まれる前記金属成分とが反応して形成される請求項1〜8のいずれか一項に記載のハニカム構造体。   The metal silicide is formed by a reaction between the metal Si contained in the ceramic body and the metal component contained in a raw material for forming the junction. Honeycomb structure.
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