JPWO2008096851A1 - 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法 - Google Patents

接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2008096851A1
JPWO2008096851A1 JP2008557166A JP2008557166A JPWO2008096851A1 JP WO2008096851 A1 JPWO2008096851 A1 JP WO2008096851A1 JP 2008557166 A JP2008557166 A JP 2008557166A JP 2008557166 A JP2008557166 A JP 2008557166A JP WO2008096851 A1 JPWO2008096851 A1 JP WO2008096851A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bonding material
material layer
particles
plate
material composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008557166A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5244619B2 (ja
Inventor
優 児玉
優 児玉
勝弘 井上
勝弘 井上
崇弘 冨田
崇弘 冨田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2008557166A priority Critical patent/JP5244619B2/ja
Publication of JPWO2008096851A1 publication Critical patent/JPWO2008096851A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5244619B2 publication Critical patent/JP5244619B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures
    • C04B38/0016Honeycomb structures assembled from subunits
    • C04B38/0019Honeycomb structures assembled from subunits characterised by the material used for joining separate subunits
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/005Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J1/00Adhesives based on inorganic constituents
    • C09J1/02Adhesives based on inorganic constituents containing water-soluble alkali silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5292Flakes, platelets or plates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04Ceramic interlayers
    • C04B2237/06Oxidic interlayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04Ceramic interlayers
    • C04B2237/06Oxidic interlayers
    • C04B2237/062Oxidic interlayers based on silica or silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04Ceramic interlayers
    • C04B2237/06Oxidic interlayers
    • C04B2237/064Oxidic interlayers based on alumina or aluminates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32Ceramic
    • C04B2237/36Non-oxidic
    • C04B2237/365Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/28Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by using adhesive material, e.g. cement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

二つ以上の被接合物が接合材層を介して一体化されてなる接合体を得るための接合材組成物である。当該接合材組成物は、板状粒子、非板状粒子及び無機接着剤を主成分とし、前記非板状粒子が、平均粒径10μm以上の非板状粒子Aと平均粒径10μm未満の非板状粒子Bとからなり、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である。

Description

本発明は、ハニカム構造体を構成するハニカムセグメントのような複数の被接合物を接合し一体化するために使用される接合材組成物、当該接合材組成物により一体された接合体、当該接合材組成物の製造方法、及び当該接合材組成物を用いた接合体の製造方法に関する。
排ガス用の捕集フィルター、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質(パティキュレート)を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)として、ハニカム構造体が広く使用されている。
このようなハニカム構造体は、例えば、炭化珪素(SiC)等からなる多孔質の隔壁によって区画、形成された流体の流路となる複数のセルが中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有している。また、隣接したセルの端部は、交互に(市松模様状に)目封じされている。すなわち、一のセルは、一方の端部が開口し、他方の端部が目封じされており、これと隣接する他のセルは、一方の端部が目封じされ、他方の端部が開口している。
このような構造とすることにより、一方の端部から所定のセル(流入セル)に流入させた排ガスを、多孔質の隔壁を通過させることによって流入セルに隣接したセル(流出セル)を経由して流出させ、隔壁を通過させる際に排ガス中の粒子状物質(パティキュレート)を隔壁に捕捉させることによって、排ガスの浄化をすることができる。
このようなハニカム構造体(フィルター)を長期間継続して使用するためには、定期的にフィルターに再生処理を施す必要がある。すなわち、フィルター内部に経時的に堆積したパティキュレートにより増大した圧力損失を低減させてフィルター性能を初期状態に戻すため、フィルター内部に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去する必要がある。このフィルター再生時には大きな熱応力が発生し、この熱応力がハニカム構造体にクラックや破壊等の欠陥を発生させるという問題があった。この熱応力に対する耐熱衝撃性の向上の要請に対応すべく、複数のハニカムセグメントを接合材層にて一体的に接合することにより熱応力を分散、緩和する機能を持たせた分割構造のハニカム構造体が提案され、その耐熱衝撃性をある程度改善することができるようになった。
しかし、近年、フィルターは更に大型化の要請が高まり、これに伴って再生時に発生する熱応力も増大することになり、上述の問題を解消するために、構造体としての耐熱衝撃性の更なる向上が強く望まれるようになった。この耐熱衝撃性の向上を実現するため、複数のハニカムセグメントを一体的に接合するための接合材層には、優れた応力緩和機能と接合強度とが求められている。
従来、こうした接合材層の改善による耐熱衝撃性の向上を目的として、少なくとも無機繊維、有機バインダー、無機バインダー、無機粒子からなり、無機繊維の配向度が70%以上であるシール剤を用いて、複数のハニカムセグメントを一体的に接合したセラミック構造体が開示されている(特許文献1参照)。また、同様に耐熱衝撃性の向上を目的として、ハニカムセグメント間の接合層材質のヤング率を、ハニカムセグメント材質の20%以下としたハニカム構造体が開示されている(特許文献2参照)。
特許文献1に記載のセラミック構造体は、前記のようなシール剤(接合材組成物)を使用することで、フィルター(セラミック構造体)の長手方向に対する伸縮を抑制する効果が得られ、過酷な使用条件の下でもフィルターに加わる熱応力を開放することができるとされているが、前記のように接合材組成物に配向させた無機繊維(ファイバー)を含ませた場合、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率は低くなるものの、引張ヤング率は高くなるため、高い熱応力が発生する。また、接合材組成物中においてファイバーを一方向に配向させて被接合物を接合させた場合、乾燥あるいは熱処理時の接合材組成物の収縮が、ファイバーの配向方向とそれに垂直な方向で異なり、クラックやボイドなどの欠陥を発生させやすい。
更に、特許文献1に開示されたシール剤は、セラミックスセメントであり、その特性をフィラーであるファイバーの径や長さで制御することが必要不可欠であるため、高コストであるという問題点があった。更にまた、このシール剤は、セラミックスセメントのフィラーとしてファイバーを用いているため、人体に無害とは言えないものであった。
また、特許文献2に記載のハニカム構造体は、接合材層を低ヤング率化することで、使用時に発生する熱応力を小さくするというものであるが、低ヤング率化のために、接合材層を高気孔率化すると、ハニカムセグメント間の接合強度が不十分となり、健全な接合体を得ることができない場合がある。
特開2002−177719号公報 特開2001−190916号公報
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高コストで、かつ、人体に無害とは言えないファイバーを用いることなく、接合体に生じる熱応力を緩和できるとともに、乾燥あるいは熱処理時のクラックやボイドなどの欠陥の発生を低減させることでき、更に十分な接合強度を得ることが可能な接合材組成物を提供することを、その主要な目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の接合材組成物、接合体、接合材組成物の製造方法及び接合体の製造方法が提供される。
[1] 二つ以上の被接合物が接合材層を介して一体化されてなる接合体を得るための接合材組成物であって、板状粒子、非板状粒子及び無機接着剤を主成分とし、前記非板状粒子が、平均粒径10μm以上の非板状粒子Aと平均粒径10μm未満の非板状粒子Bとからなり、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である接合材組成物。
[2] 前記接合材組成物に含まれる前記板状粒子の割合が、前記主成分全体の5〜35質量%である[1]に記載の接合材組成物。
[3] 前記接合材組成物に含まれる前記板状粒子と前記非板状粒子Aとの合計の割合が、前記主成分全体の40〜65質量%である[1]又は[2]に記載の接合材組成物。
[4] 前記接合材組成物の副成分として、有機バインダー、分散剤、発泡樹脂及び水を含む[1]〜[3]の何れかに記載の接合材組成物。
[5] 前記板状粒子のアスペクト比が、3以上である[1]〜[4]の何れかに記載の接合材組成物。
[6] 前記板状粒子の平均粒径が、2〜200μmである[1]〜[5]の何れかに記載の接合材組成物。
[7] 前記板状粒子が、マイカ、タルク、窒化ホウ素及びガラスフレークよりなる群から選ばれた1種以上の材料からなる板状粒子である[1]〜[6]の何れかに記載の接合材組成物。
[8] 前記マイカが800℃以上で仮焼したマイカであり、前記タルクが900℃以上で仮焼したタルクである[7]に記載の接合材組成物。
[9] 前記非板状粒子が、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びガラスよりなる群から選ばれた1種以上の材料からなる非板状粒子である[1]〜[8]の何れかに記載の接合材組成物。
[10] 前記無機接着剤が、コロイダルシリカである[1]〜[9]の何れかに記載の接合材組成物。
[11] 前記接合材組成物に含まれる前記発泡樹脂の割合が、前記主成分全体に対し、外配で0.1〜5.0質量%である[4]に記載の接合材組成物。
[12] 前記被接合物が、ハニカムセグメントである[1]〜[11]の何れかに記載の接合材組成物。
[13] 前記ハニカムセグメントが、ディーゼル排ガス浄化用フィルターに使用するハニカム構造体を得るためのハニカムセグメントである[12]に記載の接合材組成物。
[14] 二つ以上の被接合物が、[1]〜[13]の何れかに記載の接合材組成物によって形成される接合材層を介して一体化されてなる接合体であって、前記接合材層の気孔率が40〜80%であり、かつ、前記接合材層の平均気孔径が20〜200μmである接合体。
[15] 前記接合材層の気孔の内、気孔径20〜200μmの気孔が全気孔に占める体積割合が30体積%以上である[14]に記載の接合体。
[16] 被接合物Aと被接合物Bとが厚さtの前記接合材層を介して接合されており、前記接合材層の内、前記被接合物Aと前記接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層I、前記被接合物Bと前記接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層III、前記接合材層Iと前記接合材層IIIとの間の厚さ0.5tの部分の接合材層を接合材層IIとしたとき、前記接合材層Iと前記接合材層IIIとの平均の気孔率εと、前記接合材層IIの気孔率εとが、0.8<ε/ε<1.2の関係式を満たす[14]又は[15]に記載の接合体。
[17] 前記接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率が、前記被接合物のヤング率の20%以下である[14]〜[16]の何れかに記載の接合体。
[18] 二つの被接合物とそれらを接合している接合材層とを試験片として切り出し、接合曲げ試験に供した場合において、当該接合曲げ試験における曲げヤング率と接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率との比が0.8〜20である[14]〜[17]の何れかに記載の接合体。
[19] 前記接合材層の熱伝導率が、0.05〜5W/mKである[14]〜[18]の何れかに記載の接合体。
[20] 前記被接合物が、ハニカムセグメントである[14]〜[19]の何れかに記載の接合体。
[21] ディーゼル排ガス浄化用フィルターに使用される[14]〜[20]の何れかに記載の接合体。
[22] 主成分として板状粒子、平均粒径10μm以上の非板状粒子A、平均粒径10μm未満の非板状粒子B及び無機接着剤が含まれ、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である原料を、混合、混練してペースト状にする接合材組成物の製造方法。
[23] 前記原料に、更に副成分として有機バインダー、分散剤、発泡樹脂及び水が含まれる[22]に記載の接合材組成物の製造方法。
[24] 二つ以上の被接合物を、[1]〜[13]の何れかに記載の接合材組成物を用いて一体的に接合する接合体の製造方法。
[25] 前記被接合物がハニカムセグメントである、[24]に記載の接合体の製造方法。
本発明の接合材組成物は、高コストで、かつ、人体に無害とは言えないファイバーを使用していないため、安価で提供でき、健康面での問題が生じる恐れがない。また、フィラーとして、ファイバーの代わりに板状粒子を用いたことで、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率と引張ヤング率を低くすることができ、接合体に生じる熱応力を緩和することができる。更に、ファイバーの代わりにアスペクト比の高い板状粒子を用いると、乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性を緩和して、接合材組成物全体を均等に収縮させることができ、クラックやボイドなどの欠陥の発生を低減させることができる。また、前記のように、フィラーとして板状粒子と所定の平均粒径を持った非板状粒子とを併用することで、適度な大きさの気孔が接合材層全体に均等に形成されやすくなり、過度に高気孔率化しなくても接合材層を低ヤング率化することができるため、接合体に生じる熱応力を緩和しつつ、十分な接合強度を確保することが可能となる。本発明の接合体は、前記のような優れた効果を有する接合材組成物によって複数の被接合物を接合して得られたものであり、また、熱応力緩和の観点から、接合材層の気孔率や平均気孔径を所定範囲に制御しているため、優れた耐熱衝撃性を有し、例えばDPF用のハニカム構造体として好適に使用できる。本発明の接合材組成物の製造方法によれば、前記のような優れた効果を有する接合材組成物を製造することができる。本発明の接合体の製造方法によれば、優れた耐熱衝撃性を有する接合体を製造することができる。
本発明に係る接合体(ハニカム構造体)の実施形態の一例を示す斜視概略図である。 本発明に係る接合体(ハニカム構造体)の実施形態の一例を示す要部拡大図である。 本発明に係る接合体(ハニカム構造体)を構成する被接合物(ハニカムセグメント)の斜視概略図である。 図3におけるA−A線断面図である。 接合体から切り出された試験片の一例を示す斜視図である。 4点曲げ試験の方法を示す斜視図である。
符号の説明
1:ハニカム構造体、2:ハニカムセグメント、4:コーティング材、5:セル、6:隔壁、7:充填材、9:接合材層、11:被接合物、13:試験片、15:支点、17:荷重点。
以下、本発明を具体的な実施形態に基づき説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるもではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
本発明に係る接合材組成物は、二つ以上の被接合物が接合材層を介して一体化されてなる接合体を得るための接合材組成物であって、板状粒子、非板状粒子、及び無機接着剤を主成分とするものである。なお、ここで「板状粒子、非板状粒子及び無機接着剤を主成分とする」とは、板状粒子と非板状粒子と無機接着剤とを合わせた量が、接合材組成物全体の50質量%以上であることを意味するものとする。また、「板状粒子」とは、比較的平らな面が2つ以上あり、その平らな面の2つがほぼ平行であり、そのほぼ平行な面の間の距離が、その面の長径と比較して小さいことを特徴とする粒子を意味するものとする。また、「非板状粒子」とは、前述の板状粒子の特徴を有さないだけでなく、繊維状、針状とみなされるような特徴を有さない、塊状あるいは球状の粒子を意味するものとする。
本発明の重要な特徴の1つは、接合材組成物のフィラーとして従来用いられていた無機繊維(ファイバー)の代わりに、板状粒子を使用したことにある。まず、本発明の接合材組成物を機能的な観点で見た場合、ファイバーの代わりに板状粒子を用いたことで、接合体の接合曲げ試験における曲げヤング率を低くすることができる。これは接合材層の厚さ方向の引張ヤング率が低いことを示しており、その結果、接合体に生じる熱応力を緩和することができる。また、板状粒子を使用することで、接合材層を過度に高気孔率化しなくても、前記のように接合材層の低ヤング率化が可能となるので、接合体に生じる熱応力を緩和しつつ、十分な接合強度を確保できる。更に、一方向に配向させたファイバーの代わりにアスペクト比の高い板状粒子を用いると、乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性を緩和して、接合材組成物全体を均等に収縮させることができ、クラックやボイドなどの欠陥の発生を低減させることができる。
次に、本発明の接合材組成物をコスト面で見た場合、ファイバーを用いた接合材組成物において、その特性を制御するためには、ファイバーの径や長さを制御することが必要で、当該制御にコストがかかるのに対し、板状粒子を用いた場合には、そのようなコストのかかる制御は必要としないので、安価で提供することが可能である。更に、人体に対する安全性で見た場合においても、ファイバーは呼吸等により体内に取り込まれた際に、必ずしも無害とは言えない面があるが、板状粒子であれば、健康面での問題が生じる恐れは低い。
本発明の接合材組成物に含まれる板状粒子の割合は、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率の制御と乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性緩和の観点から、主成分(板状粒子、非板状粒子及び無機接着剤)全体の5〜35質量%とすることが好ましく、8〜32質量%とすることがより好ましく、10〜30質量%とすることが更に好ましい。板状粒子の割合が、主成分全体の5質量%未満であると、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがあり、また、35質量%を超えると、乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性が緩和できなくなることがある。
板状粒子のアスペクト比は、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率の制御と乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性緩和の観点から、3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、10以上であると更に好ましい。板状粒子のアスペクト比が3未満であると、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがある。
板状粒子の平均粒径は、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率の制御と乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性緩和の観点から、2〜200μmであることが好ましく、5〜180μmであることがより好ましく、10〜150μmであると更に好ましい。板状粒子の平均粒径が2μm未満であると、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがあり、また、200μmを超えると、乾燥あるいは熱処理時における収縮の方向性が緩和できなくなることがある。なお、本明細書で言う「平均粒径」は、板状粒子、非板状粒子A、非板状粒子Bの何れについて言う場合においても、JIS R1629に準拠して測定された値である。
板状粒子の具体的な材質としては、例えば、マイカ、タルク、窒化ホウ素、ガラスフレーク等が挙げられ、特にマイカが好適に使用できる。また、マイカとタルクに関しては、構造内の水酸基を予め除いておくほうが、得られる接合材層の熱的安定性が向上するので、仮焼したマイカ、仮焼したタルクを用いることが好ましい。なお、仮焼温度は、マイカについては800℃以上、タルクについては900℃以上が好ましい。
また、本発明の接合材組成物は、前記板状粒子以外のフィラーとして非板状粒子を含む。この非板状粒子は、平均粒径10μm以上の非板状粒子Aと平均粒径10μm未満の非板状粒子Bとからなり、非板状粒子Bの割合が、主成分全体の10〜35質量%、好ましくは15〜30質量%、より好ましくは18〜28質量%となるよう含有される。接合材層の低ヤング率化のためには、高気孔率化だけでなく、大きさや分布状態が制御された気孔の形成が有効である。接合材組成物として、板状粒子とともに、このような非板状粒子を併用すると適度な大きさの気孔が接合材層全体に均等に形成されやすくなる。
非板状粒子の粒度や含有量は、気孔の大きさや分布状態を制御するための重要な要素であり、前記のような平均粒径の異なる非板状粒子A、Bを混合して使用し、非板状粒子Bの割合を前記範囲とすることにより、適度な大きさの気孔が均等に形成された均質な組織が得られ、その結果、圧縮ヤング率が低下するとともに、組織の均質性から接合材層全体の熱による変形も均等化し、局所的に高い熱応力が発生しにくくなる。なお、非板状粒子Bは板状粒子と非板状粒子Aの間隙を充填し結合する役割を担うため、非板状粒子Bの割合が、主成分全体の10質量%未満では、十分な接合強度が得られない可能性があり、一方、35質量%を超えると、結合部の組織が緻密化し、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがある。
非板状粒子Aの平均粒径は、気孔の大きさや分布状態の制御の観点から、10μm以上であることが必要であり、50〜150μmとすることが好ましく、80〜120μmとすることが更に好ましい。また、非板状粒子Bの平均粒径は、10μm未満であることが必要であり、0.1〜5μmとすることが好ましく、0.5〜2.5μmとすることが更に好ましい。これらの平均粒径が前記範囲外である場合、気孔の大きさや分布状態が不均質になり、局所的に高い熱応力が発生するため、好ましくない。
非板状粒子の具体的な材質としては、例えば、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ガラスが好適なものとして挙げられる。
本発明の接合材組成物においては、気孔の大きさや分布状態の制御の観点から、接合材組成物に含まれる板状粒子と非板状粒子Aとの合計の割合を、主成分全体の40〜65質量%とすることが好ましく、42〜63質量%とすることがより好ましく、45〜60質量%とすることが更に好ましい。この割合が、主成分全体の40質量%未満であると、気孔の大きさや分布が不均一となって、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがあり、また、65質量%を超えると、粒子間の間隙が多くなり、結合部が少なくなるため、十分な接合強度が得られないことがある。
本発明の接合材組成物にマトリックスとして含まれる無機接着剤の割合は、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率の制御と接合強度の観点から、主成分全体の16〜32質量%とすることが好ましく、18〜30質量%とすることがより好ましく、20〜28質量%とすることが更に好ましい。無機接着剤の割合が、主成分全体の16質量%未満であると、十分な接合強度が得られないことがあり、また、32質量%を超えると、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率及び引張ヤング率が高くなりすぎることがある。
無機接着剤の具体的な材質としては、例えば、コロイダルシリカ(シリカゾル)、コロイダルアルミナ(アルミナゾル)、その他各種金属酸化物ゾル、エチルシリケート、水ガラス、シリカポリマー、リン酸アルミニウム等が挙げられるが、接着力、フィラーとのなじみやすさ、化学的安定性、耐熱性等に優れていることから、特に、コロイダルシリカを用いることが好ましい。
本発明の接合材組成物には、前記主成分に加え、必要に応じて、有機バインダー、分散剤、発泡樹脂、水といった副成分が含まれていてもよい。なお、副成分として発泡樹脂(例えば、アクリロニトリル系プラスチックバルーン)を含ませる場合には、気孔の大きさや分布状態の制御の観点から、その発泡樹脂の割合を、主成分全体に対し、外配で0.1〜5.0質量%とすることが好ましく、0.2〜3.5質量%とすることがより好ましく、0.3〜2.0質量%とすることが更に好ましい。この割合が、0.1質量%未満であると、気孔の大きさや分布状態の制御に十分な効果が得られない場合があり、また、5.0質量%を超えると、気孔の割合が大きくなりすぎて十分な接合強度が得られない場合がある。
本発明の接合材組成物の製造方法は、主成分として板状粒子、平均粒径10μm以上の非板状粒子A、平均粒径10μm未満の非板状粒子B及び無機接着剤が含まれ、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である原料に、必要に応じて、有機バインダー(例えば、メチルセルロース(MC)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等)、発泡樹脂、分散剤、水等を加え、それをミキサー等の混練機を使用して混合、混練してペースト状にするものである。
本発明に係る接合材組成物の接合対象となる被接合物は、特に限定されるものではないが、例えば、セラミックス構造体を得るためのセラミックス部材の接合に好適であり、特にハニカム構造体を得るためのハニカムセグメントの接合に好適であり、フィルターの再生処理時において過酷な熱環境に晒される、ディーゼル排ガス浄化用フィルターに使用するハニカム構造体を得るためのハニカムセグメントの接合に最も好適である。
本発明に係る接合体は、二つ以上の被接合物が、前記本発明の接合材組成物によって形成される接合材層を介して一体化されてなる接合体であって、前記接合材層の気孔率が40〜80%、好ましくは42〜75%、更に好ましくは45〜70%であり、かつ、前記接合材層の平均気孔径が20〜200μm、好ましくは50〜180μm、更に好ましくは80〜160μmであるものである。
接合体の熱応力を緩和するためには、接合材層の厚さ方向のヤング率の低減が重要であるが、これは接合材層の微構造、特に接合材層の気孔率や気孔径に依存し、前記のように接合材層の気孔率が40〜80%であり、かつ、平均気孔径が20〜200μmである場合に、接合材層の厚さ方向のヤング率が低くなり、熱応力が効果的に緩和される。なお、接合材層の気孔率が40%未満では、接合材層の厚さ方向のヤング率が高くなり、また、80%を超えると、十分な接合強度が得られない場合がある。また、接合材層の平均気孔径が20μm未満では、気孔が変形しにくくなるため接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率が高くなり、また、200μmを超えると、十分な接合強度が得られない場合がある。
本発明の接合体においては、均質な気孔により局所的な高い熱応力の発生を抑制するという観点から、接合材層の気孔の内、気孔径20〜200μmの気孔が全気孔に占める体積割合が30体積%以上であることが好ましく、35体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることが更に好ましい。この割合が30体積%未満では、気孔径のバラツキが大きいため接合材層全体として均等に変形しにくくなり、局所的に高い熱応力が発生する場合があるため、好ましくない。
本発明の接合体は、被接合物Aと被接合物Bとが厚さtの接合材層を介して接合されたものである場合において、接合材層の内、被接合物Aと接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層I、被接合物Bと接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層III、接合材層Iと接合材層IIIとの間の厚さ0.5tの部分の接合材層を接合材層IIとしたとき、接合材層Iと接合材層IIIとの平均の気孔率εと、接合材層IIの気孔率εとが、0.8<ε/ε<1.2の関係式を満たすことが好ましく、0.85<ε/ε<1.15の関係式を満たすことがより好ましく、0.9<ε/ε<1.1の関係式を満たすことが更に好ましい。
これは、接合材層全体に気孔がほぼ均等に存在していることを意味するが、このような気孔の分布状態とすることで、接合材層の厚さ方向のヤング率がより低減され、接合体の熱応力緩和性能が向上する。
なお、このような気孔の分布状態は、接合材組成物の構成材料の配合割合を前述のような好適範囲とし、通常の接合方法や乾燥方法を用いて接合を行えば、特別な操作を行わずとも得られるが、熱処理による燃焼除去や溶媒による抽出除去等により除去可能な粒子等を接合材組成物に含ませておき、それを、接合後、乾燥後あるいは熱処理後に、前記手段で除去するといった手法を用いて、意図的に前記のような気孔の分布状態を得ることも可能である。
本発明の接合体においては、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率が、被接合物のヤング率の20%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。当該ヤング率が20%を超えると、実使用時の熱応力を緩和できなくなることで、製品にクラックが発生しやすくなる。
なお、ここで言う「接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率」は、接合体から接合材層の部分を所定の形状に切り出し(例えば、10×10×1mmの板状)、切り出した試験片に対して所定の圧縮荷重を負荷したときの変位を計測し、その応力−歪線図から算出した値である。また、「被接合物のヤング率」は、JIS R1601に準じた3点曲げ試験における荷重−変位曲線から算出した値である。
また、本発明の接合体は、二つの被接合物とそれらを接合している接合材層とを試験片として切り出し、接合曲げ試験に供した場合において、当該接合曲げ試験における曲げヤング率と接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率との比(曲げヤング率/圧縮ヤング率)が0.8〜20であることが好ましく、0.9〜18であることがより好ましく、1〜16であることが更に好ましい。当該比が0.8未満では、実使用時の熱応力を緩和できなくなることで、製品にクラックが発生しやすくなり、また、20を超えると、十分な接合強度が得られない場合がある。
なお、ここで言う「接合曲げ試験における曲げヤング率」は、JIS R1624に準じて、図5のように、二つの被接合物11とそれらを接合している接合材層9とからなる接合体の試験片(例えば、10×15×34.5mmと10×15×34.5mmの2つの被接合物で10×15×1mmの接合材層をサンドイッチして、10×15×70mmとしたような構造の試験片)13を切り出し、図6に示すように、2つの支点15間の距離Lが60mm、2つの荷重点17間の距離Lが20mmとなるようにして4点曲げ試験を行い、当該曲げ試験での応力−歪曲線を得、その傾きを求めることにより得られた値である。この値は、接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率と引張ヤング率に関連した値である。この「接合曲げ試験における曲げヤング率」が前述の「接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率」よりも大きな値となる場合には、接合材層の厚さ方向の引張ヤング率が、圧縮ヤング率に比べて大きいということを示していると考えられる。
更に、本発明の接合体においては、接合材層の熱伝導率が、0.05〜5W/mKであることが好ましく、0.1〜4W/mKであることがより好ましく、0.2〜3.5W/mKであることが更に好ましい。接合材層の熱伝導率が0.05W/mK未満では、実使用時により大きな熱応力が発生し、製品にクラックが発生しやすくなる可能性があり、また、5W/mKを超えるような場合には、接合材層の厚さ方向のヤング率が高くなるなどの弊害が生じる可能性がある。
本発明の接合体を構成する被接合物は、特に限定されるものではないが、例えば、セラミックス構造体を得るためのセラミックス部材が好適な被接合物として挙げられ、特にハニカム構造体を得るためのハニカムセグメントが好適な被接合物として挙げられる。このようなハニカムセグメントを接合して得られたハニカム構造体は、例えば、フィルターの再生処理時において過酷な熱環境に晒される、ディーゼル排ガス浄化用フィルターなどの用途に好適に使用することができる。
本発明の接合体の製造方法は、二つ以上の被接合物を、前記本発明の接合材組成物を用いて一体的に接合するものである。なお、本発明の接合材組成物を用いて被接合物同士を接合させる際には、接合温度が1000℃以下(より好ましくは50〜900℃、更に好ましくは100〜800℃)であることが、十分な強度や接合状態を発現できるという観点から望ましい。1000℃を超過した場合であっても問題なく接合させることができるが、所望の特性(ヤング率や熱膨張係数など)が得られ難くなるため、好ましくない。
次に、本発明の接合体が複数のハニカムセグメント(被接合物)を接合してなるハニカム構造体である場合について、具体的な構成例を挙げて説明する。
図1及び図2に示すように、ハニカム構造体1は、多孔質の隔壁6によって区画、形成された流体の流路となる複数のセル5が中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有し、それぞれが全体構造の一部を構成するとともに、ハニカム構造体1の中心軸に対して垂直な方向に組み付けられることによって全体構造を構成することになるハニカムセグメント2が、本発明の接合材組成物から形成された接合材層9によって一体的に接合されたハニカムセグメント接合体として構成されてなるものである。
接合材層9によって一体的に接合されたハニカムセグメント2は、接合後、その全体の断面形状が円形、楕円形、三角形、正方形、その他の所望の形状となるように研削加工され、外周面がコーティング材4によって被覆される。なお、このハニカム構造体1を、DPFとして用いる場合には、図3及びそのA−A断面図である図4に示すように、ハニカムセグメント2の各セル5を、それぞれ一方の端部において、充填材7により交互に目封じしておく。
所定のセル5(流入セル)においては、図3、4における左端部側が開口している一方、右端部側が充填材7によって目封じされており、これと隣接する他のセル5(流出セル)においては、左端部側が充填材7によって目封じされるが、右端部側が開口している。このような目封じにより、図2に示すように、ハニカムセグメント2の端面が市松模様状を呈するようになる。
図4においては、ハニカムセグメント2の左側が排ガスの入口となる場合を示し、排ガスは、目封じされることなく開口しているセル5(流入セル)からハニカムセグメント2内に流入する。セル5(流入セル)に流入した排ガスは、多孔質の隔壁6を通過して他のセル5(流出セル)から流出する。そして、隔壁6を通過する際に排ガス中のスートを含む粒子状物質(パティキュレート)が隔壁6に捕捉される。このようにして、排ガスの浄化を行うことができる。このような捕捉によって、ハニカムセグメント2の内部にはスートを含む粒子状物質(パティキュレート)が経時的に堆積して圧力損失が大きくなるため、スート等を燃焼させる再生処理が定期的に行われる。なお、図2〜4には、全体の断面形状が正方形のハニカムセグメント2を示すが、三角形、六角形等の形状であってもよい。また、セル5の断面形状も、三角形、六角形、円形、楕円形、その他の形状であってもよい。
図2に示すように、接合材層9は、本発明の接合材組成物から形成されており、ハニカムセグメント2の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント2同士を接合するように機能する。接合材層9の塗布は、隣接しているそれぞれのハニカムセグメント2の外周面に行ってもよいが、隣接したハニカムセグメント2の相互間においては、対応した外周面の一方に対してだけ行ってもよい。このような対応面の片側だけへの塗布は、接合材層9の使用量を節約できる点で好ましい。接合材層9の塗布する方向は、ハニカムセグメント外周面内の長手方向、ハニカムセグメント外周面内の長手に垂直な方向、ハニカムセグメント外周面に垂直な方向など、特に限定されるものではないが、ハニカムセグメント外周面内の長手方向に向かって塗布するのが好ましい。接合材層9の厚さは、ハニカムセグメント2の相互間の接合力を勘案して決定され、例えば、0.5〜3.0mmの範囲で適宜選択される。
本実施形態に用いられるハニカムセグメント2の材料としては、強度、耐熱性の観点から、炭化珪素(SiC)、炭化珪素(SiC)を骨材としてかつ珪素(Si)を結合材として形成された珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Fe−Cr−Al系金属からなる群から選択される少なくとも一種から構成された物を挙げることができる。中でも、炭化珪素(SiC)又は珪素−炭化珪素系複合材料から構成されてなるものが好ましい。
ハニカムセグメント2の作製は、例えば、上述の材料から適宜選択したものに、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のバインダー、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を上述の形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼結することにより行うことができる。
セル5の目封じに用いる充填材7としては、ハニカムセグメント2と同様な材料を用いることができる。充填材7による目封じは、例えば、目封じをしないセル5をマスキングした状態で、ハニカムセグメント2の端面をスラリー状の充填材7に浸漬することにより開口しているセル5に充填することにより行うことができる。充填材7の充填は、ハニカムセグメント2の成形後における焼成前に行っても、焼成後に行ってもよいが、焼成前に行う方が、焼成工程が1回で終了するため好ましい。
以上のようなハニカムセグメント2の作製の後、ハニカムセグメント2の外周面にペースト状の接合材組成物を塗布し、接合材層9を形成して、所定の立体形状(ハニカム構造体1の全体構造)となるように複数のハニカムセグメント2を組み付け、この組み付けた状態で圧着した後、加熱乾燥する。このようにして、複数のハニカムセグメント2が一体的に接合された接合体が作製される。その後、この接合体を上述の形状に研削加工し、外周面をコーティング材4によって被覆し、加熱乾燥する。このようにして、図1に示すハニカム構造体1が作製される。コーティング材4の材質としては、接合材層9と同様のものを用いることができる。コーティング材4の厚さは、例えば、0.1〜1.5mmの範囲で適宜選択される。
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
(ハニカムセグメント(被接合物)の作製)
ハニカムセグメント原料として、SiC粉末及び金属Si粉末を80:20の質量割合で混合し、これに造孔材、有機バインダー、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形し、乾燥して隔壁の厚さが310μm、セル密度が約46.5セル/cm(300セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正四角形、長さが152mmのハニカムセグメント成形体を得た。このハニカムセグメント成形体を、端面が市松模様状を呈するように、セルの両端面を目封じした。すなわち、隣接するセルが、互いに反対側の端部で封じられるように目封じを行った。目封じ材としては、ハニカムセグメント原料と同様な材料を用いた。セルの両端面を目封じし、乾燥させた後、大気雰囲気中約400℃で脱脂し、その後、Ar不活性雰囲気にて約1450℃で焼成して、SiC結晶粒子をSiで結合させた、多孔質構造を有するハニカムセグメントを得た。
(接合材組成物の調製)
表1に示す条件で、板状粒子、非板状粒子A(平均粒径10μm以上)、非板状粒子B(平均粒径10μm未満)、有機バインダー、発泡樹脂を混合したものに、無機接着剤、分散剤、水を更に混合し、ミキサーにて30分間混練を行い、組成の異なるペースト状の接合材組成物(接合材組成物No.1〜32)をそれぞれ得た。このとき、ペースト状の接合材組成物の粘度が200〜600Pa・sとなるように水の添加量を調整した。なお、接合材組成物No.16で板状粒子として用いた仮焼マイカは800℃で仮焼したものであり、接合材組成物No.17で板状粒子として用いた仮焼タルクは900℃で仮焼したものである。主成分である、板状粒子、非板状粒子A、非板状粒子B、無機接着剤の割合は、これらの合計を100としたときの、それぞれの質量%で表示した。また、副成分である、有機バインダー、発泡樹脂、分散剤の割合は、主成分を100としたときの外配の質量%で表示した。板状粒子のアスペクト比は、当該粒子の「長径/厚さ」として算出され、前記「長径」及び「厚さ」の測定は、電子顕微鏡観察により行った。すなわち、板状粒子の厚さ方向に垂直な任意の方向から観察し、その電子顕微鏡写真を画像処理することにより、厚さを計測した。また、同じ画像において、厚さ方向に垂直な方向の粒子の長さを長径とし、画像処理により長径を計測した。なお、この計測は、観察視野中から無作為に選択した10ヶ以上の粒子について実施し、それらのアスペクト比の平均値を板状粒子のアスペクト比とした。
(ハニカム構造体(接合体)の作製)
ハニカムセグメントの外壁面に、厚さ約1mmとなるように接合材組成物No.1を塗布方向をハニカムセグメントの長手方向としてコーティングして接合材層を形成し、その上に別のハニカムセグメントを載置する工程を繰り返し、4×4に組み合わした16個のハニカムセグメントからなるハニカムセグメント積層体を作製し、適宜、外部より圧力を加えるなどして、全体を接合させた後、140℃で2時間乾燥してハニカムセグメント接合体を得た。得られたハニカムセグメント接合体の外周を円筒状に研削加工後、その外周面をコーティング材で被覆し、700℃で2時間乾燥硬化させて、ハニカム構造体を得た。
(接合体の接合材層の評価)
得られたハニカム構造体の接合材層について、気孔率、平均気孔径、全気孔中の気孔径20〜200μmの気孔の割合、ε/ε、被接合物のヤング率に対する接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率の割合、接合体の接合曲げ試験におけるヤング率と接合材層の圧縮ヤング率の比を、下記の方法により求めた。その結果を表2に示す。
気孔率:
ハニカム構造体から接合材層の部分を任意形状に切り出し(例えば、10×10×1mm)、アルキメデス法により算出した。
微構造観察:
ハニカム構造体から接合材層を含む部分を任意形状に切り出し(例えば、20×10×10mmの板状)、接合材層の断面を観察するべく、樹脂含浸後、所定の面を研磨し、観察面を得た。これを電子顕微鏡にて観察し、接合材層断面における気孔の大きさ、分布状態等を観察した。観察像を画像解析することにより、気孔部分を抽出し、気孔の大きさを計測し、平均気孔径と全気孔中の気孔径20〜200μmの気孔の割合を求めた。また、接合材層を接合厚さ方向に4等分し、それぞれの箇所(一方のセグメント(被接合物A)に接する箇所から、反対側のセグメント(被接合物B)に向かって順にP、P、P、Pとする)の気孔率を画像解析により算出し、PとPとの平均をε、PとPとの平均をεとし、ε/εの値を算出した。
圧縮ヤング率:
ハニカム構造体から接合材層の部分を所定の形状に切り出し(例えば、10×10×1mmの板状)、切り出した試験片に対して所定の圧縮荷重を負荷したときの変位を計測し、その応力−歪線図から算出した(被接合物のヤング率は、JIS R1601に準じた3点曲げ試験における荷重−変位曲線から算出した。)。
接合曲げ試験における曲げヤング率:
JIS R1624に準じて、二つの被接合物と接合材層とからなる接合体の試験片(例えば、10×15×70mm)を切り出し、曲げ試験での応力−歪曲線を得、その傾きを接合曲げ試験における曲げヤング率とした。
熱伝導率:
ハニカム構造体から接合材層の部分を任意形状に切り出し(例えば、10×10×1mmの板状)、JIS R1611に準じて測定した。
(ハニカム構造体の評価)
得られたハニカム構造体の接合後の状態を確認するとともに、下記の方法により、急速加熱試験(バーナースポーリング試験)を試験温度900℃、1000℃にて行った。試験後のハニカム構造体のクラックの発生状況を観察した。その結果を表3に示す。
バーナースポーリング試験(急速加熱試験):
ハニカム構造体にバーナーで加熱した空気を流すことにより中心部分と外側部分との温度差をつくり、ハニカム構造体のクラックの発生しない温度により耐熱衝撃性を評価する試験(温度が高いほど耐熱衝撃性が高い)である。なお、表3の表示では、×の場合、試験温度900℃でクラック発生あり、○の場合、試験温度900℃でクラック発生なし、◎の場合、試験温度1000℃でクラック発生なしを意味する。
(実施例2〜28、比較例1〜4)
実施例2〜28は、実施例1において、接合材組成物No.1を、表1に示す接合材組成物No.2〜28に変えたこと以外、実施例1と同様に、ハニカム構造体を作製した。また、比較例1〜4は、接合材組成物No.29〜32に変えたこと以外は実施例1と同様に、ハニカム構造体を作製した。それぞれ得られたハニカム構造体(実施例2〜28、比較例1〜4)について、実施例1と同様の評価及び試験を行った。その結果を表2及び表3に示す。
Figure 2008096851
Figure 2008096851
Figure 2008096851
(考察)
表2及び表3の結果から、本発明の実施例に係る実施例1〜28は、硬化後の接合材組成物(接合材層)の評価が良好であり、ハニカムセグメント間の接合状態も良好であり、かつ急速加熱試験後であっても、ハニカム構造体の端部、外周部及び接合材層にクラックが発生することなく、良品であった。一方、フィラーとして板状粒子の代わりにファイバーを含む接合材組成物を使用した比較例1は、接合体の接合曲げ試験におけるヤング率と接合材層の圧縮ヤング率の比が大きく、急速加熱試験後のハニカム構造体の端部にクラックが生じた。板状粒子を含まない接合材組成物を使用した比較例2は、被接合物のヤング率に対する接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率の割合が大きく、急速加熱試験後のハニカム構造体の外周部及び接合材層にクラックが生じた。非板状粒子Bを含まない接合材組成物を使用した比較例3と、非板状粒子A含まない接合材組成物を使用した比較例4とは、接合体の接合曲げ試験におけるヤング率と接合材層の圧縮ヤング率の比、及び被接合物のヤング率に対する接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率の割合が共に大きく、急速加熱試験後のハニカム構造体の外周部及び接合材層にクラックが生じた。
本発明は、複数の被接合物を接合し一体化して得られる接合体、例えば、DPF等の用途に使用される、複数のハニカムセグメントを一体化して得られるハニカム構造体の製造に好適に利用することができる。

Claims (25)

  1. 二つ以上の被接合物が接合材層を介して一体化されてなる接合体を得るための接合材組成物であって、板状粒子、非板状粒子及び無機接着剤を主成分とし、前記非板状粒子が、平均粒径10μm以上の非板状粒子Aと平均粒径10μm未満の非板状粒子Bとからなり、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である接合材組成物。
  2. 前記接合材組成物に含まれる前記板状粒子の割合が、前記主成分全体の5〜35質量%である請求項1に記載の接合材組成物。
  3. 前記接合材組成物に含まれる前記板状粒子と前記非板状粒子Aとの合計の割合が、前記主成分全体の40〜65質量%である請求項1又は2に記載の接合材組成物。
  4. 前記接合材組成物の副成分として、有機バインダー、分散剤、発泡樹脂及び水を含む請求項1〜3の何れか一項に記載の接合材組成物。
  5. 前記板状粒子のアスペクト比が、3以上である請求項1〜4の何れか一項に記載の接合材組成物。
  6. 前記板状粒子の平均粒径が、2〜200μmである請求項1〜5の何れか一項に記載の接合材組成物。
  7. 前記板状粒子が、マイカ、タルク、窒化ホウ素及びガラスフレークよりなる群から選ばれた1種以上の材料からなる板状粒子である請求項1〜6の何れか一項に記載の接合材組成物。
  8. 前記マイカが800℃以上で仮焼したマイカであり、前記タルクが900℃以上で仮焼したタルクである請求項7に記載の接合材組成物。
  9. 前記非板状粒子が、アルミナ、シリカ、ムライト、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びガラスよりなる群から選ばれた1種以上の材料からなる非板状粒子である請求項1〜8の何れか一項に記載の接合材組成物。
  10. 前記無機接着剤が、コロイダルシリカである請求項1〜9の何れか一項に記載の接合材組成物。
  11. 前記接合材組成物に含まれる前記発泡樹脂の割合が、前記主成分全体に対し、外配で0.1〜5.0質量%である請求項4に記載の接合材組成物。
  12. 前記被接合物が、ハニカムセグメントである請求項1〜11の何れか一項に記載の接合材組成物。
  13. 前記ハニカムセグメントが、ディーゼル排ガス浄化用フィルターに使用するハニカム構造体を得るためのハニカムセグメントである請求項12に記載の接合材組成物。
  14. 二つ以上の被接合物が、請求項1〜13の何れか一項に記載の接合材組成物によって形成される接合材層を介して一体化されてなる接合体であって、前記接合材層の気孔率が40〜80%であり、かつ、前記接合材層の平均気孔径が20〜200μmである接合体。
  15. 前記接合材層の気孔の内、気孔径20〜200μmの気孔が全気孔に占める体積割合が30体積%以上である請求項14に記載の接合体。
  16. 被接合物Aと被接合物Bとが厚さtの前記接合材層を介して接合されており、前記接合材層の内、前記被接合物Aと前記接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層I、前記被接合物Bと前記接合材層との界面から厚さ0.25tまでの部分の接合材層を接合材層III、前記接合材層Iと前記接合材層IIIとの間の厚さ0.5tの部分の接合材層を接合材層IIとしたとき、前記接合材層Iと前記接合材層IIIとの平均の気孔率εと、前記接合材層IIの気孔率εとが、0.8<ε/ε<1.2の関係式を満たす請求項14又は15に記載の接合体。
  17. 前記接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率が、前記被接合物のヤング率の20%以下である請求項14〜16の何れか一項に記載の接合体。
  18. 二つの被接合物とそれらを接合している接合材層とを試験片として切り出し、接合曲げ試験に供した場合において、当該接合曲げ試験における曲げヤング率と接合材層の厚さ方向の圧縮ヤング率との比が0.8〜20である請求項14〜17の何れか一項に記載の接合体。
  19. 前記接合材層の熱伝導率が、0.05〜5W/mKである請求項14〜18の何れか一項に記載の接合体。
  20. 前記被接合物が、ハニカムセグメントである請求項14〜19の何れか一項に記載の接合体。
  21. ディーゼル排ガス浄化用フィルターに使用される請求項14〜20の何れか一項に記載の接合体。
  22. 主成分として板状粒子、平均粒径10μm以上の非板状粒子A、平均粒径10μm未満の非板状粒子B及び無機接着剤が含まれ、前記非板状粒子Bの割合が、前記主成分全体の10〜35質量%である原料を、混合、混練してペースト状にする接合材組成物の製造方法。
  23. 前記原料に、更に副成分として有機バインダー、分散剤、発泡樹脂及び水が含まれる請求項22に記載の接合材組成物の製造方法。
  24. 二つ以上の被接合物を、請求項1〜13の何れか一項に記載の接合材組成物を用いて一体的に接合する接合体の製造方法。
  25. 前記被接合物がハニカムセグメントである、請求項24に記載の接合体の製造方法。
JP2008557166A 2007-02-08 2008-02-08 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法 Expired - Fee Related JP5244619B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008557166A JP5244619B2 (ja) 2007-02-08 2008-02-08 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007029493 2007-02-08
JP2007029493 2007-02-08
JP2008557166A JP5244619B2 (ja) 2007-02-08 2008-02-08 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
PCT/JP2008/052132 WO2008096851A1 (ja) 2007-02-08 2008-02-08 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2008096851A1 true JPWO2008096851A1 (ja) 2010-05-27
JP5244619B2 JP5244619B2 (ja) 2013-07-24

Family

ID=39681752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008557166A Expired - Fee Related JP5244619B2 (ja) 2007-02-08 2008-02-08 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2123617B1 (ja)
JP (1) JP5244619B2 (ja)
WO (1) WO2008096851A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117611A1 (ja) * 2007-03-26 2008-10-02 Ngk Insulators, Ltd. 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
EP2174921B1 (en) 2007-07-26 2015-04-08 NGK Insulators, Ltd. Bonding material for honeycomb structure and honeycomb structure utilizing the material
WO2009014200A1 (ja) * 2007-07-26 2009-01-29 Ngk Insulators, Ltd. ハニカム構造体用コーティング材
JP5597153B2 (ja) 2011-03-24 2014-10-01 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ及びその製造方法
EP2668990B1 (en) * 2012-02-24 2020-03-25 NGK Insulators, Ltd. Honeycomb structure
CN105143145B (zh) * 2013-04-03 2017-06-23 迪耐斯公司 蜂窝组件
JP6423160B2 (ja) 2014-03-04 2018-11-14 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP6077484B2 (ja) * 2014-03-26 2017-02-08 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP6622134B2 (ja) * 2016-03-31 2019-12-18 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法
US11999660B2 (en) * 2017-08-29 2024-06-04 Kyocera Corporation Ceramic joined body and method for manufacturing same
JP6934436B2 (ja) * 2018-03-02 2021-09-15 日本碍子株式会社 捕集フィルタ断面観察試料の作製方法、及び捕集フィルタにおける粒子状物質の捕集状態を評価する方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6126572A (ja) * 1984-07-16 1986-02-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 セラミツク製品およびその製造方法
JPH07187794A (ja) * 1993-12-28 1995-07-25 Toshiba Corp Si系セラミックス焼結体
JP3889194B2 (ja) 2000-01-13 2007-03-07 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP4392984B2 (ja) 2000-12-11 2010-01-06 イビデン株式会社 セラミック構造体
JP3893049B2 (ja) * 2001-11-20 2007-03-14 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
EP1829595A1 (en) * 2002-03-29 2007-09-05 Ibiden Co., Ltd. Ceramic filter and exhaust gas decontamination unit
JP4331575B2 (ja) * 2003-11-26 2009-09-16 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法、並びに接合材
PL1728544T3 (pl) * 2004-03-23 2014-05-30 Ngk Insulators Ltd Struktura plastra miodu i sposób jej wytwarzania
JP4833060B2 (ja) * 2004-04-30 2011-12-07 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
WO2007111279A1 (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Ngk Insulators, Ltd. 接合体、接合材組成物、ハニカムセグメント接合体、並びにそれを用いたハニカム構造体
JP5060743B2 (ja) * 2006-06-30 2012-10-31 東京窯業株式会社 SiC系接合材
JP4997064B2 (ja) * 2006-12-07 2012-08-08 日本碍子株式会社 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
JP4997068B2 (ja) * 2006-12-25 2012-08-08 日本碍子株式会社 接合体及びその製造方法
WO2008117611A1 (ja) * 2007-03-26 2008-10-02 Ngk Insulators, Ltd. 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008096851A1 (ja) 2008-08-14
EP2123617A4 (en) 2012-05-23
EP2123617B1 (en) 2013-08-21
JP5244619B2 (ja) 2013-07-24
EP2123617A1 (en) 2009-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5244619B2 (ja) 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
JP5485546B2 (ja) 接合体、ハニカムセグメント接合体、及びそれを用いたハニカム構造体
JP5469305B2 (ja) 接合材とその製造方法、及びそれを用いたハニカム構造体
EP1930061B1 (en) Bonding material composition and method for manufacturing the same, and joined body and method for manufacturing the same
EP2944366B1 (en) Honeycomb structure
JP5367363B2 (ja) 接合体、接合材組成物、ハニカムセグメント接合体、並びにそれを用いたハニカム構造体
EP2644580B1 (en) Honeycomb structure
JP4997068B2 (ja) 接合体及びその製造方法
JP4997064B2 (ja) 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
JP5478243B2 (ja) 接合材組成物及びその製造方法並びに接合体及びその製造方法
JP6043286B2 (ja) ハニカム構造体
JPWO2006098191A1 (ja) ハニカム構造体
EP1939261A1 (en) Joined body and method for manufacturing the same
JPWO2007111280A1 (ja) ハニカム構造体
JP5318753B2 (ja) 接合体及びその製造方法並びに接合材組成物及びその製造方法
JPWO2008096569A1 (ja) Dpf用ハニカムセグメント接合体及び該接合体用接合材組成物

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130312

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130408

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5244619

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees