KR20050094841A

KR20050094841A - 세라믹 허니컴 구조체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050094841A
Application number: KR1020057012919A
Authority: KR
Inventors: 준 후지타; 나오시 마스카와; 다카시 하라다
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-09-28
Also published as: PL377839A1; JP4455818B2; KR101025850B1; US20070059483A1; US7754309B2; JP2004262669A; PL214443B1; EP1591431A1; EP1591431B1; EP1591431A4; WO2004063121A1

Abstract

다공질 허니컴 세그멘트(2)가 접착제층(3)을 통해 복수 개 결속되어 구성되는 세라믹 허니컴 구조체(1)로서, 접착제층(3)에는 접착제층(3)을 사이에 두고 대향하는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면(2a, 2b) 중 어느 것에 고정 설치된 돌기부(4)가 복수 개 매설되어 있다.

Description

세라믹 허니컴 구조체 및 그 제조 방법{CERAMIC HONEYCOMB STRUCTURE BODY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 예컨대, 내연기관, 보일러, 화학 반응 기기 및 연료 전지용 개질기 등의 촉매 작용을 이용하는 촉매용 담체 또는 배출 가스 중의 미립자 포집 필터 등에 이용되는 세라믹 허니컴 구조체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이런 유형의 세라믹 허니컴 구조체(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 다수의 유통 구멍(102)을 갖는 다공질 허니컴 세그멘트(2)가 접착제층(3)을 통해 복수 개 결속되어 구성하는 것이 제안되어 있다.

그러나, 세라믹 허니컴 구조체(100)는 또한 접착제층(3)에 대해서 다음과 같은 과제를 갖고 있다.

즉, 세라믹 허니컴 구조체(100)의 가혹한 사용 환경에 기인하여, 허니컴 세그멘트(2)와 접착제층(3)과의 계면에 균열이 발생하는 경우가 있으며, 그 때 균열은 도 2에 도시한 바와 같이, 초기의 작은 균열(a)이 진전되어 큰 갈라진 금(A)을 형성하게 되고, 나아가서는 접착 강도의 저하를 초래한다고 하는 과제를 갖고 있다.

또한, 세라믹 허니컴 구조체(100)의 제조에 있어서의 접착 공정은 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 대향하는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 접착면(2a, 2b) 중, 한 쪽의 접착면(2b)에 접착제를 제공하여 접착제층(3)을 형성한 후, 다른 쪽의 접착면(2a)을 접착제층(3)의 표면에 대고 눌러 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)를 접착함으로써 성립되고 있다.

그런데, 이 접착 공정에 있어서, 허니컴 세그멘트(2)가 다공질이라는 데에 기인하여 접착제층(3)으로부터 접착면(2b)을 통한 허니컴 세그멘트(2)로의 수분 이동(w)이 발생하고, 이 수분 이동(w)에 의해 접착제층(3)과 접착면(2b) 사이에 고접착력 계면(B)(도면상, 사선으로 나타내고 있음)이 형성되는데, 다른 쪽의 접착제층(3)과 접착면(2a) 사이에는 수분 부족에 의해 저접착력 계면(b)이 형성된다. 이 저강도 계면(b)의 형성에 의해, 접착제층(3) 전체의 접착 강도는 저하된다는 과제를 갖고 있다.

그래서, 본 발명은, 균열의 진전, 및 접착제층의 수분이 대향하는 허니컴 세그멘트(2) 중 어느 한 쪽으로만 이동하는 것을 최대한 억제하고, 이로써 접착제층의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있는 세라믹 허니컴 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 종래의 세라믹 허니컴 구조체의 설명도이다.

도 2는 종래의 세라믹 허니컴 구조체의 균열의 진전을 설명하는 단면 모식도이다.

도 3은 종래의 세라믹 허니컴 구조체의 고접착력 계면의 형성을 설명하는 단면 모식도이다.

도 4a는 본 발명의 일 실시형태로서의 세라믹 허니컴 구조체의 단면도, 도 4b는 본 발명의 다른 실시형태로서의 세라믹 허니컴 구조체의 단면도이다.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 모두 본 발명의 허니컴 세그멘트의 피접착면 상의 돌기부의 배치예를 도시하는 평면 모식도이다.

도 6a, 도 6b 및 도 6c는 모두 본 발명의 허니컴 세그멘트의 피접착면 상의 돌기부의 다른 배치예를 도시하는 평면 모식도이다.

도 7a는 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 균열의 진전을 설명하는 단면 모식도, 도 7b는 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 고접착력 계면을 설명하는 단면 모식도이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 세라믹 허니컴 구조체의 고접착력 계면의 형성을 설명하는 단면 모식도이다.

도 9는 전단 강도 측정 방법에 이용되는 공시 허니컴 구조체를 구성하는 허니컴 세그멘트의 평면 모식도이다.

도 10은 전단 강도 측정 방법을 설명하는 단면 모식도이다.

도 11a 및 도 11b는 3점 굽힘 강도 측정 방법을 설명하는 단면 모식도이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 특징은, 다공질 허니컴 세그멘트가 접착제층을 통해 복수 개 결속되어 구성되는 세라믹 허니컴 구조체로서,

상기 접착제층에는, 그 접착제층을 사이에 두고 대향하는 2개의 허니컴 세그멘트의 각 피접착면 중 어느 것에 고정 설치된 돌기부가 복수 개 매설되어 있는 데에 있다.

어느 한 쪽의 피접착면을 제1 피접착면이라 하고, 다른 쪽의 피접착면을 제2 피접착면이라 한 경우, 제1 또는 제2 피접착면 중 어느 한 쪽에만 돌기부를 고정 설치하더라도 좋고, 제1 및 제2 피접착면의 쌍방에 돌기부를 고정 설치하더라도 좋다. 제1 피접착면에 고정 설치된 돌기부는 제2 피접착면에 접하지 않는다. 마찬가지로, 제2 피접착면에 고정 설치된 돌기부는 제1 피접착면에 접하지 않는다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 접착제층에 생긴 균열은 돌기부에 맞닿음으로써 그 진전이 저지되기 때문에, 큰 갈라진 금으로 성장하는 것을 미연에 막을 수 있다.

또한, 돌기부는 접착제층에 매설되어 있기 때문에, 돌기부와 이 돌기부에 대향하는 허니컴 세그멘트의 피접착면과의 사이에도 접착제층이 개재하게 된다. 따라서 접착제층은 2개의 허니컴 세그멘트의 각 피접착면 사이에 형성되는 후육 부분과, 돌기부와 허니컴 세그멘트의 피접착면 사이에 형성되는 박육 부분이 연속해서 형성되게 된다. 이 접착제층 중, 후육 부분에서는 접착제층이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면이 출현하고, 박육 부분에서는 돌기부에 대향하는 다른 쪽의 허니컴 세그멘트의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면이 출현하게 된다. 어느 쪽의 계면이 고접착 계면이 될지는, 접착제층 중의 수분이 어느 쪽의 계면에 의해 많이 흡수되는지에 따라서 결정된다. 박육 부분에서는, 접착제층 중의 수분은 돌기부에 대향하는 허니컴 세그멘트의 피접착면에 많이 흡수되기 때문에, 돌기부에 대향하는 허니컴 세그멘트의 피접착면이 고접착력 계면으로 된다.

또한, 본 발명의 제2 특징은 본 발명의 제1 특징을 갖는 세라믹 허니컴 구조체로서,

상기 돌기부는 무기재 혹은 유기재에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합으로 형성되어 있는 데에 있다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 돌기부는 세라믹 허니컴 구조체의 사용 환경에 따라 재질을 적절하게 선택할 수 있다.

즉, 세라믹 허니컴 구조체의 사용 환경이 온화한 조건일 때는, 돌기부의 재질에 특별히 제한은 없고, 예컨대, 플라스틱, 고무 등의 유기재, 허니컴 세그멘트나 그 접착제와 같은 재질인 것이나, 그 밖의 세라믹스를 포함한 무기재, 금속 등을 이용할 수 있다.

세라믹 허니컴 구조체의 사용 환경이 가혹한 조건(가열/냉각의 반복 사용)일 때는 돌기부는, 허니컴 세그멘트와 같은 재질의 것으로 고밀도로 형성된다. 이로써, 가열과 냉각의 반복 환경 하에 있어서도, 세라믹 허니컴 구조체 내의 열응력의 발생을 최대한 억제할 수 있다. 게다가, 돌기부는 고밀도로 형성함으로써 돌기부를 통한 접착제층의 수분 이동을 저지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 특징은 본 발명의 제1 또는 제2 특징을 갖는 세라믹 허니컴 구조체로서,

상기 돌기부는 두께가 0.1∼3.0 ㎜이며, 상기 접착제층의 접착 폭은 상기 돌기부의 고정 설치 부위의 접착제층과 돌기부의 각 두께의 합계가 0.2∼4.0 ㎜이 되도록 형성되어 있는 데에 있다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 접착제층과 돌기부의 각 두께의 합계가 지나치게 두꺼우면, 허니컴 구조체의 압력 손실이 커지고, 지나치게 얇으면 접착 강도가 저하되어 바람직하지 못하다. 돌기부는 균열의 진전을 저지하기 위해서는, 그 두께가 적어도 0.1 ㎜로 될 필요가 있다.

또한, 본 발명의 제4 특징은, 본 발명의 제1∼3 특징 중 어느 것을 갖는 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,

서로 접착되는 2개의 허니컴 세그멘트의 대향하는 피접착면 중, 상기 돌기부가 고정 설치되어 있는 피접착면에 돌기부를 매몰시키면서 접착제를 제공하여 상기 접착제층을 형성하고, 그 후 상기 접착제층을 개재시켜 상기 피접착면의 대향 간격이 좁아지는 방향으로 압박하여 상기 2개의 허니컴 세그멘트를 접착하도록 한 데에 있다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 돌기부의 고정 설치 부위에 대응하는 부분에 있는 접착제층은, 접착제층이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트로의 수분 이동이 돌기부에 의해 저지되고, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트의 접착시에 다른 쪽의 허니컴 세그멘트 측으로 수분 이동이 생기기 때문에, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트의 피접착면과의 사이에 고접착력 계면이 형성된다. 이에 대하여 돌기부가 없는 부위에 있는 접착제층은 접착제층이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트로의 수분 이동이 생기기 때문에, 한 쪽의 허니컴 세그멘트의 피접착면과의 사이에 고접착력 계면이 형성된다.

또한, 본 발명의 제5 특징은 본 발명의 제4 특징을 갖는 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,

대향하는 상기 피접착면 중, 하나의 피접착면에 상기 돌기부가 고정 설치되는 동시에, 다른 피접착면은 평탄면으로 형성되어 있고,

상기 접착제층은, 상기 하나의 피접착면에만 형성되어 있는 데에 있다.

본 발명의 제5 특징에 따르면, 접착제층 중, 돌기부의 고정 설치 부위에 대응하는 부분에 있는 것은 다른 피접착면과의 계면에 고접착력 계면을 형성할 수 있고, 돌기부가 없는 부위에 있는 것은 하나의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 제6 특징은 본 발명의 제4 특징을 갖는 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,

대향하는 상기 피접착면의 각 면에 상기 돌기부가 고정 설치되어 있고, 상기 접착제층은 상기 각 피접착면의 각각에 형성되어 있는 데에 있다.

본 발명의 제6 특징에 따르면, 각 피접착면의 접착제층끼리를 접촉한 후, 피접착면의 대향 간격이 좁아지는 방향으로 압박함으로써, 2개의 허니컴 세그멘트를 접착할 수 있다. 이 때에 접착제층과의 사이에 형성되는 고접착력 계면은 돌기부의 고정 설치 부위에서는 돌기부에 대향하는 피접착면측이 되고, 돌기부가 없는 부위에서는 접착제가 제공되는 피접착면측이 된다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최적의 형태를 예시적으로 설명한다. 한편, 도 1∼도 3에 도시하는 구성 요소와 동일한 것은 동일 부호를 붙여 그 설명을 간략하게 하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시형태로서의 세라믹 허니컴 구조체(1)를 도시한다. 도 4b는 본 발명의 제2 실시형태로서의 세라믹 허니컴 구조체(10)를 도시한다. 이 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)는 격벽에 의해 구획되어 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍을 갖는 다공질 허니컴 세그멘트(2)가 접착제층(3)을 통해 복수 개 결속되어 구성된다.

이 때, 접착제층(3)에는 접착제층(3)을 사이에 두고 대향하는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면(2a, 2b) 중 어느 것에 고정 설치된 돌기부(4)가 복수 개 매설되어 있다.

구체적으로는, 다공질 허니컴 세그멘트(2)는 강도, 내열성 등의 관점에서, 주성분이 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 알루미나, 멀라이트, 지르코니아, 인산지르코늄, 알루미늄티타네이트, 티타니아 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 세라믹스, Fe-Cr-Al계 금속, 니켈계 금속 또는 금속 Si와 SiC로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 주성분이란 성분의 80 질량% 이상을 차지하며, 주결정상을 이루는 것을 의미한다.

또한, 본 발명에 있어서, 허니컴 세그멘트(2)가 금속 Si와 SiC로 이루어지는 경우, Si/(Si+SiC)로 규정되는 Si 함유량이 5∼50 질량%인 것이 바람직하고, 10∼40 질량%인 것이 더욱 바람직하다. 5 질량% 미만이면 Si 첨가 효과를 얻기 어렵고, 50 질량%을 넘으면 SiC의 특징인 내열성, 고열전도성의 효과를 얻기 어렵기 때문이다.

또한, 접착제층(3)을 형성하는 접착제는 특별히 제한은 없지만, 허니컴 세그멘트(2)의 재질에 맞은 공지의 접착제를 이용할 수 있다. 허니컴 세그멘트(2)가 금속 Si와 SiC로 이루어지는 경우, 접착제도 금속 Si나 SiC 중 하나 혹은 둘 모두로 이루어지는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대, 세라믹 파이버 등의 무기 섬유, 세라믹 가루 등의 무기 분체, 및 유기·무기의 바인더 등을 혼합한 세라믹 접착제 등이 바람직하다. 더욱이, Si 졸 등의 졸형 물질을 포함하는 접착제로 형성되는 것도 바람직하다. 또한, 복수 종류의 접착제를 이용하더라도 좋으며, 이 경우에, 접착제층(3)을 복수의 층으로 하는 것도 바람직하다. 이와 같이 접착제층(3)을 복수의 층으로 하는 경우에는, 예컨대, 허니컴 세그멘트(2)와 접하는 접착층의 조성을 허니컴 세그멘트(2)의 조성에 가까운 것으로 하여, 경사적으로 접착층의 조성을 변화시키는 것도 바람직하다.

또한, 돌기부(4)는 허니컴 세그멘트(2)나 접착제층(3)과 대략 동일 재료를 이용하여 고밀도로 형성된다. 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)가, 사용시에 고온에 노출되는 것을 고려하면, 유기물과 금속은 고온에서 연소 혹은 융해 혹은 증발하기 때문에 바람직하지 못하며, 허니컴 세그멘트(2)나 접착제층(3)과 대략 동일 재료는 예컨대 열팽창율, 열전도율 등도 대략 동일하게 되기 때문에, 가열과 냉각의 반복 환경 하에 있더라도 열응력의 발생을 최대한 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 게다가, 돌기부(4)는 고밀도로 형성함으로써 돌기부(4)를 통한 접착제층(3)의 수분 이동을 저지할 수 있다.

돌기부(4)는 허니컴 구조체(1)에서는 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2b)에 고정 설치되어 있고(도 4a 참조), 허니컴 구조체(10)에서는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면(2a, 2b)에 각각 고정 설치되어 있다(도 4b 참조).

구체적으로는, 돌기부(4)는 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2b)(혹은 2a)에 기초층을 형성하고, 그 기초층 위에, 후에 도포되는 접착제층(3)과 같은 것을 원하는 두께로 또 원하는 장소에 도포한 후 가열 건조함으로써 고정 설치할 수 있다.

또한, 돌기부(4)는 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면 상에 다음과 같이 하여 배치된다. 도 5 및 도 6은 그 배치예를 도시하는 것으로, 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 어느 쪽의 피접착면에 고정 설치되는지와는 무관하게 평면적인 형상 및 위치 관계를 도시하는 것이다. 도면에서, 돌기부(4)는 사선으로 나타내고 있다.

즉, 도 5a에서는, 돌기부(4)는 평면 형상이 원형으로 형성되어 있고, 허니컴 세그멘트(2)의 긴 길이 방향의 양측 부분에 2개씩 고정 설치되어 있다. 도 5b에서는, 돌기부(4)는 평면 형상이 허니컴 세그멘트(2)의 폭과 동일 길이를 갖는 직사각형으로 형성되어 있고, 허니컴 세그멘트(2)의 긴 길이 방향의 양측 부분에 고정 설치되어 있다. 도 5c에서는, 돌기부(4)는 평면형상이 허니컴 세그멘트(2)의 폭과 동일 길이를 갖는 직사각형으로 형성되어 있고, 허니컴 세그멘트(2)의 긴 길이 방향으로 대략 등간격으로, 다수 개 고정 설치(본 예에서는 7개)되어 있다.

또한, 도 6a에서는, 돌기부(4)는 평면 형상이 허니컴 세그멘트(2)의 긴 길이 방향의 길이와 동일 길이를 갖는 띠 형상으로 형성되어 있으며, 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향의 양측 부분에 고정 설치되어 있다. 이 경우, 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향으로 진전하고자 하는 균열을 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향의 양측 부분에서 멈추게 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 6b에서는, 돌기부(4)는 평면 형상이 허니컴 세그멘트(2)의 긴 길이 방향의 길이와 동일 길이를 갖는 띠 형상으로 형성되어 있으며, 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향으로 대략 등간격으로, 다수 개 고정 설치(본 예에서는 4개)되어 있다. 이 경우, 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향으로 진전하고자 하는 균열을 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향의 양측 부분과 허니컴 세그멘트(2)의 폭 방향 내에서 멈추게 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 6c에서는, 돌기부(4)는 평면 형상이 작은 사각형으로 형성되어 있으며, 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면의 전면에 걸쳐 지그재그모양 형상으로 다수 개 고정 설치(본 예에서는 30개)되어 있다. 이 경우, 허니컴 세그멘트(2) 내에서 진전하고자 하는 균열을 폭 방향과 길이 방향의 양 방향에서 멈추게 하는 효과를 기대할 수 있다.

이와 같이 구성된 세라믹 허니컴 구조체(10)는 도 7a에 도시한 바와 같이, 접착제층(3)에 생긴 균열(a)은 돌기부(4)에 맞닿음으로써 그 진전이 저지되기 때문에, 큰 갈라진 금으로 성장하는 것을 미연에 막을 수 있다. 세라믹 허니컴 구조체(1)에 있어서도 마찬가지로, 돌기부(4)가 균열의 진전을 저지하여, 큰 갈라진 금으로 성장하는 것을 미연에 막을 수 있다.

또한, 도 7b에 도시한 바와 같이, 세라믹 허니컴 구조체(1)의 접착제층(3)에는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면 사이에 형성되는 후육 부분(3a)과, 돌기부(4)와 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면 사이에 형성되는 박육 부분(3b)이 연속해서 형성된다. 후육 부분(3a)에서는 접착제층(3)이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면(B)(도 7b에서, 사선으로 나타내고 있음)이 출현하고, 박육 부분(3b)에서는 돌기부(4)에 대향하는 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면(B)이 출현하게 된다. 「접착제층이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)」란, 돌기부(4)를 갖는 허니컴 세그멘트(2)[도 7b에 있어서 하측의 허니컴 세그멘트(2)]에 상당한다.

이와 같이 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)는 돌기부(4)에 의한 균열(a)의 진전의 저지 및 돌기부(4)에 의한 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면에의 고접착력 계면(B)의 출현에 의해, 대체로 접착제층(3)의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)에 있어서, 도 4a에 도시하는 돌기부(4)의 두께(t1)가 0.1∼3.0 ㎜이며, 접착제층(3)의 접착 폭(T)이 돌기부(4)의 고정 설치 부위의 접착제층(3)의 두께[박육 부분(3b)의 두께](t2)와 돌기부(4)의 두께(t1)의 합계로서, 0.2∼4.0 ㎜가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이 구성에서는, 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)의 사용시의 압력 손실의 증대를 피할 수 있는 동시에, 접착제층(3)의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있다. 접착제층(3)과 돌기부(4)의 각 두께의 합계가 지나치게 두꺼우면 허니컴 구조체(1, 10)의 압력 손실이 커지고, 지나치게 얇으면 접착 강도가 저하되어 바람직하지 못하다.

이어서 세라믹 허니컴 구조체(1, 10)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 허니컴 구조체의 제조 방법에 있어서, 우선, 허니컴 세그멘트(2)를 제조한다. 허니컴 세그멘트(2)의 제조 공정에 특별히 제한은 없고, 일반적으로 세라믹 허니컴 구조체를 갖는 것을 제조하는 방법을 이용할 수 있는데, 예컨대 다음과 같은 공정으로 제조할 수 있다.

원료로서, 예컨대 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 알루미나, 멀라이트, 지르코니아, 인산지르코늄, 알루미늄티타네이트, 티타니아 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 세라믹스, Fe-Cr-Al계 금속, 니켈계 금속 또는 금속 Si와 SiC 등을 이용하여, 이것에 메틸셀룰로오스 및 히드록시프로폭실메틸셀룰로오스 등의 바인더, 계면활성제 및 물 등을 첨가하여, 가소성의 배토를 제작한다.

이 배토를, 예컨대 압출 성형하여, 격벽에 의해 구획된 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍(102)을 갖는 형상의 허니컴 성형체를 성형한다(도 1 참조).

이것을, 예컨대 마이크로파 및 열풍 등으로 건조시킨 후 소성함으로써, 도 1에 도시한 바와 같은 허니컴 세그멘트(2)를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 허니컴 세그멘트(2)를 제조한 후, 이들 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면에 돌기부(4)를 고정 설치하고, 그 후 돌기부(4)를 고정 설치한 허니컴 세그멘트(2)를 접착 일체화한다. 이 돌기부(4)의 고정 설치 공정에서부터 접착 일체화 공정까지가 본 발명의 제조 방법의 특징을 이루고 있다.

우선, 돌기부(4)의 고정 설치 공정을 설명한다. 이 때의 돌기부(4)의 배치는 전술한 도 5 및 도 6 중에서 적절하게 선택된다. 이 공정에서는, 피접착면(2b)(또는/및 2a) 상에 돌기부(4)를 고착하는 공정이며, 예컨대, 돌기부(4)의 형성제를, 돌기부(4)를 형성하여야 할 소정의 위치에 소정량 배치하여, 가열이나 건조함으로써 돌기부(4)를 피접착면(2b)(또는/및 2a) 상에 고착할 수 있다. 돌기부(4)의 형성제는 유동성인 것이 바람직하며, 유동성의 형성제를 소정 위치에 배치한 후, 고화시켜 피접착면 상에 고착하는 것이 바람직하다. 돌기부(4)의 형성제를 소정 위치에 배치하는 방법으로서는 예컨대, 일정량만큼 배출할 수 있는 펌프를 이용하여, 피접착면 상의 소정 위치에 소정량 배치하는 방법이 바람직하다. 배치된 돌기부(4)의 형성제를 피접착면 상에 고착하여 돌기부(4)를 형성하는 방법으로서는, 돌기부(4)의 형성 재료를 가열이나 건조함으로써 고착하는 방법이 바람직하며, 이를 위해서는, 일반적으로 이용되는 여러 가지 가열 장치, 건조 장치, 가열 건조 장치를 이용할 수 있다. 여기서, 돌기부(4)가 소정 두께가 되도록, 돌기부(4)의 형성제를 가압하면서 가열 및/또는 건조하는 것이 바람직하다. 한편, 경우에 따라, 돌기부(4)의 형성제를 배치하기 전에, 피접착면(2b)(또는/및 2a)에 기초제를 스프레이 등으로 도포하더라도 좋다. 기초제를 도포함으로써, 돌기부(4)와 피접착면과의 접착 강도를 향상시킬 수 있다.

이어서, 접착 일체화 공정을 설명한다. 이 공정에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 접착되는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 대향하는 피접착면(2a, 2b) 중, 돌기부(4)가 고정 설치되어 있는 피접착면(2a, 2b)에 돌기부(4)를 매몰시키면서 접착제를 제공하여 접착제층(3)을 형성하고, 그 후 접착제층(3)을 개재시켜 피접착면(2a, 2b)의 대향 간격이 좁아지는 방향으로 압박(도면에서, 화살표 P로 나타내고 있음)하여 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)를 접착하도록 했다. 또한, 접착제의 종류에 따라서는, 더욱 건조 및/또는 소성함으로써 보다 강고한 접착력을 얻을 수 있다.

「돌기부(4)를 매몰시키면서 접착제를 제공하여」란, 돌기부(4) 전체가 접착제층(3) 내에 숨겨지는 양의 접착제를 도포하는 것을 의미한다.

도 8a에 도시하는 제조 방법에서는, 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2b)에 돌기부(4)가 형성되어 있고, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2a)은 평탄면으로 형성되어 있다. 이 때 접착제층(3)은 피접착면(2b)측에만 형성된다. 이 때의 접착제층(3)의 접착제는 전술한 세라믹 접착제를 이용할 수 있다. 접착제층(3)은 형성후 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)가 접착될 때까지의 동안, 돌기부(4)가 고정 설치되어 있지 않은 부위에서는 피접착면(2b)을 통한 수분 이동(w)이 생기고 있다. 이 때 돌기부(4)의 고정 설치 부위에서는 돌기부(4)에 저지되어 수분 이동(w)이 생기고 있지 않는다. 그 후, 피접착면(2a)을 접착제층(3)에 접촉시켜 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)를 접착하면, 돌기부(4)의 고정 설치 부위에 대응하는 접착제층(3)으로부터 피접착면(2a)을 통한 수분 이동(w)이 생긴다. 그리고 제조된 세라믹 허니컴 구조체(1)는 상기한 수분 이동(w)에 기인하여, 양 피접착면(2a, 2b)에 각각 고접착력 계면(B)(도면상, 사선으로 나타내고 있음)이 출현한다.

즉, 후육 부분에 있어서는, 돌기부가 고정 설치되어 있는 측의 허니컴 세그멘트(도 8a 에서 하측의 허니컴 세그멘트)의 피접착면과의 계면이 고접착력 계면으로 된다. 박육 부분에 있어서는, 돌기부가 고정 설치되어 있지 않은 측의 허니컴 세그멘트(도 8a에서 상측의 허니컴 세그멘트)의 피접착면과의 계면이 고접착력 계면으로 된다.

또한, 도 8b에 도시하는 제조 방법에서는, 양쪽의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 피접착면(2a, 2b)에 돌기부(4)가 형성되어 있다. 이 때 접착제층(3)은 돌기부(4)를 매몰시키면서 접착제를 제공하여, 피접착면(2a, 2b)의 양측에 형성된다. 접착제층(3)이 형성되고 나서 양쪽의 허니컴 세그멘트(2, 2)가 접착될 때까지의 동안, 돌기부(4)가 고정 설치되어 있지 않은 부위에서는 피접착면(2a 혹은 2b)을 통한 수분 이동(w)이 생긴다. 이 때 돌기부(4)의 고정 설치 부위에서는, 돌기부(4)에 저지되어 수분 이동(w)이 생기지 않는다. 그 후, 양 접착제층(3)끼리를 접촉시켜 양쪽의 허니컴 세그멘트(2, 2)를 접착한다. 제조된 세라믹 허니컴 구조체(10)는 상기한 수분 이동(w)에 기인하여, 양 피접착면(2a, 2b)에 각각 고접착력 계면(B)(도면에서, 사선으로 나타내고 있음)이 출현한다.

즉, 후육 부분도 박육 부분도, 돌기부가 고정 설치되어 있는 부분 이외의 모든 피접착면과의 계면이 고접착력 계면으로 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 제조 방법에서는, 돌기부(4)의 고정 설치 부위에 대응하는 부분에 있는 접착제층(3)은 접착제층(3)이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)로의 수분 이동(w)이 돌기부(4)에 의해 저지되고, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 접착시에 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)측으로 수분 이동(w)이 생기기 때문에, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2a)(혹은 2b)과의 사이에 고접착력 계면(B)이 형성된다. 이에 대하여 돌기부(4)가 없는 부위에 있는 접착제층(3)은 접착제층(3)이 형성되는 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)로의 수분 이동(w)이 생기기 때문에, 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면(2b)(혹은 2a)과의 사이에 고접착력 계면(B)이 형성된다.

이와 같이 본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 접착되는 2개의 허니컴 세그멘트(2, 2)의 각 피접착면(2a, 2b)에, 돌기부(4)에 의한 고접착력 계면(B)을 출현시킬 수 있고, 이에 따라 접착제층(3)의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있다.

이어서 접착제층(3)의 접착 강도에 관한 실험예를 나타낸다.

(실험예 1)

공시 허니컴 구조체(S)는 도 9에 도시한 바와 같이, 돌기부(4)가 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)에만, 전술한 도 5c의 배치예에 따라서 고정 설치되어 있고, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)의 피접착면은 평탄면으로 형성되고 있으며, 돌기부(4)의 고정 설치측의 피접착면에 접착제층(3)을 1 ㎜ 두께로 도포한 후, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)를 접합시켜, 1.0 kgf/cm로 가압하여, 100℃, 30분 건조하여 형성했다. 공시 허니컴 구조체(S)는 길이(L1)=150 ㎜, 폭(L2)=35 ㎜의 직사각형 평면으로 이루어지는 피접착면을 가지고서 형성되어 있다. 돌기부(4)는 길이(L2)=35 ㎜, 폭(L3)=10 ㎜의 직사각형 평면을 가지고서 형성되어 있고, 이격 거리(L4)=10 ㎜을 유지하여 8개 설치된다. 다만, 도 9는 간략화하기 위해, 돌기부(4)를 6개만 나타내고 있다.

그리고 공시 허니컴 구조체(S)는 돌기부(4)의 두께를 0.1 ㎜(실시예 1), 0.5 ㎜(실시예 2), 1.0 ㎜(실시예 3)로 한 것을 구성했다. 이 때 비교예는 돌기부가 없는 것이며, 다른 것은 실시예와 동일 조건으로 형성한 것을 이용했다.

실험 방법 : 도 10에 도시한 바와 같이, 한 쪽의 허니컴 세그멘트(2)를 척부(G, G) 사이(간격 35 ㎜)에 끼우고, 다른 쪽의 허니컴 세그멘트(2)를 가압(P)함으로써 전단 강도를 측정했다.

실험 결과 : 비교예, 실시예 1∼3 모두 각각 5회 측정하여, 측정치 및 평균치를 표 1에 나타낸다.

표 1로부터 분명한 바와 같이, 돌기부(4)의 두께가 실시예 2의 경우에 충분한 강도를 발현하며, 돌기부(4)가 없는 것(비교예)에서는 돌기부(4)를 설치한 것(실시예 1, 3)보다도 낮은 강도였다. 따라서, 돌기부(4)가 없는 경우보다도 있는 쪽이 고강도로 되는 것을 이해할 수 있다.

(실험예 2)

공시 허니컴 구조체(S1)는 도 11a에 도시한 바와 같이, 71×30×15 ㎜의 시편(s11, s12)을 접착층(3)을 통해 접합하여 구성되어 있다. 이 공시 허니컴 구조체(S1)에 있어서, 부호 C는 도포측 계면을 나타내고, 부호 D는 접착측 계면을 나타내고 있다.

공시 허니컴 구조체(S2)는 도 11b에 도시한 바와 같이, 71×30×15 ㎜의 시편(s21, s22)을 이용하여, 시편(s21) 측에 돌기부(4)를 고정 설치하고, 돌기부(4)와 다른 시편(s22) 사이에 접착층(3)을 개재하여 접합함으로써 구성되어 있다.

도 11a 및 도 11b에 있어서, 길이(L5)=71 ㎜, 길이(L6)=3.0 ㎜이다.

이 공시 허니컴 구조체(S2)에 있어서, 부호 D는 접착제-세그멘트 계면을, 부호 E는 세그멘트-돌기 계면을, 부호 F는 돌기-접착제 계면을 나타내고 있다.

실험 방법 : 3점 굽힘 강도 측정법으로, 도 11a에 도시하는 것은, 접착층(3)의 중앙 부분에 하중(P)을 걸어 측정하고(수준 1), 도 11b에 도시하는 것은 돌기-접착제 계면(F)의 부분에 하중(P)을 걸어 측정했다(수준 2).

실험 결과 : 수준 1 및 수준 2 모두 각각 10회 측정하여, 측정치, 최대치, 최소치, 평균치 및 표준편차를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터 분명한 바와 같이, 돌기부(4)를 포함하지 않는 수준 1(도 11a)에서의 접착 강도는 접착측 계면(D)에서 파단되고 있으며, 돌기부(4)를 포함한 수준 2(도 11b)에서는 고접착력 계면이 존재하기 때문에 돌기-접착제 계면(F)이 상대적으로 약해져 파단되는 경우가 있다. 수준 1과 수준 2를 비교하면 돌기부(4)를 포함한 수준 2의 강도가 돌기부(4)를 포함하지 않는 수준 1의 강도보다 최대치, 최소치 및 평균치의 전부에 있어서 높다. 따라서 접착 강도를 올리기 위해서는 돌기부(4)를 설치하는 것이 바람직하다는 것을 이해할 수 있다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 균열의 진전 및 접착제층의 수분 이동을 최대한 억제하고, 이로써 접착제층의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있는 세라믹 허니컴 구조체를 제공할 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 돌기 재질을 최적화할 수 있고, 이에 따라 청구항 1의 발명의 효과에 더하여, 세라믹 허니컴 구조체와 접착제의 결함이나 고온 물성에 영향이 없는 것을 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 허니컴 세그멘트 사이에 돌기가 배치되는 동시에, 허니컴 세그멘트 사이의 접착층의 두께를 원하는 두께로 할 수 있기 때문에, 청구항 1 또는 2의 발명의 효과에 더하여, 압력 손실이 높아지는 것을 억제하여 접착제층의 접착 강도의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 본 발명의 제1 특징을 갖는 세라믹 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.

본 발명의 제5 특징에 따르면, 접착제층 중, 돌기부의 고정 설치 부위에 대응하는 부분에 있는 것은 다른 피접착면과의 계면에 고접착력 계면을 형성할 수 있고, 돌기부가 없는 부위에 있는 것은 하나의 피접착면과의 계면에 고접착력 계면을 형성할 수 있는 동시에, 돌기에 의해 균열의 진전을 저지할 수 있기 때문에, 본 발명의 제4 특징의 효과에 더하여, 접착제층의 접착 강도가 향상된 세라믹 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.

본 발명의 제6 특징에 따르면, 접착제층과의 사이에 형성되는 고접착력 계면은 돌기부의 고정 설치 부위에서는 돌기부에 대향하는 피접착면측으로 되고, 돌기부가 없는 부위에서는 접착제가 제공되는 피접착면측으로 되는 동시에, 돌기에 의해 균열의 진전을 저지할 수 있기 때문에, 본 발명의 제4 특징의 효과에 더하여, 접착제층의 접착 강도가 향상된 세라믹 허니컴 구조체를 확실하게 제조할 수 있다.

Claims

다공질 허니컴 세그멘트가 접착제층을 통해 복수 개 결속되어 구성되는 세라믹 허니컴 구조체로서,

상기 접착제층에는, 그 접착제층을 사이에 두고 대향하는 2개의 허니컴 세그멘트의 각 피접착면 중 어느 한 쪽 또는 양쪽 모두에 고정 설치된 돌기부가 복수 개 매설되는 것인 세라믹 허니컴 구조체.
제1항에 있어서, 상기 돌기부는 무기재 혹은 유기재에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 조합으로 형성되는 것인 세라믹 허니컴 구조체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌기부는 두께가 0.1∼3.0 ㎜이며, 상기 접착제층의 접착 폭은 상기 돌기부의 고정 설치 부위의 접착제층과 돌기부의 각 두께의 합계가 0.2∼4.0 ㎜가 되도록 형성되는 것인 세라믹 허니컴 구조체.
다공질 허니컴 세그멘트가 접착제층을 통해 복수 개 결속되어 구성되는 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법으로서,

서로 접착되는 2개의 허니컴 세그멘트의 대향하는 피접착면 중, 돌기부가 고정 설치되어 있는 피접착면에 상기 돌기부를 매몰시키면서 접착제를 제공하여 상기 접착제층을 형성하고,

그 후 상기 접착제층을 개재시켜 상기 피접착면의 대향 간격이 좁아지는 방향으로 압박하여 상기 2개의 허니컴 세그멘트를 접착하는 것인 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법.
제4항에 있어서, 대향하는 상기 피접착면 중 하나의 피접착면에는 상기 돌기부를 고정 설치하는 동시에, 다른 피접착면은 평탄면으로 형성하고,

상기 접착제층을 상기 하나의 피접착면에만 형성하고 나서 상기 압박을 실시하는 것인 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법.
제4항에 있어서, 대향하는 상기 피접착면의 각 면에 상기 돌기부를 고정 설치하고,

상기 접착제층을 상기 각 피접착면의 각각에 형성하고 나서 상기 압박을 실시하는 것인 세라믹 허니컴 구조체의 제조 방법.