KR20080059510A - 접합체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층을 통해 일체화되어 이루어지는 접합체로서, 열 왜곡에 의한 피접합물의 변형을 접합재층으로 억제할 수 있는 것과 함께, 응력에 의한 접합재층의 파단이 잘 생기기 않고, 우수한 내열 충격성을 갖는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층(9)을 통해 일체화되어 이루어지는 접합체로서, 상기 접합재 조성물이 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하는 것과 함께, 상기 접합재층(9)의 영율이 3 ㎬ 이상인 접합체.

Description

접합체 및 그 제조 방법{JOINED BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 복수의 피접합물이, 접합재층을 통해 접합 일체화되는 접합체와, 그 제조방법에 관한 것이다.

배출 가스용의 포집 필터, 예컨대, 디젤엔진 등으로부터의 배출 가스에 포함되어 있는 입자형 물질(파티큘레이트)을 포착하여 제거하기 위한 디젤 파티큘레이트 필터(DPF)로서, 허니컴 구조체가 널리 사용되고 있다.

이러한 허니컴 구조체는 예컨대, 탄화규소(SiC) 등으로 이루어지는 다공질의 격벽에 의해서 구획, 형성된 유체의 유로가 되는 복수의 셀이 중심축 방향으로 서로 병행하도록 배치된 구조를 갖고 있다. 또한, 인접한 셀의 단부는 교대로(체크무늬형으로) 밀봉되어 있다. 즉, 하나의 셀은, 한 쪽의 단부가 개구되고, 다른 쪽의 단부는 밀봉되어 있으며, 이것과 인접하는 다른 셀은, 한 쪽의 단부가 밀봉되고, 다른 쪽의 단부는 개구되어 있다.

이러한 구조로 함으로써, 한 쪽의 단부로부터 소정의 셀(유입 셀)에 유입시킨 배출 가스를 다공질의 격벽을 통과시킴으로써 유입 셀에 인접한 셀(유출 셀)을 경유하여 유출시키고, 격벽을 통과시킬 때에 배출 가스 중의 입자형 물질(파티큘레이트)을 격벽에 포착시킴으로써, 배출 가스를 정화할 수 있다.

이러한 허니컴 구조체(필터)를 장기간 계속하여 사용하려면 정기적으로 필터에 재생 처리를 실시할 필요가 있다. 즉, 필터 내부에 시간이 지남에 따라서 퇴적된 파티큘레이트에 의해 증대한 압력 손실을 저감시켜 필터 성능을 초기 상태로 되돌리기 위해서, 필터 내부에 퇴적된 파티큘레이트를 연소시켜 제거할 필요가 있다. 이 필터의 재생시에는 큰 열응력이 발생하여, 이 열응력이 허니컴 구조체에 크랙이나 파괴 등의 결함을 발생시킨다고 하는 문제가 있었다. 이 열응력에 대한 내열 충격성 향상의 요청에 대응하기 위해, 복수의 허니컴 세그먼트를 접합재층으로 일체적으로 접합함으로써 열응력을 분산, 완화하는 기능을 갖게 한 분할 구조의 허니컴 구조체가 제안되어, 그 내열 충격성을 어느 정도 개선할 수 있게 되었다.

그러나, 최근, 필터는 대형화의 요청이 더 높아지고, 이에 따라 재생시에 발생하는 열응력도 증대되어, 전술한 문제를 해소하기 위한 구조체로서의 내열 충격성의 더 나은 향상이 강하게 요구되게 되었다. 이 내열 충격성의 향상을 실현하기 위해서, 복수의 허니컴 세그먼트를 일체적으로 접합하기 위한 접합재층에는 우수한 응력 완화 기능과 접합 강도가 요구되고 있다.

종래, 이러한 접합재층의 개선에 의한 내열 충격성의 향상을 목적으로서, 허니컴 세그먼트 사이의 접합층 재질의 영율을, 허니컴 세그먼트 재질의 20％ 이하로 한 허니컴 구조체가 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조). 이 허니컴 구조체는, 접합재층을 저영율화함으로써, 사용시에 발생하는 열응력을 작게 한다고 하는 것이지 만, 저영율화를 위해 접합재층을 고기공율화하면, 허니컴 세그먼트 사이의 접합 강도가 불충분해져, 건전한 접합체를 얻을 수 없는 경우가 있다.

또한, 이와는 반대로, 접합재층을 고영율화한 경우에는, 열 왜곡에 의한 허니컴 세그먼트의 변형을 접합재층으로 억제할 수 있지만, 그 만큼, 접합재층에 따른 응력이 커지기 때문에, 단순히 접합재층을 고영율화한 것만으로는 접합재층이 파단하기 쉽다고 하는 문제가 생긴다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-190916호 공보

본 발명은, 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층을 통해 일체화되는 접합체로서, 열 왜곡에 의한 피접합물의 변형을 접합재층으로 억제할 수 있는 것과 함께, 응력에 의한 접합재층의 파단이 잘 생기지 않고, 우수한 내열 충격성을 갖는 것을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 이하의 접합체 및 접합체의 제조방법이 제공된다.

[1] 2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층을 통해 일체화되는 접합재로서, 상기 접합재 조성물이 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 상기 접합재층의 영율이 3 ㎬ 이상인 것인 접합체.

[2] 상기 접합재 조성물은 상기 판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 판형 입자를 포함하는 [1]에 기재한 접합체.

[3] 상기 접합재 조성물은 상기 비판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 비판형 입자를 포함하는 것인 [1] 또는 [2]에 기재한 접합체.

[4] 상기 접합재 조성물에 포함되는 상기 판형 입자의 비율은 상기 주성분 전체의 1 질량％ 내지 60 질량％인 것인 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[5] 상기 판형 입자의 종횡비가, 3 이상인 것인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[6] 상기 판형 입자의 평균 입자 지름은 1 ㎛ 내지 200 ㎛인 것인 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[7] 상기 판형 입자는 운모, 탈크 및 글라스 후레이크로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 재료로 이루어지는 판형 입자인 것인 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[8] 상기 운모는 800℃ 이상에서 하소한 운모이고, 상기 탈크는 900℃ 이상에서 하소한 탈크인 것인 [7]에 기재한 접합체.

[9] 상기 접합재층의 기공율은 50％ 미만인 것인 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[10] 상기 피접합물은 허니컴 세그먼트인 것인 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재한 접합체.

[11] 2개 이상의 피접합물을, 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 건조 경화 후의 영율이 3 ㎬ 이상이 되는 접합재 조성물을 이용하여 일체적으로 접합하는 접합체의 제조방법.

본 발명의 접합체는, 접합재층이 3 ㎬ 이상이 높은 영율을 갖기 때문에, 열 왜곡에 의한 피접합물의 변형을 접합재층으로 억제할 수 있고, 접합재층을 형성하는 접합재 조성물에 포함되는 판형 입자가, 접합재층의 내파단성을 향상시키고 있 기 때문에, 접합재층이 응력에 의해 잘 파단되지 않고, 그 결과 우수한 내열 충격성을 발휘한다. 또한 본 발명의 제조방법에 의하면, 그와 같은 우수한 내열 충격성을 갖는 접합체를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시형태에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되어 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 당업자의 지식에 기초하여, 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 가할 수 있는 것이다.

본 발명의 접합체는, 2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층을 통해 일체화되는 것으로서, 상기 접합재 조성물이 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 상기 접합재층의 영율이 3 ㎬ 이상인 것을, 그 주요한 특징으로 하는 것이다. 또한, 여기서 「판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 한다」란, 판형 입자와 비판형 입자와 무기 접착제를 합한 양이, 접합재 조성물 전체의 50 질량％ 이상인 것을 의미하는 것으로 한다. 또한, 「판형 입자」란, 비교적 평평한 면이 2개 이상 있고, 그 평평한 면의 2개가 거의 평행하며, 그 거의 평행한 면 사이의 거리가, 그 면의 긴 지름과 비교하여 작은 것을 특징으로 하는 입자를 의미하는 것으로 한다. 또한, 「비판형 입자」란, 전술의 판형 입자의 특징을 갖지 않을 뿐만 아니라, 섬유형, 바늘형으로 간주되는 특징을 갖지 않는, 덩어리형 또는 공모양의 입자를 의미하는 것으로 한다.

본 발명의 접합체에 있어서는, 접합재층의 영율을 3 ㎬ 이상, 바람직하게는 4 ㎬ 이상, 더 바람직하게는 5 ㎬ 이상으로 하고 있다. 이와 같이, 피접합물 사이 를 접합하고 있는 접합재층에 높은 영율을 갖게 함으로써, 접합재층이 열 왜곡에 의한 접합체의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 접합재층의 영율은, 접합체로부터 접합재층의 부분을 소정의 형상(예컨대 4×1×20 ㎜의 봉형)으로 잘라내고, 잘라낸 시험편에 대하여 JIS R1602에 준한 3점 벤딩 시험을 행하여, 소정의 하중을 부하했을 때의 변위를 계측하며, 그 하중-변위 곡선으로부터 산출할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 접합재층을 형성하는 접합재 조성물이, 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하는 것이지만, 이들 주성분 중, 특히 판형 입자가 포함됨으로써, 접합재층의 내파단성이 향상하고 있다. 전술한 바와 같이, 종래 접합재층을 고영율화한 경우에는, 허니컴 세그먼트의 변형을 억제할 수 있는 한편, 접합재층에 따른 응력이 커진다고 하는 문제가 있었지만, 상기한 바와 같이 판형 입자를 포함시킴으로써 내파단성이 향상하여, 응력에 의한 접합재층의 파단이 잘 생기지 않으며, 내열 충격성에 우수한 접합체가 된다.

접합재층에 높은 영율을 부여하는 관점으로부터, 접합재층을 형성하는 접합재 조성물에는 판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 판형 입자가 포함되는 것이 바람직하다. 또한 같은 관점으로부터, 접합재 조성물에는 비판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 비판형 입자가 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 이들 판형 입자 또는 비판형 입자의 영율은, 예컨대 미소 압축 시험기를 이용하여, JIS R1608에 준한 압축 시험을 행하고, 소정의 하중을 부하했을 때의 변위를 계측하며, 그 하중-변위 곡선으로부터 산출할 수 있다.

접합재 조성물에 포함되는 상기 판형 입자의 비율은, 접합재층의 강도나 내 파단성의 관점으로부터, 주성분(판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제) 전체의 1 질량％ 내지 60 질량％로 하는 것이 바람직하고, 5 질량％ 내지 55 질량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 10 질량％ 내지 50 질량％로 하는 것이 더 바람직하다. 판형 입자의 비율이, 주성분 전체의 1 질량％ 미만이면, 접합재층의 강도나 내파단성이 불충분해지는 경우가 있고, 또한 60 질량％를 초과하면 시공하기 어려운 경우가 있다.

판형 입자의 종횡비는, 접합재층의 강도나 내파단성의 관점으로부터, 3 이상인 것이 바람직하고, 4 이상인 것이 더 바람직하며, 5 이상이면 더 바람직하다. 판형 입자의 종횡비가 3 미만이면, 충분한 강도나 내파단성을 갖는 접합재층를 얻을 수 없는 경우가 있다.

판형 입자의 평균 입자 지름은, 접합재층의 강도나 내파단성의 관점으로부터, 1 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이 바람직하고, 3 ㎛ 내지 180 ㎛인 것이 보다 바람직하며, 5 ㎛ 내지 150 ㎛이면 더 바람직하다. 판형 입자의 평균 입자 지름이 1 ㎛ 미만이면, 충분한 강도나 내파단성을 갖는 접합재층를 얻을 수 없는 경우가 있으며, 또한 200 ㎛를 넘으면 시공하기 어려운 경우가 있다.

판형 입자의 구체적인 재질로서는, 예컨대 운모, 탈크, 글라스 후레이크 등을 들 수 있고, 특히 운모를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 운모와 탈크에 관해서는, 구조 내의 수산기를 미리 제거해 두는 편이, 얻어지는 접합재층의 열적 안정성이 향상하기 때문에, 하소한 운모, 하소한 탈크를 이용하는 것이 바람직하고, 하소한 운모를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 하소 온도는 운모에 대해서는 800℃ 이상, 탈크에 대해서는 900℃ 이상이 바람직하다.

본 발명의 접합재 조성물에 상기 판형 입자 이외의 필러로서 포함되는 비판형 입자의 비율은, 접합재층의 강도나 내파단성의 관점으로부터, 주성분 전체의 1 질량％ 내지 50 질량％로 하는 것이 바람직하고, 5 질량％ 내지 48 질량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 10 질량％ 내지 45 질량％로 하는 것이 더 바람직하다. 비판형 입자의 비율이, 주성분 전체의 1 질량％ 미만이면, 시공하기 어려운 경우가 있고, 또한 50 질량％를 초과하면 충분한 강도나 내파단성을 갖는 접합재층를 얻을 수 없는 경우가 있다.

비판형 입자의 평균 입자 지름은, 접합재층의 강도나 내파단성의 관점으로부터, 0.05 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 내지 150 ㎛인 것이 보다 바람직하며, 1 ㎛ 내지 100 ㎛이면 더 바람직하다. 판형 입자의 평균 입자 지름이 0.05 ㎛ 미만이면, 시공하기 어려운 경우가 있고, 또한 200 ㎛를 초과하면 충분한 강도나 내파단성을 갖는 접합재층를 얻을 수 없는 경우가 있다.

비판형 입자의 구체적인 재질로서는, 예컨대 알루미나, 실리카, 멀라이트, 지르코니아, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 글라스를 적합한 것으로 들 수 있다.

본 발명의 접합재 조성물에 매트릭스로서 포함되는 무기 접착제의 비율은, 접합재층의 강도나 내파단성의 관점으로부터, 주성분 전체의 1 질량％ 내지 70 질량％로 하는 것이 바람직하고, 5 질량％ 내지 65 질량％로 하는 것이 보다 바람직하며, 10 질량％ 내지 60 질량％로 하는 것이 더 바람직하다. 무기 접착제의 비율 이, 주성분 전체의 1 질량％ 미만이이면, 시공하기 어려운 경우가 있고, 또한 70 질량％를 초과하면 충분한 강도나 내파단성을 갖는 접합재층를 얻을 수 없는 경우가 있다.

무기 접착제의 구체적인 재질로서는, 예컨대 콜로이달실리카(실리카졸), 콜로이달알루미나(알루미나졸), 그 외 각종 금속산화물졸, 에틸실리케이트, 물유리, 실리카폴리머, 인산알루미늄 등을 들 수 있지만, 접착력, 필러와의 친화 용이성, 화학적 안정성, 내열성 등에 우수하기 때문에, 특히 콜로이달실리카를 이용하는 것이 바람직하다.

접합재 조성물에는, 상기 주성분에 추가로, 필요에 따라서 유기 바인더, 분산제, 발포수지, 물이라고 하는 부성분이 포함되어 있어도 좋다.

본 발명의 접합체에 있어서는, 접합재층의 강도나 내파단성, 또는 영율의 관점으로부터, 접합재층의 기공율이 50％ 미만인 것이 바람직하고, 45％ 미만인 것이 더 바람직하며, 40％ 미만인 것이 더 바람직하다. 접합재층의 기공율이 50％ 이상이면, 충분한 영율을 발현할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 접합체를 구성하는 피접합물은, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예컨대 세라믹스 구조체를 얻기 위한 세라믹스 부재를 적합한 피접합물로서 들 수 있고, 그 중에서도 허니컴 구조체를 얻기 위한 허니컴 세그먼트를 특히 적합한 피접합물로서 들 수 있다. 이러한 허니컴 세그먼트를 접합하여 얻어진 허니컴 구조체는, 예컨대 필터의 재생 처리시에 있어서 가혹한 열 환경에 노출되는, 디젤 배출 가스 정화용 필터 등의 용도에 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 접합체의 제조방법은, 2개 이상의 피접합물을, 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 건조 경화 후의 영율이 3 ㎬ 이상이 되는 접합재 조성물을 이용하여 일체적으로 접합하는 것이다. 접합재 조성물은, 주성분으로서 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 소정의 비율로 포함하는 원료에, 필요에 따라서 유기 바인더[예컨대 메틸셀룰로오스(MC), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등], 발포수지, 분산제, 물 등을 첨가하고, 그것을 믹서 등의 혼련기를 사용하여 혼합, 혼련하여 페이스트형으로 함으로써 제조할 수 있다.

또한, 접합재 조성물을 이용하여 피접합물끼리를 접합시킬 때는, 접합 온도가 1000℃ 이하(보다 바람직하게는 50℃ 내지 900℃, 더 바람직하게는 100℃ 내지 800℃)인 것이, 충분한 강도나 접합 상태를 발현할 수 있다고 하는 관점에서 바람직하다. 1000℃를 초과한 경우로서도 문제없이 접합시킬 수 있지만, 원하는 특성(영율 등)을 잘 얻을 수 없게 되기 때문에, 바람직하지 않다.

다음에, 본 발명의 접합체가 복수의 허니컴 세그먼트(피접합물)를 접합하여 이루어지는 허니컴 구조체인 경우에 대해서, 구체적인 구성예를 들어 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 허니컴 구조체(1)는, 다공질의 칸막이 벽(6)에 의해서 구획, 형성된 유체의 유로가 되는 복수의 셀(5)이 중심축 방향으로 서로 병행되도록 배치된 구조를 가지며, 각각이 전체 구조의 일부를 구성하는 것과 함께, 허니컴 구조체(1)의 중심축에 대하여 수직인 방향으로 부착되는 것에 의해 전체 구조를 구성하게 되는 허니컴 세그먼트(2)가, 본 발명의 접합재 조성물로부터 형성된 접합재층(9)에 의해 일체적으로 접합된 허니컴 세그먼트 접합체로서 구성되 는 것이다.

접합재층(9)에 의해서 일체적으로 접합된 허니컴 세그먼트(2)는, 접합 후, 그 전체의 단면 형상이 원형, 타원형, 삼각형, 정방형, 그 외의 원하는 형상이 되도록 연삭 가공되고, 외주면이 코팅재(4)에 의해 피복된다. 또한 이 허니컴 구조체(1)를 DPF로서 이용하는 경우에는, 도 3 및 그 A-A선을 따라 취한 단면도인 도 4에 도시하는 바와 같이, 허니컴 세그먼트(2)의 각 셀(5)을, 각각 한 쪽 단부에 있어서, 충전재(7)에 의해 교대로 밀봉해 둔다.

소정의 셀(5)(유입셀)에 있어서는, 도 3, 4에 있어서의 좌단부측이 개구되어 있는 한편, 우단부측이 충전재(7)에 따라서 밀봉되어 있고, 이것과 인접하는 다른 셀(5)(유출셀)에 있어서는, 좌단부측이 충전재(7)에 의해서 밀봉되지만, 우단부측이 개구되어 있다. 이러한 밀봉에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이, 허니컴 세그먼트(2)의 단부면이 체크무늬형을 나타내게 된다.

도 4에 있어서는, 허니컴 세그먼트(2)의 좌측이 배출 가스의 입구가 되는 경우를 나타내고, 배출 가스는 밀봉되지 않고 개구되어 있는 셀(5)(유입셀)로부터 허니컴 세그먼트(2) 내에 유입한다. 셀(5)(유입셀)에 유입한 배출 가스는 다공질의 칸막이 벽(6)을 통과하여 다른 셀(5)(유출셀)로부터 유출한다. 그리고 칸막이 벽(6)을 통과할 때에 배출 가스중의 검댕(soot)을 포함하는 입자형 물질(파티큘레이트)이 칸막이 벽(6)에 포착된다. 이와 같이 하여, 배출 가스의 정화를 행할 수 있다. 이러한 포착에 의해서, 허니컴 세그먼트(2)의 내부에는 검댕을 포함하는 파티큘레이트가 시간이 지남에 따라 퇴적하여 압력 손실이 커지기 때문에, 검댕 등을 연소시키는 재생 처리가 정기적으로 행해진다. 또한 도 2 내지 4에는, 전체의 단면 형상이 정방형인 허니컴 세그먼트(2)를 도시하지만, 삼각형, 육각형 등의 형상이어도 좋다. 또한 셀(5)의 단면 형상도 삼각형, 육각형, 원형, 타원형, 그 외의 형상이어도 좋다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 접합재층(9)은, 접합재 조성물로부터 형성되어 있고, 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 도포되어, 허니컴 세그먼트(2)끼리를 접합하도록 기능한다. 접합재층(9)의 도포는, 인접하고 있는 각각의 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 행하여도 좋지만, 인접한 허니컴 세그먼트(2)의 상호간에 있어서는, 대응한 외주면의 한 쪽에 대해서만 행하여도 좋다. 이러한 대응면의 한쪽에만 하는 도포는, 접합재층(9)의 사용량을 절약할 수 있는 점에서 바람직하다. 접합재층(9)의 도포하는 방향은, 허니컴 세그먼트 외주면 내의 긴 길이 방향, 허니컴 세그먼트 외주면 내의 긴 길이에 수직인 방향, 허니컴 세그먼트 외주면에 수직인 방향 등, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 허니컴 세그먼트 외주면 내의 긴 길이 방향을 향해 도포하는 것이 바람직하다. 접합재층(9)의 두께는, 허니컴 세그먼트(2)의 상호간의 접합력을 감안하여 결정되고, 예컨대 0.5 ㎜ 내지 3.0 ㎜의 범위에서 적절하게 선택된다.

본 실시형태에 이용되는 허니컴 세그먼트(2)의 재료로서는 강도, 내열성의 관점으로부터, 탄화규소(SiC), 탄화규소(SiC)를 골재로 하면서 규소(Si)를 결합재로 하여 형성된 규소-탄화규소계 복합재료, 질화규소, 코디어라이트, 멀라이트, 알루미나, 스피넬, 탄화규소-코디어라이트계 복합재, 리튬알루미늄실리케이트, 티타 늄산알루미늄, Fe-Cr-Al계 금속으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종으로 구성된 것을 들 수 있다. 그 중에서도, 탄화규소(SiC) 또는 규소-탄화규소계 복합재료로 구성되는 것이 바람직하다.

허니컴 세그먼트(2)의 제작은, 예컨대 전술의 재료로부터 적절하게 선택한 것에, 메틸셀룰로오스, 히드록시프로폭실셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올 등의 바인더, 조공재, 계면활성제, 용매로서의 물 등을 첨가하여, 가소성의 배토로 하고, 이 배토를 전술한 형상이 되도록 압출 성형하며, 계속해서 마이크로파, 열풍 등에 의해서 건조한 후, 소결함으로써 행할 수 있다.

셀(5)의 밀봉에 이용하는 충전재(7)로서는, 허니컴 세그먼트(2)와 같은 재료를 이용할 수 있다. 충전재(7)에 의한 밀봉은, 예컨대 밀봉하지 않는 셀(5)을 마스킹한 상태에서, 허니컴 세그먼트(2)의 단부면을 슬러리형의 충전재에 침지함으로써 개구되어 있는 셀(5)에 충전함으로써 행할 수 있다. 충전재(7)의 충전은, 허니컴 세그먼트(2)의 성형 후에 있어서의 소성 전에 행하거나, 소성 후에 행하여도 좋지만, 소성 전에 행하는 편이 소성 공정이 1회로 종료하기 때문에 바람직하다.

이상과 같은 허니컴 세그먼트(2)의 제작 후, 허니컴 세그먼트(2)의 외주면에 페이스트형의 접합재 조성물을 도포하고, 접합재층(9)을 형성하여, 소정의 입체 형상[허니컴 구조체(1)의 전체 구조]이 되도록 복수의 허니컴 세그먼트(2)를 부착하며, 이 부착한 상태로 압착한 후, 가열 건조한다. 이와 같이 하여, 복수의 허니컴 세그먼트(2)가 일체적으로 접합된 접합체가 제작된다. 그 후, 이 접합체를 전술의 형상으로 연삭 가공하고, 외주면을 코팅재(4)에 의해 피복하며, 가열 건조한다. 이와 같이 하여, 도 1에 도시하는 허니컴 구조체(1)가 제작된다. 코팅재(4)의 재질로서는, 접합재층(9)과 같은 것을 이용할 수 있다. 코팅재(4)의 두께는, 예컨대 0.1 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 범위에서 적절하게 선택된다.

<실시예>

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

[허니컴 세그먼트(피접합물)의 제작]

허니컴 세그먼트 원료로서, SiC 분말 및 금속 Si 분말을 80:20의 질량 비율로 혼합하고, 이것에 조공재(造孔材), 유기 바인더, 계면활성제 및 물을 첨가하여, 가소성의 배토를 제작했다. 이 배토를 압출 성형하고, 건조하여 격벽의 두께가 310 ㎛, 셀 밀도가 약 46.5 셀/㎠(300 셀/평방인치), 단면이 1변 35 ㎜인 정사각형, 길이가 152 ㎜인 허니컴 세그먼트 성형체를 얻었다. 이 허니컴 세그먼트 성형체를, 단부면이 체크무늬형을 나타내도록 셀의 양 단면을 밀봉하였다. 즉, 인접하는 셀이 서로 반대쪽의 단부에서 봉해지도록 밀봉하였다. 밀봉하는 재료로는 허니컴 세그먼트 원료와 같은 재료를 이용했다. 셀의 양 단면을 밀봉하고, 건조시킨 후, 대기 분위기 속에서 약 400℃에서 탈지하며, 그 후, Ar 불활성 분위기에서 약 1450℃에서 소성하여, SiC 결정입자를 Si로 결합시킨, 다공질 구조를 갖는 허니컴 세그먼트를 얻었다.

(접합재 조성물의 조제)

표 1 및 표 2에 나타내는 조건으로, 판형 입자 및/또는 비판형 입자에, 분산제, 발포수지 및 유기 바인더(CMC)를 혼합하고, 또한 무기 접착제로서 콜로이달실리카를 가하여, 믹서로써 30분간 혼련을 행하며, 페이스트형의 접합재 조성물(접합재 조성물 No.1 내지 No.16)을 각각 얻었다. 또한 접합재 조성물 No.13에서 판형 입자로서 이용한 하소 운모는 800℃에서 하소한 것이며, 접합재 조성물 No.14에서 판형 입자로서 이용한 하소 탈크는 900℃에서 하소한 것이다. 표 1 및 표 2 중에 있어서, 주성분인 판형 입자, 비판형 입자, 무기 접착제의 비율은, 이들의 합계를 100으로 했을 때의, 각각의 질량％로 표시하였다. 또한 부성분인 분산제, 발포수지 및 유기 바인더의 비율은, 주성분을 100으로 했을 때에 이에 대한 외배의 질량％로 표시하였다. 판형 입자의 종횡비는, 이 입자의 「긴 지름/두께」로서 산출되고, 상기 「긴 지름」 및 「두께」의 측정은, 전자현미경 관찰에 의해 행하였다. 즉, 판형 입자의 두께 방향으로 수직인 임의의 방향으로부터 관찰하고, 그 전자현미경 사진을 화상 처리함으로써, 두께를 계측하였다. 또한 동일한 화상에 있어서, 두께 방향에 수직인 방향의 입자의 길이를 긴 지름으로 하고, 화상 처리에 의해 긴 지름을 계측하였다. 또한 이 계측은, 관찰 시야 중에서 무작위로 선택한 10개 이상의 입자에 대해서 실시하고, 이들 종횡비의 평균값을 판형 입자의 종횡비로 하였다.

[허니컴 구조체(접합체)의 제작]

허니컴 세그먼트의 외벽면에, 두께 약 1 ㎜가 되도록 접합재 조성물 No.1을 코팅하여 접합재층을 형성하고, 그 위에 다른 허니컴 세그먼트를 적재하는 공정을 반복하며, 4×4로 조합한 16개의 허니컴 세그먼트로 이루어지는 허니컴 세그먼트 적층체를 제작하여 적절하게 외부로부터 압력을 가하는 등, 전체를 접합시킨 후, 140℃에서 2시간 건조하여 허니컴 세그먼트 접합체를 얻었다. 얻어진 허니컴 세그먼트 접합체의 외주를 원통형으로 연삭 가공 후, 그 외주면을 코팅재로 피복하고, 700℃에서 2시간 건조 경화시켜 허니컴 구조체를 얻었다.

(접합재층의 평가)

얻어진 허니컴 구조체의 접합재층(경화 후의 접합재 조성물)에 대해서, 강도, 영율 및 기공율을, 하기의 방법에 의해 구하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

강도:

허니컴 구조체로부터 접합재층의 부분을 소정의 형상(4×1×20 ㎜의 봉형)으로 잘라내고, 잘라낸 시험편에 대하여 JIS R1601에 준한 3점 벤딩 시험을 행함으로써 측정하였다.

영율:

상기 강도의 측정에 있어서, 잘라낸 시험편에 대하여 소정의 하중을 부하했을 때의 변위를 계측하고, 그 하중-변위 곡선으로부터 산출하였다(JIS R1602에 준거).

기공율:

허니컴 구조체로부터 접합재층의 부분을 임의 형상(10×10×1 ㎜의 판형)으로 잘라내고, 아르키메데스법에 의해 산출하였다.

(허니컴 구조체의 평가)

얻어진 허니컴 구조체에 대해서, 하기의 방법에 의해, 접합 상태를 확인하고, 급속 가열 시험[버너 스폴링(B-sp) 시험], 급속 냉각 시험[전기로 스폴링(E-sp) 시험] 및 엔진 시험(E/G 시험)을 행했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

접합 상태:

접합·경화 후의 접합부의 상태를 눈으로 관찰하고, 접합 강도를 손의 감촉으로 관측하였다. 강고한 접합 상태로 크랙이나 결함이 없는 상태를 「○」, 간단히 박리되거나 떨어질 정도의 접합 상태, 또는 크랙이나 결함이 많은 상태를 「×」로 하였다.

급속 가열 시험[버너 스폴링(B-sp)시험]:

허니컴 구조체에 버너로 가열한 공기를 흘림으로써 중심 부분과 외측 부분과의 온도 차를 만들고, 허니컴 구조체의 크랙이 발생하지 않는 온도에 의해 내열 충격성을 평가하는 시험(온도가 높을수록 내열 충격성이 높음)이다.

급속 냉각 시험[전기로 스폴링(E-sp)시험]:

허니컴 구조체를 전기로로써 550℃에서 2시간 가열하여 균일한 온도(450℃)로 한 후, 실온에 취출하고, 허니컴 구조체의 크랙 발생의 유무에 의해 내열 충격성을 평가하는 시험이다. 크랙의 발생이 확인되지 않은 경우를 「○」, 크랙의 발생이 확인된 경우를 「×」로 하였다.

엔진 시험(E/G 시험):

필터 재생을 위해 퇴적한 파티큘레이트를 연소시키고, 허니컴 구조체 중심부의 온도가 1000℃가 되는 조건으로써, 허니컴 구조체의 크랙의 유무에 의해 내열 충격성을 평가하는 시험이다. 크랙의 발생이 확인되지 않은 경우를 「○」, 크랙의 발생이 확인된 경우를 「×」로 하였다.

(실시예 2 내지 14, 비교예 1 및 2)

접합재 조성물 No.1을, 표 1 및 표 2에 나타내는 접합재 조성물 No.2 내지 No.16으로 바꾼 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 허니컴 구조체를 제작하였다. 각각 얻어진 허니컴 구조체(실시예 2 내지 실시예 14, 비교예 1 및 비교예 2)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지로 평가를 행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

접합재 조성물NO.	판형입자					비판형입자				무기접착제		그 이외의 성분
	재질	영율 [㎬]	종횡비	평균 입자 지름 [㎛]	주성분의 비율 [질량％]	재질	영율 [㎬]	평균 입자 지름 [㎛]	주성분의 비율 [질량％]	재질	주성분비율 [질량％]	주성분에 대한 비율 (외배) [질량％]
1	운모	180	15	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
2	운모	180	20	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
3	운모	180	23	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
4	운모	180	20	20	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
5	운모	180	20	50	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
6	운모	180	20	40	20	SiC	400	1.5	60	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
7	운모	170	6	15	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
8	운모	170	6	20	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1

접합재 조성물 No.	판형입자					비판형입자				무기접착제		그 이외의 성분
	재질	영율 [㎬]	종횡비	평균 입자 지름 [㎛]	주성분의 비율 [질량％]	재질	영율 [㎬]	평균 입자 지름 [㎛]	주성분의 비율 [질량％]	재질	주성분의비율 [질량％]	주성분에 대한 비율 (외배) [질량％]
9	글라스 후레이크	70	15	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
10	글라스 후레이크	75	15	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
11	글라스 후레이크	70	60	160	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
12	글라스 후레이크	75	60	160	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
13	하소 운모	180	20	42	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
14	하소탈크	170	6	16	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1
15	운모	180	20	40	30	SiC	400	1.5	40	콜로이달실리카	30	분산제:0.15 발포수지: 3 유기바인더:0.1
16	―	―	―	―	―	SiC	400	1.5	65	콜로이달실리카	35	분산제:0.15 발포수지: 0.5 유기바인더:0.1

	접합재 조성물 No.	접합재층 의 강도 [㎫]	접합재층의 영율 [㎬]	접합재층의 기공률[％]	접합형태	B-sp시험 [℃]	E-sp 시험	E/G 시험
실시예1	1	10	8	44	○	800	○	○
실시예2	2	11	9	45	○	900	○	○
실시예3	3	14	9	43	○	900	○	○
실시예4	4	10	8	42	○	700	○	○
실시예5	5	13	9	44	○	800	○	○
실시예6	6	10	10	38	○	700	○	○
실시예7	7	9	6	40	○	700	○	○
실시예8	8	9	7	41	○	800	○	○
실시예9	9	7	5	45	○	700	○	○
실시예10	10	8	5	46	○	800	○	○
실시예11	11	7	6	46	○	700	○	○
실시예12	12	7	5	47	○	800	○	○
실시예13	13	12	9	48	○	900	○	○
실시예14	14	10	6	42	○	700	○	○
비교예1	15	0.9	0.8	75	×	시험불가	시험불가	시험불가
비교예2	16	2.2	4	42	○	500	×	×

표 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 14는, 접합재층의 강도가 높고, 접합 상태도 양호하며, 우수한 내열 충격성을 나타내었다. 이에 대하여, 접합재층의 영율이 3 ㎬ 미만인 비교예 1은, 영율을 낮게 하기 위해 접합재층을 고 기공율화한 결과, 접합재층의 강도가 저하되어 접합 상태가 좋지 않게 되고, 내열 충격성 평가를 위한 시험도 행할 수 없는 상태였다. 또한, 접합재층을 형성하는 접합재 조성물에 판형 입자가 포함되어 있지 않은 비교예 2는, 접합 상태는 양호했지만, 내열 충격성에 뒤떨어지는 것이었다.

본 발명은, 복수의 피접합물을 접합하여 일체화하여 얻어지는 접합체, 예컨대 DPF 등의 용도에 사용되는, 복수의 허니컴 세그먼트를 일체화하여 얻어지는 허니컴 구조체의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 접합체(허니컴 구조체)의 실시형태의 일례를 도시하는 사시개략도.

도 2는 본 발명에 따른 접합체(허니컴 구조체)의 실시형태의 일례를 도시하는 주요부확대도.

도 3은 본 발명에 따른 접합체(허니컴 구조체)를 구성하는 피접합물(허니컴 세그먼트)의 사시개략도.

도 4는 도 3에 있어서의 선 A-A를 따라 취한 선단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 허니컴 구조체 2: 허니컴 세그먼트

4: 코팅재 5: 셀

6: 칸막이 벽 7: 충전재

9: 접합재층

Claims (11)

1. 2개 이상의 피접합물이, 접합재 조성물에 의해서 형성되는 접합재층을 통해 일체화되는 접합재로서,

   상기 접합재 조성물이 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 상기 접합재층의 영율이 3 ㎬ 이상인 것인 접합체.
2. 제1항에 있어서, 상기 접합재 조성물은, 상기 판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 판형 입자를 포함하는 것인 접합체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합재 조성물은 상기 비판형 입자로서, 영율이 100 ㎬ 이상의 비판형 입자를 포함하는 것인 접합체.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합재 조성물에 포함되는 상기 판형 입자의 비율은 상기 주성분 전체의 1 질량％ 내지 60 질량％인 것인 접합체.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판형 입자의 종횡비는 3 이상인 것인 접합체.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판형 입자의 평균 입자 지름은 1 ㎛ 내지 200 ㎛인 것인 접합체.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판형 입자는 운모, 탈크 및 글라스 후레이크(glass flake)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 재료로 이루어지는 판형 입자인 것인 접합체.
8. 제7항에 있어서, 상기 운모는 800℃ 이상에서 하소한 운모이고, 상기 탈크는 900℃ 이상에서 하소한 탈크인 것인 접합체.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합재층의 기공율은 50％ 미만인 것인 접합체.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피접합물은 허니컴 세그먼트인 것인 접합체.
11. 2개 이상의 피접합물을, 판형 입자, 비판형 입자 및 무기 접착제를 주성분으로 하고, 건조 경화 후의 영율이 3 ㎬ 이상이 되는 접합재 조성물을 이용하여 일체적으로 접합하는 접합체의 제조방법.

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