蜂窝结构体的制作方法

蜂窝结构体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种蜂窝结构体(100)，其具备：具有对多个隔室(2)进行划分形成的多孔质的隔壁(1)与外周壁(3)的电阻率1～200Ωcm的柱状的蜂窝结构部(4)；以及配设于蜂窝结构部(4)的侧面(5)的一对带状的电极部(6、6)，在与蜂窝结构部(4)的隔室(2)延伸的方向正交的剖面中，在将从中心朝向外周延伸到从中心至外周的长度的10％的位置的区域设为中央部(21)、且将从外周朝向中心延伸到从外周至中心的长度的10％的位置的区域设为外周部(22)时，中央部(21)的开口率为外周部(22)的开口率的0.70～0.95倍。蜂窝结构体(100)作为催化剂载体，并且通过施加电压而作为加热器也发挥功能，在施加电压并对废气进行净化时，能够在短时间内直至中央部升温至所需的温度。
【专利说明】
蜂窝结构体
技术领域
[0001] 本发明涉及蜂窝结构体。进一步详细而言涉及如下蜂窝结构体，作为催化剂载体， 并且通过施加电压也作为加热器发挥功能，在施加电压对废气进行净化时，能够在短时间 内直至中央部升温至必要温度。
【背景技术】
[0002] 以往，将在堇青石制的蜂窝结构体担载催化剂的产品使用于从汽车发动机排出的 废气中的有害物质的处理。另外，还公知有将由碳化硅质烧结体形成的蜂窝结构体使用于 废气的净化(例如，参照专利文献1)。
[0003] 在通过担载于蜂窝结构体的催化剂对废气进行处理的情况下，需要将催化剂升温 至预定的温度，但在发动机启动时，催化剂温度较低，因此存在废气未被充分净化的问题。
[0004] 因此，研究了在担载有催化剂的蜂窝结构体的上游侧设置金属制的加热器（电气 加热式催化剂装置用金属载体)而使废气升温的方法(例如，参照专利文献2)。
[0005] 另外，提出了将陶瓷制的蜂窝结构体使用为"能够加热的催化剂载体"（例如，参照 专利文献3)。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本专利第4136319号公报 [0009] 专利文献2:日本特开平8-131840号公报 [0010] 专利文献3:国际公开第2011/125815号

【发明内容】

[0011] 发明所要解决的课题
[0012] 在将上述的加热器搭载于汽车而使用的情况下，汽车的电气系统所使用的电源共 通地使用，从而能够使用例如200V的较高的电压的电源。但是，金属制的加热器的电阻较 低，因此在使用上述的较高的电压的电源的情况下，过度地流经电流，从而存在使电源电路 损伤的问题。
[0013] 另外，专利文献3所记载的蜂窝结构体为预定的电阻率的陶瓷制，因此通过通电， 不存在电源电路的损伤等，均匀地(不存在温度分布的偏颇)发热。专利文献3所记载的蜂窝 结构体优选为通电发热式的催化剂载体。另一方面，专利文献3所记载的蜂窝结构体欲在蜂 窝结构体整体均勾地流经电流，因此在对废气的流量较多的中心部附近高效地进行加热这 点，存在改进的余地。进一步具体而言，专利文献3所记载的蜂窝结构体在柱状的蜂窝结构 部的侧面配设有电极，因此在通电时，发热从外周部朝向中央部进行。因此，在缩短"为了确 保净化性能而将中央部升温至所需的温度"所需的时间这点，存在改进的余地。
[0014] 本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种如下蜂窝结构体，作为 催化剂载体，并且施加电压，从而也作为加热器发挥功能，在施加电压而对废气进行净化 时，能够在短时间内直至中央部升温至必要温度。
[0015] 用于解决课题的方案
[0016] 为了解决上述的课题，本发明提供以下的蜂窝结构体。
[0017] [1]-种蜂窝结构体具备柱状的蜂窝结构部和配设于上述蜂窝结构部的侧面的一 对电极部，上述蜂窝结构部具有划分形成多个隔室的多孔质的隔壁和位于外周的外周壁， 上述多个隔室为流体的流路并从作为一端面的第一端面延伸至作为另一端面的第二端面， 上述蜂窝结构部的电阻率为1~200 Q cm，上述一对电极部分别形成为在上述蜂窝结构部的 隔室延伸的方向上延伸的带状，在与上述隔室延伸的方向正交的剖面中，上述一对电极部 中的一方的上述电极部相对于上述一对电极部中的另一方的上述电极部，隔着上述蜂窝结 构部的中心配设于相反的一侧，在与上述蜂窝结构部的上述隔室延伸的方向正交的剖面 中，在将从中心朝向外周延伸到从中心至外周的长度的10%的位置的区域设为中央部、且 将从外周朝向中心延伸到从外周至中心的长度的10%的位置的区域设为外周部时，上述中 央部的开口率为上述外周部的开口率的0.70~0.95倍。
[0018] [2]根据[1]所述的蜂窝结构体，在上述蜂窝结构部中，在将上述中央部与上述外 周部之间的区域设为中间部时，上述中间部的开口率为上述中央部的开口率以上且上述外 周部的开口率以下。
[0019] [3]根据[1]或[2]所述的蜂窝结构体，上述中央部的上述隔壁的厚度为上述外周 部的上述隔壁的厚度的1.0~2.0倍。
[0020] [4]根据[1]~[3]中任一项所述的蜂窝结构体，上述蜂窝结构部以及上述电极部 由包含碳化硅的材料形成。
[0021] [5]根据[1]~[4]中任一项所述的蜂窝结构体，上述中央部的隔室密度为上述外 周部的隔室密度的1 .〇~1.5倍。
[0022] [6]根据[1]~[5]中任一项所述的蜂窝结构体，上述中央部的开口率为上述外周 部的开口率的0.75~0.90倍。
[0023] [7]根据[6]所述的蜂窝结构体，上述中央部的开口率为上述外周部的开口率的 0.80 ~0.85 倍。
[0024]发明的效果
[0025]对于本发明的蜂窝结构体而言，中央部的开口率为外周部的开口率的0.70~0.95 倍。因此，中央部的电阻率比外周部的电阻率低，在对蜂窝结构体施加电压时，在中央部流 经较多的电流，从而中央部比以往更早地发热。由此，在对蜂窝结构体施加电压而对废气进 行净化时，能够在短时间内直至中央部升温至必要温度。而且，在流经有比外周部多的废气 的中央部，能够有效地进行废气的处理。
【附图说明】
[0026]图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的立体图。
[0027]图2是表示与本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向平行的剖面 的示意图。
[0028]图3是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向正交的剖面的 示意图。
[0029] 图4是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向正交的剖面的 示意图。
[0030] 图5是表示本发明的蜂窝结构体的其他的实施方式的与隔室延伸的方向正交的剖 面的示意图。
[0031] 图6是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向正交的剖面的 示意图。
【具体实施方式】
[0032] 接下来，参照附图对用于实施本发明的方式详细地进行说明。本发明不限定于以 下的实施方式，应该理解为在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常 的知识，能够适当地施加设计的变更、改进等。
[0033] (1)蜂窝结构体：
[0034]如图1~图4所示，本发明的蜂窝结构体的一实施方式具备柱状的蜂窝结构部4以 及配设于蜂窝结构部4的侧面5的一对电极部6、6。蜂窝结构部4具有:划分形成成为流体的 流路并"从作为一端面的第一端面11延伸至作为另一端面的第二端面12"的多个隔室2的多 孔质的隔壁1;以及位于外周7的外周壁3。而且，蜂窝结构部4的电阻率为1~200 Q cm。而且， 一对电极部6、6的每一个形成为在蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向上延伸的带状。而且，在 与隔室2延伸的方向正交的剖面中，一对电极部6、6的一方的电极部6相对于一对电极部6、6 的另一方的电极部6,隔着蜂窝结构部4的中心0配设于相反的一侧。而且，在与蜂窝结构部4 的隔室2延伸的方向正交的剖面中，将从中心0至"朝向外周7从中心0至外周7的长度的10 % 的位置"的区域设为中央部21。另外，将从外周7至"朝向中心0从外周7至中心0的长度的 10%的位的区域设为外周部22。此时，中央部21的开口率为外周部22的开口率的0.70~ 0.95倍。此处，"开口率"是指，在与蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向正交的剖面中，利用百 分率表示将隔室的面积除以隔壁与隔室的每一个的面积的合计而得到的值（隔室面积合 计/(隔室面积合计+隔壁面积合计））的值。换句话说，各区域的"开口率"也能够称为该区域 的"开口率"的平均值。图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式(蜂窝结构体 100)的立体图。图2是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向平行的 剖面的示意图。图3是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向正交的 剖面的示意图。图4是表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的与隔室延伸的方向正交的 剖面的示意图。此外，在图3、图4中，省略了隔壁。
[0035] 如上，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，蜂窝结构部4的电阻率为1~200 Q cm，因此即使使用电压较高的电源流经电流，也不会过度地流经电流，而能够适当地用作加 热器。另外，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，一对电极部6、6的每一个形成为在蜂窝 结构部4的隔室2延伸的方向上延伸的带状。而且，在与隔室2延伸的方向正交的剖面中，一 对电极部6、6的一方的电极部6相对于一对电极部6、6的另一方的电极部6,隔着蜂窝结构部 4的中心配设于相反的一侧。因此，能够抑制在对一对电极部6、6之间施加电压时的蜂窝结 构部4的温度分布的偏颇。此外，中央部21的温度与外周部22的温度也可以不同。"蜂窝结构 部4的温度分布的偏颇"意味着温度局部地增高、温度局部地降低。
[0036]另外，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，中央部21的开口率为外周部22的开 口率的0.70~0.95倍。因此，中央部21的电阻率比外周部22的电阻率低，在对蜂窝结构体 100施加电压时，在中央部21流经较多的电流，从而中央部21较快地发热。由此，在对蜂窝结 构体100施加电压而对废气进行净化时，能够在短时间内直至中央部21升温至必要温度。而 且，在流经得比外周部22多的废气的中央部21中，能够有效地进行废气的处理。另外，还能 够缩小将中央部升温至必要温度时的热量。
[0037] 此处，"在与隔室2延伸的方向正交的剖面中，一对电极部6、6的一方的电极部6相 对于一对电极部6、6的另一方的电极部6,隔着蜂窝结构部4的中心0配设于相反的一侧"的 意味如下。首先，在与隔室2延伸的方向正交的剖面中，将"连结一方的电极部6的中央点 ("蜂窝结构部4的周向"的中央的点）与蜂窝结构部4的中心0的线段"设为第一线段X。而且， 在与隔室2延伸的方向正交的剖面中，将"连结另一方的电极部6的中央点（"蜂窝结构部4的 周向"的中央的点）与蜂窝结构部4的中心0的线段"设为第二线段y。此时，意味着以处于由 第一线段x与第二线段y形成的角度K以"中心〇"为中心的角度(参照图4))成为170°~190° 的范围的位置关系的方式将一对电极部6、6配设于蜂窝结构部4。另外，如图4所示，"电极部 6的中心角a"为在与隔室延伸的方向正交的剖面中由连结电极部6的两端与蜂窝结构部4的 中心0的两条线段所形成的角度。另外，"电极部6的中心角a"也能够如下叙述。首先，在与隔 室延伸的方向正交的剖面中，将"连结电极部6的一方的端部与中心0的线段"设为第三线段 z。而且，在与隔室延伸的方向正交的剖面中，将"连结相同的电极部6的另一方的端部与中 心〇的线段"设为第四线段w。此时，"电极部6的中心角a"为在与隔室延伸的方向正交的剖面 中由"电极部6"、第三线段z以及第四线段w所形成的形状(例如，扇形）的中心0的部分的内 角。
[0038]在本实施方式的蜂窝结构体100中，如上所述，中央部21的开口率为外周部22的开 口率的0.70~0.95倍。而且，中央部21的开口率优选为外周部22的开口率的0.75~0.90倍， 进一步优选为〇. 80~0.85倍。若中央部21的开口率小于外周部22的开口率的0.70倍，则中 央部21的压力损失增大，从而难以使废气流经。若中央部21的开口率大于外周部22的开口 率的0.95倍，则在对蜂窝结构体100施加电压而对废气进行净化时，不能在短时间内直至中 央部21升温至必要温度。中央部21以及外周部22的开口率的比如上所述，但此时，中央部21 以及外周部22各自的开口率如下。中央部21的开口率优选为50~80%，进一步优选为55~ 75%，特别地优选为60~70%。若中央部21的开口率小于50%，则存在压力损失增大的情 况。若中央部21的开口率大于80%，则存在难以使中央部21的开口率比外周部22的开口率 小的情况。外周部22的开口率优选为55~85%，进一步优选为60~80%，特别地优选为65~ 75%。若外周部22的开口率小于55%，则存在难以使外周部22的开口率比中央部21的开口 率大的情况。若外周部22的开口率大于85%，则存在蜂窝结构体100的强度降低的情况。
[0039]在本实施方式的蜂窝结构体100中，为了使中央部21的开口率比外周部22的开口 率小(做成0.70~0.95倍），优选使中央部21的隔壁的厚度比外周部22的隔壁的厚度厚。此 时，中央部21的隔壁1的厚度优选为外周部22的隔壁1的厚度的1.0~2.0倍，进一步优选为 1.2~1.8倍，特别地优选为1.4~1.7倍。若中央部21的隔壁1的厚度比外周部22的隔壁1的 厚度的1.0倍薄，则存在难以使电压施加时的中央部21的升温速度提高的情况。若中央部21 的隔壁1的厚度比外周部22的隔壁1的厚度的2.0倍厚，则中央部21的压力损失增大，从而存 在废气难以流经的情况。
[0040] 另外，为了使中央部21的开口率比外周部22的开口率小(做成0.70~0.95倍），优 选使中央部21的隔室密度比外周部22的隔室密度大。此时，中央部21的隔室密度优选为外 周部22的隔室密度的1.0~1.5倍，进一步优选为1.0~1.4倍，特别地优选为1.05~1.3倍。 若中央部21的隔室密度比外周部22的隔室密度的1.0倍小，则存在难以使电压施加时的中 央部21的升温速度提高的情况。若中央部21的隔室密度比外周部22的隔室密度的1.5倍大， 则中央部21的压力损失增大，从而存在废气难以流经的情况。
[0041] 如图6所示，就本实施方式的蜂窝结构体100而言，在与隔室延伸的方向正交的剖 面中，也优选在中央部的隔壁1的交点部分13形成有R部14的方式。R部14是在交点部分13以 表面形成为"向内侧凹陷的圆弧状"的方式形成为壁厚的部分。通过R部14,隔壁1的交点部 分13的隔壁1表面成为呈圆弧状平滑地连接的状态。另外，在隔壁1的交点部分13具有R部14 的情况下，隔室2的剖面形状的角部不是顶点，而成为圆弧状。如上，在中央部的隔壁1的交 点部分13形成R部14,从而能够缩小中央部的开口率。另外，也可以在中央部以及外周部双 方，增厚隔壁1的交点部分13,在中央部，使隔壁1的交点部分13的厚度比外周部更厚。R部14 的圆弧的半径优选为0.05~0.6mm。图6是表不本实施方式的蜂窝结构体的与隔室延伸的方 向正交的剖面的示意图。
[0042] 另外，组合上述隔壁厚度、隔室密度以及隔壁的交点部分的厚度的各个条件，使中 央部21的开口率比外周部22的开口率小(形成0.70~0.95倍），也是优选的方式。
[0043] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，在将蜂窝结构部4的中央部21与外周部22之间 的区域形成中间部25时，中间部25的开口率优选为中央部21的开口率以上且外周部22的开 口率以下。若中间部25的开口率为比中央部21的开口率低的值，则在中间部25流经较多的 电流，存在中央部21的升温速度降低的情况。若中间部25的开口率为比外周部22的开口率 高的值，则存在耐热冲击性降低的情况。
[0044] 对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，中央部21的隔壁1的厚度优选为100~310 wii，进一步优选为130~250wii，特别地优选为150~230wii。将隔壁1的厚度形成上述的范围， 从而将蜂窝结构体100用作催化剂载体，即使担载催化剂，也能够抑制流经废气时的压力损 失过度增大。若隔壁1的厚度比100M1薄，则存在蜂窝结构体的强度降低的情况。若隔壁1的 厚度比310wii厚，则在将蜂窝结构体100用作催化剂载体并担载催化剂的情况下，存在流经 废气时的压力损失增大的情况。
[0045] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，优选蜂窝结构部4整体为相同的材料。若构成 蜂窝结构部4的材料因蜂窝结构部4的场所(部分)不同，则需要用于使该材料不同的操作、 工序。与此相对，若蜂窝结构部4整体为相同的材料，则对大致均匀地调合的成形原料进行 挤压成形而制作蜂窝成形体，无需再对蜂窝成形体的材料实施其他加工而进行烧成，既能 够获得蜂窝结构体100。因此，蜂窝结构体100的制造较容易。对于本实施方式的蜂窝结构体 100而言，如上所述，即使蜂窝结构部4整体为相同的材料，也能够在施加电压时，使中央部 21较快地升温。另外，在本实施方式的蜂窝结构体100中，构成中央部21的材料的电阻率优 选与构成外周部22的材料的电阻率相同。由此，在蜂窝结构体100的制作中，不需要用于使 材料不同的操作、工序。
[0046] 对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，中央部21的隔室密度优选为60~125隔 室/cm2,进一步优选为75~115隔室/cm 2,优选为85~110隔室/cm2。将隔室密度做成上述的 范围，从而能够在缩小流经废气时的压力损失的状态下，增高催化剂的净化性能。若隔室密 度低于60隔室/cm2,则存在催化剂担载面积减少的情况。若隔室密度高于125隔室/cm2,则在 将蜂窝结构体100用作催化剂载体而担载催化剂的情况下，存在流经废气时的压力损失增 大的情况。
[0047]在本实施方式的蜂窝结构体100的与隔室延伸的方向正交的剖面中，优选蜂窝结 构部4的外周形状(外周部22的外周形状)与中央部21的外周形状以及外周部22的内周的形 状为相似形。例如，如图1~图3所示，在蜂窝结构部4的外周形状为圆形的情况下，优选中央 部21的外周形状以及外周部22的内周形状也为圆形。
[0048]在本实施方式的蜂窝结构体100中，将与隔室2延伸的方向正交的剖面中的包含中 央部21的中央侧的区域设为中央侧区域23,将包含外周部22的外周侧的区域设为外周侧区 域24。此时，中央侧区域23的开口率与中央部21的开口率相同，外周侧区域24的开口率与外 周部22的开□率相同，这种情况也是优选的方式。另外，如图1~图3所示，"与中央部21的开 口率相同的开口率"的中央侧区域23和"与外周部22的开口率相同的开口率"的外周侧区域 24形成为相互连接的方式也为优选的方式。中央侧区域23与外周侧区域24形成为连接的方 式是与蜂窝结构部的隔室延伸的方向正交的剖面被两分割成位于中央侧的中央侧区域23 与位于外周侧的外周侧区域24的两个区域的方式。另外，也可以在"与中央部21的开口率相 同的开口率"的中央侧区域23和"与外周部22的开口率相同的开口率"的外周侧区域24之间 形成有具有中央部21的开口率与外周部22的开口率之间的值的开口率的作为中间的区域 的中间区域26 (参照图5)。另外，在本实施方式的蜂窝结构体100的与隔室2延伸的方向正交 的剖面中，中间部25的开口率也可以在中间部25内为恒定，但也可以从与中央部21连接的 部分朝向与外周部22连接的部分阶段性地变化。另外，中央侧区域23的开口率可以阶段性 地变化，也可以连续地变化。另外，外周侧区域24的开口率也可以阶段性地变化，也可以连 续地变化。另外，就中央侧区域23与外周侧区域24的开口率而言，也可以双方连续地变化， 也可以双方阶段性地变化，也可以仅一方连续地变化，也可以仅一方阶段性地变化。另外， 中央部21的开口率可以为恒定，也可以设置变化。在设置变化的情况下，开口率可以阶段性 地变化，也可以连续地变化。另外，外周部22的开口率也可以为恒定，也可以设置变化。在设 置变化的情况下，开口率可以阶段性地变化，也可以连续地变化。另外，就中央部21与外周 部22的开口率而言，也可以双方连续地变化，也可以双方阶段性地变化，也可以仅一方连续 地变化，也可以仅一方阶段性地变化。另外，中间部25从与中央部21连接的部分朝向与外周 部22连接的部分，开口率也可以连续地变化。图5是表示本发明的蜂窝结构体的其他的实施 方式(蜂窝结构体200)的与隔室延伸的方向正交的剖面的示意图。在图5中，省略了隔壁。
[0049] 在蜂窝结构部的侧面具有带状的电极部的通电发热式（蜂窝结构部因通电而发 热）的蜂窝结构体存在电极部周边的热应力增大的趋势。由此，在耐热冲击性这点，存在进 一步改进的余地。与此相对，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，如上所述，中央部21的 开口率为外周部22的开口率的0.70~0.95倍，因此外周部22的杨氏模量降低，具有减少电 极部6周边的热应力的效果。如上所述，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，外周部22的 杨氏模量降低，能够减少电极部6周边的热应力，因此耐热冲击性较高。
[0050] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，蜂窝结构部4以及电极部6优选由包含碳化硅 的材料形成。作为包含碳化硅的材料，能够列举以硅-碳化硅复合材料、碳化硅等为主要成 分的材料。即便在这些之中，也进一步优选以硅-碳化硅复合材料为主要成分的材料。而且， 构成蜂窝结构部4以及电极部6的材料特别地优选为含有95质量％以上硅-碳化硅复合材料 的材料。在本说明书中，在"材料为硅-碳化硅复合材料"的情况下，意味着含有95质量％以 上"娃-碳化硅复合材料"。此处，"主要成分"是指含有整体的90质量％以上的成分。硅-碳化 硅复合材料是多个碳化硅粒子被金属硅结合的材料。对于硅-碳化硅复合材料而言，"多个 碳化娃粒子以在碳化娃粒子之间形成有气孔的方式被金属娃结合"，从而优选为多孔质。使 用上述的材质，从而能够将蜂窝结构部4的电阻率形成1~200 Q cm。蜂窝结构部4的电阻率 为400°C的值。另外，蜂窝结构部4以及电极部6以碳化硅粒子以及硅为主要成分，从而电极 部6的成分与蜂窝结构部4的成分成为相同的成分或者接近的成分，因此电极部6与蜂窝结 构部4的热膨胀系数成为相同的值或者接近的值。另外，材质相同或者接近，因此电极部6与 蜂窝结构部4的接合强度也增高。因此，即使蜂窝结构体100被施加热应力，也能够防止电极 部6从蜂窝结构部4剥落、电极部6与蜂窝结构部4的接合部分破损。
[0051 ]在蜂窝结构部4为硅-碳化硅复合材料的情况下，硅-碳化硅复合材料中的金属硅 的含有率优选为10~50质量％，进一步优选为20~40质量％。若硅-碳化硅复合材料中的金 属硅的含有率比10质量％少，则存在蜂窝结构部4的电阻率过于增高的情况。若硅-碳化硅 复合材料中的金属硅的含有率比50质量％多，则存在蜂窝结构部4的电阻率过于降低的情 况。
[0052]如图1~图4所示，本实施方式的蜂窝结构体100在蜂窝结构部4的侧面5配设有一 对电极部6、6。本实施方式的蜂窝结构体100对一对电极部6、6之间施加电压，从而发热。所 施加的电压优选为12~900V，进一步优选为64~600V。
[0053]在本实施方式的蜂窝结构体100中，在形成蜂窝结构部4的材料为"娃-碳化硅复合 材料"的情况下，构成蜂窝结构部4的碳化硅粒子(骨材)的平均粒子直径优选为3~50mi。而 且，构成蜂窝结构部4的碳化硅粒子(骨材）的平均粒子直径进一步优选为3~40wii。将构成 蜂窝结构部4的碳化硅粒子的平均粒子直径形成上述的范围，从而能够将蜂窝结构部4的 400 °C的电阻率做成1~200 Q cm。若碳化硅粒子的平均粒子直径比3wii小，则存在蜂窝结构 部4的电阻率增大的情况。若碳化硅粒子的平均粒子直径大于50wii，则存在蜂窝结构部4的 电阻率变小的情况。另外，若碳化硅粒子的平均粒子直径大于5〇Mi，则在对蜂窝成形体进行 挤压成形时，存在成形原料堵塞于挤压成形用的模具的情况。碳化硅粒子的平均粒子直径 是通过激光衍射法测定的值。
[0054] 蜂窝结构部4的隔壁1的气孔率优选为35~60%，进一步优选为35~45%。若气孔 率小于35%，则存在烧成时的变形增大的情况。若气孔率超过60%，则存在蜂窝结构体的强 度降低的情况。气孔率是通过水银孔率计测定的值。
[0055] 蜂窝结构部4的隔壁1的平均细孔径优选为2~15mi，进一步优选为4~8mi。若平均 细孔径小于2wii，则存在电阻率过于增大的情况。若平均细孔径大于15wii，则存在电阻率过 于变小的情况。平均细孔径是通过水银孔率计测定的值。
[0056] 本实施方式的蜂窝结构体100的形状(蜂窝结构部4的形状)不被特别地限定，例 如，能够做成底面为圆形的柱状（圆柱形状）、底面为椭圆形状的柱状、底面为多边形（四边 形、五边形、六边形、七边形、八边形等）的柱状等的形状。另外，蜂窝结构体1〇〇(蜂窝结构部 4)的大小优选底面的面积为2000~20000mm 2,进一步优选为4000~10000mm2。另外，蜂窝结 构体100(蜂窝结构部4)的中心轴方向的长度优选为50~200mm，进一步优选为75~150mm。 另外，蜂窝结构部4的端面的直径优选为蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向的长度的3倍以 下，进一步优选为〇 . 5~2.5倍，特别地优选为0.8~2.0倍。蜂窝结构部4的端面的直径若超 过蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向的长度的3倍，则蜂窝容积缩小，存在无法担载能够发挥 充分的废气净化性能的量的催化剂的情况。
[0057] 另外，本实施方式的蜂窝结构体100的构成蜂窝结构部4的外周的外周壁3的厚度 优选为0.1~2mm。若外周壁3的厚度比0.1mm薄，则存在蜂窝结构体100的强度降低的情况。 若外周壁3的厚度比2_厚，则存在担载催化剂的隔壁的面积变小的情况。
[0058] 本实施方式的蜂窝结构体100优选与隔室2延伸的方向正交的剖面的隔室2的形状 是四边形、六边形、八边形或者这些之中的任一个的组合。如上形成隔室形状，从而向蜂窝 结构体100流经废气时的压力损失减小，催化剂的净化性能优越。
[0059 ] 如图1~图4所示，本实施方式的蜂窝结构体100形成为一对电极部6、6的每一个沿 蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向延伸的"带状"。而且，在与隔室2延伸的方向正交的剖面 中，一对电极部6、6的一方的电极部6相对于一对电极部6、6的另一方的电极部6,隔着蜂窝 结构部4的中心0配设于相反的一侧。如上所述，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，电 极部6形成为带状，电极部6的长边方向为蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向，一对电极部6、6 隔着蜂窝结构部4的中心0配设于相反的一侧。因此，在对一对电极部6、6之间施加电压时， 能够抑制分别流经中央部21以及外周部22的电流的偏颇，由此能够抑制中央部21以及外周 部2 2各个的发热的偏颇。
[0060] 而且，另外，在与隔室2延伸的方向正交的剖面中，各个电极部6、6的中心角a的0.5 倍（中心角a的0.5倍的角度0)优选为15~65°。另外，在与隔室2延伸的方向正交的剖面中， 电极部6、6的"中心角a的0.5倍的角度0"的上限值优选为60°，进一步优选为55°。另外，在与 隔室2延伸的方向正交的剖面中，电极部6、6的"中心角a的0.5倍的角度0"的下限值优选为 20°，进一步优选为30°。另外，一方的电极部6的"中心角a的0.5倍的角度0"相对于另一方的 电极部6的"中心角a的0.5倍的角度0"优选为0.8~1.2倍的大小，进一步优选为1.0倍的大 小（相同的大小）。由此，在对一对电极部6、6之间施加电压时，能够抑制分别流经中央部21 以及外周部22的电流的偏颇，由此能够抑制中央部21以及外周部22各个的发热的偏颇。
[0061] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，电极部6的电阻率优选比蜂窝结构部4的中央 部21的电阻率低。另外，电极部6的电阻率进一步优选为蜂窝结构部4的中央部21的电阻率 的20 %以下，特别地优选为1~10 %。将电极部6的电阻率做成蜂窝结构部4的中央部21的电 阻率的20%以下，从而电极部6更加有效地作为电极发挥功能。
[0062]电极部6的厚度优选为0.01~5mm，进一步优选为0.01~3mm。形成上述的范围，从 而能够使中央部21以及外周部22的每一个更加均匀地发热。若电极部6的厚度比0.01mm薄， 则存在电阻增高且无法均匀地发热的情况。若电极部6的厚度比5mm厚，则存在封装时破损 的情况。
[0063] 如图1、图2所示，对于本实施方式的蜂窝结构体100而言，一对电极部6、6的每一个 向蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向延伸，并且形成为"遍布两端部之间（两端面11、12之 间)"的带状。如上所述，在本实施方式的蜂窝结构体100中，一对电极部6、6被配设为遍布蜂 窝结构部4的两端部之间。由此，在对一对电极部6、6之间施加电压时，能够更加有效地抑制 分别流经中央部21以及外周部22的电流的偏颇。此处，在称为"电极部6形成(配设)为遍布 蜂窝结构部4的两端部之间"时意味着以下的情况。换句话说，意味着电极部6的一方的端部 与蜂窝结构部4的一方的端部(一方的端面)连接，电极部6的另一方的端部与蜂窝结构部4 的另一方的端部(另一方的端面)连接。
[0064] 另一方面，电极部6的"蜂窝结构部4的隔室2延伸的方向"的至少一方的端部不与 蜂窝结构部4的端部(端面)连接(未到达)的状态也为优选的方式。由此，能够提高蜂窝结构 体的耐热冲击性。
[0065] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，例如，如图1~图4所示，电极部6成为使平面状 的长方形的部件沿着圆柱形状的外周弯曲的形状。此处，将使弯曲的电极部6变形成不弯曲 的平面状的部件时的形状称为电极部6的"平面形状"。如上所述，图1~图4所示的电极部6 的"平面形状"成为长方形。而且，在称为"电极部的外周形状"时，意味着"电极部的平面形 状的外周形状"。
[0066] 在本实施方式的蜂窝结构体100中，带状的电极部6的外周形状也可以为长方形的 角部形成为曲线状的形状。形成上述的形状，从而能够提高蜂窝结构体1〇〇的耐热冲击性。 另外，带状的电极部6的外周形状为长方形的角部被倒角为直线状的形状也为优选的方式。 形成上述的形状，从而能够提高蜂窝结构体1 〇〇的耐热冲击性。
[0067] 电极部6的电阻率优选为0.1~100 Q cm，进一步优选为0.1~50 Q cm。将电极部6的 电阻率做成上述的范围，从而一对电极部6、6在供高温的废气流经的配管内，有效地发挥电 极的作用。若电极部6的电阻率小于0.1 Q cm，则在与隔室延伸的方向正交的剖面中，存在电 极部6的两端附近的蜂窝结构部4的温度容易上升的情况。若电极部6的电阻率大于100 Q cm，则电流难以流经，因此存在难以发挥作为电极的作用的情况。电极部6的电阻率为400°C 的值。
[0068]电极部6的气孔率优选为30~60%，进一步优选为30~55 %。电极部6的气孔率为 上述的范围，从而能够获得适当的电阻率。若电极部6的气孔率低于30%，则存在制造时变 形的情况。若电极部6的气孔率高于60%，则存在电阻率过于增高的情况。气孔率是通过水 银孔率计测定的值。
[0069]电极部6的平均细孔径优选为5~45wii，进一步优选为7~40wii。电极部6的平均细 孔径为上述的范围，从而能够获得适当的电阻率。若电极部6的平均细孔径小于5mi，则存在 电阻率过于增高的情况。若电极部6的平均细孔径大于45wn，则存在电极部6的强度减弱而 容易破损的情况。平均细孔径是通过水银孔率计测定的值。
[0070]在电极部6的主要成分为"硅-碳化硅复合材料"的情况下，电极部6所含有的碳化 硅粒子的平均粒子直径优选为10~60wii，进一步优选为20~60mi。电极部6所含有的碳化硅 粒子的平均粒子直径为上述的范围，从而能够将电极部6的电阻率控制在0.1~100 cm的 范围内。若电极部6所含有的碳化硅粒子的平均细孔径小于lOwn，则存在电极部6的电阻率 过于增大的情况下。若电极部6所含有的碳化硅粒子的平均细孔径大于60mi，则存在电极部 6的强度减弱而容易破损的情况。电极部6所含有的碳化硅粒子的平均粒子直径是通过激光 衍射法测定的值。
[0071 ]在电极部6的主要成分为"硅-碳化硅复合材料"的情况下，电极部6所含有的硅的 质量相对于电极部6所含有的"碳化硅粒子与硅各自的质量的合计"的比率优选为20~40质 量％。而且，娃的质量相对于电极部6所含有的"碳化娃粒子与娃的每一个的质量的合计"的 比率进一步优选为25~35质量％。娃的质量相对于电极部6所含有的"碳化娃粒子与娃各自 的质量的合计"的比率为上述的范围，从而能够将电极部6的电阻率形成0.1~100 Q cm的范 围。若硅的质量相对于电极部6所含有的"碳化硅粒子与硅的每一个的质量的合计"的比率 小于20质量％，则存在电阻率过于增大的情况，若大于40质量％，则存在在制造时容易变形 的情况。
[0072]本实施方式的蜂窝结构体100的等静压强度优选为IMPa以上，进一步优选为3MPa 以上。就等静压强度而言，值越大时越优选，但若考虑蜂窝结构体100的材质、结构等，则 6MPa左右为上限。若等静压强度小于IMPa，则在使蜂窝结构体100用作催化剂载体等时，存 在容易破损的情况。等静压强度是在水中施加静水压力而测定的值。
[0073] (2)蜂窝结构体的制造方法：
[0074] 制造本发明的蜂窝结构体的方法不被特别地限定。本发明的蜂窝结构体能够使用 公知的方法，例如，调整在挤压成形时使用的金属模具的结构，从而进行制造。
[0075] 实施例
[0076] 以下，通过实施例对本发明进一步具体地进行说明，但本发明丝毫不被这些实施 例限定。
[0077] (实施例1)
[0078]将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末以80:20的质量比例混合而调制了陶瓷原 料。然后，对陶瓷原料添加羟丙基甲基纤维素作为粘合剂、添加吸水性树脂作为造孔材料， 并且添加水而形成成形原料。然后，通过真空炼泥机对成形原料进行混炼，制作圆柱状的坯 土。在将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，粘合剂的含量为7质 量份。在将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，造孔材料的含量 为3质量份。在将碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，水的含量为 42质量份。碳化硅粉末的平均粒子直径为20mi，金属硅粉末的平均粒子直径为6mi。另外，造 孔材料的平均粒子直径为20wii。碳化硅、金属硅以及造孔材料的平均粒子直径是通过激光 衍射法测定的值。
[0079] 使用挤压成形机对所获得的圆柱状的坯土进行成形，获得与构成图1所示的蜂窝 结构体100的蜂窝结构部4相同的形状的蜂窝成形体。所获得的蜂窝成形体形成具备相当于 中央侧区域23的"隔壁的厚度较厚地形成"的部分以及相当于外周侧区域24的"隔壁的厚度 相对于中央侧区域23较薄地形成"的部分的形状。蜂窝成形体的形状根据金属模具的形状 而调整。
[0080] 在对所获得的蜂窝成形体进行高频感应加热干燥后，使用热风干燥机以120°C干 燥两个小时，以预定量切断两端面，从而制作蜂窝干燥体。
[0081 ]然后，对蜂窝干燥体进行脱脂(预烧），进行烧成，进一步进行氧化处理，从而获得 蜂窝烧成体。脱脂的条件以550°C进行三个小时。烧成的条件是在氩气气氛下，以1450°C进 行两个小时。氧化处理的条件以1300 °C进行一个小时。
[0082]接下来，将碳化硅（SiC)粉末与金属硅（Si)粉末以60:40的质量比例混合，对其添 加羟丙基甲基纤维素作为粘合剂，添加甘油作为保湿剂、添加表面活性剂作为分散剂，并添 加水，进行了混合。对混合物进行混炼，从而形成电极部形成原料。在将碳化硅(SiC)粉末与 金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，粘合剂的含量为0.5质量份，在将碳化硅(SiC)粉 末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，甘油的含量为10质量份，在将碳化硅(SiC) 粉末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，表面活性剂的含量为0.3质量份，在将碳 化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计设为100质量份时，水的含量为42质量份。碳化硅 粉末的平均粒子直径为52mi，金属硅粉末的平均粒子直径为6mi。碳化硅以及金属硅的平均 粒子直径是通过激光衍射法测定的值。混炼通过纵式的搅拌机进行。
[0083] 接下来，将电极部形成原料以厚度成为0.15mm、"在与隔室延伸的方向正交的剖面 中中心角的0.5倍为50°"的方式遍布蜂窝烧成体的两端面之间地呈带状涂覆于蜂窝烧成体 的侧面。电极部形成原料在蜂窝烧成体的侧面涂覆两处。而且，在与隔室延伸的方向正交的 剖面中，两处涂覆了电极部形成原料的部分中的一方相对于另一方，隔着蜂窝烧成体的中 心配置于相反的一侧。
[0084] 接下来，使涂覆于蜂窝烧成体的电极部形成原料干燥，从而获得附带未烧成电极 的蜂窝烧成体。干燥温度为70°C。
[0085] 然后，对附带未烧成电极的蜂窝烧成体进行脱脂(预烧），进行烧成，进一步进行氧 化处理，从而获得蜂窝结构体。脱脂的条件是在氧化气氛下，以550°C进行三个小时。烧成的 条件是在氩气气氛下，以1450°C进行两个小时。氧化处理的条件是在氧化气氛下，以1300 °C 进行一个小时。
[0086] 所获得的蜂窝结构体的隔壁的平均细孔径(气孔直径)为8.6wii，气孔率为45%。平 均细孔径以及气孔率是通过水银孔率计测定的值。另外，蜂窝结构体的底面呈直径93mm的 圆形，蜂窝结构体的隔室延伸的方向的长度为75_。另外，所获得的蜂窝结构体的等静压强 度为2.5MPa。等静压强度是在水中施加静水压力而测定的破坏强度。另外，蜂窝结构体的两 个电极部的与隔室延伸的方向正交的剖面中的中心角的〇 . 5倍为50°。另外，两个电极部的 厚度均为1.5mm。
[0087] 另外，中央部的开口率为外周部的开口率的0.95倍。另外，蜂窝结构体是如图1所 示的蜂窝结构体1〇〇那样，在与隔室延伸的方向正交的剖面中，中央侧区域与外周侧区域连 接的结构。另外，蜂窝结构体的中央侧区域的隔壁的厚度为152wn，外周侧区域的隔壁的厚 度为127wii。另外，蜂窝结构体的中央侧区域的隔室密度为93.0隔室/cm 2,外周侧区域的隔 室密度为93.0隔室/cm2。另外，在与隔室延伸的方向正交的剖面中，隔室形状为正六边形。 隔室间距为1.11mm。隔室间距是邻接的平行的隔壁(构成正六边形的相对的两个边的隔壁） 的厚度（隔壁厚度)方向的中央部分之间的距离。此外，隔壁的厚度方向的中央部分是隔壁 的厚度方向的中央的位置。另外，电极部的电阻率为1.3 Q cm。中央部的隔壁的交点部分形 成有R部，R部的圆弧的半径为0.3mm。另外，在外周部的隔壁的交点部分也形成有R部，R部的 圆弧的半径为0.3mm。另外，中央部的开口率为71.8%，外周部的开口率为75.8%。
[0088] 针对所获得的蜂窝结构体，以以下所示的方法，对"通电性能"以及"耐热冲击性" 进行了测定。将结果表示于表1。
[0089] 在表1中，"肋厚(wii)"表示隔壁的厚度(mi)。另外，"隔室密度（隔室/cm2)"表示与 隔室延伸的方向正交的剖面中的每个单位面积(cm 2)的隔室个数。另外，"交点R(mm)"表示R 部的圆弧的半径。另外，"开口率"表示在与隔室延伸的方向正交的剖面中，以百分率表示将 隔室的面积除以隔壁与隔室的每一个的面积的合计所得的值(隔室面积合计/(隔室面积合 计+隔壁面积合计））的值。另外，开口率比表示中央部的开口率相对于外周部的开口率的比 的值(中央部的开口率/外周部的开口率）。
[0090](通电性能）
[0091 ]以5kW的电力对蜂窝结构体进行通电试验。然后，对此时的蜂窝结构部的中心的温 度进行测定。对直至蜂窝结构部的中心温度到达300°C的通电时间进行计测，进行所需的热 量(kj)的比较。热量以"热量=输入电力(kW) X通电时间（秒)"的式进行计算。
[0092](耐热冲击性试验(燃烧试验））
[0093] 使用"具备收纳蜂窝结构体的金属壳体以及能够向该金属壳体内供给加热气体的 丙烷气体燃烧器的丙烷气体燃烧器试验机"实施了蜂窝结构体的加热冷却试验。上述加热 气体为通过气体燃烧器(丙烷气体燃烧器)使丙烷气体燃烧而产生的燃烧气体。然后，通过 上述加热冷却试验，确认在蜂窝结构体是否产生裂缝，从而对耐热冲击性进行了评价。具体 而言，首先，在丙烷气体燃烧器试验机的金属壳体收纳(封装)所获得的蜂窝结构体。然后， 向金属壳体内供给通过丙烷气体燃烧器而被加热的气体(燃烧气体），使其通过蜂窝结构体 内。流入金属壳体的加热气体的温度条件(入口气体温度条件)如下。首先，在五分钟内升温 至900°C，以900°C保持十分钟，然后，在五分钟内冷却至100°C，以100°C保持十分钟。将上述 的升温、冷却、保持的一系列的操作称为"升温、冷却操作"。然后，确认蜂窝结构体的裂缝。 在未确认到裂缝的情况下，称为耐热冲击性试验合格，在确认到裂缝的情况下，称为耐热冲 击性试验不合格。
[0094] 【表1】
[0096] (实施例2~12、比较例1、2)
[0097] 如表1所示，除了变更各条件以外，与实施例1相同地制作蜂窝结构体。在表1中， "Re-SiC"意味着"再结晶SiC"，使碳化硅再结晶，从而进行制作。与实施例1的情况相同地， 进行蜂窝结构体的"通电性能"以及"耐热冲击性"的测定。将结果表示于表1。
[0098]根据表1，就实施例1~12的蜂窝结构体而言，中央部的开口率为外周部的开口率 的0.70~0.95倍，因此明确中央部的温度上升较快，必要热量也少。另外，就实施例1~12的 蜂窝结构体而言，中央部的开口率为外周部的开口率的0.70~0.95倍，因此明确耐热冲击 性优越。另外，就实施例10的蜂窝结构体而言，中央部的隔室密度较高，因此在担载催化剂 并通过废气时，与实施例9的蜂窝结构体相比，认为压力损失增加。
[0099] 工业上的可利用性
[0100] 本发明的蜂窝结构体能够作为对汽车的废气进行净化的废气净化装置用的催化 剂载体而适当地利用。
[0101] 符号的说明
[0102] 1 一隔壁，2-隔室，3-外周壁，4一蜂窝结构部，5-侧面，6-电极部，7-外周， 11 一第一端面，12-第二端面，13-交点郃分，14 一R郃，21-中央郃，22-外周郃，23-中央 侦呕域，24-外周侧区域，25-中间部，26-中间区域，100、200-蜂窝结构体，0 -中心，a- 中心角，0-角度，9 一中心角的0.5倍的角度，x-第一线段，y-第二线段，z-第三线段，w- 第四线段。
【主权项】
1. 一种蜂窝结构体，其特征在于， 具备柱状的蜂窝结构部和配设于所述蜂窝结构部的侧面的一对电极部，所述蜂窝结构 部具有划分形成多个隔室的多孔质的隔壁和位于外周的外周壁，所述多个隔室为流体的流 路并从作为一端面的第一端面延伸至作为另一端面的第二端面， 所述蜂窝结构部的电阻率为1~200 Ω cm， 所述一对电极部分别形成为在所述蜂窝结构部的隔室延伸的方向上延伸的带状， 在与所述隔室延伸的方向正交的剖面中，所述一对电极部中的一方的所述电极部相对 于所述一对电极部中的另一方的所述电极部，隔着所述蜂窝结构部的中心配设于相反的一 侧， 在与所述蜂窝结构部的所述隔室延伸的方向正交的剖面中，在将从中心朝向外周延伸 到从中心至外周的长度的10%的位置的区域设为中央部、且将从外周朝向中心延伸到从外 周至中心的长度的10%的位置的区域设为外周部时， 所述中央部的开口率为所述外周部的开口率的0.70~0.95倍。2. 根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于， 在所述蜂窝结构部中，在将所述中央部与所述外周部之间的区域设为中间部时，所述 中间部的开口率为所述中央部的开口率以上且所述外周部的开口率以下。3. 根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其特征在于， 所述中央部的所述隔壁的厚度为所述外周部的所述隔壁的厚度的1.0~2.0倍。4. 根据权利要求1~3中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于， 所述蜂窝结构部以及所述电极部由包含碳化硅的材料形成。5. 根据权利要求1~4中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于， 所述中央部的隔室密度为所述外周部的隔室密度的1.0~1.5倍。6. 根据权利要求1~5中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于， 所述中央部的开口率为所述外周部的开口率的0.75~0.90倍。7. 根据权利要求6所述的蜂窝结构体，其特征在于， 所述中央部的开口率为所述外周部的开口率的0.80~0.85倍。
【文档编号】F01N3/20GK106029226SQ201580009114
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年3月19日
【发明人】大宫好雅, 野吕贵志
【申请人】日本碍子株式会社