JP5318753B2 - 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 - Google Patents
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-
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-
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Description
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)}
(1)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)}
(2)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (3)
d−d0≧0.02Å (4)
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)}
(5)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)}
(6)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (7)
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)} (1)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)} (2)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (3)
d−d0≧0.02Å (4)
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)} (5)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)} (6)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (7)
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混練し、可塑性の坏土を得た。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/cm2(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、セルの端部を目封止した。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止を行った。目封止用の充填材には、ハニカムセグメントと同様の材料を用いた。こうしてセルの端部を目封止し、乾燥させた後、大気雰囲気にて約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結晶粒子がSiで結合された、多孔質のハニカムセグメントを得た。
実施例1〜3及び比較例1の接合材組成物として、SiC微粒(平均粒径1.5μm)41質量%、SiC粗粒(平均粒径100μm)16.5質量%、白雲母(平均粒径40μm)22質量%、コロイダルシリカ20質量%及びベントナイト0.5質量%の混合物に、更に外配で有機造孔材1.5質量%、有機バインダー0.4質量%及び分散剤0.04質量%を混合し、これに水を添加して、ミキサーにて30分間混練を行い、ペースト状の接合材組成物を得た。水の添加量はペースト粘度が20〜60Pa・sとなるように調製した。
ハニカムセグメントの外壁面に、接合材組成物を、塗布方向をハニカムセグメントの長手方向として厚さ約1mmとなるように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、縦横4個×4個に組み合わせた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切断後、その外周面にコーティング材を塗布し、表1に示す熱処理温度にて2時間熱処理することにより、接合材組成物及びコーティング材を乾燥硬化させ、ハニカム構造体を得た。なお、実施例13については、前記のとおり接合材組成物の調製前に白雲母のみを予め900℃で2時間熱処理し、その後、ハニカムセグメント接合体の状態としてから700℃で2時間熱処理した。
得られた各ハニカム構造体の接合材層について、下記の方法により、熱膨張変化、ピーク高さ、及び格子面間隔の変位量を求め、更に、各ハニカム構造体について、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)を行い、その結果を表1に示した。なお、格子面間隔の変位量については、接合材層が白雲母(Muscovite)を含む実施例1〜3及び13並びに比較例1についてのみ求めた。
ハニカム構造体の接合材層から、15mm×3mm×1mmの試験片を切り出し(15mmの切り出し方向はハニカム構造体の長手方向)、昇温速度を10℃/minとし、その他の測定条件及び装置はJIS R1618に準拠して、40℃における試験片の長さl40℃、400℃における試験片の長さl400℃及び1000℃における試験片の長さl1000℃を測定した。この測定値から上式(1)で規定される平均線熱膨張係数α1000℃と、上式(2)で規定される平均線熱膨張係数α400℃とを求め、それらの値から|α1000℃−α400℃|の値を算出し、表中に以下の基準で表記した。
○:|α1000℃−α400℃|≦1.0×10-6/K
△:1.0×10-6/K<|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K
×:2.0×10-6/K<|α1000℃−α400℃|
ハニカム構造体の接合材層を任意形状に切り出して粉砕した粉末を、総量が5質量%となるようにKBr粉末と混合して測定用試料とし、FT−IRにより赤外線吸収スペクトルを得た。この赤外線吸収スペクトルにおいて、3300〜3800cm-1に頂点を持ち、かつ、半値幅が350cm-1以下である水酸基の吸収スペクトルのピーク高さを求め、接合材層中の層状ケイ酸塩が脱水酸基されていない場合のピーク高さを100%としたときの当該ピーク高さに対する比率を求めた。なお、測定には拡散反射法を用い、測定装置には株式会社パーキンエルマージャパンのSpectrum2000(商品名)を使用した。また、ピーク高さの算出時には、図5に例示するように、目的ピークsに対するベースラインbを取った。
ハニカム構造体の接合材層を任意形状に切り出して粉砕した粉末を測定用試料として、XRDパターンを測定し、2θ=29〜31゜(CuKα)の領域に検出されるピークから格子面間隔dを算出した(Muscovite−2M1のICDDカード(#06−0263)によれば(025)面の回折ピークである。)。また、接合材層中の層状ケイ酸塩(白雲母)に脱水酸基処理(熱処理)が施されていない場合の格子面間隔d0を同様に算出し、下式(8)により変位量Δdを求めた。なお、測定にはモノクロメータ法を用い、測定装置には株式会社リガクのRINT−2500(商品名)を使用した。測定条件は、管電圧50kV、管電流300mA、ステップ0.01゜、測定時間1.5゜/minとした。
Δd=d−d0 (8)
ハニカム構造体にバーナーで1000℃及び1100℃に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、ハニカム構造体の損傷発生の有無を調べ、以下の基準で評価した。
○:ハニカム構造体の割れ、及び接合材層とハニカムセグメントとの界面での剥離が無い。
△:ハニカム構造体の割れ、及び接合材層とハニカムセグメントとの界面での剥離が1〜2箇所で発生。
×:ハニカム構造体の割れ、及び接合材層とハニカムセグメントとの界面での剥離が3箇所以上で発生。
Claims (20)
- 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であって、前記接合材層が脱水酸基された層状ケイ酸塩を含み、かつファイバーを含まないものであり、前記接合材層から切り出された試験片の下式(1)で規定される平均線熱膨張係数α1000℃と、下式(2)で規定される平均線熱膨張係数α400℃とが、下式(3)を満たすものであるとともに、前記接合材層の赤外線吸収スペクトルにおいて、3300〜3800cm -1 に頂点を持ち、かつ、半値幅が350cm -1 以下である水酸基の伸縮振動に起因する吸収ピークが、前記層状ケイ酸塩が脱水酸基されていない場合の30%以下のピーク高さである接合体。
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)}
(1)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)} (2)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (3) - 前記接合材層に含まれる前記層状ケイ酸塩の含有量が、前記接合材層全体の8〜37質量%である請求項1に記載の接合体。
- 前記接合材層が、前記層状ケイ酸塩を含むフィラーと無機接着剤とを主成分とするものである請求項1又は2に記載の接合体。
- 前記層状ケイ酸塩が、カオリナイト、タルク、パイロフィライト及び雲母よりなる群から選ばれた何れか1種以上の層状ケイ酸塩である請求項1〜3の何れか一項に記載の接合体。
- 前記層状ケイ酸塩が、白雲母(Muscovite)である請求項1〜3の何れか一項に記載の接合体。
- 前記層状ケイ酸塩が、脱水酸基された白雲母(Muscovite)であり、前記接合材層のXRD回折パターンにおける2θ=29〜31゜(CuKα)の領域に存在するピークから算出される格子面間隔dが、前記層状ケイ酸塩が脱水酸基されていない場合の格子面間隔d0との関係において、下式(4)を満たすものである請求項1〜3の何れか一項に記載の接合体。
d−d0≧0.02Å (4) - 前記無機接着剤が、コロイダルシリカである請求項3に記載の接合体。
- 前記接合材層に、前記層状ケイ酸塩以外に、フィラーとして、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粒子が含まれる請求項1〜7の何れか一項に記載の接合体。
- 前記被接合物が、ハニカムセグメントである請求項1〜8の何れか一項に記載の接合体。
- 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9に記載の接合体。
- 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製造するに際して、前記接合材層を形成するために使用される接合材組成物であって、脱水酸基された層状ケイ酸塩を含み、かつファイバーを含まないものであり、乾燥硬化後の当該接合材組成物から切り出された試験片の下式(5)で規定される平均線熱膨張係数α1000℃と、下式(6)で規定される平均線熱膨張係数α400℃とが、下式(7)を満たすものであるとともに、乾燥硬化後の当該接合材組成物よって形成された前記接合材層の赤外線吸収スペクトルにおいて、3300〜3800cm -1 に頂点を持ち、かつ、半値幅が350cm -1 以下である水酸基の伸縮振動に起因する吸収ピークが、前記層状ケイ酸塩が脱水酸基されていない場合の30%以下のピーク高さである接合材組成物。
α1000℃=(l1000℃−l40℃)/{l40℃×(1273.15K−313.15K)}
(5)
(式中、l1000℃は1000℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
α400℃=(l400℃−l40℃)/{l40℃×(673.15K−313.15K)}
(6)
(式中、l400℃は400℃における試験片の長さを、l40℃は40℃における試験片の長さをそれぞれ示す。)
|α1000℃−α400℃|≦2.0×10-6/K (7) - 前記層状ケイ酸塩を含むフィラーと無機接着剤とを主成分とするものである請求項11に記載の接合材組成物。
- 前記層状ケイ酸塩が、カオリナイト、タルク、パイロフィライト及び雲母よりなる群から選ばれた何れか1種以上の層状ケイ酸塩である請求項11又は12に記載の接合材組成物。
- 前記層状ケイ酸塩が、白雲母(Muscovite)である請求項11又は12に記載の接合材組成物。
- 前記無機接着剤が、コロイダルシリカである請求項12に記載の接合材組成物。
- 前記層状ケイ酸塩以外に、フィラーとして、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粒子が含まれる請求項11〜15の何れか一項に記載の接合材組成物。
- 主成分として、800℃以上の熱処理により脱水酸基した白雲母(Muscovite)、600℃以上の熱処理により脱水酸基したカオリナイト、900℃以上の熱処理により脱水酸基したタルク及び700℃以上の熱処理により脱水酸基したパイロフィライトからなる群より選ばれた何れか1種の層状ケイ酸塩を含むフィラー及び無機接着剤が含まれ、かつファイバーを含まない原料を、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。
- 前記無機接着剤が、コロイダルシリカである請求項17に記載の接合材組成物の製造方法。
- 前記原料に、更に副成分として、有機バインダー、分散剤、造孔材及び水が含まれる請求項17又は18に記載の接合材組成物の製造方法。
- 二つ以上の被接合物を、請求項11〜16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。
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