DE102017204329B4

DE102017204329B4 - Wabenstruktur und Herstellungsverfahren derselben

Info

Publication number: DE102017204329B4
Application number: DE102017204329.6A
Authority: DE
Inventors: Shiho MATSUI; Takayuki Inoue; Kouhei Yamada
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: JP6625468B2; US20170283931A1; JP2017180231A; DE102017204329A1; US10309003B2

Abstract

Wabenstruktur, enthaltend: einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper; und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente,wobei der Wabenstruktur-Körper poröse Trennwände und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand hat,in dem Wabenstruktur-Körper die Trennwände eine Vielzahl sich von einer ersten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers zu einer zweiten Stirnseite desselben erstreckender Waben definieren,der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff besteht und ein Paar Elektrodenelemente metallisches Silicium und Bor enthält,mindestens ein Teil des Elektrodenelements aus einem Verbundwerkstoff besteht, der als eine Hauptkomponente 100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltendes Silicium enthält,in dem Verbundwerkstoff ein Volumenverhältnis des 100 bis 10000 ppm Bor enthaltenden Siliciums in dem Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr beträgt und ein spezifischer elektrischer Widerstand der aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenelemente zwischen 20 µΩcm und 0,1 Qcm liegt,der Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, ein Metallborid oder ein Borid oder beides enthält.

Description

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der JP-2016-066876 , eingereicht am 29.3.2016 beim japanischen Patentamt, deren gesamter Inhalt durch Verweis hierin einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wabenstruktur und ein Herstellungsverfahren der Wabenstruktur. Insbesondere betrifft sie eine Wabenstruktur, welche ein Katalysatorträger ist und außerdem als eine Heizung fungiert, wenn eine elektrische Spannung daran angelegt ist, und welche vor allem eine hervorragende Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit von Elektrodenelementen aufweist, und ein Herstellungsverfahren der Wabenstruktur.
Beschreibung des Stands der Technik
Bisher wurde eine Wabenstruktur, welche aus Cordierit besteht und in welche ein Katalysator imprägniert wurde, bei der Behandlung in einem aus einem Kraftfahrzeugmotor ausgestoßenen Abgas enthaltener schädlicher Stoffe verwendet. Ferner ist auch bekannt, dass eine aus einem Siliciumcarbid-Sinterkörper gebildete Wabenstruktur bei der Reinigung eines Abgases verwendet wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Wenn das Abgas durch den in die Wabenstruktur imprägnierten Katalysator behandelt wird, muss eine Temperatur des Katalysators auf eine vordefinierte Temperatur erhöht werden. Jedoch ist die Katalysatortemperatur beim Starten des Motors niedrig, was das Problem verursacht, dass das Abgas nicht genügend gereinigt werden kann.
Deshalb wurde vorgeschlagen, eine Wabenstruktur aus Keramik als einen „beheizbaren Katalysatorträger“ zu verwenden (siehe zum Beispiel Patentdokument 2). Eine solche Wabenstruktur erzeugt Wärme infolge joulescher Wärme, wenn ein Strom durch die Wabenstruktur geleitet wird, und daher wurde ihr Einsatz zum Beispiel als ein elektrisch beheizter Katalysator zur Abgasreinigung untersucht. Zum Beispiel enthält eine in Patentdokument 2 beschriebene Wabenstruktur einen Wabenstruktur-Körper mit porösen Trennwänden und einer an einem äußersten Umfang angeordneten Umfangswand und ein Paar auf einer Seitenfläche dieses Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente. Als ein Werkstoff des Wabenstruktur-Körpers und der Elektrodenelemente wird zum Beispiel ein leitender Keramikwerkstoff wie Siliciumcarbid oder ein Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff verwendet. Im Folgenden wird der elektrisch beheizte Katalysator bisweilen als „EHC“ bezeichnet. „EHC“ ist eine Abkürzung für „elektrisch beheizter Katalysator“. Ferner wird Siliciumcarbid bisweilen als „SiC“ bezeichnet. Der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff wird bisweilen als der „Si-SiC-Verbundwerkstoff“ bezeichnet.
Ferner werden auch Elektrodenelemente des elektrisch beheizten Katalysators verschiedentlich untersucht. Zum Beispiel werden Elektrodenelemente, welche jeweils eine erste Metallphase aus einer Ni-Cr-Legierung oder dergleichen, eine Si als eine Hauptkomponente enthaltende zweite Metallphase und eine Oxidphase aus einem Oxidmineral in einer Schichtstruktur enthalten, als die Elektrodenelemente des elektrisch beheizten Katalysators offenbart (siehe Patentdokument 3). In den Elektrodenelementen des in Patentdokument 3 beschriebenen elektrisch beheizten Katalysators liegt die oben erwähnte Oxidphase in der ersten Metallphase und der zweiten Metallphase in einem dispergierten Zustand vor. Ferner liegen gemäß diesem Elektrodenelement die erste Metallphase, die zweite Metallphase und die Oxidphase in einem Querschnitt des Elektrodenelements in bestimmten Flächenverhältnissen vor. Als das in dem Elektrodenelement enthaltene Oxidmineral wird Bentonit oder Glimmer verwendet. Es ist zu beachten, dass das in Patentdokument 3 beschriebene Elektrodenelement durch thermisches Spritzen gebildet ist.
Darüber hinaus beschreibt die US 2014/0 294 691 A1 eine Wabenstruktur umfassend einen röhrenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden zum Definieren und Bilden einer Vielzahl von Zellen und einer äußeren Umfangswand; und ein Paar Elektrodenabschnitte, die an einer Seitenfläche des Wabenstrukturkörpers angeordnet sind. Ein spezifischer elektrischer Widerstand des Wabenstrukturkörpers beträgt 1 bis 200 Ωcm. Jeder des Paars Elektrodenabschnitte ist in einer Bandform ausgebildet, die sich in einer Erstreckungsrichtung der Zellen erstreckt. Der Elektrodenabschnitt enthält Silizium und ein Aggregat, und ein Verhältnis (das Silizium/das Aggregat) eines Volumens des in dem Elektrodenabschnitt enthaltenen Siliziums zu einem Volumen des in dem Elektrodenabschnitt enthaltenen Aggregats ist von 60/40 bis 80/20.
Die US 2012/0 003 420 A1 beschreibt einen Wabenstrukturkörper, welcher einen Wabengrundkörper und ein Elektrodenpaar hat, das aus leitfähigen Keramikschichten und Zwischenschichten besteht. Der wabenförmige Grundkörper aus SiC enthaltender poröser Keramik besteht aus einem Zellbildungsteil und einem äußeren peripheren Teil. Der äußere periphere Teil bedeckt den Zellbildungsteil. Jede Elektrode besteht aus einer leitfähigen Keramikschicht und einer Zwischenschicht. Die leitfähigen Keramikschichten, die SiC, Si und C enthalten, sind an zwei gegenüberliegenden Positionen auf dem äußeren peripheren Teil gebildet, betrachtet aus einer Durchmesserrichtung. Die Zwischenschichten, die SiC, Si und C enthalten, sind in dem äußeren peripheren Teil an den Teilen gebildet, die den leitfähigen Keramikschichten zugewandt sind. Der Wabenstrukturkörper erfüllt eine Beziehung von 0,5 ≦ t/T ≦ 1, wobei „t“ die Dicke der Zwischenschicht angibt und „T“ die Dicke des Außenumfangsteils angibt.
Und die US 2008/0 229 931 A1 beschreibt eine Wabenstruktur, die in geeigneter Weise für einen Filter zum Einfangen von Partikeln wie etwa einen Dieselpartikelfilter (DPF) verwendet werden kann und eine Ansammlungsmenge von Partikeln leicht mit hoher Genauigkeit erfassen kann, wenn die Wabenstruktur für Filter zum Auffangen von Feinstaub verwendet wird. Die Wabenstruktur hat eine Vielzahl von Zellen, die als Gasdurchgänge dienen und durch die porösen Trennwände unterteilt und gebildet sind, und hat darin zwei oder mehr Elektroden.

[Patentdokument 1] JP 4136319 B2
[Patentdokument 2] WO 2011/125815 A1
[Patentdokument 3] JP 2014-73434 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Was ein in Patentdokument 3 beschriebenes Elektrodenelement anbelangt, ist davon auszugehen, dass das Elektrodenelement sich selbst nach regelmäßigem Wiederholen einer Wärmelast nicht von einem Wabenstruktur-Körper abschält, was ermöglicht, einen Anstieg eines ohmschen Widerstandswerts des Elektrodenelements zu verhindern. Bei dem in Patentdokument 3 beschriebenen Elektrodenelement, welches das Problem verursacht, dass ein Teil einer ersten Metallphase aus einer Ni-Cr-Legierung oder dergleichen bei der regelmäßig wiederholten Wärmelast lokal eine hohe Temperatur erreicht, verschlechtert sich jedoch dieser Teil oder oxidiert er und nimmt ein Widerstand des Elektrodenelements zu. Ferner verschlechtert sich wegen einer lokalen Schädigung oder einer Oxidation des Elektrodenelements eine Wärmeerzeugungsverteilung in dem Elektrodenelement weiter und könnte das durch thermisches Spritzen gebildete Elektrodenelement schließlich schmelzen.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Probleme entwickelt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Wabenstruktur, welche ein Katalysatorträger ist und außerdem als eine Heizung fungiert, wenn eine elektrische Spannung daran angelegt ist, und welche vor allem eine hervorragende Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit eines Elektrodenelements aufweist, und ein Herstellungsverfahren der Wabenstruktur bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass die Beständigkeit des Elektrodenelements gegen Beaufschlagung mit Strom als eine Beständigkeit des Elektrodenelements gegen eine Wärmelast durch Wärmeerzeugung des Elektrodenelements infolge von Stromzufuhr bezeichnet wird und insbesondere als eine Beständigkeit des Elektrodenelements gegen eine Wärmelast durch regelmäßig wiederholte Wärmeerzeugung bezeichnet wird.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, werden gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur und ein Herstellungsverfahren der Wabenstruktur wie folgt bereitgestellt.
[1] Wabenstruktur, enthaltend einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente, wobei der Wabenstruktur-Körper poröse Trennwände und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand hat und in dem Wabenstruktur-Körper die Trennwände eine Vielzahl sich von einer ersten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers zu einer zweiten Stirnseite desselben erstreckender Waben definieren, der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff besteht und ein Paar Elektrodenelemente metallisches Silicium und Bor enthält, mindestens ein Teil des Elektrodenelements aus einem Verbundwerkstoff besteht, der als eine Hauptkomponente 100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltendes Silicium enthält, und in dem Verbundwerkstoff ein Volumenverhältnis des 100 bis 10000 ppm Bor enthaltenden Siliciums in dem Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr beträgt und ein spezifischer elektrischer Widerstand der aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenelemente zwischen 20 µΩcm und 0,1 Qcm liegt, wobei der Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, ein Metallborid oder ein Borid oder beides enthält.
[2] Wabenstruktur nach dem obigen Punkt [1], wobei der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements zwischen 0,001 und 0,1 Qcm liegt, nachdem eine Wärmebehandlung bei einer Atmosphärentemperatur von 1000 °C 72 Stunden lang durchgeführt wurde.
[3] Wabenstruktur nach dem obigen Punkt [1] oder [2], wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements zwischen 3,0 und 6,5 × 10^-6/K liegt.
[4] Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [3], wobei das Metallborid mindestens eines aus der aus CrB, CrB₂, ZrB₂, TaB₂, NbB₂, WB und MoB bestehenden Gruppe ist.
[5] Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [3], wobei das Borid BN oder B₄C oder beides ist.
[6] Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [5], ferner enthaltend eine leitende Zwischenschicht aus einem Siliciumcarbid oder metallisches Silicium oder beides enthaltenden Werkstoff zwischen der Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers und dem Elektrodenelement.
[7] Wabenstruktur nach dem obigen Punkt [6], wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand der leitenden Zwischenschicht zwischen 20 µΩcm und 5 Ωcm liegt.
[8] Wabenstruktur nach einem der obigen Punkte [1] bis [7], wobei in dem Wabenstruktur-Körper eine Porosität zwischen 30 und 60% liegt, ein durchschnittlicher Porendurchmesser zwischen 2 und 15 µm liegt, eine Dicke der Trennwände zwischen 50 und 300 µm liegt, eine Wabendichte zwischen 40 und 150 Waben/cm² liegt und ein elektrischer Widerstand zwischen dem Paar Elektrodenelemente zwischen 0,1 und 100 Ω liegt.
[9] Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur nach dem obigen Punkt [1], wobei die Wabenstruktur einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente enthält, wobei der Wabenstruktur-Körper poröse Trennwände und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand hat, in dem Wabenstruktur-Körper die Trennwände eine Vielzahl sich von einer ersten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers zu einer zweiten Stirnseite desselben erstreckender Waben definieren, der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff besteht, das Herstellungsverfahren enthaltend einen Schritt des thermischen Spritzens oder des Aufbringens eines Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite einer Seitenfläche eines säulenförmigen Waben-Formkörpers oder eines durch Brennen des Waben-Formkörpers erhaltenen Waben-Brennkörpers, um ein Paar Elektrodenelemente auf der Seite der Seitenfläche des Waben-Formkörpers oder des Waben-Brennkörpers zu bilden, wobei ein festkörperähnliches Silicium und Pulver aus einem Metallborid oder einem Borid oder beidem enthaltendes Gemisch als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial verwendet wird und das Gemisch thermisch gespritzt wird oder das aufgebrachte Gemisch auf eine Temperatur von 1400 °C oder höher erwärmt wird, um das Silicium in dem Gemisch zu schmelzen, um dadurch die Elektrodenelemente zu bilden.
Eine Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung enthält einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche dieses Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente. Ferner besteht bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff. Ferner enthält das Paar Elektrodenelemente metallisches Silicium und Bor. Ferner besteht mindestens ein Teil des Elektrodenelements aus einem 100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltendes Silicium als eine Hauptkomponente enthaltenden Verbundwerkstoff. In dem Verbundwerkstoff beträgt ein Volumenverhältnis von 100 bis 10000 ppm Bor enthaltendem Silicium in dem Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr. Ferner liegt ein spezifischer elektrischer Widerstand des aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenelements zwischen 20 µΩcm und 0,1 Ωcm.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysatorträger und fungiert außerdem als eine Heizung, wenn eine elektrische Spannung daran angelegt ist. Insbesondere ist bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements sehr niedrig. Ferner legt die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die Wirkung an den Tag, dass das Elektrodenelement eine hervorragende Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit aufweist. Insbesondere weist das Elektrodenelement der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit gegen eine Wärmelast auf. Folglich schälen sich die Elektrodenelemente, selbst wenn das Elektrodenelement der Wabenstruktur infolge von Wärmeerzeugung durch regelmäßig wiederholte Beaufschlagung mit Strom eine Wärmelast aufnimmt, nur schwer von dem Wabenstruktur-Körper ab und wird eine Schädigung oder dergleichen des Elektrodenelements wirkungsvoll verhindert.
Ferner ist das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren zum Herstellen der oben erwähnten Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung und kann die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung leicht hergestellt werden und kann sie zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht, welche einen parallel zu einer Wabenausdehnungsrichtung einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht, welche einen senkrecht zu der Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
5 ist eine schematische Ansicht, welche einen parallel zu einer Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt;
6 ist eine Vorderansicht, welche die Wabenstruktur gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt; und
7 ist eine Vorderansicht, welche die Wabenstruktur gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und auf der Grundlage durchschnittlicher Kenntnisse eines Fachmanns Änderungen, Verbesserungen und dergleichen an der Ausführung zweckmäßig vorgenommen werden können, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur:

Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Wabenstruktur 100, welche einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper 4 und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 angeordneter Elektrodenelemente 21 und 21 enthält. Der Wabenstruktur-Körper 4 hat poröse Trennwände 1 und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand 3. In dem Wabenstruktur-Körper 4 ist eine Vielzahl von Waben 2 definiert, welche als Durchgangskanäle für ein Fluid fungieren und sich von einer ersten Stirnseite 11 einer Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers 4 zu einer zweiten Stirnseite 12 der anderen Stirnseite erstrecken. Es ist zu beachten, dass „das Paar Elektrodenelemente 21 und 21 ist auf der Seite der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 angeordnet“ bedeutet, dass das Paar Elektrodenelemente 21 und 21 direkt auf der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 angeordnet ist, und darüber hinaus, dass ein weiteres Element, welches leitend ist, zwischen den Elektrodenelementen 21 und 21 angeordnet ist.

Bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform besteht der Wabenstruktur-Körper 4 aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff. Ferner enthält das Paar Elektrodenelemente 21 und 21 bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform metallisches Silicium und Bor. Ferner besteht mindestens ein Teil des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 aus einem als eine Hauptkomponente 100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltendes Silicium enthaltenden Verbundwerkstoff. Ferner beträgt in dem oben erwähnten Verbundwerkstoff, aus welchem das Elektrodenelement 21 besteht, ein Volumenverhältnis von „100 bis 10000 ppm Bor enthaltendem Silicium“ in dem Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr. Im Folgenden wird das oben erwähnte „100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltende Silicium“ bisweilen als „borhaltiges Silicium“ bezeichnet. Ferner wird der „borhaltiges Silicium als die Hauptkomponente enthaltende Verbundwerkstoff‟ bisweilen als der „spezielle Verbundwerkstoff‟ bezeichnet. Das heißt, der spezielle Verbundwerkstoff wird als ein Werkstoff bezeichnet, bei welchem ein Verhältnis eines Volumens von borhaltigem Silicium zu einem Volumen des speziellen Verbundwerkstoffs 70 Volumen-% oder mehr beträgt. Mit der Hauptkomponente des speziellen Verbundwerkstoffs ist die Komponente gemeint, bei welcher ein Verhältnis eines Volumens der Komponente in dem speziellen Verbundwerkstoff 70 Volumen% oder mehr beträgt. Ferner liegt ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements 21 aus diesem speziellen Verbundwerkstoff zwischen 20 µΩcm und 0,1 Ωcm.
Die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Katalysatorträger und fungiert außerdem als eine Heizung, wenn eine elektrische Spannung daran angelegt ist. Insbesondere enthält die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform das einen solchen speziellen Verbundwerkstoff wie oben beschrieben enthaltende Elektrodenelement 21, und daher ist der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements 21 niedrig. Ferner enthält die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform das den oben erwähnten speziellen Verbundwerkstoff enthaltende Elektrodenelement 21, und daher weist das Elektrodenelement 21 eine hervorragende Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und eine hervorragende Wärmeschockfestigkeit auf. Insbesondere weist das Elektrodenelement 21 der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit gegen eine Wärmelast auf. Folglich schält sich das den speziellen Verbundwerkstoff enthaltende Elektrodenelement 21, selbst wenn das Elektrodenelement 21 der Wabenstruktur 100 infolge von Wärmeerzeugung während regelmäßig wiederholter Beaufschlagungen mit Strom die Wärmelast aufnimmt, nur schwer von dem Wabenstruktur-Körper 4 ab und wird eine Schädigung oder dergleichen des Elektrodenelements 21 wirkungsvoll verhindert.
Der Grund, aus welchem das den speziellen Verbundwerkstoff enthaltende Elektrodenelement 21 eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit aufweist, ist, dass metallisches Silicium (Si) als ein Werkstoff des Elektrodenelements 21 verwendet wird. Das Einbringen einer bestimmten Menge Bor in dieses metallische Silicium ermöglicht, den spezifischen elektrischen Widerstand des Siliciums zu verringern. Im Folgenden wird das Einbringen von Bor in Silicium bisweilen als „Dotieren von Silicium mit Bor“ bezeichnet. Ferner wird ein Gehalt von Bor in Silicium als eine „Menge als Dotierung zuzusetzenden Bors“ bezeichnet, wenn Silicium mit Bor dotiert ist. Wenn die Menge als Dotierung zuzusetzenden Bors allzu klein ist, könnte der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements nicht genügend verringert werden. Ferner könnte, wenn die Menge als Dotierung zuzusetzenden Bors allzu groß ist, ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements so erhöht werden, dass eine Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Elektrodenelement und einem Element, auf welchem das Elektrodenelement angeordnet ist, erzeugt wird, was sich ungünstig auf eine Wärmebeständigkeit auswirkt.
Hier ist 1 eine perspektivische Ansicht, welche die Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 2 ist eine schematische Ansicht, welche einen parallel zu einer Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt. 3 ist eine schematische Ansicht, welche einen senkrecht zu der Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt. Es ist zu beachten, dass in 3 die Trennwände weggelassen sind.
Bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann mindestens ein Teil des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 aus dem „speziellen Verbundwerkstoff“ bestehen. Zum Beispiel kann in einem Fall, in welchem das eine des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 als ein „erstes Elektrodenelement“ definiert ist und das andere Elektrodenelement des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 als ein „zweites Elektrodenelement“ definiert ist, mindestens eines des ersten Elektrodenelements und des zweiten Elektrodenelements aus dem „speziellen Verbundwerkstoff“ bestehen. Ferner kann ein Teil des ersten Elektrodenelements oder ein Teil des zweiten Elektrodenelements aus dem „speziellen Verbundwerkstoff bestehen.
In dem speziellen Verbundwerkstoff beträgt das „Volumenverhältnis von borhaltigem Silicium“ in diesem speziellen Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr. Bei einem kleineren Volumenverhältnis von borhaltigem Silicium als 70 Volumen-% verschlechtern sich die Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und die Wärmeschockfestigkeit des aus dem speziellen Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenelements. Das Volumenverhältnis von borhaltigem Silicium liegt bevorzugt zwischen 70 und 98 Volumen-%, bevorzugter zwischen 80 und 98 Volumen-% und besonders bevorzugt zwischen 80 und 92 Volumen-%. Gemäß einer solchen Beschaffenheit werden die Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und die Wärmeschockfestigkeit der Elektrodenelemente zweckmäßiger.
Ferner ist es wichtig, dass in dem speziellen Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, enthaltenes „borhaltiges Silicium“ 100 bis 10000 ppm Bor enthaltendes Silicium ist. Wenn eine Menge Bor in Silicium kleiner als 100 ppm oder größer als 10000 ppm ist, tritt eine die Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom und die Wärmeschockfestigkeit der Elektrodenelemente verbessernde Wirkung nicht genügend in Erscheinung. Das borhaltige Silicium ist 100 bis 10000 ppm Bor enthaltendes Silicium. Jedoch liegt eine Menge Bor in Silicium bevorzugt zwischen 200 und 7000 ppm, bevorzugter zwischen 400 und 7000 ppm und besonders bevorzugt zwischen 400 und 6000 ppm. Es ist zu beachten, dass die Menge Bor in Silicium ein Verhältnis der Anzahl von Boratomen in Silicium zu der Anzahl von Siliciumatomen ist.
Das „Volumenverhältnis von borhaltigem Silicium“ in dem speziellen Verbundwerkstoff kann durch Abbilden eines Querschnitts des Elektrodenelements der Wabenstruktur mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) gemessen werden. Speziell kann das „Volumenverhältnis von borhaltigem Silicium“ in dem speziellen Verbundwerkstoff mittels des folgenden Verfahrens gemessen werden. Es ist zu beachten, dass in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren gleichzeitig ein Volumenverhältnis einer anderen Komponente in dem speziellen Verbundwerkstoff gemessen werden kann. Zuerst wird das Elektrodenelement durchgeschnitten, um den Querschnitt des Elektrodenelements freizulegen. Dann werden Unebenheiten des Querschnitts des Elektrodenelements mit einem Harz gefüllt und wird ferner die mit dem Harz gefüllte Oberfläche poliert. Dann wird die polierte Oberfläche des Elektrodenelements betrachtet und wird eine Elementaranalyse des Werkstoffs, aus welchem das Elektrodenelement besteht, durchgeführt. Die Betrachtung der polierten Oberfläche kann mittels einer energiedispersiven Röntgenanalyse durchgeführt werden. Im Folgenden wird die energiedispersive Röntgenanalyse bisweilen als „EDRS-Analyse“ bezeichnet. „EDRS“ ist eine Abkürzung für „energiedispersive Röntgenspektroskopie“.
Dann wird, was einen als „Silicium“ unterschiedenen Teil in der polierten Oberfläche anbelangt, mittels des folgenden Verfahrens unterschieden, ob das Silicium „ein anderes Element“ enthält. Was ein Gebiet, in welchem ein Element Silicium erfasst wird, anbelangt, wird ein Teil, in welchem ein anderes Element als das Element Silicium erfasst wird, mit einer Querschnittsfotografie der polierten Oberfläche und Mapping durch ESMA-Analyse als die „andere Komponente“ unterschieden. „ESMA“ ist eine Abkürzung von „Elektronenstrahl-Mikroanalyse“. Es ist zu beachten, dass dabei nicht unterschieden wird, ob das unterschiedene Silicium „borhaltiges Silicium“ ist. Zu Beispielen des „anderen Elements“ zählen Bor und ein Metallborid oder ein Borid, welches als eine Borquelle in Silicium vorliegt.
Dann wird eine Betrachtung so durchgeführt, dass jede in der ESMA-Analyse unterschiedene Komponente durch das Rasterelektronenmikroskop schattiert wird. Aus Betrachtungsergebnissen von 6 Bildfeldern bei einer 200-fachen Vergrößerung wird mittels einer Bildverarbeitungs-Software ein Verhältnis jeder Komponente gemessen, und man erhält Belegungsverhältnisse (Flächen-%) von Silicium und den anderen Komponenten in dem REM-Bild, um den Wert als ein Verhältnis eines Volumens (Volumen-%) jeder Komponente zu definieren. Als die Bildverarbeitungs-Software kann „ImagePro“ (Handelsname), hergestellt von Nihon Visual Science, Inc., verwendet werden.
Ferner wird bei der ESMA-Analyse nur das Element Silicium erfasst oder werden Silicium und Bor erfasst, und was den als „Silicium“ unterschiedenen Teil anbelangt, wird mittels des folgenden Verfahrens eine Menge Bor in Silicium festgelegt.
Zuerst wird das die als „Silicium“ unterschiedene Position enthaltende Elektrodenelement in ungefähr einige Millimeter geschnitten und wird mittels eines Breitionenstrahl-Verfahrens ein Querschnitt des geschnittenen Elektrodenelements hergestellt, wodurch eine Probe zum Messen der Menge Bor hergestellt wird. Das Breitionenstrahl-Verfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Probenquerschnitts unter Verwendung eines Argonionenstrahls. Speziell wird bei dem Verfahren eine Abschirmplatte direkt auf der Probe angeordnet und mit einem breiten Argonionenstrahl bestrahlt, um die Probe zu ätzen, wodurch der Querschnitt der Probe entlang einer Stirnseite der Abschirmplatte hergestellt wird. Im Folgenden wird das Breitionenstrahl-Verfahren bisweilen als „BIB-Verfahren“ bezeichnet. Dann wird, was die Probe anbelangt, deren Querschnitt hergestellt wird, Bor in Silicium mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (TOF-SIMS) analysiert. Bei der Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie wird die Probe zuerst mit einem Primärionenstrahl bestrahlt und werden Sekundärionen aus der Oberfläche der Probe emittiert. Ferner werden die emittierten Sekundärionen in ein Flugzeit-Massenspektrometer geleitet, um ein Massenspektrum der äußersten Oberfläche der Probe zu erhalten. Ferner wird die Probe mittels des erhaltenen Massenspektrums analysiert. Es ist zu beachten, dass bei der Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie die Elementeanalyse von B, Cr und dergleichen in Si durchgeführt werden kann und dass man eine Menge (ppm) B oder Cr in Si durch eine Umwandlung auf der Grundlage eines Zusammenhangs zwischen einer Spektralintensität von B oder Cr in Si und einer Konzentration derselben erhält.
Mit dem spezifischen elektrischen Widerstand des Elektrodenelements ist der spezifische elektrische Widerstand bei 25 °C gemeint. In der vorliegenden Anmeldung ist der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements, sofern nicht anders angegeben, der spezifische elektrische Widerstand bei 25 °C. Der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements kann mittels des folgenden Verfahrens gemessen werden. Zuerst wird eine Messprobe mit einer Längsabmessung von 0,2 mm × einer Querabmessung von 4 mm × einer Länge von 40 mm aus dem Elektrodenelement hergestellt. Im Folgenden wird die Messprobe zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements als „Messprobe 1“ bezeichnet. Ferner wird eine Richtung von einem Ende eines Gebiets, wo eine Länge der Messprobe 1 40 mm beträgt, zu dem anderen Ende hin bisweilen als eine „Längenrichtung der Messprobe 1“ bezeichnet. Dann werden die gesamten Oberflächen beider Endteile der Messprobe 1 in der Längenrichtung mit einer Silberpaste überzogen und verdrahtet, um eine Beaufschlagung mit Strom zu ermöglichen. Dann wird Messprobe 1 an eine eine Spannung anlegende Strommessvorrichtung angeschlossen und wird eine Spannung an Messprobe 1 angelegt. Eine Spannung von 10 bis 200 V wird angelegt, und ein Stromwert und ein Spannungswert werden in einem Zustand bei 25 °C gemessen, und der spezifische elektrische Widerstand wird aus dem erhaltenen Stromwert und dem erhaltenen Spannungswert und den Abmessungen der Messprobe 1 berechnet. Ferner wird, wenn das Elektrodenelement kleiner als die Größe der Messprobe 1 mit der Längsabmessung von 0,2 mm × der Querabmessung von 4 mm × der Länge von 40 mm ist und die Messprobe 1 nicht erzielbar ist, eine kleinere Messprobe als die Messprobe zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands hergestellt. In einem Fall, in welchem das Elektrodenelement überdies kleiner ist und es schwierig ist, das Elektrodenelement von dem Wabenstruktur-Körper zu unterscheiden, wird der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenelemente zusammen mit der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers gemessen und wird der spezifische elektrische Widerstand der Messprobe 1 aus einem Verhältnis einer Dicke des Elektrodenelements zu einer Dicke der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers und dem spezifischen elektrischen Widerstand der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers berechnet. In einem Fall, in welchem es wegen der Größe, der Form und dergleichen der Elektrodenelemente der Wabenstruktur schwierig ist, die Messprobe 1 zu entnehmen, kann zur Verwendung beim Messen des spezifischen elektrischen Widerstands ein Probestück aus dem gleichen Werkstoff wie demjenigen der Elektrodenelemente angefertigt werden.
Die Elektrodenelemente haben einen spezifischen elektrischen Widerstand von 20 µΩcm bis 0,1 Ωcm und haben einen niedrigen Widerstand. Solche Elektrodenelemente haben den Vorteil, dass der Wabenstruktur-Körper gleichmäßig Wärme erzeugen kann. Ein unterer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements beträgt 20 µΩcm. Jedoch beträgt der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements bevorzugt 100 µΩcm und besonders bevorzugt 0,001 Ωcm. Ferner beträgt ein oberer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements 0,1 Ωcm. Jedoch beträgt der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements bevorzugt 0,09 Ωcm und besonders bevorzugt 0,05 Ωcm.
Ein Wert des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements könnte sich infolge eines Dauergebrauchs der Wabenstruktur ändern. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem die Elektrodenelemente infolge des Dauergebrauchs der Wabenstruktur Wärmelasten aufnehmen, könnten die Elektrodenelemente sich verschlechtern oder oxidieren, um den spezifischen elektrischen Widerstand der Elektrodenelemente zu erhöhen. Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform liegt der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements bevorzugt zwischen 0,001 und 0,1 Qcm, nachdem eine Wärmebehandlung bei einer Atmosphärentemperatur von 1000 °C 72 Stunden lang durchgeführt wurde. Die oben erwähnte Wärmebehandlung lässt Eigenschaften bezüglich der Oxidationsbeständigkeit der Elektrodenelemente erkennen, was bedeutet, dass der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform auch bei der oben erwähnten Wärmebehandlung in einem Bereich von 0,001 bis 0,1 Qcm gehalten wird. Es ist zu beachten, dass ein spezielles Wärmebehandlungsverfahren der Wabenstruktur wie folgt abläuft. Die Wabenstruktur wird in einen Elektroofen eingebracht, und eine Temperatur des Elektroofens steigt mit einer Geschwindigkeit von 300 °C/Stunde von Zimmertemperatur auf 1000 °C. Die Atmosphäre in dem Elektroofen ist die Luftatmosphäre. Die Wabenstruktur wird 72 Stunden lang in einem Zustand gehalten, in welchem die Temperatur auf 1000 °C angehoben ist, und dann wird die Wabenstruktur aus dem Elektroofen entnommen. Es ist zu beachten, dass die aus dem Elektroofen entnommene Wabenstruktur in der Luftatmosphäre abgekühlt wird.
Bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann der spezielle Verbundwerkstoff, aus welchem mindestens ein Teil des Elektrodenelements 21 besteht, ein Metallborid oder ein Borid oder beides enthalten. Das Metallborid und Borid werden Versorgungsquellen zum Einbringen von Bor in Silicium, welches die Hauptkomponente des speziellen Verbundwerkstoffs ist. Ein Verhältnis des Metallborids und Borids zu einem Volumen des speziellen Verbundwerkstoffs ist kleiner als 30%. Das Volumenverhältnis des in dem speziellen Verbundwerkstoff enthaltenen Metallborids und Borids kann man auf die gleiche Weise erhalten wie das Volumenverhältnis von in dem speziellen Verbundwerkstoff enthaltenem borhaltigem Silicium. Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform enthält der spezielle Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, bevorzugt keine anderen Komponenten als das Metallborid und Borid, welche die Borquelle werden, abgesehen von unvermeidlich vorhandenen Verunreinigungen.
Das in dem speziellen Verbundwerkstoff enthaltene Metallborid ist bevorzugt mindestens eines aus der aus CrB, CrB₂, ZrB₂, TaB₂, NbB₂, WB und MoB bestehenden Gruppe. Wenn der spezielle Verbundwerkstoff ein solches Metallborid enthält, kann Silicium, welches die Hauptkomponente des speziellen Verbundwerkstoffs ist, tatsächlich eine vordefinierte Menge Bor enthalten. Von den als die Metallboride veranschaulichten Komponenten hat zum Beispiel „CrB“ einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 45 µΩcm, und in den Elektrodenelementen aus dem CrB enthaltenden speziellen Verbundwerkstoff geht ein anfänglicher spezifischer elektrischer Widerstand gegenüber den eine andere Komponente enthaltenden Elektrodenelementen zurück. Folglich kann zum Beispiel in den Elektrodenelementen aus dem CrB enthaltenden speziellen Verbundwerkstoff, selbst wenn CrB in dem speziellen Verbundwerkstoff oxidiert, eine die Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands der Elektrodenelemente verhindernde Wirkung leicht erzielt werden, weil ein einen größeren Teil des speziellen Verbundwerkstoffs belegender Siliciumteil mit Bor dotiert ist.
Ferner ist das in dem speziellen Verbundwerkstoff enthaltene Borid bevorzugt BN oder B₄C oder beides. Außerdem kann, was ein solches Borid anbelangt, die vordefinierte Menge Bor in Silicium, welches die Hauptkomponente des speziellen Verbundwerkstoffs ist, tatsächlich enthalten sein.
In einem Fall, in welchem ein Teil des Paars Elektrodenelemente aus dem speziellen Verbundwerkstoff besteht, kann das Elektrodenelement eines anderen Gebiets als des aus dem speziellen Verbundwerkstoff bestehenden Teils zum Beispiel aus einer leitenden Keramik oder einem Metall außer dem speziellen Verbundwerkstoff bestehen. Zu Beispielen eines anderen Werkstoffs als des speziellen Verbundwerkstoffs zählen ein Siliciumcarbid oder Silicium oder beides enthaltender Werkstoff, ein ein Metallsilicid enthaltender Werkstoff und ein Ni oder Cr oder beides enthaltender Werkstoff.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements liegt bevorzugt zwischen 3,0 und 6,5 x 10^-6/K, bevorzugter zwischen 3,5 und 6,5 × 10^-6/K und besonders bevorzugt zwischen 4,0 und 6,0 × 10^-6/K. Bei einem zwischen 3,0 und 6,5 × 10^-6/K liegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements ergibt sich eine geringere Wärmeausdehnungsdifferenz nur zwischen dem Elektrodenelement und dem Wabenstruktur-Körper und verbessert sich die Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom. Zum Beispiel kommt es bei einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements als 3,0 × 10^-6/K ungünstigerweise zu einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Wabenstruktur-Körper und dem Elektrodenelement, wenn im Innern ein Abgas hoher Temperatur strömt. Ferner kommt es auch bei einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements als 6,5 × 10^-6/K ungünstigerweise zu einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Wabenstruktur-Körper und dem Elektrodenelement.
Mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements ist der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 25 bis 800 °C gemeint. In der vorliegenden Anmeldung ist der Wärmeausdehnungskoeffizient, sofern nicht anders angegeben, der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 25 bis 800 °C. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements kann mittels des folgenden Verfahrens gemessen werden. Zuerst wird eine Messprobe mit einer Längsabmessung von 0,2 mm × einer Querabmessung von 4 mm × einer Länge von 50 mm aus dem Elektrodenelement hergestellt. Im Folgenden wird die Messprobe zum Messen des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements als „Messprobe 2“ bezeichnet. Ferner wird eine Richtung von einem Ende eines Gebiets, wo eine Länge der Messprobe 2 50 mm beträgt, zu dem anderen Ende hin bisweilen als eine „Längenrichtung der Messprobe 2“ bezeichnet. Die Messprobe 2 wird so aus dem Elektrodenelement der Wabenstruktur geschnitten und hergestellt, dass die Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur der Längenrichtung der Messprobe 2 entspricht. In einem Fall, in welchem das Elektrodenelement kleiner als die Größe der Messprobe 2 mit der Längsabmessung von 0,2 mm × der Querabmessung von 4 mm × der Länge von 50 mm ist und die Messprobe 2 nicht aus dem Elektrodenelement gewonnen werden kann, wird als die Messprobe zum Messen des Wärmeausdehnungskoeffizienten eine kleinere Messprobe hergestellt. In einem Fall, in welchem das Elektrodenelement überdies kleiner als die oben erwähnte Größe der Messprobe 2 ist und es schwierig ist, das Elektrodenelement von dem Wabenstruktur-Körper zu unterscheiden, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der Elektrodenelemente zusammen mit der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers gemessen und wird der Wärmeausdehnungskoeffizient der Messprobe 2 aus dem Verhältnis der Dicke des Elektrodenelements zu der Dicke der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Umfangswand des Wabenstruktur-Körpers berechnet. Darüber hinaus kann in einem Fall, in welchem es wegen der Größe, Form und dergleichen der Elektrodenelemente der Wabenstruktur schwierig ist, die Messprobe 2 zu entnehmen, zur Verwendung beim Messen des Wärmeausdehnungskoeffizienten ein Probestück aus dem gleichen Werkstoff wie demjenigen der Elektrodenelemente gefertigt werden. Was die wie oben beschrieben hergestellte Messprobe 2 anbelangt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 25 bis 800 °C mittels eines auf JIS R 1618 beruhenden Verfahrens gemessen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 25 bis 800 °C wird in der Längenrichtung der Messprobe 2 gemessen. Als ein Thermodilatometer kann das von Bruker AXS K.K. hergestellte „TD5000S“ (Handelsname) verwendet werden. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Messprobe 2, welcher mittels des obigen Verfahrens gemessen wird, ist der „Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements bei 25 bis 800 °C“.
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Dicke des Elektrodenelements. Zum Beispiel liegt die Dicke des Elektrodenelements bevorzugt zwischen 50 und 500 µm. Bei zwischen 50 und 500 µm liegender Dicke des Elektrodenelements erzeugt der Wabenstruktur-Körper mühelos gleichmäßig Wärme und wird auch die Wärmeschockfestigkeit des Elektrodenelements zweckmäßig. Zum Beispiel könnte es, wenn die Dicke des Elektrodenelements kleiner als 50 µm ist, für den Wabenstruktur-Körper schwierig sein, gleichmäßig Wärme zu erzeugen, weil das Elektrodenelement allzu dünn ist. Ferner kommt es, wenn die Dicke des Elektrodenelements größer als 500 µm ist, leicht zu Rissen in einer Außenwand der Wabenstruktur in der Nähe des Elektrodenelements und könnte die Wärmeschockfestigkeit abnehmen. Die Dicke des Elektrodenelements kann anhand eines durch Abbilden eines Querschnitts der Wabenstruktur, welcher senkrecht zu der Wabenausdehnungsrichtung liegt, erhaltenen Bilds mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) gemessen werden.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist jedes des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt zu einer sich in der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 des Wabenstruktur-Körpers 4 erstreckenden bandähnlichen Form gebildet. In dem Querschnitt senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 beträgt das 0,5-fache eines Mittelpunktwinkels α jedes der Elektrodenelemente 21 und 21 (d.h., ein dem 0,5-fachen des Mittelpunktwinkels α entsprechender Winkel θ) bevorzugt zwischen 10° und 65° und bevorzugter zwischen 30° und 60°. Gemäß dieser Beschaffenheit kann die Abweichung des innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 fließenden Stroms weiter wirkungsvoll gesteuert werden, wenn eine Spannung zwischen dem Paar Elektrodenelemente 21 und 21 angelegt ist. Das heißt, der innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 fließende Strom kann gleichmäßiger fließen. Folglich kann die Abweichung der Wärmeerzeugung innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 weiter wirkungsvoll gesteuert werden. Wie in 3 gezeigt, ist der „Mittelpunktwinkel α des Elektrodenelements 21“ ein durch zwei beide Enden des Elektrodenelements 21 mit einem Mittelpunkt O des Wabenstruktur-Körpers 4 verbindende Geradensegmente in dem Querschnitt senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 gebildeter Winkel. In anderen Worten, der „Mittelpunktwinkel α des Elektrodenelements 21“ ist ein Innenwinkel eines Teils mit dem Mittelpunkt O in einer durch das „Elektrodenelement 21“, das „den einen Endteil des Elektrodenelements mit dem Mittelpunkt O verbindende Geradensegment“ und das „den anderen Endteil des Elektrodenelements 21 mit dem Mittelpunkt O verbindende Geradensegment“ gebildeten Form (zum Beispiel einer Fächerform).
Ferner hat der „dem 0,5-fachen des Mittelpunktwinkels α entsprechende Winkel θ“ des einen Elektrodenelements 21 eine Größe, welche bevorzugt das 0,8- bis 1 ,2-fache und bevorzugter das 1,0-fache (gleich groß) des „dem 0,5-fachen des Mittelpunktwinkel α entsprechende Winkels θ“ des anderen Elektrodenelements 21 beträgt. Infolgedessen kann die Abweichung des innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 fließenden Stroms weiter wirkungsvoll gesteuert werden, wenn eine Spannung zwischen dem Paar Elektrodenelemente 21 und 21 angelegt ist, und kann daher die Abweichung der Wärmeerzeugung innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 weiter wirkungsvoll gesteuert werden.
Bei der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur 100 ist jedes des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 so gebildet, dass es sich in der Wabenausdehnungsrichtung des Wabenstruktur-Körpers 4 erstreckt. Ferner kann bei der Wabenstruktur 100 jedes des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 zu einer bandähnlichen Form in der Wabenausdehnungsrichtung „über beide Endteile“ des Wabenstruktur-Körpers 4 hinweg gebildet sein. Somit, da das Paar Elektrodenelemente 21 und 21 über beide Endteile des Wabenstruktur-Körpers 4 hinweg angeordnet ist, und kann daher die Abweichung des innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 fließenden Stroms weiter wirkungsvoll gesteuert werden, wenn eine Spannung zwischen dem Paar Elektrodenelemente 21 und 21 angelegt ist. Ferner kann bei der Wabenstruktur 100 mit dieser Beschaffenheit die Abweichung der Wärmeerzeugung innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 weiter wirkungsvoll gesteuert werden. Hier ist, wenn „das Elektrodenelement 21 über beide Endteile des Wabenstruktur-Körpers 4 hinweg angeordnet“ ist, der folgende Zustand gemeint. Das heißt, dies bedeutet, dass der eine Endteil des Elektrodenelements 21 mit dem einen Endteil des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht, während der andere Endteil des Elektrodenelements 21 mit dem anderen Endteil des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht.
Hier wird nun eine weitere Konfiguration des Elektrodenelements der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist es auch eine bevorzugte Konfiguration, dass beide Endteile des Elektrodenelements „in der Wabenausdehnungsrichtung des Wabenstruktur-Körpers“ nicht mit der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers in Kontakt stehen. Zum Beispiel stehen, wie in 4 und 5 gezeigt, beide Endteile 21a und 21b eines Elektrodenelements 21 „in einer Ausdehnungsrichtung von Waben 2 eines Wabenstruktur-Körpers 4“ mit beiden Endteilen des Wabenstruktur-Körpers 4 nicht in Kontakt. Es ist zu beachten, dass der oben erwähnte „Nicht-in-Kontakt-Zustand“ ein Zustand ist, in welchem beide Endteile 21a und 21b des Elektrodenelements 21 nicht bis zu einer ersten Stirnseite 11 und einer zweiten Stirnseite 12 des Wabenstruktur-Körpers 4 reichen. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform (eine Wabenstruktur 200) der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. 5 ist eine schematische Ansicht, welche einen parallel zu der Wabenausdehnungsrichtung der Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform (der Wabenstruktur 200) der vorliegenden Erfindung liegenden Querschnitt zeigt. Bei der in 4 und 5 gezeigten Wabenstruktur 200 sind gleiche Komponenten wie diejenigen der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur 100 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden diese nicht beschrieben. Ferner ist eine weitere bevorzugte Konfiguration, dass ein Endteil des Elektrodenelements 21 zum Beispiel mit der ersten Stirnseite 11 des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht, während der andere Endteil des Elektrodenelements 21 nicht mit der zweiten Stirnseite 12 des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht. Somit kann in einem Zustand, in welchem mindestens ein Endteil des Elektrodenelements 21 nicht mit der ersten Stirnseite 11 oder der zweiten Stirnseite 12 des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht, die Wärmeschockfestigkeit der Wabenstruktur verbessert werden. Das heißt, aufgrund des Aspekts „Verbessern der Wärmeschockfestigkeit der Wabenstruktur“ ist es vorzuziehen, dass mindestens ein Endteil jedes des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 nicht mit der ersten Stirnseite 11 oder der zweiten Stirnseite 12 des Wabenstruktur-Körpers 4 in Kontakt steht. Aufgrund des obigen ist es in einem Fall, in welchem davon ausgegangen wird, dass der Aspekt „kann die Abweichung des innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 fließenden Stroms weiter wirkungsvoll gesteuert werden und kann daher die Abweichung der Wärmeerzeugung innerhalb des Wabenstruktur-Körpers 4 weiter wirkungsvoll gesteuert werden“ wichtig ist, vorzuziehen, dass das Paar Elektrodenelemente 21 und 21 über beide Endteile des Wabenstruktur-Körpers 4 hinweg angeordnet ist. Andererseits ist es in einem Fall, in welchem davon ausgegangen wird, dass der Aspekt „Verbessern der Wärmeschockfestigkeit der Wabenstruktur“ wichtig ist, vorzuziehen, dass mindestens ein Endteil jedes des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 nicht bis zu der ersten Stirnseite 11 oder der zweiten Stirnseite 12 des Wabenstruktur-Körpers 4 reicht.
Bei der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur 100 hat das Elektrodenelement 21 eine wie durch Krümmen eines ebenen, flächenhaften rechteckigen Elements entlang eines Außenumfangs eines rundsäulenförmigen Wabenstruktur-Körpers 4 erhaltene Form. Hier wird die Form zu einer Zeit, zu welcher das gekrümmte Elektrodenelement 21 zu einem ebenen, flächenhaften Element, welches nicht gekrümmt ist, verformt ist, als eine „planare Form“ des Elektrodenelements 21 bezeichnet. Die „planare Form“ des in 1 bis 3 gezeigten Elektrodenelements 21 ist eine rechteckige Form. Ferner ist mit einer „Außenumfangsform des Elektrodenelements“ die „Außenumfangsform in der planaren Form des Elektrodenelements“ gemeint.
Wie in 1 bis 3 gezeigt, kann die Außenumfangsform des bandähnlichen Elektrodenelements 21 auch eine rechteckige Form haben. Jedoch ist es noch eine weitere bevorzugte Konfiguration, dass die Außenumfangsform des bandähnlichen Elektrodenelements 21 auch eine „rechteckige Form, deren Eckteile zu einer gekrümmten Form gebildet sind“, haben kann. Ferner ist es eine weitere bevorzugte Konfiguration, dass die Außenumfangsform des bandähnlichen Elektrodenelements 21 auch eine „rechteckige Form, deren Eckteile geradlinig abgeschrägt sind“, haben kann. Eine gemischte Anwendung einer „gekrümmten Form“ und einer „geradlinigen Form“ ist ebenfalls vorzuziehen. Mit der gemischten Anwendung der „gekrümmten Form“ und der „geradlinigen Form“ ist zum Beispiel eine Form gemeint, bei welcher mindestens einer der Eckteile der rechteckigen Form eine „gekrümmt gebildete Form“ hat und mindestens einer der Eckteile der rechteckigen Form eine „geradlinig abgeschrägte Form“ hat.
Somit ist die Außenumfangsform des Elektrodenelements 21 eine „rechteckige Form, deren Eckteile zu einer gekrümmten Form gebildet sind“, oder eine „rechteckige Form, deren Eckteile geradlinig abgeschrägt sind“, und kann daher die Wärmeschockfestigkeit der Wabenstruktur 100 weiter verbessert werden. Wenn Eckteile des Elektrodenelements 21 rechtwinklig sind, besteht die Tendenz, dass eine mechanische Spannung um den „Eckteil des Elektrodenelements 21“ herum in dem Wabenstruktur-Körper 4 höher als diejenige in einem anderen Teil ist. Andererseits ist es, wenn die Eckteile des Elektrodenelements 21 zu einer gekrümmten Form gebildet oder geradlinig abgeschrägt sind, möglich, die mechanische Spannung um den „Eckteil des Elektrodenelements 21“ herum in dem Wabenstruktur-Körper 4 zu verringern.
Als der Wabenstruktur-Körper 4 zur Verwendung in der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform kann der Wabenstruktur-Körper 4 zur Verwendung in einer herkömmlichen Wabenstruktur, welcher bei daran angelegter elektrischer Spannung als die Heizung fungiert, verwendet werden. Im Folgenden wird eine Beschaffenheit des Wabenstruktur-Körpers 4 beschrieben, aber die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den unten erwähnten Wabenstruktur-Körper 4 beschränkt.
Bei der Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform besteht der Wabenstruktur-Körper 4 aus einem Werkstoff, welcher einen Siliciumcarbid-Werkstoff enthält. Zum Beispiel enthält ein Werkstoff der Trennwände 1 und der Umfangswand 3 des Wabenstruktur-Körpers 4 bevorzugt einen Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder einen Siliciumcarbid-Werkstoff als eine Hauptkomponente und ist er ferner bevorzugt der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder der Siliciumcarbid-Werkstoff. Wenn „der Werkstoff der Trennwände 1 und der Umfangswand 3 Siliciumcarbid-Partikel und einen Siliciumwerkstoff als die Hauptkomponente enthält“, ist damit gemeint, dass die Trennwände 1 und die Umfangswand 3 90 Massen-% oder mehr Siliciumcarbid-Partikel und Siliciumwerkstoff in dem gesamten Werkstoff enthalten. Bei Verwendung eines solchen Werkstoffs kann ein spezifischer elektrischer Widerstand des Wabenstruktur-Körpers 4 zum Beispiel zwischen 2 und 100 Qcm liegen. Hier enthält der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff die Siliciumcarbid-Partikel als Aggregate und Silicium als ein Bindungsmittel, welches die Siliciumcarbid-Partikel bindet, und ist die Vielzahl von Siliciumcarbid-Partikeln bevorzugt durch Silicium gebunden, so dass Poren zwischen den Siliciumcarbid-Partikeln gebildet sind. Ferner sind in dem Siliciumcarbid-Werkstoff die Siliciumcarbid-Partikel zusammengesintert. Der spezifische elektrische Widerstand des Wabenstruktur-Körpers 4 ist ein Wert bei 25 °C.
Eine Porosität der Trennwände 1 des Wabenstruktur-Körpers 4 liegt bevorzugt zwischen 30 und 60% und bevorzugter zwischen 35 und 45%. Bei einer geringeren Porosität als 30% nimmt eine Verformung während des Brennens bisweilen zu. Bei einer höheren Porosität als 60% verschlechtert sich bisweilen eine Festigkeit der Wabenstruktur. Die Porosität ist ein mit einem Quecksilberporosimeter gemessener Wert.
Ein durchschnittlicher Porendurchmesser der Trennwände 1 des Wabenstruktur-Körpers 4 liegt bevorzugt zwischen 2 und 15 µm und bevorzugter zwischen 5 und 12 µm. Bei einem kleineren durchschnittlichen Porendurchmesser als 2 µm steigt der spezifische elektrische Widerstand bisweilen übermäßig an. Bei einem größeren durchschnittlichen Porendurchmesser als 15 µm geht der spezifische elektrische Widerstand bisweilen übermäßig zurück. Der durchschnittliche Porendurchmesser ist ein mit dem Quecksilberporosimeter gemessener Wert.
Bei dem Wabenstruktur-Körper 4 liegt eine Dicke der Trennwände 1 bevorzugt zwischen 50 und 300 µm und bevorzugter zwischen 100 und 200 µm. In einem solchen Dickenbereich der Trennwände 1 kann selbst in einem Fall, in welchem die Wabenstruktur 100 als der Katalysatorträger zum Imprägnieren eines Katalysators verwendet wird, verhindert werden, dass ein Druckverlust beim Durchleiten eines Abgases übermäßig ansteigt. Bei einer kleineren Dicke der Trennwände 1 als 50 µm verschlechtert sich bisweilen die Festigkeit der Wabenstruktur 100. Bei einer größeren Dicke der Trennwände 1 als 300 µm steigt in einem Fall, in welchem die Wabenstruktur 100 als der Katalysatorträger zum Imprägnieren eines Katalysators verwendet wird, ein Druckverlust beim Durchleiten eines Abgases bisweilen übermäßig an.
Eine Wabendichte des Wabenstruktur-Körpers 4 liegt bevorzugt zwischen 40 und 150 Waben/cm² und bevorzugter zwischen 70 und 100 Waben/cm². In einem solchen Wabendichtenbereich kann eine Reinigungsleistung des Katalysators in einem Zustand, in welchem der Druckverlust beim Durchleiten des Abgases zurückgeht, gesteigert werden. Bei einer niedrigeren Wabendichte als 40 Waben/cm² kann eine Katalysatorimprägnierfläche zurückgehen. Bei einer höheren Wabendichte als 150 Waben/cm² kann der Druckverlust in dem Fall, in welchem die Wabenstruktur 100 als der Katalysatorträger zum Imprägnieren des Katalysators verwendet wird und das Abgas hindurchgeleitet wird, ansteigen.
Der spezifische elektrische Widerstand des Wabenstruktur-Körpers 4 liegt bevorzugt zwischen 0,1 und 200 Ωcm und bevorzugter zwischen 10 und 100 Ωcm. Bei einem niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als 0,1 Ωcm kann der Strom zum Beispiel in einem Fall, in welchem die Wabenstruktur 100 durch eine Stromquelle mit einer hohen Spannung von 200 V oder mehr beaufschlagt wird, übermäßig fließen. Bei einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand als 200 Ωcm fließt der Strom zum Beispiel in dem Fall, in welchem die Wabenstruktur 100 durch die Stromquelle mit der hohen Spannung von 200 V oder mehr beaufschlagt wird, nicht mühelos und wird möglicherweise nicht genügend Wärme erzeugt. Der spezifische elektrische Widerstand des Wabenstruktur-Körpers 4 ist ein mittels eines Vierleiterverfahrens gemessener Wert.
Der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements 21 ist bevorzugt niedriger als der spezifische elektrische Widerstand des Wabenstruktur-Körpers 4, und ferner beträgt der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements 21 bevorzugt 20% oder weniger und besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 10% des spezifischen elektrischen Widerstands des Wabenstruktur-Körpers 4. Wenn der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements 21 20% oder weniger des spezifischen elektrischen Widerstands des Wabenstruktur-Körpers 4 beträgt, fungiert das Elektrodenelement 21 weiter wirkungsvoll als die Elektrode.
In einem Fall, in welchem der Werkstoff des Wabenstruktur-Körpers 4 der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist, ist es vorzuziehen, dass der Wabenstruktur-Körper 4 wie folgt gebildet ist. Ein Verhältnis der in dem Wabenstruktur-Körper 4 enthaltenen „Masse von Silicium“ zu der Summe der in dem Wabenstruktur-Körper 4 enthaltenen „Masse der Siliciumcarbid-Partikel“ und der in dem Wabenstruktur-Körper 4 enthaltenen „Masse von Silicium“ liegt bevorzugt zwischen 10 und 40 Massen-% und bevorzugter zwischen 15 und 35 Massen-%. Bei einem kleineren Verhältnis als 10 Massen-% kann sich die Festigkeit der Wabenstruktur verschlechtern. Bei einem größeren Verhältnis als 40 Massen-% kann die Form beim Brennen möglicherweise nicht aufrechterhalten werden.
Bei dem Wabenstruktur-Körper ist es besonders vorzuziehen, dass die Porosität zwischen 30 und 60% liegt, der durchschnittliche Porendurchmesser zwischen 2 und 15 µm liegt, die Dicke der Trennwände zwischen 50 und 300 µm liegt, die Wabendichte zwischen 40 und 150 Waben/cm² liegt und der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Paar Elektrodenelemente zwischen 0,1 und 100 Ω liegt. Der Wabenstruktur-Körper mit dieser Beschaffenheit ist der Katalysatorträger und fungiert auch als die Heizung, wenn die elektrische Spannung daran angelegt ist. Wenn der spezifische elektrische Widerstand zwischen dem Paar Elektrodenelemente zwischen 0,1 und 100 Ω liegt und die elektrische Spannung an den Wabenstruktur-Körper 4 angelegt ist, erzeugt der Wabenstruktur-Körper 4 zweckmäßig Wärme. Insbesondere auch wenn der Wabenstruktur-Körper 4 durch die Stromquelle mit der hohen Spannung versorgt wird, fließt der Strom möglicherweise nicht übermäßig und wird die Wabenstruktur zweckmäßig als die Heizung verwendet.
Ferner liegt eine Dicke der den äußersten Umfang des Wabenstruktur-Körpers 4 bildenden Umfangswand 3 bevorzugt zwischen 0,1 und 2 mm. Bei einer kleineren Dicke als 0,1 mm kann sich eine Festigkeit der Wabenstruktur 100 verschlechtern. Bei einer größeren Dicke als 2 mm kann eine Fläche der Trennwände 1, in welche ein Katalysator imprägniert wird, abnehmen.
In dem Wabenstruktur-Körper 4 ist eine Form der Waben 2 in dem Querschnitt senkrecht zu der Ausdehnungsrichtung der Waben 2 bevorzugt eine viereckige Form, eine sechseckige Form, eine achteckige Form oder eine Kombination dieser Formen. Die Form der Waben 2 ist bevorzugt eine quadratische Form oder eine sechseckige Form. Bei einer solchen Wabenform geht der Druckverlust beim Durchleiten des Abgases durch die Wabenstruktur 100 zurück, wodurch eine hervorragende Reinigungsleistung des Katalysators erreicht wird.
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich einer Gesamtform des Wabenstruktur-Körpers 4. Zu Beispielen einer Form können eine Säulenform mit einer runden Stirnseite, eine Säulenform mit einer ovalen Stirnseite und eine Säulenform mit einer vieleckigen Stirnseite wie einer viereckigen Form, einer fünfeckigen Form, einer sechseckigen Form, einer siebeneckigen Form, einer achteckigen Form oder einer ähnlichen Form zählen. Überdies, was eine Größe des Wabenstruktur-Körpers 4 anbelangt, beträgt eine Fläche der Stirnseite bevorzugt 2000 bis 20000 mm² und bevorzugter 4000 bis 10000 mm². Ferner beträgt eine Länge des Wabenstruktur-Körpers 4 in einer Mittelachsenrichtung bevorzugt 50 bis 200 mm und bevorzugter 75 bis 150 mm.
Die Wabenstruktur 100 der vorliegenden Ausführungsform wird bevorzugt als ein Katalysatorträger, in welchen der Katalysator imprägniert wird, verwendet.
Nun wird eine Wabenstruktur gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist eine solche Wabenstruktur 300 wie in 6 gezeigt. Die Wabenstruktur 300 ist die Wabenstruktur, bei welcher eine leitende Zwischenschicht 23 aus einem Werkstoff, welcher einen Siliciumcarbid-Werkstoff oder ein metallisches Silicium oder beides enthält, in der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur 100 zwischen der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 und dem Elektrodenelement 21 angeordnet ist. Das heißt, wie in 6 gezeigt, ist in der Wabenstruktur 300 zuerst eine leitende Zwischenschicht 23 auf einer Seitenfläche 5 eines Wabenstruktur-Körpers 4 angeordnet und ist ferner ein Elektrodenelement 21 auf der Oberfläche der leitenden Zwischenschicht 23 angeordnet. Mindestens ein Teil des Paars Elektrodenelemente 21 und 21 in der Wabenstruktur 300 besteht aus dem bisher beschriebenen „speziellen Verbundwerkstoff‟. 6 ist eine Vorderansicht, welche noch eine weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Die Wabenstruktur 300 ist bevorzugt ähnlich wie die in 1 bis 3 gezeigte Wabenstruktur 100 gebildet, abgesehen davon, dass die leitende Zwischenschicht 23 zwischen der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 und dem Elektrodenelement 21 angeordnet ist.
Die leitende Zwischenschicht 23 besteht aus einem Werkstoff, welcher einen Siliciumcarbid-Werkstoff oder ein metallisches Silicium oder beides enthält, und hat zum Beispiel eine Funktion, den Wabenstruktur-Körper 4 zu schützen, damit der Wabenstruktur-Körper 4 beim Bilden des Elektrodenelements 21 nicht beschädigt wird. Ferner hat die leitende Zwischenschicht 23 außerdem eine Funktion, einen Strom gleichmäßig durch den gesamten Wabenstruktur-Körper 4 fließen zu lassen. Zum Beispiel wird der Strom, wenn die leitende Zwischenschicht 23 sich über eine größere Fläche ausdehnt als das Elektrodenelement 21, einer größeren Fläche der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 zugeführt, was ein gleichmäßigeres Fließen des Stroms ermöglicht.
Wie in 6 gezeigt, ist die leitende Zwischenschicht 23 bevorzugt auf einer größeren Fläche angeordnet als der „Fläche, wo das Elektrodenelement 21 auf der Seitenfläche 5 des Wabenstruktur-Körpers 4 angeordnet ist“. In 6 ist die leitende Zwischenschicht 23 auf einer größeren Fläche angeordnet als der Fläche des Elektrodenelements 21 in einer Umfangsrichtung des Wabenstruktur-Körpers 4. Gemäß einer solchen Beschaffenheit ist es möglich, den Wabenstruktur-Körper 4 wirkungsvoll zu schützen, damit der Wabenstruktur-Körper 4 beim Bilden des Elektrodenelements 21 nicht beschädigt wird. Ferner kann ein Strom gleichmäßig durch den Wabenstruktur-Körper 4 fließen. Eine Länge der leitenden Zwischenschicht 23 ist bevorzugt gleich einer Länge des Elektrodenelements 21 oder bevorzugt länger als die Länge des Elektrodenelements 21. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem die Länge der leitenden Zwischenschicht 23 gleich der Länge des Elektrodenelements 21 ist. Die Länge der leitenden Zwischenschicht 23 und die Länge des Elektrodenelements 21 sind Längen in einer Ausdehnungsrichtung von „Waben des Wabenstruktur-Körpers“.
Die Länge der leitenden Zwischenschicht 23 in der Umfangsrichtung kann gleich der oder länger als die Länge des Elektrodenelements 21 in der Umfangsrichtung sein. Hier bedeutet „Umfangsrichtung“ die Umfangsrichtung in dem Außenumfang des Wabenstruktur-Körpers. Die Länge der leitenden Zwischenschicht 23 in der Umfangsrichtung ist 100% oder mehr der Länge des Elektrodenelements 21 in der Umfangsrichtung, und „das 0,5-fache eines Mittelpunktwinkels α jedes Elektrodenelements (d.h., ein dem 0,5-fachen des Mittelpunktwinkels α entsprechender Winkel θ)“ beträgt bevorzugt zwischen 10° und 65° und bevorzugter zwischen 30° und 60°. Wenn die leitende Zwischenschicht und das Elektrodenelement sich bis zu dem oben erwähnten „Winkel θ“ oder mehr verlängern, fließt der Strom mühelos in einer Umfangsrichtung und kann sich eine Strombeaufschlagungsverteilung verschlechtern.
Ferner liegt eine Dicke der leitenden Zwischenschicht 23 bevorzugt zwischen 50 und 500 µm. Bei einer kleineren Dicke als 50 µm entwickelt sich eine den Wabenstruktur-Körper 4 schützende Funktion möglicherweise nicht genügend. Andererseits bilden sich in der leitenden Zwischenschicht bei einer größeren Dicke als 500 µm leicht Risse und kann sich die Wärmeschockfestigkeit verschlechtern.
Nun wird eine weitere Ausführungsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform ist eine solche Wabenstruktur 400 wie in 7 gezeigt. Die Wabenstruktur 400 ist die Wabenstruktur, bei welcher ein mit einer elektrischen Zuleitung zu verbindender Elektrodenanschluss-Vorsprungteil auf der Oberfläche jedes der Elektrodenelemente 21 und 21 der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur 100 angeordnet ist. Das heißt, wie in 7 gezeigt, kann ein Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 in der Nähe eines Mittelpunkts der Oberfläche jedes der Elektrodenelemente 21 und 21 angeordnet sein. Somit kann, wenn der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 auf diese Weise angeordnet ist, die Zuleitung von einer Stromquelle leicht angeschlossen werden und kann, wenn eine elektrische Spannung an jedes der Elektrodenelemente 21 und 21 angelegt ist, eine Abweichung einer Temperaturverteilung eines Wabenstruktur-Körpers 4 weiter verringert werden. 7 ist eine Vorderansicht, welche die Wabenstruktur gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Die Wabenstruktur 400 der vorliegenden Ausführungsform ist bevorzugt ähnlich wie die in 1 bis 3 gezeigte Wabenstruktur 100 gebildet, abgesehen davon, dass der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 in jedem der Elektrodenelemente 21 und 21 angeordnet ist.
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich einer Form des Elektrodenanschluss-Vorsprungteils 22, solange der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil mit dem Elektrodenelement 21 verbunden werden kann und die elektrische Zuleitung angeschlossen werden kann. Zum Beispiel hat der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22, wie in 7 gezeigt, bevorzugt eine Form, bei welcher ein rundsäulenförmiger Vorsprungteil 22b auf einem viereckigen, plattenförmigen Substrat 22a angeordnet ist. Eine solche Form ermöglicht, den Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 über das Substrat 22a fest mit dem Elektrodenelement 21 zu verbinden, und der Vorsprungteil 22b ermöglicht, die elektrische Zuleitung sicher anzuschließen.
Bei der Wabenstruktur 400 kann der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 aus dem bisher beschriebenen speziellen Verbundwerkstoff bestehen. Zum Beispiel kann das Substrat 22a, aus welchem der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 besteht, aus dem bisher beschriebenen speziellen Verbundwerkstoff bestehen. Gemäß dieser Beschaffenheit kann der Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit gegen eine Wärmelast gebildet werden. Es versteht sich von selbst, dass ein Paar Elektrodenelemente 21 und 21 aus dem bisher beschriebenen speziellen Verbundwerkstoff bestehen kann.
Eine Dicke des Substrats 22a in dem Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 liegt bevorzugt zwischen 0,05 und 2 mm. Dieser Bereich der Dicke ermöglicht, den Elektrodenanschluss-Vorsprungteil 22 sicher mit dem Elektrodenelement 21 zu verbinden. Bei einer kleineren Dicke als 0,05 mm wird das Substrat 22a schwach und kann der Vorsprungteil 22b leicht von dem Substrat 22a abfallen. Bei einer größeren Dicke als 2 mm kann ein Raum, in welchem die Wabenstruktur angeordnet ist, mehr als notwendig zunehmen.
(2) Herstellungsverfahren der Wabenstruktur:

Nun wird eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Schritt zum Bilden eines Paars Elektrodenelemente. Im Folgenden wird der Schritt zum Bilden des Paars Elektrodenelemente als ein „Elektrodenelementbildungsschritt“ bezeichnet. In dem Elektrodenelementbildungsschritt wird zuerst ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial hergestellt, um das Paar Elektrodenelemente zu bilden.

Ferner wird in dem Elektrodenelementbildungsschritt ein „säulenförmiger Waben-Formkörper“ hergestellt. Der säulenförmige Waben-Formkörper wird der Wabenstruktur-Körper in der Wabenstruktur eines Fertigungsziels. Es ist zu beachten, dass in dem Elektrodenelementbildungsschritt ein durch Brennen des Waben-Formkörpers hergestellter „Waben-Brennkörper“ verwendet werden kann.
Dann wird ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial thermisch auf die Seite einer Seitenfläche des hergestellten „säulenförmigen Waben-Formkörpers“ oder „Waben-Brennkörpers“ gespritzt oder darauf aufgebracht, um das Elektrodenelement der Wabenstruktur zu bilden. Bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform wird als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial ein Gemisch, welches festkörperähnliches Silicium und Pulver aus einem Metallborid oder einem Borid oder beidem enthält, verwendet. Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform das als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial hergestellte Gemisch thermisch gespritzt oder wird das aufgebrachte Gemisch auf eine Temperatur von 1400 °C oder höher erwärmt, um das Silicium in dem Gemisch zu schmelzen, um dadurch das Elektrodenelement zu bilden. Das heißt, das obige Gemisch wird thermisch gespritzt, um das Elektrodenelement zu bilden. Alternativ wird das aufgebrachte Gemisch auf die Temperatur von 1400 °C oder höher erwärmt, um das Silicium in dem erwärmten Gemisch zu schmelzen, um dadurch das Elektrodenelement zu bilden. Wenn der Elektrodenelementbildungsschritt mittels dieses Verfahrens durchgeführt wird, kann die Wabenstruktur 100 wie bisher beschrieben und in 1 bis 3 gezeigt leicht hergestellt werden. Das heißt, in einem Fall des thermischen Spritzens des Gemischs zum Bilden des Elektrodenelements wird beim Durchführen des thermischen Spritzens ein Silicium in dem Gemisch mit einem Element Bor aus dem Metallborid und dem Borid dotiert, so dass 100 bis 10000 ppm Bor enthaltendes Silicium leicht erzeugt werden kann. Ferner wird auch in einem Fall des Schmelzens eines Siliciums in dem Gemisch zum Bilden des Elektrodenelements das Silicium in dem Gemisch mit dem Element Bor aus dem Metallborid und Borid dotiert und kann ein 100 bis 10000 ppm Bor enthaltendes Silicium leicht erzeugt werden.
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich einer Reinheit von „festkörperähnlichem Silicium“ zur Verwendung als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial, und zum Beispiel beträgt eine Fremdelement-Konzentration bevorzugt 100 ppm oder weniger und ist die Reinheit 99,99% oder höher.
Als das Metallborid kann mindestens eines aus der aus CrB, CrB₂, ZrB₂, TaB₂, NbB₂, WB und MoB bestehenden Gruppe verwendet werden. Zum Beispiel hat „CrB“ einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 45 µΩcm, und in den Elektrodenelementen aus dem speziellen Verbundwerkstoff, welcher CrB enthält, geht ein anfänglicher spezifischer elektrischer Widerstand gegenüber den Elektrodenelementen, welche eine andere Komponente enthalten, zurück. Folglich kann zum Beispiel in den Elektrodenelementen aus dem CrB enthaltenden speziellen Verbundwerkstoff, selbst wenn CrB in dem speziellen Verbundwerkstoff oxidiert, eine die Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands der Elektrodenelemente verhindernde Wirkung leicht erzielt werden. Auch ein anderes Metallborid kann zweckmäßig als ein Rohmaterial zum Dotieren eines Siliciums in dem Gemisch mit dem Element Bor verwendet werden.
Als das Borid kann BN oder B₄C oder beides verwendet werden. Ein solches Borid kann auch zweckmäßig als das Rohmaterial zum Dotieren eines Siliciums in dem Gemisch mit dem Element Bor verwendet werden.
In dem Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial beträgt ein Volumenverhältnis von festkörperähnlichem Silicium bevorzugt 70 Volumen-% oder mehr, bevorzugter zwischen 80 und 98 Volumen-% und besonders bevorzugt zwischen 80 und 92 Volumen-%, bezogen auf ein Gesamtvolumen jeweiliger Rohmaterialien zur Verwendung in dem Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial.
Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Verfahrens zum thermischen Spritzen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite der Seitenfläche des Waben-Formkörpers oder des Waben-Brennkörpers, und ein bekanntes Verfahren zum thermischen Spritzen kann verwendet werden. Es ist zu beachten, dass beim Durchführen des thermischen Spritzens des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials gleichzeitig ein Schutzgas wie Argon oder dergleichen zugeführt werden kann, um eine Oxidation von metallischem Silicium zu verhindern. Ferner ist ein Beispiel eines Verfahrens zum Aufbringen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite der Seitenfläche des Waben-Formkörpers oder des Waben-Brennkörpers ein Verfahren zum Herstellen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials in der Form einer Paste und direkten Aufbringen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials mit einem Pinsel oder mittels irgendeiner Art von Druckverfahren.
Vor dem thermischen Spritzen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite der Seitenfläche des Waben-Formkörpers kann ein leitendes Rohmaterial, welches Siliciumcarbid oder metallisches Silicium oder beides enthält, auf die Seitenfläche des Waben-Formkörpers aufgebracht werden, gefolgt von Trocknen oder Brennen, um eine leitende Zwischenschicht zu bilden. Ferner wird das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial bevorzugt thermisch auf die Oberfläche der gebildeten leitenden Zwischenschicht gespritzt, um das Elektrodenelement zu bilden. Gemäß dieser Beschaffenheit wird wirkungsvoll verhindert, dass der Waben-Formkörper beschädigt wird. Ferner kann ein Schritt des Aufbringens des leitenden Rohmaterials zum Bilden der leitenden Zwischenschicht an dem durch Brennen des Waben-Formkörpers erhaltenen Waben-Brennkörper durchgeführt werden. Ferner kann das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial thermisch auf die Oberfläche der auf der Seitenfläche des Waben-Formkörpers gebildeten leitenden Zwischenschicht gespritzt werden, um das aus dem Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial bestehende Elektrodenelement zu bilden. Ferner kann die leitende Zwischenschicht mittels des oben erwähnten Verfahrens gebildet werden, auch wenn das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial aufgebracht wird, um das Elektrodenelement zu bilden.
Ein Schritt des Erwärmens des als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial hergestellten Gemischs auf eine Temperatur von 1400 °C oder höher kann zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung ein Beispiel des Aufbringens des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite der Seitenfläche eines Waben-Trockenkörpers angeführt wird. Das auf die Seite der Seitenfläche des Waben-Trockenkörpers aufgebrachte Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial wird bevorzugt getrocknet, um den „Waben-Trockenkörper mit dem Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial“ herzustellen. Die Trocknungsbedingungen werden bevorzugt auf 100 bis 130 °C eingestellt. Dann wird, zwecks des Entfernens eines in dem auf den Waben-Trockenkörper und die Seite der Seitenfläche des Waben-Trockenkörpers aufgebrachten Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial enthaltenen Bindemittels und dergleichen, bevorzugt eine Entfettung durchgeführt. Das Entfetten wird bevorzugt bei 400 bis 550 °C 0,5 bis 20 Stunden lang in der Luftatmosphäre durchgeführt. Dann wird der Waben-Trockenkörper mit dem Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial bevorzugt gebrannt, um die Wabenstruktur herzustellen. Unter Brennbedingungen wird eine Erwärmung bevorzugt auf 1400 bis 1500 °C 1 bis 20 Stunden lang in einer inerten Argonatmosphäre oder dergleichen durchgeführt. Die Temperatur der Brennbedingungen in der vorliegenden Beschreibung ist eine Temperatur einer Brennatmosphäre.
Als festkörperähnliches Silicium, welches als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial verwendet wird, wird bevorzugt ein Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 bis 100 µm verwendet. Das Verwenden eines Siliciumpulvers, in welchem der durchschnittliche Partikeldurchmesser in dem obigen Bereich liegt, lässt in dem Schritt des thermischen Spritzens eine Fluidität in einem Zufuhrweg zu einer Spritzpistole zweckmäßig werden und ermöglicht, eine Zufuhrmenge dauerhaft konstantzuhalten. Es ist zu beachten, dass die Fluidität des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials sich bei einem allzu kleinen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Silicium verschlechtern kann. Ferner kann Silicium bei einem allzu großen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Silicium schwer zu schmelzen sein.
Als das Metallborid und Borid, welche als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial verwendet werden, wird bevorzugt ein Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser kleiner als oder gleich 100 µm verwendet. Bei einem größeren durchschnittlichen Partikeldurchmesser des Metallborids und Borids als 100 µm kann das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial schwer zu schmelzen sein.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform anhand eines Beispiels des Verfahrens zum Herstellen der in 1 bis 3 gezeigten Wabenstruktur ausführlicher beschrieben.
Zuerst wird der Waben-Formkörper mittels des folgenden Verfahrens hergestellt. Das Siliciumpulver (Silicium), das Bindemittel, ein Netzmittel, ein Porenbildner, Wasser und dergleichen werden dem Siliciumcarbid-Pulver (Siliciumcarbid) zugesetzt, um ein Wabenbildungs-Rohmaterial herzustellen. Eine Masse des Siliciumpulvers in 10 bis 40 Massen-% bezüglich der Summe der Masse des Siliciumcarbid-Pulvers und der Masse des Siliciumpulvers. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Siliciumcarbid-Partikel in dem Siliciumcarbid-Pulver liegt bevorzugt zwischen 3 und 50 µm und bevorzugter zwischen 3 und 40 µm. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von Siliciumpartikeln (des Siliciumpulvers) liegt bevorzugt zwischen 1 und 35 µm. Die durchschnittlichen Partikeldurchmesser der Siliciumcarbid-Partikel und Silicium-Partikel sind mittels eines Laserbeugungsverfahrens gemessene Werte. Die Siliciumcarbid-Partikel sind Teilchen aus Siliciumcarbid, aus welchem das Siliciumcarbid-Pulver besteht, und die Silicium-Partikel sind Teilchen aus Silicium, aus welchem das Siliciumpulver besteht. Es ist zu beachten, dass dies eine Mischung des Wabenbildungs-Rohmaterials in einem Fall ist, in welchem der Werkstoff des Wabenstruktur-Körpers ein Verbundwerkstoff auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis ist, und Silicium in einem Fall, in welchem der Werkstoff des Wabenstruktur-Körpers Siliciumcarbid ist, nicht zugesetzt wird.
Was das Bindemittel, das Netzmittel, den Porenbildner und dergleichen anbelangt, können solche verwendet werden, welche in einem vordem bekannten Wabenstruktur-Herstellungsverfahren verwendet werden. Ferner können zu verwendende Mengen des Bindemittels, des Netzmittels, des Porenbildners, des Wassers und dergleichen zweckmäßig im Einklang mit den vordem bekannten Herstellungsverfahren der Wabenstruktur ausgewählt werden.
Dann wird das Wabenbildungs-Rohmaterial durchgeknetet, um einen Knetwerkstoff zu bilden. Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Verfahrens zum Durchkneten des Wabenbildungs-Rohmaterials, um den Knetwerkstoff zu bilden, und ein Beispiel des Verfahrens ist ein einen Kneter, eine Vakuum-Knetmaschine oder dergleichen verwendendes Verfahren.
Dann wird der Knetwerkstoff stranggepresst, um den Waben-Formkörper herzustellen. Während des Strangpressens wird bevorzugt eine Düse mit einer gewünschten Gesamtform, Wabenform, Trennwanddicke, Wabendichte und dergleichen verwendet. Als ein Werkstoff der Düse wird bevorzugt ein Sintercarbid verwendet, welches kaum verschleißt. Der Waben-Formkörper ist eine Struktur mit Trennwänden, welche eine Vielzahl von Waben, welche Durchgangskanäle für ein Fluid werden, definieren, und einer an einem äußersten Umfang angeordneten Umfangswand.
Die Trennwanddicke, die Wabendichte, die Umfangswanddicke und dergleichen des Waben-Formkörpers können unter Berücksichtigung des Trocknungs- und Brennschwindens und gemäß einem Aufbau der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung, welcher hergestellt werden soll, zweckmäßig ermittelt werden.
Dann wird der erhaltene Waben-Formkörper bevorzugt getrocknet. Der getrocknete Waben-Formkörper wird bisweilen als der „Waben-Trockenkörper“ bezeichnet. Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Trocknungsverfahrens, und ein vordem bekanntes Trocknungsverfahren kann verwendet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform kann der auf diese Weise erhaltene Waben-Trockenkörper entfettet und dann gebrannt werden, um den Waben-Brennkörper herzustellen. Bei dem Herstellungsverfahren der Wabenstruktur der vorliegenden Ausführungsform wird der bisher beschriebene Elektrodenelementbildungsschritt an dem Waben-Trockenkörper oder dem Waben-Brennkörper durchgeführt, um die Elektrodenelemente zu bilden.
Dann wird in einem Fall, in welchem der Elektrodenelementbildungsschritt an dem Waben-Trockenkörper durchgeführt wurde, der Waben-Trockenkörper gebrannt, um die Wabenstruktur herzustellen. In einem Fall, in welchem der Elektrodenelementbildungsschritt an dem Waben-Brennkörper durchgeführt wurde, erhält man nach dem Elektrodenelementbildungsschritt die Wabenstruktur des Fertigungsziels.
Unter Brennbedingungen beim Brennen des Waben-Trockenkörpers erfolgt eine Erwärmung bevorzugt auf 1400 bis 1500 °C 1 bis 20 Stunden lang in der inerten Argonatmosphäre oder dergleichen. Die Temperatur der Brennbedingungen in der vorliegenden Beschreibung ist die Temperatur der Brennatmosphäre.
Ferner wird, zur Verbesserung der Beständigkeit, nach dem Brennen bevorzugt eine Oxidationsbehandlung bei 1000 bis 1350 °C 1 bis 10 Stunden lang durchgeführt. Mit der Oxidationsbehandlung ist eine Wärmebehandlung in einer Oxidationsatmosphäre gemeint. Wie oben beschrieben, kann die in 1 bis 3 gezeigte Wabenstruktur 100 hergestellt werden.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen spezieller beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
50 g Siliciumpulver und 50 g CrB-Pulver wurden gemischt, um ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial herzustellen. Die obige Pulvermischung wurde mit einem Mischbeutel oder einem Vertikalrührwerk durchgeführt. Das Siliciumpulver hatte eine Reinheit von 99,99%. Das Siliciumpulver hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 60 µm. Das CrB-Pulver hatte einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 50 µm. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser ist ein mittels eines Laserbeugungsverfahrens gemessener Wert.
Das auf diese Weise erhaltene Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial wurde thermisch auf eine Seitenfläche eines mittels des folgenden Verfahrens hergestellten Waben-Brennkörpers gespritzt, um ein Elektrodenelement herzustellen. Darüber hinaus wurde in Beispiel 1, bevor das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial thermisch gespritzt wurde, ein Siliciumcarbid und metallisches Silicium enthaltendes leitendes Rohmaterial auf eine Fläche des Waben-Brennkörpers, auf welche das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial thermisch gespritzt wurde, aufgebracht und wurde das aufgebrachte leitende Rohmaterial getrocknet und gebrannt, um eine leitende Zwischenschicht auf der Seitenfläche des Waben-Brennkörpers zu bilden. Ferner wurde das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial thermisch auf die Oberfläche der gebildeten leitenden Zwischenschicht gespritzt, um das Elektrodenelement herzustellen. Das thermische Spritzen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials war ein thermisches Plasmaspritzen unter Spritzbedingungen wie unten beschrieben. Als ein Plasmagas wurde ein Ar-Hz-Mischgas aus 30 l/min Ar-Gas und 10 l/min H₂-Gas verwendet. Ferner war ein Plasmastrom auf 600 A eingestellt, war eine Plasmaspannung auf 60 V eingestellt, war ein Abstand beim thermischen Spritzen auf 150 mm eingestellt und war eine Menge beim thermischen Spritzen zuzuführender Partikel auf 30 g/min eingestellt. Ferner wurde, um eine Oxidation einer Metallphase während des thermischen Spritzens zu verhindern, ein Plasmagestell mit dem Ar-Gas geschützt. Bei dem thermischen Spritzen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials wurde das Rohmaterial hauptsächlich thermisch auf den Waben-Brennkörper gespritzt.
Für den Waben-Brennkörper wurde mittels des folgenden Verfahrens ein Waben-Formkörper hergestellt. Zuerst wurde ein Wabenbildungs-Rohmaterial zum Herstellen des Waben-Formkörpers hergestellt. Das Wabenbildungs-Rohmaterial wurde durch Mischen von 6 kg metallischem 5-µm-Siliciumpulver, 14 kg 30-µm-Siliciumcarbid-Pulver, 1 kg Cordierit-Pulver, 1,6 kg Methylcellulose und 8 kg Wasser, gefolgt von Kneten mit einem Kneter, hergestellt.
Dann wurde das erhaltene Wabenbildungs-Rohmaterial vakuumgeknetet, um einen Knetwerkstoff zu erhalten, und wurde der erhaltene Knetwerkstoff in der Form einer Wabe stranggepresst, um dadurch den Waben-Formkörper zu erhalten. Ein Waben-Trockenkörperwurde gebrannt und oxidationsbehandelt, um den Waben-Brennkörper herzustellen. Das Brennen erfolgte 2 Stunden lang bei 1450 °C in einer Argonatmosphäre. Die Oxidationsbehandlung erfolgte 1 Stunde lang bei 1300 °C in Luft.
Der erhaltene Waben-Brennkörper hatte eine Trennwanddicke von 101,6 µm und eine Wabendichte von 93 Waben/cm². Ferner betrug ein Durchmesser einer Stirnseite des Waben-Brennkörpers 100 mm und betrug eine Länge in einer Wabenausdehnungsrichtung 100 mm. Auf der Seite einer Seitenfläche des auf diese Weise erhaltenen Waben-Brennkörpers wurden die Elektrodenelemente durch thermisches Spritzen des Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials wie oben beschrieben gebildet, um dadurch eine Wabenstruktur des Beispiels 1 herzustellen. Das Elektrodenelement wurde aus einem Verbundwerkstoff hergestellt, welcher Silicium als eine Hauptkomponente enthielt und außerdem CrB enthielt.
Was die Elektrodenelemente der Wabenstruktur des Beispiels 1 anbelangt, wurde eine Zusammensetzung des Verbundwerkstoffs, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, mittels des folgenden Verfahrens bestätigt. Als die Zusammensetzung des Verbundwerkstoffs wurden die „Hauptkomponente“, eine „Menge (Volumen-%) von Si“, eine „Menge (ppm) von als Dotierung zuzusetzendem B“ und eine „andere Komponente“ gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Es ist zu beachten, dass die „Menge (ppm) von als Dotierung zuzusetzendem B“ eine Menge in Silicium enthaltenen Bors ist.

[Tabelle 1]

	B-Quelle	Zusammensetzung des Verbundwerkstoffs				Spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements (Ωcm)	Spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements nach Wärmebehandlung (Ωcm)	Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements (x 10^-6/K)	Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom
	B-Quelle	Hauptkomponente	Si-Menge (Volumen%)	Menge von als Dotierung zuzusetzendem B (ppm)	Andere Komponente				Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom
Beispiel 1	CrB	Si	98,0	215	CrB	0,090	0,082	4,0	OK
Beispiel 2	CrB	Si	91,3	1240	CrB	0,014	0,050	4,5	OK
Beispiel 3	CrB	Si	72,5	4280	CrB	0,004	0,041	6,1	OK
Vergleichsbeispiel 1	CrB	Si	39,7	10070	CrB	0,001	0,053	8,9	NG
Beispiel 4	CrB₂	Si	91,3	1730	CrB₂	0,010	0,055	4,4	OK
Beispiel 5	CrB₂	Si	72,5	5700	CrB₂	0,003	0,042	5,6	OK
Beispiel 6	ZrB₂	Si	91,3	300	ZrB₂	0,062	0,053	4,0	OK
Beispiel 7	ZrB₂	Si	83,0	400	ZrB₂	0,055	0,051	4,1	OK
Beispiel 8	ZrB₂	Si	72,5	875	ZrB₂	0,020	0,050	4,4	OK
Beispiel 9	BN	Si	91,3	270	BN	0,070	0,090	3,6	OK
Beispiel 10	BN	Si	72,5	510	BN	0,035	0,075	3,0	OK
Vergleichsbeispiel 2	BN	Si	39,7	1730	BN	0,010	0,100	2,1	NG
Beispiel 11	B₄C	Si	98,0	3430	B₄C	0,005	0,006	3,8	OK
Beispiel 12	B₄C	Si	91,3	5690	B₄C	0,003	0,008	3,9	OK
Beispiel 13	B₄C	Si	72,5	6830	B₄C	0,002	0,007	4,1	OK
Vergleichsbeispiel 3	Keine	NiCr	-	-	Keine	0,004	0,110	9,6	NG
Vergleichsbeispiel 4	Keine	Si	100	30	Keine	3,2	1,2	3,8	NG
Beispiel 14	CrB	Si	91,3	1245	CrB	0,010	0,045	4,5	OK
Beispiel 15	CrB	Si	91,3	1240	CrB	0,012	0,050	4,5	OK

Hauptkomponente, Menge (Volumen-%) von Si und eine andere Komponente
Ein Querschnitt eines Elektrodenelements der Wabenstruktur wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop abgebildet, und in einem durch das Abbilden erhaltenen Bild wurden eine Hauptkomponente eines Verbundwerkstoffs, aus welchem das Elektrodenelement besteht, und eine Menge (Volumen-%) von Si gemessen. Speziell wurde zuerst das Elektrodenelement durchgeschnitten, um einen Querschnitt des Elektrodenelements freizulegen. Dann wurden Unebenheiten des Querschnitts des Elektrodenelements mit einem Harz gefüllt und wurde ferner die mit dem Harz gefüllte Oberfläche poliert. Dann wurde die polierte Oberfläche des Elektrodenelements betrachtet und wurde mittels ESMA-Analyse eine Elementaranalyse des Werkstoffs, aus welchem das Elektrodenelement besteht, durchgeführt. Bei der ESMA-Analyse wurde eine Position, an welcher nur ein Element Silicium erfasst wurde oder Silicium und Bor erfasst wurden, als „Silicium“ definiert. Bei der ESMA-Analyse wurde eine Position, an welcher Chrom und Bor in einem Verhältnis 1:1 erfasst wurden, als „CrB“ definiert und wurde eine Position, an welcher Chrom und Bor in einem Verhältnis 1:2 erfasst wurden, als „CrB₂“ definiert. Ferner wurde die Position in einem Fall, in welchem Stickstoff und Bor erfasst wurden, als „BN“ definiert. Ferner wurde die Position in einem Fall, in welchem Kohlenstoff und Bor erfasst wurden, als „B₄C“ definiert. Dann wurde mit dem Rasterelektronenmikroskop eine Betrachtung so durchgeführt, dass die jeweiligen Komponenten, welche in der ESMA-Analyse definiert wurden, schattiert waren. Ferner wurde mittels einer Bildverarbeitungs-Software aus Betrachtungsergebnissen von 6 Bildfeldern bei einer 200-fachen Vergrößerung ein Verhältnis jeder Komponente gemessen und erhielt man Belegungsverhältnisse (Flächen-%) von Silicium und den anderen Komponenten in dem Bild, um den Wert als ein Verhältnis eines Volumens (Volumen-%) jeder Komponente zu definieren. Das auf diese Weise erhaltene „Verhältnis des Volumens von Silicium“ wurde als die „Menge (Volumen-%) von Si“ definiert. Als die Bildverarbeitungs-Software wurde „ImagePro“ (Handelsname), hergestellt von Nihon Visual Science, Inc., verwendet.
Menge (ppm) von als Dotierung zuzusetzendem B
Das Elektrodenelement, welches die durch EDRS-Analyse des Elektrodenelements als „Silicium“ definierte Position enthielt, wurde in ungefähr einige Millimeter geschnitten, und mittels eines BIB-Verfahrens wurde ein Querschnitt des geschnittenen Elektrodenelements hergestellt, um dadurch eine Probe zum Messen der Menge von als Dotierung zuzusetzendem B (d.h., der Menge Bor) herzustellen. Dann wurde, was die Probe, deren Querschnitt hergestellt wurde, anbelangte, Bor in Silicium mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie analysiert. Ferner erhielt man die Menge (ppm) von als Dotierung zuzusetzendem B durch Umwandlung aus einem Zusammenhang zwischen einer Spektralintensität und einer Konzentration von B in Si.
Ferner wurden, was die erhaltene Wabenstruktur anbelangt, ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements, ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements nach einer Wärmebehandlung und ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements mittels der folgenden Verfahren gemessen. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis. Ferner wurde, was die erhaltene Wabenstruktur anbelangt, mittels des folgenden Verfahrens eine Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom durchgeführt. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis.
Spezifischer elektrischer Widerstand (Ωcm) des Elektrodenelements
Bei der Messung des spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements wurde zuerst eine Messprobe zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands aus dem Elektrodenelement der in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellten Wabenstruktur geschnitten und hergestellt. Eine Größe der Messprobe wurde auf eine Längsabmessung 0,2 mm x eine Querabmessung 4 mm × eine Länge 40 mm eingestellt. Was die hergestellte Messprobe anbelangt, wurden die gesamten Oberflächen beider Endteile mit einer Silberpaste überzogen und verdrahtet, um eine Beaufschlagung mit Strom zu ermöglichen. Die Messprobe wurde an eine eine Spannung anlegende Strommessvorrichtung angeschlossen, um eine elektrische Spannung anzulegen. Eine Spannung von 10 bis 200 V wurde angelegt, und ein Stromwert und ein Spannungswert wurden in einem Zustand bei 25 °C gemessen, und aus dem erhaltenen Stromwert und dem erhaltenen Spannungswert und Abmessungen eines Probestücks wurde der spezifische elektrische Widerstand (Ωcm) berechnet.
Spezifischer elektrischer Widerstand (Ωcm) des Elektrodenelements nach Wärmebehandlung
Die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellte Wabenstruktur wurde in einen Elektroofen mit einer Ofeninnentemperatur von 1000 °C eingebracht. Die Atmosphäre in dem Elektroofen war die Luftatmosphäre. In diesem Zustand wurde die Wabenstruktur 72 Stunden lang gehalten, und dann wurde die Wabenstruktur aus dem Elektroofen entnommen. Die Wabenstruktur wurde auf 25 °C abgekühlt, und dann wurde der spezifische elektrische Widerstand (Ωcm) des Elektrodenelements mittels eines Verfahrens ähnlich dem oben in „Spezifischer elektrischer Widerstand (Ωcm) des Elektrodenelements“ beschriebenen Verfahren gemessen.
Wärmeausdehnungskoeffizient (× 10^-6/K) des Elektrodenelements
Bei der Messung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Elektrodenelements wurde eine Messprobe zum Messen des Wärmeausdehnungskoeffizienten aus dem Elektrodenelement der in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellten Wabenstruktur geschnitten und hergestellt. Eine Größe der Messprobe wurde auf eine Längsabmessung von 0,2 mm × eine Querabmessung von 4 mm × eine Länge von 50 mm eingestellt. Was die hergestellte Messprobe anbelangt, wurde der Wärmeausdehnungskoeffizient unter Verwendung von „TD5000S“ (Handelsname), hergestellt von Bruker AXS K.K., gemessen. Der gemessene Wert wurde als der Wärmeausdehnungskoeffizient (× 10^-6/K) des Elektrodenelements definiert.
Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom
Eine Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom wurde mittels des folgenden Verfahrens durchgeführt. Zuerst wurde die in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellte Wabenstruktur mit einer Stromquelle verbunden und wurde eine Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom so durchgeführt, dass eine einzugebende Wärmemenge 100 kJ betrug. Ferner wurde die Wabenstruktur, welche infolge der Beaufschlagung mit Strom Wärme erzeugte, abgekühlt und wurde die Beaufschlagung mit Strom dann erneut durchgeführt. Eine solche Beaufschlagung mit Strom und Abkühlung der Wabenstruktur war als ein Zyklus definiert. Ferner wurden die Zyklen wiederholt, bis eine Abnormalität in den Elektrodenelementen auftrat oder bis ein Metall, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, schmolz. Darüber hinaus waren bei der Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom 2000 Zyklen als eine Obergrenze definiert und wurde in einem Fall, in welchem 2000 Zyklen durchgeführt wurden, am Ende der 2000 Zyklen das Vorliegen/Nichtvorliegen einer abnormalen Wärmeerzeugung der Elektrodenelemente bestätigt. Eine Widerstandserhöhung infolge einer Oxidation der Elektrodenelemente verursachte die abnormale Wärmeerzeugung der Elektrodenelemente und das Schmelzen der Metallelektroden. Bei der Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom wurde eine Auswertung gemäß dem folgenden Auswertungsstandard durchgeführt. Ein Beispiel, in welchem es bei der 2000 Zyklen währenden Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom keine Abnormalitäten der Elektrodenelemente gab, wurde mit „OK“ bewertet. Ein Beispiel, in welchem bei der 2000 oder weniger Zyklen währenden Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom eine abnormale Wärmeerzeugung der Elektrodenelemente oder ein Schmelzen der Metallelektroden auftrat, wurde mit „NG“ bewertet.
Beispiele 2 und 3
In Beispiel 2 wurde eine Wabenstruktur mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass 800 g Siliciumpulver und 200 g CrB-Pulver verwendet wurden. In Beispiel 3 wurde eine Wabenstruktur mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass 500 g Siliciumpulver und 500 g CrB-Pulver verwendet wurden.
Beispiele 4 und 5
In Beispiel 4 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 820 g Siliciumpulver und 190 g CrB₂-Pulver hergestellt. In Beispiel 5 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 520 g Siliciumpulver und 480 g CrB₂-Pulver hergestellt. Eine Wabenstruktur wurde mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass die Elektrodenelementbildungs-Rohmaterialien wie oben beschrieben hergestellt wurden.
Beispiele 6 bis 8
In Beispiel 6 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 800 g Siliciumpulver und 200 g ZrB₂-Pulver hergestellt. In Beispiel 7 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 650 g Siliciumpulver und 350 g ZrB₂-Pulver hergestellt. In Beispiel 8 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 500 g Siliciumpulver und 500 g ZrB₂-Pulver hergestellt. Eine Wabenstruktur wurde mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass die Elektrodenelementbildungs-Rohmaterialien wie oben beschrieben hergestellt wurden.
Beispiele 9 und 10
In Beispiel 9 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 875 g Siliciumpulver und 125 g BN-Pulver hergestellt. In Beispiel 10 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 635 g Siliciumpulver und 365 g BN-Pulver hergestellt. Eine Wabenstruktur wurde mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass die Elektrodenelementbildungs-Rohmaterialien wie oben beschrieben hergestellt wurden.
Beispiele 11 bis 13
In Beispiel 11 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 980 g Siliciumpulver und 20 g B₄C-Pulver hergestellt. In Beispiel 12 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 905 g Siliciumpulver und 95 g B₄C-Pulver hergestellt. In Beispiel 13 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial unter Verwendung von 710 g Siliciumpulver und 290 g B₄C-Pulver hergestellt. Eine Wabenstruktur wurde mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass die Elektrodenelementbildungs-Rohmaterialien wie oben beschrieben hergestellt wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
In Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Wabenstruktur mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass 200 g Siliciumpulver und 800 g CrB-Pulver verwendet wurden. In Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Wabenstruktur mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 8 hergestellt, abgesehen davon, dass 305 g Siliciumpulver und 695 g BN-Pulver verwendet wurden. In Vergleichsbeispiel 3 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial nur unter Verwendung von NiCr-Pulver hergestellt, um Elektrodenelemente zu bilden. In Vergleichsbeispiel 4 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial nur unter Verwendung von Siliciumpulver hergestellt, um Elektrodenelemente zu bilden.
Beispiel 14
In Beispiel 14 wurde eine Wabenstruktur mittels eines Verfahrens ähnlich Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass ein mittels eines solchen Verfahrens wie unten beschrieben hergestellter Waben-Brennkörper verwendet wurde. Ein Bindemittel, ein Netzmittel und Wasser wurden Siliciumcarbid (-pulver) zugesetzt und mit einem Kneter durchgeknetet, um ein Wabenbildungs-Rohmaterial herzustellen. Dann wurde das erhaltene Wabenbildungs-Rohmaterial mit einer Vakuum-Knetmaschine durchgeknetet, um einen Knetwerkstoff zu erhalten, und wurde der erhaltene Knetwerkstoff in der Form einer Wabe stranggepresst, um einen Waben-Formkörper zu erhalten. Ein Waben-Trockenkörper wurde entfettet und bei 2200 °C in einer Argonatmosphäre gebrannt, um den Waben-Brennkörper aus umkristallisiertem SiC herzustellen.
Beispiel 15
In Beispiel 15 wurde ein Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial direkt thermisch auf eine Seitenfläche eines Waben-Brennkörpers gespritzt, ohne eine leitende Zwischenschicht auf der Seitenfläche des Waben-Brennkörpers zu bilden, um Elektrodenelemente zu bilden. In einem Verfahren zum Bilden der Elektrodenelemente wurde die Prozedur aus Beispiel 1 wiederholt.
Was die Elektrodenelemente der Wabenstruktur jedes der Beispiele 2 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1, 2 und 4 anbelangt, wurden eine „Hauptkomponente“ eines Verbundwerkstoffs, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, eine „Menge (Volumen-%) von Si“, eine „Menge (ppm) von als Dotierung zuzusetzendem B“ und eine „andere Komponente“ gemessen. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis. Darüber hinaus bestanden die Elektrodenelemente der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 4 im Wesentlichen aus Silicium und war ihr Werkstoff nicht der Verbundwerkstoff.
Was die Wabenstruktur jedes der Beispiele 2 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 anbelangt, wurden ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements, ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements nach einer Wärmebehandlung und ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements gemessen. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis. Ferner wurde, was die Wabenstruktur jedes der Beispiele 2 bis 15 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 anbelangt, eine Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom durchgeführt. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis.
Ergebnis
Wie in Tabelle 1 gezeigt, erhielt man bei Prüfungen der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom bei allen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 15 zweckmäßige Ergebnisse. Ferner wurde festgestellt, dass bei allen Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 15 ein spezifischer elektrischer Widerstand des Elektrodenelements nach einer Wärmebehandlung niedrig war und die Elektrodenelemente eine hervorragende Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom aufwiesen. Das heißt, selbst wenn die Elektrodenelemente der Wabenstruktur jedes der Beispiele 1 bis 15 durch Wärmeerzeugung infolge regelmäßig wiederholter Stromzufuhr eine Wärmelast aufnehmen, schälen sich die Elektrodenelemente nur schwer von dem Wabenstruktur-Körper ab und werden eine Schädigung und dergleichen der Elektrodenelemente wirkungsvoll verhindert.
Andererseits wurden bei der Prüfung der Beständigkeit gegen Beaufschlagung mit Strom in allen Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 Risse von Elektrodenelementen bestätigt. In der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 1 betrug eine Menge von als Dotierung zuzusetzendem B in Si 10070 ppm und betrug ein Volumenverhältnis dieses Siliciums 39,7 Volumen-%, und daher ist davon auszugehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements anstieg und dadurch die Risse der Elektrodenelemente verursachte.
In der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 2 betrug eine Menge von als Dotierung zuzusetzendem B in Si 1730 ppm. Jedoch betrug ein Volumenverhältnis eines solchen Siliciums 39,7 Volumen-%, und daher ist davon auszugehen, dass der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements nach der Wärmebehandlung beachtlich anstieg und dadurch eine Schädigung der Elektrodenelemente infolge einer Wärmelast verursachte.
Die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 3 enthielt Elektrodenelemente aus NiCr. Bei der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 3 ist davon auszugehen, dass der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements nach der Wärmebehandlung beachtlich anstieg und dadurch die Schädigung der Elektrodenelemente infolge der Wärmelast verursachte. Ferner hatte die Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 3 einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements.
In der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 4 bestand ein Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, im Wesentlichen aus Silicium, und eine Menge von als Dotierung zuzusetzendem B betrug 30 ppm. Die aus diesem Silicium gefertigten Elektrodenelemente hatten hohe Werte sowohl eines spezifischen elektrischen Widerstands als auch eines spezifischen elektrischen Widerstands des Elektrodenelements nach einer Wärmebehandlung. Ferner wurde bei der Wabenstruktur des Vergleichsbeispiels 4 festgestellt, dass der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements nach der Wärmebehandlung deutlicher zurückging als derjenige vor der Wärmebehandlung und dass eine Oxidationsbeständigkeit gegen die Wärmelast auffallend gering war.
Eine Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann zweckmäßig als ein Katalysatorträger für eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet werden, um ein Abgas eines Autos zu reinigen.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand
2: Wabe
3: Umfangswand
4: Wabenstruktur-Körper
5: Seitenfläche
11: erste Stirnseite
12: zweite Stirnseite
21: Elektrodenelement
21a: Endteil (der eine Endteil des Elektrodenelements)
21b: Endteil (der andere Endteil des Elektrodenelements)
22: Elektrodenanschluss-Vorsprungteil
22a: Substrat
22b: Vorsprungteil
23: leitende Zwischenschicht
100, 200, 300 und 400: Wabenstruktur
O: Mittelpunkt
α: Mittelpunktwinkel
θ: dem 0,5-fachen des Mittelpunktwinkels entsprechender Winkel

Claims

Wabenstruktur, enthaltend: einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper; und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente, wobei der Wabenstruktur-Körper poröse Trennwände und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand hat, in dem Wabenstruktur-Körper die Trennwände eine Vielzahl sich von einer ersten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers zu einer zweiten Stirnseite desselben erstreckender Waben definieren, der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff besteht und ein Paar Elektrodenelemente metallisches Silicium und Bor enthält, mindestens ein Teil des Elektrodenelements aus einem Verbundwerkstoff besteht, der als eine Hauptkomponente 100 bis 10000 ppm Bor in Silicium enthaltendes Silicium enthält, in dem Verbundwerkstoff ein Volumenverhältnis des 100 bis 10000 ppm Bor enthaltenden Siliciums in dem Verbundwerkstoff 70 Volumen-% oder mehr beträgt und ein spezifischer elektrischer Widerstand der aus dem Verbundwerkstoff bestehenden Elektrodenelemente zwischen 20 µΩcm und 0,1 Qcm liegt, der Verbundwerkstoff, aus welchem die Elektrodenelemente bestehen, ein Metallborid oder ein Borid oder beides enthält.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei der spezifische elektrische Widerstand des Elektrodenelements zwischen 0,001 und 0,1 Qcm liegt, nachdem eine Wärmebehandlung bei einer Atmosphärentemperatur von 1000 °C 72 Stunden lang durchgeführt wurde.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Elektrodenelements zwischen 3,0 und 6,5 × 10^-6/K liegt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metallborid mindestens eines aus der aus CrB, CrB₂, ZrB₂, TaB₂, NbB₂, WB und MoB bestehenden Gruppe ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Borid BN oder B₄C oder beides ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner enthaltend: eine leitende Zwischenschicht aus einem Siliciumcarbid oder metallisches Silicium oder beides enthaltenden Werkstoff zwischen der Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers und dem Elektrodenelement.
Wabenstruktur nach Anspruch 6, wobei ein spezifischer elektrischer Widerstand der leitenden Zwischenschicht zwischen 20 µΩcm und 5 Ωcm liegt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem Wabenstruktur-Körper eine Porosität zwischen 30 und 60% liegt, ein durchschnittlicher Porendurchmesser zwischen 2 und 15 µm liegt, eine Dicke der Trennwände zwischen 50 und 300 µm liegt, eine Wabendichte zwischen 40 und 150 Waben/cm² liegt und ein elektrischer Widerstand zwischen dem Paar Elektrodenelemente zwischen 0,1 und 100 Ω liegt.
Herstellungsverfahren einer Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Wabenstruktur enthält: einen säulenförmigen Wabenstruktur-Körper und ein Paar auf der Seite einer Seitenfläche des Wabenstruktur-Körpers angeordneter Elektrodenelemente, wobei der Wabenstruktur-Körper poröse Trennwände und eine an einem äußersten Umfang angeordnete Umfangswand hat, in dem Wabenstruktur-Körper die Trennwände eine Vielzahl sich von einer ersten Stirnseite des Wabenstruktur-Körpers zu einer zweiten Stirnseite desselben erstreckender Waben definieren, der Wabenstruktur-Körper aus einem Siliciumcarbid enthaltenden Werkstoff besteht, das Herstellungsverfahren enthaltend: einen Schritt des thermischen Spritzens oder des Aufbringens eines Elektrodenelementbildungs-Rohmaterials auf die Seite einer Seitenfläche eines säulenförmigen Waben-Formkörpers oder eines durch Brennen des Waben-Formkörpers erhaltenen Waben-Brennkörpers, um ein Paar Elektrodenelemente auf der Seite der Seitenfläche des Waben-Formkörpers oder des Waben-Brennkörpers zu bilden, wobei ein festkörperähnliches Silicium und Pulver aus einem Metallborid oder einem Borid oder beidem enthaltendes Gemisch als das Elektrodenelementbildungs-Rohmaterial verwendet wird und das Gemisch thermisch gespritzt wird oder das aufgebrachte Gemisch auf eine Temperatur von 1400 °C oder höher erwärmt wird, um das Silicium in dem Gemisch zu schmelzen, um dadurch die Elektrodenelemente zu bilden.