复合材料、电极膜及其制造方法、电极端子及其制造方法、基材及其制造方法、以及接合材 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种作为被设置于废气的排气系统中的电加热式催化转换器的构成 要素的形成材料的复合材料、通过该复合材料而形成的电极膜、电极端子、基材、以及接合 部件和这些构成要素的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在各种产业界中，面向环境影响负载降低的各种各样的努力正在世界范围内进 行，其中，在汽车产业中，当然包括在耗油率性能方面较优异的汽油内燃机汽车，而且面向 混合动力汽车或电动汽车等的所谓环保汽车的普及以及其性能进一步提升方面的开发正 在日益推进。
[0003] 另外，在将车辆发动机与消音器连接的废气的排气系统中，有时会搭载有电加热 式催化转换器，所述电加热式催化转换器除了对常温时的废气进行净化以外，还在寒冷时 通过电器加热而使催化剂尽可能快地活性化从而对废气进行净化。该电加热式催化转换器 为如下的装置，即，在被设置于废气的排气系统中的蜂窝催化剂上安装例如一对电极，并将 该一对电极设为通过具有电源的外部电路而连接的结构，通过对电极进行通电而对蜂窝催 化剂进行加热来提高蜂窝催化剂的活性，从而使穿过所述蜂窝催化剂的废气无害化（电加 热式催化转换器（EHC:Electrically Heated Converter))。
[0004] 另外，在对上述的电加热式催化转换器的一般的结构进行简要说明时，能够列举 出如下的结构，即，由具有中空的外管（金属壳体）、具有被设置于该中空中的催化剂涂层 的蜂窝结构的发热性的基材、被夹于外管和基材之间的绝缘性的垫（保持材料）、在没有该 垫的区域内被安装于基材的表面上的例如一对电极、将该一对电极连接的外部电路形成的 结构。
[0005] 更详细而言，呈现出如下的结构，即，在基材的表面上设置电极的位置处，形成有 用于使电流在基材整体上尽可能等量扩散的电极膜，并且经由被设置于该电极膜上的开口 部而在基材的表面上安装有电极端子。在电极端子处安装有外部电极，通过经过电源的缆 线而构成了外部电路。另外，也存在如下方式，即，未在电极膜上设置开口部，而在电极膜的 表面上安装有电极端子。
[0006] 虽然这种ECH的构成要素由负载了催化剂的蜂窝结构的基材、被形成于基材的表 面上的电极膜、被形成于电极膜的表面上的电极端子和外部电路构成，但是在其中的基材 上存在较大的金属制的物质和陶瓷制的物质。其中，由于金属制的基材上电阻过低，因此可 知将其应用于混合动力车（HV)或插电式混合动力车（PHV)较困难。进而，这些能够应用于 环境对应汽车中的、具备SiC或SiC和Si的复合材料等的陶瓷制的基材的EHC应用逐渐成 为主流。
[0007] 在此，作为上述的EHC的构成要素的电极膜、电极端子、蜂窝结构的基材被分别要 求具有以下记载的作用或功能。
[0008] 首先，要求电极膜具有作为集电体的功能，因此优选为具有低于基材的体积电阻 率的电极膜。此外，要求具有电流的扩散功能，并优选为通过电流的扩散功而能够促进基材 整体的均等通电，因此优选为能够尽可能地使等量的电流扩散和整流在基材整体上。此外， 由于被安装在基材的表面上，因此优选为在与基材的接合界面上具有相对于与基材同等以 上的热应力的强度，因此除了连接强度较高之外，优选为，为了尽可能地缩小与基材之间的 热变形量从而使基材和电极膜两者的热膨胀系数近似。当还考虑对于热冲击的对策时优选 热为传导率也在基材以上，且从确保耐环境可靠性的观点而言，优选为在高温氧化气氛下 的体积电阻的变化较小。
[0009] 另外，上述电极膜所要求的作用或功能也适用于电极端子。
[0010] 另一方面，作为以蜂窝结构的发热体的基材，优选为能够以最佳的电阻值对使用 用途或投入电流以及电压进行控制。此外，优选为在作为催化剂的使用温度范围的-30°C~ KKKTC中，电阻的温度依赖性较少，且电阻变化较小。此外，除了耐氧化性较高、耐热冲击性 较高之外，优选为具有电极膜或电极端子之间的容易接合性。
[0011] 作为现状，已知在将作为EHC的构成要素的电极膜或电极端子、蜂窝结构的基材 以上述的SiC或SiC和Si的复合材料等的陶瓷进行成形的情况下，满足各自的构成要素所 要求的上述请求极为困难，因此在该技术领域内期待通过各个构成要素的形成材料的技术 开发，而制造出能够完全满足上述的各种要求性能的EHC。
[0012] 此处，在专利文献1中公开了如下的蜂窝结构体，即，在SiC素材的蜂窝结构的基 材的单元壁上含有电阻率较低的硅或硅化物、以及硅和硅化物的混合物。
[0013] 此外，专利文献2的主旨为，公开了贵金属类复合粉末，其相对于由银重量百分 比35 %~90 %、钯重量百分比5 %~30 %、金属硅重量百分比5 %~50 %形成的金属粉100 重量份而含有陶瓷粉〇. 5~30重量份而形成，并且通过使用该贵金属类复合粉末来制造电 极或贵金属-陶瓷复合体、加热器、柴油机颗粒过滤器等。另外，在文献中的实施例中另一 主旨为，相对于金属粉100重量份而配合作为陶瓷粉的碳化硅粉（在纯度为99%以上的情 况下颗粒直径为5 μ m以下）或者二硅化钥。
[0014] 此外，在专利文献3中公开了如下的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体具备：蜂窝体， 其具有覆盖单元形成部和单元形成部的周围的圆筒形状的外皮部；一对电极，其在蜂窝体 的外皮部的外周面的直径方向上对置，电极端子被设置于各电极的圆周方向中央部处并且 从圆周方向中央部朝向圆周方向外侧而形成厚度变薄的蜂窝结构体。本文献的主旨为，作 为构成各电极的材料而使用在SiC或SiC中浸入了 Si (金属硅）的SiC-Si等的陶瓷。此 外,还记载有如下主旨，即，蜂窝体（基材）由将SiC设为主成分的多孔质陶瓷构成，并且电 极端子也是由与上述电极相同的素材构成。
[0015] 此外，在专利文献4中公开了如下的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体具备：蜂窝结构 部，其具有多孔质的间壁和位于最外周的外周壁，并且由含有使作为骨料的SiC粒子与该 SiC粒子结合而成的作为结合件的Si的陶瓷材料构成的筒状蜂窝结构部；一对电极部，其 被设置于蜂窝结构部的侧面上；电极端子突起部，其被设置于一对电极部的各自的表面上； 金属端子部，其由与电极端子突起部电连接的金属材料构成，其中，一对电极部和电极端子 突起部由将SiC即Si设为主成分的导电性陶瓷材料构成，电极端子突起部和金属端子部经 由焊剂而电连接。
[0016] 此外，在专利文献5中公开了如下的碳化硅发热体，所述碳化硅发热体具有：发热 部件，其由SiC构成并通过通电而进行发热；SiC-MoSij^部部件，其由SiC和MoSi 2的复合 材料构成且作为与发热部件不同的部件而在被制作后与发热部件结合，并用于与发热部件 的通电；SiC-Si端部部件，其与该SiC-MoSi 2端部部件的另一个端部侧接合的、由SiC和Si 的复合材料构成的，将SiC-MoSi2端部部件之中MoSi 2的含有率设为重量百分比25%以上 且重量百分比35%以下。
[0017] 此外，作为通过挤压机而使SiC-MoSij^部部件成形的方法为，在挤压机中将SiC 和有机粘结剂的混合物成形为管状物，且通过干燥后烧成而得到再结晶质SiC烧结体后， 将MoSi2熔融含浸于该SiC烧结体的气孔部中。
[0018] 在上述专利文献1至4所公开的技术中，由于通过SiC、SiC_Si等的陶瓷而使电极 端子或电极膜等成形，因此依然存在无法满足所述的要求性能的课题。
[0019] 此外，上述专利文献5所公开的技术为，将构成SiC-MoSi2端部部件的MoSi 2的含 有率设为重量百分比25%以上且重量百分比35%以下。可推断出，以该方式对MoSi2含有 率进行规定的根据为，SiC-MoSij^部部件设置于如文字所述的端部部件的安装位置，且在 将MoSi 2含有比例设定在高于上限的重量百分比35%的范围内的情况下，该端部部件的体 积电阻变得过低而无法发挥作为加热器的发热功能。
[0020] 然而，将MoSi^有比例被规定为重量百分比35%以下的较低范围内的SiC-MoSi 2 部件，作为EHC的结构部件而应用在现实中极其困难。如上所述，EHC的结构部件要求低体 积电阻率、耐氧化性。
[0021] 在先技术文献
[0022] 专利文献
[0023] 专利文献1 :日本特开2012-106223号公报
[0024] 专利文献2 :日本特开平10-287937号公报
[0025] 专利文献3 :日本特开2012-92821号公报
[0026] 专利文献4 :日本特开2011-212577号公报
[0027] 专利文献5 :日本特开2005-149973号公报
【发明内容】
[0028] 发明所要解决的课题
[0029] 本发明是鉴于上述的问题而完成的