JPH0478447A - 触媒メタル担体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃焼用触媒を担持するために用いられる金属
製の触媒担体に関し、更に詳しくは耐熱性ステンレス鋼
表面に触媒担体としての特性を賦与した金属製触媒担体
に関する。そしてその目的とするところは、上記鋼板表
面に針状セラミックス結晶（ウィスカー状）を効率良く
しかも容易に密集生成させ、耐剥離性に優れた触媒担持
層を形成した触媒担体を開発することである。

〔従来の技術］ 従来自動車の公害対策として排気ガス中のＣ０１ＨＣ，
ＮＯｘを減少させるため、排気管の途中に三元触媒コン
バーターを介在させている。この担体の一つとして、モ
ノリスタイプのメタル担体があり、このものは２０Ｃｒ
−５Ａｊ２系の耐熱性ステンレス鋼を高温で長時間熱処
理して、その表面にアルミナウィスカーを密集して生成
させたものである。更に詳しくは、このアルミナウィス
カーを生成させた担体は通常０．０５ｍ厚さの上記ステ
ンレス鋼の箔を９５０℃で１６時間という長時間加熱を
続けてその表面にアルミナウィスカーを析出、生成せし
めて担体として機能するに必要な表面状態を作成してい
るものである。元来アルミニウム金髪の高いステンレス
鋼は耐酸化特性が良ずぎるため必要充分なアルミナウィ
スカーを密集生成させるためには高温度域での加熱に極
めて長い時間がかかりすぎ、工業的に熱処理費用が嵩む
という大きな欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） この発明が解決しようとする課題は従来のこの種耐熱性
ステンンし・ス崎を用いる金属製触媒担体の上記欠点を
解消することである。

［課題を解決するための手段］ この課題は極めて短時間の加熱処理で上記ステンレス鋼
板の表面にセラミックス層を先ず形成し、形成されたセ
ラミックス層の上に更に針状セラミックス結晶（ウィス
カー状）を析出せしめることによって解決される。

（発明の作用並びに構成〕 この発明の基本は、　（イ）耐熱性ステンレス鋼表面上
に先ず金属酸化物セラミックス層を形成せしめること、
　（ロ）この金属酸化物層の上に針状セラミックス結晶
（ウィスカー状）就中特に好ましくはムライトウィスカ
ーを密集生成せしめること、　（ハ）上記（イ）及び（
ロ）の処理によって得られた基材を触媒メタル担体とし
て使用すること、就中特に自動車用三元触媒コンバータ
ーのモノリスタイプのメタル担体として使用すること、
である。

以下に上記（イ）及び（ロ）の工程順に本発明を説明す
る。

〈（イ）の工程） この発明に於いて使用される耐熱性ステンレス鋼として
は、所謂耐熱性の優れたステンレス鋼として従来から知
られているものが広く使用でき、その代表例としてクロ
ム、アルミニウム等を含有するステンレス鋼が例示でき
、特に好ましいものとして、２０Ｃｒ−５Ａｊ２系、そ
の他６Ｃｒ−５Ａ１．系、１２　Ｃｒ−１，５３ｉ−０
，５Ｔ　ｉ系、２５Ｃｒ−２０Ｎ　ｉ系等を例示できる
。

この鋼板上に形成せしめる金属酸化物セラミックス層と
しては、広く各種のセラミックスが例示でき、特にクロ
ム及びアルミナの少なくとも１種を主成分としてなるセ
ラミックス層が好ましい。

このセラミックス層を形成せしめるに際しては、８５０
℃以上、好ましくは８７０℃以上で４時間以下、好まし
くは１〜２時間程度大気中で加熱し、表面を酸化させる
ことによってセラミックス層を形成せしめる。例えば、
ステンレス鋼が２ＯＣｒ−５Ａ１のステンレス網である
場合は、これをそのまま上記加熱処理する。即ちステン
レス鋼中に含有されているアルミニウムが上記加熱処理
によって表面に移動し、時間と共に酸化されてアルミナ
を表面に生成、成長し、アルミナからなるセラミック層
が形成されるものである。このセラミックス層の厚さは
通常４０μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍ程度であ
る。

〈（ロ）の工程〉 この工程は上記セラミックス層の上に更にセラミックス
結晶をウィスカー状に形成せしめる工程である。生成せ
しめるセラミックス結晶ウィスカーの種類は特に限定さ
れないが、好ましくはシリカとアルミナとを、或いはこ
れら１種を主成分とするものであり、特に好ましくはム
ライトウィスカーである。このセラミックス結晶ウィス
カーを生成せしめるに際しては、所望のセラミックス結
晶ウィスカーを生成せしめるに必要なセラミックス原料
粉末を選択し、これを適宜な溶媒通常水を用いて懸濁液
乃至分散液となし、この液に上記（イ）工程終了物を浸
漬、又は塗布する。使用されるセラミックス粉末は、シ
リカ又は／及びアルミナを含有する各種材料が使用され
、その代表例としては陶土、カオリン、各種ガラス、各
種容土珪酸塩等を例示できる。塗布又は含浸させたのち
、１０００℃以上で１時間〜２時間程度焼成して、上記
（イ）のセラミックス層の上に針状セラミックス結晶ウ
ィスカーを生成せしめる。この際ウィスカの生成と共に
ガラスが生成することがあるので、この場合にはガラス
を例えばフッ化水素で処理して除去すれば良い。この処
理によって生成するセラミックス結晶ウィスカーは上記
（イ）のセラミックス層の表面乙こ不完全に生成し、成
長を続けている間に上記（イ）のセラミックス層と結合
し、或いは一体化し表面が密集した針状セラミックス結
晶ウィスカーで覆われる。このように上記（イ）及び（
ロ）の処理によって得られる材料は、耐熱性ステンレス
崎表面にセラミックス層及び針状セラミックス結晶ウィ
スカーを複合−休出して生成せしめたものであるため、
極めて優れた耐剥離性を有し、その表面ば触媒の錨着に
最も適した気孔体組織となっており、高温から低温まで
熱による象、激な変化の繰り返しや、機械的な振動衝撃
に強く、２広い温度域での使用に充分に耐え得るものと
なっている。しかも自動車エンジンの休止中に結露した
り、水と接触したりすることがあっても錆びることなく
、栓めて安定で耐久性のある材料となっている。このた
め自動車用触媒担体として極めて優れたものである。

〔実　施　例〕

以下に実施例によってこの発明を更に詳細に説明する。

先ず第１の実施例は、第１図のように自動車の触媒コン
バーターにこの発明のモノリスタイプ（１）の触媒メタ
ル担体を適用したものである。この場合ハニカム構造（
２）を構成する金属基板は熱膨張の小さいフェライト系
の２０Ｃｒ−５Ａ／！耐高温酸化性ステンレス鋼を用い
、その厚さが０．０５ｍａのものを使用した。そして第
２図に示すように平板（３）と波板（４）とを交互に組
み合わせて第３図に示すような円筒状にまきｊ７めて触
媒担体生地（５）としたものである。

担体生地（５）は必要箇所溶接などで固定される。

その固定はその後の熱処理及び実際の使用も含めた変化
に充分適用できるように固定するのが望ましい。例えば
ロウ付け、溶接、ハンダ付は等の固定手段である。

次に該触媒担体生地（５）を８７０℃以上で１時間大気
中で表面を酸化させる。この時このフェライト系耐高温
酸化性ステンレス鋼中に５％添加されているＡ１は高温
で表面に移動して濃化し、更に時間と主に酸化してアル
ミナの結晶を表面に生成成長させる。

従来はこれを１６時間も続けて該アルミナ結晶をウィス
カー状として生成せしめると共に、触媒担体として充分
な量、即ち密生させているのであるが、この発明ではこ
れを１時間以下の短時間で中止して冷却する。その後必
要に応してこれを酸又はアルカリで洗浄或いは表面を活
性化する。この生地（５）を別途に作成した微粉末から
なるセラミック粉末の水懸濁液に浸漬して生地（５）に
含浸させたのち、これを１０００〜１３５０℃で１時間
焼成すると生地（５）の表面にシリカとアルミナの化合
物である針状のムライトがガラス層の中で生成する。次
いでフッ化水素でガラス層を除去すると第４図に示す通
り生成した針状ムライトだけが残る。生成した針状ムラ
イト（６）は担体生地（５）の表面に不完全に生成し、
更には成長を続けているアルミナウィスカーと結合し、
或いは絡み合って強固に一体化し１、表面が密集した針
状ムライト（６）で覆われたメタル担体ができる。

以上に説明したように、この発明に於いては耐熱性ステ
ンレス鋼を基板として、その表面に針状ムライトの層を
複合−休出したものであるから、既に述べた通り、各種
の特性を具備し、極めて安定で耐久性のある自動車用と
しては好適な触媒担体となる。

また本発明に於いては、この際平板（３）と波板（４）
とに挾まれた隙間（７）に入ったセラミックス懸濁液は
これを充填するように針状ムライトを生成するので、従
来この隙間（７）を流れにくかった被処理ガスのために
触媒表面積の２〜５％は占めると思われる不使用の部分
が無くなって、充填によって全ての触媒面が有効に働く
ようになり、触媒の使用量を減少させ、実質的には触媒
コンバーターを小型化できる効果がある。また前記平板
と波板の頂点が針状ムライトによってあたかも接着剤で
固めたように強固に接合し、高耐熱性の強固な構造体と
なる。

この発明で使用するステンレス鋼の例としてアルミナ、
！、０．を主体とする２０Ｃｒ−５Ａｌ系のステンレス
鋼について述べたが、これに限定されない、また当然生
成するセラミックスも針状のものから粒状のものなどが
適用される。

またセラミックス針状結晶としてもシリカとアルミナの
化合物であるムライトに限定せず、他の化合物、他の組
成でより低温度域でセラミ・ンクウィスカーを生成する
ものでもよい。また生成したガラス層を除去するのにフ
ッ化水素水溶液で溶出する方法を述べたが、他の酸処理
、アルカリ処理であってもよい。

ガラス層の溶出処理で同時に、ステンレス鋼板上のセラ
ミックスから遊離しているその他の酸化不純物なども除
去できればよい。

このようにして表面積を増加すれば積層すべき針状ムラ
イトの量及び熱処理の費用が低下し、より低コストのメ
タル担体が提供できる。

この発明に於いては更に次のよう均′技術手段が包含さ
れる。即ち第２の実施例として例えば第５図に示す通り
波板（３０）と波板（３１）とを斜交させて円筒状に巻
き付けるクロスハニカム型の触媒メタル担体である。

互いに或いは一方が所定斜角、軸方向に角度を持って交
叉するもので、その接点は波板の波の頂点で互いに点で
接合している構造である。

従って従来必要とした一部平板を用いなくてもよいが、
第６図のように必要によっては平板（３２）を用いても
よい。尚第７図は第６図のものを円筒状にまきつけたも
のを示している。

この実施態様によると波板（３０）と波板（３１）の接
合点に接合手段、例えばハンダ、ロウ付け、溶接などが
適用できる。しかしながら触媒メタル担体として処理し
たことで生成する表面の針状ムライト１．或いは一部ガ
ラス層によってこの接点が接合する時には本発明のメタ
ル担体のコストは著しく低減する。

従来筒状に成形されたハニカム状触媒メタル担体は１個
の断面積が１〜２ａ＋ｒｎ”の極めて小さく細分化され
た多数のセル（通路）で構成されており、このセルを被
処理ガスが直進し、セル壁に担持された三元触媒によっ
て触媒処理されるようになっている。従って通過する被
処理ガスをより完全に処理するにはより多く触媒と接触
させなければならないので、セルの細分化或いは長大化
が要求されるが、これはガスがコンバーターを通過する
時の抵抗の増大になるか、或いはコンバーターの大型化
に繋がる欠点となる。またその構造からコンバーターの
入口に接している筒状のメタル担体の中心部に排気ガス
の流れとその処理熱が集中する。

従って触媒担体の中心部に排気ガス処理の負担が集中し
、その周辺よりも著しく高温になってメタル担体の破壊
をもたらす危険があるばかりでなく、触媒性能を劣化さ
せる欠点がある。

またセルを極めて細分化するためにそれを構成する平板
と波板の長い接合部と少なくともその直近の狭い隙間に
存在する触媒は通過してくるガスと接触することが極め
て困難である。つまり触媒として機能しない高価な触媒
がメタル担体の総表面積の５〜１５％にもなる。

しかるにこの実施態様によれば、ガスが拡散して流れ、
同時に熱が分散し、担体及び触媒の寿命が延びる。

斜交した波板頂点同志の点接合であるから接合点以外の
メタル表面の触媒が排気ガスと接触できるので、実質的
にメタルの表面積即ち、触媒の表面積が増加したことに
より１０〜３０％は効率が上がり、小型化できる。

点接合の接合面積が波板を巻き絞める強さによって押圧
され、接合面積を自由に増減できる。

この態様によると入口から入った排気ガスは従来のよう
な一本道を通ることなく、斜交した通路によって直進を
妨げられ、触媒壁に衝突を繰り返しながらコンバーター
の中で混合拡散し、殆ど均一な触媒処理を受けることが
できる。

また中心部と外周部と斜交角を変化させることによって
熱の拡散などが自由に行える。

この第２の実施例に於いては斜交する角度は通常４５°
以下、好ましくは３〜１０″程度である。

特にこの発明に於いてはこの第２実施態様としてステン
レス鋼そのものをこのような態様にすることも含まれ、
あえて前記（イ）及び（ロ）の手段を必ずしも適用しな
くてもよいし、また（イ）及び（ロ）のいずれかだけを
適用してもよい。

尚この発明に於いては針状セラミックス結晶の上に直接
触媒を担持させる場合について記したが、これに限定せ
ず針状セラミックスの上にガンマアルミナ、その他適宜
なコーティング層を施してから触媒を担持してもよい。

〔発明の効果〕

この発明は新しい触媒担持用メタル担体を提供するもの
であり、産業上の利用効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明モノリスタイプ触媒コンバーターの一例
を、第２図はハニカム状メタル担体の説明図、第３図は
ハニカム状メタル担体生地の説明図、第４図は針状ムラ
イトを生成したメタル担体の説明図である。また第５〜
７図は他の触媒担体の一例を示す説明図である。 …コンバーター ・・・メタル担体 ・・・平板 ・・・波板 ・・・生地 ６・・・ウィスカー ７・・・隙間 ３０・・・波板 ３１・・・波板 ３２・・・平板 （以 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性ステンレス鋼表面に金属酸化物セラミック
   ス層が形成され、その上に針状セラミックス層が積層複
   合され、これに燃焼用触媒を担持させるようになしたこ
   とを特徴とする触媒メタル担体。
2. （２）自動車排気ガス用触媒コンバーターに於いてその
   モノリスタイプのハニカム状メタル担体に請求項（１）
   に記載の基材を用い、これに燃焼用触媒を担持させるよ
   うになした請求項（１）に記載の触媒メタル担体。
3. （３）その表面に金属酸化物セラミック層を形成せしめ
   た耐熱性ステンレス鋼板にセラミックス微粉末の懸濁液
   を塗布又は含浸し、次いで１０００℃以上で焼成して、
   針状セラミックスを生成せしめ、必要に応じ共成するこ
   とのあるガラスを除去することを特徴とする針状セラミ
   ックスをその表面に密生複合させた触媒メタル担体の製
   造方法。