JP2003509585A - 焼結ハニカム体の製造方法 - Google Patents

焼結ハニカム体の製造方法

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エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、クロムとアルミニウムとを含む複数の薄鋼板を積層及び／又は巻回して、ハニカム体を形成する工程と、このハニカム体を外被管の中に挿入する工程と、熱処理によって隣接する薄鋼板相互の結合部を形成する工程とを有する金属ハニカム体の製造方法に関する。好適には、薄鋼板（１、２）に、ハニカム体の形成前に、多量の炭素を含有する圧延油が付けられ、これによって、熱処理中、焼結過程を促進する炭素層が形成される。このようにして、非常に薄い鋼板（１、２）から堅固なハニカム体が安価に製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、耐高温腐食性の薄鋼板から成る焼結ハニカム体の製造方法に関する
。そのようなハニカム体は、特に自動車の排気装置において、触媒担体として及
び／又は吸収材料担体として使用される。
【０００２】 国際公開第９６／０８３３６号パンフレットにおいて、少なくとも部分的に構
造化された薄鋼板を、巻回し、絡み合わせ、あるいは積層して金属構造物（特に
触媒担体）を製造する方法が知られている。その場合、薄鋼板層は、薄鋼板相互
を金属結合するために、補助剤を利用し、あるいは補助剤を利用せずに、熱処理
される。
【０００３】 その補助剤は、薄鋼板のろう付けすべき部位に付けられるろう粉末である。ド
イツ特許出願公開第２９２４５９２号明細書において、ろうの種々の被着方法が
知られている。
【０００４】 国際公開第９６／０８３３６号パンフレットに基づいて、薄鋼板相互の結合部
位の形成は、補助剤なしでも、熱処理が薄鋼板の融点より低い温度で実施され、
従って薄鋼板が相互に焼結されることによって行われる。
【０００５】 ドイツ特許出願公開第２９４７６９４号明細書において、焼結前に薄鋼板に金
属被覆が設けられることによって、焼結過程が簡単化されることも知られている
。実際には従来、特に触媒担体用のハニカム体を形成するために、焼結技術は実
施されていない。
【０００６】 排気装置にハニカム体を利用する場合、しばしば、ハニカム体が急速に加熱さ
れることが問題となる。そのために、質量を減少させることが特に重要であり、
これは比較的薄い鋼板を使用することによって達成される。公知の触媒担体の場
合、薄鋼板の厚さはたいてい約４０〜５０μｍである。３５μｍ以下の厚さの薄
鋼板の場合、薄鋼板が面倒でも相互にろう付け法で結合されるときだけしか、触
媒担体の品質が保障されないことが確認されている。ろうの集合は、結合個所に
合金を生じさせ、これは耐高温腐食性を低下させる。
【０００７】 本発明の課題は、厚さが３５μｍ以下の薄鋼板から高品質の金属ハニカム体を
製造する方法を提供することにある。同時に、その方法を経済的に有利にしよう
としている。またそれに応じて製造された非ろう付け形ハニカム体を作ろうとし
ている。
【０００８】 この課題は、本発明に基づいて、請求項１に記載の金属ハニカム体の製造方法
ないしは請求項７に記載のハニカム体によって解決される。本発明の有利な実施
態様はそれらの従属請求項に記載されている。
【０００９】 本発明に基づく金属ハニカム体の製造方法は、クロムとアルミニウムとを含み
少なくとも部分的に構造化された厚さ３５μｍ以下の複数の薄鋼板を積層及び／
又は巻回して、流体が貫流できる通路を有するハニカム体を形成する工程と、こ
のハニカム体を外被管の中に挿入する工程と、熱処理、特に焼なまし過程によっ
て隣接する薄鋼板相互の結合部を形成する工程とを有している。その熱処理中、
ハニカム体は少なくともそれぞれ２５Ｋ／ｍｉｎ（ケルビン／分）、好適には少
なくともそれぞれ３０Ｋ／ｍｉｎの平均温度勾配で、１１００℃より高い温度、
好適には約１１５０℃〜１１９０℃に加熱され、再冷却される。
【００１０】 通常のろう付け法あるいは焼結法に比べて速い加熱は、まず第１に、それによ
って製造時間が短縮されるので、非常に有利である。また、その急速な加熱は、
薄鋼板の表面における化学処理過程についても有利である。即ち、結合を悪くす
る酸化過程が防止され、他方では、結合を促進する例えば炭化物（特に炭化クロ
ム）が形成される。薄鋼板は熱容量が小さいので、これは急速に加熱され、従っ
て、温度分布を一様にするために、炉内に所定温度で保持する保持時間は必要は
ない。全熱結合過程は９０分に、あるいはもっと短時間に短縮される。なお平均
温度勾配とは、炉内において開始温度から最高温度までの全加熱過程中における
単位時間当たりの平均温度変化、ないしは冷却過程中における単位時間当たりの
相応する温度変化を意味している。
【００１１】 本発明に基づく方法において、望ましくない酸化を防止し、ハニカム体の表面
特性を的確に得るために、熱処理が真空中あるいは少なくとも規定の雰囲気にお
ける負圧中で実施されると有利である。
【００１２】 好適には、薄鋼板に、ハニカム体の形成前に、特に黒鉛粉末の形で多量の炭素
を含有する圧延油が付けられ、これによって、熱処理中、焼結過程を促進する炭
素層が形成される。所望の厚さをした薄鋼板を冷間圧延で製造する際、もともと
圧延油が使用される。しかしハニカム体の従来の製造過程では、その圧延油は熱
処理前あるいは熱処理中に除去される。しかし本発明に基づいて、炭素は焼結過
程を促進するので、熱処理中に主に炭素を含む残留物を形成するような圧延油が
選定されて使用される。例えば好適には微粉末の形をした黒鉛を圧延油に添加す
ることによって、焼結過程は一層強化される。また黒鉛は潤滑剤として作用する
という利点を有し、これは、本発明に基づくハニカム体に採用されるような非常
に薄い鋼板に構造物（特に波形）を形成する際に大きな価値がある。
【００１３】 更にまた、本発明の有利な実施態様において、特にほぼスパイラル状あるいは
インボリュート曲線状に延びる多数の薄鋼板から成るハニカム体の場合、応力の
的確な付加によって、あるいは弛緩によって、個々の部位に生ずる結合個所の数
が制御される。
【００１４】 なお、加熱時間の急速度、圧延油の種類、応力ないしは弛緩の的確な付与は、
それぞれそれだけで、あるいは任意に組み合わせても、焼結にとって有利である
。
【００１５】 熱処理に冷却過程が続いている。この冷却過程は、真空中あるいは保護ガス中
で実施される。後で触媒活性材料あるいは吸収材料を被覆する際に有害となる場
合によって残留する炭素は、冷却過程中に、保護ガス・酸素雰囲気の的確な添加
によって除去される。その場合、残留炭素は燃焼し、後での被覆の接着を向上す
る規定の酸化層が生ずる。
【００１６】 また上述の本発明の課題は、クロムとアルミニウムとを含み少なくとも部分的
に構造化され接触個所で相互に接触する複数の薄鋼板を、積層及び／又は巻回し
て形成され、流体が貫流できる通路を有し、外被管によって包囲されているハニ
カム体において、薄鋼板が３５μｍ以下の厚さを有し、少なくとも一部の接触個
所が、炭化物（特に炭化クロム）を含む少なくとも１つの結合部位を有している
ことによって解決される。そのようなハニカム体は、薄鋼板の厚さが３５μｍよ
り薄い、それどころか２５μｍより薄い場合でも、機械的に非常に安定し、耐高
温腐食性を有する。
【００１７】 以下において図に示した実施例を参照して本発明の一層の詳細および利点を説
明する。
【００１８】 図１に示されたハニカム体は例えば触媒担体となっている。このハニカム体は
異なった形成および幾何学形状にすることもできる。
【００１９】 複数の平形薄鋼板１および波形薄鋼板２を交互に重ね合わせて、薄鋼板１、２
間に通路９を形成しているスタックを構成する際、まず予め定められた高さと予
め定められた長さを有する１つのスタックが形成される。製造方法および形成す
べき所望の横断面に応じて、スタックはその製造過程のはじめに、必ずしも平ら
な側面の直方体の形に重ね合わせる必要はない。ハニカム体を製造する際、別の
形状（例えば平行四辺形）なども有利である。そのようなスタックは、それから
フォークあるいは類似した固定装置によって、固定点３、４において固定され、
フォークの回転ないしスタック端の逆向きの曲げによって、絡み合わされる。こ
のようにして、図１に概略的に示されているような形状が生ずる。
【００２０】 絡み合わされた薄鋼板層１、２は外被管５の中に配置される。その外被管は複
数のセグメントで構成することもできる。
【００２１】 そのように準備されたハニカム体は、炭素及び／又は炭素化合物を含む被覆層
が設けられる。その被覆層は、薄鋼板１、２が積層及び／又は巻回によって担体
の形に加工される前に、既に薄鋼板１、２に被着される。特に炭素は、冷間圧延
中に利用される圧延油に含まれ、特に油に添加された黒鉛粉末の形で含まれてい
る。
【００２２】 そのように準備されたハニカム体は、熱処理、特に焼結処理される。その熱処
理によって、薄鋼板は結合部位において相互に結合される。熱処理中、圧延油が
分解され、表面に炭化物（特に炭化クロム）が形成される。この炭化物は、薄鋼
板相互の結合強度に貢献する。薄鋼板の厚さは好適には約１５〜２５μｍである
。
【００２３】 図２には、互いに隣接する薄鋼板１、２の結合部位が拡大して示されている。
結合部位６、７は焼結結合され、炭化クロムを有している。ハニカム体の製造時
、工具を調整することによって、ハニカム体の内部における応力、従って薄鋼板
相互の接触個所における押圧力が制御される。少数の薄鋼板がスパイラル状に巻
回されて構成されたハニカム体ではなく、薄鋼板先端が外被管５に向けて延びそ
こに固定された個々の多数の薄鋼板１、２から構成されているハニカム体の場合
、ハニカム体の横断面にわたる応力分布は、例えば縮充あるいは打ち叩きによる
的確な弛緩によっても制御される。即ち、応力が与えられ続いて縮充されたこの
構造形式のハニカム体は、横断面における外部範囲８が内部範囲におけるよりも
多くの結合個所６、７を有する（図１参照）。これによって、機械特性が向上す
る。なお、薄鋼板１、２相互の結合は、本発明に基づいて焼結によって行われる
が、外被管５との結合は、その結合の寿命についての要件に応じて、焼結あるい
はろう付けによって行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ハニカム体の概略端面図。
【図２】 薄鋼板相互の結合個所の拡大詳細図。
【符号の説明】
１ 平形薄鋼板 ２ 波形薄鋼板 ３ 固定点 ４ 固定点 ５ 外被管 ６ 結合部位 ７ 結合部位 ８ 横断面外部部位 ９ 通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 20/00 ３１０ Ｂ２３Ｋ 20/14 20/14 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｐ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ２３Ｋ 101:02 // Ｂ２３Ｋ 101:02 Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 シュロートマン、ヘルゲ ドイツ連邦共和国 51467 ベルギッシュ グラートバッハ アン デア エンゲル スフール 15 (72)発明者 ファウスト、ギュンター ドイツ連邦共和国 51143 ケルン ロー ゼンヒューゲル 76 (72)発明者 ヴィーレス、ルートヴィッヒ ドイツ連邦共和国 51491 オフェラート オッペルナー シュトラーセ ２ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB01 AB08 BA07 BA39 GA07 GA08 GA09 GA12 GA13 GB01X GB13X GB16X GB17X 4D048 BA39X BB02 BB18 CA01 CA08 4E067 AA02 AB08 AD04 BA00 DB01 DC01 DC06 EC09 4G069 AA01 AA08 BA18 CA02 CA03 EA20 EA21 EA24 EB15X EB15Y FA01 FB29 FB69 FB70 FB72 FC07 4K042 AA25 BA13 CA01 CA06 DA03 DC01 DC02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クロムとアルミニウムとを含み少なくとも部分的に構造化さ
    れた厚さ３５μｍ以下の複数の薄鋼板（１、２）を積層及び／又は巻回して、流
    体が貫流できる通路（９）を有するハニカム体を形成する工程と、このハニカム
    体を外被管（５）の中に挿入する工程と、熱処理、特に焼なまし過程によって隣
    接する薄鋼板（１、２）相互の結合部を形成する工程とを有し、その熱処理中、
    ハニカム体が少なくともそれぞれ２５Ｋ／ｍｉｎ（ケルビン／分）、好適には少
    なくともそれぞれ３０Ｋ／ｍｉｎの平均温度勾配で、１１００℃より高い温度に
    、好適には約１１５０℃〜１１９０℃に加熱され、再冷却されることを特徴とす
    る金属ハニカム体の製造方法。
  2. 【請求項２】 熱処理が負圧中あるいは真空中で実施されることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 薄鋼板に、ハニカム体の形成前に、油、好適には薄鋼板の冷
    間圧延中に既に付けられた圧延油が付けられ、この油が、ハニカム体が加熱され
    たとき、その組成及び／又は添加によって、薄鋼板の表面に高炭素層が形成され
    ることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 炭素含有量を高めるために、圧延油に添加剤として黒鉛が特
    に微粉末として混入されることを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 ハニカム体が、少なくとも部分部位における薄鋼板相互の接
    触個所を一様な高い結合品質にするために、熱処理前に、縮充や打ち叩きなどに
    よって的確にその部分部位において弛緩されることを特徴とする請求項１乃至４
    の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 ハニカム体が、ほぼスパイラル状あるいはインボリュート曲
    線状に外側に延びる多数の薄鋼板（１、２）から成る物体であり、この物体が、
    応力の的確な付加によって及び／又は横断面の外側範囲（８）における縮充によ
    って、横断面の外側範囲（８）に内側範囲よりも多くの薄鋼板（１、２）相互の
    接触結合個所が生ずるような応力分布にされることを特徴とする請求項５記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 クロムとアルミニウムとを含み少なくとも部分的に構造化さ
    れ接触個所で相互に接触する複数の薄鋼板（１、２）を、積層及び／又は巻回し
    て形成され、流体が貫流できる通路（９）を有し、外被管（５）によって包囲さ
    れているハニカム体において、薄鋼板（１、２）が３５μｍ以下の厚さを有し、
    少なくとも一部の接触個所が、炭化物、特に炭化クロムを含む少なくとも１つの
    結合部位（６、７）を有していることを特徴とするハニカム体。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの結合部位（６、７）が、熱処理、特に焼結
    過程によって製造されることを特徴とする請求項７記載のハニカム体。
  9. 【請求項９】 薄鋼板（１、２）の少なくとも一部が約１５〜２５μｍの厚
    さを有していることを特徴とする請求項７又は８記載のハニカム体。
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