JPH01270947A - 高温触媒用金属担体 - 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〕 本発明は、　ＩＪＦ気浄化等高温度において用いられる
。触媒用の金属担体に関する。

〔従来技術〕

自動車の排気浄化等に用いられる触媒は、従来一般に、
触媒機能を発揮させる触媒成分と該触媒成分を担持させ
るための多孔質担体とよりなる。

しかして、該担体の構造としては、多くの表面積を得る
ためにハニカム構造体が多用されてきている、また、近
年においては、このハニカム構造体を金属により作製し
、その上にアルミナ粉末等によるセラミックスの多孔質
担体を形成し、該多孔質担体中に触媒成分を担持させた
ものが提案されている。何故なら、金属は熱伝導率が高
いため。

担体及び触媒層の温度が早く上昇するためである。

そのため、これを特に自動車の排気浄化用として用いる
場合には、内燃機関の運転初期においても。

この触媒層が排気ガスの温度と殆ど同温度に上昇してい
き、運転初期より排気浄化を行わせることができる。

このように、金属ハニカム構造体は優れた機能を有する
が、一方排気ガス中で使用されるために高４における耐
久性が要求される。

なお、上記金属担体は後述する第１図に例示するごとく
、ハニカム構造体ｌとその外周に配した外筒４とからな
るものである。そして、該ハニカム構造体ｌは平板２と
波板３とを交互に積層、固着してなるもので、その表面
に上記多孔質担体及び触媒成分を担持して触媒となし１
両板の間隙に排気ガス等を流入するものである。

また、従来提案されている金属担体においては。

金属ハニカム構造体は主としてフェライト系ステンレス
鋼が、また外筒にはオーステナイト系ステンレス鋼が用
いられている。

また、かかる金属製のハニカム構造体は、上記材質の薄
い平板と波板とを交互に重ね、又はロール状に重ねて巻
き１両者の接触部分をニッケル系ロウ材により接合した
ものである。

〔解決すべき問題点〕

ところで、前記外筒はハニカム構造体の外周において、
該ハニカム構造体の形状を保持すると共に、薄板で構成
されているハニカム構造体の保護をするものである。

しかしながら、該金属担体が高温度下で用いられる場合
には、使用中に外筒が充分にハニカム構造体を保持でき
なくなる場合を生ずる。特に、該金属担体が自動車の排
気浄化用触媒と用いられる場合には、該金属担体は室温
から排気温度（約６００〜９５０°Ｃ）までの急激な温
度変化にさらされる。そして、この急激な温度変化は、
自動車の運転、休止に伴って高い頻度で繰り返される。

そのため、ハニカム構造体と外筒との間にはこの温度変
化に伴う繰り返しストレスが生じ１両者間が剥離したり
、更にはハニカム構造体の薄板に亀裂を生じる恐れがあ
る。また、上記剥離が生ずると排気ガスの圧力によって
ハニカム構造体が押し出されて外筒から外れ、触媒能ツ
ノを低下させてしまうこともある。

本発明はかかる問題点に鑑み、高温と低温との繰り返し
使用にも充分に耐えうる高温耐久性に（ｆれた金属担体
につき鋭意研究を重ねた結果なされたもので、金属ハニ
カム構造体と外筒との接合状態が強く、高温耐久性に優
れた金属担体を提供しようとするものである。

〔問題点の解決手段］ 本発明は、金属ハニカム構造体とその外周に配設した外
筒とよりなる高温触媒用金属担体であって、上記ハニカ
ム構造体はフェライト系ステンレス鋼の平板と波板とを
交互に積層して成ると共に該平板と波板とは接合してな
り、また上記外筒はフェライト系ステンレス鋼からなり
、かつ上記ハニカム構造体と外筒とは互いに接合されて
いることを特徴とする高温触媒用金属担体にある。

本発明において、触媒の骨格としての金属ハニカム構造
体を構成する金属板は、平板及び波板ともにフェライト
系ステンレス鋼を用いる。このフェライト系ステンレス
鋼としては１例えばＪＩＳ規格の５ＵＳ４１０Ｌ、５Ｕ
Ｓ４３０，５ＵＳ４３４などがある。また、平板及び波
板の厚みは。

その加工性、ハニカム構造体の軽量化及び多数のセル形
成上から、０．０３〜０．２閣とすることが好ましい。

また３本発明に関するハニカム構造体は、平板と波板と
を交互に積み重ねて積層体としたもの。

或いは第２図に示すごとく長い平板と長い波板とを重ね
合わせながらロール状に巻いて積層体としたものなどが
ある。

しかして、該積層体における平板と波板とは。

互いに接合する。この接合手段としては、前記のごとき
ニッケル系ロウ材等によるろう付け、或いは後述する拡
散接合法がある。

次に、前記外筒は上記ハニカム構造体の外周囲を保持、
保護するもので、板状のフェライト系ステンレス鋼を用
いる。しかして、外筒とハニカム構造体とは共にフェラ
イト系ステンレス鋼を用いるが１両者は同材質（例えば
共に５ＵＳ４３０）であっても、異なって（例えば外筒
は５ＵＳ４１０Ｌ、ハニカム構造体は５ＵＳ４３０）い
ても良い。また、該外筒の板厚みは０．５〜３Ｉとする
ことが好ましく、これより薄いとハニカム構造体の保持
が難しく、これより厚いと金属担体の重量が大きくなる
。

また、外筒とハニカム構造体外周とは互いに接合する。

この接合には、Ｎｉ系等のロウ材を用いたろう付け、或
いは後記のごとき拡散接合などがある。

なお、触媒用担体とするに当たっては、上記ハニカム構
造体における平板と波板の表面には、多孔質担体が付着
形成される。該多孔質担体は、触媒成分を担持させるた
めの層であり、主としてアルミナ、シリカ、ジルコニア
等のセラミックス粉末の多孔質焼結体によって構成され
る。また、ハニカム構造体の断面通路は六角形、四角形
、三角形など任意である。

また、上記金属ハニカム構造体において平板と波板とは
その接触部分を互いに拡散接合によって強固に接合して
おくことが好ましい。この点に関して、第３図により説
明すれば、平板２と波板３とは符号２１で示す部分（画
板の前記接触部分）において互いに拡散接合している。

かかる拡散接合は、主として原子の拡散とクリープ変形
を利用して接触面の接合を図ったものである。

拡散接合によりハニカム構造体を作製する方法としては
、まず金属の平板と波板とを交互に積層又は重ね巻きし
て積層体を作り２次いで該積層体をその平板と波板との
接触部分を接触させた状態に保持して非酸化雰囲気中に
おいて高温に加熱し。

上記平板と波板との接触部分を拡散接合させて金属ハニ
カム構造体となす。

上記において、平板および波板は、拡散接合させるため
に、その表面ができるだけ清浄で、また平滑なほど良い
。特に冷間圧延によって作製した薄板は１表面が清浄性
、平滑性に優れ、拡散接合性に優れている。なお、上記
平板及び波板は積層体とするに先立って、その表面を脱
脂処理しておくことが好ましい。これは表面を清浄にす
るためである。

上記加熱の際の非酸化雰囲気としては、真空中或いは窒
素、水素、不活性ガス等のガス中がある。

加熱温度は、８５０〜１４００°Ｃとすることが好まし
い。８５０°Ｃ未満では両金属板の原子の拡散速度およ
びクリープ変形が充分でなく、接合が充分でない。一方
１４００°Ｃを越えると積層体の形状が変形するおそれ
がある。また、その加熱時間は３０分〜８時間とするこ
とが好ましい、３０分未満では、引っ張りに対して充分
な強度を得難く。

８時間を越えてもそれ以上の強度を得難い。

また、上記加熱の際には、平板と波板との拡散接合を充
分とするために１画板の接触部分が接触しているように
、保持しておくことが必要である。

かかる保持方法としては１画板間に圧力をかけること、
換言すれば積層体の上方より荷重をかける方法がある。

また、平板と波板とをロール状に巻き込んだ積層体の場
合には、この巻き込みによって波板が変形を受け、その
反発力によって両板の接触部分が適度の圧力で密着して
いる。

（作用及び効果） 本発明においては、上記ハニカム構造体とその外周に接
合した外筒とを、全てフェライト系ステンレス鋼によっ
て構成している。そのため、該金属担体が前記のごとく
室温と高温（６００〜９５０°Ｃ）との間の高い温度差
間に、繰り返し露らされても、ハニカム構造体と外筒の
間が剥離したり。

またハニカム構造体の薄板に亀裂を生じるということも
ない。即ち、高温耐久性に優れている。

かかる高温耐久性に優れている理由は、まずハニカム構
造体が平板、波板ともに同じ種類のフェライト系ステン
レス鋼で構成され、互いに接合されているため、上記温
度変化におけるハニカム構遺体自体の熱膨張変化はフェ
ライト系ステンレス鋼のそれに基づいている。またハニ
カム構造体の外周に接合した外筒もフェライト系ステン
レス鋼で構成され、上記温度変化における熱膨張変化は
フェライト系ステンレス鋼のそれに基づいている。

したがって、金属担体全体としてはフェライト系ステン
レス鋼に基づく熱膨張変化を示し、外筒とハニカム構造
体との間の熱膨張変化の差が殆どない。そのため、高温
耐久性に優れているのである。

また、該金属担体は全てフェライト系ステンレス鋼によ
って構成しているので耐酸化性にも優れている。

また、上記金属担体において、金属ハニカム構造体にお
ける平板と波板との接触部を直接に拡散接合により接合
している場合には、上記効果の外画者が相互に直接に接
合しているので、内燃機関の排気ガス等酸素を含む高温
ガスに対する耐酸化性及び耐食性に優れている。また１
機械的強度にも優れている。

また、ハニカム構造体と外筒とをろう付は接合する場合
にはその接合が容易であり、また拡散接合する場合には
前記のごとくより強固な接合となる。

〔実施例〕

第１実施例 平板及び波板の金属材として、フェライト系ステンレス
鋼Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌを用い１画板を重ね巻きして
４Ｒ層体となし、これを非酸化雰囲気中で加熱して第２
図に示すごとき金属ハニカム構造体ｌを作製した。次い
で、その外周に、フェライト系ステンレス鋼Ｆｅ−２０
Ｃｒ−５Ａｊ！で作製した外筒を接合し、第１図に示す
ごとき本発明にかかる金属担体を製造した。

即ち、素材として、冷間圧延により成形した上記ステン
レス鋼の厚み０．０４ｍ５．幅１３０ｍの薄板を準備し
た。そして該薄板をコルゲートロールにより２．４５ｍ
ピンチのコルゲート状に成形し、波板とした０次いで、
上記の薄板である平板と波板とに脱脂処理を施した後１
画板を重ね巻きし、ロール状の積層体を製造した。そし
て、これら積層体において平板と波板との接触部分が互
いに接触するように外周より荷重をかけて全体を拘束し
３次いで該積層体を水素ガス雰囲気中、１１００°Ｃで
２時間加熱し１画板を拡散接合しハニカム構造体を作製
した。

上記により得られたハニカム構造体１は、第２図に示す
ごとく、平板２と波板３とを巻いたもので２両板２，３
の接触部２１は拡散接合により接合され９強固に結合し
ていた。第３図はこの接触部２１の拡散接合状態を拡大
して示すものである。

次に、第１図に示すごとく、上記ハニカム構造体１の外
周に外筒４を接合し金属担体を作製した。

即ち、上記の接合は、ハニカム構造体ｌの外周にニッケ
ルを主体とするロウ材を被覆し、これを外筒４内に挿入
し、１１００〜１２００°Ｃに加熱することにより行っ
た。なお、上記外筒４は厚み１゜５１のフェライト系ス
テンレス鋼製の円筒で、その内径は上記ハニカム構造体
１の外径とほぼ同じであった。これを金属担体Ｎ１１ｌ
とする。

次に、室温と高温との繰り返し変化試験、つまり高温耐
久性試験を行った。

なお、比較のため、外筒のみをオーステナイト系ステン
レスｆｉｓＵｓ３０４とし、他は上記本発明の金属担体
と同様にして比較金属担体Ｎ［ＬＣｌを作製し、同様の
試験を行った。

この高温耐久性試験は、金属担体を炉内に入れ。

大気中で室温と８５０　’Ｃとの間を７分毎に昇温。

降温させることにより行った（１サイクル１４分）。

その結果５比較金属担体ＮｌｌＣｌは４００回の昇降温
繰り返し時点において、ハニカム構造体と外筒との間に
剥離が見られた。しかし５本発明の金属担体Ｎ［Ｌｌは
４００回の昇降温繰り返しにおいても何の損傷も見られ
なかった。

第２実施例 前記拡散接合によらず、前記ハニカム構造体を作る際に
平板と波板との間にＮｉ主体のロウ材のプレージングシ
ートを介在させ、加熱して１両者をロウ付けしたハニカ
ム構造体を作製し、その後その外周に外筒を接合して金
属担体を作製した（これを金属担体Ｎａ２とする）。上
記画板、外筒の材質、Ｗ−み、外筒との接合等は第１実
施例と同じである。

しかして、該金属担体Ｎα２についても同様の高温耐久
性試験を行った。その結果、該金属担体隠２もＮα１と
同様に優れた高温耐久性を発揮した。

なお、前記昇降温縁り返し５００回の時点では。

ＮＩＬ　ｌのものに若干の損傷が見られたが阻２につい
ては何らの損傷もなかった。

なお、上記とは別に本発明にかかる上記金属担体Ｎα１
及びＮα２についてその耐酸化性を評価した。

この評価においては、内燃機関の排気ガス中、１１００
　’Ｃという過酷な条件下で所定時間、加熱した後、そ
の金属担体の耐酸化性状況を測定した。

その結果、Ｎα１及びＮα２ともに優れた耐酸化性を示
した。

上記より知られるごとく３本発明の金属担体は。

優れた高温耐久性をも有していることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、実施例にかかる金属担体を示し
、第１図はその一部破断斜視図、第２図はハニカム構造
体の斜視図、第３図は平板及び波板の接合状態を示す図
である。 １０８．金属ハニカム構造体。 ２０１．平板。 ２１、、、接触部。 ３８９．波板。 、４１１．外筒。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属ハニカム構造体とその外周に配設した外筒と
   よりなる高温触媒用金属担体であって、上記ハニカム構
   造体はフェライト系ステンレス鋼の平板と波板とを交互
   に積層して成ると共に該平板と波板とは接合してなり、
   また上記外筒はフェライト系ステンレス鋼からなり、か
   つ上記ハニカム構造体と外筒とは互いに接合されている
   ことを特徴とする高温触媒用金属担体。
2. （２）第１請求項に記載の金属担体において、ハニカム
   構造体と外筒とはロウ材又は拡散接合により接合されて
   いることを特徴とする高温触媒用金属担体。
3. （３）金属ハニカム構造体とその外周に配設した外筒と
   よりなる高温触媒用金属担体であって、上記ハニカム構
   造体はフェライト系ステンレス鋼の平板と波板とを交互
   に積層して成ると共に該平板と波板との接触部分は相互
   に拡散接合してなり、また上記外筒はフェライト系ステ
   ンレス鋼からなり、かつ上記ハニカム構造体と外筒とは
   互いに接合されていることを特徴とする高温触媒用金属
   担体。
4. （４）第３請求項に記載の金属担体において、ハニカム
   構造体と外筒とはロウ材又は拡散接合により接合されて
   いることを特徴とする高温触媒用金属担体。