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JPH06190222A - 排気ガス浄化用フィルタ材 - Google Patents

排気ガス浄化用フィルタ材

Info

Publication number
JPH06190222A
JPH06190222A JP4271138A JP27113892A JPH06190222A JP H06190222 A JPH06190222 A JP H06190222A JP 4271138 A JP4271138 A JP 4271138A JP 27113892 A JP27113892 A JP 27113892A JP H06190222 A JPH06190222 A JP H06190222A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
porous body
dimensional
metal porous
skeleton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4271138A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3211409B2 (ja
Inventor
Masayuki Ishii
正之 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP27113892A priority Critical patent/JP3211409B2/ja
Priority to PCT/JP1993/001308 priority patent/WO1994006538A1/ja
Priority to EP93919657A priority patent/EP0626188A4/en
Publication of JPH06190222A publication Critical patent/JPH06190222A/ja
Priority to US08/390,995 priority patent/US5830415A/en
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  • Filtering Materials (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温下での加熱冷却の繰り返しによる温度変
化や振動によっても触媒が簡単に剥離脱落することが無
く、触媒の担持量も多くなる排気ガス浄化用フィルタ材
を提供する。 【構成】 Ni−Cr−Al系の三次元網状金属多孔体
の三次元骨格表面に、アルミナ繊維状結晶を密に生じさ
せた後に触媒を担持させたものを排気ガス浄化用フィル
タ材として用いる。触媒は表面の繊維状結晶に絡む形で
強固に担持され、また、表面積の増加により担持量も多
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車用排ガス浄化
装置、石油ファンヒータの浄化装置に使用する排気ガス
浄化用のフィルタ材に関する。
【0002】
【従来の技術と課題】自動車用、或いは石油ファンヒー
タ用排ガス浄化装置には、排気ガスを化学的に反応させ
て浄化するため貴金属系(白金等)の触媒が用いられて
いる。
【0003】その触媒は、コーデイエライト製のハニカ
ムなどを担持体としてその表面に設けているが、従来の
担持体は表面が比較的平滑で担持力があまり強くない。
【0004】これに対し、自動車エンジンにおける燃料
の燃焼技術、バーナにおける石油の燃焼技術の進歩でガ
スの排気温度は一段と高まる傾向にあり、このため、従
来の担持体では加熱−冷却が繰り返されると使用中に触
媒が剥落し、触媒による浄化効果を長時間維持すること
が難しくなってきている。
【0005】そこで、この発明は、高温下での加熱冷却
の繰り返しによる温度変化や振動を受けても担持させて
ある触媒が安定して保持される排気ガス浄化用フィルタ
材を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、耐熱性の有る材料、好ましくはNi−
Cr−Al系の材料で作られた三次元網状金属多孔体の
三次元骨格表面にアルミナ繊維状結晶を具備させたもの
を担持体とし、その担持体の骨格表面の結晶に触媒を絡
ませて担持させてあるものを排気ガス浄化用フィルタ材
として使用するようにしたのである。
【0007】なお、三次元骨格表面のアルミナ繊維状結
晶は、三次元網状金属多孔体がNi−Cr−Al系のも
のである場合には、この多孔体を、大気中、或いは酸化
雰囲気(例えばArとO2 の混合ガス雰囲気)中で82
0〜970℃に加熱することにより容易に生成できる。
【0008】Ni−Cr−Al系の三次元網状金属多孔
体は、例えば、Niの三次元網状金属多孔体に、Cr、
Alを拡散浸透して合金化することにより得られる。こ
の多孔体は、組成がCr:15〜40重量%、Al:1
〜8重量%、残部:Ni及び不可避成分となるように拡
散浸透処理条件(粉末組成、粉末量、温度、時間)を選
定する。また、この組成中に、更に、イットリウム、ネ
オジウム等の希土類元素の1種もしくは2種以上を0.
05〜0.5重量%含有させると、耐熱性の面でより優
れたものになる。
【0009】
【作用】三次元骨格表面のアルミナ繊維状結晶は、耐熱
性を有するため、1000℃以上の高温にも耐える。そ
して、三次元骨格表面のアルミナ繊維状結晶により、三
次元骨格表面の平滑性が改善されて触媒が三次元骨格表
面の繊維に絡む形で強力に担持され、これにより、高温
下での加熱冷却の繰り返しによる温度変化や振動による
触媒の剥離脱落が防止される。
【0010】また、AlをCrとともに合金化した三次
元網状金属多孔体は、Alが硫黄や硫酸成分に強い安定
酸化物を形成するため、自動車の排ガスに対する耐食性
も良好である。
【0011】さらに、骨格表面が複雑に入り込むことに
より、触媒の担持量が多くなり、さらに排ガス中の固体
成分等の物理的捕集能力も高まる。
【0012】以下に、Ni−Cr−Al系の三次元網状
金属多孔体について成分の含有量等を限定した理由を記
す。
【0013】Crは、耐熱性、耐酸化性を確保する基本
元素である。本発明にあっては、アルミナ(Al
2 3 )皮膜が耐酸化性確保の主体となるが、Crが欠
乏するとこの皮膜の密着性や保護性が低下して耐酸化性
の維持に問題が出る。一方、Crが過剰になると靱性が
低下し、従ってこれ等の問題を共になくし得る範囲とし
てCr含有量を15〜40重量%に規定した。
【0014】また、耐熱性を維持するためには、Alも
1重量%は含有している必要がある。このAlは、1重
量%未満では耐熱性の改善効果が薄い。また、加工性の
点で8重量%以上含有するのは好ましくなく、従って、
その含有量は1〜8重量%とし、加工性の要求度合を考
えてその中から適当な値を選ぶ。
【0015】Ni−Cr−Al系の三次元網状金属多孔
体は、純Niの三次元網状金属多孔体にクロマイジング
処理と称される拡散浸透処理を施してNi−Cr系三次
元網状金属多孔体となし、次いで、これをパイプ状に成
型した後、カロライジング処理する2段合金化処理や、
純Niの三次元網状金属多孔体を先ず初めにパイプ状に
成型し、その後、Cr、Alを同時に拡散浸透する1段
合金化処理等によって作ることができる。処理の条件次
第では骨格表面付近のAl合金量を多くし、表面の耐熱
性をより一層向上させることもできる。しかし、この場
合も全体の合金組成に占めるAlの割合は1重量%から
最大8重量%が限度であり、これ以上の添加では、成形
体の表面と言えども振動衝撃により欠ける等、靱性につ
いての保証ができない。
【0016】アルミナ繊維状結晶は、骨格内にAlを拡
散させておいて熱処理するとできる。Alはカロライン
ジング処理中の拡散時間を制御することにより、骨格の
表面から内側にかけて任意の深さで拡散浸透させること
ができるので、骨格表面は結晶が繊維状に成長し易い高
Al濃度を保ち、その一方で骨格内部は耐熱性を保持す
るのに必要なAl量(1重量%)になるように拡散させ
ておくのが望ましい。
【0017】アルミナ繊維状結晶のアスペクト比(太さ
に対する長さの比)をより大きくしたい場合には、骨格
表面から深さ0.5μmまではAl濃度を5%以上にす
ればよい。例えばNi製の三次元網状金属多孔体を用い
て、クロマイズ処理したNi−Cr三次元網状金属多孔
体を作製後、カロライジング処理によるAl濃縮部を骨
格表面に形成したり、真空蒸着のような気相めっき、あ
るいは湿式めっきにより三次元骨格表面に純Al金属を
コーティングした後、さらに、不活性雰囲気下での拡散
浸透処理により、骨格表面のAl濃度を適宜コントロー
ルすることができる。
【0018】Ni−Cr−Al系の三次元網状金属多孔
体に、先に述べたイットリウム、ネオジウム等の希土類
元素を含有させると耐熱性は更に高まる。この希土類元
素の添加は、クロマイジング、カロライジング、或いは
1段合金化の際、拡散浸透材中に、添加しようとする元
素の粉末を混合しておけばよいが、0.5重量%以上の
添加は後工程における繊維状結晶の生成の妨げになる
し、また、0.05重量%以下では耐熱性の向上効果が
現れない。
【0019】大気中又は酸化雰囲気中でアルミナ繊維状
結晶を生成するときの温度も、820〜970℃の範囲
でないとアスペクト比の大きな繊維状結晶が得られな
い。アスペクト比の大きなものを得るための特に好まし
い温度は850〜950℃であり、850℃では10時
間以上、950℃では2時間以上あれば十分である。1
000℃以上では凹凸の小さい平坦に近い酸化皮膜にな
り易く、生成した酸化皮膜の比表面積が小さ過ぎて担持
体の役目をするには適さない。また、820℃未満では
原子拡散の遅延により酸化の進行が遅れ、所望のウイス
カーに成長させるのに長時間の加熱が必要になる。
【0020】
【実施例】以下に、この発明の具体例を示す。
【0021】(実験例1)Ni目付け量1100g/m
2 のNi製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理してNi−Cr(25重量%)−Al(6重量%)
の三次元網状金属多孔体となし、次に、これを大気中8
75℃で5時間加熱して骨格表面にアルミナ繊維状結晶
を成長させ、その後湿式法により触媒を担持させて排気
ガス浄化用フィルタ材(発明品1)を得た。
【0022】また、比較のため、発明品1と同じ方法で
合金化した同一組成の三次元網状金属多孔体を大気中1
050℃で3時間加熱後、湿式法により触媒を担持させ
たもの(比較品1)も作った。これ等の触媒を担持させ
る前の骨格表面の走査型電子顕微鏡写真を熱処理前の骨
格表面状況写真(図1)と併せて図2、図3に示す。図
2から判るように、発明品1の骨格表面には、約3μm
長さのアルミナの繊維状結晶が密に生成しているが、比
較品1の骨格表面には図3に示すように繊維状結晶は見
られず、粒状結晶ができている。
【0023】次に、これ等の試料について、白金−パラ
ジウム触媒を担持できる量を試験して調べたところ、発
明品1の能力が比較品1のそれよりもはるかに優れてい
た。
【0024】(実験例2)Ni目付け量1100g/m
2 のNi製三次元網状金属多孔体を拡散浸透法で合金化
処理して表1の組成となし、次いで、この金属多孔体を
ArとO2 の混合ガス中で加熱した。このときのO2
圧は20%一定とし、熱処理温度、熱処理時間を表1の
通りに変えた。そして、さらに湿式法により触媒を担持
させて発明品2〜9のフィルタ材を得た。
【0025】比較のため、発明品2〜9に用いたものと
同一組成の三次元網状金属多孔体を800℃以下或いは
1000℃以上の温度で加熱し、さらに、湿式法で触媒
を担持させた比較品2〜9も作成した。
【0026】また、Y或いはNdの添加量を0.5重量
%以上にして熱処理条件は発明品と同じにした別の比較
品も作った。
【0027】
【表1】 発明品2〜9の骨格表面には、太さ0.2〜0.3μ
m、長さ1〜5μmのアルミナ繊維状結晶が成長してい
たが、比較品2〜9にはこのような結晶は無く、平滑な
結晶しか見られなかった。
【0028】また、Y、Ndの含有量を0.5重量%以
上にしたものは、熱処理条件が本発明品と同じであるに
も拘らず、繊維長の短い結晶になっており、Y、Ndの
過剰添加が結晶の成長をかえって阻害することが判っ
た。
【0029】次に、骨格表面に白金−ロジウム系の触媒
を担持させてある発明品2〜9を試料としてこれ等に1
000℃、30分加熱−冷却のサイクルを500回加え
たが、触媒脱落や欠損、外観の変化はなかった。これに
対し、比較品2〜9は、触媒の担持量自体が本発明品よ
りも少なく、また、熱サイクルが500回に達する前に
触媒の剥落等が起こり、排気ガス浄化用フィルタ材とし
て適したものになっていなかった。
【0030】なお、発明品1〜9と比較品1〜9につい
て、排ガス中の「すす」の物理的捕集能力についても調
べた。触媒を担持させる前の試料を用いて同一構造のフ
ィルタを作り、ディーゼルエンジン車の排ガス中のすす
を捕集したところ、発明品の捕集量は対応する比較品の
2〜5倍に達していた。これから、骨格表面に繊維状結
晶を生じさせて触媒を強固に担持させてあるこの発明の
フィルタ材は、触媒による浄化効果だけでなく、ろ過に
よる浄化効果も充分に高まることが証明された。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
三次元網状金属多孔体の三次元骨格表面にアルミナ繊維
状結晶を生成し、その結晶に絡ませて骨格表面に触媒を
担持させたので、担持が強固になり、高温下での加熱冷
却の繰り返しによる温度変化や振動によって触媒が簡単
に剥落することが無くなる。
【0032】また、三次元網状構造をしていることに加
え、表面積が大きくなることから、触媒の担持される量
も大巾に増加し、従って、触媒による浄化効果が強力に
発揮され、また、その効果が長期にわたって維持され、
物理的捕集能力も高まると云う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ni−Cr(25重量%)−Al(6重量%)
系の三次元網状金属多孔体の骨格表面状況を示す走査型
電子顕微鏡写真。
【図2】図1の三次元網状金属多孔体を用いて作られた
この発明の排気ガス浄化用フィルタ材の触媒担持前の骨
格表面の走査型電子顕微鏡写真。
【図3】図1の三次元網状金属多孔体を用いて作られた
比較品の触媒担持前の骨格表面の走査型電子顕微鏡写
真。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三次元網状金属多孔体の三次元骨格表面
    に、アルミナ繊維状結晶を有し、この結晶に触媒を絡ま
    せて担持させてある排気ガス浄化用フィルタ材。
  2. 【請求項2】 三次元網状金属多孔体として、Cr:1
    5〜40重量%、Al:1〜8重量%、残部:Ni及び
    不可避成分から成るものを用いた請求項1記載の排気ガ
    ス浄化用フィルタ材。
  3. 【請求項3】 三次元網状金属多孔体として、請求項2
    記載の多孔体に更にイットリウム、ネオジウム等の希土
    類元素の1種もしくは2種以上を0.05〜0.5重量
    %含有させたものを用いた請求項1記載の排気ガス浄化
    用フィルタ材。
  4. 【請求項4】 前記三次元網状金属多孔体を、酸化性雰
    囲気中で820〜970℃に加熱して前記アルミナ繊維
    状結晶を生じさせてある請求項2又は3記載の排気ガス
    浄化用フィルタ材。
JP27113892A 1992-09-14 1992-09-14 排気ガス浄化用フィルタ材 Expired - Lifetime JP3211409B2 (ja)

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EP93919657A EP0626188A4 (en) 1992-09-14 1993-09-13 FILTER MEDIUM FOR EXHAUST GAS PURIFICATION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006130463A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Nissan Motor Co Ltd 浄化フィルター、その製造方法及び排気ガス浄化装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006130463A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Nissan Motor Co Ltd 浄化フィルター、その製造方法及び排気ガス浄化装置

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