CN111195533A - 电加热型催化剂用载体及废气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供电加热型催化剂用载体及废气净化装置。在具有蜂窝结构体和电极层的电加热型催化剂用载体的基础上，提供能够有效地抑制因由蜂窝结构体的热膨胀率与电极层的热膨胀率之差所引起的热应力而导致蜂窝结构体产生裂纹的电加热型催化剂用载体、以及使用了该电加热型催化剂用载体的废气净化装置。电加热型催化剂用载体具备：蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的隔壁，该隔室从一个底面至另一个底面而形成流体的流路；一对电极层，该一对电极层形成于蜂窝结构体的侧面且配置成隔着所述蜂窝结构体的中心而对置，所述一对电极层与所述蜂窝结构体电接合，在所述电极层的蜂窝结构体侧存在热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分。

Description

电加热型催化剂用载体及废气净化装置

技术领域

本发明涉及电加热型催化剂用载体及废气净化装置。特别是，在具有蜂窝结构体和电极层的电加热型催化剂用载体的基础上，涉及如下电加热型催化剂用载体及使用了该电加热型催化剂用载体的废气净化装置，该电加热型催化剂用载体能够有效地抑制因由蜂窝结构体的热膨胀率与电极层的热膨胀率之差所引起的热应力而导致蜂窝结构体产生裂纹。

背景技术

以往，在以堇青石、碳化硅为材料的蜂窝结构体担载有催化剂的部件被用于对从汽车发动机排出的废气中的有害物质的处理。这种蜂窝结构体通常具有柱状的蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的隔壁，这些隔室构成废气的流路、且从一个底面延伸至另一个底面。

在利用担载于蜂窝结构体的催化剂对废气进行处理的情况下，需要使催化剂升温至规定的温度，但是，以往，在发动机启动时，由于催化剂温度较低，因此，产生无法将废气充分净化的问题。因此，开发出了被称为电加热催化器(EHC)的系统，该系统在由导电性陶瓷构成的蜂窝结构体配置有电极，通过通电而使蜂窝结构体本身发热，由此，在发动机启动前或发动机启动时使得担载于蜂窝结构体的催化剂升温至活化温度。

专利文献1中提出一种蜂窝结构体，该蜂窝结构体为催化剂载体，并且，通过施加电压，还作为加热器发挥作用，能够抑制施加有电压时的温度分布的不均。具体而言，提出如下内容，即，在柱状的蜂窝结构体的侧面，呈沿着蜂窝结构体的隔室延伸的方向延伸的带状，配置一对电极部(以下，也称为“电极层”。)，在与隔室延伸的方向正交的截面中，将一对电极部中的一个电极部以相对于一对电极部中的另一个电极部而言隔着蜂窝结构体的中心的方式配置于相反侧，由此，抑制施加有电压时的温度分布的不均。

在相对于蜂窝结构体而配置电极层时，需要：接合部分的接合强度良好，接合部分的电阻变化率低，接合部分的接触热阻低。专利文献2中，作为其对策，提出了如下蜂窝结构体，该蜂窝结构体具备：蜂窝状的陶瓷体和接合于所述陶瓷体的外周面的接合部，该陶瓷体包含金属Si，且具有区划形成多个隔室的隔壁及位于最外周的外周壁，这些隔室构成流体的流路，并从一个端面延伸至另一个端面，所述接合部具备：位于所述陶瓷体的所述外周面侧的以金属硅化物为主成分的扩散层、以及形成在所述扩散层上的金属层，所述金属层包含金属成分作为主成分，且分散有热膨胀系数为5.0×10^-6/℃以下的化合物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2013/146955号

专利文献2：日本特开2014－51402号公报

发明内容

专利文献2所涉及的发明中，在蜂窝结构体的外周面侧配置有：以金属硅化物为主成分的扩散层、以及形成在所述扩散层上的电极层(金属层)。但是，通常电极层的热膨胀率高于蜂窝结构体的热膨胀率，因此，专利文献2所涉及的发明中，热膨胀率的关系为蜂窝结构体＜扩散层＜电极层，由此，存在如下问题，即，因由电加热型催化剂用载体的升温所引起的各部件的热膨胀差而产生热应力，在蜂窝结构体产生裂纹。

为了抑制由各部件的热膨胀差所引起的热应力，考虑降低电极层的热膨胀率来降低热膨胀差，但是，由于电极层的材料会对电加热型催化剂用载体的发热性能造成影响，所以难以调整热膨胀率。因此，需要缓和热应力的其他对策。

本发明是考虑以上问题而实施的，其课题在于，在具有蜂窝结构体和电极层的电加热型催化剂用载体的基础上，提供电加热型催化剂用载体及使用了该电加热型催化剂用载体的废气净化装置，该电加热型催化剂用载体能够有效地抑制因由蜂窝结构体的热膨胀率与电极层的热膨胀率之差所引起的热应力而导致蜂窝结构体产生裂纹。

本发明人进行了潜心研究，结果发现，通过在电极层的蜂窝结构体侧存在具有特定的热膨胀率的部分，能够解决上述课题。因此，本发明如下进行确定。

(1)一种电加热型催化剂用载体，其中，具备：

蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的隔壁，该隔室从一个底面至另一个底面而形成流体的流路；以及

一对电极层，该一对电极层形成于蜂窝结构体的侧面，且配置成隔着所述蜂窝结构体的中心而对置，

所述一对电极层与所述蜂窝结构体电接合，

在所述电极层的蜂窝结构体侧存在热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分。

(2)根据(1)所述的电加热型催化剂用载体，其中，热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分的热膨胀率与所述蜂窝结构体的热膨胀率之差为1.0[ppm]/K以上。

(3)根据(1)或(2)所述的电加热型催化剂用载体，其中，热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分的热膨胀率低于所述电极层的热膨胀率。

(4)根据(1)～(3)中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分为热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的中间层。

(5)根据(4)所述的电加热型催化剂用载体，其中，所述中间层的厚度为3μm～400μm。

(6)根据(4)或(5)所述的电加热型催化剂用载体，其中，所述中间层的面积大于所述电极层的面积，在所述蜂窝结构体的侧面的投影面中，所述电极层的投影面全部包含在所述中间层的投影面内。

(7)根据(1)～(6)中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，所述蜂窝结构体以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分。

(8)根据(1)～(7)中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分为氧化物陶瓷、或者、氧化物陶瓷与金属或金属化合物的混合物。

(9)根据(1)～(8)中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，所述电极层为氧化物陶瓷与金属或金属化合物的混合物。

(10)一种废气净化装置，其中，具有：

(1)～(9)中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，该电加热型催化剂用载体设置于用于使得来自发动机的废气流通的废气流路的中途；以及

筒状金属部件，该筒状金属部件对所述电加热型催化剂用载体进行收纳。

发明效果

根据本发明，能够在具有蜂窝结构体和电极层的电加热型催化剂用载体的基础上，提供如下电加热型催化剂用载体及使用了该电加热型催化剂用载体的废气净化装置，该电加热型催化剂用载体能够有效地抑制因由蜂窝结构体的热膨胀率与电极层的热膨胀率之差所引起的热应力而导致蜂窝结构体产生裂纹。

附图说明

图1是示出本发明中的蜂窝结构体的一个例子的图。

图2是示出本发明的一个实施方式中的电加热型催化剂用载体的结构的图。

图3是本发明的一个实施方式中的蜂窝结构体的侧面的投影面。

图4是示出按照本发明的实施例制造的电加热型催化剂用载体的结构的图。

符号说明

10…蜂窝结构体，11…隔壁，12…隔室，13a、13b…电极层，14a、14b…热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的电加热型催化剂用载体的实施方式进行说明，不应限定于此而对本发明进行解释，只要未脱离本发明的范围，则可以基于本领域技术人员的知识而施加各种各样的变更、修改、改良。

(1.蜂窝结构体)

图1是示出本发明中的蜂窝结构体的一个例子的图。蜂窝结构体10具有：多孔质的隔壁11，其区划形成多个隔室12，该多个隔室12构成流体的流路、且从作为流体的流入侧的底面的流入端面延伸至作为流体的流出侧的底面的流出端面；以及位于最外周的外周壁。对于隔室12的数量、配置、形状等以及隔壁11的厚度等并未施加限制，可以根据需要适当地设计。

蜂窝结构体10具有导电性即可，对其材质并未特别限制，可以使用金属、陶瓷等。特别是，从兼顾耐热性和导电性的观点出发，蜂窝结构体10的材质优选以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分，更优选为硅－碳化硅复合材料或碳化硅。还可以配合硅化钽(TaSi₂)、硅化铬(CrSi₂)，以便降低蜂窝结构体的电阻率。蜂窝结构体10以硅－碳化硅复合材料为主成分是指：蜂窝结构体10含有蜂窝结构体整体的90质量％以上的硅－碳化硅复合材料(合计质量)。此处，硅－碳化硅复合材料含有作为骨料的碳化硅粒子、以及作为使得碳化硅粒子粘合的粘合材料的硅，优选地，多个碳化硅粒子在碳化硅粒子间形成细孔、且借助硅而粘合。另外，蜂窝结构体10以碳化硅为主成分是指：蜂窝结构体10含有蜂窝结构体整体的90质量％以上的碳化硅(合计质量)。

蜂窝结构体10的电阻率根据施加的电压而适当地设定即可，并未特别限制，例如可以设为0.001Ω·cm～200Ω·cm。在用于64V以上的高电压时，可以设为2Ω·cm～200Ω·cm，典型地可以设为5Ω·cm～100Ω·cm。另外，在用于低于64V的低电压时，可以设为0.001Ω·cm～2Ω·cm，典型地可以设为0.001Ω·cm～1Ω·cm，更典型地可以设为0.01Ω·cm～1Ω·cm。

蜂窝结构体10的隔壁11的气孔率优选为35％～60％，更优选为35％～45％。如果气孔率为35％以上，则烧成时的变形被进一步抑制，从而优选。如果气孔率为60％以下，则可充分维持蜂窝结构体的强度。气孔率是利用水银孔度计测定所得的值。

蜂窝结构体10的隔壁11的平均细孔径优选为2μm～15μm，更优选为4μm～8μm。如果平均细孔径为2μm以上，则可抑制电阻率过度增大。如果平均细孔径为15μm以下，则可抑制电阻率过度减小。平均细孔径是利用水银孔度计测定所得的值。

对于与隔室12的流路方向正交的截面中的隔室12的形状并未施加限制，但优选为四边形、六边形、八边形、或者这些形状的组合。其中，优选为正方形以及六边形。通过将隔室形状设为上述形状而使得废气流经蜂窝结构体10时的压力损失减小，从而催化剂的净化性能优异。

蜂窝结构体10的外形为柱状即可，并未特别限定，例如可以设为底面为圆形的柱状(圆柱形状)、底面为椭圆形的柱状、底面为多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。另外，关于蜂窝结构体10的大小，从提高耐热性(防止在外周侧壁的周向上产生裂纹)的观点出发，底面的面积优选为2000mm²～20000mm²，更优选为4000mm²～10000mm²。另外，从提高耐热性(防止在外周侧壁产生与中心轴向平行的裂纹)的观点出发，蜂窝结构体10的轴向长度优选为50mm～200mm，更优选为75mm～150mm。

另外，通过将催化剂担载于蜂窝结构体10，能够将蜂窝结构体10用作催化剂用载体。

可以基于公知的蜂窝结构体的制造方法中的蜂窝结构体的制作方法来进行蜂窝结构体的制作。例如，首先，在碳化硅粉末(碳化硅)中添加金属硅粉末(金属硅)、粘合剂、表面活性剂、造孔材料以及水等而制作成型原料。相对于碳化硅粉末的质量与金属硅粉末的质量的合计质量，金属硅粉末的质量优选为10质量％～40质量％。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒径优选为3μm～50μm，更优选为3μm～40μm。金属硅粉末中的金属硅粒子的平均粒径优选为2μm～35μm。碳化硅粒子以及金属硅粒子的平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。碳化硅粒子为构成碳化硅粉末的碳化硅的微粒，金属硅粒子为构成金属硅粉末的金属硅的微粒。另外，以上是将蜂窝结构体的材质设为硅－碳化硅系复合材料时的成型原料的配合，在将蜂窝结构体的材质设为碳化硅的情况下，不添加金属硅。

作为粘合剂，可以举出甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素以及聚乙烯醇等。这些粘合剂中，优选同时使用甲基纤维素和羟丙氧基纤维素。当碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，粘合剂的含量优选为2.0质量份～10.0质量份。

当碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，水的含量优选为20质量份～60质量份。

作为表面活性剂，可以使用乙二醇、糊精、脂肪酸皂以及多元醇等。可以单独使用1种上述表面活性剂，也可以组合使用2种以上的上述表面活性剂。当碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，表面活性剂的含量优选为0.1质量份～2.0质量份。

作为造孔材料，只要在烧成后形成气孔即可，并未特别限定，例如可以举出石墨、淀粉、发泡树脂、吸水性树脂以及硅胶等。当碳化硅粉末以及金属硅粉末的合计质量设为100质量份时，造孔材料的含量优选为0.5质量份～10.0质量份。造孔材料的平均粒径优选为10μm～30μm。如果造孔材料的平均粒径为10μm以上，则能够充分形成气孔。如果造孔材料的平均粒径为30μm以下，则在成型时口模不易堵塞。造孔材料的平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。在造孔材料为吸水性树脂的情况下，造孔材料的平均粒径为吸水后的平均粒径。

接下来，对得到的成型原料进行混炼而形成坯料，然后，对坯料进行挤出成型而制作蜂窝成型体。在挤出成型时，可以使用具有所期望的整体形状、隔室形状、隔壁厚度、隔室密度等的口模。接下来，优选对得到的蜂窝成型体进行干燥。在蜂窝干燥体的中心轴向长度并非所期望的长度的情况下，可以将蜂窝干燥体的两个底部切断而形成为所期望的长度。

(2.电极层)

如图2所示，电加热型催化剂用载体在蜂窝结构体10的外周壁具备一对电极层13a、13b，各电极层13a、13b形成为沿着蜂窝结构体10的隔室12延伸的方向延伸的带状。电极层13a、13b与蜂窝结构体10电接合。另外，在与隔室12延伸的方向正交的蜂窝结构体10的截面中，一对电极层13a、13b配置成：隔着蜂窝结构体10的中心O而对置。根据该结构，当对蜂窝结构体10施加有电压时，能够抑制在蜂窝结构体10内流动的电流的偏流，从而能够抑制蜂窝结构体10内的温度分布的不均。

电极层13a、13b由具有导电性的材料形成。电极层13a、13b优选为氧化物陶瓷、或者金属或金属化合物与氧化物陶瓷的混合物。作为金属，可以为金属单体或合金，例如可以优选使用硅、铝、铁、不锈钢、钛、钨、Ni－Cr合金等。作为金属化合物，可以举出氧化物陶瓷以外的物质，即，金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物、金属硼化物、复合氧化物等，例如可以优选使用FeSi₂、CrSi₂、氧化铝、二氧化硅、氧化钛等。金属和金属化合物均可以为单独一种，也可以将二种以上并用。

作为氧化物陶瓷，具体而言，有玻璃、堇青石、多铝红柱石等。

玻璃可以进一步含有：包含选自由B、Mg、Al、Si、P、Ti及Zr构成的组中的至少1种成分的氧化物。如果进一步包含选自上述组中的至少1种，则电极层的强度进一步提高，就这一点而言，更加优选。

另外，虽然未图示，但是，电加热型催化剂用载体可以进一步包含：与电极层13a、13b电接合的一对电极部。据此，如果借助电极层13a、13b而施加电压，则电极部通电，从而能够利用焦耳热使蜂窝结构体10发热。由此，蜂窝结构体10可以优选用作加热器。施加的电压优选为12V～900V，更优选为64V～600V，不过，施加的电压可以适当变更。

电极部可以使用金属、陶瓷等。作为金属，并未施加限定，从容易获得性考虑，具有代表性的为银、铜、镍、金、钯、硅等。还可以使用碳。作为陶瓷，并未施加限定，可以举出包含Si、Cr、B、Fe、Co、Ni、Ti、Ta中的至少一种的陶瓷、例如碳化硅、硅化铬、碳化硼、硼化铬、硅化钽。也可以将金属和陶瓷组合而制成复合材料。

(3.热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分)

如图2所示，本实施方式所涉及的电加热型催化剂用载体在电极层13a、13b的蜂窝结构体侧具有热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率的部分14a、14b(以下，简称为“部分14a、14b”。)。此处，重要的是部分14a、14b的热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率。

如上所述，通常电极层的热膨胀率高于蜂窝结构体的热膨胀率，因此，存在如下问题，即，因由电加热型催化剂用载体的升温所引起的各部件的热膨胀差而产生热应力，导致蜂窝结构体产生裂纹。因此，在电极层13a、13b的蜂窝结构体侧设置热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率的部分14a、14b。部分14a、14b的热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率，因此，即便电加热型催化剂用载体升温，部分14a、14b的热膨胀也比蜂窝结构体10的热膨胀少，据此，可抑制蜂窝结构体10的靠近电极层13a、13b的部分发生热膨胀，能够防止开裂于未然。

如果部分14a、14b的热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率，则能够得到上述效果，不过，为了得到更显著的效果，优选部分14a、14b的热膨胀率与蜂窝结构体10的热膨胀率之差为1.0[ppm]/K以上。如果具有1.0[ppm]/K以上的差值，则能够更好地抑制蜂窝结构体10发生热膨胀，更加不易产生裂纹。从该观点出发，部分14a、14b的热膨胀率与蜂窝结构体10的热膨胀率之差更优选为1.3[ppm]/K以上，进一步优选为1.5[ppm]/K以上。

部分14a、14b的热膨胀率优选低于电极层13a、13b的热膨胀率。据此，除了能够更可靠地确保部分14a、14b发挥前述作用以外，还具有如下优点，即，能够更自由地设定电极层13a、13b的热膨胀率，进而，材料的选择范围变宽。

另外，图示中形成了部分14a、14b连续的层(参照图2、图3)，不过，部分14a、14b并不一定需要单独形成层，只要能够发挥出上述部分14a、14b的功能即可，可以以任意的形态进行配置。即，热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分存在于电极层的蜂窝结构体侧即可，该部分可以形成电极层的一部分，也可以包含在有别于电极层的其它层中，或者，可以形成有别于电极层的其它层本身。例如，在一个层(可以为电极层13a、13b，也可以为有别于电极层13a、13b而另行设置的层。)之中，部分14a、14b可以以一定程度连续的状态包含在其中。应予说明，部分14a、14b的热膨胀率不需要恒定，低于蜂窝结构体10的热膨胀率即可，可以连续地或非连续地发生变化。应予说明，在部分14a、14b包含在电极层13a、13b的一部分中的实施方案中，可假设：在该电极层13a、13b中，在部分14a、14b的径向外侧存在热膨胀率高于蜂窝结构体10的热膨胀率的部分。

不过，考虑更可靠地得到本发明的效果及工业上的便利性等，优选部分14a、14b形成层(参照图3)。在这种情况下，部分14a、14b位于蜂窝结构体10与电极层13a、13b之间，因此，称为中间层。图3是蜂窝结构体10的侧面的投影面的图。图示中，部分14a、14b和电极层13a、13b均为矩形，电极层13a、13b配置于部分14a、14b的中央位置，但是，它们的形状及位置并非限定于此。与前述同样地，中间层的热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率即可。即，中间层的热膨胀率不需要恒定。例如，从蜂窝结构体10侧往电极层13a、13b的方向上、热膨胀率连续地或非连续地升高(或降低)的情况都包含在本发明的范围内。

另外，在部分14a、14b形成中间层的情况下，其厚度优选为3μm～400μm的范围内。通过将中间层的厚度设为3μm以上，能够更显著地得到上述效果。另一方面，通过将中间层的厚度设为400μm以下，能够抑制对流通于蜂窝结构体10的电流造成影响，能够使对电加热型催化剂用载体本来的功能造成的影响为最小限度。从以上观点出发，中间层的厚度更优选为5μm～100μm。

另外，在部分14a、14b形成中间层的情况下，从更可靠地抑制由蜂窝结构体10与电极层13a、13b的热膨胀差所引起的热应力的观点考虑，优选使中间层的面积大于电极层13a、13b的面积、且在蜂窝结构体10的侧面的投影面中、电极层13a、13b的投影面全部包含在中间层的投影面内(参照图3)。即，由于部分14a、14b始终介于蜂窝结构体10与电极层13a、13b之间，所以能够抑制在局部产生热应力。应予说明，因中间层的厚度的设定及制造上的制约，有时在中间层产生针孔而导致电极层13a、13b的成分通过，但是，由于其影响较小，所以不妨碍上述效果。

只要部分14a、14b的热膨胀率低于蜂窝结构体10的热膨胀率，就能够解决本发明的课题，但是，从保持良好的接合强度、并保持接合部分的电阻的变化率及接合部分的接触热阻较低的观点出发，与前述的电极层13a、13b同样地，部分14a、14b优选为氧化物陶瓷、或者金属或金属化合物与氧化物陶瓷的混合物。

作为金属，可以为金属单体或合金，例如可以优选使用硅、铝、铁、不锈钢、钛、钨、Ni－Cr合金等。作为金属化合物，可以举出氧化物陶瓷以外的物质，即，金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硅化物、金属硼化物、复合氧化物等，例如可以优选使用FeSi₂、CrSi₂等。金属和金属化合物可以均为单独一种，也可以将二种以上并用。作为氧化物陶瓷，具体而言，有玻璃、堇青石、多铝红柱石等。

玻璃可以进一步含有：包含选自由B、Mg、Al、Si、P、Ti及Zr构成的组中的至少1种成分的氧化物。如果进一步包含选自上述组中的至少1种，则电极层的强度进一步提高，就这一点而言，更加优选。

例如，可以利用如下方法来制造中间层及电极层。作为中间层的形成方法，将金属粉体(金属硅化物、不锈钢等金属粉)及玻璃粉体混合，制备陶瓷原料。相对于陶瓷原料，添加粘合剂、表面活性剂，进而加入水，制备中间层用的糊料。使用丝网印刷等，将该中间层用的糊料涂布于蜂窝结构体上，形成涂膜。使涂膜干燥，然后，与蜂窝结构体一同，在真空条件下进行烧成，形成中间层。接下来，作为电极层的材料，将金属粉体(金属硅化物、不锈钢等金属粉)及玻璃粉体混合，将其作为陶瓷原料。相对于陶瓷原料，添加粘合剂、表面活性剂，进而加入水，制备电极层用的糊料。使用丝网印刷等，将该电极层用的糊料涂布于形成有中间层的蜂窝结构体上，形成涂膜。使涂膜干燥，然后，将形成有涂膜的蜂窝结构体在真空条件下烧成，形成电极层。

在上述方法中，对于中间层和电极层的形成，按照将中间层用的涂膜烧成而形成中间层、将电极层用的涂膜烧成而形成电极层的方式，在形成各层时都进行烧成，不过，可以不进行用于形成中间层的烧成。即，通过在中间层用的涂膜之上形成电极层的涂膜并对它们进行烧成，能够一次形成中间层、电极层。在这种情况下，当中间层和电极层使用相同材料时，在烧成时，中间层的材料和电极层的材料混合存在，从而不存在中间层与电极层的界面，电极层和中间层成为一体。在这种情况下，在电极层的蜂窝结构体侧存在热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分。

本发明的电加热型催化剂用载体可以用于废气净化装置。即，本发明的另一方案是废气净化装置，该废气净化装置具有：本发明所涉及的电加热型催化剂用载体，其设置于用于使得来自发动机的废气流通的废气流路的中途；以及筒状金属部件，其对上述电加热型催化剂用载体进行收纳。根据上述说明能够理解：这种废气净化装置可抑制蜂窝结构体产生裂纹，因此，能够期待更高的耐热冲击性。

实施例

以下，举例示出用于更好地理解本发明及其优点的实施例，但是，本发明并不限定于实施例。

(1.蜂窝干燥体的制作)

以60：40的质量比例对碳化硅(SiC)粉末和金属硅(Si)粉末进行混合，制备陶瓷原料。然后，在陶瓷原料中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔材料的吸水性树脂并添加水，由此制成成型原料。然后，利用真空练泥机对成型原料进行混炼，制作圆柱状的坯料。当碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计质量设为100质量份时，粘合剂的含量设为7质量份。当碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计质量设为100质量份时，造孔材料的含量设为3质量份。当碳化硅(SiC)粉末与金属硅(Si)粉末的合计质量设为100质量份时，水的含量设为42质量份。碳化硅粉末中的碳化硅粒子的平均粒径为20μm，金属硅粉末中的金属硅粒子的平均粒径为6μm。另外，造孔材料的平均粒径为20μm。碳化硅粒子、金属硅粒子以及造孔材料的平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。应予说明，最终得到的蜂窝结构体的杨氏模量及气孔率示于表1。

利用挤出成型机对获得的圆柱状的坯料进行成型，由此获得柱状的蜂窝成型体，其中，该蜂窝成型体的各隔室的截面形状为正方形。在对获得的蜂窝成型体进行高频感应加热干燥之后，使用热风干燥机以120℃实施了2小时的干燥，并以规定量将两个底面切断，由此制成蜂窝干燥体。

(2.中间层的形成)

作为热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分，设置了中间层。其条件如下。

(1)将金属粉(金属硅化物、不锈钢等金属粉)和玻璃粉按表1所示的体积比例进行混合，制作陶瓷原料。金属粉的平均粒径为10μm，玻璃粉的平均粒径为2μm。应予说明，平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。

(2)相对于上述陶瓷原料，加入1质量％的粘合剂、1质量％的表面活性剂、30质量％的水，制作糊料。

(3)相对于前述的蜂窝干燥体(基材)，使用丝网印刷，按照周向上相对于预定的电极层的宽度而在两侧各增加3mm、且轴向上与基材长度方向(隔室延伸的方向)的两端对齐的方式，涂布于基材上(参照图4)。

(4)涂布后，利用热风干燥机以120℃实施了30min的干燥后，与基材一同，在真空条件下，以1100℃进行了30min的烧成。

各实施例及比较例中的中间层的组成及特性示于表1。

(3.电极层的形成)

在中间层之上设置了电极层。电极层的形成条件如下。

(1)将不锈钢粉(SUS430)和玻璃粉按照以体积比例计、不锈钢粉比率40％、玻璃粉比率60％进行混合，制作陶瓷原料。不锈钢粉的平均粒径为10μm，玻璃粉的平均粒径为2μm。应予说明，平均粒径是指：通过激光衍射法对粒度的频率分布进行测定时的、体积基准下的算术平均粒径。

(2)相对于上述陶瓷原料，加入1质量％的粘合剂、1质量％的表面活性剂、30质量％的水，制作糊料。

(3)相对于设置有中间层的基材，使用丝网印刷，按照周向上为99度所对应的宽度、且轴向上与基材长度方向(隔室延伸的方向)的两端对齐的方式，涂布于基材上(参照图4)。

(4)涂布后，利用热风干燥机，以120℃实施了30min的干燥后，与基材一同，在真空条件下，以1100℃进行了30min的烧成，在中间层上形成了电极层。

在按照上述步骤得到的电加热型催化剂用载体中，在蜂窝结构体的侧面形成有一对电极层，各实施例及比较例中，电极层的热膨胀率均为6.3[ppm]/K。

另外，各实施例及比较例中，蜂窝结构体的热膨胀率均为4.3[ppm]/K。

对按照上述步骤得到的电加热型催化剂用载体进行了升温降温循环试验。对于升温降温循环试验，将电加热型催化剂用载体放入快速升温降温炉中，按照蜂窝结构体的温度在50℃～950℃的范围内反复的方式，将升温1分钟及降温1分钟的升温降温试验进行50个循环。关于各实施例及比较例，按照上述步骤制作20个同样的电加热型催化剂载体样品，数出20个样品中产生了裂纹的样品的数量。将结果示于表1。

表1

如表1所示，能够理解：本发明的实施例与比较例相比，可有效地抑制开裂。特别是，可知：如果中间层的热膨胀率与所述蜂窝结构体的热膨胀率之差为1.0[ppm]/K以上，则裂纹的产生进一步显著地减少。

另一方面，关于不包含热膨胀率低于蜂窝结构体的热膨胀率的部分的比较例1及2，所有样品都产生了裂纹。其中，在比较例2中，虽然形成有中间层，但是，其热膨胀率在本发明的范围之外，因此，无法发挥出所期望的功能。

Claims (10)

1.一种电加热型催化剂用载体，其中，具备：

蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的隔壁，该隔室从一个底面至另一个底面而形成流体的流路；以及

一对电极层，该一对电极层形成于蜂窝结构体的侧面，且配置成隔着所述蜂窝结构体的中心而对置，

所述一对电极层与所述蜂窝结构体电接合，

在所述电极层的蜂窝结构体侧存在热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分。

2.根据权利要求1所述的电加热型催化剂用载体，其中，

热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分的热膨胀率与所述蜂窝结构体的热膨胀率之差为1.0[ppm]/K以上。

3.根据权利要求1或2所述的电加热型催化剂用载体，其中，

热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分的热膨胀率低于所述电极层的热膨胀率。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，

热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分为热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的中间层。

5.根据权利要求4所述的电加热型催化剂用载体，其中，

所述中间层的厚度为3μm～400μm。

6.根据权利要求4或5所述的电加热型催化剂用载体，其中，

所述中间层的面积大于所述电极层的面积，在所述蜂窝结构体的侧面的投影面中，所述电极层的投影面全部包含在所述中间层的投影面内。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，

所述蜂窝结构体以硅－碳化硅复合材料或碳化硅为主成分。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，

热膨胀率低于所述蜂窝结构体的热膨胀率的部分为氧化物陶瓷、或者、氧化物陶瓷与金属或金属化合物的混合物。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，其中，

所述电极层为氧化物陶瓷与金属或金属化合物的混合物。

10.一种废气净化装置，其中，具有：

权利要求1～9中的任一项所述的电加热型催化剂用载体，该电加热型催化剂用载体设置于用于使得来自发动机的废气流通的废气流路的中途；以及

筒状金属部件，该筒状金属部件对所述电加热型催化剂用载体进行收纳。

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