電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，包括：具有催化劑被覆層的陶瓷制基材、在基材的表面配置的陶瓷制電極膜(2)、在電極膜(2)上固定的陶瓷制電極端子(3)、和經(jīng)由釬料(4)而被安裝在電極端子(3)上的外部電極(5)，釬料(4)的熱膨脹率在電極端子(3)的熱膨脹率以上且在外部電極(5)的熱膨脹率以下，電極端子(3)的熱膨脹率從其與釬料(4)的安裝部位起朝向其與電極膜(2)的安裝部位變小。
【專利說明】
電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及在廢氣的排氣系統(tǒng)中配置的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在各產(chǎn)業(yè)界，在世界規(guī)模面向降低環(huán)境影響負(fù)荷正進(jìn)行著各種努力。在汽車產(chǎn)業(yè)，除了燃油性能優(yōu)異的汽油引擎車以外，混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車等所謂的環(huán)保車的普及以及面向其性能的進(jìn)一步提高的開發(fā)也在日益推進(jìn)。
[0003]在連接車輛引擎和消音器的廢氣的排氣系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)搭載電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器(EHC:Electrically Heated Converter)，所述電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器除了對常溫時(shí)的廢氣進(jìn)行凈化之外，還在寒冷時(shí)通過電加熱使催化劑盡可能快地活化而凈化廢氣。該電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)是向配置在廢氣的排氣系統(tǒng)中的蜂窩催化劑安裝例如一對電極，利用具有電源的外部電路連接這些電極。電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器被構(gòu)成為:通過向電極通電來加熱蜂窩催化劑，提高蜂窩催化劑的活性而使通過其中的廢氣無害化。
[0004]上述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器一般具備:中空的外管(金屬殼體)；具有配置于該中空的催化劑被覆層的蜂窩結(jié)構(gòu)的發(fā)熱性基材;介于外管與基材之間的絕緣性墊(保持材料)；在沒有該墊的區(qū)域安裝于基材表面的例如一對電極；以及連接這些電極的的外部電路。該結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體被日本特開2013-198887所公開。
[0005]更詳細(xì)而言，在基材表面配置有電極的部位，形成用于沿基材整體盡可能等量地?cái)U(kuò)散電流的電極膜。上述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器具有下述結(jié)構(gòu):經(jīng)由在該電極膜上設(shè)置的開口部而在基材表面安裝有電極端子。在電極端子上經(jīng)由釬料安裝外部電極(引線端子)，通過與電源相連的纜線構(gòu)成外部電路。再者，也存在沒有在電極膜設(shè)置開口部，而在電極膜表面安裝有電極端子的形態(tài)。
[0006]這樣，EHC的構(gòu)成要素由擔(dān)載了催化劑的蜂窩結(jié)構(gòu)的基材、形成于基材表面的電極膜、和形成于電極膜表面的電極端子與外部電路構(gòu)成。作為基材，大體上已知金屬制的基材和陶瓷制的基材。已知金屬制的基材的電阻過低，因此難以適用于混合動(dòng)力車(HV)和插電式混合動(dòng)力車(PHV)。因此，這些能夠適用于應(yīng)對環(huán)境的車輛中的具備陶瓷制基材的EHC的應(yīng)用逐漸成為主流。
[0007]對于作為上述EHC的構(gòu)成要素的電極膜、電極端子、蜂窩結(jié)構(gòu)的基材，要求以下記載的作用和功能。
[0008]首先，對電極膜要求作為集電體的功能，為此希望其具有低于基材的體積電阻率。另外，要求電流的擴(kuò)散功能，希望由此能夠促進(jìn)基材整體的均等通電，為此希望能夠盡可能使等量的電流向基材整體擴(kuò)散和整流。另外，由于安裝在基材表面而希望在與基材的接合界面具有與基材同等或以上的對于熱應(yīng)力的強(qiáng)度，為此除了連接強(qiáng)度高以外，為了盡可能減小電極膜與基材的熱變形量之差，還希望基材與電極膜雙方的熱膨脹系數(shù)近似。進(jìn)而，在考慮對熱沖擊的應(yīng)對時(shí)，也優(yōu)選熱傳導(dǎo)率在基材以上，從確保耐環(huán)境可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，希望高溫氧化氣氛下的電極膜的體積電阻的變化小。再者，上述電極膜所要求的作用和功能也同樣適合于電極端子。
[0009]在蜂窩結(jié)構(gòu)的發(fā)熱體基材中，希望能夠控制為對于使用用途、投入電流和電壓來說最佳的電阻值。另外，在催化劑的使用溫度范圍即-30°C?100tC中希望電阻的溫度依賴性小，電阻值的變化少。另外，除了耐氧化性高、耐熱沖擊性高以外，希望具有與電極膜、電極端子的易接合性。
[0010]如上所述，在具備電極膜的基材、電極端子、外部電極相互固定而成的相關(guān)技術(shù)的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器中，由于各構(gòu)成要素的熱膨脹率之差，產(chǎn)生的熱應(yīng)力在各構(gòu)成要素間不同。例如，SiC/Si系的基材的熱膨脹率為4 X 10—6?5 X 10—6/°C，SiC/Si系、MoSi2系的電極端子的熱膨脹率為4 X 10—6?6 X 1^V0C，Ni系釬料的熱膨脹率為14 X 10—6?15 X 10—6/°C，20Cr-5Al不銹鋼(Steel-Use-Stainless)制的外部電極的熱膨脹率為11 X 10—6?12 X 10 一 V0C ο以下，有時(shí)將20Cr-5Al不銹鋼稱為SUS(20Cr-5Al)。對于其它的不銹鋼，有時(shí)使用同樣的簡稱。再者，所謂SUS，是由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japanese Industrial Standards，JIS)定義的不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
[0011]由于特別是在電極端子與釬料之間存在大的熱膨脹率之差，因此有可能在它們的界面發(fā)生由熱應(yīng)力的不同所引起的龜裂等破損，由于界面破損會(huì)使對于電連接性能的可靠性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，其被構(gòu)成為能夠抑制電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成要素間的熱膨脹率之差所引起的破損在構(gòu)成要素界面產(chǎn)生。
[0013]本發(fā)明方式的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器具備:具有催化劑被覆層的陶瓷制基材;在所述基材的表面配置的陶瓷制電極膜;在所述電極膜上固定的陶瓷制電極端子;和經(jīng)由釬料而被安裝在所述電極端子上的外部電極。所述釬料的熱膨脹率在所述電極端子的熱膨脹率以上且在所述外部電極的熱膨脹率以下，所述電極端子的熱膨脹率，從其與所述釬料的安裝部位朝向其與所述電極膜的安裝部位變小。
[0014]包括具備陶瓷制電極膜的基材、陶瓷制的電極端子、釬料、金屬制的外部電極的一般的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器中，熱膨脹率以基材、電極端子、釬料、外部電極的順序變大。作為本發(fā)明方式的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，在電極端子的熱膨脹率上設(shè)置分布，具有使電極端子的熱膨脹率以從與釬料的安裝部位朝向與電極膜的安裝部位變小的方式變化的結(jié)構(gòu)。通過這樣使熱膨脹率變化的結(jié)構(gòu)，能夠盡可能地減小電極端子中與電極膜的安裝部位的熱膨脹率和電極膜的熱膨脹率之差，并且盡可能減小電極端子中與釬料的安裝部位的熱膨脹率和釬料的熱膨脹率之差。其結(jié)果，能夠有效地抑制電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的各構(gòu)成要素的界面的熱膨脹率之差所引起的破損。
[0015]陶瓷制的基材具有通電性和發(fā)熱性，可以是具有三角形、四邊形、六邊形等的多個(gè)孔的多孔質(zhì)基材。這些基材一般被稱為蜂窩結(jié)構(gòu)體。并且，在基材具有的多個(gè)單元的表面，形成有在氧化鋁等氧化物載體上擔(dān)載有鉑、鈀等的貴金屬催化劑的催化劑被覆層。再者，該基材除了其整體被一體成形的基材以外，也包含多個(gè)分割體通過前述的本發(fā)明方式的接合材料接合而成的基材。
[0016]作為形成基材、電極膜、電極端子的陶瓷材料，可以使用SiC、SiC與Si的復(fù)合材料、SiC與MoSi2的復(fù)合材料、MoSi2與Si的復(fù)合材料等。
[0017]另外，作為以從釬料側(cè)向電極膜側(cè)使熱膨脹率變小的方式變化的電極端子的實(shí)施方式，除了熱膨脹率逐漸變化的形態(tài)以外，還包含熱膨脹率不同的2層結(jié)構(gòu)、3層結(jié)構(gòu)等的多層結(jié)構(gòu)的形態(tài)。在本發(fā)明方式中，熱膨脹率逐漸變化的形態(tài)的電極端子，例如可以將某種原料粉通過振動(dòng)而壓密化后，供給其它種類的原料粉并通過振動(dòng)而壓密化，其后進(jìn)行燒成以使第一層與第二層混合，由此來制作。
[0018]在上述方式中，關(guān)于電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的各構(gòu)成要素的熱膨脹率，優(yōu)選:所述電極端子的熱膨脹率之中，與所述釬料的安裝部位的熱膨脹率為6 X 10—6?9 X 10—6/°C，所述釬料的熱膨脹率為7 X 10—6?10 X 10—6/°C，所述外部電極的熱膨脹率為9 X 10—6?12 X 10
-6/。。。
[0019]在上述方式中，也可以使所述電極端子的與所述釬料的安裝部位的熱膨脹率和釬料的熱膨脹率之差在2 X 10—6以內(nèi)，所述釬料的熱膨脹率和所述外部電極的熱膨脹率之差在2X10—6以內(nèi)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，各構(gòu)成要素的界面破壞被有效地抑制。再者，可以使相鄰的構(gòu)成要素的熱膨脹率之差全都在I X 10—6以內(nèi)。
[0020]另外，上述方式中，優(yōu)選:所述釬料為Ti系釬料，熱膨脹率為9X 10—6?10 X 10一V-C。
[0021]在此，Ti系釬料可以包括以Ti為主成分、此外含有Cu、N1、Zr、Cr、Al等的材料構(gòu)成的釬料，和在主要的Ti層表面具備由N1、Cu等構(gòu)成的表層的被覆型Ti系釬料之中的至少一種。夕卜部電極為SUS制的情況下能夠通過N i材料的最表層而與外部電極的潤濕性變良好，并通過楊氏模量低的Cu層而謀求內(nèi)部應(yīng)力的緩和。
[0022]另外，Ti系釬料與陶瓷制的電極端子的接合時(shí)，通過對該電極端子浸滲釬料，在它們的界面形成界面層，所述界面層具有釬料的熱膨脹率與電極端子的釬料側(cè)的熱膨脹率的中間的熱膨脹率，由此，也能夠抑制釬料與電極端子的熱膨脹率的不同所造成的界面破壞。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明人對各種材料的釬料，具體而言是對Ni系釬料、Ag系釬料、活性Ag系釬料、Ti系釬料、Po系釬料各自對于電極端子、外部電極的釬焊性進(jìn)行了驗(yàn)證的結(jié)果，證實(shí)了 Ti系釬料對于陶瓷制電極端子與例如SUS制外部電極的兩者，具有良好的釬焊性。
[0024]在上述方式中，所述電極端子可以具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)具備熱膨脹率彼此不同的多個(gè)層。另外，在上述方式中，所述外部電極可以由19Cr-2Mo不銹鋼或20Cr-5Al不銹鋼形成。
[0025]由以上說明可以理解，根據(jù)本發(fā)明方式的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，通過使電極端子的熱膨脹率以從其與釬料的安裝部位朝向其與電極膜的安裝部位變小的方式變化，構(gòu)成要素間的熱膨脹率之差所造成的在構(gòu)成要素界面產(chǎn)生的破損被抑制。因此，根據(jù)本發(fā)明的方式，可提供對于電連接性能的可靠性高的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器。
【附圖說明】
[0026]以下，將參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)意義進(jìn)行說明，其中相同標(biāo)號(hào)將附帶相同的標(biāo)記。
[0027]圖1是對本發(fā)明的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器(EHC)的實(shí)施方式進(jìn)行說明的示意圖。
[0028I圖2A是對施加電流的流動(dòng)進(jìn)行說明的立體圖，圖2B是對施加電流的流動(dòng)進(jìn)行說明的截面圖。
[0029]圖3是將電極端子、釬料以及外部電極放大表示了的圖。
[0030]圖4A是將本發(fā)明實(shí)施例的電極端子、釬料以及外部電極放大了的照片，圖4B是將由釬料連接的電極端子與外部電極的連接部位放大了的照片。
[0031]圖5是耐久試驗(yàn)后的電極端子、釬料以及外部電極的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，參照附圖，對本發(fā)明的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器的實(shí)施方式進(jìn)行說明。再者，圖示的電極端子為3層結(jié)構(gòu)的形態(tài)，但當(dāng)然可以是其它多層結(jié)構(gòu)的電極端子，也可以并非多層結(jié)構(gòu)而是熱膨脹率逐漸變化的電極端子。
[0033]圖1是對本發(fā)明的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器(EHC)的實(shí)施方式進(jìn)行說明的示意圖。圖2A是對施加電流的流動(dòng)進(jìn)行說明的立體圖。圖2B是對施加電流的流動(dòng)進(jìn)行說明的截面圖。另外，圖3是將電極端子、釬料以及外部電極放大表示的圖。
[0034]圖示的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10具有裝入廢氣的排氣系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)構(gòu)，更具體而言，所述排氣系統(tǒng)是未圖示的引擎、電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器1(EHC)、未圖示的三元催化劑轉(zhuǎn)換器以及未圖示的輔助消音器和主消音器依次配置，并利用系統(tǒng)管相互連接了的排氣系統(tǒng)。在啟動(dòng)引擎時(shí)，構(gòu)成電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10的貴金屬催化劑被盡可能快地加熱升溫到規(guī)定溫度，將從引擎流通出來的廢氣利用該貴金屬催化劑凈化。沒有在電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10徹底凈化的廢氣利用位于其下游的三元催化劑凈化裝置凈化。
[0035]電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10大體上具備:金屬制的外管7(金屬殼體)、基材1、電極膜
2、電極端子3、外部電極5、外部電路6?；腎在外管7的中空部經(jīng)由未圖示的墊(保持材料)固定，并具有包含單元壁Ia的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述單元壁Ia在其表面形成有未圖示的催化劑被覆層。電極膜2配置在基材I的表面，構(gòu)成一對電極。電極端子3配置在電極膜2的內(nèi)側(cè)。外部電極5經(jīng)由釬料4而被安裝在各個(gè)電極端子3上。外部電路6具備將外部電極5之間連接的纜線6a、和存在于纜線6a的途中的電源6b。
[0036]外管7只要是能夠在其內(nèi)部收納發(fā)熱性的基材I的具有中空的筒狀的外管就可以為任意形狀?？梢詰?yīng)用與被收納的基材I的形狀相應(yīng)的圓筒狀的外管、方筒狀的外管等。
[0037]基材I形成包含多個(gè)單元壁Ia的蜂窩結(jié)構(gòu)的廢氣流路，在單元壁Ia上形成有未圖示的催化劑被覆層。該催化劑被覆層如下地制作。首先，在氧化鋁(Al2O3)等氧化物上擔(dān)載鈀(Pd)、銠(Rh)、鉑(Pt)等的鉑族元素、鉑族元素化合物、或者將那以外的貴金屬及其化合物擔(dān)載在氧化鋁、氧化鈰氧化鋯系的復(fù)合氧化物(CeO2-ZrO2)上。將其與氧化鋁凝膠、水一同調(diào)制而制作漿液，應(yīng)用含浸法、離子交換法、溶膠凝膠法、載體涂布(wash coat)法等將漿液形成于基材骨格上，由此制作催化劑被覆層。
[0038]從廢氣的排氣系統(tǒng)的上流側(cè)流下來的(X方向)廢氣，在由多個(gè)單元壁Ia構(gòu)成的廢氣流路中流通的過程中通過貴金屬催化劑的活性而被凈化，凈化了的廢氣從電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10向排氣系統(tǒng)的下游側(cè)流通下去。
[0039]基材I的表面之中，在上下一對的電極形成部位形成電極膜2，經(jīng)由在電極膜2開放設(shè)置的開口 2a使電極端子3在基材I的表面被固定。
[0040]在電極端子3經(jīng)由釬料4安裝外部電極5，在上下2個(gè)外部電極5中存在電源6b的的纜線6a連接形成了外部電路6。
[0041]如圖2A所示，引擎啟動(dòng)時(shí)控制電源6b為開(ON)，則位于基材I的中央的電極端子3中通電，沿YI方向流通電流，如圖2B所示，經(jīng)由沿Y5方向的第I通路、和沿Y2-Y6-Y3方向的第2通路，沿Y4方向流通電流，從而在電極端子3中流通電流，所述電極端子3位于從電源6b通電的電極端子3的基材I的相反側(cè)。在第I通路中，電流沿基材I的截面內(nèi)的直徑路徑Y(jié)5流動(dòng)。在第2通路中，電流經(jīng)由電極端子3的周圍的電極膜2沿Y2方向流動(dòng)，在基材I的截面內(nèi)沿Y6方向直線地流動(dòng)，電流經(jīng)由沿Y2方向流動(dòng)電極膜2的基材I的相反側(cè)的電極膜2沿Y3方向流動(dòng)。
[0042]這樣，電極膜2具有電流的擴(kuò)散功能，被構(gòu)成為在基材I整體進(jìn)行盡可能均等的通電，進(jìn)行整流以使等量電流擴(kuò)散。
[0043]再者，介于外管7與基材I之間的未圖示的絕緣性的墊，可以由陶瓷纖維片形成，所述陶瓷纖維片以除了絕緣性以外耐熱性和強(qiáng)度也優(yōu)異的氧化鋁等為材料。
[0044]接著，參照圖3，對電極端子3的構(gòu)成詳細(xì)說明，同時(shí)對各構(gòu)成要素的材料和熱膨脹率進(jìn)行說明。
[0045]基材1、電極膜2和電極端子3全都由陶瓷材料構(gòu)成，由SiC、SiC和Si的復(fù)合材料、SiC和MoSi2的復(fù)合材料等形成。
[0046]如圖3所示，電極端子3從釬料4側(cè)依次具有第一層3a、第二層3b、第三層3c的3層結(jié)構(gòu)。第一層3a的熱膨脹率最大，按第二層3b、第三層3c的順序使熱膨脹率變小(即，第三層3c的熱膨脹率最小)。
[0047]基材I和電極膜2的熱膨脹率為4X 10—6?5X10—6/°C左右，釬料的熱膨脹率為7 X10一6?10 X 10—6/°C，外部電極5的熱膨脹率為9 X 10—6?12 X 10—6/°C。
[0048]構(gòu)成電極端子3的各層的熱膨脹率中，第三層3c的熱膨脹率為5X 10—6?6 XlO一6/°C左右，第二層3b的熱膨脹率為6 X 10—6?8 X 10—6/°C左右，第一層3a的熱膨脹率為8 X 10—6?9X10—6/°C 左右。
[0049]在此，將第二層3b與第一層3a作為“釬料側(cè)的電極端子”的情況下，與釬料側(cè)的電極端子相對應(yīng)的區(qū)域的熱膨脹率為6 X 10—6?9 X 10—V°C，與具有7 X 10—6?10 X 10—6/°C的熱膨脹率的釬料4為相同程度的熱膨脹率、或者雙方的熱膨脹率之差極小。
[0050]另外，將第三層3c作為“電極膜側(cè)的電極端子”的情況下，與電極膜側(cè)的電極端子相對應(yīng)的區(qū)域的熱膨脹率為5 X 10—6?6X10—6/°C左右，與4 X 10—6?5 X 10—V°C左右的熱膨脹率的電極膜2為相同程度的熱膨脹率、或者雙方的熱膨脹率之差極小。
[0051]這樣，通過將電極端子3設(shè)為三層結(jié)構(gòu)使熱膨脹率變化，由此能夠使電極端子3連接的電極膜2與釬料4的熱膨脹率為相同程度、或者使雙方的熱膨脹率之差減小，電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器10的相鄰構(gòu)成要素間的熱膨脹率差(所引起的熱變形量差)造成的界面破壞被有效地抑制。
[0052]再者，作為電極端子3的各層的厚度，可以將第一層3a的厚度設(shè)定為0.8mm程度或以下、將第二層3b的厚度設(shè)定為0.7mm程度或以下、將第三層3c的厚度設(shè)定為1.3mm程度或以下。
[0053]電極膜2與電極端子3、電極端子3與釬料4之間的熱膨脹率差全都為2X 10—6以內(nèi)，也可以設(shè)定在IX10—6以內(nèi)，進(jìn)而也可以將熱膨脹率差設(shè)為零。
[0054]釬料4可適用以Ti為主成分、此外含有Cu、N1、Zr、Cr、Al等的材料構(gòu)成的釬料、包覆型的Ti系釬料。作為后者的具體例，可舉出在中央具有Ti層、在最表層具有Ni層、在Ni層與Ti層之間具有Cu層的形態(tài)(60Til5Cu25Ni)，或者在最表層具有Ni層、在Ni層與Ti層之間具有 Cu 層、Zr 層的形態(tài)(40Ti20Zr20Cu20Ni)等。
[0055]通過Ni層存在于最表層，與SUS制外部電極5的潤濕性變良好。另一方面由于熱膨脹率和楊氏模量變高(熱膨脹率:13.4 X 10-6/oC，楊氏模量:200GPa)，優(yōu)選最表層形成盡可能薄的層。另外，Cu的楊氏模量低(楊氏模量:128GPa)因此會(huì)使內(nèi)部應(yīng)力緩和，但熱膨脹率高(熱膨脹率:16.5 X 10-6/oC)，因此仍然優(yōu)選Cu層形成盡可能薄的層。
[0056]作為主材料的Ti，其熱膨脹率接近電極端子3的第一層3a(熱膨脹率:8.6X10—6/°C)，楊氏模量低(楊氏模量:116GPa)，作為應(yīng)力緩和層發(fā)揮作用。此外，與陶瓷的反應(yīng)性也高，潤濕性也良好。再者，作為這樣的被覆型Ti系釬料4的厚度，可以將Ni層、Cu層的厚度一同設(shè)定在2?3μπι左右，將Ti層的厚度設(shè)定在32?38μπι左右。
[0057]另一方面，外部電極5由19Cr-2Mo系不銹鋼形成，與以往的20Cr-5Al不銹鋼制相比熱膨脹率小，能夠與釬料4的熱膨脹率近似。
[0058]本發(fā)明人采用以下的方法制作3層結(jié)構(gòu)的電極端子，進(jìn)而將電極端子與外部電極通過釬料連接來制作了本發(fā)明的實(shí)施例涉及的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器。
[0059]MoSi2/Si系材料的具有多層結(jié)構(gòu)的規(guī)定形狀的電極端子的制作工藝具備:準(zhǔn)備原料粉末，進(jìn)行原料粉末的漿液化，將漿液噴霧干燥并顆?；?，將各層成形，將成形物進(jìn)行脫月旨，進(jìn)行燒成。
[0060]首先，將平均粒徑D50數(shù)(μπι)(例如約6μπι)的MoSi原料粉末與平均粒徑D50數(shù)(μπι)(例如約8μπι)的Si原料粉末分別秤量規(guī)定量以成為多層構(gòu)成的成分，制作了均勻混合粉末。
[0061]向制作出的混合粉末加入有機(jī)粘合劑(例如PVA)并與作為溶劑的水混合而制作漿液。
[0062]使用制作出的漿液，通過噴霧干燥器，在規(guī)定條件下以多層構(gòu)成的成分比制作了平均粒徑D50約50(μπι)的球狀造粒粉。
[0063]使用制作出的造粒粉，按各層將規(guī)定量的顆粒投入壓制成形模具中，從下段的層起依次進(jìn)行預(yù)成形。在全部的預(yù)成形完成后，作為電極端子進(jìn)行正式成形。
[0064]使用制作出的成形體，為除去有機(jī)粘合劑而進(jìn)行了脫脂。在此，脫脂條件是減壓氣氛下，設(shè)為約300?600 (°C)的溫度范圍。
[0065]對脫脂后的成形體進(jìn)行燒成而得到了燒結(jié)體。在此，燒結(jié)的條件是惰性氣氛下，設(shè)為Si的熔點(diǎn)(1414°C)附近的溫度。通過Si的熔融得到燒結(jié)體。
[0066]電極端子和外部電極如下所述地連接。首先，在以上制作出的陶瓷制的多層結(jié)構(gòu)的電極端子與不銹鋼(SUS)制的外部電極之間，插入規(guī)定量的箔狀釬料。在釬料與電極端子和外部電極的接合性不良的情況下，優(yōu)選通過有機(jī)接合劑進(jìn)行臨時(shí)固定。再者，在應(yīng)用包含有機(jī)粘合劑的糊狀釬料的情況下，可以利用糊本身進(jìn)行臨時(shí)固定。
[0067]真空氣氛下或惰性氣氛(Ar氣體)下，以規(guī)定的釬焊溫度(900?1000°C)暴露規(guī)定時(shí)間，經(jīng)由釬料將電極端子與外部電極進(jìn)行了接合。在此，釬焊時(shí)間是通過確認(rèn)釬料熔融進(jìn)而向電極端子的上段部擴(kuò)散來確定的時(shí)間。
[0068]圖4A是將本發(fā)明實(shí)施例的電極端子、釬料和外部電極放大的照片，圖4B將釬料的連接部位放大的照片。由各圖可知，釬料在電極端子的上面充分?jǐn)U散。由此，能夠形成釬料的熱膨脹率與電極端子的上層的熱膨脹率的中間的熱膨脹率的層，能夠保證電極端子與釬料的良好接合性。
[0069]電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器如下所述地制作。首先，在燒成后的陶瓷蜂窩基材(SiC/Si)上，將陶瓷制的電極膜用組成糊進(jìn)行例如絲網(wǎng)印刷。在經(jīng)絲網(wǎng)印刷的糊上臨時(shí)接合燒成后的陶瓷電極端子(MoSi2/Si)，在約1250°C以上的溫度范圍且惰性氣體氣氛(Ar氣體等)下進(jìn)行燒成。其后，在不銹鋼制的外部電極與陶瓷制的多層結(jié)構(gòu)的電極端子的上層之間插入Ti系釬料，在約900?100tC的惰性氣體氣氛下進(jìn)行了釬焊。其后的安裝，利用通常的密封催化劑基材的方法制作了實(shí)施例涉及的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器。
[0070]以下，對冷熱循環(huán)后的耐久試驗(yàn)及其結(jié)果進(jìn)行說明。本發(fā)明人試制了采用上述方法制作出的電極端子與外部電極經(jīng)由釬料連接而成的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，在氧化氣氛下，實(shí)施了反復(fù)進(jìn)行200 0C與8500C的冷熱氣氛的循環(huán)試驗(yàn)。循環(huán)試驗(yàn)后，實(shí)施耐久試驗(yàn)(熱沖擊試驗(yàn))，確認(rèn)了電極端子、釬料與外部電極的連接狀態(tài)。圖5是耐久試驗(yàn)后的電極端子、釬料和外部電極的照片。
[0071]由圖5可以確認(rèn)，即使在熱沖擊試驗(yàn)后，經(jīng)由釬料連接的電極端子與外部電極的連接狀態(tài)仍被維持。
[0072]以上，使用附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但具體構(gòu)成不限定于該實(shí)施方式。在不脫離本發(fā)明主旨的范圍，本發(fā)明的實(shí)施方式可以適當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括: 具有催化劑被覆層的陶瓷制基材； 在所述基材的表面配置的陶瓷制電極膜； 在所述電極膜上固定的陶瓷制電極端子;和 經(jīng)由釬料而被安裝在所述電極端子上的外部電極， 所述釬料的熱膨脹率在所述電極端子的熱膨脹率以上且在所述外部電極的熱膨脹率以下， 所述電極端子的熱膨脹率，從所述電極端子與所述釬料的接合部位朝向所述電極端子與所述電極膜的接合部位變小。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述電極端子的熱膨脹率之中、與所述釬料的安裝部位的熱膨脹率為6 X 10—6?9 X 1^V0C，所述釬料的熱膨脹率為7 X 10—6?10X 10—V°C，所述外部電極的熱膨脹率為9 X 10—6?12 X 1^V0C。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述電極端子的與所述釬料的安裝部位的熱膨脹率和釬料的熱膨脹率之差為2 X 10—6以內(nèi)，所述釬料的熱膨脹率和所述外部電極的熱膨脹率之差為2 X 10—6以內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3的任一項(xiàng)所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述釬料為Ti系釬料，熱膨脹率為9 X 10—6?10 X 10—6/°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4的任一項(xiàng)所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述電極端子具有多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)具備熱膨脹率彼此不同的多個(gè)層。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5的任一項(xiàng)所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述外部電極由不銹鋼形成。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電加熱式催化劑轉(zhuǎn)換器，所述外部電極由19Cr-2Mo不銹鋼或20Cr-5Al不銹鋼形成。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK106014558SQ201610168288
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】森連太郎, 神谷純生
【申請人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社