(57)【要約】【課題】安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供する。【解決手段】鉄及びクロムを含み、アルミニウム及び珪素の少なくとも一つが添加されたフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、開放型ポアを有する多孔質予備体１を、オーステナイト化処理して得られた多孔質基体２と、多孔質基体の開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一つから成るウィスカが形成されたウィスカ形成部と、ウィスカ形成部に坦持され、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄及びクロムを含み、アルミニウム及び珪素の少なくとも一つが添加されたフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、開放型ポアを有する多孔質予備体を、オーステナイト化処理して得られた多孔質基体と、
前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一つから成るウィスカが形成されたウィスカ形成部と、
前記ウィスカ形成部に坦持され、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、
を備えた触媒装置。
【請求項２】
前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む前記表面は、ピーニング処理されている請求項１に記載の触媒装置。
【請求項３】
前記フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム又は珪素は、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加される請求項１又は２に記載の触媒装置。
【請求項４】
前記フェライト系ステンレス鋼には、アルミニウム及び珪素の双方が添加されている請求項１又は２に記載の触媒装置。
【請求項５】
前記フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム及び珪素の合計は、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加される請求項４に記載の触媒装置。
【請求項６】
更に、チタン、ジルコニウム及びニオビウムの少なくとも一つが、０．５重量％以上２重量％以下の濃度で添加され、これに加え又はこれから独立に、ランタン、イットリウム及びセリウムの少なくとも一つが０．０５重量％以上０．５重量％以下の濃度で添加される請求項１から５のいずれかに記載の触媒装置。
【請求項７】
鉄及びクロムを含むフェライト系ステンレス鋼にアルミニウム及び珪素の少なくとも一方を添加した溶融金属を用意する工程と、
前記溶融金属を一方向凝固させて開放型ポアを有する多孔質予備体を形成する工程と、
前記予備体をオーステナイト化処理して多孔質基体を形成する工程と、
前記多孔質基体を酸化して、前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一方から成るウィスカを形成する工程と、
前記ウィスカが形成されたウィスカ形成部に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を坦持させる工程と、
を備えた請求項１から６のいずれかに記載の触媒装置を製造する製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒装置及びその製造方法に関し、特に、自動車等に搭載された内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を坦持するための触媒坦持用部材を有する触媒装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する要請は、種々の法規制も強化されて、一層高まった状況にある。かかる排気ガスをより効率的に浄化するには、内燃機関の排気系に配設される触媒装置の触媒機能を一層向上させる必要がある。
【０００３】
かかる状況下で、特許文献１は、排気ガス浄化用触媒コンバータに関し、ステンレス箔を加工して成るメタルハニカム基材と、ステンレス箔上に形成した触媒層と、を備え、ステンレス箔は、少なくともＦｅ、Ｃｒ及びＡｌを含有し、ステンレス箔の表面にはステンレス箔成分が酸化してできた酸化物皮膜を有し、かかる酸化物皮膜の含有するＦｅの濃度が酸化物に対する質量％で０．１％以上７％以下である構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０３２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本発明者の検討によれば、メタルハニカム基材は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ成分系（例えば、Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ成分系）のステンレス鋼箔（例えば、厚さ５０μｍ以下）をコルゲート加工して得ることができるが、かかるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ成分系のステンレス鋼を大気中で酸化させると、その表面にＡｌ２Ｏ３が生成されて、ステンレス鋼の耐酸化性を向上させることができる。また、かかるＡｌ２Ｏ３を、ひげ状のウィスカ（ｗｈｉｓｋｅｒ）とすれば、ステンレス鋼の比表面積を格段に増加させることができる。なお、かかるＡｌ２Ｏ３の部分に、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ等の触媒を担持させたもの排ガス浄化装置である。
【０００６】
しかしながら、本発明者の更なる検討によれば、Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ａｌ成分系のように多量のＡｌを含有させた場合には、Ａｌ２Ｏ３のストリンガ（ｓｔｒｉｎｇｅｒ）が発生しやすいとも考えられる。つまり、かかるストリンガが発生した場合、ステンレス鋼の箔圧延の際にそこが起点となり、引き裂かれてしまう可能性が考えられ、メタルハニカム基材を製造する際の歩留まりが悪化する傾向も考えられる。また、そもそもコルゲート加工には非常に手間と時間が掛かり、メタルハニカム基材はまだまだ高価なものであるともいえる。
【０００７】
つまり、現状では、安価で簡便な構成の新規な触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置の実現が待望された状況にある。
【０００８】
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面における触媒装置は、鉄及びクロムを含み、アルミニウム及び珪素の少なくとも一つが添加されたフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、開放型ポアを有する多孔質予備体を、オーステナイト化処理して得られた多孔質基体と、前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一つから成るウィスカが形成されたウィスカ形成部と、前記ウィスカ形成部に坦持され、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、を備える。
【００１０】
また、本発明は、かかる第１の局面に加え、前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む前記表面は、ピーニング処理されていることを第２の局面とする。
【００１１】
また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加え、前記フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム又は珪素は、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることを第３の局面とする。
【００１２】
また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加え、前記フェライト系ステンレス鋼には、アルミニウム及び珪素の双方が添加されていることを第４の局面とする。
【００１３】
また、本発明は、かかる第４の局面に加え、前記フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム及び珪素の合計は、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることを第５の局面とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる第１から第５のいずれかの局面に加え、更に、チタン、ジルコニウム及びニオビウムの少なくとも一つが、０．５重量％以上２重量％以下の濃度で添加され、これに加え又はこれから独立に、ランタン、イットリウム及びセリウムの少なくとも一つが０．０５重量％以上０．５重量％以下の濃度で添加されることを第６の局面とする。
【００１５】
また、本発明は、別の局面において、鉄及びクロムを含むフェライト系ステンレス鋼にアルミニウム及び珪素の少なくとも一方を添加した溶融金属を用意する工程と、前記溶融金属を一方向凝固させて開放型ポアを有する多孔質予備体を形成する工程と、前記予備体をオーステナイト化処理して多孔質基体を形成する工程と、前記多孔質基体を酸化して、前記多孔質基体の前記開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一方から成るウィスカを形成する工程と、前記ウィスカが形成されたウィスカ形成部に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を坦持させる工程と、を備えた第１から第６の局面のいずれかの触媒装置を製造する製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の局面における構成によれば、鉄及びクロムを含み、アルミニウム及び珪素の少なくとも一つが添加されたフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、開放型ポアを有する多孔質予備体を、オーステナイト化処理して得られた多孔質基体と、多孔質基体の開放型ポアを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一つから成るウィスカが形成されたウィスカ形成部と、ウィスカ形成部に坦持され、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、を備えることにより、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することができる。なお、ウィスカ形成部に坦持される触媒には、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ等が好適なものとして挙げられる。
【００１７】
また、本発明の第２の局面における構成によれば、多孔質基体の開放型ポアを含む表面が、ピーニング処理されていることにより、多孔質基体の比表面積をより増大させることができる。
【００１８】
また、本発明の第３の局面における構成によれば、フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム又は珪素が、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることにより、高温下における多孔質基体の強度の不要な低下を防ぎながら、その酸化増量が増大することを抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の第４の局面における構成によれば、フェライト系ステンレス鋼には、アルミニウム及び珪素の双方が添加されていることにより、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明の第５の局面における構成によれば、フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム及び珪素の合計が、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることにより、高温下における多孔質基体の強度の不要な低下を防ぎながら、その酸化増量が増大することを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の第６の局面における構成によれば、更に、チタン、ジルコニウム及びニオビウムの少なくとも一つが、０．５重量％以上２重量％以下の濃度で添加され、これに加え又はこれから独立に、ランタン、イットリウム及びセリウムの少なくとも一つが０．０５重量％以上０．５重量％以下の濃度で添加されることにより、高温下における多孔質基体の靱性を向上することができたり、多孔質基体におけるウィスカの密着性を向上することができる。
【００２２】
また、本発明の別の局面における構成によれば、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体の断面を示し、図１（ａ）は、かかる多孔質予備体の横断面、及び図１（ｂ）は、かかる多孔質予備体の縦断面を各々示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する。
【図２】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体のウィスカ形成部の走査型電子顕微鏡写真を示す。
【図３】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体のフェライト組織を示す光学顕微鏡写真を示す。
【図４】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体のオーステナイト組織を示す光学顕微鏡写真を示す。
【図５】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体に添加するＡｌの添加量を変えた場合の多孔質基体の酸化増量を示すグラフである。
【図６】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体の成分系をＦｅ−２０％Ｃｒ−５％ＡｌとしたものとＦｅ−２０％Ｃｒ−２５％Ａｌとしたものとについての経時的な多孔質基体の酸化増量を示すグラフである。
【図７】本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体に添加するＡｌ及びＳｉの添加量を変えた場合の多孔質基体の酸化増量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における触媒装置及びその製造方法につき詳細に説明する。
【００２５】
本発明の実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体の断面を示し、図１（ａ）は、かかる多孔質予備体の横断面、及び図１（ｂ）は、かかる多孔質予備体の縦断面を各々示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図に相当する。図２は、本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体のウィスカ形成部の走査型電子顕微鏡写真を示す。図３は、本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体に適用される多孔質予備体のフェライト組織を示す光学顕微鏡写真を示す。また、図４は、本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体のオーステナイト組織を示す光学顕微鏡写真を示す。
【００２６】
本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体は、図１に示すような多孔質予備体１を用いて作製される。かかる多孔質予備体１は、ＳＵＳ４３４及びＳＵＳ４３６Ｌよりも安価なフェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０をベース材料にし、これにＡｌ及びＳｉの少なくとも一方を添加した溶融金属材料を用いて、これを溶湯とした一方向凝固を行うことにより多孔質化して作製されるものである。このような一方向凝固は、かかる溶湯に対して高圧水素ガス雰囲気下又は高圧窒素ガス雰囲気下でかかるガスを混入しながら、このようにガスを含む溶湯を一方向に流下させながら順次凝固させる連続鋳造を行うことにより好適に実施できる。ここで、ＳＵＳ４３４及びＳＵＳ４３６は、Ｃｒが増量されかつＭｏが添加されることにより耐熱性が向上されているのであるが、より高価なものとなり、多孔質予備体１のベース材料として用いるには好ましくない。また、耐熱性をより向上するためには、オーステナイト系ステンレス鋼をベース材料とすることもできるが、これもＮｉが添加されているためより高価であり、多孔質予備体１のベース材料として用いるには好ましくない。なお、ＳＵＳ４３０は、日本工業規格であるＪＩＳ規格により規定されているが、この規格相当品としては、例えば、国際規格ではＩＳＯ１５５１０のＩＳＯナンバー４０１６−４３０−００−Ｉ（記号Ｘ６Ｃｒ１７）、欧州規格ＥＮでは１．４０１６、アメリカ合衆国のＵＮＳ規格ではＳ４３０００（ＡＩＳＩ規格では４３０）、及び中国のＧＢ規格ではＳ１１７１０で、各々規定されており、これらのステンレス鋼をベース材料に使用してもかまわない。
【００２７】
詳しくは、図１（ａ）に示すように、多孔質予備体１は、主として図中左右方向（一方向凝固させる際のその方向に対応する方向）に延在する複数のポアＰを有し、かかるポアＰは、図１（ｂ）で示す縦断面において、その紙面に垂直な方向に開いた開口を成している。つまり、総体的には、かかるポアＰは、図１（ａ）の左右方向の両端部間を分岐しながら連通させる流路を画成し、かつ、図１（ｂ）における縦断面の径方向（図１（ａ）における上下方向）においては、閉じている。かかる多孔質予備体１に対して、例えば、図１（ａ）の左方向から右方向に排気ガスを流すと、多孔質予備体１の左側端部から排気ガスを流入させてその内部を通過させた後にその右側端部から流出させることが可能になる。
【００２８】
かかる多孔質予備体１を、オーステナイト化処理した後で酸化処理すると、本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体２が得られ、図２に示すようなＡｌ２Ｏ３のウィスカ及びＳｉＯ２のウィスカが、オーステナイト化処理された多孔質基体２の表面に形成される。ここで、図２は、便宜上、ＳＵＳ４３０をベース材料にして、それにＡｌ及びＳｉの双方を添加した場合に、Ａｌ２Ｏ３のウィスカ及びＳｉＯ２のウィスカの双方が形成された状態を示す。かかるウィスカは、オーステナイト化処理された多孔質基体２の表面（ポアＰ自体の表面を含む）に形成されてウィスカ形成部を成す。図示は省略するが、多孔質基体２の形状自体は、ウィスカ形成部が付加されていること以外は、多孔質予備体１のものと同一であり、かかるウィスカ形成部が形成されることにより、多孔質基体２の比表面積がより増大されている。
【００２９】
ここで、オーステナイト化処理する前の多孔質予備体１の合金組織は、図３に示すようなフェライト組織を示しているが、オーステナイト化処理した後の多孔質予備体１、つまり多孔質基体２の合金組織は、図４に示すようなオーステナイト組織を示している。かかるオーステナイト化処理としては、多孔質予備体１にオーステナイト安定化元素である窒素を吸収させることによって、多孔質予備体１をフェライト相からオーステナイト相に逆変態させる処理である固相窒素吸収法が好適に使用できる。
【００３０】
また、ウィスカ形成部には、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ等の触媒が付着され、多孔質基体２のウィスカ形成部に触媒が坦持された構成を有する本実施形態における触媒装置が構成される。かかる触媒装置では、多くの排気ガス流通経路を画成する多孔質である多孔質基体２に、ウィスカ形成部を形成してそこに触媒を坦持させることにより、排気ガスと触媒とが接触する接触面積がより増大されている。
【００３１】
また、排気ガスと触媒との接触面積をより増大するには、多孔質基体２の比表面積をより増大しておくことが好ましく、このためには、オーステナイト化処理した後の多孔質予備体１、つまり多孔質基体２に金属等の微粒子を用いたピーニング処理を行って、その比表面積を２０％から３０％程度増加させておくことが好ましい。かかるピーニング処理は、具体的には、Ａｌ２Ｏ３の粒径４０μｍもショットを用いて、噴射速度１００ｍ／ｓという条件で行えば、多孔質予備体１の比表面積を２０％から３０％程度増加させることができる。なお、ショットの粒径は、多孔質予備体１のポアＰのサイズよりも小さいものであれば、ポアＰ内もピーニング処理できるために好ましい。ショットの種類としては、多孔質予備体１の硬度よりも硬いセラミック等が適宜使用可能である。また、ショットの噴射速度は、ショットの種類等に応じて適宜設定すればよい。
【００３２】
ここで、本実施形態における触媒装置に用いる多孔質基体２に適用される多孔質予備体１の化学成分の成分範囲は、以下のようにまとめられる。
【００３３】
まず、多孔質予備体１の化学成分に添加されるＡｌについては、それが２ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲で含まれることが好ましい。というのは、詳細は後述するが、Ａｌの含有量が２ｗｔ％未満であると高温下における多孔質基体２の酸化増量が不要に増加してしまうし、Ａｌの含有量が４０ｗｔ％を越えると高温下における多孔質基体２の強度が不要に低下してしまうからである。つまり、Ａｌをかかる範囲で添加することにより、高温下における多孔質基体２の強度を不要に低減しないで、高温下におけるその酸化増量を効果的に抑制することができるからである。また、高温下における多孔質基体２の酸化増量は、Ａｌの添加量を１０ｗｔ％以上とすると顕著に減少し、更にＡｌの添加量を２５ｗｔ％以上とするとより顕著に減少するから、Ａｌが２５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲で含まれることがより好ましい。
【００３４】
また、多孔質予備体１の化学成分に添加されるＳｉについても、それが２ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲で含まれることが好ましい。というのは、Ｓｉを添加する効果はＡｌを添加する効果と同等であり、Ｓｉをかかる範囲で添加することにより、高温下における多孔質基体２の強度を不要に低減しないで、高温下におけるその酸化増量を効果的に抑制することができるからである。また、高温下における多孔質基体２の酸化増量は、Ａｌと同様に、Ｓｉの添加量を１０ｗｔ％以上とすると顕著に減少し、更にＳｉの添加量を２５ｗｔ％以上とするとより顕著に減少するから、Ｓｉが２５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲で含まれることがより好ましい。なお、Ｓｉは、元々ＳＵＳ４３０の成分にとして０．７５ｗｔ％以下の範囲内で含まれている。
【００３５】
また、多孔質予備体１の化学成分にＡｌ及びＳｉの双方が含まれる場合には、高温下における多孔質基体２の酸化増量及び強度に対するそれらの寄与は互いに同等であるから、
それらの添加量の合計として、２ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲であることが好ましく、２５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の範囲であることがより好ましい。
【００３６】
また、多孔質予備体１の化学成分に含まれるＣｒについては、元々ＳＵＳ４３０の成分にとして１６ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下の範囲で含まれているのであるが、その許容範囲はＳＵＳ４３０の成分範囲よりも広くすることができる。つまり、Ｃｒは、１５ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下の範囲で含まれていてもよい。というのは、Ｃｒの含有量が１５ｗｔ％未満であると高温下における多孔質基体２の強度が不要に低減し、Ｃｒをそれ以上含有させると高温下における多孔質基体２の強度が増強されていくのであるが、Ｃｒの含有量が２５ｗｔ％を超えるとかかる効果は飽和してしまい、却って多孔質基体２が脆化してしまうからである。
【００３７】
また、多孔質予備体１の化学成分に含まれるＣについては、元々ＳＵＳ４３０の成分にとして０．１２ｗｔ％以下の範囲内で含まれているのであるが、０．１ｗｔ％以上含まれていると、不要な炭化物、例えばＮｂやＴｉが添加されている場合のそれらの炭化物を形成してしまうので、Ｃは０．１ｗｔ％未満の範囲で含有されていることが好ましい。
【００３８】
また、多孔質予備体１の化学成分に含まれるＭｎについては、元々ＳＵＳ４３０の成分に含まれているのであるが、２ｗｔ％以上含まれていると、高温下における多孔質基体２の酸化増量が増大してしまうので、Ｍｎは２ｗｔ％未満の範囲で含有されていることが好ましい。なお、Ｍｎは、元々ＳＵＳ４３０の成分にとして１ｗｔ％以下の範囲内で含まれているため、基本的には２ｗｔ％未満の範囲内に抑えられている。
【００３９】
また、多孔質予備体１には、その他の添加物として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｙ及びＣｅを以下に示す所定の成分範囲で含有させてもよい。
【００４０】
Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂについては、それぞれの元素単独で又はこれらのもののいずれか同士の合計で０．５ｗｔ％以上添加することにより、高温下における多孔質基体２の靱性を向上することができる一方で、このように２ｗｔ％を超えて添加すると高温下における多孔質基体２の酸化増量が増大してしまう。よって、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂについては、それぞれの元素単独で又はこれらのもののいずれか同士の合計で０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下の範囲で含有されていることが好ましい。
【００４１】
Ｌａ、Ｙ及びＣｅについては、それぞれの元素単独で又はこれらのもののいずれか同士の合計で０．１ｗｔ％以上添加することにより、多孔質基体２におけるウィスカであるＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の密着性を向上することができる一方で、このように０．５ｗｔ％を超えて添加すると高温下において多孔質基体２が脆化してしまう。よって、Ｌａ、Ｙ及びＣｅについては、それぞれの元素単独で又はこれらのもののいずれか同士の合計で０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の範囲で含有されていることが好ましい。
【００４２】
なお、ＳＵＳ４３０には、その他に、Ｐが０．０４ｗｔ％以下、及びＳが０．０３ｗｔ％以下含まれており、また、Ｎｉは０．６ｗｔ％以下含まれていてもよいことになっているが、これらは、本実施形態における多孔質基体２の諸特性には不要な影響をもたらさない化学成分である。
【００４３】
次に、かかる構成を有する触媒装置の製造方法につき、以下のようにまとめて説明する。
【００４４】
まず、ＳＵＳ４３０をベース材料にし、これにＡｌ及びＳｉの少なくとも一方を添加した溶融金属材料を用意する。かかる溶融金属材料は、ＳＵＳ４３０、並びにＡｌ及びＳｉ
の少なくとも一方を共に溶融状態として混合してもよいし、これらを固体状で混合した後で溶融してもよい。この際、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃ及びＭｎは、各々上記した化学成分範囲になるように調整する。また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｙ及びＣｅを添加する場合には、各々上記した化学成分範囲になるように調整する。
【００４５】
次に、かかる溶融金属材料を溶湯として、それを下方に配置した所定形状の鋳型内に流下させて鋳型の形状に倣って固化させる連続鋳造を行って一方向凝固させることにより、多孔質予備体１を作製する。この際、かかる溶湯は高圧水素ガス雰囲気下又は高圧窒素ガス雰囲気下に置かれて、その内部にはかかるガスが混入しているため、溶湯が下方に流下して鋳型内で固化される際には、そのガスによる空間部、つまり複数のポアＰが形成される。つまり、結果として得られる多孔質予備体１には、その上下方向の両端部間を分岐しながら連通する複数のポアＰが形成される。なお、多孔質予備体１の外周面（図１（ｂ）で示す外周面）の形状は、鋳型のキャビティ形状で規定され閉じている。
【００４６】
次に、かかる多孔質予備体１に対して、それををフェライト相からオーステナイト相に逆変態させる処理である固相窒素吸収法によりオーステナイト安定化元素である窒素を吸収させることによって、オーステナイト化処理された多孔質基体２を作製する。ここで、図４に示す光学顕微鏡写真は、具体的には、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−２５ｗｔ％Ａｌ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて、１２００℃で、０．１Ｍｐａの窒素雰囲気中で固相窒素吸収処理を実施した場合のオーステナイト組織を示しており、図３はその処理前の同じ多孔質予備体１のフェライト組織を示している。なお、必要に応じて、多孔質基体２に対して、例えば、Ａｌ２Ｏ３の粒径４０μｍもショットを用いて、噴射速度１００ｍ／ｓという条件で、ピーニング処理を行ってもよい。また、かかるピーニング処理は、オーステナイト化処理の前の多孔質予備体１に対して行うことも可能である。
【００４７】
次に、かかる多孔質基体２を大気雰囲気下で所定時間、所定の一定温度に維持して、それを酸化処理し、その表面（ポアＰ自体の表面を含む）にＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の少なくとも一方のウィスカを形成する。ここで、図２に示す走査型電子顕微鏡写真は、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−１５ｗｔ％Ａｌ−１０ｗｔ％Ｓｉ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて、５時間、一定の１２００℃下、０．１Ｍｐａの窒素雰囲気中で固相窒素吸収処理を実施した後に、１００時間、一定の１１００℃下、大気雰囲気下で酸化処理した多孔質基体２のウィスカ形成部のＡｌ２Ｏ３のウィスカ及びＳｉＯ２のウィスカを示す。
【００４８】
そして、このようにウィスカが形成されたウィスカ形成部に、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ等の触媒を付着させて、多孔質基体２のウィスカ形成部に触媒が坦持された本実施形態における触媒装置を作製する。
【００４９】
次に、本実施形態における触媒装置における多孔質基体１の一例として、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−２５ｗｔ％Ａｌ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて作製した多孔質基体１について、それを１０００℃で１０００時間維持した状態におけるＡｌ添加量Ｘと酸化増量との関係を図５に示す。
【００５０】
図５を参照すると理解できるように、酸化増量は、Ａｌの添加量の増加と共に、酸化増量が指数関数的に減少し、Ａｌ＝２ｗｔ％で酸化増量が４５０ｇ／ｍｍ２以下程度という実用上充分な小さな値を示し、特に、Ａｌ＝２５ｗｔ％以上で酸化増量が２０ｇ／ｍｍ２以下程度となって顕著に小さな値を示す。
【００５１】
次に、本実施形態における触媒装置における多孔質基体１の一例として、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−５ｗｔ％Ａｌ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて作製した多孔質基体１（図中実線で示す）、及びＦｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−２５ｗｔ％Ａｌ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて作製した多孔質基体１（図中点線で示す）について、それを１１００℃で維持した状態における時間と酸化増量との関係を図６に示す。
【００５２】
図６を参照すると理解できるように、図中実線で示すＡｌを５ｗｔ％添加した場合であっても、それを図５よりも高温の１１００℃で維持した状態における１５０時間経時に、酸化増量が１５０ｇ／ｍｍ２以下程度という実用上充分な小さな値を示し、更に図中点線で示すＡｌを２５ｗｔ％添加した場合であれば、４００時間経過時に、酸化増量が２５ｇ／ｍｍ２以下程度という極めて小さな値を示す。
【００５３】
次に、本実施形態における触媒装置における多孔質基体１の一例として、Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ−１５ｗｔ％Ａｌ−１０ｗｔ％Ｓｉ−０．８ｗｔ％Ｔｉ−０．９ｗｔ％Ｚｒ−０．７ｗｔ％Ｎｂ−０．２ｗｔ％Ｌａ成分系の多孔質予備体１を用いて作製した多孔質基体１多孔質基体１について、それを１０００℃で１０００時間維持した状態におけるＡｌ添加量Ｘ及びＳｉ添加量Ｙと酸化増量との関係を図７に示す。
【００５４】
図７を参照すると理解できるように、酸化増量の増減の様子は、Ａｌの添加量の増減及びＳｉの添加量の増減に対してほぼ同等であり、Ａｌの添加量及びＳｉの添加量の合計が１０ｗｔ％以上で、酸化増量がより低下し、特に、両者の合計が２５ｗｔ％以上で、酸化増量が顕著に抑えられることを示す。なお、図中の具体的な酸化増量ｇ／ｍｍ２の値は、（Ａｌ、Ｓｉ）が（０、１０）、（５、５）、（１０、０）、（０、２５）、（５、２０）、（１０、１５）、（１５、１０）、（２０、５）、（２５、０）のとき、各々対応して１００、１５０、１００、１０、８、１０、１０、８、１０程度の値である。
【００５５】
以上の本実施形態の構成によれば、鉄及びクロムを含み、アルミニウム及び珪素の少なくとも一つが添加されたフェライト系ステンレス鋼から成ると共に、開放型ポアＰを有する多孔質予備体２を、オーステナイト化処理して得られた多孔質基体１と、多孔質基体１の開放型ポアＰを含む表面に酸化アルミニウム及び二酸化珪素の少なくとも一つから成るウィスカが形成されたウィスカ形成部と、ウィスカ形成部に坦持され、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒と、を備えることにより、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することができる。なお、ウィスカ形成部に坦持される触媒には、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｈ等が好適なものとして挙げられる。
【００５６】
また、本実施形態の構成によれば、多孔質基体２の開放型ポアＰを含む表面が、ピーニング処理されていることにより、多孔質基体２の比表面積をより増大させることができる。
【００５７】
また、本実施形態の構成によれば、フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム又は珪素が、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることにより、高温下における多孔質基体２の強度の不要な低下を防ぎながら、その酸化増量が増大することを抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態の構成によれば、フェライト系ステンレス鋼には、アルミニウム及び珪素の双方が添加されていることにより、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体２を有する触媒装置を提供すること
ができる。
【００５９】
また、本実施形態の構成によれば、フェライト系ステンレス鋼に添加されるアルミニウム及び珪素の合計が、２重量％以上４０重量％以下の濃度となるように添加されることにより、高温下における多孔質基体２の強度の不要な低下を防ぎながら、その酸化増量が増大することを抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態の構成によれば、更に、チタン、ジルコニウム及びニオビウムの少なくとも一つが、０．５重量％以上２重量％以下の濃度で添加され、これに加え又はこれから独立に、ランタン、イットリウム及びセリウムの少なくとも一つが０．０５重量％以上０．５重量％以下の濃度で添加されることにより、高温下における多孔質基体２の靱性を向上することができたり、多孔質基体２におけるウィスカの密着性を向上することができる。
【００６１】
なお、本発明は、構成要素の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明においては、安価で簡便な構成であって、大きな比表面積を有して耐酸化性に優れた触媒担持体である多孔質基体を有する触媒装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に自動車等の移動体の排気ガス浄化装置等の分野に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００６３】
１…多孔質予備体
２…多孔質基体
Ｐ…ポア
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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