(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス、ガラス、樹脂又は軽金属からなる部材表面に、（１）Ｓｎ系低融点金属、Ｚｎ系低融点金属、Ｐ系低融点元素と、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又は（２）Ｓｎ系低融点金属、Ｚｎ系低融点金属、Ｐ系低融点元素と、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくは（３）Ｓｎ系低融点金属、Ｚｎ系低融点金属、Ｐ系低融点元素と、Ｃｏ系として純Ｃｏ、Ｎｉ系として純Ｎｉ、Ｔｉ系として純Ｔｉからなる触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の（１）〜（３）いずれか１種又は２種以上が固着していることを特徴とする触媒部材。
【請求項２】
Ｓｎ系低融点金属がＳｎ、Ｚｎ系低融点金属がＺｎ、Ｐ系低融点元素がＰであり、これら低融点物質のＳｎ、Ｚｎ及びＰの１種または２種以上と、金属粉末が純Ｎｉ、純Ｃｏ、純Ｔｉである金属粉末の１種または２種以上と、合金粉末がＮｉ合金、Ｃｏ合金、Ｔｉ合金である合金粉末の１種または２種以上とが固着していることを特徴とする請求項１に記載の触媒部材。
【請求項３】
触媒部材は、ラトラ試験前後の質量変化割合より選出される質量減少率が２０％未満と高強度であることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末が固着したことからなる触媒部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に触媒は、触媒成分単体又は触媒成分を含んだ合金粉末がバインダー等とともに混合され、ペレット、粒塊といった固形状に形成され、使用されている。具体的には、含浸法、イオン交換法、共沈法等によって金属成分を導入したのち、焼成、水素還元等の処理を行うことにより試料調製される。このような上記現状の含浸法、イオン交換法、共沈法等によって金属成分を導入したのち、バインダー等とともに混合され、焼成、水素還元等の処理を行う製造方法では、多数の製造工程を経なければならないという問題がある。
【０００３】
また、現状はペレット状触媒が使用されているが、触媒使用過程においてその触媒強度や反応効率の改善が求められている。触媒機能は、触媒自身の比表面積の大きさと活性度の高さで決まるため、活性度の高い金属を用いて、かつ、大きな比表面積を得るために、発泡金属触媒や接着剤により多孔質な多種材料の表面に触媒活性金属を接着させた触媒等が使用されている。
【０００４】
一方、溶融金属中にセラミックス粉末を分散させたり、金属粉末とセラミックス粉末の混合成形体を焼結してセラミックス・金属複合体を製造する方法もある。この方法によれば金属容積比率の高いセラミックス・金属複合体が得られるが、得られるセラミックス・金属複合体は金属特性が主体的となり、セラミックスを骨格とした複合体ではなく、例えば強度特性等にセラミックス固有の特性が発現され難い。
【０００５】
上述した背景のもとに、セラミックス基材表面に金属被膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、セラミックスを骨格とした開気孔率５０％以上の海綿網目状多孔体の開気孔部に金属を有するセラミックス・金属複合体を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許公開２００６−５２１０１号公報
【特許文献２】特許公開２００２−２７５５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１に記載されている、セラミックス基材の表面に金属被膜を形成する方法では、脱水縮合反応を介して、基材の表面上に単分子層膜として付与した後、貴金属成分とセラミックスとの親和性の高い成分から選ばれる少なくとも２種類以上の元素から構成される微粒子分散液に接触させるため、製造工程が多く、複雑であるといった問題がある。また、特許文献２に記載されている、セラミックスを骨格とした開気孔率５０％以上の海綿網目状多孔体の開気孔部に金属を有するセラミックス／金属複合体を形成する方法では、金属を溶融させ、焼結させるため、製造工程が多くなって、複雑かつ製造温度を高温まで上げなければならないといった問題がある。
【０００８】
また、従来は、金属塩をセラミックス等に付着させ触媒として使用しているが、金属塩では触媒活性が低く、より一層の触媒活性の向上が求められている。また、セラミックス等に金属粉末を付着させる場合は接着剤を使用するなど、触媒の強度面に問題がある。そこで、我々は、これら課題に対し、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を固着、金属結合させることで、高強度を保ったまま触媒活性の高い金属を使用できる新規な触媒部材を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を固着させることで、高強度、かつ高活性な触媒部材を実現した。これは、低融点金属および低融点物質を混合することで、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材と金属の焼結温度が低く、かつ該金属に触媒活性が金属塩よりも高い金属を使用でき、製造工程も少ないといったメリットを持つ。さらに、触媒反応に関与しない触媒部材内部をセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属に置き換えたことで、触媒質量を軽減でき、かつ未反応触媒部分の削減が可能になる。これらのことより本発明に至った。
【００１０】
そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、（１）Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又は（２）Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくは（３）Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の（１）〜（３）のいずれか１種又は２種以上がそれぞれ固着していることを特徴とする触媒部材である。
【００１１】
さらに、第２の手段では、Ｓｎ系低融点金属がＳｎ、Ｚｎ系低融点金属がＺｎ、Ｐ系低融点元素がＰであり、これら低融点物質のＳｎ、Ｚｎ及びＰの１種または２種以上と、金属粉末が純Ｎｉ、純Ｃｏ、純Ｔｉである金属粉末の１種または２種以上と、合金粉末がＮｉ合金、Ｃｏ合金、Ｔｉ合金である合金粉末の１種または２種以上とが固着していることを特徴とする第１の手段の触媒部材である。
【００１２】
さらに、第３の手段では、触媒部材は、ラトラ試験前後の質量変化割合より選出される質量減少率が２０％未満と高強度であることを特徴とする第１の手段または第２の手段の触媒部材である。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、本発明では、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐといった低融点物質を使用し、低い焼結温度でセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、金属粉末、合金粉末、金属と合金の混合粉末を固着させることができた。また、触媒活性が金属塩よりも高い金属を使用でき、製造工程も少ないといったメリットを持つ。さらに、触媒反応に関与しない触媒部材内部をセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属に置き換えたことで、触媒質量を軽減でき、かつ未反応触媒部分の削減が可能になった。これにより、製造工程簡略化と低焼結温度による低コスト化、触媒反応効率の向上を可能にする極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、「１．Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐといった低融点物質を使用することにより従来よりも低い温度でセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属と固着することができる。」、「２．Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐといった低融点物質溶融による固着により、従来の接着剤による固着方法よりも触媒部材の強度が上がる。」、「３．Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を使用することにより、従来よりも触媒活性が向上する。」、「４．触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材を軽量化することができる。」および「５．触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材中心部で触媒反応に寄与していなかったＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を削減でき、試料の有効活用ができる。」といったこれら５点の優れた効果を発揮する。
【００１５】
本発明で使用するセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属は、軽量、機械強度、寸法信頼性、耐久性、耐熱性、耐化学薬品性等に優れた材料である。本発明で用いるセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属において形態上の制限はないが、特に直径１〜３ｍｍ×高さ１〜３ｍｍ程度であり、円柱状あるいは円筒状あるいはビーズ状のものが望ましい。
【００１６】
使用するセラミックスは特に限定しないが、例えば、酸化珪素、アルミナ、ジルコニア、フェライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸ニオブ、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸鉛、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブなどの酸化物系、炭化物系のセラミックスや、石英、サファイア、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの焼成可能な単結晶や、ホウ珪酸ガラス等の低温焼成ガラスセラミックス等が使用できる。
【００１７】
使用するガラスは特に限定しない。
【００１８】
使用する樹脂は特に限定しないが、例えば、塩化ビニルや耐熱性樹脂等が使用できるのは言うまでもない。
【００１９】
使用する軽金属は特に限定しないが、例えば、Ａｌなどの軽量金属等が使用できるのは言うまでもない。
【００２０】
上記セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末を混合したスラリーを塗布し、低融点であるＳｎ、Ｚｎ、Ｐが溶融する温度まで熱処理することにより、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐがセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末とを強固に固着させることができる。結果、従来の接着剤による固着ではなく、金属結合等の強固な固着により、触媒強度が上がる。金属粉末を使用することで、触媒材料本来の触媒活性が向上する。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材を軽量化することができる。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材中心部で触媒反応に寄与していなかった触媒機能を有する金属粉末を削減でき、試料の有効活用ができる。
【００２１】
また、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末を混合したスラリーを塗布するスラリー法以外にも、「１．セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面にＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、同様にＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末を付着し、その後熱処理を行う。」こと、および「２．Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末を混合した試料をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、その後熱処理を行う。」ことによる作製方法でも同様の効果が得られる。
【００２２】
上記のセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合したスラリーを塗布し、低融点であるＳｎ、Ｚｎ、Ｐが溶融する温度まで熱処理することにより、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐがセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末とを強固に固着させることができる。結果、従来の接着剤による固着ではなく、金属結合等の強固な固着により、触媒強度が上がる。合金粉末を使用することで、触媒材料本来の触媒活性が向上する。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材を軽量化することができる。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材中心部で触媒反応に寄与していなかった触媒機能を有する合金粉末を削減でき、試料の有効活用ができる。
【００２３】
このＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末とは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉそれぞれと合金を形成する亜鉛、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム等から選ばれる少なくとも一種の元素（すなわち、セラミックスと親和性の高い成分で構成される微粒子）で構成される、少なくとも２種類以上の組成を有するものである。
【００２４】
また、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合したスラリーを塗布する以外にも、「１．セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面にＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、同様にＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を付着、その後熱処理を行う。」こと、および「２．Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合した試料をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、その後熱処理を行う。」ことによる作製方法でも同様の効果が得られる。
【００２５】
上記のセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合したスラリーを塗布し、低融点であるＳｎ、Ｚｎ、Ｐが溶融する温度まで熱処理することにより、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐがセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末とを強固に固着させることができる。結果、従来の接着剤による固着ではなく、金属結合等の強固な固着により、触媒強度が上がる。金属粉末や合金粉末を使用することで、触媒材料本来の触媒活性が向上する。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材を軽量化することができる。触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材中心部で触媒反応に寄与していなかった触媒機能を有する金属粉末や合金粉末を削減でき、試料の有効活用ができる
【００２６】
このＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末とは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉそれぞれと合金を形成する亜鉛、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム等から選ばれる少なくとも一種の元素（すなわち、セラミックスと親和性の高い成分で構成される微粒子）で構成される、少なくとも２種類以上の組成を有するものである。
【００２７】
また、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合したスラリーを塗布する以外にも、「１．セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面にＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、同様にＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合した試料を付着、その後熱処理を行う。」こと、および「２．Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を混合した試料をめっき、化学蒸着、物理蒸着、コールドスプレー、溶射等により付着させ、その後熱処理を行う。」ことによる作製方法でも同様の効果が得られる。
【００２８】
また、低融点金属材料はＳｎ、Ｚｎ及び低融点元素Ｐの１種または２種以上で構成されるものである。
【００２９】
本発明は、「１．Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐといった低融点物質を使用することにより従来よりも低い温度でセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属と固着することができる。」、「２．Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐといった低融点物質溶融による固着により、従来の接着剤による固着方法よりも触媒部材の強度が上がる。」、「３．Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を使用することにより、従来よりも触媒活性が向上する。」、「４．触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材を軽量化することができる。」および「５．触媒部材中心部にセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属を使用することにより触媒部材中心部で触媒反応に寄与していなかったＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を削減でき、試料の有効活用ができる。」といった、これら５点に関して優れた効果を発揮することから、触媒強度面においても、質量減少率（ラトラ試験前後の質量変化割合より触媒部材強度を評価する）が２０％未満の高強度を示す。
なお、質量減少率（％）＝｛１００×（ラトラ試験前の触媒部材質量−ラトラ試験後の触媒部材質量）／ラトラ試験前の触媒部材質量｝である。
【００３０】
以下、本発明について説明する。
本発明に係るＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の固着厚さは触媒機能が発揮される厚さである１〜３０μｍ程度とする。
【００３１】
また、本発明に係るＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の固着表面形状は、比表面積を増大させ、触媒反応向上のために表面粗さＲａが１〜３００μｍの粗い表面形状をしている。
【００３２】
本発明において、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末をセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材に固着させ、その表面粗さＲａが１〜３００μｍとした理由は、触媒部材のうち触媒反応を起こす面の表面粗さＲａが１μｍ未満では、触媒としての空孔率や比表面積が小さく、触媒としての作用、効果が十分に得られないことから、触媒部材のうち触媒反応を起こす面の表面粗さＲａを１〜３００μｍとした。好ましくは、１〜５０μｍとする。その上限を３００μｍとしたのは、微細粒子を適用した場合のその比表面積向上により、触媒としての効果が十分達成させることと、Ｒａが大き過ぎると部材としての強度が劣化するためである。
【００３３】
さらに、アルカリ溶液、例えば、水酸化ナトリウム等による処理により、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の固着相の一部を溶出させ、スポンジ状にすることで比表面積を増大させることもできる。
【００３４】
Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末の粒径は、高い触媒反応のために大きな比表面積を持つ必要があり、そのため、優れた触媒反応を示す粒径である４５μｍ以下が好ましく、また、粒径が小さくなればなるほど比表面積が大きくなり触媒反応は活性になるので、下限値の粒径は小さな程好ましい。
【００３５】
本発明に係るＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末は、Ａｒガス雰囲気中で高周波誘導溶解炉により加熱溶融後、Ａｒガス雰囲気中、ガス噴射させるとともに出湯させ、急冷凝固することで目的とするガスアトマイズ微粉末を得た。あるいは、Ａｒガス雰囲気中で高周波誘導溶解炉により加熱溶融後、Ａｒガス雰囲気中、回転数４００００ｒｐｍで回転するディスク上に溶湯を出湯させ、急冷凝固することで目的とするディスクアトマイズ微粉末を得た。あるいは、液体急冷薄帯、共沈法、メカニカルアロイング法により試料粉末を得た。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
本発明に係るＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末をＡｒガス雰囲気中で高周波誘導溶解炉により加熱溶融後、Ａｒガス雰囲気中に出湯させ、ガスアトマイズではＡｒガスを溶湯に当てて噴霧して、またディスクアトマイズ法では回転数４００００ｒｐｍで回転するディスク上に落下させ、ディスクの遠心力により溶湯を飛散させて球状微粉末を得た。あるいは、液体急冷薄帯、共沈法、メカニカルアロイング法による試料粉末を得た。また、これらの粉末の所定量を計量して混合した。この粉末をセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属に固着させる。その作製処理方法として、上記で示したスラリー法、コールドスプレー法、めっき法を採用し、表１に本発明の効果を示した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
上記で作製した粉末Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末を、それぞれスラリーにしてセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材に塗布し、低融点物質が溶解する温度の２００〜８００℃程度で熱処理を行うことで目的の物質を得た。
【００３９】
例えば、コールドスプレー法では、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末のそれぞれの噴出ノズルと金属基板間の距離を１０〜２０ｍｍに保ち、ガス温度を８００℃、ガス圧力を３ＭＰａ、さらに凹凸により表面粗さＲａが１〜３００μｍになるように同じ場所への噴射を避け、Ｎ2ガスとともに試料を１０〜４０ｍｍ／ｓのノズル移動速度で金属基板上に噴出、固着させた。
【００４０】
さらに、上記で作製した粉末Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素をセラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材にめっきし、その膜上にＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末をスラリー塗布、あるいはコールドスプレーし、低融点物質が溶解する温度の２００〜８００℃程度で熱処理を行うことで目的の物質を得た。
【００４１】
表１に示すＮｏ．１〜３は、本発明の実施例である。
本発明の実施例であるＮｏ．１〜３では、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末が固着しているため、本発明の実施例を満たす。
【００４２】
固着判定が「○」というのは、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に固着した試料がラトラ試験を行っても質量減少率が２０％未満であり、衝撃を与えても剥がれない状態のことをいう。本発明の実施例であるＮｏ．１〜３では、質量減少率が２０％未満であり、セラミックス、ガラス、樹脂、あるいは軽金属からなる部材表面に、Ｓｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、又はＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末、若しくはＳｎ系、Ｚｎ系の低融点金属及びＰ系低融点元素とＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する金属粉末及びＣｏ系、Ｎｉ系、Ｔｉ系の触媒機能を有する合金粉末が、強固に固着していることがわかる。