电加热式催化剂转换器制造技术

本发明专利技术提供一种电加热式催化剂转换器，包括：具有催化剂被覆层的陶瓷制基材、在基材的表面配置的陶瓷制电极膜(2)、在电极膜(2)上固定的陶瓷制电极端子(3)、和经由钎料(4)而被安装在电极端子(3)上的外部电极(5)，钎料(4)的热膨胀率在电极端子(3)的热膨胀率以上且在外部电极(5)的热膨胀率以下，电极端子(3)的热膨胀率从其与钎料(4)的安装部位起朝向其与电极膜(2)的安装部位变小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在废气的排气系统中配置的电加热式催化剂转换器。
技术介绍
在各产业界，在世界规模面向降低环境影响负荷正进行着各种努力。在汽车产业，除了燃油性能优异的汽油引擎车以外，混合动力车和电动汽车等所谓的环保车的普及以及面向其性能的进一步提高的开发也在日益推进。在连接车辆引擎和消音器的废气的排气系统中，有时会搭载电加热式催化剂转换器(EHC：Electrically Heated Converter)，所述电加热式催化剂转换器除了对常温时的废气进行净化之外，还在寒冷时通过电加热使催化剂尽可能快地活化而净化废气。该电加热式催化剂转换器的结构是向配置在废气的排气系统中的蜂窝催化剂安装例如一对电极，利用具有电源的外部电路连接这些电极。电加热式催化剂转换器被构成为：通过向电极通电来加热蜂窝催化剂，提高蜂窝催化剂的活性而使通过其中的废气无害化。上述的电加热式催化剂转换器一般具备：中空的外管(金属壳体)；具有配置于该中空的催化剂被覆层的蜂窝结构的发热性基材；介于外管与基材之间的绝缘性垫(保持材料)；在没有该垫的区域安装于基材表面的例如一对电极；以及连接这些电极的的外部电路。该结构的蜂窝结构体被日本特开2013-198887所公开。更详细而言，在基材表面配置有电极的部位，形成用于沿基材整体尽可能等量地扩散电流的电极膜。上述的电加热式催化剂转换器具有下述结构：经由在该电极膜上设置的开口部而在基材表面安装有电极端子。在电极端子上经由钎料安装外部电极(引线端子)，通过与电源相连的缆线构成
外部电路。再者，也存在没有在电极膜设置开口部，而在电极膜表面安装有电极端子的形态。这样，EHC的构成要素由担载了催化剂的蜂窝结构的基材、形成于基材表面的电极膜、和形成于电极膜表面的电极端子与外部电路构成。作为基材，大体上已知金属制的基材和陶瓷制的基材。已知金属制的基材的电阻过低，因此难以适用于混合动力车(HV)和插电式混合动力车(PHV)。因此，这些能够适用于应对环境的车辆中的具备陶瓷制基材的EHC的应用逐渐成为主流。对于作为上述EHC的构成要素的电极膜、电极端子、蜂窝结构的基材，要求以下记载的作用和功能。首先，对电极膜要求作为集电体的功能，为此希望其具有低于基材的体积电阻率。另外，要求电流的扩散功能，希望由此能够促进基材整体的均等通电，为此希望能够尽可能使等量的电流向基材整体扩散和整流。另外，由于安装在基材表面而希望在与基材的接合界面具有与基材同等或以上的对于热应力的强度，为此除了连接强度高以外，为了尽可能减小电极膜与基材的热变形量之差，还希望基材与电极膜双方的热膨胀系数近似。进而，在考虑对热冲击的应对时，也优选热传导率在基材以上，从确保耐环境可靠性的观点出发，希望高温氧化气氛下的电极膜的体积电阻的变化小。再者，上述电极膜所要求的作用和功能也同样适合于电极端子。在蜂窝结构的发热体基材中，希望能够控制为对于使用用途、投入电流和电压来说最佳的电阻值。另外，在催化剂的使用温度范围即-30℃～1000℃中希望电阻的温度依赖性小，电阻值的变化少。另外，除了耐氧化性高、耐热冲击性高以外，希望具有与电极膜、电极端子的易接合性。如上所述，在具备电极膜的基材、电极端子、外部电极相互固定而成的相关技术的电加热式催化剂转换器中，由于各构成要素的热膨胀率之差，产生的热应力在各构成要素间不同。例如，SiC/Si系的基材的热膨胀率为4×10-6～5×10-6/℃，SiC/Si系、MoSi2系的电极端子的热膨胀率为4×10-6～6×10-6/℃，Ni系钎料的热膨胀率为14×10-6～15×10-6/℃，20Cr-5Al
不锈钢(Steel-Use-Stainless)制的外部电极的热膨胀率为11×10-6～12×10-6/℃。以下，有时将20Cr-5Al不锈钢称为SUS(20Cr-5Al)。对于其它的不锈钢，有时使用同样的简称。再者，所谓SUS，是由日本工业标准(Japanese Industrial Standards,JIS)定义的不锈钢的标准。由于特别是在电极端子与钎料之间存在大的热膨胀率之差，因此有可能在它们的界面发生由热应力的不同所引起的龟裂等破损，由于界面破损会使对于电连接性能的可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术提供一种电加热式催化剂转换器，其被构成为能够抑制电加热式催化剂转换器的构成要素间的热膨胀率之差所引起的破损在构成要素界面产生。本专利技术方式的电加热式催化剂转换器具备：具有催化剂被覆层的陶瓷制基材；在所述基材的表面配置的陶瓷制电极膜；在所述电极膜上固定的陶瓷制电极端子；和经由钎料而被安装在所述电极端子上的外部电极。所述钎料的热膨胀率在所述电极端子的热膨胀率以上且在所述外部电极的热膨胀率以下，所述电极端子的热膨胀率，从其与所述钎料的安装部位朝向其与所述电极膜的安装部位变小。包括具备陶瓷制电极膜的基材、陶瓷制的电极端子、钎料、金属制的外部电极的一般的电加热式催化剂转换器中，热膨胀率以基材、电极端子、钎料、外部电极的顺序变大。作为本专利技术方式的电加热式催化剂转换器，在电极端子的热膨胀率上设置分布，具有使电极端子的热膨胀率以从与钎料的安装部位朝向与电极膜的安装部位变小的方式变化的结构。通过这样使热膨胀率变化的结构，能够尽可能地减小电极端子中与电极膜的安装部位的热膨胀率和电极膜的热膨胀率之差，并且尽可能减小电极端子中与钎料的安装部位的热膨胀率和钎料的热膨胀率之差。其结果，能够有效地抑制电加热式催化剂转换器的各构成要素的界面的热膨胀率之差所引起的破损。陶瓷制的基材具有通电性和发热性，可以是具有三角形、四边形、六边形等的多个孔的多孔质基材。这些基材一般被称为蜂窝结构体。并且，在基材具有的多个单元的表面，形成有在氧化铝等氧化物载体上担载有铂、钯等的贵金属催化剂的催化剂被覆层。再者，该基材除了其整体被一体成形的基材以外，也包含多个分割体通过前述的本专利技术方式的接合材料接合而成的基材。作为形成基材、电极膜、电极端子的陶瓷材料，可以使用SiC、SiC与Si的复合材料、SiC与MoSi2的复合材料、MoSi2与Si的复合材料等。另外，作为以从钎料侧向电极膜侧使热膨胀率变小的方式变化的电极端子的实施方式，除了热膨胀率逐渐变化的形态以外，还包含热膨胀率不同的2层结构、3层结构等的多层结构的形态。在本专利技术方式中，热膨胀率逐渐变化的形态的电极端子，例如可以将某种原料粉通过振动而压密化后，供给其它种类的原料粉并通过振动而压密化，其后进行烧成以使第一层与第二层混合，由此来制作。在上述方式中，关于电加热式催化剂转换器的各构成要素的热膨胀率，优选：所述电极端子的热膨胀率之中，与所述钎料的安装部位的热膨胀率为6×10-6～9×10-6/℃，所述钎料的热膨胀率为7×10-6～10×10-6/℃，所述外部电极的热膨胀率为9×10-6～12×10-6/℃。在上述方式中，也可以使所述电极端子的与所述钎料的安装部位的热膨胀率和钎料的热膨胀率之差在2×10-6以内，所述钎料的热膨胀率和所述外部电极的热膨胀率之差在2×10-6以内。根据上述结构，各构成要素的界面破坏被有效地抑制。再者，可以使相邻的构成要素的热膨胀率之差全都在1×10-6以内。另外，上述方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电加热式催化剂转换器，其特征在于，包括：具有催化剂被覆层的陶瓷制基材；在所述基材的表面配置的陶瓷制电极膜；在所述电极膜上固定的陶瓷制电极端子；和经由钎料而被安装在所述电极端子上的外部电极，所述钎料的热膨胀率在所述电极端子的热膨胀率以上且在所述外部电极的热膨胀率以下，所述电极端子的热膨胀率，从所述电极端子与所述钎料的接合部位朝向所述电极端子与所述电极膜的接合部位变小。

【技术特征摘要】
2015.03.27 JP 2015-0668691.一种电加热式催化剂转换器，其特征在于，包括：具有催化剂被覆层的陶瓷制基材；在所述基材的表面配置的陶瓷制电极膜；在所述电极膜上固定的陶瓷制电极端子；和经由钎料而被安装在所述电极端子上的外部电极，所述钎料的热膨胀率在所述电极端子的热膨胀率以上且在所述外部电极的热膨胀率以下，所述电极端子的热膨胀率，从所述电极端子与所述钎料的接合部位朝向所述电极端子与所述电极膜的接合部位变小。2.根据权利要求1所述的电加热式催化剂转换器，所述电极端子的热膨胀率之中、与所述钎料的安装部位的热膨胀率为6×10-6～9×10-6/℃，所述钎料的热膨胀率为7×10-6～10×10-6/℃，所述外部电极的热膨...

【专利技术属性】
技术研发人员：森连太郎，神谷纯生，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP