特許 7572432 触媒含有材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】触媒含有材料

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/50 20060101AFI20241016BHJP

   C04B 35/48 20060101ALI20241016BHJP

   B01J 37/04 20060101ALI20241016BHJP

   B01J 37/08 20060101ALI20241016BHJP

   B01J 37/00 20060101ALI20241016BHJP

   B01J 23/63 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

C04B35/50

C04B35/48

B01J37/04 102

B01J37/08

B01J37/00 D

B01J23/63 M

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022530162

(86)(22)【出願日】2019-11-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-03

(86)【国際出願番号】 US2019062943

(87)【国際公開番号】W WO2021107913

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】594203852

【氏名又は名称】エアロジェット ロケットダイン インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】ウチェラー，エドワード

(72)【発明者】

【氏名】グラッシー，ベンジャミン アンドリュー

【審査官】神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５１９４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６８１１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７５００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０００９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２９７７７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ３５／５０

Ｃ０４Ｂ ３５／４８

Ｂ０１Ｊ ３７／０４

Ｂ０１Ｊ ３７／０８

Ｂ０１Ｊ ３７／００

Ｂ０１Ｊ ２３／６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

耐火性マトリックスと、
触媒酸化物から構成された粒子であって、前記耐火性マトリックスを通して分散され、埋め込まれた、粒子と、
を備え、
前記耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２およびＨｆＯ_２の二成分組成物であり、
前記粒子が、Ｖ _２ Ｏ _５ 、ＭｎＯ _２ 、およびそれらの組み合わせから選択された、触媒含有材料。

【請求項2】

５重量％～５０重量％の前記触媒酸化物から構成された粒子と、９５重量％～５０重量％の前記耐火性マトリックスと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の触媒含有材料。

【請求項3】

３０重量％～４０重量％の前記触媒酸化物から構成された粒子と、７０重量％～６０重量％の前記耐火性マトリックスと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の触媒含有材料。

【請求項4】

燃焼室と、前記燃焼室に推進薬を供給するためのインジェクタと、前記推進薬の反応を触媒するように前記燃焼室に配置された請求項１に記載の触媒含有材料と、を備えたスラスタ。

【請求項5】

マトリックス粒子と、１つまたは複数の触媒金属元素から構成された、または触媒酸化物から構成された、粒子と、の混合物を提供し、
前記混合物を少なくともバインダと組み合わせて、１つまたは複数の未焼結状態の物体を生成し、
前記１つまたは複数の未焼結状態の物体を熱処理する、
ことを備え、
前記熱処理が、前記マトリックス粒子の焼結を引き起こし、それにより、前記１つまたは複数の触媒金属元素または前記触媒酸化物から構成された粒子が分散され埋め込まれた、耐火性マトリックスを生成することを特徴とする、触媒含有材料の製造方法。

【請求項6】

前記１つまたは複数の未焼結状態の物体を粒状化することをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。

【請求項7】

前記粒子が、前記１つまたは複数の触媒金属元素から構成され、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。

【請求項8】

前記粒子が、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせから選択されるセラミック酸化物粒子から構成され、Ｌｎはランタニド元素であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。

【請求項9】

燃焼室と、
前記燃焼室に推進薬を供給するためのインジェクタと、
前記燃焼室から分解生成物を放出するための出口と、
前記推進薬の反応を触媒するように前記燃焼室内に配置された触媒含有材料と、
を備え、
前記触媒含有材料が、
耐火性マトリックスと、
触媒酸化物から構成された粒子であって、前記耐火性マトリックスを通して分散され、埋め込まれた、粒子と、
を備え、
前記耐火性マトリックスが、ＣｅＯ _２ およびＨｆＯ _２ の二成分組成物であり、
前記粒子が、Ｖ _２ Ｏ _５ 、ＭｎＯ _２ 、およびそれらの組み合わせから選択された、スラスタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラスタなどの様々な用途で有用な触媒構造および組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

触媒は、多くの異なる化学反応を促進するように、様々な構造および組成物で知られており、使用されている。たとえば、白金族金属は、担持触媒構造の触媒としてよく使用される。構造の例には、コア担体粒子の外面に付着する触媒粉末、および多孔質の高表面積担体に浸透する触媒が含まれる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の一例による触媒含有材料は、耐火性マトリックスと、１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、を含む。それらの粒子は、耐火性マトリックスを通して分散され、埋め込まれる。

【0004】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択される。

【0005】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、１つまたは複数の触媒金属元素が、Ｉｒである。

【0006】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、触媒酸化物に含まれ、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、およびそれらの組み合わせから選択される。

【0007】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物であり、Ｌｎはランタニド元素である。

【0008】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物である。

【0009】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、耐火性マトリックスが、耐火性金属およびセラミック耐火物から選択される。

【0010】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、５重量％～５０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、９５重量％～５０重量％のセラミック酸化物マトリックスと、を含む。

【0011】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、３０重量％～４０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、７０重量％～６０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0012】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３から選択される２つの異なる酸化物の二成分組成物であり、Ｌｎはランタニド元素である。

【0013】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２およびＨｆＯ_２の二成分組成物である。

【0014】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択され、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物であり、５重量％～５０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、９５重量％～５０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0015】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれるとともにＩｒであり、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物であり、３０重量％～４０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、７０重量％～６０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0016】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、材料が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれるとともにＩｒである粒子と、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物である耐火性マトリックスと、からなり、３０重量％～４０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素の粒子と、７０重量％～６０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0017】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、スラスタが、燃焼室と、燃焼室に推進薬を供給するためのインジェクタと、推進薬の反応を触媒するように燃焼室に配置された前述の実施形態のいずれかの触媒含有材料と、を含む。

【0018】

本開示の一例による触媒含有材料の製造方法が、マトリックス粒子と、１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、の混合物を提供し、その混合物を少なくともバインダと組み合わせて、１つまたは複数の未焼結状態の物体（green state bodies）を生成し、その１つまたは複数の未焼結状態の物体を熱処理することを含む。熱処理は、マトリックス粒子の焼結を引き起こし、１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子が分散され埋め込まれた、耐火性マトリックスを生成する。

【0019】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、１つまたは複数の未焼結状態の物体を粒状化することを含む。

【0020】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれるとともに、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択される。

【0021】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせから選択されるセラミック酸化物粒子であり、Ｌｎはランタニド元素である。

【0022】

本開示の一例によるスラスタが、燃焼室と、燃焼室に推進薬を供給するためのインジェクタと、燃焼室から分解生成物を放出するための出口と、推進薬の反応を触媒するための燃焼室内の触媒含有材料と、を含む。セラミックマトリックス触媒複合材料は、耐火性マトリックスと、１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子であって、耐火性マトリックスを通して分散され、埋め込まれた、粒子と、を含む。

【0023】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択され、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｎ_２Ｏ_３、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物であり、Ｌｎはランタニド元素であり、５重量％～５０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素またはセラミック酸化物の粒子と、９５重量％～５０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0024】

前述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態では、それらの粒子が、１つまたは複数の触媒金属元素に含まれるとともにＩｒであり、耐火性マトリックスが、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、およびそれらの組み合わせから選択される酸化物であり、３０重量％～４０重量％の１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物の粒子と、７０重量％～６０重量％の耐火性マトリックスと、を含む。

【0025】

本開示の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に添付の図面は、以下のように簡単に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】触媒含有材料の断面図である。

【図2】ある期間の使用後の触媒含有材料の断面図である。

【図3】触媒含有材料の製造方法を示す図である。

【図4】触媒含有材料を有する一例のスラスタを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

スラスタなどのいくつかの高温用途、およびいくつかの低温用途でさえ、担持触媒の触媒は、触媒効果を低下させる凝集体にプール（pool）されるまたは移動（migrate）する可能性がある。したがって、これらの担持触媒は、触媒効果を維持するという点で比較的低い耐久性を示す。触媒構造に関する一般的な考え方は、少なくとも部分的には、この問題の解決を妨げている可能性がある。例えば、典型的な担持触媒の構造では、パラダイムは、１つもしくは複数の反応物との接触を最大化するためにすべての触媒が露出されるというものである。したがって、同じ期間にわたって、すべての触媒が継続的にプールまたは移動の影響を受けやすい可能性がある。これに関して、本明細書に開示されるのは、改善された耐久性を促進するためのセラミックマトリックス触媒複合体である。

【0028】

図１は、触媒含有材料２０（以下、「材料２０」）の例の断面図を示している。示されるように、材料２０は顆粒の形態である。そのような顆粒は、例えば、１つまたは複数の反応物と接触するように触媒床に提供することができる。しかしながら、材料２０は顆粒に限定されず、材料２０は、シリンダ、ロッド、またはその他の工学的形状などであるがこれらに限定されない、最終用途が決定づけるその他の形態で提供され得ることを理解されたい。

【0029】

材料２０は、耐火性マトリックス２２および粒子２４を含む（図中ではそのうちのいくつかのみに番号が付されている）。粒子２４は、１つまたは複数の触媒金属元素または触媒酸化物（一般に２４ａで示される）から構成され、粒子２４は、耐火性マトリックス２２を通して分散され、埋め込まれる。例えば、粒子２４は、触媒金属元素または触媒酸化物２４ａのみから構成される。「分散」という用語は、耐火性マトリックス２２の範囲全体にわたって比較的均一に空間的に分布している粒子２４を指す。「埋め込まれた」という用語は、実質的にまたは完全に耐火性マトリックス２２に包囲され、それらと密接に接触していること等により、耐火性マトリックス２２にしっかりと埋め込まれている粒子２４を指す。このような埋め込みにより、金属粒子２４は、触媒が単純に担体の既存の細孔に堆積される担持触媒とは異なり、耐火性マトリックス２２に「固定」される。

【0030】

耐火性マトリックス２２は、１つまたは複数の耐火物から構成される。本明細書で使用されるように、「耐火物」または「複数の耐火物」は、耐火材料および耐火金属として知られているものを含む、それらの２つの材料分類の中から選択される１つまたは複数の高温材料を指す。耐火材料は、多くのセラミックなどの、１，０００°Ｆ（５３８°Ｃ）を超える環境での使用に適した化学的および物理的特性を備えた非金属材料であると理解される。高融点金属は、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、およびイリジウムであると理解される。

【0031】

一例では、耐火性マトリックス２２はモノリシックであり、したがって、単一の金属元素または単一の耐火性化合物など、上記の耐火物のうちの１つのみから構成される。別の例では、耐火性マトリックス２２は複合材料であり、したがって、上記の耐火物のうちの２つ以上から構成される。さらなる例では、耐火性マトリックス２２はまた、補強材として提供されるとともに耐火性マトリックス２２を通して分配される１つ以上の耐火物を有する（しかし、耐火性マトリックス２２に分散される触媒金属元素２４ａとは異なる）。一例として、補強耐火物（reinforcement refractory）は、耐火性マトリックス２２の耐火物または複数の耐火物と化学的に異なる耐火物または複数の耐火物から形成された繊維または繊維ネットワークを含む。例えば、１つの非限定的な例では、耐火性補強材（refractory reinforcement）はジルコニウム繊維であり、耐火性マトリックス２２は、上記の耐火物から選択されるが、ジルコニウムを含まない。

【0032】

セラミック耐火物には、耐火性ホウ化物、窒化物、炭化物、および酸化物が含まれるが、これらに限定されない。「セラミック」は、一般に、ホウ素、窒素、炭素、酸素、またはこれらの組み合わせと結合した１つまたは複数の金属または半金属元素を有し、結晶性、部分的結晶性、または非結晶性であり得る無機非金属固体化合物を指す。一例として、ＴｉＢ_２、ＮｂＢ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、およびＳｉＣが含まれるが、これらに限定されない。セラミック酸化物の例は、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、およびＬｎ_２Ｏ_３から選択され、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｅｒ、およびＹｂから選択されるランタニド元素である。

【0033】

例示的な粒子２４の１つまたは複数の触媒金属元素２４ａは、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、およびそれらの組み合わせから選択される。１つの特定の例では、耐火性マトリックス２２は、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、またはそれらの組み合わせから選択され、触媒金属はＩｒである。さらなる例では、耐火性マトリックス２２はまた、他のセラミック酸化物を含み、触媒金属はまた、他の金属を含み得る。しかしながら、さらなる例では、耐火性マトリックス２２は、ＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、またはそれらの組み合わせのみからなり、触媒金属は、材料２０がＩｒおよびＣｅＯ_２、ＨｆＯ_２、またはそれらの組み合わせのみから構成されるように、Ｉｒのみからなる。さらなる例では、上記の例の金属元素は、Ｖ_２Ｏ_５またはＭｎＯ_２などの触媒酸化物の代わりになる。

【0034】

耐火性マトリックス２２および粒子２４の相対量は、触媒効果のために変化させることができる。最も典型的には、その量は、マトリックス２２と粒子２４の合計重量により、５重量％から５０重量％の粒子２４と、９５重量％から５０重量％の耐火性マトリックス２２である。更なる例では、その量は、３０重量％から４０重量％の粒子２４と、７０重量％から６０重量％の耐火マトリックス２２である。上記の例の量では、材料２０は、セラミック酸化物マトリックス２２および粒子２４のみから構成されることが想定される。材料２０が他の構成要素を有する場合、マトリックス２２および粒子２４のみの合計重量に対して、（すなわち、他の構成要素の重量を除く）上記と同じ量を使用することができる。

【0035】

耐火性マトリックス２２を通して分散され、埋め込まれた粒子２４を有する材料２０の構造は、プーリング（pooling）または移動の軽減を容易にする。例えば、図１に示されるように、粒子２４のいくつかは、最初は材料２０の外面（例えば、この場合は顆粒の外面）の近くに位置し、それらの粒子２４の少なくとも一部は耐火性マトリックス２２の外面において露出している。他の粒子２４は、外面より下に位置し、露出されていない。

【0036】

露出した粒子２４は、（１つまたは複数の）反応物と接触することができ、したがって、（１つまたは複数の）反応物との触媒反応に関与することができる。耐火性マトリックス２２は、外表面の下にある粒子２４が（１つまたは複数の）反応物と接触するのを阻止するか、または実質的に阻止する。したがって、外表面の下にある粒子２４は休止状態であり、触媒反応に関与しない、または実質的に関与しない。

【0037】

経時的な使用により露出した粒子２４は、プールまたは移動する可能性がある。しかしながら、材料２０において、プールまたは移動に起因する、最初に露出した粒子２４の移動は、その下にある別の粒子２４が露出されることを示す。図２は、最初は表面にあった元の粒子２４のいくつかが移動した後の粒子２４を示しており、その下の粒子２４が新たに露出している。次に、新たに露出した粒子２４は、（１つまたは複数の）反応物と直接開放接触することができ、したがって、触媒反応に寄与することができる。

【0038】

さらなる経時的な使用により、その上の粒子の移動によって露出した粒子２４は、それ自体がプールされ、または新しい場所に移動し、それにより、その下の次の粒子２４が露出する、等々である。そのようにして、材料２０は、本質的に、プールまたは移動によって失われた粒子２４を「自己置換」し、それにより、プールされた／移動された粒子２４の失われた触媒効果を、新たに露出した粒子２４の触媒効果で補う。

【0039】

図３は、材料２０を製造する例示的な方法４０を示している。方法４０は、ステップ４２、４４、および４６を含む。各ステップは別々のブロックに示されているが、各ステップは、組み合わされたり、さらにサブステップに分割されたり、他の方法ステップと一緒に用いられたりしうる作用または機能を表すことを理解されたい。

【0040】

ステップ４２において、マトリックス粒子および粒子２４の混合物が提供される。混合物は、事前に調製された混合物として提供され得るか、あるいは出発物質から調製され得る。後者の場合、出発マトリックス粒子は出発粒子２４と混合される。マトリックス粒子が複数の粒子組成物を含む場合、これはまた、マトリックス粒子の複数の組成物を一緒に混合することを含み得る。同様に、粒子２４が複数の組成物を含む場合、複数の組成物が一緒に混合される。混合の順序は特に注目に値するものではなく、出発物質を一度にまたは２つ以上のサブ混合物で混合し、次にそれらを組み合わせて最終混合物にすることができる。

【0041】

出発マトリックス粒子および出発粒子２４は、最も典型的には乾燥粉末である。例えば、処理を容易にするために、出発マトリックス粒子は、出発マトリックス粒子の化学的変換が必要とされないように、耐火マトリックス２２を形成する耐火物の粉末として提供される。さらに、耐火物の粉末を使用すると、化学変換を行う必要がなくなる。乾燥粉末の特性は特に注目に値するものではないが、一般に、マトリックス粉末粒子および粒子２４は、平均して、それぞれ１００マイクロメートル未満のサイズを有し、さらに１つの例は５～３０マイクロメートルである。粉末は、材料２０中の所望のパーセンテージに対応する重量パーセント比で混合される。この点に関して、粉末は、材料２０中の耐火性マトリックス２２および粒子２４について上記のパーセンテージに従って混合される。混合のための既知の技術を使用することができる。一例の技術は、乾燥粉末を組み合わせ、次に振動シェーカー（「ペイントシェーカー」としても知られる）を使用して混合することを含む。

【0042】

ステップ４４で、混合物は、少なくともバインダと組み合わされて、未焼結状態の物体（green state body）を生成する。最も一般的には、バインダはポリマまたは樹脂であるが、未焼結状態の物体の所望の形態および追加の処理ステップに応じて、その他の種類のバインダを代わりに使用することができる。有用なバインダの一例はポリビニルブチラール樹脂であり、そのような一例はＢｕｔｖａｒ（登録商標）Ｂ－７９である。

【0043】

バインダを柔らかくし、未焼結状態の物体をより成形可能にするために、溶媒を加えることができる。例えば、溶媒は、イソプロパノール、メタノール、またはエタノールなどであるがこれらに限定されない１つまたは複数の有機溶媒である。一例では、未焼結状態の物体が濃厚なペーストになるように、ある量の溶媒が添加される。例えば、ペーストは容易に成形可能であるが、成形された形状を保持するように自立している。ほとんどの場合、未焼結状態の物体は、最終用途に望ましい、またはそれに関連する１つまたは複数の形状に成形される。例えば、成形には、押し出し、成形、プレス、スタンピング、切断、および分割が含まれ得るが、これらに限定されない。１つの特定の例では、未焼結状態の物体は、押し出され、次に、顆粒に切断または分割することによって粒状化される（すなわち、複数の粒状の未焼結状態の物体）。

【0044】

ステップ４６で、未焼結状態の物体（または該当する場合は複数の物体）が熱処理される。熱処理により、マトリックス粒子が焼結されて耐火性マトリックス２２が生成される。バインダおよび残留溶媒も燃焼する。それにより、マトリックス粒子と混合された粒子２４は、耐火性マトリックス２２中に埋め込まれるようになる。焼結は、マトリックス粒子が溶融することなく、マトリックス粒子が固体に融合する固体熱プロセスである。焼結の温度、環境、および圧力は、耐火物の組成に応じて変えることができる。最も典型的には、焼結は、耐火物の溶融温度よりも実質的に低い温度で、セラミック酸化物との反応に関して不活性であるカバーガス中で、または代替的に化学変換を促すための反応性ガス中で行われる。焼結温度はさまざまであるが、一般的には溶融温度の４０％～７０％である。さらに、焼結は、加熱プロファイルに従って、加熱速度、冷却速度、保持時間、および／または温度サイクルを制御するために実施することができる。セラミックの酸化物損失を軽減するために、空気または酸素環境を使用することができる。

【0045】

焼結中、マトリックス粒子は互いに融合し、粒子２４を耐火性マトリックス２２中に閉じ込める。焼結は主に固体の質量輸送現象であるため、プロセス中の化学反応は最小限であると予想される。したがって、乾燥出発粉末組成物が耐火性マトリックス２２および粒子２４の組成物のために選択される組成物である場合、耐火性マトリックス２２および粒子２４の組成物は、乾燥出発粉末の組成物に等しいと予想される。しかしながら、乾燥出発粉末の成分が反応して、耐火性マトリックス２２に新しい異なる組成物または相を生成することも起こりうる。

【0046】

焼結後、得られた固結された材料２０は、使用の準備ができているか、または最終用途に応じて追加の処理ステップに供され得る。担体の表面に触媒を堆積させるための比較方法は、通常、金属を還元するステップを必要とする金属塩の使用を伴う（例えば、Ｉｒ塩からＩｒ金属へ）。方法４０は、そのような塩の使用を回避し、それにより、必要なステップおよび処理時間を短縮する。以下の実施例は、方法４０をさらに実証する。

【0047】

（実施例１）
セラミック酸化物触媒複合材料：ＨｆＯ_２／ＣｅＯ_２ 公称９重量％Ｉｒ。

【0048】

０．５グラムのＩｒ、４．５９グラムのＨｆＯ_２、０．４１グラムのＣｅＯ_２、および０．２１グラムのＢ－７９の乾燥粉末を組み合わせ、振動シェーカーで１５分間混合した。次に、体積１．０５ミリリットルのイソプロパノールを加え、混合をさらに３０分間続けた。得られた混合物は、濃厚なペーストの粘稠度を有していた。次に、ペーストを「麺」状に押し出し、一晩乾燥させた。次に、乾燥した麺をサイズ２０メッシュのふるいを通して圧出し、粒状の未焼結状態の物体を生成した。粒状の未焼結状態の物体は、１５０°Ｃ／時の加熱速度で１７００°Ｃまで空気環境中で焼結され、その温度で１０時間保持され、次いで、－１５０°Ｃ／時の速度で１００°Ｃ未満まで冷却された。得られた顆粒は、Ｘ線回折分析によって示されるように、ＨｆＯ_２／ＣｅＯ_２合金とＩｒ金属を含んでいた。

【0049】

（実施例２）
セラミック酸化物触媒複合材料：ＨｆＯ_２／ＣｅＯ_２ 公称２０重量％Ｉｒ。

【0050】

１．０グラムのＩｒ、３．６８グラムのＨｆＯ_２、０．３３グラムのＣｅＯ_２、および０．１６グラムのＢ－７９の乾燥粉末を組み合わせ、振動シェーカーで１５分間混合した。次に、体積１．６８ミリリットルのイソプロパノールを加え、混合をさらに１５分間続けた。混合物は流動的であった。ペーストが得られるまで、窒素ガスを混合物に吹き込んでイソプロパノールを除去した。次に、ペーストを「麺」状に押し出し、乾燥させ、次にサイズ２０メッシュのふるいを通して圧出し、粒状の未焼結状態の物体を生成した。粒状の未焼結状態の物体は、１５０°Ｃ／時の加熱速度で１７００°Ｃまで空気環境中で焼結され、その温度で１０時間保持され、次いで、－１５０°Ｃ／時の速度で１００°Ｃ未満まで冷却された。

【0051】

（実施例３）
セラミック酸化物触媒複合材料：ＨｆＯ_２／ＣｅＯ_２ 公称３０重量％Ｉｒ。

【0052】

１．５グラムのＩｒ、３．２グラムのＨｆＯ_２、０．３グラムのＣｅＯ_２、および０．１４グラムのＢ－７９の乾燥粉末を組み合わせ、振動シェーカーで１５分間混合した。次に、体積０．７４ミリリットルのイソプロパノールを加え、混合をさらに１５分間続けた。その時点で混合物はまだ粉末状であった。０．０７ミリリットルの追加体積を追加し、混合をさらに５分間続けた。混合物が濃厚なペーストの粘稠度になるまでこれを繰り返した。次に、ペーストを「麺」状に押し出し、乾燥させ、次にサイズ２０メッシュのふるいを通して圧出し、粒状の未焼結状態の物体を生成した。粒状の未焼結状態の物体は、１５０°Ｃ／時の加熱速度で１７００°Ｃまで空気環境中で焼結され、その温度で１０時間保持され、次いで、－１５０°Ｃ／時の速度で１００°Ｃ未満まで冷却された。

【0053】

（実施例４）
セラミック酸化物触媒複合材料：ＨｆＯ_２／ＣｅＯ_２ 公称４０重量％Ｉｒ。

【0054】

６５．４７グラムのＩｒ（－３２５メッシュに事前にふるいにかけられた）、８９．９４グラムのＨｆＯ_２、８．１８グラムのＣｅＯ_２、および３．９２グラムのＢ－７９の乾燥粉末を組み合わせ、振動シェーカーで１５分間混合した。次に、体積２０．６０ミリリットルのイソプロパノールを加え、混合を１５分間続けた。混合物はわずかに乾燥しているように見えたので、さらに３ミリリットルのイソプロパノールを加え、混合をさらに３０分間続けた。得られた混合物は、濃厚なペーストの粘稠度を有していた。次に、ペーストを「麺」状に押し出し、乾燥させ、次にサイズ２０メッシュのふるいを通して圧出し、粒状の未焼結状態の物体を生成した。粒状の未焼結状態の物体は、１５０°Ｃ／時の加熱速度で１７００°Ｃまで空気環境中で焼結され、その温度で１０時間保持され、次いで、－１５０°Ｃ／時の速度で１００°Ｃ未満まで冷却された。アクセス可能なイリジウム金属上の潜在的な表面酸化物を還元するために、さらなる還元ステップが用いられた。

【0055】

図４は、材料２０の実施例を示している。この例では、材料２０は、スラスタ６０内にある。スラスタ６０は、燃焼室６２と、燃焼室６２に推進薬Ｐを供給するためのインジェクタ６４と、燃焼室６２から分解ガスＣを放出するための出口６６と、を含む。この例では、出口６６はノズルであるが、代替的にオリフィスまたは他のタイプの出口であってもよい。材料２０は、触媒床６８として燃焼室６２内に配置される。推進薬Ｐは、インジェクタ６４を介して燃焼室６２に導入される。触媒床６８は、推進薬の点火および分解を促進するのに役立つ。推進薬は通常液体であり、イオン液体単元推進薬、ヒドラジンベースの推進薬ブレンド、トリアゾールベースの推進薬ブレンド、過酸化物ベースの推進薬、およびカルボヒドラジドベースの推進薬ブレンドであるが、これらに限定されない。分解生成物は、推力を生成するために出口６６を通して放出される。

【0056】

図示の例には特徴の組み合わせが示されているが、本開示の様々な実施形態の利点を実現するためにそれらの全てを組み合わせる必要はない。言い換えれば、本開示の一実施形態に従って設計されたシステムは、必ずしも、図面のいずれか１つに示される特徴の全て、または図面に概略的に示される部分の全てを含むとは限らない。さらに、１つの例示的な実施形態の選択された特徴は、他の例示的な実施形態の選択された特徴と組み合わせることができる。

【0057】

前述の説明は、実際には、制限的ではなく例示的なものである。必ずしも本開示から逸脱するものではない、開示される実施例に対する変形及び修正が、当業者に明らかとなり得る。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】