徑向孔陶瓷蜂窩體結構制造技術

提供一種徑向孔陶瓷蜂窩體結構，該結構特別適合用作機動車或柴油機排氣系統中的催化劑載體或微粒過濾器。該蜂窩體結構包括具有中心軸的互連網狀物的網狀結構。所述網狀物的網狀結構包括長度變化的徑向網狀物、切向網狀物以及圓化的外層，徑向網狀物中僅一部分基本上在網狀結構的整個徑向長度上延伸，切向網狀物交叉限定出傳導氣體的徑向孔的環，所述外層包圍了由互連的網狀物形成的孔。延伸至網狀結構周邊的徑向網狀物以基本上正交的取向與外層的內邊緣連接，以降低熱產生的應力并提高制成的結構的強度。網狀結構中徑向網狀物的數量在過渡區中沿徑向長度變化，所述過渡區由一個切向網狀物限定，使在所述網狀結構范圍內實現所需的孔密度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】徑向孔陶瓷蜂窩體結構 專利
本專利技術一般涉及一類用于機動車或柴油機排氣系統的陶瓷蜂窩體結構，具體 地，涉及具有從互連的徑向和切向的網狀物壁形成的孔的蜂窩體結構。
技術介紹
陶瓷蜂窩體結構為已知的現有技術。這種結構一般包括許多互連的網狀物壁， 這些壁形成形狀通常為正方形或六邊形的傳導氣體的孔的矩陣，以及包圍該孔矩陣 的圓柱形外層。網狀物壁矩陣的外邊緣與外層的內邊緣整體連接，形成單一的整體 結構，該結構通常為圓柱形。這種陶瓷蜂窩體結構的一個具體應用是作為柴油機排氣系統中的微粒過濾器 或作為用于機動車排氣系統的催化劑基材。因此這些結構具有用于接受廢氣的進口 端和用于排出廢氣的出口端。用作柴油機微粒過濾器的陶瓷蜂窩體結構的孔密度通常為100-400個孔/英寸2，且網狀物的厚度在12-20密耳左右。傳導氣體的孔的進 口和出口按照該結構的進口和出口端的"跳棋盤"圖案被堵塞，以迫使柴油機的廢氣 從形成網狀物壁的多孔陶瓷材料中通過，從而濾除在柴油發動機的廢氣中產生的微 粒煙貧。為了保持這種蜂窩體結構的氣體滲透性，必須定期燒除累積在形成傳導氣 體孔的網狀物進口側的顆粒物質。因此，進口孔按照設計燒除累積的煙炱顆粒的"燒 除循環"周期性暴露于熱焰中。在燒除循環中，將用作柴油機微粒過濾器的陶瓷蜂 窩體結構的中心網狀物的溫度升高至IIO(TC，同時外層僅加熱至約50(TC。產生的 500+t:的熱梯度在陶瓷蜂窩體中產生熱應力，可引起碎裂和其他不連續現象，主 要發生在與外層的內邊緣接觸的最外部的孔中。使用這種陶瓷蜂窩體結構作為陶瓷催化劑基材時，沒有象柴油機微粒過濾器 那樣將孔堵塞，允許氣體從傳導氣體的孔直接通過。為使直接從氣體傳導孔吹過的 機動車廢氣與網狀物壁的接觸面積最大，應使孔密度較高(即，約為300-900個孔/ 英寸2)。為降低廢氣從蜂窩體結構中流過時產生的壓降，使網狀物壁的厚度小于用 于柴油機微粒過濾器的結構中的網狀物壁的厚度，即在2-6密耳左右。使用這種較 薄的壁進一步有利于減少起燃時間(即，浸漬在網狀物壁中的催化劑開始從廢氣中有效去除N(X和其他有害污染物之前，網狀物達到要求的25(TC所需的時間)。只要 機動車啟動時，就會將這種結構頻繁快速地從環境溫度加熱至25(TC，這種頻繁快 速的加熱很可能在蜂窩體結構的直徑范圍內產生明顯的熱梯度。這些熱誘發的應力 在網狀物薄壁和蜂窩體結構外層之間的界面上達到最大。將陶瓷蜂窩體結構用作柴油機微粒過濾器或者用作催化劑基材的情況下，申 請人發現，在孔矩陣和外層內邊緣之間的界面上發生的熱誘發的應力因網狀物壁和 外層之間經常的傾斜定向而加劇。這種傾斜定向是在正方形或六邊形孔周圍施加圓 形或圓化的外層的結果，這必然造成一部分網狀物壁以一定的角度(如小于或等于 45°)與外層相連。為解決這些問題，現有
已提出使用組合了徑向和切向 網狀物的一些蜂窩體結構。這些設計的優點是消除蜂窩體矩陣外邊緣上以斜角(非 正交)與外層內邊緣相連的網狀物。在徑向網狀物壁外邊緣和外層內邊緣之間產生 基本上正交的取向能降低熱梯度產生的應力。但是，這種己知的徑向網狀物設計包 括以下構形(1)"車輪"構形，其在單一圓柱形壁和多個形成孔側壁的徑向取向 的較短網狀物之間形成，由正方形孔的矩陣形成內部部分，由徑向孔的單一切向層 形成周邊部分，或(2)堆疊的徑向孔構形，其中，各徑向網狀物基本上在質心和外 層內邊緣之間的半徑長度上延伸，或(3)鱗狀徑向孔構形，其具有交錯的徑向孔的 環，各徑向網狀物只在孔的環的長度上延伸。不幸地是，申請人發現上述所有設計都具有缺陷。雖然發現"車輪"的設計改 善了孔網狀物和外層之間的應力問題，但是這種設計傾向于將這些應力傳遞到孔矩 陣外邊緣和形成徑向孔環內壁的圓柱形壁內邊緣之間的界面上。雖然使用徑向長度 壁的第二種徑向設計避免了與上述"車輪"設計相關的應力或位移問題，但是這種設 計會在靠近孔矩陣的中心處固有地產生不能接受的高孔密度，徑向網狀物同時會聚 在該中心處。即，又會產生跨蜂窩體結構的不能接受的高壓降。此外，這種結構很 難通過常用的擠出技術來制造，或者說無法通過常用的擠出技術制造這種結構，因 為網狀物壁在矩陣中心的會聚使得在擠出的陶瓷材料的流速方面產生不一致，從而 使最終結構變形或強度降低。雖然鱗狀徑向孔的設計解決了上述高孔密度以及制造 的問題，但是，其內部的強度低于采用正方形或六邊形孔的常規設計，這是不能接 受的。因此，需要一種徑向孔的陶瓷蜂窩體結構，這種結構保持與孔矩陣外部網狀 物壁和外層內邊緣之間的正交界面有關的降低應力的優點，但避免了與現有技術的 徑向孔設計相關的應力位移、高孔密度和內部強度較低的問題。理想地，這種徑向孔蜂窩體結構或在蜂窩體結構的直徑范圍內保持所需的孔密度，或者降低靠近結構 外周邊的孔密度以促進熱氣體更多地向周邊流動，從而減小熱梯度和由此降低熱應 力。希望這種徑向孔蜂窩體具有提高的耐壓強度，從而能更好地承受制造過程中施 加在該結構上的外部應力。最后，這種結構還應具有提高的針對應力的強度，所述 應力是在柴油機微粒過濾器中的燒除周期之后發生的加熱和冷卻循環的結果，或發 動機啟動和關閉時在催化劑載體中發生的結果。專利技術概述一般而言，本專利技術涉及一種解決或者至少改進了所有上述問題的徑向孔陶瓷 蜂窩體結構。為此，所述陶瓷蜂窩體結構包括多個互連的壁，這些壁限定出多個蜂 窩體網狀結構的？L，所述網狀結構具有穿過其橫截面的中心軸，包含長度不同的徑 向網狀物，徑向網狀物在遠離所述中心軸的徑向上相互偏離，網狀結構還包含至少 兩個排列在中心軸周圍的切向網狀物，其中，至少一些徑向網狀物基本上在中心軸 和網狀結構周邊之間的長度上延伸。蜂窩體網狀結構的形狀可以是圓柱形，并被管 狀外層覆蓋，延伸到網狀結構周邊的各徑向網狀物具有外端部，外端部基本上以正 交取向與外層內邊緣相連。這種情況下，徑向網狀物偏離位于網狀結構橫截面中心處的質心。或者，蜂窩體結構可具有橢圓形或者"跑道形"橫截面，使徑向網狀物偏離中心軸。這種情況下，徑向網狀物以正交或基本上正交的取向連接外層的內邊緣。徑向網狀物和外層內邊緣之間的正交連接消除了與現有技術的蜂窩體結構有關的應力，所述應力是由以正方形、六邊形或者其他多邊形孔設計連接外層內邊緣的一些網狀物壁的傾斜取向引起的。至少一些徑向網狀物基本上在網狀結構的徑向長度上延伸的方式使形成的結構的強度大于使用按照鱗狀結構的較短徑向網狀物的設計。為避免朝結構質心方向的不利的高孔密度，只有一些徑向網狀物從質心延伸 至外層內邊緣。徑向網狀物的數量在外層和質心之間以選擇的徑向距離變化，使得 能夠在該結構的選定的環狀部分中基本上保持選定的平均孔密度。這些選擇的徑向 距離對應于過渡區，各過渡區由切向網狀物之一限定。切向網狀物沿選擇的徑向距離定位，徑向網狀物的數量減少例如1/2或1/3、 1/4等。較好地，使過渡網狀物的強度大于其余切向網狀物，以降低在陶瓷蜂窩體結構的該區域中的應力。在朝質心 的方向上減少徑向網狀物的數量，從而沿徑向保持所需的平均孔密度。或者，在網狀結構的外周邊減少徑向網狀物的數量，使得在靠近周邊處形成較大的孔，以促進該區域中廢氣的流動。本專利技術的徑向孔陶瓷蜂窩體特別適合用作機動本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陶瓷蜂窩體結構，該結構包括：　多個互連網狀物，所述網狀物在蜂窩體網狀結構中限定多個孔，所述網狀結構具有穿過其橫截面的中心軸，所述網狀物包含：　長度變化的徑向網狀物，排列成使其相對于所述中心軸相互偏移，其中，至少一些所述徑向網 狀物從所述中心軸基本上延伸到所述網狀結構的最外周邊，和　切向網狀物，相對于中心軸呈同心排列。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：KW阿尼奧萊克，DM比爾，PP賈殷，KR米勒，ST尼克森，AT斯蒂芬斯二世，
申請(專利權)人：康寧股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]