专利名称：蜂窝结构体和排气处理设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及蜂窝结构体以及包含该蜂窝结构体的排气处理设备。
技术背景传统上，己经提出了各种用于车辆内燃机和建筑机械等的排气处理 设备并已投入实际使用。典型的排气处理设备包括与发动机的排气歧管 连通的排气管。在排气管的中部设有由例如金属制成的壳体，且在壳体 内部设有蜂窝结构体。该蜂窝结构体捕获排气中的颗粒，并用作用于净 化排气的过滤器(DPF:柴油颗粒过滤器)或者用作用于通过催化反应转 化排气中的有毒气体成分的催化剂载体。例如，蜂窝结构体用作DPF时，要包括多个沿纵向延伸的柱形腔室， 这些腔室通过多孔的腔室壁分隔。各个腔室在一端通过密封材料密封。 因而，引入蜂窝结构体内部的排气在从蜂窝结构体排出之前不可避免地 要穿过腔室壁。因而，能够在排气穿过腔室壁时捕获排气中的颗粒。蜂 窝结构体用作催化剂载体时，各个腔室壁的纵向表面设有催化剂承载层 和催化剂。通过该催化剂转化排气中所含的CO、 HC和NOx之类的有毒 气体。通常，在蜂窝结构体和壳体之间设置由无机纤维垫制成的保持密 封件。该保持密封件防止蜂窝结构体由于与壳体接触而破裂(专利文献 1)。专利文献1:日本专利申请特开No. 2005-125182这些年来，排气的温度和压力不断增高。因而，由于使用排气处理 设备时的高温引起的各种因素(例如，热应力、热循环等)，蜂窝结构体 更加容易破裂。在将蜂窝结构体用作过滤器之后，要进行再生处理以清 除捕获到的颗粒(即，使过滤器可再次使用的恢复过程)。特别是在该再 生处理的过程中，排气被排出的部分的温度显著升高。因此，由于热应力，蜂窝结构体的该部分极易破裂。 发明内容本发明提供消除了一种或多种上述缺陷的蜂窝结构体以及排气处理 设备。本发明的优选实施方式提供了一种即使在高温下也可抗破裂的蜂窝 结构体，并提供了一种包含该蜂窝结构体的排气处理设备。本发明的实施方式提供了一种柱形蜂窝结构体，该蜂窝结构体包括-基本上彼此平行的第一端面和第二端面；以及连接所述第一端面和所述 第二端面的外周面，其中，所述第一端面和所述第二端面具有相似的外 周形状；并且锥度P满足(KP^4X，锥度P由下式(1)表示锥度P (%) = (D1—D2) / (2L) X100…式(1)其中，所述第一端面的最大宽度为D1，所述第二端面的最大宽度为 D2，所述第一端面和所述第二端面之间的距离为L。根据本发明的一个实施方式，蜂窝结构体具有如上所述的外周形状， 因此，可提供即使在高温下也可抗破裂的蜂窝结构体。
结合附图阅读以下详细说明将会更清楚本发明的其他目的、特征和优点，在附图中图1是根据本发明的整体式蜂窝结构体的实施例的示意立体图；图2是沿图1所示的蜂窝结构体的线A-A剖取的剖面图；图3是根据本发明的另一整体式蜂窝结构体的示意图，该图是平行于中央轴线(X轴线)的剖面图；图4是根据本发明的又一整体式蜂窝结构体的示意图，该图是平行于中央轴线(X轴线)的剖面图；图5是根据本发明的蜂窝结构体的侧视图的实施例；图6是根据本发明的另一蜂窝结构体的侧视图的实施例；图7是配备有根据本发明的蜂窝结构体的排气处理设备的实施例的示意剖面图；图8是表示在进行再生处理时普通蜂窝结构体在入口和出口处的温度变化的曲线图；图9是根据本发明的结合式蜂窝结构体的实施例的示意立体图；图10是结合式蜂窝结构体中包含的多孔蜂窝单元的实施例的示意立体图；图11示出了具有以两种截面形状设置的腔室的整体式蜂窝结构体； 图12示出了从其中一个端面观看时，具有以两种截面形状设置的腔室的多孔蜂窝单元；以及图13示出了从其中一个端面观看时，具有以两种截面形状设置的腔室的另一多孔蜂窝单元。
具体实施方式
参照附图描述本发明的实施方式。将用作柴油颗粒过滤器(DPF)以捕获排气中的颗粒的蜂窝结构体 作为本发明的实施例进行描述。不过，对于本领域的技术人员来说很显然的是，根据本发明的蜂窝结构体如以下所述可用作催化剂载体。图1是根据本发明的蜂窝结构体的实施例的示意图。图2是沿图1 所示的蜂窝结构体的线A-A剖取的剖面图。如图1所示，根据本发明的蜂窝结构体100包括两个端面(以下称 为"第一端面160"和"第二端面170")以及连接这两个端面的外周面。 此外，根据本发明的蜂窝结构体100包括整体陶瓷块150和设置在该整 体陶瓷块150的外周(侧表面)的至少一部分上(不包括整体陶瓷块150 的两个端面(以下称为该整体陶瓷块的"第一端面159"和"第二端面 169"))的涂层120。因此，蜂窝结构体100的外周面由整体的陶瓷块150 的侧表面和/或涂层120形成。蜂窝结构体100的第一端面160由整体陶 瓷块的第一端面159以及涂层120的在与该第一端面160相同一侧上的 侧表面形成。同样，蜂窝结构体100的第二端面170由整体陶瓷块的第 二端面169以及涂层120的在与该第二端面170相同一侧上的侧表面形成。不过，可从根据本发明的蜂窝结构体100省略涂层120。如图1和图2所示，在整体陶瓷块150中，以从第一端面159朝第 二端面169延伸的方式布置有多个腔室11。分隔腔室11的腔室壁13用 作过滤器。如图2所示，整体陶瓷块150中的各个腔室11在与整体陶瓷 块的第一端面159或者第二端面169相对应的其中一个端部处由密封材 料12密封。因此，当排气流入其中一个腔室11时，在排气在从另一个 腔室11排出之前，不可避免地穿过相应腔室11的其中一个腔室壁13。本发明的特征在于，蜂窝结构体100的外周形状为锥形。因此，蜂 窝结构体100的第一端面160和第二端面170具有类似的形状，但尺寸 不同。锥度P为0〈P^4X。锥度P (%)可由下式(1)表示，其中蜂 窝结构体100的第一端面的最大宽度为D1 (mm)，蜂窝结构体100的第 二端面的最大宽度为D2 (mm)，第一端面和第二端面之间的距离(即， 蜂窝结构体100的整个长度或者说沿X方向的长度)为L (mm)。 P (%) = (D1—D2) / (2L) X100 …式(1) 在本申请中，术语"锥形(形状)"或者"成锥形"是指蜂窝结构体100的形状以这样的方式形成，即与蜂窝结构体100的第一端面160平行 的面的截面积从第一端面160朝第二端面170单调递减。应当指出，连 接蜂窝结构体100的第一端面160和第二端面170的外周面的轮廓可以 是直线或曲线。蜂窝结构体100的第一端面和第二端面的最大宽度Dl和D2的测量 方法不受具体限制；不过，为了以较高精度对它们进行测量，优选的是 利用具有激光投影仪和激光光电探测器的测量设备，例如激光尺寸测量 仪器(例如，由Keyence公司制造的LS-5120或LS-5500)。当利用激光尺寸测量仪器进行测量时，将蜂窝结构体设置成使第一端面(或者第二 端面)沿着投影仪与面对该投影仪的光电探测器的连线放置。然后，从 投影仪朝蜂窝结构体的第一端面发射激光束，使得激光束平行于第一端 面，通过位于相对侧的光电探测器检测该激光束。在使蜂窝结构体绕其 中心轴线转过360。时执行该操作。据此，可测得蜂窝结构体100的第一 端面的最大宽度D1 (或者第二端部的最大宽度D2)。在图1所示的实施例中，蜂窝结构体100的第一端面160和第二端 面170都为圆形，并且外周面的轮廓为直线的。此外，锥度P为2X，并 且第一端面160和第二端面170之间的半径差为3 mm (蜂窝结构体的整 体长度L为150 mm)。具体地说，在本发明中，蜂窝结构体100优选通过以下方法中的任一种制成为具有锥形形状。1) 使整体陶瓷块150的垂直于中心轴线(图2中的X轴线)的面的 截面积从第一端面159朝第二端面169连续减小。2) 使涂层120的厚度从蜂窝结构体100的第一端面160朝第二端面 170连续减小。通常，在情况1)中，涂层120的厚度优选从蜂窝结构体100的第 一端面160朝第二端面170为恒定。然而，在例外情况下，涂层120的 厚度可从蜂窝结构体100的第一端面160朝第二端面170持续变化(减 小或增大)。通常，在情况2)中，整体陶瓷块150的垂直于中心轴线(图 2中的X轴线)的面的截面积优选基本恒定。然而，在例外情况下，整 体陶瓷块150的垂直于中心轴线(图2中的X轴线)的面的截面积可从 第一端面159朝第二端面169持续变化(减小或增大)。也就是说，在本 发明中重要的是蜂窝结构体100的最终外部形状；只要满足上述特征， 蜂窝结构体的各个部分的形状(整体陶瓷块150和涂层120)并不重要。以下是用于形成具有如图1和图2所示的锥形形状的整体陶瓷块150 的方法实施例。在情况1)中，通过挤压成型制造具有如图1和图2所示 的锥形形状的整体陶瓷块。在挤压成型过程中，从模具(模)挤压成型 体的速度逐渐增大或逐渐减小。因此，可以容易地制造具有锥形形状的 整体陶瓷块。也就是说，通过增大挤压速度，可减小垂直于中心轴线的 面的截面积。相反，通过减小挤压速度，可增大垂直于中心轴线的面的 截面积。此外，还可通过相对于中心轴线改变干燥速度而在成型体的干 燥过程中制造具有锥形形状的整体陶瓷块。在情况2)中，即在相对于蜂窝结构体100的中心轴线(X轴线) 改变涂层120的厚度的情况下，首先制造侧面如图3所示基本上沿中心轴线(X轴线)平行的整体陶瓷块150。然后，在该侧面上施加涂层120， 使涂层的厚度从第一端面160朝第二端面170减小。如以上所述，应当 指出的是，整体陶瓷块150的轮廓不必沿着中心轴线基本平行。例如， 如图4所示，整体陶瓷块150可具有这样的形状，即，与上述相反，垂 直于中心轴线(X轴线)的面的截面积从第一端面159朝第二端面169 增大。在这种情况下，外周上的涂层120的厚度被调节成使得这两个端 面和蜂窝结构体100的整体长度L满足以上关系。在以上实施例中，蜂窝结构体100具有这样的锥形形状，其中外周 面从第一端面160朝第二端面170线性减小；但是蜂窝结构体100的外 周面的形状不局限于此。例如，蜂窝结构体100的外周面可具有如图5 和图6所示的形状，其中轮廓从第一端面160朝第二端面170非线性(即， 以曲线方式)变化。图5和图6中所示的形状可通过对涂层120的厚度 或整体陶瓷块150的外周形状进行调节、或对二者都进行调节而形成。 根据本发明的蜂窝结构体可例如应用在车辆的排气处理设备中。 图7是配备有根据本发明的蜂窝结构体100的排气处理设备70的实 施例的示意图。在图7中，蜂窝结构体100用作其中各个腔室11都在一 端被密封的DPF。在图7所示的实施例中，整体陶瓷块150上未施加涂 层120。如图7所示，排气处理设备70主要包括蜂窝结构体100、用于容纳 蜂窝结构体100的金属壳体71、以及设置在蜂窝结构体100和金属壳体 71之间的保持密封件72，该保持密封件用于将蜂窝结构体100保持在适 当位置。引入管74与排气处理设备70的一端(引入部分)相连，用于 引入从内燃机排放的排气。排放管75与排气处理设备70的另一端(排 放部分)相连，用于排放排气。图7中的箭头表示排气的流动。在本发明中，蜂窝结构体100设置在壳体71的内部，使得蜂窝结构 体100的第一端面160设置在排气处理设备70的排气引入侧。因此，从 内燃机排放的排气通过引入管74引入壳体71中。然后，排气通过在蜂 窝结构体的第一端面160 —侧具有开口的腔室11流入蜂窝结构体100中， 所述开口面向引入管74。已流入蜂窝结构体100中的排气穿过腔室壁13。腔室壁13捕获颗粒从而使排气净化。接着，排气通过在蜂窝结构体的第二端面170 —侧具有开口的腔室11从排气处理设备排出，并最终通过排 放管75排放到外部。若蜂窝结构体100用作催化剂载体，则当排气穿过 该催化剂载体的腔室壁13时，排气中的CO、 HC和N(X之类的有害成 分就会被去除从而转化排气。上述排气处理设备70的排气排放用的一侧变为高温。排气处理设备 70的该侧的尺寸，即蜂窝结构体100的第二端面170的尺寸较小。因此， 即使第二端面170周围的温度升高而发生热膨胀，与不具有锥形形状的 传统蜂窝结构体相比，也可以缓和从壳体或保持密封件施加到该部分上 的压縮应力。因而，可以提供即使在高温下也可抗破裂的蜂窝结构体。图8示出了配备有普通蜂窝结构体(即，外周面不具有锥形形状的 蜂窝结构体)的排气处理设备进行再生处理时的温度变化。在图8中， 细曲线表示蜂窝结构体的入口附近(基本上位于从入口端沿纵向向内 13 mm的面的中央)的温度变化。粗曲线表示蜂窝结构体的出口附近(基 本上位于从出口端沿纵向向内13 mm的面的中央)的温度变化。如图8 中所示，当在蜂窝结构体中进行再生处理时，蜂窝结构体的出口侧达到 极高的温度，超过卯0。C。然而，即使在进行这样的再生处理时，根据本 发明的蜂窝结构体在出口附近也可抗破裂。以上通过以包含由整体成型制成的整体陶瓷块150的蜂窝结构体 IOO作为实施例描述了本发明的特征。然而，本发明还可应用于其他类型 的蜂窝结构体200，该蜂窝结构体200通过用由粘合剂形成的粘合层210 将多个多孔蜂窝单元230结合在一起而形成。图9示出了具有这样的结构的蜂窝结构体的实施例。以下将图1和 图2中所示的蜂窝结构体称为"整体式蜂窝结构体"。以下将图9中所示 的蜂窝结构体，即通过插设粘合层210将多个多孔蜂窝单元230结合在 一起而制成的蜂窝结构体称为"结合式蜂窝结构体"。如图9中所示，结合式蜂窝结构体200包括基本上彼此平行的第一 端面260和第二端面270。结合式蜂窝结构体200还包括陶瓷块250和施 加在陶瓷块250的外周(不包括陶瓷块250的所述两个端面)上的涂层220。陶瓷块250包括分别位于与蜂窝结构体200的第一端面260和第二 端面270相对应的位置处的第一端面259和第二端面269。陶瓷块250这 样形成，即通过插设粘合层210将多个柱形多孔蜂窝单元230结合在 一起(图9中所示的实施例包括四个横行和四个纵列，即总共16个多孔 蜂窝单元230)，然后将外周切割成预定尺寸。图IO中示出的多孔蜂窝单 元230包括多个沿中心轴线(X轴线)延伸的腔室21,这些腔室21通过 起过滤器作用的腔室壁23分隔。因而，与以上的整体陶瓷块150类似， 各个腔室21在一端处由密封材料22密封。可以通过与以上用于使整体式蜂窝结构体100成锥形的方法1)和2) 相同的方法使结合式蜂窝结构体200的外周面成锥形。具体地说，可通 过以下方法制造具有锥形形状的结合式蜂窝结构体。l')使陶瓷块250的平行于第一端面259的面的截面积从该第一端 面259朝第二端面269连续减小。2')使涂层220的厚度从蜂窝结构体200的第一端面260朝第二端 面270连续减小。在图9所示的实施例中，结合式蜂窝结构体200的外周面通过方法 2')成锥形，即外周面上的涂层220的厚度从第一端面260朝第二端面 270线性减小。同时，在通过方法l')制造陶瓷块250的情况下，将包括至少一些 具有锥形外周面的多孔蜂窝单元在内的多孔蜂窝单元组合在一起。在该 方式中，陶瓷块250制成为具有锥形侧面。例如，绕陶瓷块的中央设置 例如图10中所示的不具有锥形外周形状的多孔蜂窝单元。绕陶瓷块的外 周设置具有锥形外周形状的多孔蜂窝单元。这样将完整的陶瓷块制成为 具有锥形外周面。上述整体陶瓷块150和包含在陶瓷块250中的多孔蜂窝单元230(以 下统称为"陶瓷部件")可由诸如氮化铝、氮化硅、氮化硼和氮化钛之类 的氮化物陶瓷；诸如碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钽和碳化钨之类的 碳化物陶瓷；以及诸如氧化铝、氧化锆、堇青石、富铝红柱石、硅石和 钛酸铝之类的氧化物陶瓷制成。所述陶瓷部件可由两种以上的诸如含有金属硅和碳化硅的复合材料之类的材料制成。当使用含有金属硅和碳化硅的复合材料时，金属硅的添加量按重量计优选对应于0%至45%。多孔蜂窝单元优选由碳化硅陶瓷制成，因为在上述陶瓷材料中，碳 化硅陶瓷具有高的耐热性、优异的机械性能和高的导热性。通过具有与 利用多个孔而具有的过滤性能相结合的机械特性，所述多孔蜂窝单元可用作良好的过滤器。碳化硅陶瓷是指按重量计含有60%以上的碳化硅的 材料。所述整体陶瓷块优选由具有高热冲击性和低热膨胀系数的堇青石 或者钛酸铝制成。"陶瓷部件"，即腔室壁13、 23和密封材料12、 22优选由基本相同 的材料制成，从而具有基本相同的多孔性。因此，可提高这些部件之间 的粘合强度，并使腔室壁13、 23的热膨胀系数与密封材料12、 22的热 膨胀系数相匹配。因而，可防止制造时或使用期间腔室壁13、 23和密封 材料12、 22之间产生裂纹或缝隙。密封材料12、 22沿腔室纵向的长度没有具体限制，但优选在l mm 至20 mm，更优选在3 mm至10 mm之间。腔室壁13、 23的厚度没有具体限制，但考虑到强度，优选的下限为 0.1 mm，考虑到压力损失，优选的上限为0.6mm。腔室壁13、 23沿腔室 纵向的厚度不必恒定。以具有如图2所示的侧面的整体陶瓷块150作为 实施例，至少一部分腔室壁13 (尤其是靠近外周的腔室壁)的厚度可与 图2的不同；厚度可从第一端面160朝第二端面170递减。类似地，若 多孔蜂窝单元具有锥形外周面，则至少一部分腔室壁23 (尤其是靠近外 周的腔室壁)的厚度可从陶瓷块250的第一端面259朝第二端面269递 减。在根据本发明的结合式蜂窝结构体200中，粘合层210和涂层220 可由相同材料或不同材料制成。这些层可以是致密的或者多孔的。然而， 考虑到密封特性，它们优选是致密的。粘合层210和涂层220可由任何 材料制成。例如，它们可由无机粘合剂、有机粘合剂以及无机纤维和/或 无机颗粒制成。无机粘合剂的实施例为硅溶胶、氧化铝等。这些可单独使用，或者两种以上的粘合剂可组合使用。在这些无机粘合剂当中，硅溶胶是优选 的。有机粘合剂的实施例为聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲 基纤维素等。这些可单独使用，或者两种以上的粘合剂可组合使用。在这些有机粘合剂当中，羧甲基纤维素是优选的。无机纤维的实施例为氧化硅-氧化铝、富铝红柱石、氧化铝和二氧化 硅之类的陶瓷纤维。这些可单独使用，或者两种以上的纤维可组合使用。 在这些种类的无机纤维当中，氧化硅-氧化铝纤维是优选的。无机颗粒的实施例为碳化物、氮化物等。具体地说，可使用包含碳 化硅、氮化硅、氮化砷等的无机粉末或晶须。这些可单独使用，或者两 种以上的无机颗粒可组合使用。在这些种类的无机颗粒当中，就导热性 优异而言，碳化硅是优选的。通常，可通过制备包含以上成分的浆料作为所述材料，并将该浆料施加在预定部位，然后使浆料干燥而形成粘合层210和涂层220。根据需要，可在作为材料的浆料中添加孔成形材料。孔成形材料的实施例为气 球，即主要包含氧化陶瓷、球形丙烯酸颗粒、石墨等的微小中空球体。在根据本发明的蜂窝结构体100、 200中，平行于第一端面160、 260 (或者第二端面170、 270)的面的截面形状可以是任何形状，只要满足 第一端面和第二端面与锥度P的范围之间的上述关系即可。例如，蜂窝 结构体的截面形状可以是如图1和图9所示的圆形，或者椭圆、多边形等。当该形状为多边形时，可对各个顶点进行倒角。此外，腔室ll、 12从蜂窝结构体的第一端面观看时的形状可以是任 何形状，例如方形、矩形、三角形、六角形和八角形。并非所有的腔室 要有相同的形状；腔室可具有彼此不同的形状。图11示出了与图1不同的整体式蜂窝结构体101的实施例。该整体 式蜂窝结构体101包括第一端面161和第二端面171。图12和图13示出 了从其中一个端面观看所见的包括在结合式蜂窝结构体内的多孔蜂窝单元，这些多孔蜂窝单元与图9中的那些不同。在图ll所示的实施例中， 整体陶瓷块151包括两种腔室，即具有八角形截面形状的腔室lla以及具有方形截面形状的腔室llb。方形腔室llb在蜂窝结构体101的第一端 面161的端部处密封，八角形腔室lla在蜂窝结构体101的第二端面171 的端部处密封。类似地，图12中所示的多孔蜂窝单元231包括具有八角 形截面形状的腔室21a和具有方形形状的腔室21b。此外，图13中所示 的多孔蜂窝单元232包括具有八角形截面形状的腔室21c和具有方形形 状的腔室21d，它们与图12的那些不同。考虑到这些腔室布置从垂直于 轴向的截面积看过去的腔室壁的厚度，壁体积倾向于相对来说小于其中 所有腔室ll、 21都具有相等截面积(例如图l、图9所示)的蜂窝结构 体的壁体积。因此，该蜂窝结构体(具有不同形状的腔室)特别是在其 第二端面的周围具有较低的压縮强度。然而，根据本发明，由于上述效 果，即使是这样的蜂窝结构体(具有不同形状的腔室)也可抵抗使用期 间在出口侧端部处的破裂。(整体式蜂窝结构体的制造方法)接下来，以整体式蜂窝结构体100作为实施例描述根据本发明的蜂 窝结构体的制造方法。首先，利用包括上述陶瓷材料作为主要成分的原材料浆料进行挤压 成型，从而制造整体陶瓷块的柱形(即，外周面基本上平行于中心轴线 方向)成型体。所述原材料浆料的优选实施例为这样的原材料浆料，即，其在制造 后产生孔隙率为40%至75%的整体陶瓷块，但不局限于此。为了达到该 孔隙率，可向包含以上陶瓷的粉末中添加粘合剂和分散溶剂。陶瓷粉末 的颗粒尺寸没有具体限制，但优选在后期处理中不收縮。例如，优选组合 为100 pts.wt.平均颗粒尺寸为0.3 pm至50 pm的粉末和5 pts.wt.至65 pts.wt. 平均颗粒尺寸为0.1 nm至1.0 iam的粉末。粘合剂的实施例为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚 乙二醇等，但不局限于此。对于100pts.wt的陶瓷粉末来说，粘合剂的混合量通常为1 pts.wt.至lOpts.wt.。分散溶剂的实施例为苯之类的有机溶剂、甲醇之类的醇、水等，但 不局限于此。混合适当量的分散溶剂，使得原材料浆料的粘性在预定范围内。通过磨碎机将陶瓷粉末、粘合剂和分散溶剂混合在一起，并通过揉 搓机充分揉搓，然后进行挤压成型。可根据需要向原材料浆料中添加成型助剂。成型助剂的实施例为乙 二醇、糊精、脂肪酸、脂肪酸皂、聚乙烯醇等，但不局限于此。可根据 需要向原材料浆料中添加例如作为包含氧化陶瓷、球形丙烯酸颗粒、石 墨等的微小中空球体的气球之类的孔成形材料。接下来，使通过挤压成型而形成的成型体干燥，从而变为干燥体。利用微型干燥机、热风干燥机、电介质干燥机、减压干燥机(decompression dryer)、真空干燥机、冷冻干燥机等执行该干燥处理。接着，在干燥体的 两个端面处，将密封材料浆料供给至预定腔室的端部内，从而在两端之 一处密封各个腔室。密封材料浆料的优选实施例为在后期处理之后孔隙率为30%至70。％ 的密封材料浆料，但不局限于此。例如，可使用与上述相同的原材料浆 料。接着，在预定条件下，对填充有密封材料浆料的干燥体进行脱脂处 理(例如，在200。C至500。C下)和焙烧处理(例如，在1，400。C至2，300°C 下)，从而制造出侧面沿中心轴线平行的整体陶瓷块。进行脱脂处理和焙 烧处理的条件可以与用于制造传统蜂窝结构体的条件相同。接着，将原材料浆料、密封材料浆料或其他原材料浆料施加到整体 陶瓷块的侧面上，然后使其干燥并固定在整体陶瓷块的侧面上，从而形 成涂层。在涂层干燥并固化后，对涂层进行抛光，从而使蜂窝结构体具有锥 形外周面。可通过执行这些处理来制造具有上述特征形状的整体式蜂窝 结构体。该制造方法是一个实施例；对于本领域技术人员来说很显然可通过 其他方法制造整体式蜂窝结构体。例如，如以上所述，可通过形成具有 沿中心轴线的锥形侧面的整体陶瓷块，然后施加恒定厚度的涂层来制造 具有锥形形状的整体式蜂窝结构体。此外，在上述制造方法中，整体陶瓷块中的腔室的端部的密封处理以及整体陶瓷块的成型体的焙烧处理的 执行顺序可以颠倒。(结合式蜂窝结构体的制造方法) 也可通过相同处理制造结合式蜂窝结构体200。首先，利用包括上述陶瓷材料作为主要成分的原材料浆料进行挤压 成型，从而制造形成为矩形柱的蜂窝单元成型体。接下来，使挤压成型形成的蜂窝单元成型体干燥，从而变为蜂窝单 元干燥体。利用微型干燥机、热风干燥机、电介质干燥机、减压干燥机、 真空干燥机、冷冻干燥机等执行该干燥处理。接着，将预定量的密封材 料浆料供给至蜂窝单元干燥体的预定腔室的端部内，从而在其中一个端 部处密封各个腔室。接着，在预定条件下，对供给有密封材料浆料的蜂窝单元干燥体进行脱脂处理(例如，在200。C至500°C下)和焙烧处理(例如，在1，400。C 至2,300°C下)，从而制造出成形为矩形柱的多孔蜂窝单元。接着，在多孔蜂窝单元的侧面上以均匀厚度施加作为粘合层的粘合 层浆料。然后，通过插设粘合层浆料而顺序层压其他多孔蜂窝单元。重 复进行该处理以制造期望尺寸的陶瓷块(例如，四个横行和四个纵列的 多孔蜂窝单元)。可使用以上原材料浆料或者密封材料浆料作为粘合层浆 料。接着，加热该陶瓷块以干燥并固化粘合层浆料，从而使粘合层浆料 转变成粘合层并使多孔蜂窝单元彼此固定。接着，使用钻石刀具将陶瓷块切割成筒形，从而制造成侧面沿轴向 方向平行的筒形陶瓷块。然后，通过将涂层所用的以上密封材料浆料或其他原材料浆料施加 到陶瓷块250的侧面上并进行干燥处理以固定该涂层从而形成涂层。在涂层干燥并固化后，对涂层进行抛光，从而使蜂窝结构体具有锥 形外周面。可通过执行这些处理来制造具有上述特征形状的结合式蜂窝 结构体。在结合式蜂窝结构体的情况下，可通过将任何外周形状的多孔蜂窝单元组合在一起而如以上所述制造具有锥形形状的陶瓷块。此外，可以 由不同形状的蜂窝单元成型体制造多孔蜂窝单元，然后通过插设粘合层 浆料使这些多孔蜂窝单元彼此层压叠置，从而形成陶瓷块。在这种情况 下，可省掉侧面的切割处理。(催化剂载体的制造方法)在以上实施例中，蜂窝结构体100、 200用作DPF。所述蜂窝结构体 还可用作用于转化排气中的CO、 HC、 NOx等的催化剂载体。以下将描 述利用根据本发明的蜂窝结构体而制造催化剂载体的方法。为了将根据本发明的蜂窝结构体用作催化剂载体，进行在腔室壁上 设置由贵金属制成的催化剂的处理，以此取代腔室端部的密封处理。首先，在腔室壁上设置催化剂载体层。该催化剂载体层可由氧化铝、 氧化钛、氧化锆、氧化硅和二氧化铈之类的氧化物陶瓷制成。在腔室壁 上形成氧化铝催化剂载体层的方法的实施例为将蜂窝结构体浸在含有 氧化铝粉末的溶液中，将蜂窝结构体从该溶液中拉出，然后加热该蜂窝 结构体。此外，可将蜂窝结构体浸在含有Ce(N03)3的溶液中以使催化剂 载体层渗有稀土元素。接着，在催化剂载体层中提供催化剂。催化剂材料的示例为铂、钯 和铑之类的贵金属，但不具体局限于此。催化剂载体层中还可携带有包 括碱性金属、碱性土族金属、稀土元素、过渡金属等的化合物。提供铂 催化剂的方法的实施例为将设有催化剂载体层的"陶瓷成分"浸在二 硝基二胺硝酸铂([Pt(NH3)2(N02)2]HN03)中，然后加热该"陶瓷成分"。在整体式蜂窝结构体100的情况下，在制造出整体陶瓷块150之后， 通过上述处理设置催化剂。在结合式蜂窝结构体200的情况下，多孔蜂 窝单元230制造出来之后就可在任何阶段提供催化剂。在以下实际实施例中详细说明本发明的效果。 [实际实施例1]<结合式蜂窝结构体的制造>首先，将按重量计40%的丫氧化铝颗粒(平均颗粒尺寸为2 pm)、 按重量计10%的硅铝纤维(平均纤维直径为10 pm，平均纤维长度为100 pm，纵横比10)以及按重量计50%的硅溶胶(按重量计实体浓度 (solid concentration)为30%)混合在一起。然后，将用作有机粘合剂 的6pts，wt的甲基纤维素以及少量的增塑剂和润滑剂添加到lOOpts.wt.的 所获得的混合物中。进一步混合并揉搓该混合物以形成混合成分。利用 挤压成型设备对该混合成分进行挤压成型而得到原成型体。接下来，利用微型干燥机和热风干燥机使原成型体充分干燥，并在 400°C的气氛中保持两个小时进行脱脂。然后在800°C的气氛中保持两个 小时对成型体进行焙烧。据此，制造出成形为矩形柱(34.3 mmx34.3 mm x150 mm)的蜂窝单元，其具有大致方形的腔室截面形状，腔室密度为 93腔室/cm2 (600cpsi)，壁厚为0.2 mm。接下来，将按重量计29%的y氧化铝颗粒(平均颗粒尺寸为2 pm)、 按重量计7%的硅铝纤维(平均纤维直径为10 pm，平均纤维长度为100 pm)， 按重量计34%的硅溶胶(按重量计实体浓度为30。/O，按重量计5。^的羧 甲基纤维素以及按重量计25%的水混合在一起而制备密封材料浆料。将 预定量的该密封材料浆料供给到蜂窝单元的预定腔室的端部中，从而使 各个腔室在两端之一处密封。接下来，利用与上述密封材料浆料成分相同的粘合层浆料将蜂窝单 元结合在一起。粘合层的厚度为1 mm。据此，制造出具有结合在一起的 四横行和四纵列蜂窝单元的陶瓷块。接下来，利用钻石刀具将陶瓷块切割成筒形。所获得的陶瓷块的第 一端面和第二端面是直径为141 mm的圆。接下来，为了在外周面上形成涂层，将上述粘合层桨料用作涂层浆 料。将该涂层浆料施加到陶瓷块的侧面(即，切割面)上。以使浆料的 厚度从第一端面(厚度为2.0mm)向第二端面(厚度为0.5mm)逐渐减 小的方式施加该浆料。接着，在120°C下使其干燥，然后保持在700°C 的气氛中以使粘合层和外周涂层脱脂。据此得到具有锥形外周形状的蜂 窝结构体(第一端面的直径为143 mm，第二端面的直径为142 mm，长 度为150mm的蜂窝结构体)。该蜂窝结构体的锥度P为1。％。<再生测试>利用采用如以上所述制造的蜂窝结构体的排气处理设备来进行再生测试。在该排气处理设备中，绕蜂窝结构体的周围巻绕无机纤维垫(6mm 厚)。将巻绕有垫的蜂窝结构体布置在金属壳体(内径150 mmX长度 l卯mm)内部。将蜂窝结构体安装在排气处理设备内，使其第一端面与 设备的入口侧相对应。在将排气处理设备布置在发动机(两升直喷发动机)排气管的流入 侧的情况下，如以下所述进行再生测试。首先，使发动机以2,000 rpm的 速度和100 Nm的扭矩运转九个小时，从而使蜂窝结构体捕获到大约 18.8g/L的粉尘。接着，为了灼烧蜂窝结构体中捕获的粉尘，将发动机的 运转方式切换到后喷方式。发动机以这样的方式运转，即在后喷启动 一分钟之后，蜂窝结构体入口的温度变为大约600 。C。在粉尘被灼烧之 后，使发动机停止，从排气处理设备取出蜂窝结构体，然后确认蜂窝结 构体是否破裂。在进行了测试之后，证实蜂窝结构体的第二端面周围没有破裂。 [实际实施例2]以与实际实施例1相同的方法制造结合式蜂窝结构体并将其设置在 排气处理设备中。不过，在实际实施例2中，以这样的方式施加涂覆层 浆料，使得其厚度从第一端面(5.0mm厚)向第二端面(0.5mm厚)逐 渐减小。这样，成品蜂窝结构体的锥度P为3X。通过配备有该蜂窝结构体的排气处理设备，以与实际实施例1相同 的方法进行再生测试。在进行了测试之后，证实蜂窝结构体的第二端面 周围没有破裂。[实际实施例3]以与实际实施例1相同的方法制造结合式蜂窝结构体并将其设置在 排气处理设备中。不过，在实际实施例3中，以这样的方式施加涂层浆 料，使得其厚度从第一端面(6.5mm厚)向第二端面(0.5mm厚)逐渐 减小。这样，成品蜂窝结构体的锥度P为4X。通过配备有该蜂窝结构体的排气处理设备，以与实际实施例1相同 的方法进行再生测试。在进行了测试之后，证实蜂窝结构体的第二端面周围没有破裂。[对比实施例1]以与实际实施例1相同的方法制造结合式蜂窝结构体并将其设置在 排气处理设备中。不过，在对比实施例1中，以这样的方式施加涂层浆料，使得其厚度从第一端面(0.5mm厚)至第二端面(0.5mm厚)基本 恒定。这样，成品蜂窝结构体的锥度P为OX。通过配备有该蜂窝结构体的排气处理设备，以与实际实施例1相同 的方法进行再生测试。在进行了测试之后，证实蜂窝结构体的第二端面 周围破裂。根据本发明的一个实施方式，柱形蜂窝结构体包括基本上彼此平 行的第一端面和第二端面；以及连接所述第一端面和所述第二端面的外 周面。所述第一端面和所述第二端面具有类似的外周形状。锥度P满足 0<P^4%，锥度P由下式(1)表示锥度P (%) = (Dl—D2) / (2L) X100…式(1) 其中，所述第一端面的最大宽度为Dl ，所述第二端面的最大宽度为 D2，所述第一端面和所述第二端面之间的距离为L。所述外周面的轮廓可以是直线或曲线，或者是直线和曲线的组合。 所述蜂窝结构体的平行于所述第一端面的截面积可以构造成从该第 一端面朝所述第二端面单调递减。所述蜂窝结构体的第一端面和第二端面可以都为圆形。 所述蜂窝结构体的外周面具有施加在其表面上的涂层。 所述涂层的厚度可以从所述第一端面至所述第二端面基本恒定。可 选的是，所述涂层的厚度可以从所述第一端面向所述第二端面减小。所述蜂窝结构体还可包括多个从所述第一端面至所述第二端面贯穿 该蜂窝结构体的贯穿腔室，这些贯穿腔室通过分隔壁分隔。所述多个贯穿腔室中的至少一些可以以这样的方式构造，即所述多 个贯穿腔室中的一些的平行于所述第一端面的截面积从所述第一端面朝 所述第二端面减小。当从所述第一端面观察时，所述贯穿腔室可以设置成至少两种不同的形状。各个所述贯穿腔室均可在两端之一处密封。可选的是，可在所述壁 中设置催化剂。所述壁的厚度可在0.1 mm至0.6 mm的范围内。根据本发明的蜂窝结构体还可包括多个柱形蜂窝单元；以及构造 成将所述蜂窝单元接合在一起的粘合层。此外，本发明提供了一种排气处理设备，该排气处理设备包括引 入排气用的引入部；排放排气用的排放部；以及上述蜂窝结构体，该蜂 窝结构体设置在所述引入部和所述排放部之间。该蜂窝结构体设置成使得所述第一端面面对供引入排气的所述引入部。本发明不局限于具体公开的实施方式，而是在不背离本发明范围的 情况下可进行多种变型和修改。
权利要求
1、一种柱形蜂窝结构体，该蜂窝结构体包括基本上彼此平行的第一端面和第二端面；以及连接所述第一端面和所述第二端面的外周面，其中所述第一端面和所述第二端面具有类似的外周形状；并且锥度P满足0＜P≤4％，锥度P由下式(1)表示锥度P(％)＝(D1-D2)/(2L)×100…式(1)其中，所述第一端面的最大宽度为D1，所述第二端面的最大宽度为D2，所述第一端面和所述第二端面之间的距离为L。
2、 根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其中-所述外周面的轮廓包括直线或曲线，或者是直线和曲线的组合；并且该蜂窝结构体的平行于所述第一端面的截面积从所述第一端面朝所 述第二端面单调递减。
3、 根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其中 所述第一端面和所述第二端面都为圆形。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的蜂窝结构体，其中 所述外周面包括施加在其表面上的涂层。
5、 根据权利要求4所述的蜂窝结构体，其中-所述涂层的厚度从所述第一端面至所述第二端面基本恒定。
6、 根据权利要求4所述的蜂窝结构体，其中所述涂层的厚度从所述第一端面向所述第二端面减小。
7、 根据权利要求1至6中任一项所述的蜂窝结构体，该蜂窝结构体 还包括多个从所述第一端面至所述第二端面贯穿该蜂窝结构体的贯穿腔 室，这些贯穿腔室由分隔壁分隔；其中所述多个贯穿腔室中的至少一些贯穿腔室以这样的方式构造，即所 述多个贯穿腔室中的所述一些贯穿腔室的平行于所述第一端面的截面积从所述第一端面朝所述第二端面减小。
8、 根据权利要求7所述的蜂窝结构体，其中当从所述第一端面观察时，所述贯穿腔室设置成至少两种不同的形状。
9、 根据权利要求7或8所述的蜂窝结构体，其中各个所述贯穿腔室在两端之一处密封。
10、 根据权利要求7或8所述的蜂窝结构体，其中 在所述壁中设有催化剂。
11、 根据权利要求7至10中任一项所述的蜂窝结构体，其中所述壁的厚度在0.1 mm至0.6 mm的范围内。
12、 根据权利要求1至11中任一项所述的蜂窝结构体，该蜂窝结构体还包括多个柱形蜂窝单元；以及 构造成将所述蜂窝单元结合在一起的粘合层。
13、 一种排气处理设备，该排气处理设备包括 引入排气用的引入部； 排放排气用的排放部；以及根据权利要求1至12中任一项所述的蜂窝结构体，该蜂窝结构体设 置在所述引入部和所述排放部之间，其中所述蜂窝结构体设置成使得所述第一端面面对引入排气用的所述弓I 入部。
全文摘要
本发明提供了一种蜂窝结构体和排气处理设备。该柱形蜂窝结构体包括基本上彼此平行的第一端面和第二端面；以及连接所述第一端面和所述第二端面的外周面。所述第一端面和所述第二端面具有类似的外周形状。锥度P满足0＜P≤4％，锥度P由下式(1)表示锥度P(％)＝(D1-D2)/(2L)×100…式(1)，其中，所述第一端面的最大宽度为D1，所述第二端面的最大宽度为D2，所述第一端面和所述第二端面之间的距离为L。
文档编号B01D39/00GK101274293SQ20071016054
公开日2008年10月1日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年2月9日
发明者押见幸雄 申请人:揖斐电株式会社