陶瓷蜂窩狀過濾器及其制造方法
【專利摘要】一種用于從廢氣中去除顆粒物質(zhì)的陶瓷蜂窩狀過濾器包括多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有由多孔孔眼壁隔開的大量孔眼，所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)沿軸向方向被端對端地連接，至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以孔眼壁的至少一部分移位的方式被連接；任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的開口面積比A0(=A02／A01)的平均值是0.9或更小，其中A01和A02分別表示垂直于廢氣上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的橫截面中的每個孔眼的開口面積和該孔眼在被相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁的上游側(cè)端表面變窄之后的開口面積；并且所述下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)在孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面二者上都具有15μm或更大的粗糙度(最大高度Rz)。
【專利說明】陶瓷蜂窩狀過濾器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于清潔從諸如柴油發(fā)動機(jī)等之類的內(nèi)燃機(jī)排除的廢氣的陶瓷蜂窩狀過濾器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從諸如柴油發(fā)動機(jī)等之類的內(nèi)燃機(jī)排除的廢氣包含大量顆粒物質(zhì)(以下稱為“PM”)。由于排放到空氣中的PM引起環(huán)境污染，因此過濾器用來捕獲PM。如圖11(a)和11 (b)所示,例如，陶瓷蜂窩狀過濾器50包括陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu),該陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)包括由多孔孔眼壁51隔開的大量孔眼、和交替地設(shè)置在廢氣入口側(cè)端部a和廢氣出口側(cè)端部b上的孔眼中的插塞(上游側(cè)插塞53a和下游側(cè)插塞53b)，通過交替地布置的出口側(cè)端部阻塞孔眼52a和入口側(cè)端部阻塞孔眼52b，在廢氣入口側(cè)端部a和廢氣入口側(cè)端部b上形成棋盤形圖案(例如，參見JP2001-269585A)。
[0003]如由圖11(a)和11(b)中的虛線箭頭所示，廢氣流入在陶瓷蜂窩狀過濾器的入口側(cè)端部開口的出口側(cè)端部阻塞孔眼52a，并通過多孔孔眼壁51從相鄰的入口側(cè)端部阻塞孔眼52b流出。當(dāng)廢氣通過孔眼壁51時，廢氣中的PM被孔眼壁捕獲，從而清潔廢氣。
[0004]然而，由于在具有JP2001-269585A中描述的結(jié)構(gòu)的PM捕獲陶瓷蜂窩狀過濾器中所有的孔眼在兩端都被堵塞，因此在清潔廢氣時，通過的廢氣經(jīng)歷較大的壓力損失。
[0005]當(dāng)從柴油發(fā)動機(jī)排出的PM繼續(xù)被捕獲時，捕獲的PM積聚在過濾器中，降低過濾性能。因此，例如，應(yīng)當(dāng)通過加熱過濾器，將積聚的PM燃燒掉，用于再生。然而，如果具有根據(jù)車輛的驅(qū)動狀態(tài)被捕獲的大量PM的過濾器被再生，則大量PM將被燃燒而產(chǎn)生大量熱量，可能熔化陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁。此外，即使捕獲的PM燃燒，固體灰燼將可能逐漸積聚而堵塞過濾器。
[0006]為了解決這些問題，如圖12(a)和12(b)所示，JP2004-251137A公開了一種陶瓷蜂窩狀過濾器60，其包括蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該蜂窩狀結(jié)構(gòu)包括由多孔孔眼壁61隔開的大量縱向穿透孔眼、和僅形成在孔眼62a的一個端表面?zhèn)萣上的插塞63b，孔眼62a設(shè)置有具有相對大的開口面積的插塞63b，以減少流入沒有插塞的從一個端表面a穿透到另一個端表面b的孔眼62b中的廢氣的量，從而避免過濾器的捕獲效率的急劇降低。然而，采用設(shè)置有具有相對大的開口面積以確保PM捕獲性能的插塞63b的孔眼62a，陶瓷蜂窩狀過濾器60的用作過濾器的孔眼壁的有效面積減小，導(dǎo)致差的壓力損失特性，從而不能同時滿足PM捕獲性能和壓力損失特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種在維持PM捕獲性能的同時抑制廢氣的壓力損失的陶瓷蜂窩狀過濾器，其抵抗再生期間的熔化腐蝕和灰燼的堵塞，從而避免壓力損失增加。
[0009]解決技術(shù)問題的技術(shù)方案[0010]作為考慮上述目標(biāo)的創(chuàng)造性研究的結(jié)果，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)陶瓷蜂窩狀過濾器中，形成在出口和入口側(cè)端部處的插塞在廢氣經(jīng)過的同時引起壓力損失增加和積聚的灰燼對過濾器堵塞，并且多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的連接提供了具有高的PM捕獲性能和低的廢氣壓力損失的陶瓷蜂窩狀過濾器，在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端部中未形成插塞。已經(jīng)基于這種發(fā)現(xiàn)完成本發(fā)明。
[0011]因此，本發(fā)明的用于從廢氣中去除顆粒物質(zhì)的陶瓷蜂窩狀過濾器包括多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有由多孔孔眼壁隔開的大量孔眼，所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)沿軸向方向被端對端地連接，
[0012]至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以孔眼壁的至少一部分移位的方式被連接；
[0013]任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的開口面積比Aq( = A02A01)的平均值是0.9或更小，其中Atll和Atl2分別表示垂直于廢氣上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的橫截面中的每個孔眼的開口面積，和該孔眼在被相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁的上游側(cè)端表面變窄之后的開口面積；并且
[0014]所述下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)在孔眼壁端表面上具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)，并且在孔眼壁內(nèi)表面上具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)。
[0015]優(yōu)選地，任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼中的AAmax的最大值等于或大于0.1且小于1，其中每個AAmax是任意孔眼的開口面積比(Atl)和與該任意孔眼相鄰的孔眼的開口面積比(A1, A2, A3, A4...)的差的最大絕對值。
[0016]優(yōu)選地，相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以孔眼壁在它們的厚度方向上移位的方式被連接，移位寬度是孔眼壁間距的0.1-0.5倍。
[0017]優(yōu)選地，所述相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以圍繞它們的作為中心的軸線在旋轉(zhuǎn)方向上移位、一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁和另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁之間的角度在35-55°的范圍內(nèi)的方式被連接。
[0018]陶瓷蜂窩狀過濾器優(yōu)選地由2-15個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0019]優(yōu)選地，在沿縱向方向觀看時孔眼包括具有弓形角部的四邊形橫截面，一對相對的角部具有大于另一對相對的角部的曲率半徑的曲率半徑。
[0020]優(yōu)選地，所述相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以端到端間隙是0.01-3mm的方式被連接。
[0021]優(yōu)選地，多個所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有75%或更小的開口比。
[0022]優(yōu)選地，至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以具有不同的開口比。
[0023]優(yōu)選的是，在平行于每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的橫截面中，(a)相鄰的孔眼壁是平行的，并且(b)在外圍表面上部分地或全部地開口的孔眼的數(shù)量在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的每300mm長度上是I?5個。
[0024]本發(fā)明的用于通過軸向地連接多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法包括:將可模壓陶瓷材料擠出成蜂窩狀形狀，將擠出的可模壓陶瓷材料切斷成預(yù)定長度，干燥切斷的擠出物以形成多個干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及燒結(jié)布置好的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0025]在燒結(jié)之后，多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)優(yōu)選地在它們的外圍表面上整體上由涂料涂覆。
[0026]本發(fā)明的用于通過軸向地連接多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法包括:將可模壓陶瓷材料擠出成蜂窩狀形狀，將擠出物切斷成預(yù)定長度，干燥切斷的擠出物以形成多個干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，用涂料整體地涂覆布置好的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面，以及燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0027]本發(fā)明的用于通過軸向地連接多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法包括:將可模壓陶瓷材料擠出成蜂窩狀形狀，將擠出物切斷成預(yù)定長度，干燥并燒結(jié)切斷的擠出物以形成多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及用涂料整體地涂覆布置好的所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面。
[0028]優(yōu)選地，多個所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)經(jīng)由被涂覆至它們的端表面的周邊部的粘合材料被粘合。
[0029]優(yōu)選地，通過下述方式在孔眼壁移位的情況下連接相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu):(a)將定位裝置與從一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面上的一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁大致對齊，(b)在X和/或Y方向上將所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)移動預(yù)定距離，或者圍繞所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線將它轉(zhuǎn)動預(yù)定角度，以及(C)通過與用于所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)相同的定位方法將另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)布置在所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面上。
[0030]優(yōu)選地，所述定位裝置是金屬和/或非金屬線狀部件或光線。
[0031]發(fā)明的有益效果
[0032]由于本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器抑制從中通過的廢氣中的壓力損失，同時維持高的PM捕獲性能，并且它抵抗在它的通過燃燒的再生中的熔化腐蝕和灰燼的堵塞，因此它特別適合清潔從柴油發(fā)動機(jī)排出的廢氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1 (a)是示出本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器的示例的示意性剖視圖。
[0034]圖1(b)是示出圖1(a)的端表面?zhèn)鹊奶沾煞涓C狀過濾器的示意圖。
[0035]圖2(a)是沿著圖1(a)中的線B-B截取的放大的示例性局部剖視圖。
[0036]圖2(b)是示出圖2(a)中的孔眼的開口面積的示意性剖視圖。
[0037]圖2(c)是示出圖2(a)中的孔眼的開口面積在被相鄰的蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的孔眼壁變窄之后的示意性剖視圖。
[0038]圖3(a)是示出包括三角形孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的任意連續(xù)的五行五列孔眼的示例的示意圖。
[0039]圖3(b)是示出包括四邊形孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的任意連續(xù)的五行五列孔眼的示例的示意圖。
[0040]圖3(c)是示出包括六邊形孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的任意連續(xù)的五行五列孔眼的示例的示意圖。
[0041]圖4(a)是示出本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器的另一個示例的示意性剖視圖。
[0042]圖4(b)是示出圖4(a)的端表面?zhèn)鹊奶沾煞涓C狀過濾器的示意圖。
[0043]圖5(a)是沿著圖4(a)中的線C-C截取的放大的示例性局部剖視圖。
[0044]圖5(b)是示出圖5(a)中的孔眼的開口面積的示意性剖視圖。[0045]圖5(c)是示出圖5(a)中的孔眼的開口面積在被相鄰的蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的孔眼壁變窄之后的示意性剖視圖。
[0046]圖6是示出陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的孔眼壁的交叉部的意圖。
[0047]圖7是示出在坯體出口側(cè)的用于陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)擠出成型的?？椎氖疽鈭D。
[0048]圖8是示出包括陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的陶瓷蜂窩狀過濾器的示意性剖視圖，該陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面周邊設(shè)置有倒角和圓形部。
[0049]圖9是示出(本發(fā)明內(nèi)的)示例25的陶瓷蜂窩狀過濾器的示意性剖視圖。
[0050]圖10(a)是示意性地示出平行于軸向方向在外圍表面上部分地或全部開口的孔眼的示例的剖視圖。
[0051]圖10(b)是示意性地示出平行于軸向方向在外圍表面上部分地或全部開口的孔眼的另一個示例的剖視圖。
[0052]圖11(a)是示出常規(guī)陶瓷蜂窩狀過濾器的示例的正視圖。
[0053]圖11(b)是示出常規(guī)陶瓷蜂窩狀過濾器的示例的平行于軸向方向的剖視圖。
[0054]圖12(a)是示出常規(guī)陶瓷蜂窩狀過濾器的另一個示例的正視圖。
[0055]圖12(b)是示出常規(guī)陶瓷蜂窩狀過濾器的另一個示例的平行于軸向方向的剖視圖。
[0056]圖13(a)是示出本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器中的上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的任意孔眼的開口面積的示意圖。
[0057]圖13(b)是示出本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器中的孔眼的開口面積的示意圖，該開口面積被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁變窄。
[0058]圖14(a)是示出用粘合材料連接的陶瓷蜂窩狀過濾器的示例的示意性剖視圖。
[0059]圖14(b)是示出圖14(a)的在端表面?zhèn)鹊奶沾煞涓C狀過濾器的示意圖。
[0060]圖14(c)是示出用粘合材料連接的陶瓷蜂窩狀過濾器的另一個示例的示意性剖視圖。
[0061]圖14(d)是示出圖14(c)的在端表面?zhèn)鹊奶沾煞涓C狀過濾器的示意圖。
[0062]圖15(a)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面在孔眼壁厚度方向上移位。
[0063]圖15(b)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面在孔眼壁厚度方向上移位。
[0064]圖15(c)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面在孔眼壁厚度方向上移位。
[0065]圖15(d)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面在孔眼壁厚度方向上移位。
[0066]圖15(e)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面在孔眼壁厚度方向上移位。
[0067]圖16(a)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位。
[0068]圖16(b)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位。[0069]圖16(c)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位。
[0070]圖16(d)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位。
[0071]圖16(e)是示出用于布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法的示意圖，其中孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位。
【具體實(shí)施方式】
[0072]以下將說明本發(fā)明的實(shí)施例，目的不是將本發(fā)明限制到這些實(shí)施例。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識對設(shè)計等適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行任何修改和改進(jìn)。
[0073][I]陶瓷蜂窩狀過濾器
[0074](I)實(shí)施例
[0075]圖1(a)和1(b)中示出的本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器10包括兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12，每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有由多孔孔眼壁I隔開的大量孔眼2，多孔孔眼壁I在它們的端表面處被軸向地連接，廢氣被引起從陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11流動至陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12，以從廢氣中去除PM。這兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12以孔眼壁的至少一部分移位的方式被連接，使得任意連續(xù)的五行五列的25個孔眼的開口面積比Ac^ = A02A01)的平均值A(chǔ)ave是0.9或更小，其中AOl表示垂直于在廢氣流動方向的上游側(cè)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的軸線的橫截面中的一個孔眼的開口面積 ，A02表示上述一個孔眼在被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)21的端表面121變窄之后的開口面積。下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12包括具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)的孔眼壁端表面和具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)的孔眼壁內(nèi)表面。除非本文另外說明，軸向方向是與廢氣流動方向(孔眼的軸向方向)對齊的。
[0076]在以孔眼壁的至少一部分移位的方式連接兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12的情況下，上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11中的孔眼的出口側(cè)(下游側(cè))開口由下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121部分地堵塞，使得廢氣流動路徑被連接部變窄。因此，進(jìn)入上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的孔眼的廢氣通過下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的連接部和孔眼，在其期間廢氣中的PM被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121的上游側(cè)端表面捕獲，并且由于相鄰的孔眼之間的壓差而被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁內(nèi)表面捕獲。在孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)的情況下，廢氣中的PM有效地被孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面捕獲。由于陶瓷蜂窩狀過濾器10包括從入口側(cè)端表面連通至出口側(cè)端表面的流動路徑，同時保持PM捕獲性能，因此可以在廢氣從中通過時將壓力損失保持為低。
[0077]在本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器中，廢氣中的大多數(shù)PM被連接的下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面均勻地捕獲，并且PM燃燒以再生過濾器，而不會像常規(guī)堵塞式陶瓷蜂窩狀過濾器一樣產(chǎn)生大的局部熱，這導(dǎo)致陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)很少熔化腐蝕。而且，在燃燒PM之后留下的灰燼容易地流出陶瓷蜂窩狀過濾器，導(dǎo)致過濾器很少堵塞。
[0078]如圖1 (a)所示，外周壁5在兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12的孔眼壁移位的情況下形成在這兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12上，以增加陶瓷蜂窩狀過濾器10的強(qiáng)度。
[0079]孔眼開口面積比Atl被計算如下。使光從下游側(cè)端表面通過連接的陶瓷蜂窩狀過濾器，以從上游側(cè)獲取孔眼開口的照片。當(dāng)在陶瓷蜂窩狀過濾器的端表面不能很好地觀察到連接部時，連接部的垂直于軸向方向的兩側(cè)在軸向上離連接部約IOmm的位置被切掉，以獲取孔眼開口的照片。如圖2(a)至2 (C)，從該照片確定的是垂直于上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的軸線的橫截面中的孔眼的開口面積Atll，和上述一個孔眼在被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)21的孔眼壁121的上游側(cè)端表面變窄之后的開口面積Atl2,以將每個孔眼的開口面積比Atl計算為(AW)。如圖2(c)所示，通過從開口面積Atll中減去下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121的上游側(cè)端表面投影在垂直于上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的軸線的橫截面中的孔眼的開口上的面積，確定開口面積Atl2t5這些孔眼的開口面積Atll和Atl2的計算優(yōu)選地是由圖像分析儀進(jìn)行的。
[0080]圖3(a)至3(c)示出分別包括三角形孔眼、四邊形孔眼和六邊形孔眼的蜂窩狀結(jié)構(gòu)中任意連續(xù)的五行五列孔眼中的25個孔眼的示例。用語“任意連續(xù)的五行五列”是指任意選擇的五個連續(xù)孔眼的五條連續(xù)線。在除三角形孔眼、四邊形孔眼和六邊形孔眼之外的情況中，同樣，可以類似地選擇五個任意的連續(xù)孔眼的五條線。
[0081]開口面積比Aq( = A02/AQ1)的平均值A(chǔ)ave優(yōu)選是0.85或更小，更優(yōu)選是0.80或更小。下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面的粗糙度(最大高度Rz)優(yōu)選是20 μ m或更大,更優(yōu)選地是25 μ m或更大。在開口面積比AQ( = AQ2/AQ1)的平均值A(chǔ)ave以及孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面的粗糙度在上述范圍的情況中，孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面的捕獲廢氣中的PM的效率改善。
[0082]當(dāng)任意孔眼的開口面積比(Atl)和與該任意孔眼相鄰的孔眼的開口面積比(A1, A2,A3,A4...)之間的差的最大絕對值由AAmax表示時,任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的AAmax的最大值優(yōu)選是0.1或更大且小于I,更優(yōu)選是0.2-0.5。任意孔眼的開口面積比(A0)和與該任意孔眼相鄰的孔眼的開口面積比(A1, A2, A3, A4...)之間的差的絕對值越大，相鄰的孔眼之間的壓差越大，導(dǎo)致被捕獲到下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁內(nèi)表面上的PM增加。此外，該差的絕對值太大使得壓力損失增加。
[0083]例如，在如圖13(a)所示的四邊形孔眼中，上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11與具有開口面積Atll的任意孔眼相鄰的四個孔眼的開口面積比是這四個孔眼被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121的上游側(cè)端表面變窄的開口面積A12, A22, A32和A42與這四個孔眼的開口面積 A11, A21J A31 和 A41 之比，即，A1 = (A12/A11)，A2 = (A22/A21)，A3 = (A32/A31)，且 A4 = (A42/A41)。任意孔眼的開口面積比(AO)和與該任意孔眼相鄰的孔眼的開口面積比(A1, A2, A3,A4)之間的差的絕對值是絕對值(Atl-A1), (A0-A2), (A0-A3)和(Atl-A4)，并且這些值的最大值是AAmax。關(guān)于任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼中的每一個,確定AAmax,并評估它們中的最大值。
[0084]作為其中任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的開口面積比AJ = A02A01)的平均值是0.9或更小的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器可以具有結(jié)構(gòu)A，其中相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12以沿孔眼壁111，121的厚度方向移位的方式被連接，如，例如，在圖2(a)中所示。移位寬度，即，如圖2(a)所示的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的孔眼壁111和陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121之間的距離X或Y，優(yōu)選地是孔眼壁間距的0.1-0.5倍。由于移位寬度是孔眼壁間距的0.1倍或更大，因此流入上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的孔眼中的廢氣中的PM容易被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121的上游側(cè)端表面捕獲，并且在相鄰的孔眼之間存在大的壓差，導(dǎo)致被下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁內(nèi)表面捕獲的PM的量增加。此外，由于孔眼壁之間的最大距離是孔眼壁間距的0.5倍，因此移位寬度的最大值是孔眼壁間距的0.5倍。
[0085]作為其中任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的開口面積比AJ = A02A01)的平均值是0.9或更小的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器可以具有結(jié)構(gòu)B，其中陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以圍繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)的方式被連接，如圖4(a)，4(b)和5(a)_5(c)所示。一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的孔眼壁111和另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的孔眼壁121之間的角度Θ優(yōu)選地在35-55。的范圍內(nèi)。
[0086]其它的可能是結(jié)構(gòu)C、結(jié)構(gòu)D和結(jié)構(gòu)D，在結(jié)構(gòu)C中，相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以下述方式被連接，即沿孔眼壁的厚度方向以0.1-0.5倍的孔眼壁間距的距離移位，并且以一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁和另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁之間的在35-55°的范圍內(nèi)的角度Θ圍繞陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的旋轉(zhuǎn)，在結(jié)構(gòu)D中，具有不同的孔眼壁間距的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)被連接，在結(jié)構(gòu)D中，具有不同的孔眼壁間距的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以圍繞陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線旋轉(zhuǎn)的方式被連接。
[0087]在上述結(jié)構(gòu)C中，一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁和另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁之間的角度Θ在35-55°的范圍，并且相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的相對端表面以0.1-0.5倍孔眼壁間距的距離移位。
[0088](2)其它實(shí)施例
[0089]雖然在上述實(shí)施例中連接兩個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，但3個或更多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以端對端地軸向連接以形成陶瓷蜂窩狀過濾器。連接更大數(shù)量的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)使下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有可以捕獲PM的更大數(shù)量的孔眼壁端表面，導(dǎo)致改進(jìn)的PM捕獲性能。然而，由于連接更大數(shù)量的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)使得廢氣的壓力損失較高，因此，所連接的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量優(yōu)選是2?15個，更優(yōu)選是2?12個。
[0090]當(dāng)連接3個或更多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)時，至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)以它們的孔眼壁移位的方式被連接。而且，為了改善PM捕獲性能，相鄰的孔眼壁優(yōu)選地在所有的連接部中移位。相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的移位不需要在所有的連接部中都相同，但可以通過沿厚度方向移位孔眼壁的方法、圍繞軸線旋轉(zhuǎn)孔眼壁的方法、組合具有不同的孔眼壁間距的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法、或它們的組合被適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。
[0091 ] 本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器優(yōu)選地具有帶有弓形角部的四邊形孔眼橫截面。帶有弓形角部的孔眼不僅在連接部具有改進(jìn)的強(qiáng)度，而是使下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面在連接部中具有增加的面積，以便容易由孔眼壁端表面捕獲PM。而且，由于流動路徑在連接部中變窄，因此在相鄰的孔眼之間存在較大的壓差，使得容易由孔眼壁表面捕獲廢氣中的PM。如圖6所示,一對相對的角部優(yōu)選地具有大于另一對相對的角部的曲率半徑R2，R2的曲率半徑Rl，Rl0在角部具有這種曲率半徑的情況下，在相鄰的孔眼之間存在較大的壓差，使得容易由孔眼壁捕獲廢氣中的PM，導(dǎo)致良好的PM捕獲性能。
[0092]相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)優(yōu)選地以端表面之間具有0.01-3mm的間隙的方式被連接。在連接部中具有預(yù)定間隙的情況下，存在大的空間用于積聚被捕獲在下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面上的PM，導(dǎo)致改進(jìn)的PM捕獲性能。而且，廢氣流中的壓力損失可以被保持為低。當(dāng)相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面間隙超過3mm時，廢氣流動路徑在連接部中變窄，導(dǎo)致相鄰的孔眼之間的壓差大。結(jié)果，廢氣中的PM不容易被孔眼壁表面捕獲，導(dǎo)致陶瓷蜂窩狀過濾器的PM捕獲性能低。以下將描述用于形成該間隙的方法。
[0093]每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有75%或更小的開口比。在開口比為75%或更小的情況下，可以以高的PM捕獲性能將流動的廢氣的壓力損失保持為低。當(dāng)開口比大于75%時，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有低的強(qiáng)度，使得難以連接多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。為了抑制流動的廢氣的壓力損失，開口比優(yōu)選是40%或更大。
[0094]在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，具有不同開口比的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以被連接以構(gòu)成由多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的陶瓷蜂窩狀過濾器。采用這種結(jié)構(gòu)，廢氣流動路徑在連接部中變窄，導(dǎo)致相鄰的孔眼之間的壓差大。結(jié)果，可以在非常好地捕獲PM的同時抑制廢氣流中的壓力損失。
[0095]如圖10(a)或10(b)所示，相鄰的孔眼壁I優(yōu)選地在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸向橫截面中是大致平行的。進(jìn)一步，在上述橫截面中，在外圍表面4上部分地或全部開口的孔眼2-的數(shù)量優(yōu)選地是陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的每單位長度(300mm)是1_5個。在外圍表面4上開口的孔眼20Ut是1-5個的情況下，孔眼壁軸向地傾斜，使得廢氣中的PM容易被捕獲在下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面的整個區(qū)域中。因此，PM被很好地捕獲，同時抑制廢氣流中的壓力損失。然而，當(dāng)6或更大孔眼20Ut在外圍表面4上開口時，廢氣流中存在不希望的高的壓力損失。
[0096]為了改善PM在所連接的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面上的捕獲率，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有50-80%的孔隙率，0.2-0.5mm的孔眼壁厚度，和l_3mm的孔眼間距。更優(yōu)選地，它具有55-70 %的孔隙率，0.25-0.45mm的孔眼壁厚度，和1.2_2mm的孔眼間距。
[0097][2]陶瓷蜂窩狀過濾器的制造方法
[0098](I)第一種方法
[0099]本發(fā)明的陶瓷蜂窩狀過濾器是通過下述步驟制成的:(a)將陶瓷材料與粘合劑、潤滑劑、孔形成材料、水等混合和結(jié)合以制備塑化的可模壓陶瓷材料，(b)通過蜂窩狀擠出成型模具擠出該可模壓陶瓷材料，并干燥所產(chǎn)生的具有預(yù)定長度的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)坯體，以獲得干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，(C)通過磨床等大致垂直于干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸向方向研磨干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面部，(d)以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置多個研磨過的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并燒結(jié)所布置的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。它還可以包括(e)用涂料涂覆所連接和燒結(jié)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面的步驟。
[0100](a)制備可模壓陶瓷材料的步驟
[0101]陶瓷材料與粘合劑、潤滑劑、孔形成材料、水等混合和結(jié)合以制備塑化的可模壓陶瓷材料。陶瓷材料優(yōu)選地是從由堇青石、堇青石形成材料、碳化硅、硅和碳化硅的復(fù)合材料、氮化硅、莫來石、氧化鋁、尖晶石、碳化硅和堇青石的復(fù)合材料、硅酸鋁鋰和鈦酸鋁構(gòu)成的組中選擇的至少一種。在它們之中，堇青石形成材料是優(yōu)選的。
[0102]通過燒結(jié)被燃燒成堇青石的堇青石形成材料是具有包括42-56% (按質(zhì)量計)的SiO2, 30-45% (按質(zhì)量計)的Al2O3和12-16% (按質(zhì)量計)的MgO的化學(xué)成分的陶瓷材料。具體地，它包括以用于實(shí)現(xiàn)上述化學(xué)成分的比例從滑石、高嶺土、煅燒高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁和硅石中選擇的多個無機(jī)材料。[0103]為了獲得在孔眼壁端表面和孔眼壁內(nèi)表面上具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔形成材料優(yōu)選地具有5-70 μ m的平均顆粒大小?？仔纬刹牧系氖褂每梢栽跓Y(jié)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面和孔眼壁內(nèi)表面上形成微孔，從而增加它們的表面粗糙度。雖然不限制孔形成材料，只要它可以提供大的表面粗糙度，但它可以是石墨、樹脂、泡沫樹脂、發(fā)泡用樹脂、陶瓷涂覆樹脂、玉米淀粉、面粉等。
[0104](b)模制和干燥步驟
[0105]通過蜂窩狀擠出成型模具擠出可模壓陶瓷材料以形成陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)坯體，其被切斷至預(yù)定長度，隨后被熱空氣爐、熱處理爐、微波爐等干燥，以提供干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0106]如圖7所示，擠出成型模具包括多個擠出成型模具孔31，每個擠出成型模具孔在模制凹槽32的交叉角部中具有帶有曲率半徑Rl和R2的彎曲表面(圓形部)，使得它可以形成包括帶有弓形角部的四邊形孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中一對相對的角部的曲率半徑Rl大于另一對相對的角部的曲率半徑R2，如圖6所示。
[0107](c)研磨端表面的步驟
[0108]干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的每個端表面部通過磨床等大致垂直于它的軸向方向被研磨，以提供具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)的孔眼壁端表面，優(yōu)選地，在由孔形成材料制成的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的情況中，采用約#50至#270的磨床，并且在不使用孔形成材料時采用粗顆粒磨床。
[0109](d)燒結(jié)步驟
[0110]以孔眼壁在它們的端部移位的方式布置研磨過的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并且燒結(jié)布置好的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以形成以它們的孔眼壁移位的方式被連接的陶瓷蜂窩狀過濾器。
[0111](e)涂覆步驟
[0112]由連接的、燒結(jié)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的陶瓷蜂窩狀過濾器的外圍表面由涂料涂覆，以將陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)與它們的抗破裂的連接部一體地連接在一起。
[0113]涂料可以是混合有粘合劑和水的陶瓷材料。陶瓷材料可以是與陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)相同或不同的材料，具體地，可以是堇青石，堇青石形成材料，碳化娃，娃/碳化娃復(fù)合材料，氮化硅，莫來石，氧化鋁，硅石，尖晶石，碳化硅/堇青石復(fù)合材料，硅酸鋁鋰，鈦酸鋁等。
[0114](2)第二種方法
[0115]在第一種方法具有被研磨的端表面的多個干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以以它們的孔眼壁端表面移位的方式被連接，在它們的外圍表面上整體地由上述涂料涂覆，并且隨后被燒結(jié)以制成它們的孔眼壁移位的陶瓷蜂窩狀過濾器。在該方法的情況中，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)與涂料整體地被燒結(jié)，以獲得具有陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度連接的更堅(jiān)固的陶瓷蜂窩狀過濾器。
[0116](3)第三種方法
[0117]在第二種方法中干燥的多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)被燒結(jié)以形成陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以它們的孔眼壁端部移位并且在它們的外圍表面上整體地由涂料涂覆的方式被連接，以獲得它們的孔眼壁端部移位的陶瓷蜂窩狀過濾器?？梢栽跓Y(jié)之后進(jìn)行端表面的研磨。[0118](4)其它方法
[0119]⑴周邊倒角和圓形部的形成
[0120]如圖8所示，多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12，13，14可以在端表面周邊上設(shè)置有倒角6或圓形部7。當(dāng)具有形成在周邊上的倒角6或圓形部7的多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12，13，14以它們的孔眼壁移位并且在外圍表面上由涂料涂覆的方式被連接時，陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)上的涂料在連接部中比在外圍表面中厚，從而增強(qiáng)連接部的強(qiáng)度。可以在干燥或燒結(jié)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)之后形成結(jié)倒角6或圓形部7。
[0121](ii)在外圍表面上開口的孔眼的形成
[0122]例如，通過依靠機(jī)械加工如上所述形成的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面的去除，獲得一種陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，它在它的在垂直于軸線的橫截面中的每300mm的長度上具有在外圍表面上部分地或全部開口的1-5個孔眼，如圖10所示。干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面通過機(jī)械加工被去除，使得它的軸線從孔眼2的軸線傾斜預(yù)定角度。加工后的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)可以在垂直于干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的兩端上被進(jìn)一步地加工，以獲得在平行于軸線的橫截面中具有在外圍表面上部分地或全部開口的孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。為了在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的每單位長度(300mm)上具有在外圍表面上部分地或全部開口的1-5個孔眼，以在干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線和孔眼2的軸線之間具有合適調(diào)整的角度的方式進(jìn)行加工?？梢栽跓Y(jié)干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行通過機(jī)械加工對外圍表面的去除。
[0123]用于制造在它的平行于軸線的橫截面中的每300mm的長度上包括在外圍表面上部分地或全部開口的1-5個孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的另一種方法包括從擠出成型機(jī)垂直地(在重力方向上)擠出陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及通過調(diào)整被施加以支撐陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的下端部的作用力的方向和等級，使陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的孔眼離開它們的軸線彎曲。所產(chǎn)生的具有離開軸線彎曲的孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)被干燥，并且它的外周邊部通過機(jī)械加工被去除，以便加工后的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有相對于孔眼2的軸線傾斜預(yù)定角度的軸線。垂直于該干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線在兩個端部上對該干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工提供了在它的在平行于軸線的橫截面中的每300mm的長度上包括在外圍表面上部分地或全部開口的1-5個孔眼的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)?？梢栽跓Y(jié)干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行通過機(jī)械加工對外圍表面的去除。
[0124](iii)粘合材料
[0125]可以經(jīng)由粘合材料布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中它們的孔眼壁移位。粘合材料的使用加強(qiáng)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的連接部，使得它抗破損。如圖14(a)和14(b)所示，粘合材料21優(yōu)選地被涂覆至相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12的端表面的周邊部。陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面的粘合材料21被涂覆到其上的周邊部是指端表面的從最外周邊到5倍孔眼間距的深度的區(qū)域。粘合材料21可以被涂覆至干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)或燒結(jié)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。如圖14(c)和14(d)所示，粘合材料不需要被涂覆至整個周邊區(qū)域，而且可以根據(jù)粘接強(qiáng)度涂覆至所希望的周邊部。
[0126]粘合材料可以是與陶瓷纖維，無機(jī)粘合劑等混合的陶瓷材料，或者與耐熱陶瓷纖維，陶瓷顆粒，水泥等單獨(dú)地或組合地混合的陶瓷材料。如果需要，可以添加有機(jī)粘合劑、無機(jī)粘合劑等。上述陶瓷材料可以與陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的材料相同或不同。具體地，可以采用從由堇青石、堇青石形成材料、碳化硅、硅和碳化硅的復(fù)合材料、莫來石、氧化鋁、硅石、尖晶石、碳化硅和堇青石的復(fù)合材料、硅酸鋁鋰和鈦酸鋁構(gòu)成的組中選擇的至少一種。
[0127]如圖14(a)_14(d)所示，經(jīng)由粘合材料21設(shè)置陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12，其中在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11，12的端表面之間具有0.01-3mm的間隙。被涂覆至端表面的粘合材料21的一部分可以進(jìn)入端表面上的孔眼，從而堅(jiān)固地粘合陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0128](iv)孔眼壁移位的布置方法
[0129]將說明用于以它們的孔眼壁在端表面上移位的方式布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法。每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面被切割或研磨至預(yù)定軸向長度，可以根據(jù)所連接的陶瓷蜂窩狀過濾器的總長度和陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量恰當(dāng)?shù)卮_定該預(yù)定軸向長度。雖然不是限制性的，所有陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)優(yōu)選地具有相同的軸向長度，但可以組合使用具有不同軸向長度的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。在干燥陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)之后，可以在燒結(jié)之前或之后進(jìn)行它的端表面的機(jī)械加工。
[0130]圖15(a)至15(e)和16(a)至16(e)示出用于以多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁在端表面上移位的方式布置所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的粘合設(shè)備80。粘合設(shè)備80包括其上布置陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的工作臺81，和用于定位布置在工作臺81上的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的裝置。工作臺81可以沿X和Y方向在水平平面上移動，并圍繞工作臺81的中心軸線轉(zhuǎn)動。定位裝置可以采用金屬和/或非金屬線部件或光線。金屬和/或非金屬線部件可以是鋼絲、銅線、陶瓷纖維、尼龍(商標(biāo))纖維、紗線、細(xì)絲等，光線可以是光束、激光束等。圖15(a)至15(e)和16(a)至16(e)示出包括作為定位裝置的兩個激光束源82，83的粘合設(shè)備80的示例。由支撐桿84，85支撐的兩個激光束源82，83能夠上下移動，并且可以固定在任意位置處，使得從激光束源82，83水平地發(fā)射的光線與光軸821，831垂直地相交叉。
[0131](A)在孔眼壁厚度方向上的移位方法
[0132]以下參照圖15(a)至15(e)在(al)至(el)中說明用于以孔眼壁端表面在孔眼壁厚度方向上移位的方式布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法。
[0133](al)在激光束源82，83固定在大致等于第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的軸向長度的高度處的情況下，第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11被以一個端表面在下面的方式被放置在工作臺81上，并且被定位使得在另一個端表面上，從一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁111-2與從激光束源82發(fā)射的激光束的光軸821大致對齊，并且垂直于該任意孔眼壁111-2的孔眼壁111-3與從激光束源83發(fā)射的激光束的光軸831大致對齊[圖15(a)]。
[0134](bl)工作臺81在0.1-0.5倍孔眼壁間距的范圍內(nèi)沿X和/或Y方向(垂直于孔眼壁厚度方向)移動[圖15(b)]。
[0135](Cl)在激光束源82，83進(jìn)一步移動至大致等于第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的軸向長度的高度并固定的情況下，第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12以一個端表面在下面的方式被放置在第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12上，并且被定位使得在另一個端表面上，從一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁111-2與從激光束源82發(fā)射的激光束的光軸821大致對齊，并且垂直于該任意孔眼壁111-2的孔眼壁111-3與從激光束源83發(fā)射的激光束的光軸831大致對齊[圖15(c)]。
[0136](dl)工作臺81在0.1-0.5倍孔眼壁間距的范圍內(nèi)沿X和/或Y方向移動[圖15(d)]。[0137](el)類似地，在工作臺81移動的情況下，通過采用激光束源82，83的定位裝置，將第三陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)13定位在第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12上[圖15 (e)]。
[0138]當(dāng)連接4個或更多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)時，可以重復(fù)如與(Cl)和(dl)中相同的操作以布置期望數(shù)量的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0139](B)借助于圍繞中心軸線的旋轉(zhuǎn)的移位方法
[0140]參照圖16(a)至16(e)在以下(a2) to (e2)中說明用于以孔眼壁在它們的端部處在旋轉(zhuǎn)方向上移位的方式布置多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的方法。
[0141](a2)在激光束源82固定在大致等于第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11的軸向長度的高度處的情況下，第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)11以一個端表面在下面的方式被布置成與工作臺81同軸，使得在另一個端表面上，從一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁111-2與從激光束源82發(fā)射的激光束的光軸821大致對齊[圖16(a)]。
[0142](b2)工作臺81在35-55。的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動[圖16 (b)]。
[0143](c2)在激光束源82進(jìn)一步移動并固定至大致等于第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12的軸向長度的高度的情況下，第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12以一個端表面在下面的方式被放置在第一陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12上，使得在另一個端表面上，從一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁111-2與從激光束源82發(fā)射的激光束的光軸821大致對齊[圖16(c)]。
[0144](d2)工作臺81在35-55。的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動[圖16⑷]。
[0145](e2)同樣地，通過包括激光束源82的定位裝置，將第三陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)13放置在第二陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)12上[圖16(e)]，并且工作臺81轉(zhuǎn)動預(yù)定角度。
[0146]當(dāng)連接4個或更多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)時，可以重復(fù)如與步驟(c2)和(d2)中相同的操作以堆疊期望數(shù)量的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0147]雖然在上面的說明中采用包括激光束源的定位裝置，但可以采用可以與陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面上的從一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁大致對齊的任何裝置。例如，也可以通過諸如鋼絲、銅線、陶瓷纖維、尼龍(商標(biāo))纖維、紗線、細(xì)絲等之類的線狀部件和除激光束之外的光線進(jìn)行定位。
[0148]示例
[0149]將通過下面的示例進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，不存在將本發(fā)明限制到這些示例的意圖。
[0150]高嶺土粉末、滑石粉末、硅石粉末和氧化鋁粉末以形成堇青石形成材料粉末，其具有包括51% (按質(zhì)量計)的SiO2, 35% (按質(zhì)量計)的Al2O3,和14% (按質(zhì)量計)的MgO的化學(xué)成分。100份(按質(zhì)量計)這種堇青石形成材料粉末與8份(按質(zhì)量計)粘合劑(甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素)、潤滑劑，和作為孔形成材料的具有40 μ m的平均顆粒大小的7.0份(按質(zhì)量計)泡沫樹脂完全干燥混合，并且隨后與水混合，以形成可塑性模壓陶瓷材料。
[0151]采用如圖7所示在模制凹槽的交叉部中包括具有曲率半徑Rl = 0.05mm和R2 =
0.02_的彎曲角部(圓形部)的擠出成型模具，可模壓陶瓷材料被擠出，并被切斷成預(yù)定長度。所產(chǎn)生的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)由微波干燥器干燥20分鐘，以獲得具有0.30mm的孔眼壁厚度、180個孔眼/英寸2的孔眼密度、71%的開口比的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中孔眼的相對角部具有曲率半徑Rl = 0.05mm和R2 = 0.02mm(參見6)。該干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面被機(jī)械加工以使得它的軸線相對于孔眼的軸線傾斜預(yù)定角度，從而獲得長度為300mm和外徑為270mm的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A。在平行于軸線的橫截面中在加工后的干燥體的外圍表面上部分地或全部開口的孔眼的數(shù)量是2。
[0152]除了改變擠出成型模具中的模制凹槽的厚度和間距、以及干燥體的外圍表面的加工角度之外，以與干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A中相同的方式制造具有表1中示出的結(jié)構(gòu)的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)B至M。干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)E和F由孔形成材料的量減少至5.0份(按質(zhì)量計)的可模壓陶瓷材料形成，干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)M通過采用不具有圓形部的擠出成型模具被制成。
[0153]這些未燒結(jié)的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A至M在燒結(jié)爐中以1410°C的最高溫度被燒結(jié)8天，以獲得陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A至M。順便提及,采用了分別切斷成150mm、75mm、37.5mm和25mm的長度的未燒結(jié)的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A至M和燒結(jié)的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)A至M。
[0154]表1
[0155]
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷蜂窩狀過濾器，用于從廢氣中去除顆粒物質(zhì)，該陶瓷蜂窩狀過濾器包括多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有由多孔孔眼壁隔開的大量孔眼，所述多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)沿軸向方向被端對端地連接， 至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以孔眼壁的至少一部分移位的方式被連接； 任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼的開口面積比AcX=Atl2 / A01)的平均值是0.9或更小，其中Atll表示垂直于廢氣上游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的橫截面中的每個孔眼的開口面積，Atl2表示該孔眼在被相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁的上游側(cè)端表面變窄之后的開口面積；并且 所述下游側(cè)陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)在孔眼壁端表面上具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)，并且在孔眼壁內(nèi)表面上具有15 μ m或更大的粗糙度(最大高度Rz)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中AAmax的最大值等于或大于0.1且小于I，AAmax是任意連續(xù)的五行五列中的25個孔眼中的任意孔眼的開口面積比(Atl)和與所述任意孔眼相鄰的孔眼的開口面積比(A1, A2, A3, A4...)之間的差的最大絕對值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中所述相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以它們的孔眼壁沿厚度方向移位0.1-0.5倍于孔眼壁間距的方式被連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中所述相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以它們的孔眼壁圍繞它們的中心軸線在旋轉(zhuǎn)方向上移位、一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁和另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔眼壁之間的角度在35-55°的范圍內(nèi)的方式被連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中所述陶瓷蜂窩狀過濾器由2-15個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中在沿縱向方向觀看時每個孔眼包括具有弓形角部的四邊形橫截面，一對相對的角部具有大于另一對相對的角部的曲率半徑的曲率半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中所述相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)以端到端間隙是0.01-3mm的方式被連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中多個所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有75%或更小的開口比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中至少一組相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)具有不同的開口比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的陶瓷蜂窩狀過濾器，其中在平行于每個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線的橫截面中，(a)相鄰的孔眼壁是平行的，并且(b)在外圍表面上部分地或全部地開口的孔眼的數(shù)量在陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的每300mm長度上是I~5個。
11.一種用于通過軸向地連接多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，包括下述步驟: 以蜂窩狀形狀擠出可模壓陶瓷材料， 將擠出的可模壓陶瓷材料切斷成預(yù)定長度， 干燥切斷的擠出物以形成多個干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及 燒結(jié)布置好的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，其中燒結(jié)的所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面由涂料整體地涂覆。
13.一種用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，該陶瓷蜂窩狀過濾器包括沿軸向方向被連接的多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該方法包括下述步驟: 以蜂窩狀形狀擠出可模壓陶瓷材料， 將擠出物切斷成預(yù)定長度， 干燥切斷的擠出物以形成多個干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 用涂料整體地涂覆布置好的干燥的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面，以及 燒結(jié)所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
14.一種用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，該陶瓷蜂窩狀過濾器包括沿軸向方向被連接的多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，該方法包括下述步驟: 以蜂窩狀形狀擠出可模壓陶瓷材料， 將擠出物切斷成預(yù)定長度， 干燥并燒結(jié)切斷的擠出物以形成多個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)， 以孔眼壁在它們的端部處移位的方式布置所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)，以及 用涂料整體地涂覆布置好的所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的外圍表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)所述的用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，其中將粘合材料涂覆至所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面的周邊部，以用所述粘合材料連接所述陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項(xiàng)所述的用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，其中通過下述方式在孔眼壁移位的情況下連接相鄰的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu): (a)將定位裝置與從一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面上的一個外圍端部延伸至另一個外圍端部的任意孔眼壁大致對齊， (b)在X和/或Y方向上將所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)移動預(yù)定距離，或者圍繞所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的軸線將它轉(zhuǎn)動預(yù)定角度，以及 (c)通過與用于所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)相同的定位方法將另一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)布置在所述一個陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)的端表面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制造陶瓷蜂窩狀過濾器的方法，其中所述定位裝置是金屬和/或非金屬線狀部件或光線。
【文檔編號】F01N3/021GK103648605SQ201280026598
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月1日
【發(fā)明者】岡崎俊二, 曾我航, 小松順二 申請人:日立金屬株式會社