包含水泥外表皮及水泥的蜂窩結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】包含水泥外表皮及水泥的蜂窩結(jié)構(gòu)
[0001] 本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2011/062345，國(guó)際申請(qǐng)日為2011年11月 29日，進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的申請(qǐng)?zhí)枮?01180065906. 6,發(fā)明名稱為"包含水泥外表皮及水 泥的蜂窩結(jié)構(gòu)"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)交叉參考
[0003] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C. § 119,要求2010年11月29日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列第 61/417,616號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容作為參考并入本文中。
【背景技術(shù)】 發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明一般設(shè)及蜂窩結(jié)構(gòu)，具體是陶瓷蜂窩顆粒過(guò)濾器及基材，該顆粒過(guò)濾器和 基材包含外皮層，該外皮層呈現(xiàn)出與下方的蜂窩體改善的熱膨脹相容性。
[000引技術(shù)背景
[0006] 由于其效率，耐久性及經(jīng)濟(jì)方面的原因，更多的興趣已朝向柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，由 于他們對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的有害影響，柴油機(jī)排放物在美國(guó)和歐洲都受到砰擊。因此，更嚴(yán)格的 環(huán)境法規(guī)要求柴油發(fā)動(dòng)機(jī)保持和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的標(biāo)準(zhǔn)。因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和排放 物控制公司正努力W獲得更快，更干凈的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)滿足消費(fèi)者用最少的 費(fèi)用，符合在所有操作條件下最嚴(yán)格的要求。
[0007] 由于不可預(yù)知的干燥及燒縮，目前不能制造出由原始設(shè)備制造商（OEM)和供應(yīng)鏈 設(shè)定的嚴(yán)格尺寸要求的具有大直徑的柴油顆粒過(guò)濾器及基材。因此，冷凝陶瓷水泥已被用 來(lái)形成堇青石整體的外表皮。將冷凝陶瓷水泥進(jìn)行混合并施加于燒制的，波狀的基材上，然 后可W將濕的表皮在外部環(huán)境下或在升高的溫度下通過(guò)對(duì)流或微波干燥進(jìn)行干燥。然后干 燥的部分準(zhǔn)備接收催化劑涂層及任何其他所需的下游處理。
[000引 目前的表皮設(shè)計(jì)表現(xiàn)出最終應(yīng)用和中間加工及操作之間的物理性能要求的沖突。 在使用中，材料必須具有低熱膨脹及高抗熱震性（低彈性模量）W承受惡劣的熱梯度。為 了達(dá)到該些性能，為了表皮提性最大化需高孔隙率和弱連結(jié)。為了承受運(yùn)輸，操作和/或加 工（包括在催化期間的極端抑暴露），需要高強(qiáng)度和抗碎屑/抗磨損性。為了達(dá)到該些性 能，為了表皮強(qiáng)度最大化需要低孔隙率及表皮和陶瓷體之間的強(qiáng)連結(jié)。
[0009] 為了達(dá)到上述性能之間的平衡，之前的嘗試致力于將研磨的堇青石作為表皮中的 填料W得到低熱膨脹系數(shù)（CTE)。然而，即使研磨的堇青石能夠制造具有減小的CTE的表 皮，所得的CTE也不夠低到能夠滿足快速加熱和冷卻循環(huán)的最極端的烘箱熱處理?xiàng)l件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在一個(gè)實(shí)施方式中，揭示了包含蜂窩體的蜂窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩體包括多個(gè)孔，所述孔 在蜂窩體的第一和第二相對(duì)端面之間軸向延伸，所述孔包含相交的多孔壁；在蜂窩體外周 沉積的水泥混合物，該水泥混合物包含第一玻璃粉末填料W及第二玻璃粉末填料，所述第 一玻璃粉末填料的第一粒度分布的D50約為10-50 ym，所述第二玻璃粉末填料的第二粒度 分布的D50約為150-300 y m，其中，所述第一和第二玻璃粉末是無(wú)定形的融烙二氧化娃。水 泥混合物可W是生巧水泥混合物，其中，該水泥混合物可W是干燥的但未鍛燒的，或者水泥 混合物可W是鍛燒的水泥混合物。水泥混合物從600°C冷卻到室溫的平均熱膨脹系數(shù)等于 或小于約15xl〇-V°C，優(yōu)選等于或小于約10xl〇-V°C。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，水泥混合物是鍛燒的水泥混合物，水泥混合物的熱膨脹系數(shù) 基本上等于蜂窩體的熱膨脹系數(shù)。水泥混合物還可W包含堇青石或莫來(lái)石。水泥混合物還 可W包含膠體二氧化娃顆粒，其中，該膠體二氧化娃顆粒的最大粒度小于1 ym。
[0012] 第一玻璃粉末填料的第一粒度分布的D10優(yōu)選約為1-10 ym，D90優(yōu)選約為 25-125 ym。第二玻璃粉末填料的第二粒度分布的D10優(yōu)選約為100-150 ym，D90優(yōu)選約為 250-350 ym。第一玻璃粉末填料占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的20-60重量％。 第二玻璃粉末填料占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的10-40重量％。第二玻璃粉末 填料與第一玻璃粉末填料之比優(yōu)選約為1:4-1:1。
[0013] 在一些實(shí)施方式中，在加熱至溫度600°C持續(xù)30分鐘，然后自然冷卻至23°C后，陶 瓷結(jié)構(gòu)的鍛燒的水泥表皮在放大10倍下無(wú)可見(jiàn)裂紋。目P，該陶瓷結(jié)構(gòu)在烙爐中加熱至溫度 600°C，在600°C下保持30分鐘，然后從烙爐取出放入約23°C的周?chē)髿庵胁⑹蛊淅鋮s，無(wú) 需強(qiáng)制冷卻（吹冷空氣等）。在一些其他的實(shí)施方式中，在加熱至溫度l〇〇〇°C持續(xù)30分鐘， 然后自然冷卻至23°C后，陶瓷結(jié)構(gòu)的鍛燒的水泥表皮在放大10倍下無(wú)可見(jiàn)裂紋。
[0014] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，描述了一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括擠出蜂窩體， 該蜂窩體包含多個(gè)孔，所述孔在蜂窩體的第一和第二相對(duì)端面之間軸向延伸，所述孔包含 相交的多孔壁；使蜂窩體成形，從而繞著蜂窩體外周暴露部分多孔壁；用水泥混合物涂覆 成形的蜂窩體外周，所述水泥混合物包含第一玻璃粉末填料和第二玻璃粉末填料，其中，第 一玻璃粉末填料的第一粒度分布的D50約為10-50 y m，第二玻璃粉末填料的第二粒度分布 的D50約為150-300 y m，從而形成蜂窩體，并干燥水泥混合物。優(yōu)選地，干燥后的水泥混合 物的熱膨脹系數(shù)小于15xl〇-V°C。
[0015] 第一和第二玻璃粉末填料可W是，例如融烙二氧化娃。第一粒度分布優(yōu)選D10 約為1-10 ym，D90約為25-125 ym。第二粒度分布的D10約為100-150 ym，D90約為 250-350 y m。第一玻璃粉末填料優(yōu)選占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的約20-60重 量％。第二玻璃粉末填料優(yōu)選占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的約10-40重量％。
[0016] 一般在小于1000°C的溫度對(duì)水泥混合物進(jìn)行干燥。水泥混合物還可W包含陶瓷強(qiáng) 化纖維。干燥后的水泥混合物的斷裂模量?jī)?yōu)選約為20-6化g/cm 2。
[0017] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，揭示了應(yīng)用于陶瓷蜂窩體的水泥混合物，該水泥混合物包 含第一玻璃粉末填料、第二玻璃粉末填料W及無(wú)機(jī)粘合劑材料，所述第一玻璃粉末填料 的第一粒度分布的D50約為10-50 ym ;所述第二玻璃粉末填料的第二粒度分布D50約為 150-300 ym。所述第一和第二玻璃粉末填料可W是，例如融烙二氧化娃。第一粒度分布的 D10約為1-10 ym，D90約為25-125 ym。第二粒度分布的D10約為100-150 ym，D90約為 250-350 y m。第二玻璃粉末填料與第一玻璃粉末填料之比約為1:4-1:1。所述無(wú)機(jī)粘合劑 材料優(yōu)選包含膠體二氧化娃或膠體氧化侶。直徑等于或大于1 ym的無(wú)機(jī)顆粒材料的粒度 分布可W例如是雙峰的。
[0018] 第一玻璃粉末填料占水泥混合物的無(wú)機(jī)組分的總重量的30-40重量％。例如，第 一玻璃粉末填料可占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的25-50重量％，水泥組合物的 無(wú)機(jī)固體組分的總重量的30-50重量％，水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的30-50重 量％，水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的30-45重量％，水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分 的總重量的30-40重量％或水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的30-35重量％。
[0019] 第二玻璃粉末填料優(yōu)選占水泥混合物的無(wú)機(jī)組分的總重量的15-25重量％。第二 玻璃粉末填料優(yōu)選占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的10-35重量％。例如，第二玻 璃粉末填料可占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的15-35重量％，水泥組合物的無(wú)機(jī) 固體組分的總重量的20-35重量％，水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的25-35重量％ 或水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的30-35重量％。
[0020] 在一些實(shí)施方式中，水泥混合物還可W包含纖維陶瓷強(qiáng)化材料。纖維強(qiáng)化材料優(yōu) 選占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的約35-45重量％或水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組 分的總重量的約35-40重量％。
[0021] 無(wú)機(jī)粘合劑材料的固體部分占水泥組合物的無(wú)機(jī)固體組分的總重量的約0-15重 量％，優(yōu)選約2-4重量％。
[0022] 在W下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特性和優(yōu)點(diǎn)對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，或通過(guò)按照本文所述實(shí)施本發(fā)明而被認(rèn) 可，包括W下的詳細(xì)描述，權(quán)利要求書(shū)，及附圖。
[0023] 應(yīng)理解前面的一般描述及W下的詳細(xì)描述介紹了本發(fā)明的實(shí)施方式，用來(lái)提供理 解要求保護(hù)的本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一 步的理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖圖示說(shuō)明了本發(fā)明的一 些實(shí)施方式，并與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理和操作。
[0024] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0025] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)的透視圖；
[0026] 圖2是圖1的蜂窩體的端視圖；
[0027] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的