專利名稱：一種燒結(jié)蜂窩體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的內(nèi)容涉及一種由耐高溫腐蝕的薄鋼板層制造燒結(jié)的蜂窩體的方法。這種蜂窩體特別是作為催化劑載體和/或吸附材料基體應(yīng)用于汽車的排氣裝置中。
由WO96/08336已知一種由至少部分形成某種表面結(jié)構(gòu)(strukturiert)的卷繞的、纏結(jié)的或分層的鋼板層制造金屬結(jié)構(gòu)，特別是催化劑載體的方法，其中鋼板層用或不用輔助材料地進(jìn)行熱處理，以形成鋼板層的金屬連接。
輔助材料可以是一種粉狀釬焊劑，它涂在鋼板層的待焊接區(qū)域上。由DE2924592A1已知用來涂抹焊料的不同方法。
按WO96/08336鋼板層之間連接區(qū)的形成也可以不用輔助材料通過這樣的方法進(jìn)行，即進(jìn)行一種熱處理，熱處理的溫度在鋼板層熔點(diǎn)之下，從而使鋼板層相互燒結(jié)。
由DE2947694A1還知道，通過以下方法使燒結(jié)過程簡化，即鋼板層在燒結(jié)的前配備一金屬涂層。在實(shí)際上用來形成蜂窩體，特別是用于催化劑載體的燒結(jié)技術(shù)迄今為止沒有形成。
在將蜂窩體用在排氣系統(tǒng)中時(shí)重要的是，它們可以被很快地加熱。質(zhì)量的減小對(duì)此特別重要，并可以通過采用比較薄的鋼板層達(dá)到。在已知催化劑載體中鋼板厚度大多為40至50μm。在鋼板層厚度小于或等于35μm時(shí)已經(jīng)斷定催化劑載體的質(zhì)量很難保證，如果鋼板層借助于釬焊方法相互連接的話，焊料的堆積可能導(dǎo)致連接部位的合金化，這降低耐高溫腐蝕強(qiáng)度。
從這一情況出發(fā)本發(fā)明的目的是，提供一種用來制造高質(zhì)量的高級(jí)金屬蜂窩體的方法，這種蜂窩體含有厚度小于或等于35μm的金屬板層。同時(shí)這種方法應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)的。還應(yīng)該提供一種相應(yīng)地制造的、非釬焊連接的蜂窩體。
這個(gè)目的的通過具有權(quán)利要求1特征的金屬蜂窩體的制造方法和通過具有權(quán)利要求7特征的蜂窩體實(shí)現(xiàn)。優(yōu)良的結(jié)構(gòu)在各從屬權(quán)利要求中給出。
按本發(fā)明的用來制造金屬蜂窩體的方法具有以下步驟通過堆疊和/或卷繞含鉻和鋁的鋼板層形成蜂窩體，鋼板層的厚度小于或等于35μm，并且其中至少部分是形成某種表面結(jié)構(gòu)的鋼板層，使得蜂窩體具有流體可流通的通道；將蜂窩體裝入外殼管中；通過熱處理，特別是通過燒結(jié)，在相鄰鋼板層之間形成連接，其中蜂窩體以平均溫度瞬態(tài)為至少25k/min，尤其是至少為30k/min[開爾文/分]加熱到超過1100℃，最好是約1150℃至1190℃，并重新冷卻。
與普通的釬焊或燒結(jié)方法相比迅速的升溫首先是非常有利的，因?yàn)橛纱丝s短了生產(chǎn)時(shí)間，但是迅速升溫在鋼板層表面上的化學(xué)過程方面也是有利的，因?yàn)闇p少了惡化結(jié)合的氧化過程，而有利于形成例如碳化物，特別是碳化鉻，它促進(jìn)結(jié)合。因?yàn)楸′摪寰哂行〉臒崛萘?，可以快速升溫，使得完全可以避免為了爐內(nèi)溫分布的均勻化在一定的溫度下的保溫時(shí)間。這樣整個(gè)熱結(jié)合過程可以縮短到90分鐘或更少。平均溫度瞬態(tài)理解為在爐內(nèi)從起始溫度到最高溫度的整個(gè)加熱過程中單位時(shí)間內(nèi)的平均溫度變化，或在冷卻過程中單位時(shí)間內(nèi)的相應(yīng)溫度變化。
在按本發(fā)明的方法中使熱處理在真空中或至少是負(fù)壓下處于一定的氣氛中進(jìn)行也是有利的，以避免不希望的氧化并按目標(biāo)控制蜂窩體的表面性能。
鋼板層最好在形成蜂窩體之前配設(shè)一種具有高碳含量的，特別是石墨粉形式的軋制(用潤滑)油，由此形成在熱處理時(shí)促進(jìn)燒結(jié)過程的碳層。在通過冷軋制造具有希望厚度的鋼板時(shí)反正總是要使用軋制油，但是在通常的蜂窩體制造過程中軋制油大多在熱處理前或熱處理時(shí)去除掉。但是按本發(fā)明選擇這樣一種軋制油，它在熱處理時(shí)形成殘留物，它主要包含碳，因?yàn)檫@有利于燒結(jié)過程。通過給軋制油添加例如石墨，最好是細(xì)粉末形式的石墨，它還可以變得更濃。此外石墨有這樣的優(yōu)點(diǎn)，它起潤滑作用，這在非常薄的板上形成某種表面結(jié)構(gòu)，特別是波紋，例如用于按本發(fā)明的蜂窩體時(shí)有很大的好處。
其次按本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施形式通過按要求施加應(yīng)力或通過消除應(yīng)力來影響個(gè)別區(qū)域內(nèi)形成的結(jié)合的數(shù)量，特別是在由許多大致成螺旋形或漸開線形分布的鋼板層組成的蜂窩體時(shí)。
應(yīng)該指出，加熱的快速性，軋制油的種類和按要求施加應(yīng)力或消除應(yīng)力分別單獨(dú)地，但是也可以按任意的組合，有利地用于燒結(jié)過程。
在熱處理后面接著是冷卻工步。這可以在真空或保護(hù)氣體下進(jìn)行?？赡艽嬖诘摹⒁院笤谟么呋钚圆牧匣蛭讲牧贤扛矔r(shí)可能產(chǎn)生干擾的殘存碳可以在冷卻過程中通過按要求添加保護(hù)氣體-氧氣氣氛去除。這時(shí)殘存碳燃燒并形成一定的氧化層，它改善以后涂層的附著性。
所提出的目的還通過由含鉻和鋁的鋼板層的堆疊和/或卷繞形成的蜂窩體來實(shí)現(xiàn)，鋼板層中至少部分是形成某種表面結(jié)構(gòu)的，在接觸部位相互接觸的鋼板層，因此蜂窩體具有可由流體流通的通道，并被一外殼管包裹，其中鋼板層具有小于或等于35μm的厚度；并且至少部分接觸部位具有至少一個(gè)結(jié)合區(qū)，它包含碳化物，特別是碳化鉻。這種蜂窩體機(jī)械方面非常牢固并且耐高溫腐蝕，即使板厚為35μm或甚至小于25μm。
本發(fā)明其它細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)借助于在附圖中所示的實(shí)施例加以說明。
附圖表示

圖1用端側(cè)視圖示意表示一蜂窩體，和圖2用橫截面放大表示相互結(jié)合的鋼板層。
在圖1中所示的蜂窩體展示催化劑載體的一種舉例的結(jié)構(gòu)造型。蜂窩體也可以是其它結(jié)構(gòu)造型和幾何形狀。
首先由交替的光滑板層1和波紋板層2組成的、形成通道9的鋼板堆形成一具有規(guī)定高度和規(guī)定長度的堆。根據(jù)加工方法和所希望的、待制造的橫截面的不同鋼板堆在制造過程開始時(shí)不必非堆裝成具有平整側(cè)面的長方體不可。其它形狀，例如平行四邊形等等，在制造時(shí)可能是有利的。然后將這種鋼板堆借助于一托架或類似的起固定作用的裝置夾住固定點(diǎn)3，4，并通過托架的旋轉(zhuǎn)或鋼板堆末端相向彎曲纏結(jié)。用這種方法形成在圖1中示意表示的形狀。
纏結(jié)的鋼板層1，2裝在一外殼管5內(nèi)。外殼管也可以由許多部段(扇形塊)組成。
這樣準(zhǔn)備好的蜂窩體可以配有含碳和/或碳化合物的涂層。涂層在鋼板層1，2通過堆疊和/或卷繞加工成載體前便已經(jīng)涂在鋼板層上。特別是碳可以包含在在冷軋時(shí)所用的軋制油中，特別是以附加地包含在油中的石墨粉的形式。
這樣準(zhǔn)備好的蜂窩體經(jīng)過一次熱處理，特別是一燒結(jié)過程，通過此過程使鋼板層在連接區(qū)內(nèi)相互結(jié)合。在熱處理期間進(jìn)行軋制油的分解，在表面上形成碳化物，特別是碳化鉻，這對(duì)鋼板層的相互結(jié)合強(qiáng)度作出貢獻(xiàn)。鋼板層的厚度最好約為15至25μm。
在圖2中放大表示相鄰鋼板層1，2的連接區(qū)。連接區(qū)6，7燒結(jié)在一起并具有碳化鉻。在制造蜂窩體時(shí)通過調(diào)整工具可以控制蜂窩體內(nèi)部的應(yīng)(壓)力，從而影響在接觸部位鋼板層之間的壓緊力。在不是由少量板層螺旋形卷繞、而是由許多單塊鋼板1，2組成且鋼板末端通向外殼管并固定在那里的蜂窩體中也可以通過按要求消除應(yīng)力，例如通過輾壓(往復(fù)彎曲式平整)(Walken)或錘擊來控制蜂窩體橫截面上的應(yīng)力分布。這樣一帶應(yīng)力制造的接著通過輾壓的這種結(jié)構(gòu)形式的蜂窩體在外部區(qū)域8內(nèi)(見圖1)具有比內(nèi)部更多的結(jié)合點(diǎn)6，7，這改善其機(jī)械性能。還應(yīng)該指出，雖然按照本發(fā)明鋼板1，2的相互結(jié)合通過燒結(jié)進(jìn)行，但是根據(jù)對(duì)這種結(jié)合的附著性要求的不同與外殼管的結(jié)合既可以通過燒結(jié)，也可以通過釬焊進(jìn)行。
附圖標(biāo)記表1光滑鋼板層 2波紋鋼板層3，4固定點(diǎn)5外殼管6，7連接區(qū)8外橫截面區(qū)9通道
權(quán)利要求
1.制造金屬蜂窩體的方法，具有以下工步由含鉻和鋁的鋼板層(1，2)通過堆疊和/或卷繞形成蜂窩體，鋼板層的厚度小于或等于35μm，并且其中至少一部分是形成某種表面結(jié)構(gòu)的鋼板層(1，2)，因此蜂窩體具有可由流體流通的通道(9)；將蜂窩體裝入外殼管(5)；通過熱處理，特別是通過退火過程(Gluehprozess)形成相鄰鋼板層(1，2)之間的結(jié)合，其中蜂窩體以一至少分別為25K/min，尤其是分別至少為30K/min(卡爾文/分)的平均溫度瞬態(tài)加熱到1100℃以上，尤其是約1150℃至1190℃，并重新冷卻。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中熱處理在負(fù)壓下或真空中進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中鋼板在形成蜂窩體之前配備油，尤其是軋制油，這種油在鋼板冷軋時(shí)已經(jīng)涂上，當(dāng)加熱蜂窩體時(shí)，它通過其化學(xué)成分和/或添加劑在鋼板表面上形成一富碳層。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其中給軋制油混入作為添加劑的石墨，特別是細(xì)粉末，以提高碳含量。
5.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其中蜂窩體在熱處理前有目的地通過輾壓(Walken)，錘擊等等至少在部分區(qū)域內(nèi)部消除應(yīng)力，以便在該部分區(qū)域內(nèi)達(dá)到接觸部位的高和均勻的結(jié)合質(zhì)量。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其中蜂窩體是一具有大量大致螺旋形或漸開線形向外伸展的鋼板層(1，2)的物體，該物體通過按要求施加應(yīng)力和/或在外部區(qū)域(8)內(nèi)的輾壓得到一種應(yīng)力分布，這時(shí)在外部區(qū)域(8)內(nèi)鋼板層(1，2)的接觸部位之間形成比橫截面的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)更多的結(jié)合。
7.蜂窩體，通過含鉻和鋁的鋼板層(1，2)的堆疊和/或卷繞構(gòu)成，鋼板層中至少部分是形成某種表面結(jié)構(gòu)的、在接觸部位相互接觸的鋼板層(1，2)，使得蜂窩體具有可由流體流通的通道(9)，并被一外殼管(5)包圍，其特征為鋼板層(1，2)具有小于或等于35μm的厚度，并且至少一部分接觸部位具有至少一個(gè)連接區(qū)(6，7)，它含有碳化物，特別是碳化鉻。
8.按權(quán)利要求7所述的蜂窩體，其特征為它通過熱處理，特別是燒結(jié)過程，建立至少一個(gè)連接區(qū)(6，7)。
9.按權(quán)利要求7或8所述的蜂窩體，其特征為至少部分鋼板層(1，2)具有約15至25μm的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造金屬蜂窩體的方法,具有以下工步:通過含鉻和鋁的鋼板層的堆疊和/或卷繞形成一蜂窩體。將蜂窩體裝入外殼管;通過熱處理形成相鄰鋼板層(1,2)之間的結(jié)合。最好鋼板層(1,2)在形成蜂窩體之前配備一種具有高碳含量的軋制油,由此在熱處理時(shí)形成一促進(jìn)燒結(jié)過程的含碳層。用這種方法可以由非常薄的鋼板層(1,2)成本低廉地制造牢固的蜂窩體。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1372500SQ00812499
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月14日
發(fā)明者F·庫爾斯, A·貝格門, H·施洛特門, G·福斯特, L·維爾斯 申請(qǐng)人:排放技術(shù)有限公司