本申請依據(jù)35U.S.C.§119要求于2014年7月25日提交的美國臨時申請系列號62/029040的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過引用將其全文納入本文。

背景

技術(shù)領(lǐng)域

本說明書總體上涉及用于過濾和/或催化劑應(yīng)用中的蜂窩體結(jié)構(gòu)，更具體而言，涉及耐缺陷的用于過濾和/或催化劑應(yīng)用中的蜂窩體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

蜂窩體結(jié)構(gòu)，例如由陶瓷材料形成的蜂窩體結(jié)構(gòu)被廣泛用作消費品和商業(yè)設(shè)備中的抗污染裝置中。例如，蜂窩體結(jié)構(gòu)可作為催化轉(zhuǎn)化器基材和顆粒物過濾器被用于車輛的尾氣排放系統(tǒng)中。蜂窩體結(jié)構(gòu)通常由限定出多個平行的氣體引導通道的薄且多孔的陶瓷壁基質(zhì)(也被稱為“網(wǎng)格”)形成。

蜂窩體結(jié)構(gòu)的這些薄且多孔的壁使結(jié)構(gòu)容易因使用過程中所經(jīng)歷的機械沖擊和/或極端的溫度起伏而損壞和/或破裂。具體而言，蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度主要受限于薄且多孔的壁中的幾何缺陷。例如，在蜂窩體結(jié)構(gòu)的制造過程中，形成結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格基質(zhì)通?？删哂幸环N或多種幾何異常，例如彎曲或網(wǎng)格缺失。蜂窩體結(jié)構(gòu)中數(shù)以千計的網(wǎng)格中的一個幾何異常就會顯著降低該蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度，有可能導致該結(jié)構(gòu)在使用和/或加工過程中發(fā)生機械失效。

通常采用檢驗系統(tǒng)來甄別制造過程中蜂窩體結(jié)構(gòu)中所產(chǎn)生的幾何缺陷。具有超出規(guī)定閾值的幾何缺陷的蜂窩體結(jié)構(gòu)會被廢棄。然而，這些缺陷的經(jīng)常出現(xiàn)會導致顯著的生產(chǎn)損耗，并且會導致生產(chǎn)成本的上升。

所以，需要替代性的方法以降低蜂窩體結(jié)構(gòu)對缺陷的敏感程度，從而改善具有這些缺陷的蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度。

發(fā)明概述

根據(jù)一種實施方式，一種由陶瓷材料形成的蜂窩體結(jié)構(gòu)或陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)包含至少一個限定蜂窩體結(jié)構(gòu)的周界的外壁。多個一級區(qū)域間壁可沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸并橫跨蜂窩體結(jié)構(gòu)的寬度。一級區(qū)域間壁可基本上彼此平行且各一級區(qū)域間壁的相反端沿著寬度方向與所述至少一個外壁相交。多個二級區(qū)域間壁可沿著軸向方向延伸并與一級區(qū)域間壁相交。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁將蜂窩體結(jié)構(gòu)的徑向截面劃分成多個區(qū)域。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁具有最大厚度為T_Zmax的單壁厚度。相鄰區(qū)域可被單個一級區(qū)域間壁或單個二級區(qū)域間壁隔開。各區(qū)域可包含多個通道壁，所述通道壁相交而將所述區(qū)域細分成多個沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸的貫通通道，各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁的厚度至少為t_C；且T_Zmax＞2t_C。

在另一種實施方式中，一種由陶瓷材料形成的蜂窩體結(jié)構(gòu)或陶瓷蜂窩體結(jié)構(gòu)可包含至少一個限定蜂窩體結(jié)構(gòu)的周界的外壁。多個一級區(qū)域間壁可沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸并橫跨蜂窩體結(jié)構(gòu)的寬度。一級區(qū)域間壁可基本上彼此平行且各一級區(qū)域間壁的相反端可沿著寬度方向與所述至少一個外壁相交。多個二級區(qū)域間壁可沿著軸向方向延伸并與一級區(qū)域間壁相交。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁可將蜂窩體結(jié)構(gòu)的徑向截面劃分成多個區(qū)域。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁具有最大厚度為T_Zmax的單壁厚度。相鄰區(qū)域可被單個一級區(qū)域間壁或單個二級區(qū)域間壁隔開。各區(qū)域可包含多個通道壁，所述通道壁相交而將所述區(qū)域細分成多個沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸的貫通通道。各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁的厚度可小于T_Zmax且大于或等于t_C。各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁在與一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的相鄰處的厚度可厚于其在各區(qū)域的中心處的厚度，且T_Zmax＞2t_C。

在以下的詳細敘述中披露了本文所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)的附加特征和優(yōu)點，其中的部分內(nèi)容對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以通過所述內(nèi)容或通過實施本文所描述的實施方式包括以下的詳細敘述、所附權(quán)利要求以及附圖而變得顯而易見。

應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都描述了各種實施方式且都旨在提供用于理解所要求保護的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的進一步理解，附圖并入本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖例示了本文所描述的各種實施方式，且與描述一起用于解釋所要求保護的主題的原理和操作。

附圖的簡要說明

圖1示意性地圖示了根據(jù)本文所展示和描述的一種或多種實施方式的蜂窩體結(jié)構(gòu)；

圖2示意性地圖示了根據(jù)本文所展示和描述的一種或多種實施方式的蜂窩體結(jié)構(gòu)的局部截面；

圖3示意性地圖示了一種蜂窩體結(jié)構(gòu)的區(qū)域的截面，其中，該區(qū)域內(nèi)的通道壁的厚度向著該區(qū)域的中心遞減；

圖4示意性地圖示了根據(jù)本文所展示和描述的一種或多種實施方式的具有六邊形貫通通道的蜂窩體結(jié)構(gòu)的局部截面；

圖5A～5C示意性地圖示了蜂窩體結(jié)構(gòu)中可能發(fā)生的幾何異常；

圖6用圖表圖示了兩種蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度(歸一化為施加的拉伸應(yīng)力的峰值的倒數(shù))隨一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的厚度而變化的情況；

圖7用圖表圖示了經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)和未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度(歸一化為施加的拉伸應(yīng)力的峰值的倒數(shù))隨中間具有切口網(wǎng)格的相鄰?fù)ǖ辣诘臄?shù)量而變化的情況；以及

圖8用圖表圖示了以下三種蜂窩體結(jié)構(gòu)的歸一化的比強度(相對等靜壓強度/堆積密度)：(1)未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)；(2)經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)；和(3)具有與經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)等價的堆積密度的未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明詳述

下面詳細參考耐缺陷的蜂窩體結(jié)構(gòu)的各種實施方式，這些實施方式的例子在附圖中示出。只要可能，在附圖中使用相同的附圖標記表示相同或相似的組件。圖1圖示了耐缺陷蜂窩體結(jié)構(gòu)的一種實施方式，其在本文中以附圖標記100表示。該蜂窩體結(jié)構(gòu)通?？砂辽僖粋€限定所述蜂窩體結(jié)構(gòu)的周界的外壁；多個一級區(qū)域間壁可沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸并橫跨蜂窩體結(jié)構(gòu)的寬度。一級區(qū)域間壁可基本上彼此平行且各一級區(qū)域間壁的相反端可沿著寬度方向與所述至少一個外壁相交。多個一級區(qū)域間壁可沿著軸向方向延伸并與一級區(qū)域間壁相交。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁可將蜂窩體結(jié)構(gòu)的徑向截面劃分成多個區(qū)域。一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁具有最大厚度為T_Zmax的單壁厚度。相鄰區(qū)域可被單個一級區(qū)域間壁或單個二級區(qū)域間壁隔開。各區(qū)域可包含多個通道壁，所述通道壁相交而將所述區(qū)域細分成多個沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸的貫通通道。各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁的厚度可至少為t_C。T_Zmax可大于2t_C。下面將特別參照附圖對耐缺陷蜂窩體結(jié)構(gòu)的各種實施方式進行描述。

如本文所用，術(shù)語“等靜壓強度(isostatic strength)”是指一個蜂窩體結(jié)構(gòu)所能夠承受而不發(fā)生失效的最大等靜壓(單位為MPa)。等靜壓強度通過施加均壓以在徑向方向上“擠壓”蜂窩體結(jié)構(gòu)來確定。增加等靜壓直至發(fā)生失效以確定蜂窩體的等靜壓強度。

現(xiàn)在參考圖1和2，圖1中示意性地圖示了一種蜂窩體結(jié)構(gòu)100，圖2中示意性地圖示了蜂窩體結(jié)構(gòu)100的徑向截面的一部分。蜂窩體結(jié)構(gòu)100可用作過濾來自氣流(例如尾氣氣流)中的顆粒物質(zhì)的過濾器和/或?qū)饬髦锌赡軍A帶的特定種類的污染物進行催化的催化基材。在本文所述的實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100可由陶瓷材料制成，例如堇青石、碳化硅、氧化鋁、鈦酸鋁或其它任何適合在升高了的溫度下使用的陶瓷材料?；蛘?，蜂窩體結(jié)構(gòu)100可由具有催化性能的活性材料制成，例如沸石。

蜂窩體結(jié)構(gòu)100通常包含具有多個沿著軸向方向(即沿著圖1所示的坐標軸的+/-Z方向)在入口端102與出口端104之間延伸的貫通通道101或孔道的蜂窩主體。蜂窩體結(jié)構(gòu)100還包含包圍多個通道101的外壁105(也稱為“表皮”)。該外壁105可在蜂窩體結(jié)構(gòu)的初始形成過程中擠出，或者可在隨后的加工工序中作為后加的表皮層來形成，例如通過向通道的外周界部分施涂結(jié)皮水泥來形成。

蜂窩體結(jié)構(gòu)100的貫通通道101在離散區(qū)域111內(nèi)分組。區(qū)域111以及一些位于各區(qū)域111內(nèi)的貫通通道101的至少一部分通過多個一級區(qū)域間壁106和多個二級區(qū)域間壁108的相交來限定。多個一級區(qū)域間壁106通常沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)100的軸向方向延伸，并且還沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的寬度(即沿著圖1中所示的坐標軸的+/-Y方向)延伸，且在蜂窩體結(jié)構(gòu)100的周界處與外壁105相交。在一些實施方式中，多個一次區(qū)域間壁106基本上彼此平行。多個二級區(qū)域間壁108沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)的軸向方向延伸，并且與一級區(qū)域間壁106相交，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108將徑向截面(即與圖1中所示的坐標軸的X-Y平面面平行的蜂窩體結(jié)構(gòu)100的截面)劃分成多個區(qū)域111。

在一些實施方式中，如圖1和2所示，多個一級區(qū)域間壁106和多個二級區(qū)域間壁108具有在蜂窩體結(jié)構(gòu)100的徑向截面上恒定的均勻厚度T_Z(即T_Z＝T_Zmax，其中T_Zmax是一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的最大厚度)。在其它一些實施方式中，一級區(qū)域間壁106和/或二級區(qū)域間壁108的厚度可在一級區(qū)域間壁106與二級區(qū)域間壁108交點之間變化，以及/或者在一級區(qū)域間壁106或二級區(qū)域間壁108與外壁105的相交處同一級區(qū)域間壁106與二級區(qū)域間壁108的相交處之間變化。在一些實施方式中，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的最大厚度T_Zmax可出現(xiàn)在相交處之間的位置處?；蛘撸患墔^(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的最大厚度T_Zmax可出現(xiàn)在交點處。無論實施方式如何，應(yīng)當理解的是一級區(qū)域間壁106和第二區(qū)域間壁108具有最大厚度T_Zmax。

在本文所述的實施方式中，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108具有單壁厚度，這是指一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108不包含任何位于一級區(qū)域間壁106或二級區(qū)域間壁108的厚度之內(nèi)的貫通通道。而且，相鄰區(qū)域111被單個一級區(qū)域間壁或單個二級區(qū)域間壁隔開；

仍然參考圖1和2，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的貫通通道101位于區(qū)域111內(nèi)。具體而言，各區(qū)域111都包含多個沿著蜂窩體結(jié)構(gòu)100的軸向方向延伸的通道壁110。多個通道壁110彼此相交，并與一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108相交以形成貫通通道101。在本文所述的實施方式中，完整的貫通通道101(即不與蜂窩體結(jié)構(gòu)的外壁105直接相鄰的那些貫通通道，以區(qū)別于與外壁105直接相鄰且與外壁105至少部分相連的不完整的貫通通道)受至少一個通道壁110限制。換言之，各個完整的貫通通道101都受通道壁110限制，或者受通道壁101與一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108中的至少一者的組合的限制。

在本文所述的實施方式中，設(shè)定通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的尺寸以改善蜂窩體結(jié)構(gòu)100的等靜壓強度和耐損壞性。具體而言，在本文所述的實施方式中，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的厚度大于通道壁110的厚度。通過用壁厚度大于區(qū)域111內(nèi)的通道壁110的厚度的一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108封閉各區(qū)域111，能夠?qū)^(qū)域111內(nèi)的通道壁110中的任何幾何異常所產(chǎn)生的降低強度的影響局部隔離至相應(yīng)的區(qū)域111，從而提高蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度和耐損壞性。

具體而言，在一種包含諸如彎曲網(wǎng)格(圖5B和5C中所示)或“非編織性”網(wǎng)格(圖5C中所示)的常規(guī)蜂窩體結(jié)構(gòu)(即不具有加厚的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的蜂窩體結(jié)構(gòu))中，施加在蜂窩體結(jié)構(gòu)外壁上的等靜壓力被從外壁經(jīng)由通道壁或“網(wǎng)格”轉(zhuǎn)移至蜂窩體結(jié)構(gòu)的中心。然而，在通道壁彎曲、分離或丟失的位置，蜂窩體結(jié)構(gòu)被局部削弱。當該被削弱的位置經(jīng)受足夠大的等靜壓力時，周圍的通道壁會在所施加的負荷的作用下向著缺陷和破裂處彎曲，從而導致從局部削弱的區(qū)域起發(fā)生失效的連鎖反應(yīng)，最終導致蜂窩體結(jié)構(gòu)的失效。

而在具有將蜂窩體結(jié)構(gòu)100劃分成多個區(qū)域111且厚度大于通道壁厚度的一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的蜂窩體結(jié)構(gòu)100中，位于區(qū)域111內(nèi)的任何缺陷都通過一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108有效地隔離，不受所施加的等靜壓力影響。具體而言，通過一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108而非區(qū)域111的較不結(jié)實的通道壁，向蜂窩體結(jié)構(gòu)100的外壁施加的任何等靜壓力被整體地分散在區(qū)域111之間和之中，從而防止了可能由于存在缺陷而發(fā)生局部削弱的區(qū)域111內(nèi)的任何區(qū)域發(fā)生失效。

在本文所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)100中，形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax大于2t_C。具體而言，已經(jīng)確定的是，如果一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的最大厚度T_Zmax小于或等于2t_C，則蜂窩體結(jié)構(gòu)100的等靜壓強度和耐缺陷性不會得到顯著改善。在一些實施方式中，形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax大于或等于3t_C或甚至大于或等于4t_C。

已發(fā)現(xiàn)，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的最大厚度T_Zmax的增加可能會有損于蜂窩體結(jié)構(gòu)100的其它特征，例如減小開放正面面積(open frontal area)、增加通過蜂窩體結(jié)構(gòu)的壓降以及增加蜂窩體結(jié)構(gòu)的熱質(zhì)量。所以，在本文所述的實施方式中，形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax小于或等于10t_C。在一些實施方式中，可形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax小于或等于8t_C或甚至小于或等于7t_C。例如，可形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax小于或等于6t_C或甚至小于或等于5t_C。

所以，應(yīng)當理解的是，在一些實施方式中，可形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax在大于2t_C至小于或等于10t_C或甚至大于2t_C至小于或等于8t_C的范圍內(nèi)。在一些實施方式中，可形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax在大于2t_C至小于或等于7t_C或甚至大于2t_C至小于或等于6t_C的范圍內(nèi)。在另一些實施方式中，可形成通道壁110、一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108，以使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的T_Zmax在大于2t_C至小于或等于5t_C的范圍內(nèi)。

在本文所述的實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的通道壁110的壁厚度通常在大于或等于約25微米至小于或等于約520微米的范圍內(nèi)。在一些實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的通道壁110的壁厚度可在大于或等于約25微米至小于或等于約205微米的范圍內(nèi)。在另一些實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的通道壁110的壁厚度可在大于或等于約100微米至小于或等于約500微米的范圍內(nèi)。

在圖1和2所圖示的蜂窩體結(jié)構(gòu)100的實施方式中，各區(qū)域111內(nèi)的通道壁110的厚度t_C沿著各通道壁110的長度和在若干通道壁110之間基本上是均勻的(即所有的通道壁都具有基本上相同的厚度)。然而，應(yīng)當理解的是，在另一些實施方式中，各區(qū)域內(nèi)的通道壁110的厚度可發(fā)生變化。

參考舉例圖示了蜂窩體結(jié)構(gòu)的一個區(qū)域111的圖3，在一種實施方式中，各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁在與一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的相鄰處的厚度厚于其在各區(qū)域111的中心處的厚度。這賦予蜂窩體結(jié)構(gòu)100以額外的強度，并且還有助于對各區(qū)域111內(nèi)的缺陷進行隔離。例如，在圖3所示的區(qū)域111中，與一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108相鄰的通道壁110a的厚度厚于位于區(qū)域111中心處的通道壁110d的厚度。在一些實施方式中，各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁的厚度可從各區(qū)域的周界(即從一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108)向各區(qū)域111的中心遞減。例如，在圖3所示的區(qū)域111中，通道壁110a可以是區(qū)域111中最厚的，且該通道壁的厚度可從通道壁110a經(jīng)由通道壁110b～110c向該區(qū)域中心處的通道壁110d逐漸減小。在一種實施方式中，各區(qū)域內(nèi)的多個通道壁的厚度從小于約T_Zmax減小至t_C。在上述通道壁的厚度發(fā)生變化的實施方式中，應(yīng)當理解的是，區(qū)域111內(nèi)的通道壁110的最小厚度為t_C，且一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的厚度基于通道壁110的最小厚度。

再次參考上文所述的圖1和2，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的厚度可在交點之間變化。在一些實施方式中，一級區(qū)域間壁106的厚度在交點之間從t_C變化至T_Zmax。在另一些實施方式中，二級區(qū)域間壁108的厚度在交點之間從t_C變化至T_Zmax。在另一些實施方式中，一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的厚度在交點之間從t_C變化至T_Zmax。使一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108的厚度在交點之間從t_C變化至T_Zmax為蜂窩體結(jié)構(gòu)100帶來了以最少量的材料實現(xiàn)最大強度的益處。

如圖1所示，蜂窩體結(jié)構(gòu)的各個完整的區(qū)域111包含至少4個貫通通道101。所以，應(yīng)當理解的是，在本文所述的實施方式中，相鄰的一級區(qū)域間壁106被至少兩個貫通通道101隔開。相似地，相鄰的二級區(qū)域間壁108被至少兩個貫通通道101隔開。在本文所述的實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100可形成為通道密度不超過約900個通道每平方英寸(cpsi)。例如，在一些實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的通道密度可在約100cpsi～約900cpsi的范圍內(nèi)。在另一些實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100的通道密度可在約300cpsi～約900cpsi的范圍內(nèi)。在另一些實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)的通道密度可在約100cpsi～約400cpsi或甚至約200cpsi～約300cpsi的范圍內(nèi)。

在圖1和2中所示的蜂窩體結(jié)構(gòu)100的實施方式中，多個貫通通道101的截面基本上呈正方形。然而，應(yīng)當理解的是，也可設(shè)想其它實施方式。例如，在一種實施方式中，如圖4所示，蜂窩體結(jié)構(gòu)100包含截面呈六邊形的貫通通道101。在該實施方式中，蜂窩體結(jié)構(gòu)100被劃分成如上所述的具有多個一級區(qū)域間壁106和多個二級區(qū)域間壁108的多個區(qū)域111。各區(qū)域111還包含多個將區(qū)域111細分成多個貫通通道101的通道壁110。一級區(qū)域間壁106和二級區(qū)域間壁108相對于通道壁110的厚度如上文參照圖1和2所述的那樣。應(yīng)當理解的是，還可以為貫通通道101設(shè)想其它截面形狀，包括但不限于矩形、圓形、橢圓形、三角形、八邊形、六邊形或它們的組合。

如本文所述，使用厚度大于通道壁厚度的2倍的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁來形成貫通通道的離散區(qū)域有助于通過對區(qū)域內(nèi)的缺陷進行隔離來提高蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度和耐缺陷性，有效地降低了蜂窩體結(jié)構(gòu)對幾何缺陷的敏感度。所以，本文所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)能夠更好地承受更加密集的幾何缺陷而不會損失相應(yīng)的等靜壓強度。

在本文所述的實施方式中，具有厚度大于2t_C的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)具有比具有相同幾何構(gòu)型(即具有相同的貫通通道密度和通道壁厚度)的未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)更大的等靜壓強度。

另外，具有厚度大于2t_C的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)具有比具有相同的堆積密度和開放正面面積的未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)更大的等靜壓強度。

在本文所述的實施方式中，具有截面呈正方形的貫通通道的蜂窩體結(jié)構(gòu)的堆積密度根據(jù)下式計算：

式中：

ρ_總＝經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的總堆積密度；

ρ_材料＝形成蜂窩體結(jié)構(gòu)的材料的堆積密度；

L_標準＝貫通通道的間距(貫通通道的間隔)；

t_標準＝標準(未經(jīng)加固的)蜂窩體結(jié)構(gòu)中的通道壁厚度；

X＝區(qū)域間壁的比例系數(shù)(比標準通道壁厚“X”倍)；

n＝區(qū)域間壁的間隔(每隔“n”個貫通通道設(shè)置一個增厚壁)。

本文所述的蜂窩體結(jié)構(gòu)100一般通過擠出來形成，以使至少一級區(qū)域間壁、二級區(qū)域間壁和通道壁是整體式的，例如被從相同批次的陶瓷前體材料連續(xù)擠出成單位固體。在一些實施方式中，一級區(qū)域間壁、二級區(qū)域間壁、通道壁和外壁是整體式的，例如被從相同批次的陶瓷前體材料連續(xù)擠出成單位固體。例如，一批陶瓷前體材料可首先與適當?shù)募庸ぶ鷦┗旌?。然后，對這批陶瓷前體材料進行擠出和干燥以形成具有上述結(jié)構(gòu)的蜂窩生坯體。蜂窩生坯體的特定結(jié)構(gòu)是通過經(jīng)由模具來擠出該批陶瓷前體材料來實現(xiàn)的，所述模具本質(zhì)上是所需蜂窩體結(jié)構(gòu)的徑向截面的“底片”。隨后，按照適用于生產(chǎn)蜂窩燒制體的燒制程序?qū)Ψ涓C生坯體進行燒制。

實施例

通過以下實施例對本文所述的實施方式做進一步闡述。

實施例1

通過計算機模擬構(gòu)建了具有兩種不同幾何構(gòu)型的蜂窩體結(jié)構(gòu)，并且基于模型參數(shù)計算等靜壓強度。進行建模的第一種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和600/2.9的幾何構(gòu)型(600個孔道每平方英寸，壁厚度為2.9密爾(73.66微米))。在以下三種條件下對等靜壓強度進行建模：未經(jīng)加固且所有通道壁的厚度均為1X；經(jīng)過加固且每隔4個孔道具有厚度為2X的一級和二級區(qū)域間壁；以及經(jīng)過加固且每隔4個孔道具有厚度為3X的一級和二級區(qū)域間壁。第二種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/4.5的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為4.5密爾(114.3微米))，且在以下三種條件下對等靜壓強度進行建模：未經(jīng)加固且所有通道壁的厚度均為1X；經(jīng)過加固且每隔4個孔道具有厚度為2X的一級和二級區(qū)域間壁；以及經(jīng)過加固且每隔4個孔道具有厚度為3X的一級和二級區(qū)域間壁。利用處于施加的1MPa的等靜壓力下的各蜂窩體結(jié)構(gòu)的建模得到的(歸一化了的)峰值拉伸應(yīng)力強度指數(shù)的倒數(shù)來對估計各蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度。

圖6用圖表圖示了實施例1的兩種蜂窩體結(jié)構(gòu)的計算得到的等靜壓強度(歸一化為施加的拉伸應(yīng)力強度指數(shù)的峰值的倒數(shù))隨一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁的厚度而變化的情況。如圖6所示，無關(guān)幾何構(gòu)型，向基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以每隔4個孔道的方式添加增厚了的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁顯著增加各蜂窩體的有效等靜壓強度。

實施例2

通過計算機模擬構(gòu)建了具有不同數(shù)量的缺陷的未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)和經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)，以評價各蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度隨缺陷密度而變化的情況。未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/4.5的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為4.5密爾(114.3微米))。與第一種蜂窩體結(jié)構(gòu)相似，經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/4.5的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為4.5密爾(114.3微米))，但每隔4個孔道還包含厚度為3X的一級和二級區(qū)域間壁。對在一個、兩個和三個相鄰的通道壁中具有網(wǎng)格切口的經(jīng)過加固和未經(jīng)加固的結(jié)構(gòu)的等靜壓強度進行建模。利用處于施加的1MPa的等靜壓力下的各蜂窩體結(jié)構(gòu)的建模得到的(歸一化了的)峰值拉伸應(yīng)力強度指數(shù)的倒數(shù)來對估計各蜂窩體結(jié)構(gòu)的等靜壓強度。

圖7用圖表圖示了經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)和未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的計算得到的等靜壓強度(歸一化為施加的拉伸應(yīng)力強度指數(shù)的峰值的倒數(shù))隨中間具有切口網(wǎng)格的相鄰?fù)ǖ辣诘臄?shù)量而變化的情況。如圖7所示，無關(guān)結(jié)構(gòu)中所存在的缺陷的數(shù)量，經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)具有比未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)高得多(大于3倍)的等靜壓強度。

實施例3

對三種不同的蜂窩體結(jié)構(gòu)進行數(shù)學建模。進行建模的第一種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/4.5的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為4.5密爾(114.3微米))。進行建模的第二種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/4.5的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為4.5密爾(114.3微米))，且每隔4個貫通通道包含經(jīng)過加固的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁。進行建模的經(jīng)過加固的一級區(qū)域間壁和二級區(qū)域間壁具有比通道壁大3倍的厚度。所以，第一種蜂窩體結(jié)構(gòu)和第二種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有等價的基底結(jié)構(gòu)和相同的貫通通道中的標稱網(wǎng)格厚度。進行建模的第三種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有正方形的貫通通道和400/6.85的幾何構(gòu)型(400個孔道每平方英寸，壁厚度為6.85密爾(174微米))。第二種蜂窩體結(jié)構(gòu)和第三種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有等價的堆積密度(即各蜂窩體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料的體積相同)和開放正面面積。

將各蜂窩體結(jié)構(gòu)的比強度(即等靜壓強度)近似為處于施加的1MPa的等靜壓下的(歸一化了的)峰值外加拉伸應(yīng)力強度指數(shù)除以材料的堆積密度所得到的數(shù)值的倒數(shù)。各蜂窩結(jié)構(gòu)體的比強度繪于圖8。如圖8所示，第二種經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的比強度明顯高于第一種未經(jīng)加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的比強度，盡管這兩種蜂窩體結(jié)構(gòu)具有等價的基底結(jié)構(gòu)和標稱網(wǎng)格厚度。第二種經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)還具有比具有等價的堆積密度和比第二種經(jīng)過加固的蜂窩體結(jié)構(gòu)的通道壁厚約1.5倍的通道壁的第三種蜂窩體結(jié)構(gòu)高得多的比強度。該模型數(shù)據(jù)證明第二種經(jīng)過強化的結(jié)構(gòu)相對于具有相同基底結(jié)構(gòu)的蜂窩體結(jié)構(gòu)以及相對于具有相同堆積密度但通道壁更厚的蜂窩體結(jié)構(gòu)在強度方面具有明顯的優(yōu)勢。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不偏離要求專利權(quán)的主題的精神和范圍的情況下，對本文所述的實施方式進行各種修改和變動。因此，本說明書旨在涵蓋本文所述的各種實施方式的修改和變化形式，且這些修改和變化形式落入所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。