本發(fā)明涉及凈化領域，特別是涉及一種三元催化器及其制備方法。

背景技術：

當前環(huán)境污染問題日益嚴重，世界各國對汽車尾氣排放的要求和標準也越來越嚴格，汽車廠商為了達到規(guī)定的尾氣排放標準，在汽車尾氣排放系統(tǒng)中加裝了三元催化器，三元催化器起到對hc、c0、n0x等有害氣體進行凈化的作用，對于解決汽車尾氣污染問題發(fā)揮著極大的作用。

金屬或者陶瓷載體是三元催化器的核心部件，在目前的常規(guī)技術條件下，整體式蜂窩陶瓷載體一般用堇青石擠壓制成，它具有耐高溫、熱變形小的特點，但是缺點是導熱性不好，升溫慢，機械強度低，抗沖擊破壞能力差。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種節(jié)省材料、催化效率高、制造流程簡單、生產(chǎn)周期短的三元催化器及其制備方法。

一種三元催化器，包括殼體以及載體，所述殼體具有容置腔以及與所述容置腔連通的進氣口以及出氣口，所述進氣口以及所述出氣口分別分布在所述殼體上的相對位置；所述載體填充在所述容置腔內(nèi)，所述載體內(nèi)設有蜂窩狀的通道，且由所述進氣口至所述出氣口方向，所述蜂窩狀的通道的孔隙密度由600目至400目線性變化。

在其中一個實施例中，所述殼體的進氣口處以及出氣口處均設有端蓋。

在其中一個實施例中，所述載體的外側(cè)壁與所述容置腔的內(nèi)壁接觸配合。

在其中一個實施例中，所述載體呈圓柱體狀。

在其中一個實施例中，所述載體包括外殼結(jié)構(gòu)以及多個蜂窩單元，所述外殼結(jié)構(gòu)呈兩端開口的筒狀；所述蜂窩單元具有三個蜂窩柱，三個所述蜂窩柱的中部連接且呈相互垂直；多個所述蜂窩單元連接并填充在所述外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)形成所述載體，在由所述進氣口至所述出氣口方向上的徑向截面上，相鄰的多個所述蜂窩單元之間構(gòu)成所述蜂窩狀的通道。

一種三元催化器的制備方法，包括如下步驟：

通過計算機三維模擬具有容置腔及相對設置的進氣口以及出氣口的殼體的結(jié)構(gòu)；

通過計算機三維模擬載體的結(jié)構(gòu)，所述載體內(nèi)具有蜂窩狀的通道，且由進氣口至出氣口方向，所述載體的孔隙密度由600目線性梯度漸變?yōu)?00目；

在選區(qū)激光熔化設備中預設參數(shù)，在基板上通過所述選區(qū)激光熔化設備在成型氣氛中打印所述殼體以及填充在所述殼體內(nèi)的所述載體形成三元催化器；

將所述三元催化器與所述基板線切割分離；

對所述三元催化器進行后處理。

在其中一個實施例中，所述選區(qū)激光熔化設備的激光器采用額定功率為400w的光纖激光器。

在其中一個實施例中，所述選區(qū)激光熔化設備進行打印時包括如下步驟：所述載體的數(shù)據(jù)模型被切片分層呈多層，其中每一分層厚度為5μm-10μm，所述選區(qū)激光熔化設備在第n層與第n+1層的激光成型光路路徑呈67°夾角。

在其中一個實施例中，所述選區(qū)激光熔化設備的激光成型功率185w-375w，激光掃描速度為900mm/s-2500mm/s，激光掃描間距為0.06mm-0.16mm，所述選區(qū)激光熔化設備的鋪粉層厚為20μm-60μm，成型氣氛為氬氣。

在其中一個實施例中，所述后處理包括熱處理、cnc精加工、殼體拋光以及涂覆催化劑活性涂層；其中，其所述熱處理溫度為400℃-530℃，保溫時間為4小時-6小時，隨爐冷卻；所述涂覆催化劑活性涂層采用對所述三元催化器浸漬法后再進行燒結(jié)處理的方式完成。

上述的三元催化器，在殼體內(nèi)設置了載體，載體由一端至相對的一端貫穿有多個通道使得載體呈蜂窩狀；由進氣口至出氣口方向，載體的孔隙由600目至400目線性變化；上述的載體克服了陶瓷載體的不足，幾何表面積和孔密度大。由于三元催化器殼體與載體一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強度有很大的提高，實現(xiàn)了更高的催化效率。上述的三元催化器，薄壁、高集成度的整體式蜂窩狀的載體的設計和制造要求，突破傳統(tǒng)減材制造對死板的三元催化器的設計要求，在少裝配的基礎上實現(xiàn)了金屬載體的一體化成型，減少配件，節(jié)約材料，通過改進三元催化器的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了蜂窩狀的載體孔隙密度呈梯度漸變，提高了催化效率，通過簡化成型工序，進一步縮短了制造周期。

附圖說明

圖1為一實施例涉及的三元催化器圖；

圖2為圖1所示三元催化器的蜂窩單元示意圖；

圖3為圖1所示三元催化器的載體的外殼結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明

10、三元催化器；100、殼體；200、載體；210、蜂窩單元；220、外殼結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

參見圖1所示，本實施例涉及了一種三元催化器10。該包括殼體100以及載體200。

參見圖1所示，殼體100具有容置腔以及與容置腔連通的進氣口以及出氣口。進氣口以及出氣口分布殼體100上的相對位置。載體200內(nèi)設有蜂窩狀的通道。載體200填充在容置腔內(nèi)。由進氣口至出氣口方向，載體200的孔隙密度由600目至400目線性變化。

在本實施例中，參見圖1所示，殼體100的進氣口處以及出氣口處均設有端蓋，其中一個端蓋用于封閉或者打開進氣口，另一個端蓋用于打開或者關閉出氣口。

在本實施例中，參見圖1所示，進一步的，載體200的外側(cè)壁與容置腔的內(nèi)壁接觸配合。

在本實施例中，參見圖1所示，進一步的，載體200呈圓柱體狀。

進一步的，參見圖1及圖2所示，載體200包括外殼結(jié)構(gòu)以及多個蜂窩單元210，外殼結(jié)構(gòu)呈兩端開口的筒狀。蜂窩單元210具有三個蜂窩柱，三個蜂窩柱的中部連接且相互垂直；參見圖3所示，多個蜂窩單元210連接后并填充在兩端開口且中空的外殼結(jié)構(gòu)中之后形成載體200。在由進氣口至出氣口方向上的徑向截面上，相鄰的多個蜂窩單元210之間構(gòu)成蜂窩狀的通道。

本實施例還涉及了一種三元催化器10的制備方法。該三元催化器10的制備方法包括如下步驟：

按照設計規(guī)程用計算機設計三元催化器10的具有容置腔及相對設置的進氣口以及出氣口的殼體100結(jié)構(gòu)；然后用計算機設計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；然后用計算機設計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220形成上述載體200。

載體200的孔隙密度設計在400-600目之間變化，且由進氣口至出氣口方向，載體200的孔隙密度由600目線性梯度漸變?yōu)?00目。

在選區(qū)激光熔化設備中預設參數(shù)，通過選區(qū)激光熔化設備在成型氣氛中并在基板上打印殼體100以及載體200形成三元催化器10。選區(qū)激光熔化設備的激光器采用額定功率為400w的光纖激光器。

在本實施例中，選區(qū)激光熔化設備進行打印時包括如下步驟：載體200的數(shù)據(jù)模型被切片分層呈多層，其中每一分層厚度為5μm-10μm，選區(qū)激光熔化設備在第n層與第n+1層的激光成型光路路徑呈67°夾角。在本實施例中，選區(qū)激光熔化設備的激光成型功率185w-375w，激光掃描速度為900mm/s-2500mm/s，激光掃描間距為0.06mm-0.16mm，選區(qū)激光熔化設備的鋪粉層厚為20μm-60μm，成型氣氛為氬氣。

將三元催化器10與基板線切割分離。

對三元催化器10進行后處理。后處理包括熱處理、cnc精加工、殼體100拋光以及涂覆催化劑活性涂層；其中，其熱處理溫度為400℃-530℃，保溫時間為4小時-6小時，隨爐冷卻；涂覆催化劑活性涂層采用對三元催化器10浸漬法后再進行燒結(jié)處理的方式完成。

實施例1

實施例1采用316l不銹鋼金屬粉末材料制造一體化的三元催化器10。首先，按照設計規(guī)程用計算機設計三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)，殼體100的直徑為140mm，長150mm；；參見圖2所示，然后用計算機設計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；參見圖3所示，然后用計算機設計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；參見圖3所示，然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220形成上述載體200，孔隙大小由蜂窩狀單元結(jié)構(gòu)縮放比列調(diào)控，最終得到從進氣口到出氣口蜂窩狀的載體200的孔隙由600目到400目線性變化。然后在magics中導入計算機設計的三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)的模型以及孔隙線性變化的蜂窩狀的載體200，得到三元催化器10的結(jié)構(gòu)；然后通過magics逆向工程軟件，修復三元催化器10模型三維數(shù)據(jù)中的錯誤；然后再將修復好的模型數(shù)據(jù)以10μm為單位切片分層；然后處理經(jīng)切片分層模型數(shù)據(jù)，生成光路中第n層與第n+1層呈67°夾角的激光成型光路的光路數(shù)據(jù)；然后再將光路數(shù)據(jù)傳入打印設備eosm290，調(diào)整基板，充入保護氣氛，基板預熱；當所有準備工作完成后，開始選區(qū)激光熔化成型，成型保護氣氛為氬氣，采用額定功率為400w的光纖激光器，其中殼體100的成型激光功率為285w，掃描速度為1300mm/s，掃描間距為0.11mm，鋪粉層厚為20μm，蜂窩狀的載體200的成型激光功率為325w，掃描速度為2200mm/s，掃描間距為0.08mm，鋪粉層厚為20μm；成型結(jié)束后，取出三元催化器10與基板，使用線切割將三元催化器10與基板分開，切割方式為直線水平切割；然后對三元催化器10放入真空熱處理爐，510℃保溫5小時，然后隨爐冷卻至室溫取出；然后將三元催化器10送去cnc精加工至使用尺寸，再進行拋光處理；最后使用浸漬法后再進行燒結(jié)處理在金屬蜂窩狀的載體200上涂覆氧化鋁催化劑活性涂層。由于三元催化器10的殼體100與梯度孔隙密度的蜂窩金屬狀載體200一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強度有很大的提高，并且實現(xiàn)了更高的催化效率。

實施方式2

實施例2采用310不銹鋼金屬粉末材料制造一體化三元催化器10。首先，按照設計規(guī)程用計算機設計三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)，殼體100的直徑為120mm，長150mm；然后用計算機設計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；然后用計算機設計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220，孔隙大小由蜂窩狀單元結(jié)構(gòu)縮放比列調(diào)控，最終得到從進氣口到出氣口蜂窩狀的載體200的孔隙由600目到400目線性變化。然后在magics中導入計算機設計的三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)的模型以及孔隙線性變化的蜂窩狀的載體200，得到三元催化器10的結(jié)構(gòu)；然后通過magics逆向工程軟件，修復三元催化器10模型三維數(shù)據(jù)中的錯誤；然后再將修復好的模型數(shù)據(jù)以10μm為單位切片分層；然后處理經(jīng)切片分層模型數(shù)據(jù)，生成光路中第n層與第n+1層呈67°夾角的激光成型光路的光路數(shù)據(jù)；然后再將光路數(shù)據(jù)傳入打印設備eosm290，調(diào)整基板，充入保護氣氛，基板預熱；當所有準備工作完成后，開始選區(qū)激光熔化成型，成型保護氣氛為氬氣，采用額定功率為400w的光纖激光器，其中殼體100的成型激光功率為295w，掃描速度為1160mm/s，掃描間距為0.11mm，鋪粉層厚為30μm，蜂窩狀的載體200的成型激光功率為305w，掃描速度為1760mm/s，掃描間距為0.08mm，鋪粉層厚為40μm；成型結(jié)束后，取出三元催化器10與基板，使用線切割將三元催化器10與基板分開，切割方式為直線水平切割；然后對三元催化器10放入真空熱處理爐，400℃保溫4小時，空冷；然后將三元催化器10送去cnc精加工至使用尺寸，再進行拋光處理；最后使用浸漬法后再進行燒結(jié)處理在金屬蜂窩狀的載體200上涂覆氧化鋁催化劑活性涂層。

上述的三元催化器10，在殼體100內(nèi)設置了載體200，載體200由一端至相對的一端貫穿有多個通道使得載體200呈蜂窩狀；由進氣口至出氣口方向，載體200的孔隙由600目至400目線性變化；上述的載體200克服了陶瓷載體200的不足，幾何表面積和孔密度大。由于三元催化器10的殼體100與載體200一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強度有很大的提高，實現(xiàn)了更高的催化效率。上述的三元催化器10，薄壁、高集成度的整體式蜂窩狀的載體200的設計和制造要求，突破傳統(tǒng)減材制造對死板的三元催化器10的設計要求，在少裝配的基礎上實現(xiàn)了金屬載體200的一體化成型，減少配件，節(jié)約材料，通過改進三元催化器10的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了蜂窩狀的載體200孔隙密度呈梯度漸變，提高了催化效率，通過簡化成型工序，進一步縮短了制造周期。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。