[发明专利]废气处理装置及其制造方法

说明书

技术领域

提供一种用于处理废气的装置，例如有一个安装在外壳中的脆性结构的催化转换器或柴油机微粒捕集器，该脆性结构用一个安置在该外壳和脆性结构之间的安装垫而支承于外壳中。 

背景技术

一种用于处理汽车或柴油发动机的废气的催化转换器包含一个脆性结构，如催化剂支承结构，用于保持用来实现一氧化碳和碳氢化合物的氧化与减少废气中存在的氮氧化物。该脆性的催化剂支承结构安装在一金属外壳中，并最好用一种脆性材料如由金属形成的单片结构或一种脆性的防火陶瓷材料如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化锆、堇青石、碳化硅等制成。这些材料提供一种有许多细微流动通道的骨架形式的结构。但是，如上面所述，这些结构可能和常常非常脆弱。事实上，这些单片结构可能非常脆弱，以致于小的震动负荷或应力便常常足以使其破裂或破碎。 

该脆性结构包含在金属外壳中，在脆性结构的外表面和外壳的内表面之间的空间或间隙中。为了保护该脆性结构不受热震与上述机械震动和其它应力，也为了提供绝热和气体密封与将该脆性的催化剂支承结构保持在外壳内的位置中，已知将至少一片或一层安装材料或支承材料安置在脆性结构和外壳之间的间隙中。 

目前，用作催化转换器和其它废气处理装置的安装垫的材料可包括从相当廉价的材料如非晶态玻璃纤维如S-玻璃纤维到较昂贵的材料如高氧化铝含量的陶瓷氧化物纤维。安装垫中已经和继续使用膨胀材料和不膨胀材料，取决于安装垫的用途和使用条件。 

在选择安装垫材料之前必须确定待使用的单片结构的类型与安装垫的用途和使用条件。例如，耐高温的安装垫材料适用于如催化转换器中通常见到的高温用途的广泛温度范围，而耐较低温度的弹性的可弯曲的材料只能或更适用于例如可在柴油机催化剂结构和柴油机微粒捕集器中见到的使用较重衬垫的高G负荷用途。 

在任何情况下，所使用的安装垫材料应当能够满足由该脆性结构的制造商或催化转换器的制造商所提出的多个设计或物理要求。例如，当前技术状态的安装垫材料片应当最好能对该脆性结构施加一个有效的残余保持压力，即使当催化转换器已遇到广泛的温度波动时也如此，这种温度波动产生金属外壳相对于脆性结构也称为催化剂支承结构的显著的膨胀和收缩，后者转而产生一段时间内安装垫的显著的收缩和释放循环。已经发现，用于高温用途中的当前技术状态的最好的安装垫能在温度高达900℃以上并常遇到持续的到达室温的热循环的最严酷的用途中充分地保持该脆性结构。 

其它安装垫虽然不需要用于高温环境，但必须能提供足够的弹性和弯曲度而以足够的力或强度来有效地保持该脆性结构，但不会在持续的热循环下使脆性结构碎裂。在用于催化转换器的正常操作条件下，需要对安装垫的至少5KPa的最小剪切强度来防止该脆性结构移位和损坏。该垫的剪切强度定义为垫的保持压力乘上垫/脆性结构介面的摩擦系数。催化转换器中的典型的垫产品的摩擦系数在使用状态下约为0.45。因此，一个用于高温用途(也即催化转换器中的温度可能提高到约900℃或更高的那些用途)的安装垫应当在约900℃的热表面温度下在1000个循环的测试后具有有效的残余最小保持压力。 

对于其它废气处理装置如柴油机微粒捕集器或柴油机催化剂结构，可以理解，虽然这些装置并不达到高温催化转换器中形成的温度，但该脆性结构的重量和所用的加载技术要求使用的安装垫具有与上述不同的有效残余最小保持压力。在这些用途中，最好能达到至少约25KPa的安装垫的较高的最小剪切强度，以防止脆性结构移位和损坏。这些垫产品在此种高G-负载用途中与重衬垫的摩擦系数在使用条件下仍然为约0.45。因此，此类用途的安装垫在约300℃的温度下在1000个循环的测试后应当具有至少约50KPa的有效的残余最小保持压力。 

之前的许多安装垫已经试图利用高氧化铝或高铝红柱石陶瓷纤维来克服与高温用途有关的热循环问题。在一个已知的实施例中，一种常称为“有机溶胶”或“溶胶凝胶”的水溶液或胶体分散剂被用来产生该陶瓷纤维。虽然由溶胶凝胶工艺形成的陶瓷纤维可以提供用于安装单片结构所需的高度弹性，但这些纤维的高成本已迫使制造商寻找其它不太昂贵的解决办法。此外，这些陶瓷纤维通常具有小于5(在某 些情况下小于3.5)微米的平均纤维直径。因此，这些纤维是可以呼吸的，也即能被吸入肺中。 

在其它情况下，一种纤维安装材料可以用于与其它材料如膨胀材料和背衬层相组合，以便提供可搬运性、弹性需要的足够强度或获得足够的保持压力。