[发明专利]挤制多孔性基材的系统

说明书

【技术领域】

本案是中国专利申请200680037343.9(PCT/US2006/028530)的分案申请。一般而言，本发明是关于一种挤制多孔性基材的挤制方法；特定而言，是关于一种挤制多孔性陶瓷基材的挤制方法。

【背景技术】

许多制程会要求刚性基材以便能协助及支援各种制程。举例言之，应用于过滤的基材可过滤微粒子、分离不同物质或从空气除去细菌或微生物。可制造该等基材以在空气、废气或液体中运作，且该等基材可经加工以抵抗实质环境压力或化学压力。再例如，沉积触媒材料于基材上以便能促进化学反应。举例言之，沉积一贵金属于一适当的基材上，接着该基材将危险的废气催化转化成较无毒的气体。一般而言，具有高孔隙度(porosity)的刚性基材的操作效率较高。

孔隙度通常视为固态材料的性质，定义为开放空间占材料的全部体积的百分比。例如，孔隙度50％的基材有一半体积为开放空间。据此，具有高孔隙度的基材，其单位体积的质量较具低孔隙度基材者为小。较低质量的基材是有利于某些应用；举例言之，若基材是用于在催化过程中，且该催化过程是于高温中运作，则具较低热质量(thermal mass)的基材将会更快的加热到操作温度。因此，使用具较高孔隙度及较低热质量的基材，可降低加热催化剂至操作温度的时间，即起燃时间(light off time)。

渗透性(permeability)亦是基材的一种重要特性，特别是过滤及催化用基材。渗透性是与孔隙度相关，因渗透性是量测流体(例如液体或气体)流穿过基材的难易度。高渗透性的基材是有利于大部分的应用。举例言之，当后处理过滤器提供内燃机一较低背压时，内燃机可更有效率地运作；其中，使用较高渗透性基材可产生低背压。因为渗透性较孔隙度更难量测，所以孔隙度通常作为基材渗透性的替代指标。然而，这并非一精确的特性，其原因为若孔隙并未普遍地开放且连通，则高孔隙度的基材仍可能仅具有限的渗透性。例如，聚苯乙烯发泡体(Styrofoam)饮水杯是由高孔隙度材料所制成，但液体流无法渗透该饮水杯。所以，在考虑孔隙度及渗透性的重要性时，亦必须检验基材的孔隙结构。在前述聚苯乙烯发泡体饮水杯的例子中，聚苯乙烯发泡体材料具有密闭的孔隙网，意即该发泡体包含很多非连结及/或终端封闭的孔隙。因此，虽然发泡体内存有很多空隙及开放空间，但因孔隙间并未互相连结，故液体或气体将不会从发泡体的一边流向另一边。当更多的通道开始连结时，开始形成自一边通至另一边的流动路径。如此情况下，材料被称为拥有更多的开放式孔隙网。越多贯穿基材的连接通道形成，该基材的渗透性越高。当每一孔隙连结至至少一个其他通道且所有孔隙容许流体穿过该材料所形成的壁面的全部厚度时，则定义该基材具有完全开放式孔隙网。须注意，胞室(cells)及孔隙(pores)间的差异是重要的。胞室是指穿通(通常互为平行，但并非一定)蜂巢状(honeycomb)基材的通道。通常，蜂巢状基材涉及每平方英寸有多少胞室的内容。例如，每平方英寸有200个胞室的基材在其主轴方向上具有200个通道。另一方面，孔隙是指材料本身内的裂缝，如存在于分开两条平行通道或胞室所构成的壁面的材料里。在过滤或触媒工业中，并不熟知具全部或大部分开放孔隙网的基材。反而，大部分具孔隙的经挤制基材甚至为开放式孔隙及封闭式孔隙的掺混体。

因此，提供具高孔隙度及内孔隙结构(其可赋予相仿的高渗透性)的基材在许多应用领域中有高度的需求。而且所形成的基材必须拥有足够的刚性结构来支持特殊应用所需的结构上及环境上的需求。例如，附于内燃机的过滤器或触媒转换器必需能够禁得起环境的振动、热需求及制造与使用上的压力。最后，为能广泛应用，还必须在足够低成本的情况下生产基材。举例言之，为改变全球的汽车污染的程度，已开发与正开发国家必须可以负担及使用过滤基材。因此，在设计基材及选择制程时，过滤器及触媒转化器基材的整体成本结构将是主要的考量。