[发明专利]使用磨碎的坚果壳制造蜂窝体的方法和由此制得的蜂窝体

说明书

相关申请

本申请要求2008年2月29日提交的题为“使用磨碎的坚果壳制造蜂窝体的方法和由此制得的蜂窝体(Honeycomb Manufacturing Method Using Ground Nut Shell and Honeycomb Body Produced Thereby)”的美国临时申请第61/067614号的权益

领域

本发明涉及蜂窝体及其制造方法。

背景

近年来，由于柴油发动机固有的燃料效率和耐用性的原因，人们已经对柴油发动机产生了很大的兴趣。为了将柴油机排放控制在高排放标准，柴油发动机制造商和排放控制公司正在开发一些系统和部件来实现严格的排放要求。排放控制的一个方面涉及控制废气流中存在的微粒水平。例如，柴油机微粒主要由碳烟炱组成。一种从柴油机废气中除去这种碳烟炱的有效方法是通过使用柴油机过滤器，或者将柴油机氧化催化剂(DOC)与柴油机过滤器结合。最广泛使用的柴油机过滤器是多孔陶瓷柴油机微粒过滤器(有时候称为“壁流式过滤器”)，这种过滤器通过将烟炱捕获在其陶瓷多孔壁上或多孔壁中从而过滤柴油机废气。对柴油机微粒过滤器进行设计，以提供烟炱过滤，但并不明显阻碍废气流动，即，不会产生明显的不利的背压。

一般来说，这些柴油机微粒过滤器和DOC包括一定排列的多孔陶瓷壁，这些壁形成排列在蜂窝体构造中的一般平行的孔道。在过滤器的情况中，至少一些孔道沿着它们的长度堵塞，从而迫使至少一部分的发动机废气通过过滤器的多孔壁。这些过滤器可以任选地进一步在其表面上包括催化剂涂层，例如氧化和NOx催化剂。例如在美国专利第4329162、4390355、4416676、4509966和4840827号中描述了各种微粒过滤器。

目前，为了各种应用，期望制造的这些蜂窝体过滤器和DOC比较大；例如直径等于或大于13英寸。另外，为了提供低的背压并允许添加催化剂涂层，期望这些过滤器表现除较高的总孔隙率，例如总孔隙率等于或大于45％。一般来说，为了形成这种高孔隙率，必须使用大量成孔剂材料。结果是，由于大量成孔剂在干燥和/或烧制过程中出现裂纹，导致这种蜂窝体陶瓷过滤器和DOC的制造出现严重的问题。因此，如果能在制造过程中减小的裂纹出现率条件下，获得较高孔隙率的蜂窝体，尤其是大尺寸的多孔陶瓷蜂窝体，将被认为是显著的进步。

概述

根据本发明的实施方式，在第一方面中，提供了一种制造蜂窝体的方法，所述方法包括将无机材料源、坚果壳成孔剂和成形助剂混合形成增塑的配料的步骤，其中所述坚果壳成孔剂具有20微米≤d_p50≤70微米的粒度分布，其中d_p50是50％体积的颗粒具有更小颗粒直径时的中值粒径，以及例如通过挤出将所述增塑的配料成形为蜂窝体的步骤，所述蜂窝体具有多个由交叉壁形成的孔道。根据其他实施方式，坚果壳成孔剂可具有d_p10≥10微米的粒度分布，其中d_p10是10％体积的颗粒具有更小的颗粒直径的粒径。

如以上所讨论利用经过加工的坚果壳来控制粒度分布，例如提供受控的中值粒径和/或粒度分布的小颗粒部分的方式可包括许多优点。具体来说，可以通过使用这种粒度受控的坚果壳实现许多工艺优点。例如，在使用大体积百分比的坚果壳成孔剂的时候，例如在制造高孔隙率多孔陶瓷蜂窝体的时候，可显著减少在干燥和/或烧制时出现的裂纹，尤其是与相当量的淀粉或石墨成孔剂相比。而且，使用这种坚果壳成孔剂能提供形状保持和减少滑塌方面的改进，从而得到更好的接近网状形状的挤出的蜂窝体。这种特性可能非常有利于制造大而重的蜂窝体，其中对外周轮廓尺寸的控制是一个重要问题。另外，使用这种坚果壳成孔剂能通过减少裂缝和其他外皮缺陷从而改善外皮品质。而且，控制坚果壳成孔剂的粒度分布的小孔部分与坚果壳分布相比，能进一步减少收缩，以及减少收缩变化。另外，使用控制了小孔部分的坚果壳成孔剂能够制造孔径分布较窄的陶瓷蜂窝体。

更清楚地说，发现使用粒度受控的坚果壳(例如胡桃壳、山核桃壳等)作为成孔剂能够制造裂纹发生率非常低的较大的蜂窝体(例如大于75平方英寸的总正截面面积(frontal area)，即，闭合正截面面积加上开放正截面面积)。以无机材料源为100重量％基准计，可以包含5-80重量％的坚果壳成孔剂，或者例如甚至为20-50重量％。