[发明专利]具有增强的耐热震性的陶瓷蜂窝过滤器

说明书

本申请要求2008年12月18日提交的美国临时专利申请61/138,743的优先权。

本发明涉及具有增强的耐热震性的陶瓷蜂窝结构体。

具有薄壁和末端开口的孔的蜂窝形结构体被广泛用于例如排放控制装置的应用中，特别是在具有内燃机的交通工具中。这些结构体也被用作催化剂载体。

用于高温应用的蜂窝结构体常常具有耐热震性不足的问题。耐热震性是蜂窝结构体耐受热震现象，例如大而迅速的温度变化和/或结构体内部不同区域之间显著的温度梯度的能力。耐热震性与结构材料的热膨胀系数及该材料的临界张力应变有关。很多材料表现出略高的热膨胀系数和低的临界张力应变，否则它们是用于制造蜂窝结构体很好的候选者。当该材料形成为蜂窝结构体时，这种性能的组合可以导致耐热震性不足。

针状莫来石是这种材料的一个实例。因为针状莫来石具有非常好的机械强度并且还形成表面积非常大的物体，原因是它结晶形成大量的互连针状体。然而，针状莫来石的耐热震性倾向于低于所需的耐热震性。

有两种通常的方法来增加这些蜂窝结构体的耐热震性。第一种方法着眼于改变结构材料。这通常包括选择具有较低热膨胀系数和/或较高临界张力应变的材料。该方法带来的问题是：耐热震性的改善通常以其它适宜性质为代价。在一些情况下损失了孔隙率或表面积。在其它情况下，无法使用廉价的挤出方法容易地将新材料加工为蜂窝结构体。

第二种方法包括改进蜂窝结构体自身。其构思在于，通过以一定方式改进孔壁或孔的形状，该结构体可以变得能够更好地减轻热震现象中的应力，并因此将变得较不易于破裂。简而言之，该改进倾向于在结构体中构建更大的挠性。

美国专利号3,983,283描述了具有正方形孔的蜂窝结构体。角被从一些孔除去以在蜂窝结构体中形成不连续性。不连续性使其能够更好地吸收当该结构体经历迅速的温度变化时所造成的压缩力和张力。角的去除具有使四个孔的组可以彼此进行流体交换的效果。这种不连续性的设置使得该结构体不适宜于需要结构体中入口和出口通道分离的壁流过滤。此外，很多壁有独立于其它结构体的悬臂式“自由”端并且因此在一端未被支撑。这些自由端易于被损坏。

美国专利号4,127,691和4,448,828描述了基于正方形孔设计的蜂窝结构体。改进在于，除去了特定的壁，以使两个相邻的正方形孔结合而形成具有2∶1的长宽比的更大的长方形孔。可以改进余下的壁以形成六边形孔同时保持约2∶1的长宽比。在美国专利4,448,828中，仅去除了结构体中心的孔壁。该方法增强了耐热震性，但是以归因于孔壁去除的表面积显著下降为代价。

描述在美国专利号4,323,614中的蜂窝结构体具有略微弯曲的孔壁，这有助于增加结构体的耐热震性，但以增加水力阻力为代价。

美国专利号6,843,822和7,259,120描述了带有正方形孔的蜂窝结构体。以较大和较小孔交替的样式排列孔，以便增加储存烟和灰的能力，同时维持好的气体流速。

所需要的是提供整体式陶瓷蜂窝结构体，所述陶瓷蜂窝结构体具有良好的耐热震性、高表面积、适合于壁流过滤的结构并可以使用低成本制造方法如挤出制备。

一方面，本发明是一种整体式陶瓷蜂窝结构体，所述结构体包括多个由壁界定的纵向延伸孔，所述壁相接而形成至少三个孔共用的壁接合部(joint)；

其中一部分壁接合部是改进的壁接合部，所述改进的壁接合部各自包括纵向延伸开口，使得在每一个这样的改进的壁接合部，至少两个纵向延伸孔通过所述纵向延伸开口进行流体交换，条件是所有在改进的壁接合部相接的壁都与至少一个其它壁在该改进的壁接合部纵向接合。

另一方面，本发明是一种整体式陶瓷蜂窝结构体，所述结构体包括多个由壁界定的纵向延伸孔，所述壁相接而形成至少三个孔共用的壁接合部；

其中一部分壁接合部是带缺口的接合部，所述带缺口的接合部具有两个纵向延伸的裂纹导向应力集中缺口，所述集中缺口各自从不同的孔延伸至所述带缺口的接合部中并且部分地穿过所述带缺口的接合部的厚度。