[发明专利]低体积密度、高几何表面积的蜂窝体

说明书

提供了陶瓷蜂窝体及其制造方法。陶瓷蜂窝体包括小于210g/L的体积密度，大于93英寸^‑1(3.66mm^‑1)的几何表面积(GSA)，大于0.28％的机械完整性因子(MIF)和大于0.4mm²的背压因子(BPF)。

本申请根据35U.S.C.§119，要求2019年4月18日提交的第62/835,671号美国临时申请的优先权权益，其内容通过引用全文纳入本文。

背景

本公开一般涉及展现出高几何表面积的低体积密度的陶瓷蜂窝体及其制造和使用方法。更具体地，本公开提供了展现出高几何表面积的低体积密度的堇青石陶瓷蜂窝体，其用于催化转化器基材，例如，用于发动机排气后处理。

包含催化剂(例如氧化催化剂和三效催化剂)的陶瓷蜂窝基材用于汽油发动机排放控制中的紧密偶合应用，以使基材能够更快地升温。这进而能够使催化剂变得更快得活化，使得冷启动排放减少。汽车制造商已经通过在启动期间控制发动机运行，从而优化发动机温度和燃料使用解决了这一问题，这既复杂又不利地影响车辆的燃料经济性。移动排放催化转化器制造商通过在用于涂覆陶瓷蜂窝基材的底涂层中添加增加量的铂族金属(PGM)解决了这个问题，其效率低下且非常昂贵。

需要提供改进的陶瓷蜂窝体来解决冷启动排放问题。

发明内容

本公开的第一个方面涉及一种陶瓷蜂窝体，其包括进口面，出口面，以及多个平行、伸长的、端部开放的孔道，所述孔道由相交的孔道壁的板形成，所述孔道壁具有板厚度(t_w)，所述板厚度从陶瓷蜂窝体的进口面到出口面穿过陶瓷蜂窝体，每个孔道限定了孔道周长P和孔道面积(A_孔道)，端部开放的孔道被配置成具有以每平方英寸的孔道数(CPSI)计的孔道密度，并且限定了陶瓷蜂窝体的开口正面面积百分比(％OFA)，其中，％OFA＝CPSI*A_孔道，相交的孔道壁包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有密度ρ_c和孔隙率体积百分比(％孔隙率)，其中，陶瓷蜂窝体包括小于210g/L的体积密度，大于93英寸^-1(3.66mm^-1)的几何表面积(GSA)，大于0.28％的机械完整性因子(MIF)，以及大于0.4mm²的背压因子(BPF)。

本公开的第二个方面涉及一种制造陶瓷蜂窝体的方法，所述陶瓷蜂窝体包括进口面，出口面，以及多个平行、伸长的、端部开放的孔道，所述孔道由相交的孔道壁形成，所述孔道壁具有板厚度(t_w)，所述板厚度从陶瓷蜂窝体的进口面到出口面穿过陶瓷蜂窝体，每个孔道限定了周长P和孔道面积(A_孔道)，端部开放的孔道包括以每平方英寸的孔道数(CPSI)计的孔道密度，并且限定了陶瓷蜂窝体的开口正面面积百分比(％OFA)，其中，％OFA＝CPSI*A_孔道，相交的孔道壁包括陶瓷材料，所述陶瓷材料具有密度ρ_c和孔隙率体积百分比(％孔隙率)。所述方法包括：形成起始材料的混合物，所述起始材料包括造孔剂，然后将混合物挤出成生坯蜂窝体，接着烧制生坯蜂窝体以提供成形的陶瓷蜂窝体，其包括预定的CPSI和预定的板厚度，以使得成形的陶瓷蜂窝体包括小于210g/L的体积密度，大于93英寸^-1(3.66mm^-1)的几何表面积(GSA)，大于0.28％的机械完整性因子(MIF)，以及大于0.4mm²的背压因子(BPF)。

在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的各个实施方式而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与说明书一起用来解释各个实施方式的原理和操作。