包括封堵用材料的过滤结构制造技术

用于过滤载有粒子的气体的蜂窝状类型过滤结构，所述结构的特征在于：a)所述蜂窝状结构的过滤壁由在烧制后具有小于2.5×10-6?K-1的在25至1100℃之间测得的平均热膨胀系数的材料构成；且b)构成塞子的材料包含：-由耐火颗粒形成的填料，其熔化温度高于1500℃且其中值直径为5至50微米；和-玻璃质粘合剂相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括封堵用材料的过滤结构本专利技术涉及尤其用在柴油类型内燃机的排气管中的过滤结构，任选催化过滤结构的领域。可以处理废气体和可以除去来自柴油机的烟灰的催化过滤器是现有技术中公知的。这些结构通常都具有蜂窝状结构，该结构的一面允许要处理的废气进入，另一面允许处理过的废气排出。该结构在进气和排气面之间包含一系列具有相互平行轴并被多孔壁隔开的相邻管道或通道。这些管道在它们的一个或另一个末端封闭以界定通向进气面的进气室和通向排气面的输出室。通道以一定次序交替被封闭以使废气在经过蜂窝状体的过程中在进入排气通道之前被迫穿过进气通道的侧壁。由此，粒子或烟灰沉积和积累在过滤体的多孔壁上。在其使用过程中，粒子过滤器已知经受一连串过滤(烟灰积累)和再生(烟灰清除)阶段。在过滤阶段过程中，留住发动机排出的烟灰粒子并沉积在过滤器内。在再生阶段过程中，在过滤器内烧除烟灰粒子以恢复其过滤性质。 通常，过滤器由多孔陶瓷材料，例如堇青石或碳化硅制成。例如在专利申请EP 816 065,EP I 142 619 和 EP I 455 923 或 WO 2004/090294和WO 2004/065088中描述了由这些结构制成的碳化硅过滤器，本领域技术人员可例如参考它们以获得关于本专利技术的过滤器的描述和关于它们的获得方法的进一步精确化和细节。有利地，这些过滤器对烟灰和热气体表现出强化学惰性，但它们的热膨胀系数有点高，这导致，为了制造大型过滤器，必须通过连接水泥或勾缝水泥将许多整料元件接合成过滤块，以降低它们的热机械应力。由于重结晶SiC材料的高机械强度，可以制造具有高孔隙率的薄过滤壁并具有极令人满意的过滤效率的过滤器。堇青石过滤器也已由于它们的低成本而长期使用。由于这种材料在过滤器的正常工作温度范围内的极低热膨胀系数，可以制造大尺寸的整料过滤器。钛酸铝类型材料也具有低平均热膨胀系数，即根据现行标准在25°C至1000°C之间测得的通常低于2.5 X 10_6 K'这种材料特征还为比堇青石更高的耐火性和更高的耐蚀性。因此，可以制造大尺寸的整料过滤器，然而条件是要控制钛酸铝的热稳定性，尤其是在过滤器再生阶段过程中。术语“热稳定性”被理解为是指基于钛酸铝的材料在粒子过滤器的正常运行条件下在高温下不分解成两个不同的氧化钛TiO2相和氧化铝Al2O3相的能力。因此在专利申请WO 2004/011124中已描述了整料过滤器，其提出基于用10至40重量％莫来石增强的60至90重量％钛酸铝的结构。据作者称，由此获得的这种过滤器具有改进的耐久性。根据另一实施方式，专利申请EP I 741 684描述了具有低膨胀系数的过滤器，其钛酸铝主相一方面通过在固溶体内的Al2TiO5晶格中用Mg原子取代一部分Al原子和另一方面通过用Si原子(其通过硅铝酸钾钠类型(尤其是长石)的晶粒间附加相被提供在该结构中)取代所述固溶体表面上的一部分Al原子来稳定。这些整料结构通常是挤出的，并随后在烧制之前，它们在一个或另一个末端最通常用与构成过滤壁的材料类似或甚至相同的材料封闭以界定如上所述的进气室和排气室。但是发现，用在挤出结构(尤其是大尺寸挤出结构)两面上通常用的材料封闭或封堵的方法导致过滤器，尤其是在与它们承载在烧制载体上的面对应的区域中出现裂纹。术语“大尺寸”特别被理解为是指直径大于100毫米或横截面大于75平方厘米的结构。这不应被视为决定性的理解，但这些裂纹看似归因于与该结构内在生坯状态下(即过滤器烧制前)的封堵通道和未封堵通道之间的收缩差异相关的应力。术语“收缩”在本专利技术中被理解为是指过滤器烧制前和后沿所述过滤器的一个维度(例如长度)该维度的差异。氧化铝-钛酸盐基材料的这种收缩效应通常在低温下，即在低于400°C的温度下，尤其在环境温度下继续存在。根据另一替代方案，还已提出封堵或封闭已烧结的结构的通道的方法。这种方法的优点可以是其节省封堵操作，尤其是万一过滤器在烧制后由于存在与烧制相关或与在先工艺步骤相关但仅在烧制过程中才显现出来的缺陷而被抛弃的情况。此外，根据这种方法的另一优点，当其通道未被封堵时，蜂窝类型陶瓷结构的烧制看起来更均匀得多。可由此促进除去粘合剂操作产生的气体的排放，由此降低与除去粘合剂相关的开裂危险。这种方法能使用最初更高含成孔剂的前体材料的混合物最终获得最终更多孔的结构，并由此降低与 在排气管中工作的过滤器相关的压降，或甚至更容易通过在其上沉积基于活性金属的涂层而在所述过滤器中集成净化废气的附加催化功能。但是，如申请人已观察到的那样，在涉及在该结构烧结或烧制后的封堵步骤的现有技术中描述的方法也经证实不令人满意。特别地，在所述塞子的额外烧制过程中在塞子与封闭通道壁之间仍出现裂纹。该问题这次可能归因于构成塞子的材料与壁的材料之间的膨胀行为差异。迄今提出的解决方案在于使封堵用混合物适应壁的材料，特别是为了使这些材料的膨胀行为更一致。因此，作为基本原理，专利申请US 2006/0272306和WO2009/073092描述了封堵用材料在烧制时的膨胀曲线的建立，所述曲线接近构成该结构的壁的并已烧结的材料的曲线。根据这些原理制造的结构表明，在空气中例如在1000°C下的塞子的最初烧制热处理后，塞子令人满意地粘附到壁上。但是，申请人已经发现，随着在工作中的过滤器中的烟灰燃烧周期，塞子与过滤结构壁的粘合强烈变差。特别地，借助这种封堵用材料，例如在位于柴油机排气管中的过滤器上在500至1100°C之间的10个热周期后，出现裂纹。因此，如本说明书的剩余部分中所阐述，在所研究的大多数过滤器中已观察到塞子与壁之间的开裂。这种现象可能造成不足的密封性并因此造成在工作中具有太低的过滤效率的过滤器。如果在排气管中工作过程中塞子与该结构的壁脱离，该过滤器这时可以变得低效，甚至必须更换。本专利技术特别提出下述过滤器，其过滤壁由具有低平均热膨胀系数(即在25至1100°C之间测得的小于2. 5 X IO-6 Γ1)的材料制成，其至少一部分通道在蜂窝体烧结或烧制后进行封闭。本专利技术的目的因此是提供可以解决所有上述问题并特别具有改善的塞子稳定性和它们与壁内聚作用(在其用于机动车排气管中时，最特别是在用于再生过滤器的相继再生周期过程中)的蜂窝状过滤结构。更特别地，申请人进行的研究表明，不同于在已公开的文献中，特别是专利申请US2006/0272306和WO 2009/073092中提供的指示和原理，为了获得如上所述的结构，使封堵用混合物适应壁的材料以使这些材料的热膨胀系数一致是不适当的，而是相反，所述系数之间的大差异在某些条件下能允许获得在粒子过滤器的常规使用条件下的持久粘合。进行的研究尤其已表明，可考虑其它参数以获得解决上述问题的通过在烧制后封堵得到的过滤结构。在其最一般形式中，本专利技术因此涉及用于过滤载有粒子的气体的蜂窝状类型过滤结构，其包含一系列具有相互平行轴并被多孔过滤壁隔开的相邻纵向通道，所述通道在该结构的一个或另一个末端交替被封堵以界定要过滤的气体的进气通道和排气通道，并迫使所述气体穿过将进气通道与排气通道隔开的多孔壁，所述结构的特征在于 a)所述蜂窝状结构的过滤壁由在烧制后具有小于2.5X 10_6 Γ1的在25至1100°C之间测得的平均热膨胀系数的材料构成；且 b)构成塞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M舒曼，
申请(专利权)人：欧洲技术研究圣戈班中心，
类型：发明
国别省市：