经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体及其形成方法技术

本发明专利技术揭示了一种经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体和其形成方法。多孔中空聚氨酯海绵结构体包含一种爆破开孔聚氨酯海绵骨架，其骨架具有某种中空并且呈某种几何形状的闭孔、半闭孔或半开孔的结构，中空几何体外部具有超大的三维比表面积。方法包含形成多孔衬底，用金属涂覆多孔衬底，烧结经涂覆的衬底，以移除可燃性衬底，通过结构体中的金属键和共价键连接整体，产生中空结构，从而制成多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体。本发明专利技术的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体可用作空气清洁过滤器载体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体及其制造方法。
技术介绍
通常，车辆引擎废气排气系统中的空气清洁过滤器(也称为触媒转换器)采用的是一种金属蜂窝结构，采用这种蜂窝结构，可以使排气系统中的废气从蜂窝结构中的通道的一端传送到另一端，从而实现对油料燃烧后产生的一氧化氮及二氧化氮等多种有害气体进行处理的目的。美国专利US5,306,890公开了这样一种蜂窝结构。这种结构中，将波状金属薄片焊接在二平坦金属薄片之间，从而形成许许多多的通道结构。用触媒包裹、涂覆所形成的通道结构，并将所形成的通道结构安装在一种金属外壳内，即形成触媒转换器。由于这种触媒转换器中的波状结构具有较大接触表面积，使得其表面所涂覆的触媒能够对空气进行过滤。但是这种技术的缺陷是，焊接工艺成本较高，并且通道结构的表面区域的金属加工受到当前技术水平的限制。为了克服上述现有技术的缺陷，US5,481,084中提出了一种采用电弧处理金属薄片表面以增大表面积的方法；US5,567,395中则揭示了一种在蜂窝结构内提供湍流产生区段以提高效率的方法；US6,036,926和WO97/15393揭示了一种使用弯曲加固金属薄片以形成具有加固结构的蜂窝结构并提高效率的方法。但是，上述方法对接触表面积的增大的程度依然有限。并且在经过几个热冲击循环之后，那些由于为增大表面积而对表面进行处理从而增加出来的额外凹凸结构通常会出现金属表面粘附力不足以及粘附性欠持久的问题。于是，人们设想在蜂窝结构的转换器之前再安装一台精密过滤器(或称作“粉尘捕集器”)(US4,719,571)或将其平行于转换器安装来机械地控制废气流穿过选定的腔室，以捕集粉尘(US5,264,186)。其可防止此粉尘引起的触媒中毒，并减少粉尘排放。然而，其工艺复杂且需要安装一额外过滤单元，这就增加了车辆的成本和重量。引擎启动时，会使转换器加热，而当引擎停止时则会使转换器熄火。如此重复循环通常会引起对转换器结构的热冲击，使金属薄片损坏而在其中形成孔洞，从而使转换器的功效下降甚至失效。当然可以采用某些方法克服之，如通过特殊焊接来改善其强度(US5,316,997)，或提供一缓冲区使转换器不致于因热冲击而损坏(US5,403,558、US6,467,169、US6,458,329、US5,846,459)。但这样会使缓冲区段占据更大的空间，从而减少转换器实际可用的表面区域。并且这样做也会使转换器的总体积增大。如果增大转换器的直径，那么废气会均匀穿过所有通道而使过滤作用下降。如果增加转换器的长度，则会增加对引擎的背压。当引擎和转换器尚未达到其工作温度时，当前空气污染物的90％来自车辆废气排放。为此，人们设想了几种解决方案例如，采用具有稀疏微空洞结构的沸石或分子筛吸收腔室(US5,051,224、US5,108,716)或为使触媒转换器更为有效而采用单独的预热装置(US5,296,198、US5,465,573等)。然而，这种装置不是增加了背压，就是降低了燃料效率，或者增加了燃油消耗。除了金属触媒转换器以外，美国专利US4,556,543中采用一种经触媒涂覆的压缩陶瓷转换器。美国专利US6,680,101则建议采用挤压或挤压成型技术来形成具有400通道/平方英寸的陶瓷蜂窝结构。但这种陶瓷转换器的抗热冲击性能较差，会使得仅经过有限次数的加热/熄火循环以后，就导致陶瓷破碎，而导致性能丧失。尽管人们建议了几种方法可以用来克服这一缺陷。如通过使某些通道的壁增厚来增强抗热冲击性(US2004/0101654)。但是这些方法仍然无法满足人们对重量较轻的有效触媒载体的需求。由于陶瓷的热容量和热传导率较低，陶瓷蜂窝结构在引擎启动之后需要花费很长时间才能达到其工作温度。当引擎/转换器的温度低于其工作温度时，会需要另外增加过滤器或另一预热器来对废气进行处理。这不仅增加了成本和重量，而且降低了车辆的燃料效率。第三种典型的现有技术是如US4,451,441中所揭示的陶瓷泡沫结构。它包括将一精细陶瓷泡沫单元(15到50ppi孔/英寸)用作过滤器，而将一粗糙陶瓷泡沫单元(2到20ppi)用作触媒转换器系统的触媒载体。有人提出为触媒应用提供一种重量轻、表面积大而且背压小得多的技术方案。通过将陶瓷浆料涂覆在一网状聚氨酯海绵上接着在约750℃下将其烧结以形成陶瓷泡沫。事实上，在所述烧结过程中聚氨酯聚合体被烧尽。然而，由于陶瓷泡沫的骨架极小因而机械强度很小，所以无法在使用寿命期间传热和抗冲击并提供足够的强度。US5,422,085中揭示了一种减少柴油引擎废气中氮氧化物(NOx)的排放方法。在经镍涂覆的聚氨酯海绵(中国市场又称为泡沫镍)上涂覆银触媒用以对NOx负载流进行处理。但是，由于银与引擎废气环境中的硫化物的高活性和镍在氧化环境中的抗腐蚀和抗氧化性的不足，所以这种装置实际上还没有在商业上投产。在陶瓷蜂窝结构的制造过程中需要精密加工工具用于进行成型。而加工工具具有其寿命周期和维护期。同样，陶瓷材料在运输上需要良好保护以防止碰撞损坏。因此生产成本高而且需要采用新结构用于触媒转换器。本专利技术克服了上述现有技术中的所有缺陷。它具有大面积触媒效率、有效过滤柴油粉尘(颗粒)、抗热冲击性和短加热时间等优点，并且生产成本低。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体及其制造方法。专利技术者使用可燃性材料已爆破开孔聚氨酯海绵作为多孔衬底以涂覆金属层，并采用烧结工艺来形成烧结多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体。从而使用者可使用所述经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体进行触媒涂覆或光触媒涂覆。本专利技术提供了一种经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体，它包含一种经还原的金属十二面体骨架结构，骨架内具有某种中空、刚性并且呈某种几何形状的闭孔、半闭孔或半开孔的结构，在该中空几何体的内、外部具有超大的三维比表面积。结构内具有金属键或共价键以连接整体，且多孔中空结构的材料能够承受具有特定温度范围的烧结工艺；其中多孔中空结构的材料至少一半部分由金属材料形成。本专利技术的方法包含下列步骤采用一种可燃性材料来制成多孔衬底；通过可承受可燃性材料的燃烧温度的金属材料来实施涂覆工艺；对经涂覆的多孔衬底实施烧结工艺，以移除可然性衬底，由于金属材料在结构体内形成金属键或共价键，从而形成一种整体结构，从而制成具有多孔中空结构的经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体。本专利技术的结构可用作一粉尘过滤器和触媒转换器，以通过涂覆一层诸如铂的触媒材料来处理来自引擎的废气。而且，所述经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体可以通过涂覆一层诸如光触媒的材料而用作排气及进气系统中的清洁过滤器。附图说明读者在参照附图阅读了本专利技术的具体实施方式以后，会对本专利技术的目的和所具有的性能和优点一目了然。其中，图1为本专利技术制成经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体的方法流程图；图2为本专利技术经烧结的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体内部的洞穴的一种形式；图3示出本专利技术的多孔中空聚氨酯海绵状金属结构体之骨架的一部分。具体实施例方式本专利技术提供了一种制造海绵状金属结构体的方法，所述海绵状金属结构体具有高抗张强度、具有低背压的大表面积、低热膨胀系数、高抗热冲击性、重量轻和设计灵活性，以提供预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中空聚氨酯海绵状金属结构体，所述结构体是一种经烧结的具有经还原金属十二面体的多孔骨架结构，其特征在于，所述骨架内具有中空、刚性并且呈几何形状的闭孔、半闭孔或半开孔的结构，在所述中空刚性几何体的内、外部具有超大的三维比表面积。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛攀霆，
申请(专利权)人：薛攀霆，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]