堵塞陶瓷蜂窝体中通道的方法以及陶瓷蜂窝壁流过滤器技术

由包括如下步骤的方法，通过堵塞包括粘土的陶瓷蜂窝体中的通道而制备陶瓷蜂窝壁流过滤器。首先，形成包括分散液体和陶瓷粉末的混合物。其次，向包括粘土的陶瓷蜂窝体生坯的至少一个通道中插入该混合物，以形成堵塞的陶瓷蜂窝体生坯，其中所述分散液体基本不能溶胀粘土。或者，将该混合物插入煅烧的陶瓷蜂窝体以形成堵塞的煅烧的陶瓷蜂窝体。最后，将堵塞的陶瓷蜂窝体生坯或煅烧的陶瓷蜂窝体加热到足以烧结堵塞的陶瓷蜂窝体生坯的温度，以形成多孔的烧结的堵塞的陶瓷蜂窝体。该方法特别用于同时在通道中制造栓塞和区别层。具体而言该方法用于制造壁流过滤器，该过滤器在至少一端含有组成与区别层相同的栓塞或在每一端含有不同组成的栓塞。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请要求2001年4月24日提交的U.S.临时申请系列No.60/285,810的权益。本专利技术涉及陶瓷壁流整体过滤器及其制造方法。具体而言，本专利技术涉及粒子捕集器，如柴油粒子捕集器。由于空气质量标准更为严格，相当的努力着力于最小化柴油发动机排气中释放的粒状物质。潜在的解决方案是插入柴油发动机排气系统中的粒子捕集器。如在U.S.专利No.4,276,071中描述的蜂窝陶瓷壁流通过滤器，是粒子捕集器的优选类型。这些蜂窝过滤器由如下方式制造挤出包括水，粘合剂和陶瓷粉末(例如粘土、莫来石、二氧化硅和氧化铝)的糊剂，该糊剂例如，在灼烧时形成堇青石。粘土一般用于使糊剂具有足够塑性以形成可使用蜂窝体。在挤出糊剂之后，将蜂窝体干燥，脱粘合剂和烧结以形成蜂窝体。典型地烧结蜂窝体以向薄的通道壁提供足够的强度，以保证陶瓷糊剂的插入以堵塞通道，如下所述。最后，为制造壁流粒子捕集器或过滤器，采用包括合适粉末，分散介质和粘合剂的糊剂，堵塞烧结的蜂窝体一端的一半开口。然后在另一端，采用糊剂堵塞没有堵塞的通道。随后，再次烧结堵塞的蜂窝体以形成壁流粒子捕集器。令人遗憾地，此方法具有许多问题。例如，糊剂中的液体可优先被拉入灼烧过的蜂窝体的多孔壁中，引起栓塞的非均匀干燥收缩并导致最后栓塞中的裂纹。第二个问题是必须采用多个昂贵步骤(例如至少两个高温灼烧)以制造粒子捕集器。由于陶瓷蜂窝体生坯(green)的壁较薄和脆，当插入糊剂时，它们倾向于变形和/或断裂，因此典型地需要这多个步骤。当使用大规模方法时，这是特别真实的。另一个问题是由于在栓塞烧结收缩期间灼烧过的蜂窝体的膨胀，可用于栓塞的组成有限。因此，需要提供一种制造壁流捕集器的方法，例如其避免现有技术的一个或多个问题，如上述那些的一个。本专利技术的第一方面是一种堵塞陶瓷蜂窝体中通道的方法，其包括(a)形成包括分散液体和陶瓷粉末的混合物，(b)向包括粘土的陶瓷蜂窝体生坯的至少一个通道中插入该混合物，以形成堵塞的陶瓷蜂窝体生坯，其中分散液体基本不能溶胀粘土，和(c)加热堵塞的陶瓷蜂窝体生坯到足以烧结堵塞的陶瓷蜂窝体生坯的温度，以形成多孔的烧结的堵塞的陶瓷蜂窝体。本专利技术的第二方面是一种堵塞陶瓷蜂窝体中通道的方法，其包括(a)加热包括粘土的陶瓷蜂窝体生坯到第一温度，第一温度不足以基本烧结该陶瓷蜂窝体生坯，但足以除去粘合剂和将粘土脱水，使得脱水的粘土当与水接触时基本不能再水合，以形成煅烧的陶瓷蜂窝体，(b)向煅烧的陶瓷蜂窝体的至少一个通道中插入包括陶瓷粉末和分散液体的混合物，以形成堵塞的煅烧的陶瓷蜂窝体，和(c)加热堵塞的煅烧的陶瓷蜂窝体到足以形成烧结的堵塞的蜂窝体的温度。本专利技术的第三方面是一种包括整体陶瓷蜂窝体的陶瓷蜂窝壁流过滤器，该陶瓷蜂窝体含有由相邻入口和出口通道连接的入口端和出口端，该入口和出口通道从陶瓷体的入口端向出口端延伸，入口和出口通道由在入口和出口通道之间的多个交织薄气体过滤多孔分配壁确定和由陶瓷栓塞确定，使得入口通道在陶瓷体的出口端含有入口陶瓷栓塞和出口通道在陶瓷体的入口端含有出口陶瓷栓塞，使得当进入入口端时，流体必须通过分配壁以离开出口端，其中该陶瓷蜂窝体在出口通道的至少一个分配壁上含有区别层，区别层的组成与出口通道的出口陶瓷栓塞基本相同。本专利技术的第四方面是一种包括整体陶瓷蜂窝体的陶瓷蜂窝壁流过滤器，该整体陶瓷蜂窝体含有由相邻入口和出口通道连接的入口端和出口端，该入口和出口通道从陶瓷体的入口端向出口端延伸，入口和出口通道由在入口和出口通道之间的多个交织薄气体过滤多孔分配壁确定和由陶瓷栓塞确定，使得该入口通道在陶瓷体的出口端含有入口陶瓷栓塞和出口通道在陶瓷体的入口端含有出口陶瓷栓塞，使得当进入入口端时，流体必须通过分配壁以离开出口端，其中出口陶瓷栓塞的组成不同于入口陶瓷栓塞。每一种上述方法特别用于，但不限于蜂窝壁流过滤器中通道的堵塞。令人惊奇地，这些方法不仅仅可用于堵塞通道，而且可同时提供区别层，例如在陶瓷蜂窝壁流过滤器出口通道的壁上。该方法也可用于在过滤器通道的壁之上或之中提供其它有用的材料(例如，催化剂或成核剂)，而同时形成栓塞。附图说明图1是显示本专利技术陶瓷蜂窝过滤器一个实施方案的前视图。图2是一部分切掉的图1的侧视图。图3是图1过滤器中相邻通道的放大示意图。图4是图1通道堵塞部分和原位形成的区别层的放大截面图。在整个附图的视图中，数字2是陶瓷蜂窝体，数字4是入口通道，数字5是出口通道，数字6是在相邻通道之间的分配壁，数字8是入口栓塞，数字9是出口栓塞，数字10是入口端，数字11是出口端和数字12是区别层。陶瓷蜂窝体生坯包括粘土和，如果必须，其它陶瓷的蜂窝体。粘土是溶胀和吸收水以形成塑性本体的层状水合硅铝酸盐。粘土矿物质的例子包括高岭石、蒙脱石、绿坡缕石(atapulgite)、伊利石、膨润土、多水高岭土、叶蜡石和云母。煅烧的陶瓷蜂窝体已经加热到煅烧温度的陶瓷蜂窝体生坯，煅烧温度足以将陶瓷蜂窝体生坯中存在的粘土脱水，但不足以基本烧结蜂窝体的陶瓷组分。堵塞的陶瓷蜂窝体生坯或煅烧的堵塞的陶瓷蜂窝体已经由混合物堵塞至少一个通道的陶瓷蜂窝体生坯或煅烧的陶瓷蜂窝体，在加热以形成烧结的堵塞的陶瓷蜂窝体时，混合物形成陶瓷栓塞。烧结的堵塞的陶瓷蜂窝体加热到烧结温度的堵塞的陶瓷蜂窝体生坯或煅烧的堵塞的陶瓷蜂窝体，烧结温度足以熔合(烧结)陶瓷组分成整体陶瓷。参考图1-图4，它表示陶瓷蜂窝过滤器的一个优选实施方案，该过滤器包括陶瓷蜂窝体2，该蜂窝体分别含有分别通过其间(即从入口端10到出口端11)延伸的多个平行入口和出口通道4和5，入口和出口通道由多孔分配壁6，入口通道栓塞8和出口通道栓塞9确定。出口通道9也含有位于分配壁6表面上的区别层12。当将包含要过滤的物质的气体或液体14导引入入口通道4时，气体或液体14通过分配壁6和区别层12和离开出口通道5。因此，分配壁6和区别层12从气体或液体14过滤出该物质。陶瓷蜂窝体2可以是具有足够孔隙率和强度以作为壁流过滤器操作的任何有用陶瓷。有用陶瓷的例子包括碳化硅、氮化硅、莫来石、堇青石、β锂辉石、磷酸盐陶瓷(例如磷酸锆)或其结合物。优选，陶瓷是莫来石或堇青石。更优选，陶瓷是莫来石。最优选，陶瓷是在氟气体存在下形成的莫来石，如在U.S.专利4,910,172、4,911,902、4,948,766、5,098,455、5,173,349、5,194,154、5,198,007、5,252,272和5,340,516中描述的那些。莫来石颗粒的平均长宽比至少为2，更优选至少5，和最优选至少10。一般情况下，陶瓷蜂窝体2的孔隙率是30％-80％多孔的。优选，陶瓷蜂窝体2是40％-70％多孔的。栓塞8和9可以为足以有效作为栓塞的任何孔隙率。一般情况下栓塞8和9可以是包括基本与陶瓷蜂窝体2相同陶瓷组成的陶瓷组合物。基本相同的组成表示栓塞8和9的化学和微结构与陶瓷蜂窝体2基本相同。栓塞组合物的例子包括与先前所述用于陶瓷蜂窝体2相同的陶瓷。在陶瓷壁流过滤器的一个优选实施方案中，栓塞8和9的组成与陶瓷蜂窝体2相同。在此实施方案中，可以存在或可以不存在区别层12。优选，存在化学与陶瓷蜂窝体基本相同的区别层12。在另一个优选的实施方案中，烧结的陶瓷蜂窝体2在出口端11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堵塞陶瓷蜂窝体中通道的方法，其包括以下步骤：　　　　（ａ）形成包括分散液体和陶瓷粉末的混合物，　　　　（ｂ）向包括粘土的的陶瓷蜂窝体生坯的至少一个通道中插入所述混合物，以形成堵塞的陶瓷蜂窝体生坯，其中所述分散液体基本不能溶胀所述粘土，和　　　　（ｃ）加热所述的堵塞的陶瓷蜂窝体生坯到足以烧结该堵塞的陶瓷蜂窝体生坯的温度，以形成多孔的烧结的堵塞的陶瓷蜂窝体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：FW万斯，SA沃林，
申请(专利权)人：陶氏环球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]