用于污染控制装置的高温衬垫制造方法及图纸

污染控制装置（１０）用的高温衬垫（１６）。该高温衬垫常用于如催化转化器（１４）和柴油机颗粒过滤器那样的污染控制装置（１０）中。高温衬垫（１６）包含多晶纤维和退火陶瓷纤维。多晶纤维通常是溶胶－凝胶形成的纤维，它不含陶瓷颗粒物质。本发明专利技术另外的陶瓷纤维成分是退火陶瓷纤维。所述两种纤维的结合构成了高温和通常安装压力下具有合乎需要的弹性值和优良耐磨蚀性能的高温衬垫（１６）。高温衬垫适于用作污染控制装置（１０）的末端锥的隔热层或包裹污染控制元件（１４），并在污染控制装置（１０）中固定住包好的元件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及污染控制装置的安装材料，具体涉及适于作为污染控制装置中高温隔热层的安装材料片，更具体地是涉及含有多晶纤维和退火陶瓷纤维混合物的安装材料片。
技术介绍
污染控制装置用在汽车上，控制大气污染。催化转化器和柴油机颗粒过滤器是两种目前广泛使用的污染控制装置。这两种装置一般都包括一个污染控制元件即整结构件，装在金属外壳内，有一种安装材料置于该整结构件和外壳的壁之间。该整结构件(monolithic structure)即整件(monolith)由金属或通常的陶瓷材料制成。在催化转化器中，整件承载在高温如260℃以上能促进一氧化碳和烃进行氧化时和氮的氧化物进行还原的催化剂。柴油机颗粒过滤器或颗粒捕集器是壁流式过滤器，一般是由多孔结晶陶瓷材料制成的蜂窝状整件结构。陶瓷整件通常有极薄的壁，容易破裂。陶瓷整件的热膨胀系数比装它的金属外壳的热膨胀系数小一个数量级。为避免由于道路冲撞和振动而损害陶瓷整件，补偿整件和外壳热膨胀的差异，并防止废气在该整件和金属外壳之间流动，一般要在陶瓷整件和金属外壳之间放置安装材料。放置安装材料即衬垫的方法也称为封装过程，包括将糊状物注射入陶瓷整件和金属外壳之间的间隙，或者将片材或衬垫材料包裹好陶瓷整件、将包裹好的陶瓷整件插入外壳中。衬垫通常用各种陶瓷纤维材料制成。陶瓷纤维用常规方法如熔体成形法制成。溶胶凝胶法是用来提供用作安装衬垫的纤维的另一种方法。溶胶-凝胶法制成的纤维通常具有高温弹性和合乎需要的耐磨蚀性能的特点。但是，由溶胶-凝胶法制成的纤维一般密度低，需要对其进行另外的处理，以提供适合直接用于污染控制装置的衬垫。另外，实施溶胶凝胶法的经济成本与其它常规纤维制造法相比会很高。专利技术概述本专利技术涉及用于污染控制装置的高温衬垫。该衬垫适于包裹污染控制元件，将包好的元件固定在污染控制装置内。另外，高温衬垫可用作污染控制装置双壁末端锥中的隔热层。本专利技术通常用于像催化转化器和柴油机颗粒过滤器那样的污染控制装置中。本专利技术的高温衬垫是多晶纤维和退火陶瓷纤维的混合物。多晶纤维通常是溶胶-凝胶形成的纤维，它含有极少量(小于5重量％)的任何陶瓷颗粒物质。本专利技术的另一种陶瓷纤维成分是至少具有部分结晶度的退火陶瓷纤维。结合上述两种纤维，制成其密度适合直接用于污染控制装置，而无需其它处理步骤的衬垫。本专利技术的衬垫还具有高温和通常安装压力下优良的耐磨蚀性能和合乎需要的弹性。此高温衬垫用于污染控制装置中。本专利技术的污染控制装置包括一个外壳和装在外壳内部的污染控制元件。根据本专利技术制成的安装衬垫包绕着置于元件外表面元件和外壳。此高温衬垫也可以用作污染控制装置的双壁末端锥中的隔热层——即该隔热层夹在双壁末端锥的内金属锥和外金属锥之间。提供具有合乎需要的密度和堆积厚度的衬垫而在封装前无需其它处理来达到合乎需要的堆积密度，这是很有利的。而使用高温衬垫来获得在高操作温和通常安装压力下合乎需要的弹性和优良耐磨蚀性能的污染控制装置，是又一个优点。对于本专利技术的用途，本申请中所用的下述术语定义如下“无粒陶瓷纤维”是指所含颗粒陶瓷材料约小于5％，一般由溶胶-凝胶法制成的多晶纤维；“退火非晶态纤维”是指退火到其温度足以提高纤维弹性的熔体成形的耐火陶瓷纤维。优选在纤维变得过度脆性易碎(由冷磨蚀试验确定)前停止退火过程。退火纤维的结晶度由X-射线衍射测定，其微晶度由透射电子显微镜测。纤维的合适性用差热分析来确定；“弹性”是指经受重复的厚度改变(即压缩和松弛循环)后仍能基本保持支承力的能力；“陶瓷基纤维”是指金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物或它们的混合物的含量为80％或更多的纤维。附图说明将参照下述附图进一步描述本专利技术，在全文中相同的数字表示相同或类似的部件，其中 图1是装在外壳内包好的污染控制元件的分解透视图；图2是本专利技术两层安装材料片的部分截面图；图3是含有晶体结构的熔体成形陶瓷纤维的X-射线衍射图；图4是表现非晶结构的熔体成形陶瓷纤维的X-射线衍射图。专利技术详述图1所示是使用本专利技术安装材料的污染控制装置10。该污染控制装置10包括外壳12和污染控制元件14。污染控制元件14由高温衬垫16弹性支承。用于衬垫16的材料是多晶陶瓷纤维和退火陶瓷纤维的结合物。本专利技术的安装材料特别适用于薄壁陶瓷整件和金属整件，此时需要高度弹性来将该污染控制元件即整件固定在位。令人惊奇的是，多晶陶瓷纤维和退火陶瓷纤维的结合物，其弹性很高，耐磨蚀性能高，并且收缩小，在污染控制装置的操作温度下仍然保持足够的压力保留值。本专利技术由两种材料组合制成的衬垫比由纯多晶纤维或纯退火陶瓷纤维或多晶纤维和未退火陶瓷纤维制成的衬垫要优越。单由多晶纤维形成的衬垫通常具有不合需要的低密度。另外，单用多晶纤维的衬垫是蓬松的，必须大大地压缩例如至十分之一的体积，才能达到合乎需要的安装密度，用来产生将整件固定在位的足够支承力。此外，单由多晶材料制成的衬垫必须通过针编、封袋、添加粘合剂并在压力下干燥或固化来压合或者这几种方法的组合，来保持合乎需要的的压缩量，以便于进行封装。单用退火纤维的衬垫，弹性较差压力保留值也低。本专利技术的衬垫则可以容易地封装，无需另行压缩保持纤维在一起。另外，使用本专利技术组合纤维的衬垫既具有合乎需要的的弹性又具有合乎需要的的压力保留值。本专利技术的安装材料通常是衬垫或片材形式提供。衬垫可以是单层或多层的组合纤维。在一个实施方式中，包含多晶纤维和退火陶瓷纤维混合物的衬垫用于安装整件。在另一实施方式中，衬垫由多晶纤维、退火陶瓷纤维和一种或多种膨胀材料形成。在还有一个实施方式中，衬垫由一层多晶纤维和退火陶瓷纤维混合物的层加上每层都包含膨胀材料的一层或多层其它层形成。图2所示的是后一个实施方式的例子，衬垫20包括有多晶纤维和退火陶瓷纤维层的第一层22和含膨胀材料的第二陶瓷纤维层24。较好的是，安装时第一纤维层22靠着整件。适用于本专利技术的陶瓷基多晶纤维通常用常规溶胶-凝胶制造法制成。使用多晶纤维为本专利技术的衬垫提供高温的弹性和耐磨蚀性能。另外，使用溶胶-凝胶法产生的是无粒纤维。含有颗粒物质的纤维会对衬垫强度产生不良影响。用于形成安装衬垫的多晶纤维有一些市售的商品，如购自明尼苏达州圣保罗3M公司的Nextel纤维312、Nextel纤维440、Nextel纤维550，和购自日本东京三菱化学公司的Fibermax纤维。这种纤维优选含有大量氧化氧化铝。优选的是氧化铝含量为60％或更多。纤维的组成还可以含有一定量氧化硅或氧化锆。多晶纤维的长度和直径可根据具体用途而异。但是，多晶纤维的纤维长度通常要大于5厘米，而纤维直径通常约为2-12微米。退火陶瓷纤维用于和多晶纤维结合，使成品衬垫具有合乎需要的性能。退火陶瓷纤维通常是可由各种金属氧化物熔体喷射或熔纺而成形的耐火陶瓷纤维。随后，在取决于能形成退火的非晶态纤维的组成的温度下，对熔体成形的耐火纤维进行退火即热处理。该纤维优选是含有30-60重量％氧化Al2O3和60-40重量％氧化SiO2、更优选是含等量Al2O3和SiO2的混合物。该混合物中还可以加入其它氧化物，如B2O3、Cr2O5和ZrO2。可用于制成高温衬垫的熔体成形耐火陶瓷纤维可由若干厂家购得，包括Unifrax，Niagara Falls，纽约州的“Fiberfrax”；本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于污染控制装置的高温衬垫，其特征在于所述的衬垫包含陶瓷基多晶纤维和退火陶瓷纤维的混合物。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL兰格，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]