[发明专利]用于尾气净化的蜂窝结构体

说明书

发明的技术领域

本发明涉及一种蜂窝结构体，包括蜂窝片段和密封材料层，更尤其涉及一种适用于车辆释放的尾气的颗粒过滤器中的蜂窝结构体。

发明背景

术语“尾气”意味着一种废气，其作为燃料的燃烧结果产生，所述燃料例如汽油/石油、柴油、燃料油或煤。世界上日益增加的发电厂、工业过程装置以及机动车辆的普及，迫切地导致需要研究可能的减少尾气对环境和人的不良影响的解决方法。

实际上虽然绝大部分的尾气是相对无害的氮、水蒸气(除了为纯碳燃料而制的)和二氧化碳(除氢作为燃料以外)，其相对少部分是由不受欢迎的有毒物质形成的，例如一氧化碳、烃、氮的氧化物、部分未燃燃料以及颗粒物质。

一般而言术语“颗粒物质”(简写为“PM”)意味着悬浮在气体中的固体或液体颗粒。在尾气中，例如柴油机产生的尾气，PM的主要部份由非常小的颗粒组成，所述颗粒主要地由不纯的碳粒子(在行业中也被认为是“烟灰”)组成。因为其小尺寸，所述颗粒当吸入时可能容易地深深穿透进入肺中。这些颗粒的粗糙表面使其容易在环境中和其它毒素相结合，因此增加了吸入的颗粒的危险。在最近使用广泛的用粗柴油作为燃料的柴油机或直接-注入型汽油发动机中，PM的排放量变大。

一种除去(或至少减少)由燃料燃烧产生的尾气的PM排放的解决方法，例如在车用发动机中，是通过利用颗粒过滤器。考虑到由柴油机产生的尾气，在这种情况下被称作柴油机颗粒过滤器(DPF)的颗粒过滤器是一种布置在柴油机的尾气排放路径中的装置，用于接收尾气和保留其中包含的PM。

传统的DPF可由例如碳化硅(SiC)的多孔材料制成的圆柱体组成，具有接收由发动机产生的尾气流的第一基体(上游侧)。这样的DPF具有蜂窝结构，具有从上游侧体至下游侧的平行于圆柱体纵向延伸的大量的尾气流动通道，所述下游侧对应于第一基体相对的圆柱体的第二基体。这些通道交替地在上游侧或者下游侧塞住，以形成棋盘形图案。

尾气(包括PM)撞击第一表面，被迫流过在上游侧没有塞住的DPF的通道。由于SiC的多孔性质，尾气包括的PM被所述通道的壁挡住，和保留限制在DPF中，而余下的尾气(基本上无PM)穿过壁进入相邻通道和离开DPF，通过排气管输出到车辆外面。

迄今为止，作为用于车辆尾气转化装置的蜂窝结构体，众所周知的是单片型蜂窝结构(称为蜂窝独石)，由低热膨胀堇青石制成。这类蜂窝结构体被用于载带具有高比表面积的材料例如活性氧化铝等，贵金属催化剂例如铂等，和用于在壁表面上进行NO_x转化处理的碱金属。

蜂窝结构体的另一个例子还有已知的一种聚集体类型蜂窝结构体，由大量的、包括由挤压成型制备的碳化硅材料的蜂窝结构单元(蜂窝片段)整体粘合形成。

JP07-054643公开了一种尾气排放控制设备，通过组合和布置由多孔的碳化硅烧结体形成蜂窝型的12片过滤器来制造。密封元件作为耐热填充材料插入彼此相邻的过滤器之间，其周边覆盖绝热元件。密封元件由陶瓷纤维、碳化硅粉末和无机粘结剂组成。

EP816065公开了一种陶瓷结构，其中大量陶瓷的元件通过插入弹性材料密封元件整体地粘合，所述弹性材料密封元件由无机纤维(优选陶瓷纤维)、无机粘结剂(优选溶胶)、有机粘结剂(优选多糖)和无机颗粒(优选选自碳化物和氮化物的无机粉末或晶须)组成，通过在相互的陶瓷元件之间的无机粘结剂和有机粘结剂使有机纤维和无机颗粒互相粘合3维相交。更尤其是，陶瓷纤维选自二氧化硅-氧化铝、莫来石、氧化铝和二氧化硅，溶胶选自氧化硅溶胶和氧化铝溶胶，多糖选自聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素，和无机粉末或晶须选自碳化硅、氮化硅和氮化硼。更优选地密封元件由二氧化硅-氧化铝陶瓷纤维、氧化硅溶胶、羧甲基纤维素和碳化硅粉末组成。

US6,777,114公开了一种碳化硅基蜂窝式过滤器，具有通过金属硅粘合的结构，用作DPF然后再活化时，在低氧分压下可能出现的氧化反应导致过滤器破坏，这是由于尤其是金属硅的氧化引起的温度急剧升高造成的。更进一步地金属硅在其上没有氧化膜时具有容易溶于酸的性能。结果是当包含金属硅作为组分的烧结体被用作DPF时，烧结体暴露于通过存在于使用的燃料中的硫等燃烧产生的酸性气体气氛下，担忧例如由金属硅溶解所引起过滤器破坏。因此建议在碳化硅颗粒和/或金属硅表面上或在表面附近形成含氧相以抑制碳化硅和金属硅的氧化分解。