專利名稱：凈化消音陶瓷載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對發(fā)動機(jī)用陶瓷凈化載體的改進(jìn)，尤其涉及一種同時具有凈化和消音功能的陶瓷載體。
背景技術(shù)：
屹今為止，發(fā)動機(jī)例如汽車尾氣凈化基本采用陶瓷蜂窩作載體。然而由于陶瓷蜂窩載體為直通孔結(jié)構(gòu)，尾氣經(jīng)過筆直的直通道，大部分呈“穿膛而過”，使得尾氣中需凈化成份與孔壁接觸幾率較小，導(dǎo)致凈化效果不夠理想。人們?yōu)榧哟髢艋Ч?，只能通過增加催化面積，因此將蜂窩孔徑做得盡可能小，壁盡可能薄，例如為滿足尾氣排放符合歐III標(biāo)準(zhǔn)要求，將蜂窩做成600孔/平方英寸。薄壁細(xì)孔蜂窩，不僅加大了對陶瓷機(jī)械強(qiáng)度，及更低膨脹系數(shù)要求，其技術(shù)難度極大，因此實際使用中經(jīng)常會因壁太薄而經(jīng)不起應(yīng)力作用，機(jī)械震動以及溫度波動產(chǎn)生的熱應(yīng)力均足以使其破裂，失去作用，通常蜂窩只能滿足熱震性650℃空冷一次不開裂，機(jī)械強(qiáng)度一般只有12Mpa，限止了蜂窩性能的提高；而且薄壁細(xì)孔蜂窩還導(dǎo)致擠壓成型生產(chǎn)難度增加，實際生產(chǎn)成品率較低，加大了載體成本。再就是，陶瓷蜂窩載體直通孔結(jié)構(gòu)，使得主要作用只是作為催化劑載體凈化尾氣，其消音效果相對較差，因此難以達(dá)到尾氣凈化和消音降噪。
陶瓷蜂窩載體，由于長度較大，呈柱體結(jié)構(gòu)，因此生產(chǎn)上唯一采用擠出成型，然而薄壁細(xì)孔，擠出成型生產(chǎn)難度極大，實際生產(chǎn)成品率較低，使得產(chǎn)品生產(chǎn)成本較大。
雖然采用海綿浸漿成型或混有粉狀燒失劑(例如面粉、木榍、碳粉等)，可以制造具有曲折通孔的多孔陶瓷，但其孔徑細(xì)小，阻力較大，只能作為過濾元件使用，不能用作尾氣凈化消音。
因此，由于受使用要求及陶瓷制造難度及方法制約，導(dǎo)致事實上現(xiàn)有燃油發(fā)動機(jī)凈化消音載體唯一只能采用擠出成型，做成直通孔蜂窩結(jié)構(gòu)，長期以來國內(nèi)外均是如此，一直未能得到改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種不僅載體比表面積大，催化效果好，而且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，并同時具有較好消音效果的凈化消音陶瓷載體。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述凈化消音陶瓷載體的制備方法。
本發(fā)明第一目的實現(xiàn)，主要改進(jìn)是改直通孔蜂窩為互通散狀毫米級球孔形成的曲折通道，從而克服直通孔蜂窩的不足，實現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說，本發(fā)明凈化消音陶瓷載體，其特征在于柱狀陶瓷載體內(nèi)部為相互慣通孔徑為毫米級的自然堆積散狀球孔。
本發(fā)明所述球孔，經(jīng)試驗表明其孔徑較好為Φ5-10mm，孔徑過小會導(dǎo)致排氣阻力增大，明顯降低發(fā)動機(jī)輸出功率；孔徑過大，則相對減少了有效比表積，也會導(dǎo)致處理效果的下降。本發(fā)明散狀球孔更好為Φ6-8mm。一種更好為自然堆積散狀球孔為不同孔徑，既有利于提高陶瓷載體強(qiáng)度，又能較好協(xié)調(diào)阻力與催化效果。為減少凈化氣流短路，提高整體效果，一種較好為周壁呈封閉的連續(xù)壁，即載體周壁面無孔，這樣氣流只能軸向通過載體，因而有效減少了氣流徑向短流。
本發(fā)明所述球孔，并非要求數(shù)學(xué)概念上標(biāo)準(zhǔn)圓球孔，可以是一種非標(biāo)準(zhǔn)、腔體較相鄰?fù)ǖ揽诖蟮念愃魄蚩?，類似球狀孔，較柱狀或其他形狀孔更有利于形成阻力較小通道。
本發(fā)明載體材料，可以采用現(xiàn)有陶瓷蜂窩材料，如堇青石陶瓷，鋰陶瓷，鈦酸鋁陶瓷等，但一種較好為采用以堇青石為主晶相具有催化功能的堇青石陶瓷，它不僅自身具有一定催化功能和效果，而且具有較低的熱膨脹性能，更適合作尾氣凈化。
此外，在陶瓷原料中還可以外加0.1-0.5％的稀土氧化物，例如釹、鐠、鑭、鈰、鏑、鋱等單一或混合稀土，可以直接作為催化體用。
本發(fā)明第二目的實現(xiàn)，其制備包括預(yù)制所需孔徑的毫米級可燒失小球，自然堆積填充設(shè)定形狀的模具空間，充注陶瓷泥漿，干燥、燒成。自然堆積填充小球占位燒失形成球孔，填充球間充注的陶瓷泥漿形成支撐曲壁，從而得到具有相互慣通開口自然堆積狀的慣通球孔。
本發(fā)明方法所說用于填充的可燒失小球，其作用是在陶瓷成型時內(nèi)部占位，而在陶瓷燒成過程熔化或燒失成孔，從而在陶瓷體內(nèi)形成相互慣通球狀孔。它可以采用陶瓷燒成溫度以下能燒失或熔化的有機(jī)或無機(jī)材料，例如塑料、泡沫塑料、聚氨酯、油膠、石墨粒子，焦碳粒子，石蠟粒子等等，其中較好采用受熱無膨脹材料，以及分解或燒失最終殘留物少，成球簡單的材料，更有利于提高產(chǎn)品成品率。如采用蠟漿澆注成型，則填充小球材料較好采用在低于脫蠟溫度就能分解或降解材料，使得在脫蠟時填充小球即燒失。小球成型，可以根據(jù)所選材料性狀，采用公知成球方法，例如熔滴成球，陶瓷、制藥行業(yè)用成球機(jī)旋轉(zhuǎn)成球，機(jī)制成球等等。所述小球，可以是等直徑規(guī)則球，也可以是不等直徑，以及非標(biāo)準(zhǔn)圓球體。本發(fā)明較好采用不同直徑小球填充，這樣自然堆積形成不同直徑球孔，有利于提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
本發(fā)明陶瓷泥漿充注成型，一種較好為采用壓力澆注，有利于提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
所述設(shè)定形狀，根據(jù)需要其截面可以是各種幾何形狀的柱體，如圓柱體、多邊柱體等，其長度、直徑視使用場合而定。
周壁面無孔呈封閉的連續(xù)壁成型方法，可以是在成型干燥、脫模后坯體周面填充、涂刷陶瓷泥漿封閉，也可以是在設(shè)定形狀中空模具中放置一略小于內(nèi)壁、且與模具同形的燒失材料擋圈(例如紙圈或塑料圈)，并將填充小球自然填充于該燒失材料擋內(nèi)，在該燒失材料圈內(nèi)外均充注陶瓷泥漿，這樣經(jīng)燒成便可得到周壁面封閉無孔的連續(xù)壁。其中一種更好是燒失材料擋圈壁面采用鏤空結(jié)構(gòu)，這樣可以增強(qiáng)表層與其內(nèi)的連接強(qiáng)度。
本發(fā)明凈化消音陶瓷載體，由于改直通孔蜂窩為相互慣通的自然堆積雜亂散狀球孔結(jié)構(gòu)，尾氣進(jìn)入雜散狀相互慣通曲折球孔通道，在曲折球狀通道中多次折射、碰撞、膨脹，顯著延長了氣體流經(jīng)載體時間，從而增大了氣體與載體有效接觸面積，可較直通孔蜂窩提高接觸面積約30-50％，催化凈化效果得到大大提高，而且散狀曲折球孔還具有良好的消音效果，經(jīng)測試在高頻16KHz至低頻31.5Hz全頻范圍消音都能達(dá)29.5dB。其次，自然堆積雜亂慣通球孔，顯著提高了載體有效比表面積，也有利于提高催化凈化效果。用于汽車尾氣處理，綜合凈化率可達(dá)80-90％，從而可滿足歐III標(biāo)準(zhǔn)要求。毫米級球孔，尤其是Φ5-10mm球孔，孔徑較大，不僅對凈化氣流阻力小，使用在汽車尾氣凈化功率損失小，以平均孔徑7mm總功率試驗，功率下降僅約5％，最大扭矩下降僅2.1％，能夠滿足發(fā)動機(jī)排氣阻力要求；而且較大孔徑也有利于催化劑涂載。再就是，球孔曲壁形成的“曲拱”還提高了產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，可較直通孔蜂窩提高強(qiáng)度約20-30％，因此抗機(jī)械振動及抗熱應(yīng)力能力大大提高，抗破裂性好，使用壽命得到延長，可靠性提高。此外，燒失小球自然堆積成孔，制造也較直通孔蜂窩大大簡單，適合批量生產(chǎn)，并因孔徑較大而不會出現(xiàn)盲孔，成品率高，大大降低了生產(chǎn)成本，而且改變產(chǎn)品形狀簡單，只需改變注漿模具筒，球孔大小尺寸也可以根據(jù)需要任變改變和控制，更為較蜂窩擠制成型大大簡單。本發(fā)明徹底改變了直通孔蜂窩結(jié)構(gòu)，催化效果不夠理想，應(yīng)力集中，使用壽命短，以及生產(chǎn)難度大，成品率低的不足。涂載催化劑可以用于燃油發(fā)動機(jī)尾氣凈化和消音；不涂載催化劑可以用于工業(yè)消音。尤其是在堇青石陶瓷中加入稀土氧化物，可以省略另行涂載催化劑，直接用于凈化。
以下結(jié)合幾個具體實施方式
，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實施方法實施例1用塑料制得的直徑為6mm小球，自然堆積充盈中空圓柱哈呋金屬模，采用市售堇青石晶相95％以上合成堇青石粉加12-14％石蠟加熱拌和，壓力澆注，干燥脫模，外周面用陶瓷泥料及泥漿封閉，經(jīng)1000℃左右低溫脫蠟，于1300℃左右燒成。
實施例2采用熔滴法制得5-8mm不同石蠟球粒，用鏤空紙卷成一略小于金屬哈呋模內(nèi)壁面圓筒，放入金屬模中，在紙筒內(nèi)自然堆積填充制得的不同粒徑石蠟小球。采用上述市售合成堇青石粉，外加2％wt硅微粉減水劑、7％鋁酸鈣水泥、0.1％促凝劑、7-8％水制成泥漿，振動澆注成型。自然發(fā)硬后，經(jīng)1300℃左右燒成。
實施例3在上述實施例陶瓷原料中加入0.2-0.5％的鑭和/或鈰的氧化物。
此外，陶瓷泥漿還可以采用熱震穩(wěn)定性好的鋰陶瓷、鈦酸鋁陶瓷；可燒失小球還可以采用其他材料制成；產(chǎn)品截面形狀還可以采用其幾何形狀等等，這些均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.凈化消音陶瓷載體，其特征在于柱狀陶瓷載體內(nèi)部為相互慣通孔徑為毫米級的自然堆積散狀球孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述凈化消音陶瓷載體，其特征在于所說球孔孔徑為Φ5-10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述凈化消音陶瓷載體，其特征在于所說球孔孔徑為Φ6-8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述凈化消音陶瓷載體，其特征在于所說球孔為不同孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述凈化消音陶瓷載體，其特征在于所說陶瓷載體中外加有0.1-0.5％的一種或多種稀土氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述凈化消音陶瓷載體，其特征在于載體周壁為封閉的連續(xù)壁。
7.權(quán)利要求1所述凈化消音陶瓷載體制備，包括預(yù)制所需孔徑的毫米級可燒失小球，自然堆積填充設(shè)定形狀的模具空間，充注陶瓷泥漿，干燥、燒成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述凈化消音陶瓷載體制備，其特征在于填充小球為不同直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述凈化消音陶瓷載體制備，其特征在于設(shè)定形狀中空模具中有一略小于內(nèi)壁、且與模具同形的燒失材料擋圈，可燒失小球自然堆積填充于擋圈內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述凈化消音陶瓷載體制備，其特征在于燒失材料擋圈為壁面鏤空圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時具有凈化和消音功能的陶瓷載體及制備方法，其特征是陶瓷載體內(nèi)部為相互慣通孔徑為毫米級的自然堆積狀球孔，其制備包括預(yù)制所需孔徑可燒失小球，自然堆積填充設(shè)定形狀的模具空間，充注陶瓷泥漿，干燥、燒成。較陶瓷蜂窩載體具有接觸比表面積大，凈化效果好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，制造簡單，并同時具有凈化和消音雙重功能，是一種新穎燃油發(fā)動機(jī)尾氣凈化消音載體。
文檔編號B01J35/00GK101025106SQ20061003843
公開日2007年8月29日 申請日期2006年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者孔憲中, 崔江大, 崔允杰, 范麗靜 申請人:宜興市致力科技開發(fā)有限公司