包含具有斜面角的流動通道的流通催化基材以及制造方法
【專利摘要】流通催化基材可包括多個多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化基材的入口端和出口端之間延伸的流動通道。流通催化基材可包括位于流動通道內(nèi)的基材壁的相交角處的多個多孔陶瓷斜面角部分。多孔陶瓷斜面角部分分別包括小于約1.38J/cm3/K的熱容量。在多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分上涂覆催化修補基面涂層。用于生產(chǎn)流通催化基材的方法還提供了多孔陶瓷斜面角部分。
【專利說明】包含具有斜面角的流動通道的流通催化基材以及制造方法
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請根據(jù)35U.S.C. §120,要求2011年11月30日提交的美國申請序列第 13/307, 818號的優(yōu)先權，本文以該申請為基礎并將其全文通過引用結(jié)合于此。
[0003] 領域
[0004] 本發(fā)明一般地涉及用于生產(chǎn)流通催化基材的設備和方法，更具體地，涉及用于生 產(chǎn)包含多孔陶瓷斜面角部分的流通催化基材的設備和方法。
[0005] 背景
[0006] 生產(chǎn)用于對來自汽油和柴油燃料的內(nèi)燃機的廢氣進行處理的流通催化基材的設 備和方法是已知的。已知提供蜂窩基材，該蜂窩基材在基材的流動通道內(nèi)具有催化劑涂層。 在操作中，迫使廢氣通過基材的流動通道。當通過流動通道時，污染物（如未燃燒的烴類、 一氧化碳、一氧化氮和一氧化二氮）在修補基面涂料中的催化劑上發(fā)生反應，形成無害物 質(zhì)（如氮、二氧化碳和水），之后將廢氣釋放到大氣中。
[0007] 在典型的發(fā)動機啟動過程中，在流通催化基材被加熱到使得催化劑活性并且能夠 處理污染物的溫度之前，可能過去大量的時間。因此，在發(fā)動機啟動之后以及在基材達到起 燃溫度之前，大量的污染物立即逃離。因而，為了降低發(fā)動機啟動過程中的過度污染，需要 提供一種流通催化基材，以支撐催化劑修補基面涂料，其能夠被快速地加熱以降低達到起 燃溫度所需的時間。
[0008] 概述
[0009] 以下給出
【發(fā)明內(nèi)容】
的簡化歸納，以便提供對詳述部分所描述的一些示例性方面的 基本理解。
[0010] 在一個示例性的方面，流通催化基材包括多個多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化 基材的入口端和出口端之間延伸的流動通道。流通催化基材還包括位于流動通道內(nèi)的基材 壁的相交角處的多個多孔陶瓷斜面角部分，其中，每個所述多孔陶瓷斜面角部分具有小于 約I. 38J/cm3/K的熱容量。流通催化基材還包括涂覆了多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角 部分的催化修補基面涂層。
[0011] 在另一個示例性的方面，制造流通催化基材的方法包括以下步驟：通過模頭擠出 形成陶瓷的批料材料，以形成陶瓷成形的基材，所述陶瓷成形的基材包括限定了在陶瓷成 形的基材的入口端和出口端之間延伸的流動通道的多個基材壁，其中多個斜面角部分與多 個基材壁共擠出。該方法還包括將陶瓷成形的基材燒制成多孔陶瓷基材，其中斜面角部分 包含具有小于約I. 38J/cm3/K的熱容量的多孔陶瓷。該方法還包括用催化修補基面涂層涂 覆多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分的步驟。
[0012] 附圖簡述
[0013] 參照附圖，閱讀本發(fā)明的以下詳細描述，可以更好地理解本發(fā)明的這些方面、特征 和優(yōu)點以及其他的方面、特征和優(yōu)點，其中：
[0014] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的方面的流通催化基材的透視圖；
[0015] 圖2是流通催化基材沿圖1中2-2線的截面示意圖；
[0016] 圖3是取自圖2的視圖3的流通催化基材的一個示例性斜面角部分的放大圖；
[0017] 圖4是取自圖2的視圖3的流通催化基材的第二個示例性斜面角部分的放大圖；
[0018] 圖5是流通催化基材上的修補基面涂料的負載與斜面角部分的曲率半徑的關系 圖；
[0019] 圖6是基材壁的中心部分的基材壁厚與斜面角部分的曲率半徑的第一關系圖，以 及流通催化基材的基材壁的中心部分的修補基面涂料厚度與斜面角部分的曲率半徑的第 -關系圖；
[0020] 圖7是孔隙率約為25%、40%、50%和60%時，孔道密度約為400流動通道/英寸 2的流通催化基材中的斜面角部分的熱容量與斜面角部分的曲率半徑的關系圖；
[0021] 圖8是孔隙率約為25%、40%、50%和60%時，孔道密度約為600流動通道/英寸 2的流通催化基材中的斜面角部分的熱容量與斜面角部分的曲率半徑的關系圖；
[0022] 圖9是流通催化基材的總熱容量與孔隙率約為25%、40%、50%和60%的斜面角 部分的曲率半徑的關系圖；
[0023] 圖10所示是根據(jù)本發(fā)明的示例性方面的制造多孔流通催化基材的方法；
[0024] 圖11是根據(jù)本發(fā)明的方面的擠出設備的示意圖；以及
[0025] 圖12是取自圖11的視圖12的示例性模頭元件的局部放大截面示意圖。
[0026] 詳細描述
[0027] 在此將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中給出了所要求保護的本發(fā)明的示例 性的實施方式。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。 但是，所要求保護的本發(fā)明可以以許多不同的方式實施，不應被解讀成限定于在此提出的 實施方式。這些示例性的實施方式使得說明透徹而完整，能夠向本領域技術人員完全地展 示所要求保護的本發(fā)明的范圍。
[0028] 圖1顯示了流通催化基材102的透視示意圖。流通催化基材102不一定按照比例 繪制，并且僅僅顯示了流通催化基材102的一個示例性示意圖。流通催化基材102包括入 口端104和位于入口端104的對面的出口端106。多個流動通道108在入口端104和出口 端106之間延伸。在一個例子中，基本上所有的流動通道108都沒有被堵塞，因此提供了從 流通催化基材102的入口端104到出口端106的無障礙流通。
[0029] 如圖2所示，可以通過在流通催化基材102的入口端104和出口端106之間縱向 延伸的多個多孔陶瓷基材壁110來形成流動通道108。多孔陶瓷基材壁110可以包括約 30-150 μ m的截面壁厚范圍，例如約50-100 μ m。在其他例子中，多孔陶瓷基材壁110可以 包括從入口端104到出口端106的流通催化基材102的長度上的基本相同的壁厚。
[0030] 流動通道108和多孔陶瓷基材壁110可分別基本平行朝向在入口端104和出口端 106之間縱向延伸。外表面112可圍繞流動通道108和多孔陶瓷基材壁110。外表面112可 在入口端104和出口端106之間縱向延伸。如所示，外表面112可包括具有圓形截面輪廓的 圓形圓柱形形狀。在其他例子中，外表面112可具有橢圓、多邊形或其他形狀。例如，雖然 未示出，但是外表面112可具有多邊形形狀，例如三角形、矩形（如正方形）或者其他多邊 形形狀。此外，如所示，流通催化基材102可包括單個整體式基材，但是基材也可包括區(qū)段 基材，其中，許多基材相互平行安裝以提供所需的總體截面構(gòu)造。無論是單個整體式或者區(qū) 段基材，可以根據(jù)本發(fā)明的方面結(jié)合各種幾何形貌。例如，基材可包括矩形（例如正方形） 截面外周，或者具有三邊或更多邊的其他多邊形形狀。在其他例子中，基材可具有圓形、橢 圓或其他曲線形狀的外截面外周。
[0031] 圖2顯示了流通催化基材沿圖1中2-2線的一個示例性截面示意圖。流通催化 基材102可具有各種孔道密度，使得能夠在每單位面積內(nèi)提供較大或較小數(shù)量的流動通道 108。例如，孔道密度可以是約100-1000個通道/英寸 2的流通催化基材102截面。因此， 圖1和2中所示的例子不是限制性的，因為設想了一定范圍的孔道密度。
[0032] 在其他例子中，形成流動通道的孔道結(jié)構(gòu)可具有不同構(gòu)造。例如，如圖3和4所示， 圖2所示的孔道的排設是大致矩形（例如正方形）構(gòu)造，但是其他例子可具有呈現(xiàn)為三角 形或其他多邊形構(gòu)造的孔道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的例子包括位于流動通道內(nèi)的基材壁的相交角處 的多個多孔陶瓷斜面角部分。
[0033] 圖3是圖2的部分放大圖，顯示的僅僅是流動通道108的一個可能的結(jié)構(gòu)。在所 示的例子中，多孔陶瓷斜面角部分114位于流動通道108內(nèi)的多孔陶瓷基材壁110的相交 角處?？梢酝ㄟ^從相鄰多孔陶瓷基材壁110的第一壁表面116a伸出第一平面114a以及從 另一相鄰多孔陶瓷基材壁110的第二壁表面116b伸出第二平面114b來限定多孔陶瓷斜面 角部分114。第一和第二平面114a和114b沿著軸114c相互相交，其中相應的多孔陶瓷斜 面角部分114被第一平面114a、第二平面114b和內(nèi)斜面表面118之間的區(qū)域限定。
[0034] 圖4是圖2的另一個部分放大圖，顯示了類似于上文所述的流動通道108的流動 通道208的許多可能的結(jié)構(gòu)中的另一種。圖4顯示位于流動通道208內(nèi)的多孔陶瓷基材壁 110的相交角處的示例性多孔陶瓷斜面角部分214。可以通過從相鄰多孔陶瓷基材壁110 的第一壁表面116a伸出第一平面214a以及從另一相鄰多孔陶瓷基材壁110的第二壁表面 116b伸出第二平面214b來限定所示的示例性多孔陶瓷斜面角部分214。第一和第二平面 214a和214b沿著軸214c相互相交，其中相應的多孔陶瓷斜面角部分214被第一平面214a、 第二平面214b和內(nèi)斜面表面218之間的區(qū)域限定。
[0035] 出于說明的目的，圖3和4顯示了四個相應相鄰的流動通道108和208的每一個 中的一個多孔陶瓷斜面角部分114和214。出于說明的目的，結(jié)合每個相應的流動通道108 和208顯示了單個多孔陶瓷斜面角部分114和214,應理解的是，每個相應的流動通道108 和208的所有四個多孔多孔陶瓷斜面角部分114和214可以是基本相互相同的。此外，如 所示，每個相應的流動通道108和208的四個多孔多孔陶瓷斜面角部分114和214可以是 與許多（例如基本上所有的）余下的相應的流動通道108和208的所有多孔陶瓷斜面角部 分基本相同的。在其他例子中，部分流動通道的斜面角部分可以是與其他流動通道的斜面 角部分是數(shù)學上相似的。例如，在一些例子中，中心流動通道的截面積可以大于部分外周流 動通道的截面積。例如，在一個例子中，相比于基材的中心部分，多孔陶瓷基材壁110可在 基材的外周部分是較厚的，以有助于增加基材在這些區(qū)域的強度。在此類例子中，多孔陶瓷 斜面角仍可具有在數(shù)學上相互類似的截面軌跡（footprint)。
[0036] 多孔陶瓷斜面角部分114和214可沿著流通催化基材102的整個長度，在入口端 104和出口端106之間部分或完全延伸。另外，多孔陶瓷斜面角部分114和214可以與多孔 陶瓷基材壁110整體地形成，使得多孔陶瓷斜面角部分114和214可以由與多孔陶瓷基材 壁110相同的材料形成。
[0037] 多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214可由許多不同的材料形 成，包括堇青石。此外，多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214可以由可具 有基本相同的孔分布特性的相同材料（例如，堇青石材料）形成，但是其他例子可提供具有 與多孔陶瓷基材壁110的孔分布不同的孔分布的多孔陶瓷斜面角部分114和214。
[0038] 在一些例子中，多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214都可以包 括約50%至約75%，例如約55%至約65%的孔隙率。此外，多孔陶瓷基材壁110和多孔陶 瓷斜面角部分114和214都可以包括約0. 5-7 μ m，例如約1-5 μ m的中值孔徑。
[0039] 多孔陶瓷斜面角部分114和214的內(nèi)斜面表面118和218可以包括寬范圍的表面 構(gòu)造。例如，如圖3所示，多孔陶瓷斜面角部分114可包括圓的、弓形的表面118,其具有凹 的形狀，但是在其他例子中，弓形表面118可包括凸的或不規(guī)則的表面形貌。在所示例子 中，弓形表面118可包括約為40-400 μ m的曲率半徑（"R")，但是在其他例子中，曲率半徑 可延伸到該范圍外。
[0040] 在一個例子中，流通催化基材102的多孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面118可 具有約為40-400 μ m的基本一致的曲率半徑。在其他例子中，一個流動通道與另一個流動 通道之間的曲率半徑可以發(fā)生改變。例如，弓形表面118的曲率半徑"R"可以沿著向外表面 112延伸的徑向軸增加或減小，使得一個流動通道具有與第二個、相鄰的流動通道不同的曲 率半徑。在該例子中，相比于靠近流通催化基材102的縱向中心的流動通道108,在靠近外 表面112的流動通道108中的弓形表面118的曲率半徑可以較大或較小。
[0041] 現(xiàn)參見圖4,顯示的是多孔陶瓷基材壁110的相交的第二個例子的放大圖。如所 示，多孔陶瓷斜面角部分214的內(nèi)斜面表面218還可包括在多孔陶瓷基材壁110的相交壁 表面116a和116b之間延伸的基本平坦表面218。在該例子中，多孔陶瓷斜面角部分214可 限定位于流動通道208的角內(nèi)的基本三角形形狀的結(jié)構(gòu)，其中斜邊形成內(nèi)斜面表面218的 平坦表面。平坦表面可以是基本線性的，使得平坦表面的截面輪廓以近乎直線在多孔陶瓷 基材壁110的相交壁表面116a和116b之間延伸。
[0042] 在一個例子中，多孔陶瓷斜面角部分214的內(nèi)斜面表面218的所有平坦表面可具 有基本一致的尺寸和形狀的平坦表面。在其他例子中，對于不同的流動通道208,平坦表面 的尺寸可以較大或較小。因此，平坦表面的尺寸可以沿著向外表面112延伸的徑向軸增加 或減小，使得一個流動通道具有比第二個、相鄰的流動通道大的平坦表面。在該例子中，相 比于靠近流通催化基材102的縱向中心的流動通道208,在靠近外表面112的流動通道208 中的平坦表面的尺寸可以較大或較小。
[0043] 在其他例子中，流通催化基材102可包括多孔陶瓷斜面角部分114和214的組合。 因此，可以在相同的流通催化基材102中提供弓形表面118和平坦表面218。例如，一個或 多個流動通道可包括四個具有內(nèi)斜面表面118(所示為弓形表面）的多孔陶瓷斜面角部分 114,而另一個或其他多個流動通道可包括四個具有所示為平坦表面的斜面角部分218。在 另一個例子中，流通催化基材102內(nèi)的多個流動通道可分別包括分別具有弓形和平坦表面 的內(nèi)斜面表面118和218的組合。因此，要理解的是，設想了在單個流通催化基材102中具 有多個多孔陶瓷斜面角部分的多種組合。
[0044] 仍參見圖3和4,可以在多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214 上都提供催化修補基面涂層120作為涂層。催化修補基面涂層120可以限定當廢氣流動通 過流通催化基材102時發(fā)生接觸的表面。一旦催化修補基面涂層120被充分加熱至起燃溫 度，則修補基面涂層內(nèi)的催化劑會與來自廢氣的不需要的烴類和/或氮氧化物排放物發(fā)生 反應，之后將干凈的氣體釋放到大氣中。
[0045] 催化修補基面涂層120可沿著流通催化基材102的整個長度，在入口端104和出 口端106之間部分或完全延伸。催化修補基面涂層120可以為催化促進材料的沉積提供較 高的表面積，并且可以包括許多不同的組成和材料。例如，在一個例子中，催化修補基面涂 層120可以包括如下組成：約75%的氧化鋁、21%的二氧化鈰氧化鋯和3-4%的貴金屬。但 是，應理解的是，在其他例子中，催化修補基面涂層120可以包括不同的組成?？梢砸栽S多 不同的修補基面涂料負載將催化修補基面涂層120負載到流通催化基材102上。在僅僅是 一個例子中，修補基面涂料負載可包括約〇. 2g/cm3,但是在其他例子中可以提供其他修補 基面涂料負載。
[0046] 流通催化基材102的多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214可用 作能包含催化修補基面涂層120的各種材料的支撐。例如，在一個例子中，流通催化基材 102可用于支撐催化修補基面涂層120,所述催化修補基面涂層120包含三用催化劑材料， 其可用于處理來自汽油動力車輛的廢氣。在另一個例子中，流通催化基材102可用于支撐 催化修補基面涂層120,所述催化修補基面涂層120包含柴油氧化催化劑，其可用于柴油發(fā) 動機后處理系統(tǒng)。在另一個例子中，流通催化基材102可用于支撐催化修補基面涂層120， 所述催化修補基面涂層120包含用于氮氧化物（NO x)處理的選擇性催化還原（SCR)催化劑。
[0047] 本發(fā)明的流通催化基材102可用于促進將發(fā)動機排放物轉(zhuǎn)化為較為無毒的物質(zhì)。 此外，本發(fā)明的流通催化基材能夠?qū)⒘魍ù呋?02較快速地加熱至催化起燃溫度，在 該溫度下，催化修補基面涂層120中的催化劑更高效地將發(fā)動機排放物轉(zhuǎn)化為較為無毒的 物質(zhì)。
[0048] 對于本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214的 孔隙率的增加，連同在流動通道108的角上包括多孔陶瓷斜面角部分114和214能夠產(chǎn)生 許多益處。益處包括但不限于，流通催化基材102的總熱容量的下降和用于流通催化基材 102中的修補基面涂料的總量的下降。增加孔隙率和減少修補基面涂料負載都對總熱容量 的下降作出貢獻。降低熱容量能夠?qū)崿F(xiàn)流通催化基材102的快速加熱，降低達到起燃溫度 所需的時間。此外，修補基面涂料的減少可降低材料成本，同時還對流通催化基材102的總 熱容量的下降作出貢獻。
[0049] 圖5是模型數(shù)據(jù)圖，其中Y軸是總修補基面涂料負載（g/cm3)，X軸是圖3所示的 多孔陶瓷角部分114的內(nèi)斜面表面118的弓形表面的曲率半徑"R"（μ m)。因此，圖5顯示 了流通催化基材102中的催化修補基面涂層120的總修補基面涂料負載（g/cm3)與多孔陶 瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半徑（ym)的關系。圖5是基于多孔陶瓷基材壁110 的壁厚約為2. 85密耳（72 μ m)以及孔道密度約為600個通道/英寸2的示例性流通催化 基材102的模型數(shù)據(jù)。如所示，隨著弓形表面118的曲率半徑"R"增加，流通催化基材102 中的總修補基面涂料負載會下降。修補基面涂料負載的下降至少部分是由于占據(jù)了流動通 道108的角的多孔陶瓷斜面角部分114所導致的。例如，參見圖3,催化修補基面涂層120 傾向于在流動通道108內(nèi)的多孔陶瓷基材壁110的相交角處積累，使得相交角內(nèi)的催化修 補基面涂層120的厚度"T1"大于多孔陶瓷基材壁110的中間部分的修補基面涂層120的 厚度"T2"。
[0050] 因此，多孔陶瓷斜面角部分114可代替在不存在多孔陶瓷斜面角部分114的情況 下（即曲率半徑"R"為〇 μ m的情況下），通常會在流動通道108的角部分積累的修補基面 涂料材料。因此，修補基面涂料材料被從角處轉(zhuǎn)移至多孔陶瓷基材壁110的中點位置，即多 孔陶瓷基材壁110沿著壁表面116a、116b被其與斜面表面118、218相交所限定的區(qū)域的厚 度。
[0051] 根據(jù)圖5,沒有多孔陶瓷斜面角部分114(即曲率半徑"R"為Ομπι)的流通催化基 材102上的修補基面涂料負載約為0. 2g/cm3。但是，對于約為200 μ m的曲率半徑，修補基 面涂料負載下降至約為〇. 131g/cm3,修補基面涂料負載的下降約為34. 5%。因此，為流通催 化基材102提供多孔陶瓷斜面角部分114可以產(chǎn)生較低的修補基面涂料負載。更具體地， 對于具有較大曲率半徑的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102,修補基面涂料負 載會逐漸下降。在一個例子中，當孔隙率約為25%時，修補基面涂料材料可占據(jù)整個流通催 化基材102的熱容量的約42%。因此，該總修補基面涂料負載的下降可降低流通催化基材 102的總熱容量，這進而能夠更快速地實現(xiàn)有效溫度和起燃。此外，由于修補基面涂料的組 分通常是昂貴的，所以總修補基面涂料負載的下降可提供明顯的成本下降。
[0052] 現(xiàn)參見圖6,提供了模型數(shù)據(jù)圖，其顯示孔道密度約為600個流動通道/英寸2、孔 隙率約為60%以及修補基面涂料負載約為0. 2g/cm3的示例性流通催化基材102的兩幅獨 立的圖。第一幅圖122顯示第一 Y軸（最左Y軸）上所示的基材壁厚（μπι)與圖上X軸 上所示的多孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半徑（ym)的關系圖。如所示，隨著 (圖3所示的）弓形表面的曲率半徑"R"的增加，多孔陶瓷基材壁110的截面厚度會減小。 在該例子中，在多孔陶瓷基材壁110的中點位置（在多孔陶瓷基材壁110的相對角之間的 大致一半處）測量多孔陶瓷基材壁110的截面厚度。
[0053] 多孔陶瓷基材壁110的截面厚度的下降至少部分是由于存在占據(jù)了流動通道108 的角的多孔陶瓷斜面角部分114所導致的。如下文所詳述，在擠出過程期間，形成了多孔陶 瓷基材壁110的形成陶瓷的批料材料會部分從多孔陶瓷基材壁110轉(zhuǎn)移來填充流動通道 108的角，并形成多孔陶瓷斜面角部分114。這導致在中點處具有較薄截面厚度的多孔陶瓷 基材壁110。因此，隨著弓形表面的曲率半徑的增加，多孔陶瓷斜面角部分114會具有較大 的截面積，從而導致在用于擠出基材的相同材料量的情況下，多孔陶瓷基材壁110的截面 厚度下降。
[0054] 仍參見圖6,第二幅圖124顯示第二Y軸（最右Y軸）上的催化修補基面涂層120 的厚度（Pm)與圖上X軸上所示的多孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半徑（μπι) 的關系圖。同樣地，該圖基于孔道密度約為600個流動通道/英寸 2、孔隙率約為60%以及 修補基面涂料負載約為〇. 2g/cm3的示例性流通催化基材102。如所示，隨著（圖3所示的） 弓形表面的曲率半徑"R"的增加，多孔陶瓷基材壁110上的修補基面涂料厚度也會增加。在 該例子中，在多孔陶瓷基材壁110的中點位置（在多孔陶瓷基材壁110的相對角之間的大 致一半處）測量催化修補基面涂層120的截面厚度。
[0055] 多孔陶瓷基材壁110的中點位置的催化修補基面涂層120的截面厚度的增加至少 部分是由于存在占據(jù)了流動通道108的角的多孔陶瓷斜面角部分114所導致的。多孔陶瓷 斜面角部分114可代替在不存在多孔陶瓷斜面角部分114的情況下（即曲率半徑"R"為 〇 μ m的情況下），會在流動通道108的角部分積累的修補基面涂料材料。作為結(jié)果，多孔陶 瓷斜面角部分114促使修補基面涂料材料從流動通道108的角部分向多孔陶瓷基材壁110 的中點位置進行再分布。因此，修補基面涂料可以向多孔陶瓷基材壁110的中點位置積累， 從而導致修補基面涂層120的截面厚度的相應增加。因此，隨著弓形表面的曲率半徑的增 力口，多孔陶瓷斜面角部分114會具有較大的截面積，從而導致在多孔陶瓷基材壁110的中點 處的修補基面涂層120的較大截面厚度。例如，在具有曲率半徑約為150 μ m的弓形表面的 多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102中，在中點位置的催化修補基面涂層120的 截面厚度相比于不具有多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102大了約85%。
[0056] 作為替代了角上的過量修補基面涂料的結(jié)果，修補基面涂層120的總體厚度曲線 可以更為均勻，因此實現(xiàn)所需的修補基面涂層厚度總體上所需的修補基面涂料較少。補充 或替代地，流動通道108的角可以被替代掉更多的修補基面涂料，使得修補基面涂料對于 污染物氣體是更容易到達的，以改善穩(wěn)定狀態(tài)和起燃過程中的催化轉(zhuǎn)化。這至少部分會是 由于在中點位置較薄的多孔陶瓷基材壁110連同較厚的催化修補基面涂層120以及多孔陶 瓷斜面角部分114的曲率半徑的增加所導致的。
[0057] 圖7顯示孔道密度約為400個流動通道/英寸2的示例性流通催化基材102的 模型數(shù)據(jù)圖，其中Y軸包括斜面角部分的熱容量（J/cm 3/K)，X軸包括弓形表面的曲率半徑 "R"（μ m)。該圖顯示了不引入催化修補基面涂層120的多孔陶瓷斜面角部分114的熱容 量。圖7基于多孔陶瓷基材壁110的壁厚約為2. 85密耳（72 μ m)的示例性流通催化基材 102。此外，圖7顯示了多孔陶瓷斜面角部分114的4個獨立的孔隙率。圖126表示孔隙率 為25%的多孔陶瓷斜面角部分。圖128表示孔隙率為40%的多孔陶瓷斜面角部分。圖130 表示孔隙率為50%的多孔陶瓷斜面角部分。圖132表示孔隙率為60%的多孔陶瓷斜面角 部分。
[0058] 如所示，隨著曲率半徑"R"增加，各個多孔陶瓷斜面角部分114的熱容量也會增 力口。但是，對于增加的孔隙率，多孔陶瓷斜面角部分114的熱容量較低。例如，在具有曲率 半徑約為300 μ m的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102中，對于曲線126表示的 25 %的孔隙率，熱容量最高，接近0. 10J/cm3/K。但是，對于300 μ m的曲率半徑，對于增加的 孔隙率，熱容量逐漸下降，40%的孔隙率、50%的孔隙率和60%的孔隙率，熱容量分別約為 0. 08J/cm3/K、約為0. 07J/cm3/K以及約為0. 05J/cm3/K。因此，提供增加的孔隙率可產(chǎn)生多 孔陶瓷斜面角部分114的熱容量的下降。在另一個例子中，多孔陶瓷斜面角部分分別包括 約為50-75%的孔隙率以及約為0. 69-1. 38J/cm3K的熱容量。
[0059] 圖8顯示孔道密度約為600個流動通道/英寸2的示例性流通催化基材102的另 一個模型數(shù)據(jù)圖，其中Y軸包括斜面角部分的熱容量（J/cm 3/K)，X軸包括弓形表面的曲率 半徑"R"（ μ m)。該圖顯示了不引入催化修補基面涂層120的多孔陶瓷斜面角部分114的 熱容量。圖8基于多孔陶瓷基材壁110的壁厚約為2. 85密耳（72 μ m)的示例性流通催化 基材102。此外，圖8還顯示了多孔陶瓷斜面角部分114的4個獨立的孔隙率。圖134表示 孔隙率為25%的多孔陶瓷斜面角部分。圖136表示孔隙率為40%的多孔陶瓷斜面角部分。 圖138表示孔隙率為50%的多孔陶瓷斜面角部分。圖140表示孔隙率為60%的多孔陶瓷 斜面角部分。
[0060] 類似于如圖7所示，圖8也證實了，在孔道密度約為600個通道/英寸2時，隨著弓 形表面118的曲率半徑"R"的增加，各個多孔陶瓷斜面角部分114的熱容量也會增加。但 是，對于增加的孔隙率，多孔陶瓷斜面角部分114的熱容量也同樣較低。例如，如圖134所 示，在具有曲率半徑約為300 μ m的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102中，對于 25 %的孔隙率，熱容量最高，接近0. 15J/cm3/K。但是，對于300 μ m的曲率半徑，對于增加 的孔隙率，熱容量逐漸下降，40 %的孔隙率、50 %的孔隙率和60 %的孔隙率，熱容量分別約 為0. 12J/cm3/K、約為0. 10J/cm3/K以及約為0. 08J/cm3/K。因此，在400個通道/英寸2和 600個通道/英寸2時，提供增加的孔隙率都可產(chǎn)生多孔陶瓷斜面角部分114的熱容量的下 降。在另一個例子中，多孔陶瓷斜面角部分分別包括約為50-75%的孔隙率以及相應的約為 0. 69-1. 38J/cm3K 的熱容量。
[0061] 現(xiàn)參見圖9,所示的模型數(shù)據(jù)圖顯示流通催化基材102的總熱容量（J/cm3/K)與多 孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半徑（μπι)的關系圖。Y軸表示含有形成催化修 補基面涂層120的催化材料的流通催化基材102的總熱容量（J/ Cm3/K)。X軸表示多孔陶瓷 斜面角部分114的弓形表面的曲率半徑（μ m)。圖9基于孔道密度約為600個流動通道/ 英寸2的示例性流通催化基材102。此外，該圖包括范圍為25-60%的流通催化基材102的 許多不同孔隙率的圖。圖142表示孔隙率為25%的多孔陶瓷斜面角部分。圖144表示孔隙 率為40%的多孔陶瓷斜面角部分。圖146表示孔隙率為50%的多孔陶瓷斜面角部分。圖 148表示孔隙率為60%的多孔陶瓷斜面角部分。
[0062] 首先參見圖142,其顯示孔隙率為25%的流通催化基材102,隨著弓形表面的曲率 半徑從0 μ m增加到300 μ m，所述流通催化基材102僅展現(xiàn)出總熱容量的小幅下降。作為區(qū) 另IJ，接著參見圖144,其顯示孔隙率為40 %的流通催化基材102，所述流通催化基材102展現(xiàn) 出流通催化基材102的總熱容量的明顯下降。例如，在沒有多孔陶瓷斜面角部分114(即曲 率半徑為0 μ m)的流通催化基材102中，總熱容量約為0. 42J/cm3/K，而具有約300 μ m的曲 率半徑的總熱容量約為〇. 38J/cm3/K。類似地，分別如圖146和148所示，在孔隙率為50% 和60%時，對于曲率半徑的增加，總熱容量也會顯示出逐漸較大的下降。
[0063] 在一個例子中，通過提供具有約200 μ m的曲率半徑的多孔陶瓷斜面角部分114的 流通催化基材102對比曲率半徑為0(即沒有多孔陶瓷斜面角部分114)的流通催化基材 102,具有多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102的總熱容量能夠從約0. 349J/cm3/K 下降到約〇.316J/cm3/K，改進了約10.2%。因此，隨著弓形表面的曲率半徑"R"的增加，流 通催化基材102的總熱容量會下降，在較高孔隙率處下降更為明顯。該下降可至少部分歸 因于占據(jù)了流動通道108的角的多孔陶瓷斜面角部分114。多孔陶瓷斜面角部分114可代 替在不存在多孔陶瓷斜面角部分114的情況下，會在流動通道108的角部分積累的修補基 面涂料材料。由于修補基面涂料材料具有比多孔陶瓷斜面角部分114高的熱容量，在流動 通道108的角處用高孔隙率斜面角部分代替修補基面涂料材料可導致總熱容量的下降。該 總熱容量的下降可能是有益的，因為流通催化基材可能能夠在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)所需的起 燃溫度。
[0064] 仍參見圖9,（如下所示的）表1顯示與可用于流通催化基材102的一個例子的材 料的熱容量相關的數(shù)據(jù)。在表1的例子中，催化修補基面涂層120的組合可以是：約75% 的氧化鋁、21 %的二氧化鈰氧化鋯和3-4%的貴金屬。如所示，基材（該例子中為堇青石） 的熱容量占據(jù)了整個流通催化基材102的熱容量的約58%。但是，將基材的孔隙率從25% 增加到55%，可以使得整個流通催化基材102的熱容量從約0. 479J/cm3K(參見圖9的曲線 142的25%的孔隙率圖）下降至約0. 365J/cm3K，下降約為24%。
[0065] 表 1
[0066]
【權利要求】
1. 一種流通催化基材，其包括： 多個多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化基材的入口端和出口端之間延伸的流動通道； 位于流動通道內(nèi)的基材壁的相交角處的多個多孔陶瓷斜面角部分，其中，每個所述多 孔陶瓷斜面角部分包括小于約1. 38J/cm3/K的熱容量；以及 催化修補基面涂層，其涂覆了多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分。
2. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多孔陶瓷斜面角部分包括約 為50-75%的孔隙率。
3. 如權利要求2所述的流通催化基材，其特征在于，所述多孔陶瓷斜面角部分包括約 為55-65%的孔隙率。
4. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，每個所述多孔陶瓷斜面角部分的 熱容量分別約為〇. 69-1. 38J/cm3/K。
5. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多孔陶瓷斜面角部分包括在 相交多孔陶瓷基材壁之間延伸的基本平坦表面。
6. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多孔陶瓷斜面角部分包括具 有曲率半徑的弓形表面。
7. 如權利要求6所述的流通催化基材，其特征在于，所述曲率半徑約為40-400 μ m。
8. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多孔陶瓷斜面角部分的孔分 布包括約為〇. 5-7 μ m的中值孔徑。
9. 如權利要求8所述的流通催化基材，其特征在于，所述中值孔徑約為1-5 μ m。
10. 如權利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多個多孔陶瓷基材壁的中心 部分分別包括約為30-150 μ m的截面壁厚。
11. 如權利要求10所述的流通催化基材，其特征在于，所述截面壁厚約為50-100 μ m。
12. -種制造流通催化基材的方法，所述方法包括以下步驟： 通過模頭擠出形成陶瓷的批料材料，以形成陶瓷成形的基材，所述陶瓷成形的基材包 括限定了在陶瓷成形的基材的入口端和出口端之間延伸的流動通道的多個基材壁，其中多 個斜面角部分與多個基材壁共擠出； 將陶瓷成形的基材燒制成多孔陶瓷基材，其中斜面角部分包含具有小于約1. 38J/cm3/ K的熱容量的多孔陶瓷；以及 用催化修補基面涂層涂覆多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，形成的多孔陶瓷基材的多孔陶瓷斜面角 部分包括在相交多孔陶瓷基材壁之間延伸的基本平坦表面。
14. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，形成的多孔陶瓷基材的多孔陶瓷斜面角 部分包括具有曲率半徑的弓形表面。
15. 如權利要求14所述的方法，其特征在于，形成的弓形表面的曲率半徑約為 40-400 μ m〇
16. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，提供的多孔陶瓷斜面角部分的孔隙率約 為 55-65%。
17. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，提供的多孔陶瓷斜面角部分的孔分布具 有約為0. 5-7 μ m的中值孔徑。
18. 如權利要求17所述的方法，其特征在于，提供的中值孔徑約為1-5 μ m。
19. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，多個多孔陶瓷基材壁的中心部分分別具 有約為30-150 μ m的截面壁厚。
20. 如權利要求19所述的方法，其特征在于，提供的截面壁厚約為50-100 μ m。
【文檔編號】B01J35/04GK104245134SQ201280068154
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權日:2011年11月30日
【發(fā)明者】K·N·巴波, C·W·坦納 申請人:康寧股份有限公司