本發(fā)明涉及凈化領(lǐng)域，特別是涉及一種三元催化器及其制備方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，世界各國對汽車尾氣排放的要求和標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，汽車廠商為了達(dá)到規(guī)定的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，在汽車尾氣排放系統(tǒng)中加裝了三元催化器，三元催化器起到對hc、c0、n0x等有害氣體進(jìn)行凈化的作用，對于解決汽車尾氣污染問題發(fā)揮著極大的作用。

金屬或者陶瓷載體是三元催化器的核心部件，在目前的常規(guī)技術(shù)條件下，整體式蜂窩陶瓷載體一般用堇青石擠壓制成，它具有耐高溫、熱變形小的特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性不好，升溫慢，機(jī)械強(qiáng)度低，抗沖擊破壞能力差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種節(jié)省材料、催化效率高、制造流程簡單、生產(chǎn)周期短的三元催化器及其制備方法。

一種三元催化器，包括殼體以及載體，所述殼體具有容置腔以及與所述容置腔連通的進(jìn)氣口以及出氣口，所述進(jìn)氣口以及所述出氣口分別分布在所述殼體上的相對位置；所述載體填充在所述容置腔內(nèi)，所述載體內(nèi)設(shè)有蜂窩狀的通道，且由所述進(jìn)氣口至所述出氣口方向，所述蜂窩狀的通道的孔隙密度由600目至400目線性變化。

在其中一個實(shí)施例中，所述殼體的進(jìn)氣口處以及出氣口處均設(shè)有端蓋。

在其中一個實(shí)施例中，所述載體的外側(cè)壁與所述容置腔的內(nèi)壁接觸配合。

在其中一個實(shí)施例中，所述載體呈圓柱體狀。

在其中一個實(shí)施例中，所述載體包括外殼結(jié)構(gòu)以及多個蜂窩單元，所述外殼結(jié)構(gòu)呈兩端開口的筒狀；所述蜂窩單元具有三個蜂窩柱，三個所述蜂窩柱的中部連接且呈相互垂直；多個所述蜂窩單元連接并填充在所述外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)形成所述載體，在由所述進(jìn)氣口至所述出氣口方向上的徑向截面上，相鄰的多個所述蜂窩單元之間構(gòu)成所述蜂窩狀的通道。

一種三元催化器的制備方法，包括如下步驟：

通過計算機(jī)三維模擬具有容置腔及相對設(shè)置的進(jìn)氣口以及出氣口的殼體的結(jié)構(gòu)；

通過計算機(jī)三維模擬載體的結(jié)構(gòu)，所述載體內(nèi)具有蜂窩狀的通道，且由進(jìn)氣口至出氣口方向，所述載體的孔隙密度由600目線性梯度漸變?yōu)?00目；

在選區(qū)激光熔化設(shè)備中預(yù)設(shè)參數(shù)，在基板上通過所述選區(qū)激光熔化設(shè)備在成型氣氛中打印所述殼體以及填充在所述殼體內(nèi)的所述載體形成三元催化器；

將所述三元催化器與所述基板線切割分離；

對所述三元催化器進(jìn)行后處理。

在其中一個實(shí)施例中，所述選區(qū)激光熔化設(shè)備的激光器采用額定功率為400w的光纖激光器。

在其中一個實(shí)施例中，所述選區(qū)激光熔化設(shè)備進(jìn)行打印時包括如下步驟：所述載體的數(shù)據(jù)模型被切片分層呈多層，其中每一分層厚度為5μm-10μm，所述選區(qū)激光熔化設(shè)備在第n層與第n+1層的激光成型光路路徑呈67°夾角。

在其中一個實(shí)施例中，所述選區(qū)激光熔化設(shè)備的激光成型功率185w-375w，激光掃描速度為900mm/s-2500mm/s，激光掃描間距為0.06mm-0.16mm，所述選區(qū)激光熔化設(shè)備的鋪粉層厚為20μm-60μm，成型氣氛為氬氣。

在其中一個實(shí)施例中，所述后處理包括熱處理、cnc精加工、殼體拋光以及涂覆催化劑活性涂層；其中，其所述熱處理溫度為400℃-530℃，保溫時間為4小時-6小時，隨爐冷卻；所述涂覆催化劑活性涂層采用對所述三元催化器浸漬法后再進(jìn)行燒結(jié)處理的方式完成。

上述的三元催化器，在殼體內(nèi)設(shè)置了載體，載體由一端至相對的一端貫穿有多個通道使得載體呈蜂窩狀；由進(jìn)氣口至出氣口方向，載體的孔隙由600目至400目線性變化；上述的載體克服了陶瓷載體的不足，幾何表面積和孔密度大。由于三元催化器殼體與載體一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度有很大的提高，實(shí)現(xiàn)了更高的催化效率。上述的三元催化器，薄壁、高集成度的整體式蜂窩狀的載體的設(shè)計和制造要求，突破傳統(tǒng)減材制造對死板的三元催化器的設(shè)計要求，在少裝配的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了金屬載體的一體化成型，減少配件，節(jié)約材料，通過改進(jìn)三元催化器的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了蜂窩狀的載體孔隙密度呈梯度漸變，提高了催化效率，通過簡化成型工序，進(jìn)一步縮短了制造周期。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例涉及的三元催化器圖；

圖2為圖1所示三元催化器的蜂窩單元示意圖；

圖3為圖1所示三元催化器的載體的外殼結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明

10、三元催化器；100、殼體；200、載體；210、蜂窩單元；220、外殼結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

參見圖1所示，本實(shí)施例涉及了一種三元催化器10。該包括殼體100以及載體200。

參見圖1所示，殼體100具有容置腔以及與容置腔連通的進(jìn)氣口以及出氣口。進(jìn)氣口以及出氣口分布?xì)んw100上的相對位置。載體200內(nèi)設(shè)有蜂窩狀的通道。載體200填充在容置腔內(nèi)。由進(jìn)氣口至出氣口方向，載體200的孔隙密度由600目至400目線性變化。

在本實(shí)施例中，參見圖1所示，殼體100的進(jìn)氣口處以及出氣口處均設(shè)有端蓋，其中一個端蓋用于封閉或者打開進(jìn)氣口，另一個端蓋用于打開或者關(guān)閉出氣口。

在本實(shí)施例中，參見圖1所示，進(jìn)一步的，載體200的外側(cè)壁與容置腔的內(nèi)壁接觸配合。

在本實(shí)施例中，參見圖1所示，進(jìn)一步的，載體200呈圓柱體狀。

進(jìn)一步的，參見圖1及圖2所示，載體200包括外殼結(jié)構(gòu)以及多個蜂窩單元210，外殼結(jié)構(gòu)呈兩端開口的筒狀。蜂窩單元210具有三個蜂窩柱，三個蜂窩柱的中部連接且相互垂直；參見圖3所示，多個蜂窩單元210連接后并填充在兩端開口且中空的外殼結(jié)構(gòu)中之后形成載體200。在由進(jìn)氣口至出氣口方向上的徑向截面上，相鄰的多個蜂窩單元210之間構(gòu)成蜂窩狀的通道。

本實(shí)施例還涉及了一種三元催化器10的制備方法。該三元催化器10的制備方法包括如下步驟：

按照設(shè)計規(guī)程用計算機(jī)設(shè)計三元催化器10的具有容置腔及相對設(shè)置的進(jìn)氣口以及出氣口的殼體100結(jié)構(gòu)；然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220形成上述載體200。

載體200的孔隙密度設(shè)計在400-600目之間變化，且由進(jìn)氣口至出氣口方向，載體200的孔隙密度由600目線性梯度漸變?yōu)?00目。

在選區(qū)激光熔化設(shè)備中預(yù)設(shè)參數(shù)，通過選區(qū)激光熔化設(shè)備在成型氣氛中并在基板上打印殼體100以及載體200形成三元催化器10。選區(qū)激光熔化設(shè)備的激光器采用額定功率為400w的光纖激光器。

在本實(shí)施例中，選區(qū)激光熔化設(shè)備進(jìn)行打印時包括如下步驟：載體200的數(shù)據(jù)模型被切片分層呈多層，其中每一分層厚度為5μm-10μm，選區(qū)激光熔化設(shè)備在第n層與第n+1層的激光成型光路路徑呈67°夾角。在本實(shí)施例中，選區(qū)激光熔化設(shè)備的激光成型功率185w-375w，激光掃描速度為900mm/s-2500mm/s，激光掃描間距為0.06mm-0.16mm，選區(qū)激光熔化設(shè)備的鋪粉層厚為20μm-60μm，成型氣氛為氬氣。

將三元催化器10與基板線切割分離。

對三元催化器10進(jìn)行后處理。后處理包括熱處理、cnc精加工、殼體100拋光以及涂覆催化劑活性涂層；其中，其熱處理溫度為400℃-530℃，保溫時間為4小時-6小時，隨爐冷卻；涂覆催化劑活性涂層采用對三元催化器10浸漬法后再進(jìn)行燒結(jié)處理的方式完成。

實(shí)施例1

實(shí)施例1采用316l不銹鋼金屬粉末材料制造一體化的三元催化器10。首先，按照設(shè)計規(guī)程用計算機(jī)設(shè)計三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)，殼體100的直徑為140mm，長150mm；；參見圖2所示，然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；參見圖3所示，然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；參見圖3所示，然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220形成上述載體200，孔隙大小由蜂窩狀單元結(jié)構(gòu)縮放比列調(diào)控，最終得到從進(jìn)氣口到出氣口蜂窩狀的載體200的孔隙由600目到400目線性變化。然后在magics中導(dǎo)入計算機(jī)設(shè)計的三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)的模型以及孔隙線性變化的蜂窩狀的載體200，得到三元催化器10的結(jié)構(gòu)；然后通過magics逆向工程軟件，修復(fù)三元催化器10模型三維數(shù)據(jù)中的錯誤；然后再將修復(fù)好的模型數(shù)據(jù)以10μm為單位切片分層；然后處理經(jīng)切片分層模型數(shù)據(jù)，生成光路中第n層與第n+1層呈67°夾角的激光成型光路的光路數(shù)據(jù)；然后再將光路數(shù)據(jù)傳入打印設(shè)備eosm290，調(diào)整基板，充入保護(hù)氣氛，基板預(yù)熱；當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成后，開始選區(qū)激光熔化成型，成型保護(hù)氣氛為氬氣，采用額定功率為400w的光纖激光器，其中殼體100的成型激光功率為285w，掃描速度為1300mm/s，掃描間距為0.11mm，鋪粉層厚為20μm，蜂窩狀的載體200的成型激光功率為325w，掃描速度為2200mm/s，掃描間距為0.08mm，鋪粉層厚為20μm；成型結(jié)束后，取出三元催化器10與基板，使用線切割將三元催化器10與基板分開，切割方式為直線水平切割；然后對三元催化器10放入真空熱處理爐，510℃保溫5小時，然后隨爐冷卻至室溫取出；然后將三元催化器10送去cnc精加工至使用尺寸，再進(jìn)行拋光處理；最后使用浸漬法后再進(jìn)行燒結(jié)處理在金屬蜂窩狀的載體200上涂覆氧化鋁催化劑活性涂層。由于三元催化器10的殼體100與梯度孔隙密度的蜂窩金屬狀載體200一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度有很大的提高，并且實(shí)現(xiàn)了更高的催化效率。

實(shí)施方式2

實(shí)施例2采用310不銹鋼金屬粉末材料制造一體化三元催化器10。首先，按照設(shè)計規(guī)程用計算機(jī)設(shè)計三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)，殼體100的直徑為120mm，長150mm；然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩單元210的結(jié)構(gòu)，蜂窩單元210的蜂窩柱長度為1mm，蜂窩單元210的體積為1mm³；然后用計算機(jī)設(shè)計蜂窩狀的載體200的外殼結(jié)構(gòu)220；然后在3-matic中，用多個蜂窩單元210去填充上述的外殼結(jié)構(gòu)220，孔隙大小由蜂窩狀單元結(jié)構(gòu)縮放比列調(diào)控，最終得到從進(jìn)氣口到出氣口蜂窩狀的載體200的孔隙由600目到400目線性變化。然后在magics中導(dǎo)入計算機(jī)設(shè)計的三元催化器10的殼體100結(jié)構(gòu)的模型以及孔隙線性變化的蜂窩狀的載體200，得到三元催化器10的結(jié)構(gòu)；然后通過magics逆向工程軟件，修復(fù)三元催化器10模型三維數(shù)據(jù)中的錯誤；然后再將修復(fù)好的模型數(shù)據(jù)以10μm為單位切片分層；然后處理經(jīng)切片分層模型數(shù)據(jù)，生成光路中第n層與第n+1層呈67°夾角的激光成型光路的光路數(shù)據(jù)；然后再將光路數(shù)據(jù)傳入打印設(shè)備eosm290，調(diào)整基板，充入保護(hù)氣氛，基板預(yù)熱；當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成后，開始選區(qū)激光熔化成型，成型保護(hù)氣氛為氬氣，采用額定功率為400w的光纖激光器，其中殼體100的成型激光功率為295w，掃描速度為1160mm/s，掃描間距為0.11mm，鋪粉層厚為30μm，蜂窩狀的載體200的成型激光功率為305w，掃描速度為1760mm/s，掃描間距為0.08mm，鋪粉層厚為40μm；成型結(jié)束后，取出三元催化器10與基板，使用線切割將三元催化器10與基板分開，切割方式為直線水平切割；然后對三元催化器10放入真空熱處理爐，400℃保溫4小時，空冷；然后將三元催化器10送去cnc精加工至使用尺寸，再進(jìn)行拋光處理；最后使用浸漬法后再進(jìn)行燒結(jié)處理在金屬蜂窩狀的載體200上涂覆氧化鋁催化劑活性涂層。

上述的三元催化器10，在殼體100內(nèi)設(shè)置了載體200，載體200由一端至相對的一端貫穿有多個通道使得載體200呈蜂窩狀；由進(jìn)氣口至出氣口方向，載體200的孔隙由600目至400目線性變化；上述的載體200克服了陶瓷載體200的不足，幾何表面積和孔密度大。由于三元催化器10的殼體100與載體200一體化成型，其使用壽命、結(jié)合強(qiáng)度有很大的提高，實(shí)現(xiàn)了更高的催化效率。上述的三元催化器10，薄壁、高集成度的整體式蜂窩狀的載體200的設(shè)計和制造要求，突破傳統(tǒng)減材制造對死板的三元催化器10的設(shè)計要求，在少裝配的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了金屬載體200的一體化成型，減少配件，節(jié)約材料，通過改進(jìn)三元催化器10的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了蜂窩狀的載體200孔隙密度呈梯度漸變，提高了催化效率，通過簡化成型工序，進(jìn)一步縮短了制造周期。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。