蜂窝结构体的制作方法
【专利摘要】一种蜂窝结构体由堇青石陶瓷制成并且由隔离壁和蜂房构成。蜂房密度从中心部分向外周部分在径向方向上连续或逐步地变化。蜂窝结构体具有M1>M2>M3的关系和K1<K2的关系。M1为第一部分的平均蜂房密度，第一部分形成在从中心到离中心不超过1/3R。M2为第二部分的平均蜂房密度，第二部分形成在从1/3R到2/3R之内。M3为第三部分的平均蜂房密度，第三部分形成在离中心大于2/3R到外周表面之内。K1和K2分别为第一和第二部分的平均蜂房密度变化率。R为蜂窝结构体的半径。
【专利说明】蜂窝结构体
【技术领域】
[0001]本发明涉及载负催化剂的蜂窝结构体，所述催化剂能够净化从安装在机动车辆等上的内燃机排放的废气。
【背景技术】
[0002]载负催化剂的蜂窝结构体已为人们所知。这类催化剂能够净化从安装在机动车辆等上的内燃机排放的废气。通常，蜂窝结构体由多个通孔或通道构成，形成蜂房(cell)。通孔由多个隔离壁和蜂房构成。即，隔离壁以网格形状排列。每个蜂房被隔离壁包围。蜂窝结构体布置在排气管中，从内燃机排放的高温废气通过所述排气管排出到机动车辆的外面。当废气通过其中载负催化剂的蜂窝结构体时，废气被载负在蜂窝结构体的隔离壁表面上的催化剂净化。例如，这类废气含有有害物质，如颗粒物质PM和氮氧化物NOx。蜂窝结构体可从废气中除去这类有害物质，净化的废气排出到机动车辆的外面。
[0003]最近，由于对减少机动车辆排放等的车辆排放控制变得一年比一年严格，对减少有害物质如冷排放物和热排放物有很强的要求。冷排放物是指内燃机启动工作之后立即在内燃机中产生并排出的有害物质。热排放物是指发动机高负荷工况过程中内燃机中产生并排出的有害物质。
[0004]为实现上述新近的要求，传统技术提供了各种类型的蜂窝结构体。例如，一种传统的蜂窝结构体具有薄的隔离壁以减少蜂窝结构体的总重量，并且将蜂窝结构体的温度提高到活化载负在隔离壁上以及隔离壁中的催化剂所必需的温度。另一种传统的蜂窝结构体可使穿过蜂窝结构体中形成的蜂房的废气具有恒定的流速。
[0005]更进一步，从变得更严格的新近燃料效率控制来看，对于在保持废气净化性能的同时降低蜂窝结构体的压力损失，近来也有很强的需求。
[0006]例如，第一专利文献，日本专利公开出版第JP2008-18370号公开了一种蜂窝结构体，以及在蜂窝结构体中的中心部分和外周部分每一个的开口率(opening ratio)与吸附水比率之间的关系等。
[0007] 此外，第二专利文献，日本专利公开出版的第JP2006-281134号公开了一种蜂窝结构体，在其具有的结构中蜂房开口率等从中心部分向外周部分连续地或逐步地增加。
[0008]此外，第三专利文献，国家公开刊物、作为日本未经审查的专利出版物的第2009-532605号公开了一种蜂窝结构体，在其具有的结构中从中心部分向外周部分沿着径向、所形成的隔离壁的数量是变化的。
[0009]此外，第四专利文献，日本专利JP2664118公开了一种蜂窝结构体，在其具有的结构中形成蜂房的隔离壁沿径向弯曲，且弯曲部分沿径向的外侧部分比弯曲部分沿径向的内侧部分具有相对较小的隔离壁间距。
[0010]此外，第五专利文献，日本专利JP2862298公开了一种蜂窝结构体，在其具有的结构中板状部分由薄金属板构成，并且波状(或者弯曲状)部分由薄金属板构成。板状部分和波状部分堆叠并且卷绕多次，这样波状部分的间距从开始部分到终止部分递增。[0011]更此外，第六专利文献，日本专利JP4511396公开了一种由隔离壁构成的蜂窝结构体。隔离壁具有从中心部分向外周部分突出的结构，并且隔离壁中心部分的蜂房密度大于外周部分的蜂房密度。第六专利文献进一步公开了一种蜂窝结构体的结构，在所述结构体中隔离壁具有从外周部分向中心部分突出的结构，且隔离壁中心部分的蜂房密度低于外周部分的蜂房密度。
[0012]现有技术的技术文献
[0013]专利文献
[0014]第一专利文献，日本专利公开出版刊物N0.JP2008-18370 ；
[0015]第二专利文献，日本专利公开出版刊物N0.JP2006-281134 ；
[0016]第三专利文献，国家出版刊物，作为日本未经审查的专利出版刊物的KohyoN0.JP2009-532605 ；
[0017]第四专利文献，日本专利N0.JP2664118 ；
[0018]第五专利文献，日本专利N0.JP2862298 ;以及
[0019]第六专利文献，日本专利N0.JP4511396。
【发明内容】
[0020]本发明要解决的问题
[0021]然而，根据前面所述的第一专利文献的传统技术没有显示和建议任何具体的方法来改变蜂房的结构，尽管其公开了蜂窝结构体中中心部分和外周部分每一个的开口率与吸附比之间的关系。
[0022]进一步，根据前面所述的第二专利文献的传统技术没有提供能充分实现废气流速均匀地径向分布的任何效果，虽然其可以从中心部分向外周部分连续或逐步地改变蜂房的
开口率。
[0023]更进一步，根据前面所述的第三专利文献的传统技术不能减少任何压力损失，也不能充分地保持净化废气的能力，因为沿径向形成的隔离壁的数量朝向中心部分递减。
[0024]更进一步，前面所述的第四专利文献的传统技术所公开的结构限制了蜂窝结构体在机动车辆上的安装空间，因为所述蜂窝结构体沿轴向具有弯曲的形状，这不同于经常使用的蜂窝结构体的结构，后者沿着蜂窝结构体的轴向具有平直的形状。此外，第四专利文献没有提及具体方法来改变蜂窝结构体中蜂房的结构。
[0025]进一步，对于如何改变波状部分中的蜂房间距及如何改变蜂窝结构体的蜂房结构，根据第五专利文献的传统技术没有公开任何具体的措施。
[0026]更进一步,根据第六专利文献的传统技术不能根据废气流量改善净化废气的能力，因为其蜂窝结构体的结构使得在蜂窝结构体中心部分中的废气流被浓缩，并且蜂窝结构体的外侧部分具有不均匀的蜂房密度。此外，第六专利文献没有针对各种类型的蜂窝结构体公开和建议任何具体的试验数据。
[0027]更进一步，因为第六专利文献所公开的蜂窝结构体不具有高的圆度(roundness),废气很容易流过蜂窝结构体的外周部分而不是流过内侧部分。该结构不能减少压力损失，并且不能提供具有足够高的净化性能的蜂窝结构体。
[0028]发明本发明是为了解决前面所述的问题。希望的是提供高性能的蜂窝结构体，用于净化从例如安装在机动车辆上的内燃机排放的废气，并且用于减少蜂窝结构体的压力损失。
[0029]解决上述问题的手段
[0030]在下文中，对本发明用以解决上述问题的结构、手段、作用和效果进行说明。
[0031]为了实现上述目的，本示例性实施方案提供了一种蜂窝结构体，所述蜂窝结构体由堇青石陶瓷制成并且由多个隔离壁和蜂房构成。在所述蜂窝结构体的结构中，每个蜂房被隔离壁包围，并且在垂直于蜂窝结构体轴向的截面中以网格形状排列。在垂直于蜂窝结构体轴向的截面中，蜂房的蜂房密度从中心部分向外周部分连续或逐步地变化。蜂窝结构体分成第一部分、第二部分和第三部分，其从蜂窝结构体的中心向外周呈径向同心。用变量R表示蜂窝结构体的半径时，第一部分在从蜂窝结构体的中心到不超过1/3R距离的范围之内形成，第二部分在从超过1/3R的距离到不超过2/3R的距离的范围之内形成。第三部分在超过2/3R到蜂窝结构体的外周表面的范围之内。蜂窝结构体具有M1>M2>M3的关系，其中Ml为第一部分的平均蜂房密度，M2为第二部分的平均蜂房密度，M3为第三部分的平均蜂房密度。蜂窝结构体还具有K1〈K2的关系，其中Kl为第一部分的平均蜂房密度变化率，Κ2为第二部分的平均蜂房密度变化率。
[0032]形成根据本发明的示例性实施方案的蜂窝结构体，使得蜂房密度，即，蜂房的平均蜂房密度从中心部分向外周部分连续或逐步地变化。除了这一特征，形成的所述蜂窝结构体还具有Μ1>Μ2>Μ3的关系，其中Ml为第一部分的平均蜂房密度，M2为第二部分的平均蜂房密度，且M3为第三部分的平均蜂房密度。更进一步，形成的蜂窝结构体具有Κ1〈Κ2的关系，其中Kl为第一部分 的平均蜂房密度变化率，Κ2为第二部分的平均蜂房密度变化率。
[0033]即，当内燃机排出的废气通过蜂窝结构体的内部时，其中蜂房总体具有均匀的蜂房密度，通过内侧的废气的流速通常比通过外侧的废气的流速更高。废气流速在截面上沿径向方向的分布，或其径向分布具有一个或多个折点(inflection point)。即,通过第一部分的废气的流速变化率较小，其中第一部分在从中心到1/3R距离的范围之内。在截面的径向方向上，通过第二部分的废气的流速变化率大于通过第一部分的废气的流速变化率。第二部分在从1/3R的距离到2/3R的距离的范围之内。另一方面，通过第三部分的废气的流速变化率降低，即小于通过第二部分的废气的流速变化率。第三部分从2/3R在径向方向上向外形成。
[0034]可以增加废气在蜂窝结构体中的流速，以便在蜂窝结构体中容易地流动废气，降低废气通过蜂窝结构体内部时的流速变化率，条件是当蜂窝结构体具有M1>M2>M3的关系以及K1〈K2的关系时。换言之，本发明提供了废气流速均匀分布的蜂窝结构体。这使得可以提高净化废气的性能，并减少排放的量。
[0035]同时具有Μ1>Μ2>Μ3的关系和Κ1〈Κ2的关系可以使蜂窝结构体中心部分的开口率降低，并且使蜂窝结构体外周部分的开口率提高。这使得可以促进废气经过蜂窝结构体外侧部分时比经过内侧部分更容易流动。该结构使得可以防止在蜂窝结构体中心部分中流动的废气集中浓缩。此外，该结构使得可以减少蜂窝结构体的压力损失。如前所述，本发明提供了废气流速均匀分布的、并且能够提高废气净化性能、降低蜂窝结构体压力损失的蜂窝结构体。【专利附图】
【附图说明】
[0036]参考以下附图，以举例方式来说明优选的非限定性的本发明的实施方案，其中:
[0037][图1](A)所示为根据本发明示例性实施方案的蜂房为长方形形状(可以为正方形)的蜂窝结构体的透视图，(B)所示为根据本发明示例性实施方案的蜂房为六边形形状的蜂窝结构体的透视图。
[0038][图2]所示为第一样品El在径向方向上的部分截面视图，所述第一样品El根据本发明示例性实施方案具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0039][图3]所示为第一样品El在径向方向上的部分截面视图，所述第一样品El根据本发明示例性实施方案具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0040][图4]所不为第二、第五和第七样品E2、E5和E7每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0041][图5]所不为第二、第五和第七样品E2、E5和E7每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0042][图6]所不为第三、第六、第九和第十样品E3、E6、E9和ElO每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0043][图7]所不为第三、第六、第九和第十样品E3、E6、E9和ElO每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0044][图8]所示为第四样品E4在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0045][图9]所示为第四样品E4在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0046][图10]所示为第八样品ES在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0047][图11]所示为第八样品ES在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据本发明示例性实施方案具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0048][图12]所示为从第一样品El的中心测得的距离、第一样品El的蜂房密度和蜂房密度变化率之间的关系；
[0049][图13]所示为从第二样品E2和第八样品ES每一个的中心测得的距离、第二样品El和第八样品E8的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0050][图14]所示为从第三样品E3的中心测得的距离、第三样品E3的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0051][图15]所示为从第四样品E4的中心测得的距离、第四样品E4的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系 ；
[0052][图16]所示为从第五样品E5的中心测得的距离、第五样品E5的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0053][图17]所示为从第六样品E6的中心测得的距离、第六样品E6的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0054][图18]所示为从第七样品E7的中心测得的距离、第七样品E7的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0055][图19]所示为从第九样品E9的中心测得的距离、第九样品E9的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0056][图20]所示为从第十样品ElO的中心测得的距离、第十样品ElO的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0057][图21]所示为第一比较样品Cl在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0058][图22]所示为从第一比较样品Cl的中心测得的距离、第一比较样品Cl的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0059][图23]所示为第二比较样品C2在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0060][图24]所示为第二比较样品C2在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0061][图25]所示为从第二比较样品C2的中心测得的距离、第二比较样品C2的蜂房密度、和蜂房密度变化 率之间的关系；
[0062][图26]所示为第三比较样品C3在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0063][图27]所示为第三比较样品C3在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有六边形形状的蜂房作为蜂窝结构体；
[0064][图28]所示为从第三比较样品C3的中心测得的距离、第三比较样品C3的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系；
[0065][图29]所示为配备有本发明示例性实施方案的蜂窝结构体的催化转换器；
[0066][图30]所示为从每个样品的蜂窝结构体的中心测得的距离与通过每个样品的废气流速比率(ratio in flow speed)之间的关系；
[0067][图31]所示为蜂房密度变化率之比K1/K2与每个样品的废气流速比率之间的关系;
[0068][图32]所示为平均蜂房密度之比D1/D2与每个样品的排放(废气)比UF/C之间的关系;
[0069][图33]所示为平均蜂房密度之比D1/D2与每个样品的排放(废气)比S/C之间的关系；以及
[0070][图34]所示为蜂窝结构体中蜂房的增强宽度比与蜂房的等静压强度之间的关系O
【具体实施方式】
[0071]在下文中，参考附图对本发明的各实施方案进行说明。在各实施方案的以下说明中，贯穿一些图表始终，类似的参考符号或附图标记表示类似的或等同的组成部分。以下参考附图1-34说明根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体。[0072]根据本发明的蜂窝结构体由多个通孔和一个外周表面部分构成。通孔沿着蜂窝结构体的轴向(或纵向)形成。通孔由多个隔离壁和蜂房构成。换言之，每个通孔对应于一个蜂房。每个蜂房都被隔离壁包围。根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体具有这样的结构，其中从垂直于蜂窝结构体轴向的截面(即，径向截面)观察，蜂房密度从蜂窝结构体的中心部分到外周部分连续或逐步地变化。在垂直于蜂窝结构体的轴向的截面中，蜂房和隔离壁布置成网格形式。贯穿以下说明，蜂房密度是指每单位区域的蜂房数量。具体地，所述单位区域由连接形成每个蜂房的隔离壁的厚度方向的中心得到的中心线所形成。由此得到每单位区域的蜂房数量。
[0073]蜂房密度的连续变化表示从蜂窝结构体的中心部分到外周部分在径向方向上的邻近蜂房组具有不同的蜂房密度。进一步，蜂房密度的逐步变化表明蜂房从中心部分到外周部分在径向方向上顺序布置的多个蜂房组具有不同的蜂房密度。尤其是，相同蜂房组中的蜂房具有相同的蜂房密度。改变蜂房密度有各种方法。例如，可以通过改变邻近蜂房的蜂房间距或改变蜂房的形状，从蜂窝结构体的中心部分到外周部分在径向方向上顺序或逐步地改变蜂房密度。
[0074]蜂房密度变化率是指在蜂窝结构体的径向上每单位长度的蜂房密度变化率。具体地，当外侧蜂房在特定蜂房的径向外侧相邻布置时，蜂房密度的变化率可用以下公式表示:蜂房密度变化率=((A1-A2) +B) +C，其中Al是指特定蜂房的蜂房密度，A2是指外侧蜂房的蜂房密度，B是指特定蜂房的中心与外侧蜂房的中心之间的距离，C是指蜂房整个区域的平均蜂房密度。
[0075]特定蜂房的中心与外侧蜂房的中心之间的距离B也表示特定蜂房的中心与外侧蜂房的中心之间的距离，其与蜂窝结构体的中心到蜂窝结构体外周之间的距离是同一个(one)。平均蜂房密度C是指由第一部分、第二部分和第三部分组成的总区域的蜂房密度的平均。平均蜂房密度用公式(Σ (蜂房密度X蜂房密度的区域))/总区域来表示。如以后将说明，通过具有单片(monolithic)形式的单个成型模件(module)或通过将多个片段连接在一起，可以制得根据本发明的蜂窝结构体。
[0076]当第三部分的平均蜂房密度的变化率为K3时，可以具有K2>K3的关系。即，如前所述，当蜂窝结构体在整体蜂房中具有均匀的蜂房密度时，在蜂窝结构体的截面上，第三部分在径向方向上的废气流速分布或其径向分布的变化率低于第二部分的。相应地，通过满足Κ3>Κ2的关系，蜂窝结构体可以在蜂房的整体区域中有均匀的流速，其中Κ2是指第二部分的平均蜂房密度的变化率，而Κ3是指第三部分的平均蜂房密度的变化率。该结构使得可以具有提高能够净化废气的蜂窝结构体的性能的作用。
[0077]当从蜂窝结构体的中心测得的距离为1/5R时的区域为中心区域，从蜂窝结构体的中心测得的距离大于4/5R的区域为外周区域，且中心区域的平均蜂房密度为D1，外周区域的平均蜂房密度为D2时，蜂窝结构体可以具有1.1 ( D1/D2 ( 2的关系。该结构使得可以具有提高能够净化废气的蜂窝结构体的性能的作用。尤其是，当根据本发明的蜂窝结构体作为起始催化剂(S/C)布置在废气通道的上游侧，且根据本发明的蜂窝结构体进一步作为底部(under floor)催化剂(UF/C)布置在废气通道的下游侧，可以进一步减少内燃机排出的废气中所包含的排放物的量。
[0078] 根据本发明的蜂窝结构体可以具有1.15 ( D1/D2 ^ 1.5的关系，其中Dl为中心部分的蜂房密度，D2为外周部分的蜂房密度。该结构使得可以具有提高能够净化废气的蜂窝结构体的性能的作用。尤其是，通过对蜂窝结构体的结构在上游侧配备起始催化剂(S/C)，在下游侧配备底部催化剂(UF/C)，可以进一步改善净化排放物、即内燃机排出废气的能力。
[0079]可使本发明的蜂窝结构体有这样的结构，其中蜂房的蜂房密度在垂直于蜂窝结构体轴向截面中从中心部分到外周部分连续或逐步降低。该结构使得可具有进一步提高净化废气的蜂窝结构体性能的作用。
[0080]然而，以上所述蜂窝结构体的结构有可能难以有足够的强度(等静压强度等)，因为蜂窝结构体的最外周部分的蜂房密度降低。为了避免这样的缺点，优选提高最外周部分的蜂房密度(例如，最外周部分是从外周表面测得的大约0.05%的蜂窝结构体的外径的距离以内的区域。
[0081]根据本发明的蜂窝结构体可以具有单片形式的单一成型模件。与由多个片段组装在一起组成的结构的压力损失相比较，该结构使得可以进一步减少蜂窝结构体的整体压力损失。这使得可以进一步提高净化废气的性能。
[0082]可以使根据本发明的蜂窝结构体具有这样一种结构，其中最外周部分的平均蜂房密度大于除最外周部分外的第三部分的平均蜂房密度，其中最外周部分在从外周表面到蜂窝结构体外径的5%距离的范围内、在径向方向上朝向中心10形成。该结构使得可以提高蜂窝结构体的强度，尤其是提高蜂窝结构体的等静压强度。
[0083]根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体用作配备有催化剂的催化转换器。催化剂能够净化诸如废气的排 放物。在这类催化转换器的结构中，催化剂载负在形成在蜂窝结构体中的隔离壁的表面上。例如，根据本发明的蜂窝结构体的孔隙度为10-70%，而平均孔径(或直径)不低于2 μ m。根据本发明的蜂窝结构体中的隔离壁的厚度可以为40-160 μ m。根据本发明的蜂窝结构体中的每个蜂房可以为圆形形状、多边形形状(例如，长方形(可以为正方形)形状、六边形形状)等。
[0084]示例性实施方案
[0085]现参考图1㈧和图1⑶至图34，对根据本发明示例性实施方案的多个蜂窝结构体(样品E1-E10)，及多个比较例C1、C2和C3进行说明。示例性实施方案将显示样品El-ElO和比较样品Cl、C2和C3的评价结果(如废气在蜂窝结构体截面上在径向方向上的流速分布和净化废气的性能)。
[0086]现对根据本发明示例性实施方案的样品El-ElO进行说明。如图1 (A)、图1 (B)-图11所示，作为样品El-Eio的蜂窝结构体I由堇青石陶瓷制成。蜂窝结构体I由多个通孔或通道和外周壁部分构成。通孔在蜂窝结构体的轴向(或纵向)形成。通孔由多个隔离壁构成。每个通孔对应于每个蜂房。即，每个蜂房12都被隔离壁包围。隔离壁11布置成网格形状。尤其是，作为样品El-ElO的蜂窝结构体I具有这样的结构，在所述结构中蜂房密度在垂直于轴向X的截面中从中心部分向外周部分连续或逐步地变化。
[0087]如图2-图11所示，作为蜂窝结构体I的第一样品El至第十样品ElO具有第一部分21、第二部分22和第三部分23。当蜂窝结构体I的半径为R时，第一部分21为从中心10测得的距离不超过1/3R的区域。第二部分22为从中心10测得的距离为大于1/3R至不超过2/3R的区域。第三部分23为从中心10测得的距离为大于2/3R的区域。当第一部分21的平均蜂房密度为M1，第二部分22的平均蜂房密度为M2，第三部分23的平均蜂房密度为M3时，所述蜂窝结构体I具有M1>M2>M3的关系。进一步，当第一部分21的平均蜂房密度变化率为Kl，且第二部分22的平均蜂房密度变化率为K2时，所述蜂窝结构体I具有KKK2的关系。
[0088]现对关系M1>M2>M3以及关系K1〈K2的详细解释进彳丁说明。图1(A)所不为根据本发明示例性实施方案，具有长方形(可以为正方形)形状蜂房的蜂窝结构体I的透视图。图1(B)所示为根据本发明示例性实施方案，具有六边形形状蜂房的蜂窝结构体I的透视图。如图1(A)所示，蜂窝结构体I (第一样品El至第十样品Ε10)用作承载体，载负能净化内燃机排出的废气的催化剂。蜂窝结构体I由布置成长方形网格形状的隔离壁11、多个蜂房12和一个外周壁部分13组成。每个蜂房12都被布置成长方形形状的四个隔离壁11包围。外周壁部分13围绕最外面的蜂房12的外周表面。蜂窝结构体I由堇青石陶瓷制成。蜂窝结构体I的外径为103mm,纵向长度为105mm。作为第一样品El至第十样品ElO的蜂窝结构体I具有单片形式，以作为单一的成型模件。类似地，比较样品C1、C2、和C3具有单片形式，以作为单一的成型模件。比较样品C1、C2、和C3的结构以后说明。
[0089]如图1(B)所示， 蜂窝结构体I可以具有六边形形状的蜂房12。在图1(B)所示的结构中，隔离壁11以六边形形状布置形成具有六边形形状的蜂房12。图1(A)和图1(B)示意性地显示了蜂房12的结构。尤其是，图1(A)示意性地显示了具有长方形(可以为正方形)形状蜂房12的蜂窝结构体I的结构。另一方面，图1 (B)示意性地显示了具有六边形形状蜂房12的蜂窝结构体I的结构。在蜂窝结构体I的一个具体实施例中，蜂房12的蜂房密度从中心部分向外周部分在径向方向上连续或逐步地变化。
[0090]图2所示为第一样品El在径向方向上的部分截面的视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图2所示，第一样品El具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12。进一步，作为蜂窝结构体I的第一样品El有这样一种结构，其中在垂直于蜂窝结构体I的轴向X的径向截面中，蜂房12的蜂房密度从中心部分向外周部分连续或逐步地变化(参见图1)。第一样品El的结构将详细地进行说明。
[0091]图3所示为第一样品El在径向方向上的部分截面的视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图3所示，第一样品El具有六边形形状的蜂房12。进一步，作为蜂窝结构体I的第一样品El有这样一种结构，其中在垂直于蜂窝结构体I的轴向X的径向截面中，蜂房12的蜂房密度从中心部分向外周部分连续或逐步地变化(参见图1)。图12所示为从第一样品El的中心10测得的距离R、第一样品El的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图12中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。如图12所示的交替的点划线和实线所表示的，第一样品El中的蜂房12的蜂房密度从中心10到第一部分21中的第一点Pl没有变化。进一步，蜂房12的蜂房密度逐渐变化，即从第一部分21中的第一点Pl到第三部分23中的第二点P2逐渐降低。从第三部分23中的第二点P2到作为蜂窝结构体I的第一样品El的外周，蜂房12的蜂房密度没有变化。如图12所示的实线所指示，蜂房密度变化率在从第一部分21中的第一点Pl到第三部分23中的第二点P2的范围内具有恒定值。在说明书图12-图20以及其它的附图中，蜂房密度(cpsi)是指每平方英寸蜂房的数量。
[0092]图4所不为第二样品E2、第五样品E5和第七样品E7的每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图4所示，第四样品E4、第五样品E5和第七样品E7的每一个都具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12。图5所不为第二样品E2、第五样品E5和第七样品E7的每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图5所示，第四样品E4、第五样品E5和第七样品E7具有六边形形状的蜂房12。
[0093]图13所示为从第二样品E2和第八样品E8的每一个的中心10测得的距离R、第二样品E2和第八样品E8的每一个的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图13中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。图4所示的作为蜂窝结构体I的第二样品E2具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度如图13所示的交替点划线所示变化。图5所示的作为蜂窝结构体I的第二样品E2具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度如图13所示的交替点划线所示变化。
[0094]图16所示为从第五样品E5的中心10测得的距离R、第五样品E5的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图16中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。图4所示的作为蜂窝结构体I的第五样品E5具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度如图16所示的交替点划线所示变化。图5所示的作为蜂窝结构体I的第五样品E5具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度如图16所示的交替点划线所示变化。
[0095]图18所示为从第七样品E7的中心10测得的距离R、第七样品E7的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图18中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。 [0096]图4所示的作为蜂窝结构体I的第七样品E7具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度如图18所示的交替点划线所示变化。图5所示的作为蜂窝结构体I的第七样品E7具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度如图18所示的交替点划线所示变化。即，如图13、图16和图18所示，第二样品E2、第五样品E5和第七样品E7的每一个在第一部分21和第三部分23的每个中具有恒定的蜂房密度。第一部分21和第三部分23每一个中的蜂房密度没有变化。
[0097]另一方面,第二样品E2、第五样品E5和第七样品E7的每一个的第二部分21中的蜂房密度是变化的，即逐渐减少。此外，第二样品E2、第五样品E5和第七样品E7在第一部分21、第二部分22、和第三部分23的每个中具有恒定的蜂房密度变化率。换言之，如图13、图16和图18中所示的实线所指示，在第一部分21和第三部分23中所述蜂房密度变化率为零，而第二部分22中蜂房密度变化率为2.5，不为零。
[0098]图6所不为第三样品E3、第六样品E6、第九样品E9和第十样品ElO的每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据作为本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图6所示，第三样品E3、第六样品E6、第九样品E9和第十样品ElO的每一个具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12。图7所示为第三样品E3、第六样品E6、第九样品E9和第十样品ElO的每一个在径向方向上的部分截面视图，所述样品根据作为本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图7所示，第三样品E3、第六样品E6、第九样品E9和第十样品ElO的每一个具有六边形形状的蜂房12。[0099]图14所示为从第三样品E3的中心10测得的距离、第三样品E3的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图14中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。作为蜂窝结构体I的图6所示的第三样品E3具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度如图14所示的交替点划线所示变化。
[0100]图7所示的作为蜂窝结构体I的第三样品E3具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度如图14所示的交替点划线所示变化。即，在图6和图7所示的第三样品E3的结构中并且基于图14所示的关系，第三样品E3中蜂房12的蜂房密度是变化的，即，在第一部分21、第二部分22和第三部分23的每一个中逐渐降低。
[0101]尤其是，如图14所示的交替点划线所指示，第二部分22中蜂房12的蜂房密度比第一部分21和第三部分23每一个中蜂房的蜂房密度都极大降低。换言之，如图14所示的实线所指示，第二部分22中蜂房密度变化率大于第一部分21和第三部分23的每一个中的蜂房密度变化率。
[0102]图17所示为从第六样品E6的中心10测得的距离R、第六样品E6的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图17中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。作为蜂窝结构体I的图6所示的第六样品E6具有这样的结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度基于图17所示的关系变化。
[0103]作为蜂窝结构体I的图7所示的第六样品E6具有这样的结构，在该结构中，具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度基于图17所示的关系变化。即，在图6和图7所示的第六样品E6的结构中并基于图17所示的关系，第六样品E6中蜂房12的蜂房密度是变化的，即，在第一部分21、第二部分22和第三部分23的每一个中逐渐降低。
[0104]尤其是，如图17所示的交替点划线所指示，第二部分22中蜂房12的蜂房密度比第一部分21和第三部分23每一个中蜂房的蜂房密度都极大降低。换言之，如图17所示的实线所指示，第二部分22中的蜂房密度变化率大于第一部分21和第三部分23每一个中的蜂房密度变化率。
[0105]图19所示为从第九样品E9的中心10测得的距离R、第九样品E9的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。作为蜂窝结构体I的图6所示的第九样品E9具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度基于图19所示关系变化。作为蜂窝结构体I的图7所示的第九样品E9具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度基于图19所示的关系变化。即，在图6和图7所示的第九样品E9的结构中并且基于图19所示的关系，第九样品E9中蜂房12的蜂房密度是变化的，即，在第一部分21、第二部分22和第三部分23的每一个中逐渐降低。尤其是，如图19所示的交替点划线所指示，第二部分22中蜂房12的蜂房密度比第一部分21和第三部分23每一个中蜂房的蜂房密度极大降低。换言之，如图19所示的实线所指示，第二部分22中的蜂房密度变化率大于第一部分21和第三部分23每一个中的蜂房密度变化率。
[0106]图20所示为从第十样品ElO的中心10测得的距离R、第十样品ElO的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。作为蜂窝结构体I的图6所示的第十样品ElO具有这样一种结构，其中具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12的蜂房密度基于图20所示关系变化。作为蜂窝结构体I 的图7所示的第十样品ElO具有这样一种结构，其中具有六边形形状的蜂房12的蜂房密度基于图20所示的关系变化。即，在图6和图7所示的第十样品ElO的结构中并且基于图20所示的关系，第十样品ElO中蜂房12的蜂房密度是变化的，即，在第一部分21、第二部分22和第三部分23的每一个中逐渐降低。尤其是，如图20所示的交替点划线所指示，第二部分22中蜂房12的蜂房密度比第一部分21和第三部分23每个中蜂房的蜂房密度极大降低。换言之，如图20所示的实线所指示，第二部分22中的蜂房密度变化率大于第一部分21和第三部分23每个中的蜂房密度变化率。
[0107]图8所示为第四样品E4在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图9所示，第四样品E4具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12。图9所示为第四样品E4在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为根据本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图9所示，第四样品E4具有六边形形状的蜂房
12。第四样品E4基本上具有与样品El相同的结构。第一样品El的结构在前面进行了说明。
[0108]图15所示为从第四样品E4的中心10测得的距离R、第四样品E4的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。在图15中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。如图15所示的交替的点划线和实线所指示，第四样品E4中的蜂房12的蜂房密度从中心10到第一部分21中的第一点Pl没有变化。进一步，蜂房12的蜂房密度逐渐变化，即从第一部分21中的第一点Pl到第二部分22中的第二点P2以恒定速度逐渐降低。蜂房12的蜂房密度从第二部分22中的第二点P2到第二部分22中的第三点P3以恒定速度进一步降低。然后蜂房12的蜂房密度从第二部分22中的第三点P3到第三部分23中的第四点P4以恒定速度逐渐降低。最后，从第四点P4到第四样品E4的外周，蜂房12的蜂房密度没有变化。第四样品E4的蜂房12中的蜂房密度变化率用图15所示的实线指示。
[0109]图10所示为第八样品ES在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图10所示，第八样品ES具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房12。图11所示为第八样品ES在径向方向上的部分截面视图，所述样品作为本发明示例性实施方案的蜂窝结构体I。如图11所示，第八样品ES具有六边形形状的蜂房12。如从图13所示的关系可以理解，第八样品ES中蜂房12的蜂房密度在第二部分22中连续变化。如前面所述，在图12中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。
[0110]如图13所示的交替的点划线和实线所指示，第八样品ES中的蜂房12的蜂房密度在第一部分21和第三部分23中没有变化。进一步，蜂房12的蜂房密度逐渐变化，即在第二部分22中逐渐降低。
[0111]如图10所示，第八样品E8中最外周部分24具有从外侧周边向内扩展总外径的百分之五(5%)的径向距离的区域。尤其是，最外周部分24的平均蜂房密度大于从第三个部分23除去最外周部分24得到的第三部分23中剩余部分的平均蜂房密度。图10显示了样品E8的最外周部分24和第三部分23中的剩余部分25。最外周部分24的蜂房密度为400cpsi (46.5/cm2),而剩余部分25的平均蜂房密度为400cpis (62/cm2)。
[0112]将在后面说明的表1显示了第一至第十样品El-ElO每一个中第一部分21的平均蜂房密度Ml、第二部分22的平均蜂房密度M2、第三部分23的平均蜂房密度M3、第一部分21的平均蜂房密度变化率K1、第二部分22的平均蜂房密度变化率K2、第三部分23的平均蜂房密度变化率K3，和作为第一至第十样品El-ElO的整体蜂窝结构体I的平均蜂房密度。
[0113] 如从表1可以理解，作为第一至第十样品El-ElO的蜂窝结构体I具有以下关系:即M1>M2>M3的关系，K1〈K2的关系，以及Κ2>Κ3的关系。表1显示了蜂房密度变化率Kl与Κ2之间的比例。
[0114]作为示例性实施方案的蜂窝结构体I的第一样品El至第六样品Ε6和第八样品ES至第十样品ElO具有1.1 < D1/D2 ^ 2.0的关系，其中Dl为中心部分26的平均蜂房密度，D2为外周部分27的平均蜂房密度，中心部分26为从每个样品的中心10到1/5R距离的区域，外周部分27为从中心10到超过4/5R距离的区域，其中R为每个样品的外径。
[0115]作为不例性实施方案的蜂窝结构体I的第五样品Ε5、第六样品Ε6、第九样品Ε9和第十样品ElO具有1.15 ( D1/D2≤1.5的关系。
[0116]顺便提及，中心部分26和外周部分27仅在图2中显示，为了简便起见在其它附图中略去。
[0117]表1进一步显示了第一样品El至第十样品ElO每一个中的中心部分26和外周部分27的每一个中的平均蜂房密度Dl和平均蜂房密度Dl和D2的比率D1/D2。表1将在后面说明。
[0118]现参考图21至图28，说明第一至第三比较样品Cl、C2和C3。
[0119]图21所示为第一比较样品Cl在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房，其作为蜂窝结构体9。图22所示为从第一比较样品Cl的中心10测得的距离R、第一比较样品Cl的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。如图21和图22所示，第一比较样品Cl从中心10到外周表面具有恒定的蜂房密度。在图22中，蜂房密度用交替的点划线指示，蜂房密度变化率用实线指示。如图22清楚显示，第一比较样品Cl的蜂房密度和蜂房 密度变化率没有变化。第一比较样品Cl的其它组件基本上与第一至第九样品Ε1-Ε9的组件相同。
[0120]图23所示为第二比较样品C2在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有六边形形状的蜂房，其作为蜂窝结构体9。图24所示为第二比较样品C2在径向方向上的部分截面的视图，所述第二比较样品C2具有长方形(可以为方形)形状的蜂房，其作为蜂窝结构体9。图25所示为从第二比较样品C2的中心10测得的距离R、第二比较样品C2的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。
[0121]如从图25所示的关系可以理解，比较样品C2中蜂房的蜂房密度从中心10到外周表面连续降低。第二比较样品C2具有恒定的蜂房密度变化率。第二比较样品C2的其它组件基本上与第一样品El的组件相同。
[0122]图26所示为第三比较样品C3在径向方向上的部分截面视图，所述样品具有长方形(可以为正方形)形状的蜂房，其作为蜂窝结构体9。图27所示为在第三比较样品C3径向方向上的部分截面的视图，所述样品C3具有六边形形状的蜂房，其作为蜂窝结构体9。图28所示为从第三比较样品C3的中心10测得的距离R、第三比较样品C3的蜂房密度、和蜂房密度变化率之间的关系。
[0123]如从图28可以理解，蜂房的蜂房密度连续变化，即，在第三比较样品C3中的第一部分21、第二部分22和第三部分23中逐渐降低。尤其是，第二部分22中的蜂房密度变化率小于第一部分21和第二部分23每一个的蜂房密度变化率。
[0124]将在后面说明表2显示了第一、第二、和第三比较样品Cl、C2和C3每一个中第一部分21的平均蜂房密度Ml、第二部分22的平均蜂房密度M2、第三部分23的平均蜂房密度M3、第一部分21的平均蜂房密度变化率K1、第二部分22的平均蜂房密度变化率K2、第三部分23的平均蜂房密度变化率K3、和作为第一、第二和第三比较样品Cl、C2和C3的全部蜂窝结构体9的平均蜂房密度。
[0125]如从表2可以理解，作为第一比较样品Cl的蜂窝结构体9具有Ml = M2 = M3的关系和Kl = K2 = K3的关系，其没有M1>M2>M3的关系，更没有K1〈K2的关系，也没有Κ2>Κ3的关系。
[0126]如从表2可以理解，作为第二比较样品C2的蜂窝结构体9具有Μ1>Μ2>Μ3的关系。然而，第二比较样品C2具有Kl = Κ2 = Κ3的关系，其没有Κ1〈Κ2的关系和Κ2>Κ3的关系。进一步，如从表2可以理解，作为第三比较样品C3的蜂窝结构体9具有Μ1>Μ2〈Μ3的关系，其没有Μ1>Μ2>Μ3的关系。此外，第三比较样品C3具有Κ1>Κ2〈Κ3的关系，但是其没有Κ1〈Κ2的关系，也没有Κ2>Κ3的关系。
[0127]现对制备蜂窝结构体的方法进行说明，所述蜂窝结构体为第一至第十样品El-ElO和第一至第三比较样品C1-C3。在制备蜂窝结构体的方法中，第一步骤制备由高岭土、熔化的硅石、氢氧化铝、氧化铝、碳颗粒等构成的陶瓷原料，这样作为陶瓷原料的堇青石具有45-50wt%的Si02、33-42wt%的Al2O3、和12_18wt%的MgO的化学组成。第二步骤向作为陶瓷原料的堇青石添加水、粘结剂等，制得混合物。第三步骤将混合物混合，以制得混合的陶瓷原料。
[0128]第四步骤使用挤出金属模头挤出混合的陶瓷原料，产生蜂窝结构成型体。挤出金属模头具有图案为裂缝 凹槽的截面，其对应于由排列在蜂窝结构体中的隔离壁所形成的蜂房布置。
[0129]第五步骤使用微波干燥蜂窝结构成型体。第六步骤将干燥过的蜂窝结构体切割成多个具有所要求长度的部件。此后第七步骤在最高温度下(例如1390°C -1430°C )烧制具有所要求长度的蜂窝结构体。从而完成蜂窝结构体的生产。
[0130]表1
[0131]
【权利要求】
1.一种蜂窝结构体，所述蜂窝结构体由堇青石陶瓷制成，并且由多个隔离壁和蜂房构成，每个蜂房被隔离壁包围，并且在垂直于蜂窝结构体轴向的截面中以网格形状排列， 其中蜂房的蜂房密度在垂直于蜂窝结构体轴向的截面中从中心部分向外周部分连续或逐步地变化， 蜂窝结构体分成第一部分、第二部分和第三部分，其从蜂窝结构体的中心向外周呈径向同心， 第一部分在从蜂窝结构体的中心到不超过离中心1/3R距离的范围之内形成，第二部分在从超过离中心1/3R的距离到不超过离中心2/3R的距离的范围之内形成，第三部分在从超过离中心2/3R到蜂窝结构体的外周表面的范围之内，其中R为蜂窝结构体的半径， 蜂窝结构体具有M1>M2>M3的关系，其中Ml为第一部分的平均蜂房密度，M2为第二部分的平均蜂房密度，M3为第三部分的平均蜂房密度，并且 蜂窝结构体进一步具有K1〈K2的关系，其中Kl为第一部分的平均蜂房密度变化率，Κ2为第二部分的平均蜂房密度变化率。
2.根据权利要求1的蜂窝结构体，其中蜂窝结构体具有Κ2>Κ3的关系，且Κ3为第三部分的平均蜂房密度变化率。
3.根据权利要求1或2的蜂窝结构体，其中蜂窝结构体进一步具有1.1 ( D1/D2 ( 2的关系，其中Dl为中心部分的平均蜂房密度，D2为外周部分的平均蜂房密度，所述中心部分在从中心到离中心不超过1/5R距离的范围内形成，所述外周部分在从离中心4/5R的距离向外到蜂窝结构体的外周表面的范围内形成。
4.根据权利要求3的蜂窝结构体，其中蜂窝结构体具有1.15 ( D1/D2 ^ 1.5的关系。
5.根据权利要求1-4之一的蜂窝结构体，其中蜂房的平均蜂房密度在垂直于蜂窝结构体轴向的截面中从中心部分向外周部分连续或逐步地变化。
6.根据权利要求1-5之一的蜂窝结构体，其中蜂窝结构体为具有单片形式的单一成型模件。
7.根据权利要求1-6之一的蜂窝结构体，其中最外周部分的平均蜂房密度大于除最外周部分外的第三部分的平均蜂房密度，其中最外周部分在径向方向上在从外周表面到离外周表面的距离为蜂窝结构体外径5%的范围内形成。
【文档编号】C04B35/195GK103946182SQ201380003811
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】林真大, 村田雅一, 久野央志, 铃木宏昌, 松原浩之 申请人:株式会社电装, 丰田自动车株式会社