专利名称：金属滤芯及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种去除黑烟颗粒的金属滤芯及其制造方法，特别是涉及采用金属多孔材料制造的柴油车捕捉碳烟颗粒用金属滤芯及其制造方法。
背景技术：
柴油车排气中含有大量的碳烟微粒，这些微粒主要由黑色的含碳物质及可溶性碳氢化合物组成，平均粒径小，易于悬浮在大气中，极易被人的呼吸道吸入并沉积在肺泡内，对人体健康十分有害。为了减少颗粒排放，已知一种由蜂窝状陶瓷基质构成的过滤器，排出的待净化尾气流入过滤器中的过滤通道，相邻通道交替关闭，使尾气从过滤器入口端进入通道后穿透陶瓷壁，并经过相邻通道重新在过滤器出口端排出，其主要缺点是物理参数的各向异性，径向膨胀系数是轴向膨胀系数的两倍，因此易发生热应力损坏，同时抵抗冲击、振动的性能较差。为了解决这些问题，人们利用金属过滤材料良好的韧性及抗冲击性，制作了金属滤芯，日本专利公开No.Hei9-245938、No.Hei11-257048以及2002-27915中披露了传统的金属过滤器，是以开放式过滤系统为设计概念，用涡旋形式卷绕制成的沿涡旋方向具有波状或凸凹状的金属多孔主体构成，在波状或凸凹状的峰部或谷部形成许多通孔，每一个通孔都具有在其边缘部分中形成的毛口状或轭状凸起，毛口状或轭状凸起以金属多孔主体彼此接合的状态定位在金属多孔主体彼此相对的表面之内并形成尾气通路，在尾气通路中进入紊流状态的尾气中的未燃烧碳烟颗粒被金属多孔主体的峰部或谷部表面捕捉并且进一步被用作障碍的毛口状或轭状凸起捕捉，但由于通路截面面积较小并且由此与黑烟区域接触的面积与通路截面面积的比值不能提高，因此造成许多黑烟与尾气一起喷出，而没有被金属过滤器捕获，不能按期望实现除去黑烟颗粒的效率。日本专利公开200410045256.2在上述基础上进行改进，通过增加障碍分布率并通过改变波状或凸凹状的金属多孔主体中通孔边缘凸起的方向以期在有限空间获得更高的通路截面面积，从而使金属过滤器能够增强捕获效率，但仍不能实现碳烟的完全去除，尤其对于使用高硫柴油、原始碳烟排放度较大的柴油车而言，捕获效率仍不理想。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种以非开放过滤系统为设计概念下提供一种具有旁路通道并在有限空间内获得较大通路面积的层状金属滤芯及其制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明所述的一种金属滤芯，其特点是包括由多层多孔金属薄带折叠焊接压紧的滤芯单元群体及封装于该滤芯单元群体的垂直焊缝方向两端面的金属类长条，其中相邻两层多孔金属薄带的表面分别压出有相互错位、可相互支撑对方平面的柱状支撑槽道，且相邻两多孔金属薄带之间的由相邻两柱状支撑槽道形成的空间形成可捕获和去除包含在柴油机尾气中的黑烟颗粒的尾气过滤通道。
本发明所述的一种金属滤芯的制造方法，其特点是包括以下步骤(1)将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带；(2)按照待加工滤芯整体尺寸及通路面积的要求将多孔金属薄带剪裁成所需的一块一块的片状多孔金属薄带；(3)将片状多孔金属薄带沿长度方向均匀分区其中各分区的长度与滤芯整体长度或气流在滤芯流过的长度相同，并在相邻两分区的片状多孔金属薄带的中央压出一竖向的折叠痕，并在相邻两分区片状多孔金属薄带上位于折叠痕两边的位置分别压出相互错位的可相互支撑对方平面的横向支撑槽道，并沿其折叠痕将所述各分区片状多孔金属薄带按一定的角度折叠；(4)将经过模压和折叠后的多个分区片状多孔金属薄带通过压焊机将其焊接连接而形成具有多层过滤通道滤芯单元群体；(5)将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯。
其中上述步骤(1)中将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带包括以下步骤(11)用粒度0.5～200μm的金属粉末，按500ml/Kg金属粉末加入水溶性粘结剂，混合均匀成金属粉末料浆；(12)将上述金属粉末料浆均匀涂覆在金属丝网上，涂覆厚度0.5～1mm；(13)将涂覆的金属丝网在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金属丝网在真空或还原气氛保护下烧结，烧结温度低于金属粉末的熔点20～400℃，烧结时间30～90min.；(15)轧制平整烧结后的金属丝网，得到本发明所述的多孔金属薄带。
上述步骤(5)中将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯包括以下步骤(51)在每个分区之间的边缘部分用金属类长条依次间隔；(52)在压紧状态下采用工业焊接的方法在两个封装端面上将金属类长条和滤芯单元群体有效连接。
本发明由于采用多层具有分区之间相互错位的支撑槽道的多孔金属薄带通过折叠、焊接、压紧而形成滤芯单元群体的结构，使本发明以非开放过滤系统为设计概念下提供一种具有旁路通道并在有限空间内获得较大通路面积的层状金属滤芯，一方面以较小的体积弥补可以获得与蜂窝状陶瓷基质过滤器相当的在有限空间内较大的通路面积，同时具有金属特有的抗冲击、振动性能；另一方面对于使用高硫柴油、原始碳烟排放度较大的柴油车可以实现碳烟的有效拦截，可以通过反吹得以再生，或者通过简单装卸用普通类金属清洗剂清洗即可完全再生。
以下结合附图详细本发明的基本结构及实现方法
图1是本发明的结构组成示意图；图2是本发明的滤芯单元群体的结构示意图；图3是本发明剖视结构示意图；图4是本发明的多孔金属薄带的结构示意图。
具体实施例方式
如图1～图4所示，本发明所述的一种金属滤芯，包括由多层多孔金属薄带1折叠焊接压紧的滤芯单元群体及封装于该滤芯单元群体的垂直焊缝方向两端面的金属类长条2，其中相邻两层多孔金属薄带1的表面分别压出有相互错位、可相互支撑对方平面的柱状支撑槽道12，且相邻两多孔金属薄带1之间的由相邻两柱状支撑槽道12形成的空间形成可捕获和除去包含在柴油机尾气中的黑烟颗粒的尾气过滤通道11。
本发明所述的金属滤芯的制造方法，包括以下步骤(1)将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带1；此时所述的多孔金属薄带可以是金属纤维毡、金属柔性微孔薄带、金属单层或多层丝网等。
(2)按照待加工滤芯整体的尺寸及通路面积的要求将多孔金属薄带剪裁成所需的一块一块的片状多孔金属薄带；(3)将片状多孔金属薄带1沿长度方向均匀分区其中各分区的长度与滤芯整体长度或气流在滤芯流过的长度相同，并在相邻两分区的片状多孔金属薄带的中央压出一竖向的折叠痕，并在相邻两分区片状多孔金属薄带1上位于折叠痕两边的位置分别压出相互错位的可相互支撑对方平面的横向支撑槽道12，并沿其折叠痕将所述各分区片状多孔金属薄带1按一定的角度折叠；其中各横向槽道两端与多孔金属薄带平面部分应光滑过渡，而在各槽道压出深度后每个分区在对等处按折叠方向相对应地折叠。同时每个分区上槽道间过度区的宽度受槽道数量限制，建议槽道压出后过度区平整为宜，每个分区的边缘区宽度不相同，但与相邻分区的边缘区对角方向上相同，目的是使折叠后相邻分区上槽道区槽道相互错位，可以相互支撑对方平面。相邻分区中上下两块槽道区槽道压下方向相同，对于尾气通路而言，其相邻的分区之间的空间作为过滤后气流通路。
(4)将经过模压和折叠后的多个分区片状多孔金属薄带1通过压焊机将其焊接连接而形成具有多层过滤通道的滤芯单元群体；(5)将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯。
其中上述步骤(1)中将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带包括以下步骤(11)用粒度0.5～200μm的金属粉末，按500ml/Kg金属粉末加入水溶性粘结剂，混合均匀成金属粉末料浆，其中金属粉末可以是不锈钢、铁、镍、钛、铜或铝粉末，水溶性粘结剂可以是羟甲基纤维素、聚乙烯醇或聚氧化乙烯；(12)将上述金属粉末料浆均匀涂覆在金属丝网上，涂覆厚度0.5～1mm，其中金属丝网可以是不锈钢、铁、镍、钛、铜或铝丝网；
(13)将涂覆的金属丝网在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金属丝网在真空或还原气氛保护下烧结，烧结温度低于金属粉末的熔点20～400℃，烧结时间30～90min.；(15)轧制平整烧结后的金属丝网，得到本发明所述的多孔金属薄带1。
上述步骤(5)中将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯包括以下步骤(51)在每个分区之间的边缘部分用金属类长条依次间隔，其中金属类长条的一端与相邻分区折叠后形成的折叠过度区相吻合，金属类长条的长度建议不小于折叠后分区的长度，金属类长条的宽度建议不大于分区边缘区的最小宽度，在压紧方向的作用下形成具有高度的尾气通路和过滤后气流通路。由于金属类的可互焊性，在压紧状态下采用一般的工业焊接方法可以将金属类长条和过滤组件有效连接；(52)在压紧状态下采用工业焊接的方法在两个封装端面上将金属类长条2和滤芯单元群体有效连接。
同时本发明作为整个金属过滤器的一部分，其最后的封装结构及步骤是在与尾气进入滤芯方向或过滤后气流流出方向垂直的滤芯四个外侧面的封装可以采用普通的诸如耐火纤维毡类进行包裹，最后可以采用普通的金属类板材作成具有法兰的连接类外壳4与其他组件连接，整体的金属滤芯立体示意效果如图1所示，其中金属类长条2的出头用挡板21拦挡，最终形成过滤空间3。
权利要求
1.一种金属滤芯，其特征在于包括由多层多孔金属薄带(1)折叠焊接压紧的滤芯单元群体及封装于该滤芯单元群体的垂直焊缝方向两端面的金属类长条(2)，其中相邻两层多孔金属薄带(1)的表面分别压出有相互错位、可相互支撑对方平面的柱状支撑槽道(12)，且相邻两多孔金属薄带(1)之间的由相邻两柱状支撑槽道(12)形成的空间形成可捕获和去除包含在柴油机尾气中的黑烟颗粒的尾气过滤通道(11)。
2.一种金属滤芯的制造方法，其特征在于包括以下步骤(1)将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带(1)；(2)按照待加工滤芯整体尺寸及通路面积的要求将多孔金属薄带(1)剪裁成所需的一块一块的片状多孔金属薄带；(3)将片状多孔金属薄带(1)沿长度方向均匀分区其中各分区的长度与滤芯整体长度或气流在滤芯流过的长度相同，并在相邻两分区的片状多孔金属薄带的中央压出一竖向的折叠痕，并在相邻两分区片状多孔金属薄带(1)上位于折叠痕两边的位置分别压出相互错位的可相互支撑对方平面的横向支撑槽道(12)，并沿其折叠痕将所述各分区片状多孔金属薄带(1)按一定的角度折叠；(4)将经过模压和折叠后的多个分区片状多孔金属薄带(1)通过压焊机将其焊接连接而形成具有多层过滤通道的滤芯单元群体；(5)将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯。
3.根据权利要求2所述的金属滤芯的制造方法，其特征在于上述步骤(1)中将金属粉末、粘结剂及金属丝网通过涂覆、烧结、轧制的方法制得多孔金属薄带(1)包括以下步骤(11)用粒度0.5～200μm的金属粉末，按500ml/Kg金属粉末加入水溶性粘结剂，混合均匀成金属粉末料浆；(12)将上述金属粉末料浆均匀涂覆在金属丝网上，涂覆厚度0.5～1mm；(13)将涂覆的金属丝网在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金属丝网在真空或还原气氛保护下烧结，烧结温度低于金属粉末的熔点20～400℃，烧结时间30～90min.；(15)轧制平整烧结后的金属丝网，得到本发明所述的多孔金属薄带(1)。
4.根据权利要求2所述的金属滤芯的制造方法，其特征在于上述步骤(5)中将滤芯单元群体的垂直焊缝方向的两端面进行封装形成长方体金属滤芯包括以下步骤(51)在每个分区之间的边缘部分用金属类长条(2)依次间隔；(52)在压紧状态下采用工业焊接的方法在两个封装端面上将金属类长条(2)和滤芯单元群体有效连接。
全文摘要
一种金属滤芯，包括由多层多孔金属薄带折叠焊接压紧的滤芯单元群体及封装于该滤芯单元群体的垂直焊缝方向两端面的金属类长条，其中相邻两层多孔金属薄带的表面分别压出有相互错位的柱状支撑槽道，且相邻两多孔金属薄带之间的由相邻两柱状支撑槽道形成的空间形成尾气过滤通道。本发明由于采用多层具有分区之间相互错位的支撑槽道的多孔金属薄带通过折叠、焊接、压紧而形成滤芯单元群体的结构，一方面以较小的体积弥补可以获得与蜂窝状陶瓷基质过滤器相当的在有限空间内较大的通路面积，同时具有金属特有的抗冲击、振动性能；另一方面对于使用高硫柴油、原始碳烟排放度较大的柴油车可以实现碳烟的有效拦截，并通过反吹得以再生。
文档编号B01D46/00GK1712102SQ20051003444
公开日2005年12月28日 申请日期2005年4月30日 优先权日2005年4月30日
发明者蔡一湘, 张殿武, 张立华, 周华云 申请人:广州有色金属研究院