包含具有斜面角的流动通道的流通催化基材以及制造方法

包含具有斜面角的流动通道的流通催化基材以及制造方法
【专利摘要】流通催化基材可包括多个多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化基材的入口端和出口端之间延伸的流动通道。流通催化基材可包括位于流动通道内的基材壁的相交角处的多个多孔陶瓷斜面角部分。多孔陶瓷斜面角部分分别包括小于约1.38J/cm3/K的热容量。在多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分上涂覆催化修补基面涂层。用于生产流通催化基材的方法还提供了多孔陶瓷斜面角部分。
【专利说明】包含具有斜面角的流动通道的流通催化基材以及制造方法
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据35U.S.C. §120,要求2011年11月30日提交的美国申请序列第 13/307, 818号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
[0003] 领域
[0004] 本发明一般地涉及用于生产流通催化基材的设备和方法，更具体地，涉及用于生 产包含多孔陶瓷斜面角部分的流通催化基材的设备和方法。
[0005] 背景
[0006] 生产用于对来自汽油和柴油燃料的内燃机的废气进行处理的流通催化基材的设 备和方法是已知的。已知提供蜂窝基材，该蜂窝基材在基材的流动通道内具有催化剂涂层。 在操作中，迫使废气通过基材的流动通道。当通过流动通道时，污染物（如未燃烧的烃类、 一氧化碳、一氧化氮和一氧化二氮）在修补基面涂料中的催化剂上发生反应，形成无害物 质（如氮、二氧化碳和水），之后将废气释放到大气中。
[0007] 在典型的发动机启动过程中，在流通催化基材被加热到使得催化剂活性并且能够 处理污染物的温度之前，可能过去大量的时间。因此，在发动机启动之后以及在基材达到起 燃温度之前，大量的污染物立即逃离。因而，为了降低发动机启动过程中的过度污染，需要 提供一种流通催化基材，以支撑催化剂修补基面涂料，其能够被快速地加热以降低达到起 燃温度所需的时间。
[0008] 概述
[0009] 以下给出
【发明内容】
的简化归纳，以便提供对详述部分所描述的一些示例性方面的 基本理解。
[0010] 在一个示例性的方面，流通催化基材包括多个多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化 基材的入口端和出口端之间延伸的流动通道。流通催化基材还包括位于流动通道内的基材 壁的相交角处的多个多孔陶瓷斜面角部分，其中，每个所述多孔陶瓷斜面角部分具有小于 约I. 38J/cm3/K的热容量。流通催化基材还包括涂覆了多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角 部分的催化修补基面涂层。
[0011] 在另一个示例性的方面，制造流通催化基材的方法包括以下步骤：通过模头挤出 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间延伸的流动通道的多个基材壁，其中多个斜面角部分与多 个基材壁共挤出。该方法还包括将陶瓷成形的基材烧制成多孔陶瓷基材，其中斜面角部分 包含具有小于约I. 38J/cm3/K的热容量的多孔陶瓷。该方法还包括用催化修补基面涂层涂 覆多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分的步骤。
[0012] 附图简述
[0013] 参照附图，阅读本发明的以下详细描述，可以更好地理解本发明的这些方面、特征 和优点以及其他的方面、特征和优点，其中：
[0014] 图1是根据本发明的方面的流通催化基材的透视图；
[0015] 图2是流通催化基材沿图1中2-2线的截面示意图；
[0016] 图3是取自图2的视图3的流通催化基材的一个示例性斜面角部分的放大图；
[0017] 图4是取自图2的视图3的流通催化基材的第二个示例性斜面角部分的放大图；
[0018] 图5是流通催化基材上的修补基面涂料的负载与斜面角部分的曲率半径的关系 图；
[0019] 图6是基材壁的中心部分的基材壁厚与斜面角部分的曲率半径的第一关系图，以 及流通催化基材的基材壁的中心部分的修补基面涂料厚度与斜面角部分的曲率半径的第 -关系图；
[0020] 图7是孔隙率约为25%、40%、50%和60%时，孔道密度约为400流动通道/英寸 2的流通催化基材中的斜面角部分的热容量与斜面角部分的曲率半径的关系图；
[0021] 图8是孔隙率约为25%、40%、50%和60%时，孔道密度约为600流动通道/英寸 2的流通催化基材中的斜面角部分的热容量与斜面角部分的曲率半径的关系图；
[0022] 图9是流通催化基材的总热容量与孔隙率约为25%、40%、50%和60%的斜面角 部分的曲率半径的关系图；
[0023] 图10所示是根据本发明的示例性方面的制造多孔流通催化基材的方法；
[0024] 图11是根据本发明的方面的挤出设备的示意图；以及
[0025] 图12是取自图11的视图12的示例性模头元件的局部放大截面示意图。
[0026] 详细描述
[0027] 在此将参照附图更完整地描述本发明，附图中给出了所要求保护的本发明的示例 性的实施方式。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。 但是，所要求保护的本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解读成限定于在此提出的 实施方式。这些示例性的实施方式使得说明透彻而完整，能够向本领域技术人员完全地展 示所要求保护的本发明的范围。
[0028] 图1显示了流通催化基材102的透视示意图。流通催化基材102不一定按照比例 绘制，并且仅仅显示了流通催化基材102的一个示例性示意图。流通催化基材102包括入 口端104和位于入口端104的对面的出口端106。多个流动通道108在入口端104和出口 端106之间延伸。在一个例子中，基本上所有的流动通道108都没有被堵塞，因此提供了从 流通催化基材102的入口端104到出口端106的无障碍流通。
[0029] 如图2所示，可以通过在流通催化基材102的入口端104和出口端106之间纵向 延伸的多个多孔陶瓷基材壁110来形成流动通道108。多孔陶瓷基材壁110可以包括约 30-150 μ m的截面壁厚范围，例如约50-100 μ m。在其他例子中，多孔陶瓷基材壁110可以 包括从入口端104到出口端106的流通催化基材102的长度上的基本相同的壁厚。
[0030] 流动通道108和多孔陶瓷基材壁110可分别基本平行朝向在入口端104和出口端 106之间纵向延伸。外表面112可围绕流动通道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之间纵向延伸。如所示，外表面112可包括具有圆形截面轮廓的 圆形圆柱形形状。在其他例子中，外表面112可具有椭圆、多边形或其他形状。例如，虽然 未示出，但是外表面112可具有多边形形状，例如三角形、矩形（如正方形）或者其他多边 形形状。此外，如所示，流通催化基材102可包括单个整体式基材，但是基材也可包括区段 基材，其中，许多基材相互平行安装以提供所需的总体截面构造。无论是单个整体式或者区 段基材，可以根据本发明的方面结合各种几何形貌。例如，基材可包括矩形（例如正方形） 截面外周，或者具有三边或更多边的其他多边形形状。在其他例子中，基材可具有圆形、椭 圆或其他曲线形状的外截面外周。
[0031] 图2显示了流通催化基材沿图1中2-2线的一个示例性截面示意图。流通催化 基材102可具有各种孔道密度，使得能够在每单位面积内提供较大或较小数量的流动通道 108。例如，孔道密度可以是约100-1000个通道/英寸 2的流通催化基材102截面。因此， 图1和2中所示的例子不是限制性的，因为设想了一定范围的孔道密度。
[0032] 在其他例子中，形成流动通道的孔道结构可具有不同构造。例如，如图3和4所示， 图2所示的孔道的排设是大致矩形（例如正方形）构造，但是其他例子可具有呈现为三角 形或其他多边形构造的孔道结构。本发明的例子包括位于流动通道内的基材壁的相交角处 的多个多孔陶瓷斜面角部分。
[0033] 图3是图2的部分放大图，显示的仅仅是流动通道108的一个可能的结构。在所 示的例子中，多孔陶瓷斜面角部分114位于流动通道108内的多孔陶瓷基材壁110的相交 角处。可以通过从相邻多孔陶瓷基材壁110的第一壁表面116a伸出第一平面114a以及从 另一相邻多孔陶瓷基材壁110的第二壁表面116b伸出第二平面114b来限定多孔陶瓷斜面 角部分114。第一和第二平面114a和114b沿着轴114c相互相交，其中相应的多孔陶瓷斜 面角部分114被第一平面114a、第二平面114b和内斜面表面118之间的区域限定。
[0034] 图4是图2的另一个部分放大图，显示了类似于上文所述的流动通道108的流动 通道208的许多可能的结构中的另一种。图4显示位于流动通道208内的多孔陶瓷基材壁 110的相交角处的示例性多孔陶瓷斜面角部分214。可以通过从相邻多孔陶瓷基材壁110 的第一壁表面116a伸出第一平面214a以及从另一相邻多孔陶瓷基材壁110的第二壁表面 116b伸出第二平面214b来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沿着轴214c相互相交，其中相应的多孔陶瓷斜面角部分214被第一平面214a、 第二平面214b和内斜面表面218之间的区域限定。
[0035] 出于说明的目的，图3和4显示了四个相应相邻的流动通道108和208的每一个 中的一个多孔陶瓷斜面角部分114和214。出于说明的目的，结合每个相应的流动通道108 和208显示了单个多孔陶瓷斜面角部分114和214,应理解的是，每个相应的流动通道108 和208的所有四个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，每个相应的流动通道108和208的四个多孔多孔陶瓷斜面角部分114和214可以是 与许多（例如基本上所有的）余下的相应的流动通道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，部分流动通道的斜面角部分可以是与其他流动通道的斜面 角部分是数学上相似的。例如，在一些例子中，中心流动通道的截面积可以大于部分外周流 动通道的截面积。例如，在一个例子中，相比于基材的中心部分，多孔陶瓷基材壁110可在 基材的外周部分是较厚的，以有助于增加基材在这些区域的强度。在此类例子中，多孔陶瓷 斜面角仍可具有在数学上相互类似的截面轨迹（footprint)。
[0036] 多孔陶瓷斜面角部分114和214可沿着流通催化基材102的整个长度，在入口端 104和出口端106之间部分或完全延伸。另外，多孔陶瓷斜面角部分114和214可以与多孔 陶瓷基材壁110整体地形成，使得多孔陶瓷斜面角部分114和214可以由与多孔陶瓷基材 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可由许多不同的材料形 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 与多孔陶瓷基材壁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 括约50%至约75%，例如约55%至约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都可以包括约0. 5-7 μ m，例如约1-5 μ m的中值孔径。
[0039] 多孔陶瓷斜面角部分114和214的内斜面表面118和218可以包括宽范围的表面 构造。例如，如图3所示，多孔陶瓷斜面角部分114可包括圆的、弓形的表面118,其具有凹 的形状，但是在其他例子中，弓形表面118可包括凸的或不规则的表面形貌。在所示例子 中，弓形表面118可包括约为40-400 μ m的曲率半径（"R")，但是在其他例子中，曲率半径 可延伸到该范围外。
[0040] 在一个例子中，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 具有约为40-400 μ m的基本一致的曲率半径。在其他例子中，一个流动通道与另一个流动 通道之间的曲率半径可以发生改变。例如，弓形表面118的曲率半径"R"可以沿着向外表面 112延伸的径向轴增加或减小，使得一个流动通道具有与第二个、相邻的流动通道不同的曲 率半径。在该例子中，相比于靠近流通催化基材102的纵向中心的流动通道108,在靠近外 表面112的流动通道108中的弓形表面118的曲率半径可以较大或较小。
[0041] 现参见图4,显示的是多孔陶瓷基材壁110的相交的第二个例子的放大图。如所 示，多孔陶瓷斜面角部分214的内斜面表面218还可包括在多孔陶瓷基材壁110的相交壁 表面116a和116b之间延伸的基本平坦表面218。在该例子中，多孔陶瓷斜面角部分214可 限定位于流动通道208的角内的基本三角形形状的结构，其中斜边形成内斜面表面218的 平坦表面。平坦表面可以是基本线性的，使得平坦表面的截面轮廓以近乎直线在多孔陶瓷 基材壁110的相交壁表面116a和116b之间延伸。
[0042] 在一个例子中，多孔陶瓷斜面角部分214的内斜面表面218的所有平坦表面可具 有基本一致的尺寸和形状的平坦表面。在其他例子中，对于不同的流动通道208,平坦表面 的尺寸可以较大或较小。因此，平坦表面的尺寸可以沿着向外表面112延伸的径向轴增加 或减小，使得一个流动通道具有比第二个、相邻的流动通道大的平坦表面。在该例子中，相 比于靠近流通催化基材102的纵向中心的流动通道208,在靠近外表面112的流动通道208 中的平坦表面的尺寸可以较大或较小。
[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的组合。 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，一个或 多个流动通道可包括四个具有内斜面表面118(所示为弓形表面）的多孔陶瓷斜面角部分 114,而另一个或其他多个流动通道可包括四个具有所示为平坦表面的斜面角部分218。在 另一个例子中，流通催化基材102内的多个流动通道可分别包括分别具有弓形和平坦表面 的内斜面表面118和218的组合。因此，要理解的是，设想了在单个流通催化基材102中具 有多个多孔陶瓷斜面角部分的多种组合。
[0044] 仍参见图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 上都提供催化修补基面涂层120作为涂层。催化修补基面涂层120可以限定当废气流动通 过流通催化基材102时发生接触的表面。一旦催化修补基面涂层120被充分加热至起燃温 度，则修补基面涂层内的催化剂会与来自废气的不需要的烃类和/或氮氧化物排放物发生 反应，之后将干净的气体释放到大气中。
[0045] 催化修补基面涂层120可沿着流通催化基材102的整个长度，在入口端104和出 口端106之间部分或完全延伸。催化修补基面涂层120可以为催化促进材料的沉积提供较 高的表面积，并且可以包括许多不同的组成和材料。例如，在一个例子中，催化修补基面涂 层120可以包括如下组成：约75%的氧化铝、21%的二氧化铈氧化锆和3-4%的贵金属。但 是，应理解的是，在其他例子中，催化修补基面涂层120可以包括不同的组成。可以以许多 不同的修补基面涂料负载将催化修补基面涂层120负载到流通催化基材102上。在仅仅是 一个例子中，修补基面涂料负载可包括约〇. 2g/cm3,但是在其他例子中可以提供其他修补 基面涂料负载。
[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 作能包含催化修补基面涂层120的各种材料的支撑。例如，在一个例子中，流通催化基材 102可用于支撑催化修补基面涂层120,所述催化修补基面涂层120包含三用催化剂材料， 其可用于处理来自汽油动力车辆的废气。在另一个例子中，流通催化基材102可用于支撑 催化修补基面涂层120,所述催化修补基面涂层120包含柴油氧化催化剂，其可用于柴油发 动机后处理系统。在另一个例子中，流通催化基材102可用于支撑催化修补基面涂层120， 所述催化修补基面涂层120包含用于氮氧化物（NO x)处理的选择性催化还原（SCR)催化剂。
[0047] 本发明的流通催化基材102可用于促进将发动机排放物转化为较为无毒的物质。 此外，本发明的流通催化基材能够将流通催化基材102较快速地加热至催化起燃温度，在 该温度下，催化修补基面涂层120中的催化剂更高效地将发动机排放物转化为较为无毒的 物质。
[0048] 对于本发明，已经发现多孔陶瓷基材壁110和多孔陶瓷斜面角部分114和214的 孔隙率的增加，连同在流动通道108的角上包括多孔陶瓷斜面角部分114和214能够产生 许多益处。益处包括但不限于，流通催化基材102的总热容量的下降和用于流通催化基材 102中的修补基面涂料的总量的下降。增加孔隙率和减少修补基面涂料负载都对总热容量 的下降作出贡献。降低热容量能够实现流通催化基材102的快速加热，降低达到起燃温度 所需的时间。此外，修补基面涂料的减少可降低材料成本，同时还对流通催化基材102的总 热容量的下降作出贡献。
[0049] 图5是模型数据图，其中Y轴是总修补基面涂料负载（g/cm3)，X轴是图3所示的 多孔陶瓷角部分114的内斜面表面118的弓形表面的曲率半径"R"（μ m)。因此，图5显示 了流通催化基材102中的催化修补基面涂层120的总修补基面涂料负载（g/cm3)与多孔陶 瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半径（ym)的关系。图5是基于多孔陶瓷基材壁110 的壁厚约为2. 85密耳（72 μ m)以及孔道密度约为600个通道/英寸2的示例性流通催化 基材102的模型数据。如所示，随着弓形表面118的曲率半径"R"增加，流通催化基材102 中的总修补基面涂料负载会下降。修补基面涂料负载的下降至少部分是由于占据了流动通 道108的角的多孔陶瓷斜面角部分114所导致的。例如，参见图3,催化修补基面涂层120 倾向于在流动通道108内的多孔陶瓷基材壁110的相交角处积累，使得相交角内的催化修 补基面涂层120的厚度"T1"大于多孔陶瓷基材壁110的中间部分的修补基面涂层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的情况 下（即曲率半径"R"为〇 μ m的情况下），通常会在流动通道108的角部分积累的修补基面 涂料材料。因此，修补基面涂料材料被从角处转移至多孔陶瓷基材壁110的中点位置，即多 孔陶瓷基材壁110沿着壁表面116a、116b被其与斜面表面118、218相交所限定的区域的厚 度。
[0051] 根据图5,没有多孔陶瓷斜面角部分114(即曲率半径"R"为Ομπι)的流通催化基 材102上的修补基面涂料负载约为0. 2g/cm3。但是，对于约为200 μ m的曲率半径，修补基 面涂料负载下降至约为〇. 131g/cm3,修补基面涂料负载的下降约为34. 5%。因此，为流通催 化基材102提供多孔陶瓷斜面角部分114可以产生较低的修补基面涂料负载。更具体地， 对于具有较大曲率半径的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102,修补基面涂料负 载会逐渐下降。在一个例子中，当孔隙率约为25%时，修补基面涂料材料可占据整个流通催 化基材102的热容量的约42%。因此，该总修补基面涂料负载的下降可降低流通催化基材 102的总热容量，这进而能够更快速地实现有效温度和起燃。此外，由于修补基面涂料的组 分通常是昂贵的，所以总修补基面涂料负载的下降可提供明显的成本下降。
[0052] 现参见图6,提供了模型数据图，其显示孔道密度约为600个流动通道/英寸2、孔 隙率约为60%以及修补基面涂料负载约为0. 2g/cm3的示例性流通催化基材102的两幅独 立的图。第一幅图122显示第一 Y轴（最左Y轴）上所示的基材壁厚（μπι)与图上X轴 上所示的多孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半径（ym)的关系图。如所示，随着 (图3所示的）弓形表面的曲率半径"R"的增加，多孔陶瓷基材壁110的截面厚度会减小。 在该例子中，在多孔陶瓷基材壁110的中点位置（在多孔陶瓷基材壁110的相对角之间的 大致一半处）测量多孔陶瓷基材壁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据了流动通道108 的角的多孔陶瓷斜面角部分114所导致的。如下文所详述，在挤出过程期间，形成了多孔陶 瓷基材壁110的形成陶瓷的批料材料会部分从多孔陶瓷基材壁110转移来填充流动通道 108的角，并形成多孔陶瓷斜面角部分114。这导致在中点处具有较薄截面厚度的多孔陶瓷 基材壁110。因此，随着弓形表面的曲率半径的增加，多孔陶瓷斜面角部分114会具有较大 的截面积，从而导致在用于挤出基材的相同材料量的情况下，多孔陶瓷基材壁110的截面 厚度下降。
[0054] 仍参见图6,第二幅图124显示第二Y轴（最右Y轴）上的催化修补基面涂层120 的厚度（Pm)与图上X轴上所示的多孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半径（μπι) 的关系图。同样地，该图基于孔道密度约为600个流动通道/英寸 2、孔隙率约为60%以及 修补基面涂料负载约为〇. 2g/cm3的示例性流通催化基材102。如所示，随着（图3所示的） 弓形表面的曲率半径"R"的增加，多孔陶瓷基材壁110上的修补基面涂料厚度也会增加。在 该例子中，在多孔陶瓷基材壁110的中点位置（在多孔陶瓷基材壁110的相对角之间的大 致一半处）测量催化修补基面涂层120的截面厚度。
[0055] 多孔陶瓷基材壁110的中点位置的催化修补基面涂层120的截面厚度的增加至少 部分是由于存在占据了流动通道108的角的多孔陶瓷斜面角部分114所导致的。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的情况下（即曲率半径"R"为 〇 μ m的情况下），会在流动通道108的角部分积累的修补基面涂料材料。作为结果，多孔陶 瓷斜面角部分114促使修补基面涂料材料从流动通道108的角部分向多孔陶瓷基材壁110 的中点位置进行再分布。因此，修补基面涂料可以向多孔陶瓷基材壁110的中点位置积累， 从而导致修补基面涂层120的截面厚度的相应增加。因此，随着弓形表面的曲率半径的增 力口，多孔陶瓷斜面角部分114会具有较大的截面积，从而导致在多孔陶瓷基材壁110的中点 处的修补基面涂层120的较大截面厚度。例如，在具有曲率半径约为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，在中点位置的催化修补基面涂层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大了约85%。
[0056] 作为替代了角上的过量修补基面涂料的结果，修补基面涂层120的总体厚度曲线 可以更为均匀，因此实现所需的修补基面涂层厚度总体上所需的修补基面涂料较少。补充 或替代地，流动通道108的角可以被替代掉更多的修补基面涂料，使得修补基面涂料对于 污染物气体是更容易到达的，以改善稳定状态和起燃过程中的催化转化。这至少部分会是 由于在中点位置较薄的多孔陶瓷基材壁110连同较厚的催化修补基面涂层120以及多孔陶 瓷斜面角部分114的曲率半径的增加所导致的。
[0057] 图7显示孔道密度约为400个流动通道/英寸2的示例性流通催化基材102的 模型数据图，其中Y轴包括斜面角部分的热容量（J/cm 3/K)，X轴包括弓形表面的曲率半径 "R"（μ m)。该图显示了不引入催化修补基面涂层120的多孔陶瓷斜面角部分114的热容 量。图7基于多孔陶瓷基材壁110的壁厚约为2. 85密耳（72 μ m)的示例性流通催化基材 102。此外，图7显示了多孔陶瓷斜面角部分114的4个独立的孔隙率。图126表示孔隙率 为25%的多孔陶瓷斜面角部分。图128表示孔隙率为40%的多孔陶瓷斜面角部分。图130 表示孔隙率为50%的多孔陶瓷斜面角部分。图132表示孔隙率为60%的多孔陶瓷斜面角 部分。
[0058] 如所示，随着曲率半径"R"增加，各个多孔陶瓷斜面角部分114的热容量也会增 力口。但是，对于增加的孔隙率，多孔陶瓷斜面角部分114的热容量较低。例如，在具有曲率 半径约为300 μ m的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102中，对于曲线126表示的 25 %的孔隙率，热容量最高，接近0. 10J/cm3/K。但是，对于300 μ m的曲率半径，对于增加的 孔隙率，热容量逐渐下降，40%的孔隙率、50%的孔隙率和60%的孔隙率，热容量分别约为 0. 08J/cm3/K、约为0. 07J/cm3/K以及约为0. 05J/cm3/K。因此，提供增加的孔隙率可产生多 孔陶瓷斜面角部分114的热容量的下降。在另一个例子中，多孔陶瓷斜面角部分分别包括 约为50-75%的孔隙率以及约为0. 69-1. 38J/cm3K的热容量。
[0059] 图8显示孔道密度约为600个流动通道/英寸2的示例性流通催化基材102的另 一个模型数据图，其中Y轴包括斜面角部分的热容量（J/cm 3/K)，X轴包括弓形表面的曲率 半径"R"（ μ m)。该图显示了不引入催化修补基面涂层120的多孔陶瓷斜面角部分114的 热容量。图8基于多孔陶瓷基材壁110的壁厚约为2. 85密耳（72 μ m)的示例性流通催化 基材102。此外，图8还显示了多孔陶瓷斜面角部分114的4个独立的孔隙率。图134表示 孔隙率为25%的多孔陶瓷斜面角部分。图136表示孔隙率为40%的多孔陶瓷斜面角部分。 图138表示孔隙率为50%的多孔陶瓷斜面角部分。图140表示孔隙率为60%的多孔陶瓷 斜面角部分。
[0060] 类似于如图7所示，图8也证实了，在孔道密度约为600个通道/英寸2时，随着弓 形表面118的曲率半径"R"的增加，各个多孔陶瓷斜面角部分114的热容量也会增加。但 是，对于增加的孔隙率，多孔陶瓷斜面角部分114的热容量也同样较低。例如，如图134所 示，在具有曲率半径约为300 μ m的多孔陶瓷斜面角部分114的流通催化基材102中，对于 25 %的孔隙率，热容量最高，接近0. 15J/cm3/K。但是，对于300 μ m的曲率半径，对于增加 的孔隙率，热容量逐渐下降，40 %的孔隙率、50 %的孔隙率和60 %的孔隙率，热容量分别约 为0. 12J/cm3/K、约为0. 10J/cm3/K以及约为0. 08J/cm3/K。因此，在400个通道/英寸2和 600个通道/英寸2时，提供增加的孔隙率都可产生多孔陶瓷斜面角部分114的热容量的下 降。在另一个例子中，多孔陶瓷斜面角部分分别包括约为50-75%的孔隙率以及相应的约为 0. 69-1. 38J/cm3K 的热容量。
[0061] 现参见图9,所示的模型数据图显示流通催化基材102的总热容量（J/cm3/K)与多 孔陶瓷斜面角部分114的弓形表面的曲率半径（μπι)的关系图。Y轴表示含有形成催化修 补基面涂层120的催化材料的流通催化基材102的总热容量（J/ Cm3/K)。X轴表示多孔陶瓷 斜面角部分114的弓形表面的曲率半径（μ m)。图9基于孔道密度约为600个流动通道/ 英寸2的示例性流通催化基材102。此外，该图包括范围为25-60%的流通催化基材102的 许多不同孔隙率的图。图142表示孔隙率为25%的多孔陶瓷斜面角部分。图144表示孔隙 率为40%的多孔陶瓷斜面角部分。图146表示孔隙率为50%的多孔陶瓷斜面角部分。图 148表示孔隙率为60%的多孔陶瓷斜面角部分。
[0062] 首先参见图142,其显示孔隙率为25%的流通催化基材102,随着弓形表面的曲率 半径从0 μ m增加到300 μ m，所述流通催化基材102仅展现出总热容量的小幅下降。作为区 另IJ，接着参见图144,其显示孔隙率为40 %的流通催化基材102，所述流通催化基材102展现 出流通催化基材102的总热容量的明显下降。例如，在没有多孔陶瓷斜面角部分114(即曲 率半径为0 μ m)的流通催化基材102中，总热容量约为0. 42J/cm3/K，而具有约300 μ m的曲 率半径的总热容量约为〇. 38J/cm3/K。类似地，分别如图146和148所示，在孔隙率为50% 和60%时，对于曲率半径的增加，总热容量也会显示出逐渐较大的下降。
[0063] 在一个例子中，通过提供具有约200 μ m的曲率半径的多孔陶瓷斜面角部分114的 流通催化基材102对比曲率半径为0(即没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的总热容量能够从约0. 349J/cm3/K 下降到约〇.316J/cm3/K，改进了约10.2%。因此，随着弓形表面的曲率半径"R"的增加，流 通催化基材102的总热容量会下降，在较高孔隙率处下降更为明显。该下降可至少部分归 因于占据了流动通道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的情况下，会在流动通道108的角部分积累的修补基 面涂料材料。由于修补基面涂料材料具有比多孔陶瓷斜面角部分114高的热容量，在流动 通道108的角处用高孔隙率斜面角部分代替修补基面涂料材料可导致总热容量的下降。该 总热容量的下降可能是有益的，因为流通催化基材可能能够在较短的时间内实现所需的起 燃温度。
[0064] 仍参见图9,（如下所示的）表1显示与可用于流通催化基材102的一个例子的材 料的热容量相关的数据。在表1的例子中，催化修补基面涂层120的组合可以是：约75% 的氧化铝、21 %的二氧化铈氧化锆和3-4%的贵金属。如所示，基材（该例子中为堇青石） 的热容量占据了整个流通催化基材102的热容量的约58%。但是，将基材的孔隙率从25% 增加到55%，可以使得整个流通催化基材102的热容量从约0. 479J/cm3K(参见图9的曲线 142的25%的孔隙率图）下降至约0. 365J/cm3K，下降约为24%。
[0065] 表 1
[0066]
【权利要求】
1. 一种流通催化基材，其包括： 多个多孔陶瓷基材壁，其限定了在催化基材的入口端和出口端之间延伸的流动通道； 位于流动通道内的基材壁的相交角处的多个多孔陶瓷斜面角部分，其中，每个所述多 孔陶瓷斜面角部分包括小于约1. 38J/cm3/K的热容量；以及 催化修补基面涂层，其涂覆了多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分。
2. 如权利要求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约 为50-75%的孔隙率。
3. 如权利要求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约 为55-65%的孔隙率。
4. 如权利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，每个所述多孔陶瓷斜面角部分的 热容量分别约为〇. 69-1. 38J/cm3/K。
5. 如权利要求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间延伸的基本平坦表面。
6. 如权利要求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 有曲率半径的弓形表面。
7. 如权利要求6所述的流通催化基材，其特征在于，所述曲率半径约为40-400 μ m。
8. 如权利要求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 布包括约为〇. 5-7 μ m的中值孔径。
9. 如权利要求8所述的流通催化基材，其特征在于，所述中值孔径约为1-5 μ m。
10. 如权利要求1所述的流通催化基材，其特征在于，所述多个多孔陶瓷基材壁的中心 部分分别包括约为30-150 μ m的截面壁厚。
11. 如权利要求10所述的流通催化基材，其特征在于，所述截面壁厚约为50-100 μ m。
12. -种制造流通催化基材的方法，所述方法包括以下步骤： 通过模头挤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间延伸的流动通道的多个基材壁，其中多 个斜面角部分与多个基材壁共挤出； 将陶瓷成形的基材烧制成多孔陶瓷基材，其中斜面角部分包含具有小于约1. 38J/cm3/ K的热容量的多孔陶瓷；以及 用催化修补基面涂层涂覆多孔陶瓷基材壁和多孔陶瓷斜面角部分。
13. 如权利要求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间延伸的基本平坦表面。
14. 如权利要求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径的弓形表面。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成的弓形表面的曲率半径约为 40-400 μ m〇
16. 如权利要求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约 为 55-65%。
17. 如权利要求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 有约为0. 5-7 μ m的中值孔径。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，提供的中值孔径约为1-5 μ m。
19. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，多个多孔陶瓷基材壁的中心部分分别具 有约为30-150 μ m的截面壁厚。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，提供的截面壁厚约为50-100 μ m。
【文档编号】B01J35/04GK104245134SQ201280068154
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】K·N·巴波, C·W·坦纳 申请人:康宁股份有限公司