具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构及蜂窝状陶瓷结构封装体的制作方法

本实用新型涉及用于汽车尾气排放处理的蜂窝状陶瓷结构及其封装体。

背景技术：

随着欧5排放标准的执行，柴油机颗粒过滤器(DPF)成为柴油车辆中的一种不可或缺的技术。近年来，随着机动车保有量的增加，机动车排放逐渐成为中国大城市空气污染的主要来源。在北京市大气PM2.5的来源中，机动车尾气排放的分担率高达22％。而且，机动车排放的颗粒物主要来自于柴油车。随着中国近年来日趋严格的柴油机动车排放控制法规的出台，DPF的应用将具有广阔的市场前景。

目前应用于DPF的材料包括氧化物与非氧化物，氧化物材料的典型代表为堇青石、钛酸铝、莫来石、三氧化二铝等，非氧化物材料主要是碳化硅和氮化硅。最理想的DPF材料应该具备低的热膨胀系数和高的导热系数，同时机械强度高、耐灰分腐蚀、耐疲劳和热冲击。碳化硅不但机械强度高，高温热稳定性好，而且导热性能非常好，其劣势是具有较高的热膨胀系数，因此在连续的DPF再生高温过程中，容易产生热应力，使DPF壁面形成裂缝，导致 DPF失效。具有分割式结构并通过具备高强度和低弹性模量的陶瓷粘合剂组合而成的碳化硅 DPF能有效地减少在其再生时产生的拉伸应力和压缩应力。

通常，由于自身重量较重，排气阻力较大，柴油机颗粒过滤器在实际应用过程中会产生较大的轴向力。为了保证柴油机颗粒过滤器在实际使用过程中不产生轴向位移，撞击前后催化剂载体，单独依靠衬垫与载体产生的摩擦力不能完全来平衡载体的轴向力。因此，一般在封装工艺中，采用增加前后挡圈和钢丝网来固定柴油机颗粒过滤器，防止其产生轴向位移并撞击前后催化剂载体。这样不仅增加了封装工艺的复杂性，同时增加了成本。

因此，在本领域中仍然需要一种封装比较简单且成本比较低廉的蜂窝状陶瓷结构及其封装体。

技术实现要素：

为了更为方便地对用于汽车发动机尾气处理的蜂窝状陶瓷过滤器进行封装，本实用新型提供了一种具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构，该结构通过设置自锁机构，使得其省去了前后挡圈，同时简化了封装工艺。

在本实用新型的一个方面中，提供了一种具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构。在所述蜂窝状陶瓷结构的外周中央处设置有带状的自锁机构，所述自锁机构具有梯形的横截面，在所述横截面中两条平行边中长度较长的一边与所述蜂窝状陶瓷结构的外周线重合，并且其与两条侧边之间的夹角α和β分别为1至45度之间的角度。通过设置这样的自锁机构，当装载有根据本实用新型的蜂窝状陶瓷结构作为颗粒过滤器或捕集器的车辆在运行时，由于自锁机构的存在，该蜂窝状陶瓷结构在运行中被自锁作用锁定，从而避免了因车辆的运行而发生轴向的前后移动或滑动。另外，这样的蜂窝状陶瓷结构封装工艺简单，成本低廉。

根据前述方面的蜂窝状陶瓷结构，其中所述蜂窝状陶瓷结构为圆柱体形状或长方体形状。

根据前述方面的蜂窝状陶瓷结构，其中所述夹角α为1至30度、5至30度、5至25 度、5至20度、5至15度或5至10度之间的角度，所述夹角β为1至30度、5至30度、5 至25度、5至20度、5至15度或5至10度之间的角度。

根据前述方面的蜂窝状陶瓷结构，其中所述夹角α为2、3、4、5、6、7、8、9、10、 11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、 31、32、33、34、35、36、37、38、39、或40度，所述夹角β为2、3、4、5、6、7、8、9、 10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、 31、32、33、34、35、36、37、38、39、或40度。

根据前述方面的蜂窝状陶瓷结构，其中所述夹角α和β相等。

根据前述方面的蜂窝状陶瓷结构，其中所述自锁机构设置为环绕所述蜂窝状陶瓷结构的整个外周或只设置在其部分外周上。

在本实用新型的第二方面中，提供了一种蜂窝状陶瓷结构封装体，其中所述蜂窝状陶瓷结构封装体包括：根据前述第一方面的蜂窝状陶瓷结构；外壳体，所述外壳体设置在所述蜂窝状陶瓷结构周围，用于固定和保护所述蜂窝状陶瓷结构；和衬垫，所述衬垫填充所述外壳体和所述蜂窝状陶瓷结构之间的空间，并且所述夹角α和β小于所述自锁机构和所述衬垫两者的材料之间所产生的摩擦角。由于所述夹角α和β小于所述自锁机构和所述衬垫两者的材料之间所产生的摩擦角，所以当蜂窝状陶瓷结构因车辆运行而受到轴向作用力时，该作用力沿自锁机构侧边的分量小于自锁机构侧边和衬垫两者之间的最大静摩擦力，从而产生自锁效应，有效阻止蜂窝状陶瓷结构沿轴向前后滑动，而是被锁定在固定的位置。

根据前述第二方面的蜂窝状陶瓷结构封装体，其中所述衬垫材料为膨胀陶瓷材料或非膨胀陶瓷材料。

附图说明

以下将参考附图来描述本实用新型。应当理解，附图仅仅是用来以举例的方式解释和说明本实用新型的原理，而无意于将本实用新型限制于附图中所显示的具体方案。在附图中：

图1是根据本实用新型一个实施方案的具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构的总体视图；

图2是沿图1所示蜂窝状陶瓷结构的穿过轴心的平面截取的横截面示意图；

图3是根据一个实施方案的具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构封装体的横截面示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述根据本实用新型的具有混合孔结构的蜂窝状陶瓷结构。然而，本领域的普通技术人员会理解，以下给出的各个实施例仅仅是为了使本领域的普通技术人员能够更好地理解本实用新型，而没有任何限制的目的。本实用新型的范围是由权利要求书限定的。

蜂窝状陶瓷结构是用于捕集车辆发动机、尤其是柴油车发动机尾气排放中的颗粒物质的常用手段之一。目前，常用的蜂窝状陶瓷过滤器或颗粒捕集器通常采用具有均一的孔结构的蜂窝状结构，例如整体式的蜂窝状结构或者拼接式的蜂窝状结构。这样的蜂窝状结构具有结构简单、制造方法简便等优点，但是在封装的时候通常需要在其前端和后端加装挡圈，以将其固定而防止沿轴向前后滑动。

与此相比，为了对用于汽车发动机尾气净化处理的蜂窝状陶瓷结构进行封装以防止其前后滑动，本实用新型提供了一种具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构，如图1中示处的。本领域的普通技术人员会理解，图1中示处的蜂窝状陶瓷结构仅仅是示例性的，用于举例说明的目的，本实用新型并不限于这种结构。例如，蜂窝状陶瓷结构可以制成长方体形的。在此情况下，设置在蜂窝状陶瓷结构周围的带状或凸台状自锁机构也可以制成方形的。或者，设置在蜂窝状陶瓷结构周围的带状或凸台状自锁机构可以为完整的环形，或者为部分环形，或者是分段式的。

自锁机构所用的材料可以与蜂窝状陶瓷结构的材料相同或者不同。例如，自锁机构可以由堇青石、碳化硅、或钛酸铝制成。优选地，自锁机构由机械强度高、弹性模量低且耐高温的陶瓷材料制成。

在图1所示的带有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构中，自锁机构可以与蜂窝状陶瓷结构一体形成，或者单独形成，然后通过合适的连接方式附接在蜂窝状陶瓷结构外周上。优选地，自锁机构可以与蜂窝状陶瓷结构一体形成，这样可以节省工艺，减少后续加工程序，并且提供良好的整体结构性。

下面参考图2描述根据本实用新型的蜂窝状陶瓷结构的细节。图2是沿图1所示蜂窝状陶瓷结构的穿过其圆心的一个面截取的截面视图。在图2中，自锁机构102的横截面为梯形，其两个平行边中长度较长的一边与蜂窝状陶瓷结构101的外周线重合。该边与梯形横截面的两条侧边分别形成夹角α和β。在一个实施方案中，该梯形为等腰梯形，即两条侧边的长度相等，夹角α和夹角β相等。当然，根据具体的应用，这两个角度可以不相等。

在一些实施方案中，夹角α和β分别为1至30度、5至30度、5至25度、5至20度、 5至15度或5至10度之间的角度。在另一些实施方案中，夹角α和β分别为2、3、4、5、6、 7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、 28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、或40度。在一个具体的实施方案中，夹角α和β均为10度。在另一个具体的实施方案中，夹角α和β均为15度。

通过设置这样的自锁机构，在封装时，蜂窝状陶瓷结构与应用于其上的衬垫材料之间会形成自锁机制，从而防止蜂窝状陶瓷结构在使用过程中沿轴向前后滑动。下面将参考图3详细描述根据一个实施方案的具有自锁机构的蜂窝状陶瓷结构封装体。

在图3中，如图2中示处的作为颗粒过滤器的蜂窝状陶瓷结构201被封装在外壳203中，在蜂窝状陶瓷结构201和外壳203之间设置有衬垫204。例如，衬垫204为常规的膨胀陶瓷材料或非膨胀陶瓷材料，例如为三氧化铝。自锁机构202设置在中央处，其平行边和斜边之间形成夹角α和β，如在图2中示处的。自锁机构202与外面的衬垫204紧密配合。根据具体需要所选择的衬垫204的材料与自锁机构202的材料之间会产生一定的摩擦角γ。夹角α和β均小于γ。这样，在受到外力作用的情况下，自锁机构202和衬垫204之间产生的静摩擦力大于外力沿自锁机构202侧边方向上的分量，从而阻止自锁机构202因外力作用而沿蜂窝状陶瓷结构201的轴向前后滑动，而是仍然保持静止，从而实现自锁功能。

其中，摩擦角γ是根据自锁机构202和衬垫204的材料来确定和计算的。例如，摩擦角γ可以为1至30度之间的角度，例如1至25度，例如为5度或10度。只要其大小大于夹角α和β，就能实现自锁机构202的自锁功能。