专利名称：填隙中有隔离物的钎焊金属蜂窝体及其制造工艺和钎料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将钎料施加到一个蜂窝体上的工艺、一种适用于该工艺的钎料，并涉及一种相应的蜂窝体，尤其是用于废气排放系统的催化剂载体。
已知一些金属结构，例如用于废气催化转化器的金属催化剂载体，这些金属结构由至少部分构成的各金属板层卷绕或成层。通过软焊、尤其是通过钎焊将一些层或薄板接合在一起，钎焊最好是在真空中于超过1100℃的高温下进行。该金属结构还被钎焊到一个合适的壳体上。在一个金属结构中各钎焊接合的构形是制造这种金属结构的重要工艺步骤，并具有两个重要方面。首先，钎焊接合类型的性质影响用于各种金属结构、尤其是用于作催化剂载体用的各种结构的制造工艺的效率。其次，钎焊接合的构形对结构的强度和耐久性有影响。
有关钎焊接合的这些方面已得到公认。并且人们知道，当施加钎料时，将一种胶或粘合剂施加到欲接合的金属结构上，其中钎焊材料是粉状物，并且或是事先与胶或粘合剂混合，或是以后施加到它上面。
DE2924592A1说明了一种用于制造催化反应器结构的工艺，该催化反应器用于汽车内燃机的排放控制，其中该结构由耐高温的钢板形成。在各钢板子处理成波纹状和扁平的钢板层之后，将一种粘合剂或胶施加到准备施加钎料的地方。然后将钎料颗粒施加到粘合剂或胶上。施加粘合剂或胶和钎料是在各波纹钢板的波纹方向或与它们垂直的方向上做成一些长条。然后将以交替的层排列的各钢板通过加热该结构使所有各层同时钎焊在一起。为了保证各钢板之间所有钎焊连接处均匀的钎焊，通常使用过量的钎料和/或粘合剂。
从DE2924592A1中进一步得知，在平的或波纹状钢板交替成层排列之前，在各平钢板的近似纵向的各个层中插入一个或多个钎料带。
在完成施加钎料后，以一种已知方式将各钢板卷绕以形成一种结构，放入一个壳体中并在一个炉子内钎焊。当放在壳体中时，各钢板层被预加应力。
在钎焊作业期间，钎焊材料熔化，由于预应力，在各钢板层之间钎焊材料被压出接触点。这导致壳体内各钢板预应力的损失和各层的不希望有的位移，及各钢板层之间填料间隙的不均匀分布。由于在钎焊工艺期间液体钎焊材料被压出各接触点，并且可能移动，所以它也不能保证各钎焊接合实际上是在所希望的各接触点处形成。然而，正如已经说明的那样，不良的钎焊接合对结构的强度和耐久性有负面影响。
由于施加填料而引起的这些问题人们已有共识。从WO89/11938中已知一种尝试的解决方案。在此方案中提出，各钢板在卷绕或成层之前，在欲钎焊的区域用一种胶或粘合剂涂覆。随后将这些钢板卷绕或成层为一种结构，并且然后只钎焊施加到该结构上的粉料。利用这种工艺，各层钢板彼此牢固地相靠，并且钎焊材料到达各钢板之间存在的三角地带中。当钎料熔化时，不再发生预应力的损失。尽管如此，由于各步骤的顺序必须严格遵守，所以生产工艺不是很灵活。
本发明的目的是提供一种用于将钎料施加到一个金属结构上、尤其是施加到各种废气催化转化器的蜂窝体上的工艺，该工艺至少减少了在钎焊工艺期间各钢板层预应力的损失。本发明的另一个目的是一种金属钎料，尤其是供在将钎料施加到一种结构上的一种工艺中使用的金属钎料，利用该钎料可以得到一种改进的钎焊接合的构形。另外，说明了一种钎焊的蜂窝体，该蜂窝体具有一些构形尽可能均匀的钎焊接合部。
利用具有权利要求1或权利要求10中各特点的一种方法按照本发明解决了该目的。一种按照本发明的钎料是权利要求11的内容。一种钎焊的蜂窝体是独立的权利要求18的内容。有利的另一些构形和另一些进展是从属的各项权利要求的内容。
按照本发明的工艺，用于将钎料施加到各卷绕的或成层的由至少部分构成的钢板层制成的结构上、尤其是废气催化转化器的蜂窝体上，该工艺区别在于，在各金属板层之间施加一种钎料和一种填充料，其中填充料的熔点高于该钎料的熔点，最好是高于钎焊温度。填充料本身不一定必须参与钎焊接合的制造。由于填充料被施加在以后欲钎焊的区域中各金属板层之间，所以它在施加钎料之后的钎焊工艺期间，起一种各金属板层之间隔离物的作用。由于利用填充料使各金属板层之间的距离几乎保持恒定，所以当装入一个壳体中的卷绕或成层的结构被钎焊时，不发生预应力的损失。利用该填充料，在钎焊作业期间也可以保持相邻的各金属板层之间一个限定的填料间隙。
以后欲钎焊的各区域之间的填充料最好以颗粒物形式施加。这可以是粉状填充料。因此，首先用一种胶粘剂尤其是一种胶或一种粘合剂或类似物涂覆各金属板层，至少在以后欲钎焊的区域中涂覆。首先施加颗粒物，然后施加钎焊粉料；或是首先施加钎焊粉料，然后施加颗粒物到胶粘剂层上和/或该胶粘剂层中。如果一些合适的胶粘剂能够得到，则将它们与一种钎焊粉料或填充物颗粒混合，并将这种糊状物施加到以后欲钎焊的各区域也可能是有利的。因为可以得到通过事先确定精密计量施加量的钎焊粉料/粘合剂/填充颗粒各组分的比例，所以在这种情况下不需要除去过量的钎料。
钎料最好是同时作为颗粒物施加。为此，首先制备一种钎焊粉料和颗粒物的混合物。该钎焊粉料和颗粒物的混合物最好是通过在一个涡流室中进行两种成分的混合来得到。
为了保证在钎焊操作期间不发生预应力的损失，或者只有很小的预应力损失，提出该填充物的尺寸大体上相当于在各金属板层的卷绕或成层期间产生的填料间隙的间隙宽度。
按照一种更有利的构思，填充物以一种丝或带状钎料施加。
按照该工艺的另一个有利的构形，提出填充物和钎料以至少部分涂覆有钎料的颗粒物，最好是陶瓷颗粒物形式施加。通过各种各样的工艺，产生各欲接合部件的特别良好的润湿性。在钎焊操作期间，通过各金属薄板压住涂覆有钎料的颗粒物，将钎料压入各颗粒物之间的空心区间。
按照另一个发明思想，提出一种金属钎料，它含有一种钎料和一种辅助材料，其中该辅助材料具有一个高于钎料的熔点、尤其是其钎焊温度的熔点。该材料具有一种形式，它在欲接合在一起的各部件之间保持一个填料间隙。这种类型的一种金属钎料，尤其适合在按照权利要求1至权利要求10中之一的施加钎料的工艺中使用。该材料最好是颗粒物、丝或带的形式。该材料的物理构形特别要有一个尺寸，该尺寸相当于各填料间隙的大小。在带状构形情况下，厚度相当于填料间隙的大小。如果该材料是丝形，则丝的直径相当于填料间隙的尺寸。
钎料最好是呈粉料形式。在这种情况下，该辅助材料的各颗粒物的平均粒径大致相当于钎焊粉粒料的平均粒径。
辅助材料最好是一种陶瓷材料。使用一种陶瓷物质具有的优点是其熔点显著高于一种钎焊材料的熔点，因此保证在钎焊材料和辅助材料的熔点之间有一个足够大的温差。
如果使用带状钎料，应装备有至少一个第一层和至少一个第二夹层或附加层，该第一层由一种钎焊材料制成，而第二夹层或附加层由辅助材料制成。
优选了一种钎料构形，其中辅助材料是以颗粒物，尤其是陶瓷颗粒物存在，这些颗粒物至少是部分用钎焊材料涂覆。颗粒物涂层的厚度在5和20μm之间，最好是10μm。涂覆有钎焊材料的颗粒物的外径优选的是在30和60μm之间，最好是50μm。
按照本发明的蜂窝体由至少部分卷绕或成层的金属板结构层制成，其特点在于在各层金属板之间有一些填料间隙，这些间隙至少是部分用接合各层金属板的钎料充填，其中各间隙的宽度由各隔离物决定。
隔离物由相邻各层金属板当中至少一层中的至少一个凹痕成形，该凹痕在以后欲钎焊的各区域内，同时面向相邻的金属板。各凹痕将以后欲钎焊的区域内各层金属板间隔开，并形成一个用于钎料的间隙。各凹痕与相邻的各层金属板接触。当在钎焊工艺期间钎料熔化时，壳体内各层金属板的预应力保持不变。各凹痕的另一个优点在于它们改进了各层金属板的润湿性。
作为一种具有呈凹痕形式的隔离物的蜂窝体的替代物，提出一种蜂窝体，其中各隔离物在钎焊接合区内呈填充料的形式并安排在相邻的各层之间。该填充料包括一种材料，此材料的熔点高于钎料的熔点。该填充料以颗粒物形式成形。一种丝或带状填充料最好。
下面将参照附图中所示的各实施例阐明本发明的另一些优点和特点。其中
图1示出用于施加一种钎料涂覆层的可能性；图2示出一种放在各带波纹和平的金属板之间的钎料带；图3示出一种钎焊连接的示意放大图；图4示出各带波纹和平的金属板之间的一种钎焊连接，其中该带波纹的金属板具有一些凹痕，图5示出一种钎料带的第一实施例，图6示出一种钎料带的第二实施例，和图7示出一种钎料带的第三实施例。
图1示出一个蜂窝体1，它由各层波纹金属板2和平的金属板3卷绕并成层。波纹金属板2具有钎料涂覆层。各钎料涂覆层5被施加到波纹金属板2的相应外边缘区上。很显然，不是波纹金属板2的每个顶部都一定必须具有一个涂覆层5。图1还示出一个涂覆层6，它被施加到一个波纹的顶部上该层金属板2的整个宽度上。涂覆层5、6包括施加一种具有颗粒物的钎焊粉料，后者用一层胶或粘合剂粘着到该层金属板2上。
平的金属板层3装备有三个条形涂覆层7、8和9，它们在平的金属板层3的纵向方向上延伸。在该平的金属板层3的外边缘区施加涂覆层7和9。条形涂覆层8大体上施加在该平的金属板层3的中间区域中。卷绕或成层的蜂窝体1接着用预应力装配到一个壳体中，该壳体未示出。接着将这个组件放在一个钎焊炉中，并加热到一个钎焊温度。涂覆层5-9具有一种钎料和颗粒物，其中该颗粒物形成一种填充料，该填充料在钎焊工艺期间不熔化。为此，填充料包括一种材料，它的熔点高于钎料的熔点，尤其是高于钎焊温度。该填充料最好包括一种陶瓷材料。
正如已经说明的那样，一种卷绕或成层的蜂窝体1形成一种金属结构，该蜂窝体1被装配到一个壳体中。为了将蜂窝体1接合到壳体上，在该蜂窝体1的外表面区上，最好还在欲钎焊的区域中提供一种钎料或一种填充料。
图2示出钎料一种可能应用的另一个实施例。按照图2，提出在每种情况下都在金属板2这层和金属板3这层之间放置一个钎料带11-14。在该金属板3这层和金属板2这层之间插入基本上相互平行的相应钎料带11-14。引入钎料带11-14在一个卷绕工艺中实施。
图5、6和7示出一种钎料带的三个实施例。图5示出一个钎料带11，它包括一种具有颗粒物15的钎料16，该颗粒物15放置在钎料16中。颗粒物15的粒径被如此选定尺寸，以便它们大体上相当于钎料带的厚度D。这样，保证了颗粒物15作为金属板2这层和金属板3这层之间的隔离物起作用。在钎焊工艺期间，保持了颗粒物15的这种功能。
图6示出一种钎料带11的第二实施例。该钎料带11具有一个第一层18，该第一层18包括一种钎焊材料。一个第二层19包括一种辅助材料，该辅助材料的熔化温度高于一个钎焊温度，该第二层19紧接着第一层18。第二层19在钎料带11中形成一个填充料19。一个第三层20包括一种钎焊材料，它紧接着第二层19。最好是第一层18和第三层20分别包括同样的材料。各层18、19和20彼此相邻地成形。
图7示出一种钎料带11的第三实施例。该钎料带11由两层组成。第一层18由一种钎焊材料形成。第二层19由一种材料形成，该材料的熔点高于一个钎焊温度。
图3示出一种放大的钎焊连接10。该钎焊连接10在一层波纹金属板2和一层平的金属板3之间成形。在该波纹金属板层2和平的金属板层3之间，成形一个填料间隙21，该填料间隙21用一种钎料16和一种填充料充填。该填充料由颗粒物15形成。该颗粒物15可以例如具有一种棒状构形。球形或板形颗粒物15也是可以的。颗粒物15的形状取决于波纹金属板层2和平的金属板层3之间的距离d必须足够大。
在图4中示出用于在一个钎焊工艺中保持各波纹金属板层2和平的金属板层3的预应力的另一种可能性。为此，波纹金属板2设有一些凹痕17，它们在钎焊接合区域10中成形。这些凹痕17面向相邻的金属板层3。这些凹痕17可以是微观结构，这些微观结构相对于蜂窝体1的通道4横向延续。作为一种替代方案，还可以在平的金属板层3中引入一些凹痕17。
标号明细表1 蜂窝体2 波纹金属板层3 平的金属板层4 流体通道5,6 涂覆层7,8,9 条形涂覆层10钎焊区11-14 钎料带15颗粒物16钎料17凹痕18第一层19第二层20第三层21填充间隙d 间隙宽度
权利要求
1．用于将钎料施加到各卷绕或成层的结构(1)，尤其是施加到用于废气催化转化器的蜂窝体上的工艺，该卷绕或成层的结构(1)具有至少部分构成的金属板层(2,3)，在该工艺中在各层金属板(2,3)之间引入一种钎料(16)和一种填充料(15,19)，其中该填充料(15,19)的熔点高于钎料(16)的熔点。
2．按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，在该工艺中以颗粒物形式施加填充料(15)。
3．按照权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在该工艺中各层金属板(2,3)首先用一种胶粘剂，尤其是一种胶、粘合剂或类似物，至少在以后欲钎焊的各区域(10)中加涂覆层。
4．按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，在该工艺中将颗粒物(15)和一种钎焊粉料(16)同时或以任何次序放置在该胶粘剂上和/或该胶粘剂中。
5．按照权利要求3所述的工艺，其特征在于，在该工艺中用胶或粘合剂施加颗粒物(15)。
6．按照权利要求2或3所述的工艺，其特征在于，在该工艺中用颗粒物(15)施加钎料(16)。
7．按照权利要求6所述的工艺，其特征在于，在该工艺中首先制备钎焊粉料和颗粒物(15)的混合物。
8．按照权利要求7所述的工艺，其特征在于，在该工艺中最好是在一个涡流室中将一种钎焊粉料与颗粒物(15)混合。
9．按照权利要求1-8中任一项所述的工艺，其特征在于，在该工艺中填充料(15,19)的一种尺寸大体上相当于在卷绕或成层各层金属板(2,3)期间所产生的间隙宽度(d)。
10．按照权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在该工艺中施加一种含有填充料(15,19)的丝形或带形钎料(11,14)。
11．按照权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在该工艺中填充料(15)和钎料(16)以颗粒物最好是陶瓷颗粒物的形式施加，这些颗粒物至少一部分用钎料(16)涂覆。
12．金属钎料，尤其是供在一种用于施加按照权利要求1-11所述的黄铜钎料的工艺中使用的金属钎料，它含有一种钎焊材料和一种辅助材料，该辅助材料具有一个熔点，该熔点高于钎料的熔点，以便在欲接合在一起的各部件(2,3)之间，并以一种合适的形式保持一个填充间隙(21)。
13．按照权利要求12所述的钎料，其特征在于，该材料呈颗粒物、丝或带的形式，尤其是具有一个尺寸，该尺寸相当于填充间隙(21)的大小。
14．按照权利要求12或13所述的钎料，其特征在于，该辅助材料是一种陶瓷材料。
15．按照权利要求12-14中任一项所述的钎料，其特征在于，该钎料和辅助材料是粉状料。
16．按照权利要求12-14中任一项所述的钎料，其特征在于，该辅助材料是以颗粒物(15)的形式包含在一种丝形或带形钎料(11)中。
17．按照权利要求12-14中任一项所述的钎料，其特征在于，该钎料(11)设有至少一个第一层(18,20)和至少一个第二夹层或施加层(19)，该第一层(18)包括钎焊材料，而第二夹层或施加层(19)包括一种辅助材料。
18．按照权利要求12所述的钎料，其特征在于，该辅助材料以颗粒物，尤其是以陶瓷颗粒物形式存在，该颗粒物至少一部分用钎焊材料涂覆。
19．按照权利要求18所述的钎料，其特征在于，该涂覆层具有厚度在5和20μm之间，最好是10μm。
20．按照权利要求18或19所述的钎焊，其特征在于，涂覆有钎焊材料的颗粒物的外径在30和60μm之间，最好是50μm。
21．钎焊的蜂窝体(1)，尤其是用于废气催化转化器的蜂窝体(1)，它由至少一部分金属板(2,3)结构层制成，将该金属板层(2,3)卷绕或成层，在该蜂窝体(1)中，各层金属板(2,3)之间有一些填充间隙(21)，这些间隙至少一部分用接合各层金属板(2,3)的钎料(16)充填，并且其间隙宽度(d)由各隔离物(15,17,19)确定。
22．按照权利要求21所述的蜂窝体，其特征在于，至少一个凹痕(17)在面向相邻的板(3)的各钎焊区域(10)内，各相邻的金属板层(2,3)的其中至少一个中成形为一个隔离物。
23．按照权利要求21所述的蜂窝体，其特征在于，各隔离物利用钎料(16)中的一种填充料(15,19)在钎焊接合区(10)中和相邻各层金属板(2,3)之间成形，填充料(15,19)的熔点高于钎料(16)的熔点。
24．按照权利要求23所述的蜂窝体，其特征在于，各隔离物呈颗粒物(15)、尤其是陶瓷颗粒物形式。
25．按照权利要求23所述的结构，其特征在于，各隔离物由一种丝形或带形填充料形成。
全文摘要
提出一种工艺,该工艺用于将钎料施加到各种结构,尤其是用于废气催化转化器的蜂窝体上,这些结构由至少部分构成的各层金属板(2,3)卷绕或成层。按照这种工艺,至少在以后欲钎焊的各区域(10)中将一种钎料(16)和一种细粒状填充料(15)施加在各层金属板(2,3)之间。该细粒状填充料(15)的熔点高于该钎料的熔点。
文档编号F01N3/28GK1213996SQ97193252
公开日1999年4月14日 申请日期1997年3月13日 优先权日1996年3月22日
发明者沃尔夫冈·毛斯, 罗尔夫·布吕克 申请人:发射技术有限公司