[发明专利]具有混合孔结构的蜂窝状陶瓷结构

说明书

本发明涉及具有混合孔结构的蜂窝状陶瓷结构。具体地，本发明涉及一种具有混合孔结构的蜂窝状陶瓷结构，所述蜂窝状陶瓷结构由位于中央的一个或更多个第一蜂窝陶瓷部和位于所述第一蜂窝陶瓷部周围的一个或更多个第二蜂窝陶瓷部构成，其中所述第一蜂窝陶瓷部为具有对称孔结构的蜂窝陶瓷，具有第一热容量值，其壁厚大于或等于0.28毫米；以及所述第二蜂窝陶瓷部为具有非对称孔结构的蜂窝陶瓷，具有第二热容量值，其壁厚小于0.28毫米，其中所述第一热容量值大于所述第二热容量值。本发明还涉及这样的蜂窝状陶瓷结构在捕集汽车发动机尾气中的碳烟颗粒方面的用途。

技术领域

本发明涉及用于汽车尾气排放处理的蜂窝状陶瓷过滤器结构。

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。

由于DPF再生时有热重叠显现，所以最高温度及最高温度梯度往往发生在DPF后端的中央位置处。由于这种热重叠效应，目前常规使用的整体式DPF或分割式DPF在温度较高的情况下容易产生局部的热应力，从而导致DPF破裂，尤其是DPF后端的中央容易产生裂纹或甚至裂缝。

因此，在本领域中仍然需要一种在保持良好的储灰容量的同时具有提高的热稳定性的蜂窝状陶瓷结构。

发明内容

为了克服现有的DPF不能在降低不可控再生时后端的温度的同时保持小体积、大的储灰容量的问题，本发明提供了一种具有混合孔结构的蜂窝状DPF结构，该结构通过优化孔结构，使得其背压降低，同时储灰容量基本上保持不变。具体地，该蜂窝状结构具有两种孔结构，其中壁厚比较厚的条状蜂窝部设置在中间，壁厚比较薄的条状蜂窝部设置在壁厚较厚的条状蜂窝部的外围。这种混合孔结构设计能使DPF同时兼顾各种优良的特性如良好的热稳定性和储灰性能，并且能有效降低再生时的最高温度，尤其是DPF后端中央部分的最高温度。

在本发明的一个方面中，提供了一种具有混合孔结构的蜂窝状陶瓷结构，所述蜂窝状陶瓷结构由位于中央的一个或更多个第一蜂窝陶瓷部和位于所述第一蜂窝陶瓷部周围的一个或更多个第二蜂窝陶瓷部构成，其中所述第一蜂窝陶瓷部为具有对称孔结构的蜂窝陶瓷，具有第一热容量值，其壁厚大于或等于0.28毫米；以及所述第二蜂窝陶瓷部为具有非对称孔结构的蜂窝陶瓷，具有第二热容量值，其壁厚小于0.28毫米，其中所述第一热容量值大于所述第二热容量值。

根据前述方面所述的蜂窝状陶瓷结构，所述第一蜂窝陶瓷部和所述第二蜂窝陶瓷部由选自碳化硅、重结晶碳化硅或堇青石中的一种材料制成。优选地，所述第一蜂窝陶瓷部和所述第二蜂窝陶瓷部均由重结晶碳化硅制成。

根据前述方面所述的蜂窝状陶瓷结构，所述第一蜂窝陶瓷部和所述第二蜂窝陶瓷部由选自碳化硅、重结晶碳化硅或堇青石中的两种不同的材料制成。例如，所述第一蜂窝陶瓷部由重结晶碳化硅制成，所述第二蜂窝陶瓷部由堇青石制成。