CN100560207C - 六边形网格蜂窝结构体 - Google Patents
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Abstract
一种六边形网格蜂窝结构体，其具有多个六边形网格。每个六边形网格由六个成六边形栅格形状的网格壁环绕。大致圆弧形的R形拐角部交替形成在六个网格壁的内拐角部处，该六个网格壁形成每个六边形网格。从垂直于六边形网格蜂窝结构体轴向的横截面看去，该三个R形拐角部位于每个六边形网格的交替的内拐角处。每个R形拐角部的曲率半径大于没有R形拐角部的内拐角部的曲率半径。R形拐角部的最小曲率半径是每个网格壁厚度的2.8倍至5倍，即，在0.25mm-0.45mm的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体，其具有多个形成栅格布局的六边形网格，更具体涉及具有多个六边形网格的蜂窝结构体，其中每个六边形网格由包括六条边的六边形横截面的网格壁环绕。贯穿下面的描述，该种具有多个六边形网格的蜂窝结构体将被称作“六边形网格蜂窝结构体”。
背景技术
已知将蜂窝结构体作为基底或基座材料，用于净化内燃机排出的废气，该内燃机安装在车辆如柴油机车辆或汽油发动机车辆上。该蜂窝结构体具有多个形成栅格布局的六边形网格。每个网格由网格壁环绕。该蜂窝结构体主要由超级耐热冲击性的堇青石构成。催化剂均匀地支撑在网格壁的表面上。即，网格壁的整个表面涂覆有催化剂。日本特开JP 2002-177794号公报公开了具有该种结构的蜂窝结构体。
陶瓷蜂窝结构体包括多个网格，例如，每个网格的形状为三角形、正方形或六边形。当与由三角形网格或正方形网格组成的另一类型的蜂窝结构体相比时，六边形网格蜂窝结构体，即由多个六边形网格组成的蜂窝结构体能够易于在网格壁的表面上均匀地支撑催化剂，并能够减小压力损失。另外，由于每个形成在六边形网格蜂窝结构体内的六边形网格能够抑制过量的催化剂形成在网格壁的表面上，可以减小六边形网格蜂窝结构体的总重。考虑到净化废气的能力，六边形网格蜂窝结构体最近已成为主要的兴趣。这已经公开在日本特开JP2000-237602号公报中。
如上所述，虽然六边形网格蜂窝结构体具有有效净化从车辆的内燃机排出的废气的超级功效，但是其总体强度相对较低。特别是，当六边形网格蜂窝结构体用作废气净化基底整体上不具有足够的强度时，有可能由于振动和应力在六边形网格内产生裂纹并断裂，在将六边形网格蜂窝结构体强力罐装入废气管内的罐装步骤中，以及在将其组装进车辆中的组装步骤中产生该种振动和应力。
有一个传统的方式来解决该种缺陷，其为六边形网格形成较厚的网格壁，以增大并改善六边形网格蜂窝结构体的总体强度。然而，该种方式增大了六边形网格蜂窝结构体的总重，并且不能实现近来使车辆轻、小的商业需求。另外，重的六边形网格蜂窝结构体降低了快速温热支撑在六边形网格的网格壁上的催化剂的功能，阻止了快速温热。这涉及到降低净化废气的净化能力的可能。
因此，需要一种六边形网格蜂窝结构体来增大其总体强度，同时在实际使用时维持其适当的强度。
发明内容
本发明被设计成实现上述传统的目标并克服现有技术的缺陷。本发明的目的是提供一种具有多个六边形网格的六边形网格蜂窝结构体，能够增大该六边形网格蜂窝结构体的总体强度，同时不降低其用于净化废气的内在功能。
为实现上述目标，本发明提供一种六边形网格蜂窝结构体，其具有形成栅格布局的多个六边形网格。每个六边形网格由网格壁环绕，网格壁由布置成六边形栅格形状的六条边组成。在该六边形网格蜂窝结构体中，从垂直于该六边形网格蜂窝结构体轴向的六边形网格的横截面看去，大致圆弧形状的R形拐角部交替形成在构成每个六边形网格的网格壁的内拐角部处，并且每个R形拐角部的曲率半径大于其它未形成R形拐角部的拐角部的曲率半径。
有利的是，R形拐角部的最小曲率半径处于每个网格壁厚度的2.8倍至5倍的范围内。
R形拐角部的最小曲率半径优选在0.25mm-0.45mm的范围内。
每个网格壁的厚度优选在70μm-130μm的范围内。
按照优选方案，所述六边形网格蜂窝结构体由陶瓷制成，该陶瓷主要由堇青石组成，并且每个网格壁的厚度是90μm。
在根据本发明的六边形网格蜂窝结构体中，每个六边形网格由形成六边形栅格布局的网格壁构成或环绕。因此，每个六边形网格具有六个内拐角部。根据本发明的六边形网格蜂窝结构体的最重要的特征是，从垂直于该六边形网格蜂窝结构体轴向的其横截面看去，大致圆弧形状的R形拐角部形成在内拐角部处。具有R形拐角部的内拐角部交替形成，即与不具有R形拐角部的内拐角部相邻布置。另外，在每个六边形网格中，每个R形拐角部的曲率半径大于不具有R形拐角部的内拐角部的曲率半径。
即，在每个六边形网格中，R形拐角部交替形成在六个内拐角部的三个内拐角部处。通过在每个六边形网格内交替形成R形拐角部，可以增大六边形网格蜂窝结构体的总体强度，同时维持实际使用如废气净化基底所需的足够强度。
特别是，在应用到废气净化基底用于净化从车辆的内燃机排出的废气的情况下，可以避免由于振动和应力而使六边形网格蜂窝结构体产生裂纹并断裂，在将六边形网格蜂窝结构体强力罐装入安装在车辆上的废气管内的罐装步骤中，以及在将其组装进车辆中的组装步骤中产生该种振动和应力。
此外，在每个六边形网格中，因为R形拐角部仅在六个内拐角部中的三个内拐角部处交替形成，与具有增大厚度的网格壁的相关现有技术相比，可以抑制该六边形网格蜂窝结构体总重的显著增加。
进一步地，因为具有R形拐角部的六边形网格蜂窝结构体的基本结构、重量和体积没有改变，可以维持内在性能。例如，如净化废气及快速温热所涂覆的支撑在网格壁表面上的催化剂(作为催化剂快速温热能力)。
仍进一步地，根据本发明，R形拐角部形成在每个六边形网格的三个内拐角部处，即，每个六边形网格具有交替形成在内拐角部处的三个R形拐角部。换句话说，该三个R形拐角部不是连续布置在每个六边形网格内。与下列各种情况(a)、(b)和(c)相比，该构造提供了一种均匀的六边形网格蜂窝结构体，具有高精度且不会引起原材料的任何偏心形状：
(a)在每个六边形网格内，超过三个R形拐角部形成在连续的内拐角部处，例如，第一、第二、第四、第五和第六内拐角部；
(b)在每个六边形网格内，R形拐角部对称形成在上、下部之间或左右侧之间；以及
(c)R形拐角部仅形成在每个六边形网格的一侧。
因此，在制造过程中模制完成后，可防止六边形网格蜂窝结构体内出现任何变形。
附图说明
下面将参考附图通过例子来描述本发明的优选但非限制性的实施例，其中：
图1是根据本发明的优选实施例，具有多个六边形网格的六边形网格蜂窝结构体的透视图；
图2是根据图1示出的优选实施例，示出了在六边形网格蜂窝结构体中网格壁的蜂窝形状的视图，这些网格壁形成具有R形拐角部的六边形网格；
图3是根据该优选实施例，示出了在每个六边形网格中，具有R形拐角部的作为分隔壁的网格壁的详细形状的视图；
图4是一流程图，示出了生产根据图1所示的优选实施例的六边形网格蜂窝结构体的制造方法；
图5是型模的透视图，用于制造该实施例的六边形网格蜂窝结构体；
图6示出了在0-0.5mm的范围内改变最小曲率半径时，测量根据该实施例的六边形网格蜂窝结构体的等压强度(Mpa)的实验结果。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述本发明的各个实施例。在各个实施例的下列描述中，在几幅图中类似的附图标记表示类似或等同的部件。
优选实施例
将参考图1至图5描述根据本发明优选实施例的具有多个六边形网格的六边形网格蜂窝结构体。
图1是根据本发明的优选实施例，具有多个六边形网格的六边形网格蜂窝结构体1的透视图。图2是示出了在图1所示的实施例的六边形网格蜂窝结构体1中网格壁3的形状的视图，这些网格壁形成每个具有三个R形拐角部的六边形网格3。
图3是示出了在根据图1和图2所示的实施例的六边形网格蜂窝结构体中，作为分隔壁的网格壁2的详细形状的视图，具有三个R形拐角的网格壁形成每个六边形网格2。
如图1所示，六边形网格蜂窝结构体1具有多个六边形网格3。六边形形状的每个六边形网格3被形成六边形栅格布局的六个网格壁2环绕。如图3所示，三个R形拐角部20交替形成在网格壁2的六个内拐角部21-26中的内拐角部21、23和25处，网格壁2形成每个六边形网格3。换句话说，三个R形拐角部20形成在每个六边形网格3的交替的内拐角处。每个六边形网格3具有交替形成在其内拐角部处的三个R形拐角部20。
在垂直于六边形网格蜂窝结构体1轴向的横截面内，大致为圆弧形的三个R形拐角部20交替形成，即，形成在内拐角部21、23和25处。在每个六边形网格3中，每个R形拐角部20的曲率半径大于没有R形拐角部的内拐角部22、24和26的曲率半径。内拐角部21、23和25分别与内拐角部22、24和26相邻布置。
图1所示的实施例的六边形网格蜂窝结构体1可应用于废气净化基底或过滤器，用于净化从车辆如柴油机车辆和汽油发动机车辆的内燃机排出的废气。
如图1所示，六边形网格蜂窝结构体1的外周覆盖有圆柱形的外周表皮部4。六边形网格蜂窝结构体1的内部由网格壁2和六边形网格3组成。网格壁2设置成六边形栅格结构或布局，以环绕布置成栅格形状(或蜂窝结构形状)的六边形网格3。
六边形网格蜂窝结构体1由主要包括堇青石的陶瓷制成。六边形网格蜂窝结构体1的外径大约是90.0mm，其长度大约是120.0mm。其外周表皮部4的厚度是300μm，并且网格壁2的厚度是90μm。特别是，图1示出了每个六边形网格3均是简单的六边形形状。
如图2所示，从垂直于六边形网格蜂窝结构体1轴向的横截面看去，形成每个六边形网格3的网格壁2布置成六边形栅格结构。根据本发明实施例的六边形网格蜂窝结构体1的重要特征在于，大致圆弧形的R形拐角部20形成在网格壁2的每个内拐角21、23和25处。
现在将描述R形拐角部20的详细说明。
如图3所示，形成每个六边形网格3(即，单元格3)的网格壁2在六边形网格3的内拐角部处具有六个内拐角部21-26。R形拐角部20形成在每个内拐角部21、23和25处。
如图3所示，R形拐角部20是具有特定曲率半径的大致圆弧形。特别是，R形拐角部20的曲率半径大于每个没有R形拐角部的内拐角部22、24和26的曲率半径。在该实施例的六边形网格蜂窝结构体1中，R形拐角部20的曲率半径在所有的六边形网格2中是恒定的。R形拐角部20的曲率半径的长度是0.3mm，是每个网格壁2厚度的三倍。即，R形拐角部20的最小曲率半径是0.3mm。
然而，本发明不限于该种结构，例如，可以保持R形拐角部20的曲率半径恒定，或者也可以逐步地改变。
下面，现在将参考图4描述生产该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的制造方法。
图4是一流程图，示出了生产根据图1所示的实施例的六边形网格蜂窝结构体1的制造方法。
首先，首先制备陶瓷原料粉末(步骤S10)，该原料粉末主要由包括高岭土滑石粉、氧化铝、氢氧化铝、碳、熔凝石英等的堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)组成。该堇青石的最终化学组分是：48.0-52.0％(重量)的SiO2，34.0-38.0％(重量)的Al2O3，和12.0-16.0％(重量)的MgO。然后将特定量的水、粘合剂、和水溶性润滑剂加入那些陶瓷原料粉末中，然后混合。混合后的陶瓷原料粉末的粘度已被调整至2,500-8,000泊的范围内。
型模8用在挤出成型步骤中进行挤出并成型陶瓷原料。
图5是挤出成型模8的透视图，用于制造该实施例的六边形网格蜂窝结构体。如图5所示，用于生产六边形网格蜂窝结构体1的挤出成型模8包括供料表面801和挤出表面802。陶瓷原料从供料表面801侧供应并且该陶瓷原料通过挤出表面802侧挤出。槽形成部81形成在挤出表面802侧上。槽形成部81从环绕挤出表面802的区域伸出。
多个切口(slit)槽811形成在挤出表面802内。这些切口槽811与待制造的六边形网格蜂窝结构体1的网格壁2的整个形状(见图2和图3)相对应。挤出成型模8内的多个切口槽811可通过放电加工(EDM)或激光加工形成。
供料孔(图中省略)形成在成型模8的供料表面801内。陶瓷原料通过该供料孔(未示出)供应。在挤出成型模8的内部，供料孔和切口槽811彼此连接。
在步骤S20中，陶瓷原料通过该供料表面801供应，并通过多个切口槽811从挤出表面802挤出。因此，通过挤出成型模8模制成蜂窝结构体。所产生的蜂窝模制体(图中省略)与图1所示的将被最终制造的六边形网格蜂窝结构体1对应。
下面，在步骤S30中，蜂窝模制体被切割成多个特定长度的模制体。
在步骤S40中，然后通过电磁加热在特定温度下均匀地干燥该模制体。
最后，在步骤S50中，在大约1,400℃的温度下最多加热该干燥后的模制体5个小时。由此完成生产图1所示的六边形网格蜂窝结构体1的制造方法。
(作用及效果)
现在将描述根据本发明实施例的六边形网格蜂窝结构体1的作用及效果。
在六边形网格蜂窝结构体1中，每个六边形网格3由布置成或形成六边形栅格的网格壁2环绕。因此，每个六边形网格3具有六个内拐角部21-26。六边形网格蜂窝结构体1最重要的特征是，从垂直于六边形网格蜂窝结构体1轴向的横截面看去，大致圆弧形的R形拐角部20形成在内拐角部21、23和25处，并且内拐角部21、23和25分别与没有R形拐角部的内拐角部22、24和26相邻布置。另外，在六边形网格3中，R形拐角部20的曲率半径大于内拐角部22、24和26的曲率半径。
即，在该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的每个六边形网格3中，大致圆弧形的R形拐角部20形成或布置在三个拐角部21、23和25处，该三个拐角部21、23和25被明确交替布置在六个拐角部21-26中。此外，R形拐角部20的特定曲率半径至少大于相邻拐角部22、24和26的曲率半径。在每个六边形网格3中形成R形拐角部20可增大该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的总体强度，同时在用作废气净化基底时维持足够的强度。
特别是，在用于废气净化基底来净化从车辆的内燃机排出的废气时，可以避免由于振动和应力而使六边形网格蜂窝结构体1产生裂纹并断裂，在将六边形网格蜂窝结构体1强力罐装入废气管内的罐装步骤中，以及在将其组装进车辆中的组装步骤中产生该种振动和应力。
此外，因为曲率半径大约为0.3mm的R形拐角部20仅形成在三个内拐角部21、23和25处，交替在每个六边形网格3的六个内拐角部处，与增大每个网格壁厚度的相关现有技术相比，可以抑制该实施例的六边形网格蜂窝结构体1总重的显著增加。
进一步地，因为具有R形拐角部20的六边形网格蜂窝结构体1的基本结构、重量和体积没有改变，可以维持内在性能。例如，如净化废气的能力，及快速温热支撑在网格壁2表面上的催化剂的能力(作为催化剂快速温热能力)。
仍进一步地，每个网格壁2的厚度是90μm。该厚度能恰当地维持该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的强度。
此外，每个六边形网格3中R形拐角部20的最小曲率半径是0.3mm，是网格壁2厚度的三倍。该种结构恰当增强了该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的总强度，另外，当然维持了其净化废气的内在能力。
如上所述，本发明的实施例能提供具有超级功能的六边形网格蜂窝结构体1，增大了其总体强度，同时维持了净化废气的内在能力。
(实验结果)
现在将参考图6描述在六边形网格蜂窝结构体1的每个六边形网格中，改变R形拐角部20的最小曲率半径的实验结果。
图6示出了在0-0.5mm的范围内改变最小曲率半径(mm)时，测量根据该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的等压强度(Mpa)的实验结果。
该实验已测量了在0-0.5mm的范围内改变R形拐角部20的最小曲率半径时，该实施例的每个六边形网格蜂窝结构体1的等压强度(Mpa)。
测量六边形网格蜂窝结构体1的等压强度(Mpa)的测量方式如下。
首先，六边形网格蜂窝结构体1的两个端面用金属板密封。六边形网格蜂窝结构体1的外周面用树脂模覆盖然后密封，以完全防水或防潮。将防水或防潮的六边形网格蜂窝结构体1浸入水中。对水中的六边形网格蜂窝结构体1施加静水压力，以测量当该六边形网格蜂窝结构体1中的六边形网格断裂时的压力。该断裂压力即是等压强度(Mpa)。
在图6中，最小曲率半径在0mm-0.15mm范围内的六边形网格蜂窝结构体与相关现有技术的六边形网格蜂窝结构体对应，这是因为相关现有技术没有最小曲率半径最多在0mm-0.15mm范围内的R形拐角部。相反，根据该实施例的六边形网格蜂窝结构体1具有的R形拐角部20的最小曲率半径大约在0.25mm-0.45mm的范围内。
图6已清楚地示出，与相关现有技术的六边形网格蜂窝结构体相比，该实施例的六边形网格蜂窝结构体1具有超好的等压强度。特别是，在R形拐角部的最小曲率半径在0.25mm-0.45mm的范围内，该实施例的六边形网格蜂窝结构体1的等压强度与相关的现有技术相比大约是3至5倍。这超过了接近实际使用的状况所需的足够的等压强度。
在详细描述本发明的特定实施例的同时，本领域技术人员应认识到，在本公开的整体教导下，可以开发出各种详细的改变和替代物。因此，所公开的特定布置仅是为了图示的目的，并不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围在下述权利要求及其等同物中全面给出。
Claims (8)
1、一种六边形网格蜂窝结构体，其包括多个形成栅格布局的六边形网格，每个六边形网格由网格壁环绕，所述网格壁由布置成六边形栅格形状的六条边组成，
其中，从垂直于六边形网格蜂窝结构体轴向的六边形网格的横截面看去，大致圆弧形的R形拐角部交替形成在网格壁的内拐角部处，所述网格壁形成每个六边形网格，并且，R形拐角部的曲率半径大于其它未形成R形拐角部的拐角部的曲率半径。
2、根据权利要求1所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，R形拐角部的最小曲率半径处于每个网格壁厚度的2.8倍至5倍的范围内。
3、根据权利要求1所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，R形拐角部的最小曲率半径在0.25mm-0.45mm的范围内。
4、根据权利要求2所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，R形拐角部的最小曲率半径在0.25mm-0.45mm的范围内。
5、根据权利要求1所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，每个网格壁的厚度在70μm-130μm的范围内。
6、根据权利要求2所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，每个网格壁的厚度在70μm-130μm的范围内。
7、根据权利要求3所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，每个网格壁的厚度在70μm-130μm的范围内。
8、根据权利要求1所述的六边形网格蜂窝结构体，其中，所述六边形网格蜂窝结构体由陶瓷制成，该陶瓷主要由堇青石组成，并且每个网格壁的厚度是90μm。
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