CN101346184B - 蜂窝状结构体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蜂窝状结构体，当被固定在金属容器中时，该蜂窝状结构体能够抑制由处理废气等引起的端部损坏如碎屑。所述蜂窝状结构体100包括：具有多孔质隔壁的蜂窝状结构部分1，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室；以及设置于所述蜂窝状结构部分1的外周1b上的外周涂层部分2。在轴向的至少一个端部3上，所述外周涂层部分2的端面2a在轴向上位于所述蜂窝状结构部分1的端面1a的内侧。

Description

蜂窝状结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种蜂窝状结构体以及用于制备所述蜂窝状结构体的方法。更优选地，本发明涉及一种蜂窝状结构体以及用于制备该蜂窝状结构体的方法，当被固定在金属容器中时，该蜂窝状结构体能够抑制由处理废气等引起的损坏，例如端部碎屑。
背景技术
陶瓷蜂窝状结构体用于捕获颗粒物质，例如在汽车废气或者由燃烧废料产生的燃烧废气等中所含有的烟尘；以及进一步用于由负载在该蜂窝状结构体上的催化剂吸附和吸收以上废气中的NOx、CO、HC等。这种陶瓷蜂窝状结构体通常固定(封装)于圆柱形金属容器(转换器容器)中，其中排出高温废气等。
因此，当固定于金属容器的蜂窝状结构体被高温废气等加热时，有时会有损坏，例如碎屑。特别是，在其外周面具有外周涂层部分的蜂窝状结构体(参见例如专利文件1和2)具有在外周涂层部分或在两端部的外周部分的隔壁上损坏的问题。
专利文件1：JP-A-3-275309
专利文件2：JP-A-5-269388
发明内容
通常，在将陶瓷蜂窝状结构体固定于圆柱形金属容器的情况下，通过夹持部件(固定环)使蜂窝状结构体的两个端面被夹持，以免蜂窝状结构体在轴向上移动。固定环一般通过焊接等固定在金属容器的内表面上。因为圆柱形金属容器由于高温废气等在向外方向(在垂直于圆柱形轴向的横截面的径向向外(直径增加的方向))上热膨胀，与此同时，固定在金属容器内表面的固定环也在向外的方向上移动。相比之下，由于陶瓷蜂窝状结构体具有比金属容器低的热膨胀系数，因而具有在向外方向上的少量膨胀，夹持蜂窝状结构体端面的固定环在蜂窝状结构体端面上沿向外方向相对移动。这产生了一种状态，即固定环在蜂窝状结构体的端面上产生了向外方向上的划痕，从而在蜂窝状结构体端面的外周部分中产生向外方向上的张应力，这趋向于在外周涂层部分和隔壁上产生碎片。
由于上述问题提出本发明，其特征在于：提供一种蜂窝状结构体以及制备该蜂窝状结构体的方法，当被固定在金属容器中时，该蜂窝状结构体能够抑制由处理废气等引起的损坏，例如端部碎屑。
为解决上述问题，根据本发明，提供了下面的蜂窝状结构体及其制造方法。
一种蜂窝状结构体，其包括：具有多孔质隔壁的蜂窝状结构部分，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室；和设置于所述蜂窝状结构部分的外周上的外周涂层部分，其中，在轴向的至少一个端部上，所述外周涂层部分的端面在轴向上位于所述蜂窝状结构部分的端面的内侧。
根据第[1]项的蜂窝状结构体，其中，所述轴向的端部被形成为锥形。
根据第[1]或[2]项的蜂窝状结构体，其中，所述蜂窝状结构体还提供有堵塞部分，所述堵塞部分将一端侧面上的预定小室的开口和另一端侧面上的剩余小室的开口堵塞。
一种用于制造蜂窝状结构体的方法，该方法包括：通过磨削具有多孔质隔壁的蜂窝状成型体的外周边缘部分形成磨削的蜂窝状成型体的步骤，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室；以及通过如下方式在磨削的蜂窝状成型体的外周除了与凸轮嵌合的部分(嵌合部分)之外的部分(未嵌合部分)上形成外周涂层部分的步骤，即通过将所述磨削的蜂窝状成型体放置在每个都具有凹陷部分的两个凸轮之间，该凹陷部分能够以每个凸轮的凹陷部分与所述磨削的蜂窝状成型体的每个端部嵌合的状态与所述磨削的蜂窝状成型体的端部进行嵌合；将外周涂层材料供给所述磨削的蜂窝状成型体的外周，在所述磨削的蜂窝状成型体和所述两个凸轮围绕所述磨削的蜂窝状成型体的轴旋转的状态下，用刮刀整平所述的外周涂层材料(制造方法的第一方面)。
一种用于制造蜂窝状结构体的方法，该方法包括：通过磨削具有多孔质隔壁的蜂窝状成型体的外周边缘部分形成磨削的蜂窝状成型体的步骤，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向延伸的小室；以及通过形成外周涂层部分来形成外周涂层的蜂窝状成型体的步骤，所述外周涂层部分通过以下方式来形成，即通过将所述磨削的蜂窝状成型体放置在两个凸轮之间，将外周涂层材料供给所述磨削的蜂窝状成型体的外周，在所述磨削的蜂窝状成型体和所述两个凸轮围绕所述磨削的蜂窝状成型体的轴旋转的状态下，用刮刀整平所述外周涂层材料；以及将在所述外周涂层蜂窝状成型体的轴向上的至少一个端部加工为锥形的步骤(制造方法的第二方面)。
根据本发明的蜂窝状结构体，外周涂层部分的端面被形成为位于蜂窝状结构体的端面的轴向内侧。因此，当蜂窝状结构体以其两个端部被固定环夹持的状态固定于金属容器中时，该固定环被阻止与外周涂层部分的端面形成接触，由此，外周涂层部分和隔壁可以阻止碎片产生。此外，根据本发明制造蜂窝状结构体的方法，能够有效地制造上述的本发明蜂窝状结构体。
附图说明
图1示意显示本发明蜂窝状结构体的实施方式。图1(a)是沿包括中心轴的平面截取的截面图，图1(b)是沿垂直于中心轴的平面截取的截面图。
图2是包括中心轴的截面图，其示意显示出本发明的蜂窝状结构体被固定于圆柱形金属容器中的实施方式的状态。
图3示意显示出本发明蜂窝状结构体的实施方式，其为其中垂直于中心轴的部分截面被放大的截面图。
图4示意显示出本发明蜂窝状结构体的实施方式，其为其中垂直于中心轴的部分截面放大的截面图。
图5示意显示出本发明蜂窝状结构体的另一实施方式。图5(a)为包括中心轴的截面图，图5(b)为垂直于中心轴的截面图。
图6示意显示出本发明蜂窝状结构体的另一实施方式，其为其中在包括中心轴的截面图上的锥形部分被放大的部分截面图。
图7为包括轴向的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第一方面)中用磨石打磨蜂窝状成型体的外周边缘部分。
图8为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第一方面)中的步骤。
图9为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第一方面)中制造蜂窝状结构体的状态。
图10为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第二方面)中的步骤。
图11为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第二方面)中的中间阶段所获得的外周涂层蜂窝状成型体。
图12为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第二方面)中的步骤
附图符号说明
1，51：蜂窝状结构部分；1a，51a：蜂窝状结构部分的端面；1b，51b：蜂窝状结构部分的外周；2，52，82：外周涂层部分；2a，52a：外周涂层部分的端面；3，53：在轴向上的端部；4：凹槽；5：蜂窝状结构部分的最外周；11：蜂窝状成型体；12：外壁；13，73：磨石；14，74：磨削的蜂窝状成型体；14a：磨削的蜂窝状成型体的端部；15，75：凸轮(cam)；16：凹陷部分；17，77：外周涂层材料；18，78：涂布刮刀；19：嵌合部分(engaged portion)；20：未嵌入部分(unengaged portion)；61：外周区域(锥形部分)；62：锥形的起点；63：锥形的终点；81：外周涂层蜂窝状成型体；100，150：蜂窝状结构；200：金属容器；201：固定环；202：气封；203：金属丝网垫；204：气体入口；A：轴向；D：距离；W：锥形部分的宽度；H：锥形部分的深度；T：厚度；C：轴向的中心部分
本发明的最佳实施方式
以下参考附图详细描述实施本发明的最佳方式。然而，本发明决不限制在以下实施方式，应当理解为，基于所属领域的普通技术人员的知识，在不偏离本发明要点的范围内，可以在其中添加修改、改进等。
图1(a)和(b)示意显示出本发明蜂窝状结构体的实施方式。图1(a)是沿包括中心轴(下文有时简称为“轴”)的平面截取的截面图(包括中心轴的截面图)，图1(b)是沿垂直于中心轴的平面截取的截面图(垂直于中心轴的截面图)。如图1(a)和1(b)所示，本实施方式的蜂窝状结构体100提供有蜂窝状结构部分1和设置于所述蜂窝状结构部分1的外周1b上的外周涂层部分2。在轴向的两个端部3和3中，外周涂层部分2的端面2a在轴向上位于蜂窝状结构部分1的端面1a的内侧。这里，“外周涂层部分2的端面2a在轴向上位于蜂窝状结构部分1的端面1a的内侧”中的“在轴向上的内侧”意指在蜂窝状结构体100的轴向A上更接近于轴向的中心部分C(在蜂窝状结构体100的轴向A上的中心部分)的侧面，如图1(a)所示。因此，位于“在轴向上的内侧”意指位于更接近于轴向的中心部分C(具有离轴向的中心部分C的短的距离)。轴向的中心部分C位于在离蜂窝状结构部分1的两个端面相等的距离处。在本实施方式的蜂窝状结构体100中，蜂窝状结构部分1具有多孔质隔壁，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室。在本实施方式中，在两个轴向的端部3、3中的外周涂层部分的端面2a在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面1a的内侧。然而，仅在轴向的一个端部上，外周涂层部分的端面2a可以在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面1a的内侧。
从而，本实施方式的蜂窝状结构体以这样一种方式形成，即在轴向的至少一个端部上，外周涂层部分的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。因此，当蜂窝状结构体以蜂窝状结构体的两个端部用固定环夹持的状态被固定在金属容器中时，阻止了固定环与外周涂层部分的端面形成接触，以及外周涂层部分和隔壁(蜂窝状结构体的隔壁)形成碎屑。
图2为包括中心轴的截面图，示意显示出本实施方式的蜂窝状结构体100被固定在圆柱形金属容器200中的状态。如图2所示，蜂窝状结构体100被夹持，并且通过在蜂窝状结构体100的外周(外周涂层部分的外周)之间设置金属丝网垫203和气密202，将其固定在金属容器200中。如图2所示，在金属容器200的气体入口204的端部附近设置气封202。在金属容器200的内表面，固定环201被设置在与蜂窝状结构体的两个端部相对应的位置，以免蜂窝状结构体在轴向上移动。如图2所示，本实施方式的蜂窝状结构体100以这样一种方式形成，即在轴向方向的末端，外周涂层的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。因此，应当理解的是，固定环与蜂窝状结构部分的端面发生接触，而不与外周涂层部分的端面发生接触。这能够阻止外周涂层部分和隔壁产生碎屑。
如图1(a)和1(b)所示的本实施方式的蜂窝状结构体中，外周涂层部分的端面2a和蜂窝状结构部分的端面1a之间的轴向距离D优选为0.01mm或更大，更优选为0.1mm或更大，特别优选为0.5mm或更大。此外，所述轴向距离D优选为5mm或更小，更优选为3mm或更小，特别优选为1mm或更小。当蜂窝状结构体被固定在金属容器中时，该距离能够阻止外周涂层部分与固定环接触，以足够强的夹持力在其外表面上更安全地夹持外周涂层部分。当上述距离D短于0.01mm时，外周涂层部分的端面易于与固定环接触。当距离D长于5mm时，暴露的蜂窝状结构部分的外周1b增加，以及外周涂层部分的侧面与夹持该侧面的夹持部件的接触面积降低，这可能导致夹持力的恶化。这里，在外周涂层部分的端面2a相对于蜂窝状结构部分的端面1a倾斜的情形下，距离D被确定为在外周涂层部分的端面2a中最接近于蜂窝状结构部分的端面1a的位置与蜂窝状结构部分的端面1a之间的距离。
优选的是，本实施方式的蜂窝状结构体提供有堵塞部分，所述堵塞部分将一端侧面上的预定小室的开口和另一端侧面上的其余小室的开口堵塞。进一步优选的是，预定小室和其余小室以如下方式交替排列，即设置堵塞部件以在每个端面上形成交错格子(checkerwise)图案。
如图3所示，在构成本实施方式的蜂窝状结构体100的蜂窝状结构部分1中，外周1b的表面(外周表面)优选具有多个凹槽4，该凹槽4沿轴向方向延伸并且由构成外周表面的隔壁所形成。通过以这种方式由蜂窝状结构部分1的外周表面上的隔壁形成的所述凹槽4，可以扩展外周涂层部分2和蜂窝状结构部分1之间的接触面积，以增强外周涂层部分的耐剥离性。例如，该凹槽4可以通过如下方式来形成，即通过磨削由挤出成型预定原料所获得的蜂窝状成型体的外周边缘部分，以使形成小室的隔壁(除了外部边缘部分之外)暴露于外周表面。在这种情况下，位于小室内部的部分暴露于外周表面，该部分在蜂窝状结构部分1的外周表面上形成凹槽4。这里，图3示意显示出本发明蜂窝状结构体的实施方式，其为其中垂直于中心轴的部分截面被放大的截面图。
蜂窝状结构部分1具有多孔质隔壁，所述多孔质隔壁隔开和形成许多如上所述沿轴向延伸的小室，蜂窝状结构部分的形状无特别限定。例如，该形状优选为如图1(a)和1(b)所示的圆柱形。然而，可以采用任意形状如多边形柱和椭圆柱，例如，四边形棱柱和六边形棱柱。此外，小室的截面(垂直于轴向的截面)的形状无特别限定，但优选为如图1(b)所示的四边形。然而，该形状可以为多边形如三角形和六边形。此外，蜂窝状结构部分1的隔壁的孔隙率和平均孔径无特别限定，只要具有该孔隙率和平均孔径的所述陶瓷能够用于废气处理等。
蜂窝状结构部分1的隔壁的厚度无特别限定。然而，当流体通过隔壁时，太厚的隔壁会增加压力损失，而太薄的隔壁可能不具有足够的强度。该隔壁优选具有100～1000μm，更优选200～800μm的厚度。虽然用于多孔质隔壁的材料无特别限定，但是该材料可以优选为陶瓷，进一步优选为选自以下组成的组的至少一种：堇青石、碳化硅、硅铝氧氮陶瓷、莫来石、氮化硅、磷酸锆、氧化锆、二氧化钛、氧化铝和二氧化硅。
虽然蜂窝状结构部分1的小室密度无特别限定，但是小室密度优选为5～300小室/cm2，更优选为10～100小室/cm2，特别优选为15～50小室/cm2。
如图4所示，“蜂窝状结构部分的最外周5”意指通过连接暴露于蜂窝状结构部分的外周表面的隔壁的最外位置所形成的外周。这里，图4示意显示出本发明蜂窝状结构体的实施方式，其为其中垂直于中心轴的部分截面被放大的截面图。
虽然外周涂层部分2的材料无特别限定，但是优选为记载于专利文件1和2的材料。例如，可以采用使用堇青石的粉末状碎片、陶瓷纤维和无机粘合剂组合的材料，以及使用堇青石颗粒和/或陶瓷纤维和与硅胶或胶体氧化铝形成的类晶体的氧化物基质组合的材料。
图5(a)和(b)示意显示出本发明蜂窝状结构体的另一实施方式。图5(a)是包括中心轴的截面图，图5(b)是垂直于中心轴的截面图。如图5(a)和(b)所示，本实施方式的蜂窝状结构体150提供有蜂窝状结构部分51和设置在蜂窝状结构部分51的外周51b上的外周涂层部分52。在轴向的两个端部53和53中，外周涂层部分52的端面52a在轴向上位于蜂窝状结构部分51的端面51a的内侧，并且轴向的两个端部被形成为使其具有锥形。只有一个轴向的端部可以被形成为锥形。在本实施方式中，“轴向的端部被形成为锥形”意指在蜂窝状结构体的轴向上每个端面的外周区域(锥形部分)61被形成为以如下方式倾斜，即锥形部分的外面比其里面更靠近轴向的里面。
从而，本实施方式的蜂窝状结构体以如下方式形成，即通过使轴向的端部形成为锥形，外周涂层部分的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。当蜂窝状结构体以其两个端部由固定环夹持的状态被固定在金属容器中时，这能够阻止固定环与外周涂层部分的端面形成接触，并且能够阻止外周涂层部分和隔壁(蜂窝状结构体的隔壁)形成碎屑。
图6示意显示出本发明蜂窝状结构体的另一实施方式，其为其中在包括中心轴的截面图上的锥形部分61被放大的部分截面图。如图6所示，在本实施方式的蜂窝状结构体150中，当锥形部分61的最里面的位置被确定为锥形的起点62时，该锥形的起点62位于蜂窝状结构部分51上。通过所述的构造，外周涂层部分的端面52a在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面51a的内侧。换句话说，由于通过不在外周涂层部分52上而在蜂窝状结构部分51上安排锥形的起点62使外周涂层部分52的整个端面位于锥形部分61上，外周涂层部分的整个端面52a在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面51a的内侧。
从蜂窝状结构部分51的最外周到锥形的起点62的径向距离以小室宽度作为标准优选为0.5小室或更大，更优选1小室或更大，尤其优选1.5小室或更大。此外，上述径向的距离为5小室或更小，更优选为3小室或更小，尤其优选为2小室或更小。当从蜂窝状结构部分51的最外周到锥形的起点62的锥形宽度W或者径向距离太长时，在封装时固定环的接触条件不稳定，这不是优选的。这里，“1小室”意指垂直于小室轴向的截面的最大宽度。例如，在具有长方形截面的小室中，对角线的长度代表最大宽度，其是“1小室”的长度。
如图6所示，当锥形部分61的最外周部分被确定为锥形的终点63时，锥形的起点62和锥形的终点63之间的轴向距离H优选为0.01mm或更大，更优选为0.1mm或更大，尤其优选为0.3mm或更大。此外，距离H优选为5mm或更小，更优选为3mm或更小，尤其优选为2mm或更小，最优选为1mm或更小。当距离H太长时，锥形角度太大以致在封装时固定环的接触条件不稳定，这不是优选的。除了形成锥形部分外，蜂窝状结构体的端面可以不以平坦的形状而以轻微突出的形状来形成。在外周部分，当锥形部分形成时形成斜面。
本实施方式的蜂窝状结构体优选与本发明蜂窝状结构体的前述实施方式的情况处于相同的条件下，除了构造以外，在该构造中，通过使轴向的端部形成为锥形，外周涂层部分的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。
下面，将描述用于制造本发明的蜂窝状结构体的方法(制造方法的第一方面)的实施方式。前述的本发明蜂窝状结构体的实施方式可以通过本实施方式的制造方法来制造。
首先，通过由捏和预定成型的原料来制备粘土和形成粘土，制造具有整体成型的外壁的蜂窝形状成型体。干燥并且焙烧蜂窝形状成型体以制造蜂窝状成型体。此时，成型原料、成型条件以及干燥和焙烧条件等无特别限定；根据预期的蜂窝状结构体适当选择已知条件。所获得的蜂窝状成型体具有多孔质隔壁，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向延伸的小室。因为该蜂窝状成型体用作构建在制造本实施方式的蜂窝状结构体的方法中所获得的蜂窝状结构体的蜂窝状结构本体，与蜂窝状结构部分一样的元素优选满足相似的条件，所述蜂窝状结构部分构建本发明的蜂窝状结构体的前述实施方式。
例如，作为通过捏和所述形成的原料制备粘土的方法，使用捏和机、真空捏和机等的方法可被采用。根据所希望的材料，可以适当选择预定形成的原料。
作为制造蜂窝形状成型体的方法，可以采用常规已知的成型方法，例如挤出成型、注射成型和压制成型。在这些方法中，使用具有预定的外周壁厚度、隔壁厚度以及小室密度的模具将上述制备的粘土进行挤出成型的方法是适宜的例子。
作为干燥的方法，可以采用常规已知的干燥方法，例如热空气干燥、微波干燥、高频干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥以及过热蒸汽干燥。在这些方法中，热空气干燥与微波干燥或高频干燥组合的干燥方法是优选的，以便整个成型体能够快速和均匀地被干燥。根据蜂窝形成型体的形状、材料等适当选择干燥条件。
在前述方法中干燥过的蜂窝形成型体在加热炉中焙烧，以制造蜂窝状成型体。根据蜂窝形状成型体的形状、材料等适当选择加热炉和焙烧条件。在焙烧之前，通过煅烧来燃烧和去除有机物质，例如粘合剂。
此外，干燥或焙烧蜂窝形状成型体之后，在两个端面以交错格子图案进行堵塞。作为堵塞方法，可以采用已知的方法。
下一步，将上述所获得的蜂窝状成型体的外壁和隔壁的一部分(外周边缘部分)进行磨削，以形成磨削的蜂窝状成型体。图7是包括轴向的截面图，其示意显示用磨石将蜂窝状成型体的外周边缘部分进行磨削。如图7所示，在围绕中心轴旋转蜂窝形焙烧本体11的条件下，磨石13与外周壁12发生接触，以磨削包括外壁12的外周边缘部分。优选的是，磨石13与旋转的外壁12发生接触，以纵向磨法加工该蜂窝形状焙烧本体11，在该纵向磨法中，在与其中心轴的平行线上将磨石13从蜂窝形状焙烧本体11的一端移动到另一端来磨削所述蜂窝形状焙烧本体11的整个外壁，因为这样加工质量是有保证的。由于在磨石分离时在磨石分离的端部的拐角处会产生碎屑，可采用如下的方法，其中，磨石在蜂窝形焙烧本体11的中部被分开至该蜂窝形焙烧本体11之外，以将其移动至另一端部，然后以相反的方向将磨石从另一端部移动至起始端部，磨削该蜂窝形状焙烧本体11的整个外壁。对旋转蜂窝状结构体11的方法及其设备没有限制。可以采用切入磨削，其中，同时对蜂窝形成型体的全长用磨石进行磨削操作。可选择地，可以用切削工具或螺旋形切削工具进行切削操作，以代替磨削。
接着，如图8中所示，以上所获得的磨削的蜂窝状成型体14通过两个凸轮15和15被夹持，所述凸轮每个都具有凹陷部分16和16，该凹陷部分能够与磨削的蜂窝状成型体14的每个端部以如下状态进行嵌合，即每个凹陷部分16和16与磨削的蜂窝状成型体14的每个端部14a和14a进行嵌合；将外周涂层材料17供给到磨削的蜂窝状成型体14的外周，在磨削的蜂窝状成型体14与两个凸轮15和15围绕磨削的蜂窝状成型体14的轴旋转的状态下，用刮刀18将外周涂层材料17整平。通过这种操作，如图9所示，在磨削的蜂窝状成型体14的外周除了与凸轮15嵌合的部分(嵌和部分)19以外的部分(未嵌合部分)20上形成外周涂层部分2，以制造蜂窝状结构体100。在对应于磨削的蜂窝状成型体14的外周与刮刀18之间的间隙的部分中形成外周涂层部分2。这里，图8为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式中(制造方法的第一方面)的步骤，图9为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第一方面)中制造蜂窝状结构体。虽然可以以如下的状态布置蜂窝状结构体来进行每步的操作，即整个长度方向垂直于蜂窝状结构体如图7-10所布置的表面，但是蜂窝状结构体的布置方向并不限于垂直方向，它可以在水平方向布置，或者可以采用倾斜的方向来进行相同的步骤。
如上所述，在制造本实施方式的蜂窝状结构体的方法中，由于外周涂层材料17以这样的状态提供，即两个凸轮15和15的每个凸轮与磨削的蜂窝状成型体14的两个端部的每个端部进行嵌合，所以外周涂层材料17不会涂覆到嵌合部分19，该嵌合部分19通过凸轮15的嵌合而没有暴露在外部，而以如下的状态涂覆到未嵌合部分20，因为凸轮15没有与其嵌合，该嵌合部分20暴露在外部。这能够获得一种蜂窝状结构体，其中，在轴向的端部上，外周涂层部分2的端面在外周方向上位于蜂窝状结构部分1的端面的内侧。具有凹陷部分16的凸轮15与磨削的蜂窝状成型体14的至少一个端部嵌合，磨削的蜂窝状成型体可以被夹持在具有凹陷部分16的凸轮15与无凹陷部分的凸轮之间。
凸轮15优选为盘形(或圆柱形)部件，其在一侧面的中部具有预定尺寸的凹陷部分。所述预定尺寸意指凸轮能够与磨削的蜂窝状成型体嵌合的直径，以及对应于所得到的蜂窝状结构体的蜂窝状结构部分的端面与外周涂层部分的端部之间的距离的深度。由于凸轮15的凹陷部分15以如下的方式形成，即它能够与磨削的蜂窝状成型体的端部嵌合，所以凸轮的外径大于磨削的蜂窝状成型体的外径。对凸轮15的材料无特别限定，可以采用陶瓷、金属、树脂或木材。由于刮刀的滑动部分具有强耐磨性，所以优选使用耐磨材料。
用于涂布的刮刀18优选为片状部件，其比未嵌合部分20在中心轴方向的长度更长。当外周涂层材料17被提供到磨削的蜂窝状成型体14的外周时，优选的是，以如下的方式使用于涂布的刮刀与两个凸轮15和15进行接触来整平外周涂层材料，即刮刀18与磨削的蜂窝状成型体14的中心轴平行布置。由于外周涂层材料17以用涂布刮刀18整平材料的方式涂覆，外周涂层部分的厚度相应于磨削的蜂窝状成型体的最外周与涂布刮刀18之间间隙的尺寸。虽然涂布刮刀18的材料无特别限定，但是刮刀18与夹持部件14之间具有激烈的磨损，适合使用耐磨材料，例如陶瓷和金属。当用涂布刮刀围绕磨削的蜂窝状成型体14的外周表面仅旋转一次，在外周表面上没有充分地形成涂层时，为了获得良好的涂覆状况，用涂布刮刀18旋转多次来形成所述涂层。此外，在用涂布刮刀涂覆的终点处，于涂层表面上产生平整度的细微差别。为了消除这种差别，在涂布完成之后，停止供应涂层材料，并且旋转涂布刮刀；或者，在涂布完成之后，去除具有差别的部分。当该差别不影响封装时，该差别可以保留不动。
旋转磨削的蜂窝状成型体的方法和设备优选与上述旋转蜂窝状成型体14相同的方法和设备(参见图7)。虽然在100～200℃下的热空气干燥常作为干燥外周涂层的方法，但是为了阻止涂层由于干燥而产生裂纹，适宜使用室外晒干、室内自然干燥或与通过电热器、远红外辐射等无风干燥的组合。此外，与通过润湿作用调节干燥速率的方法的组合也是适用的。另外，在干燥硬化涂层之后，在高温下进一步进行热处理也是适用的。
下面，将描述用于制造本发明的蜂窝状结构体的方法(制造方法的第二方面)的实施方式。通过本实施方式的制造方法，可以制造上述的本发明蜂窝状结构体的另一实施方式。
首先，通过磨削具有多孔质隔壁的蜂窝状成型体的外周边缘部分以形成磨削的蜂窝状成型体，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室。优选地，用于制造蜂窝状成型体的方法和用于制造磨削的蜂窝状成型体的方法与前述制造方法的第一方面相同。
接着，如图10所示，将磨削的蜂窝状成型体74放置在两个凸轮75和75之间，为了获得具有如图11所示的外周涂层部分82的外周涂层的蜂窝状成型体81，在磨削的蜂窝状成型体74以及两个凸轮75和75围绕磨削的蜂窝状成型体74的轴旋转的状态下用涂布刮刀78整平外周涂层材料77，将外周涂层材料77供给到磨削的蜂窝状成型体74的外周以形成外周涂层部分。在对应于磨削的蜂窝状成型体74的外周与涂布刮刀18之间的间隙的部分形成外周涂层部分。图10为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式中(制造方法的第二方面)的步骤，图11为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第二方面)中的中间阶段所获得的外周涂层的蜂窝状成型体。
如图10所示，在形成外周涂层的蜂窝状成型体的步骤中，夹持磨削的蜂窝状成型体74的两个轴向端部的凸轮75不必具有如用于前述的制造方法第一方面的凸轮15的凹陷部分，可以用平面夹持磨削的蜂窝状成型体的端面。因此，由于在磨削的蜂窝状成型体被凸轮75夹持时，磨削的蜂窝状成型体的端面仅仅被凸轮75的平面夹持，所以外周涂层材料77被涂覆到磨削的蜂窝状成型体74的整个外周表面，以获得如图11所示的、在磨削的蜂窝状成型体的外周表面无暴露部分的外周涂层蜂窝状成型体。凸轮75的形状无特别限定，可以采用任意形状，例如盘形和圆柱形。凸轮75的尺寸(直径)优选大于蜂窝状成型体端面的直径。
涂布刮刀的形状、材料和使用方法优选与在前述制造方法的第一方面的涂布刮刀18相同。
在前述制造方法的第一方面中用于旋转磨削的蜂窝状成型体74的方法和设备优选与蜂窝状成型体11相同(参见图7)。
接着，如图12所示，外周涂层的蜂窝状成型体81的至少一个轴向端部(在轴向上的端面的外周部分)被加工为锥形，以制造蜂窝状结构体。当外周涂层的蜂窝状成型体81的轴向端部被加工为锥形时，优选的是，磨石73与外周涂层的蜂窝状成型体81的轴向端面的外周区域以预定的角度发生接触。通过这样将外周涂层的蜂窝状成型体81的轴向端部加工为锥形，可以获得轴向端部被形成为锥形的如图5(a)和5(b)所示的本发明蜂窝状结构体的另一实施方式(蜂窝状结构体150)。这里，图12为包括中心轴的截面图，示意显示出在用于制造本发明蜂窝状结构体的方法的实施方式(制造方法的第二方面)中的步骤。
优选地，磨石73与外周涂层的蜂窝状成型体81的轴向端面的外周区域发生接触的角度以及磨削量(在轴向或径向方向上磨削的深度)在如下条件(锥形部分的宽度W和深度H的条件)下是优选的，在该条件下，可以获得如图5(a)、5(b)和6所示的、在本发明蜂窝状结构体的另一实施方式(蜂窝状结构体150)中的锥形部分61(外周区域)的形状。用于磨石73的材料无特别限定，可以采用与在上述制造方法的第一方面中用于磨削蜂窝状成型体的外周边缘部分的磨石13(参见图7)相同的材料。磨石73的形状无特别限定，例如，优选具有如图12所示的预定角度的斜面的圆锥形尖端的磨石。在这种情况下，优选的是，用圆锥形的尖端与外周涂层的蜂窝状成型体的端部进行接触，并且绕圆锥形的中心轴旋转所述磨石，来研磨外周涂层的蜂窝状成型体。优选的是，外周涂层的蜂窝状成型体的中心轴与磨石的中心轴设置在垂直方向，因为易于调节锥形的角度。此外，磨石73的形状可以简单为盘状。在这种情况下，当该盘的中心轴(旋转中心)以预定的角度相对于外周涂层的蜂窝状成型体的中心轴倾斜时，磨石73可与外周涂层的蜂窝状成型体的端面发生接触。圆锥形的倾斜角度和该盘的中心轴的角度优选为如下的角度，在该角度下，可以形成如图6所示的本发明蜂窝状结构体的另一实施方式(蜂窝状结构体150)中的锥形部分61(外周区域)的形状。
用于旋转外周涂层的蜂窝状成型体81的方法和设备优选与旋转前述的蜂窝状成型体11的方法和设备相同(参见图7)。
实施例
以下通过实施例更具体地描述本发明。但是，本发明决不限于这些实施例。
实施例1
使用堇青石成型材料作为成型材料，并用捏和机进行捏和以制备粘土。使用具有四边形小室为12mil/300cpsi(0.3048mm/46.5(小室/cm2))的小室结构、1.47mm的小室间距和比354mm大几毫米的外径的模具，将该粘土进行挤出成型为蜂窝形。接着，将该蜂窝形状成型体的两个端面交替地堵塞、干燥和焙烧，以获得蜂窝状成型体。
然后，磨削该蜂窝状成型体的外周边缘部分，以获得最外周直径为354mm的磨削的蜂窝状成型体。接着，使用如图8所示的具有凹陷部分的凸轮15以及涂布刮刀18，形成外周涂层部分，以获得直径为356mm的蜂窝状结构体，其中，外周涂层部分的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。蜂窝状结构部分具有在轴向方向上的432mm的长度。此外，外周涂层部分的端面与蜂窝状结构部分的端面在轴向上的距离为0.2mm。
实施例2
磨削的蜂窝状成型体具有四边形小室为17mil/100cpsi(0.4318mm/15.5(室/cm2))的小室结构、2.54mm的小室间距和404mm的最外周直径。然后，如图11所示，将涂层材料涂覆到外周，以获得直径406mm×432mmL(轴向长度)的外周涂层的蜂窝状成型体81。接着，如图12所示，使用磨石将外周涂层的蜂窝状成型体81的轴向上的每个端面的外周部分磨削为锥形，以获得蜂窝状结构体，其中，两个端面形成为如图5(a)和5(b)所示的锥形。锥形部分(参见图6)的宽度W为5mm，锥形部分(参见图6)的深度H为0.4mm。
比较例1
作为比较例1的蜂窝状结构体，以与实施例2相同的方式制造如图11所示且具有与实施例2中的相同大小和小室结构的外周涂层的蜂窝状成型体81。
将实施例1、2和比较例1的蜂窝状结构体封装在转换器中，进行燃烧器剥落测试，其中，在如下条件下重复用气体燃烧器进行加热和冷却，观察每个蜂窝状结构体的端面的状态。
<燃烧器剥落测试的条件>
测试设备：气体燃烧器剥落设备
加热条件(对一次循环)：在10分钟内将温度从100℃(最低温度)升高到750℃(最高温度)，在750℃下保温10分钟，在30分钟内从750℃降低到100℃，在100℃下保温10分钟。
加热循环数：200次循环
作为燃烧器剥落测试的结果，实施例1的蜂窝状结构体在外周涂层部分的端面上无碎屑部分，在蜂窝状结构部分的端面的外周部分上几乎没有碎屑部分。然而，该碎屑并不是蜂窝状结构体应用中的显著问题。实施例2的蜂窝状结构体在外周涂层部分或者蜂窝状结构部分上均无碎屑。比较例1的蜂窝状结构体在外周涂层部分和蜂窝状结构部分的端面上均有大的碎片部分。由这些结果可以了解，端面的碎屑能够通过如下构造来阻止，即在该构造中，外周涂层部分的端面在轴向上位于蜂窝状结构部分的端面的内侧。
工业实用性
本发明可以用于捕获颗粒物质，例如在汽车废气或者由燃烧废料产生的燃烧废气等中所含有的烟尘，以及进一步用于由负载在该蜂窝状结构体上的催化剂吸附和吸收上述废气中的NOx、CO、HC等，当本发明的蜂窝状结构体被固定在金属容器中时，能够抑制由处理废气等引起的损坏，例如端部碎屑。

Claims (5)

1.一种蜂窝状结构体，包括：
具有多孔质隔壁的蜂窝状结构部分，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向延伸的小室；
沿轴向方向延伸且在蜂窝状结构部分的外周表面上由构成外周表面的多孔质隔壁形成的多个凹槽；以及
设置于所述蜂窝状结构部分的外周上的外周涂层部分；
其中，在轴向的至少一个端部上，所述外周涂层部分的端面在轴向上位于所述蜂窝状结构部分的端面的内侧。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状结构体，其中，所述轴向的端部被形成为锥形。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝状结构体，其中，所述蜂窝状结构体还提供有堵塞部分，所述堵塞部分将一个端部侧面上的预定小室的开口和另一端部侧面上的其余小室的开口堵塞。
4.一种用于制造蜂窝状结构体的方法，该方法包括：
通过磨削具有多孔质隔壁的蜂窝状成型体的外周边缘部分形成磨削的蜂窝状成型体的步骤，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向方向延伸的小室，其中，在蜂窝状成型体的外周表面上由构成外周表面的多孔质隔壁形成多个凹槽，所述多个凹槽沿轴向方向延伸；以及
通过如下方式在磨削的蜂窝状成型体的外周除了与凸轮嵌合的部分之外的部分上形成外周涂层部分的步骤，即通过将所述磨削的蜂窝状成型体放置在每个都具有凹陷部分的两个凸轮之间，该凹陷部分能够以每个凸轮的凹陷部分与所述磨削的蜂窝状成型体的每个端部嵌合的状态与所述磨削的蜂窝状成型体的端部进行嵌合；将外周涂层材料供给所述磨削的蜂窝状成型体的外周，在所述磨削的蜂窝状成型体和所述两个凸轮围绕所述磨削的蜂窝状成型体的轴旋转的状态下，用刮刀整平所述的外周涂层材料，其中，外周涂层部分设置于所述蜂窝状成型体的外周，在轴向的至少一个端部上，所述外周涂层部分的端面在轴向上位于所述蜂窝状成型体的端面的内侧。
5.一种用于制造蜂窝状结构体的方法，该方法包括：
通过磨削具有多孔质隔壁的蜂窝状成型体的外周边缘部分形成磨削的蜂窝状成型体的步骤，所述多孔质隔壁隔开和形成许多起流体通道作用并且沿轴向延伸的小室，其中，在蜂窝状成型体的外周表面上由构成外周表面的多孔质隔壁形成多个凹槽，所述多个凹槽沿轴向方向延伸；以及
通过形成外周涂层部分来形成外周涂层的蜂窝状成型体的步骤，所述外周涂层部分通过以下方式来形成，即通过将所述磨削的蜂窝状成型体放置在两个凸轮之间，将外周涂层材料供给所述磨削的蜂窝状成型体的外周，在所述磨削的蜂窝状成型体和所述两个凸轮围绕所述磨削的蜂窝状成型体的轴旋转的状态下，用刮刀整平所述外周涂层材料，其中，外周涂层部分设置于所述蜂窝状成型体的外周，在轴向的至少一个端部上，所述外周涂层部分的端面在轴向上位于所述蜂窝状成型体的端面的内侧；以及
将在所述外周涂层蜂窝状成型体的轴向上的至少一个端部加工为锥形的步骤。
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