CN102553356A - 制造过滤设备和制造多孔陶瓷制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制造过滤设备和制造多孔陶瓷制品的方法。制造过滤设备的方法包括：通过将多孔陶瓷板隔着多个顺应性间隔件沿轴向一一间隔开，从而形成过滤堆叠体。在另一实施例中，该方法包括以下步骤：烘烤第一过滤堆叠体，从而将第一多块多孔陶瓷板与第一间隔件烧结到一起。在另一实施例中，多块板包括含有催化剂粒子和粘接材料的成分，对板进行烘烧，以在不烧结实质量的催化剂粒子的情况下成型出多孔板。制造多孔陶瓷制品的方法包括提供多孔基底，该多孔基底包括含有富铝红柱石的第一材料成分，并包括用含有堇青石的第二材料成分渗透基底的孔。该方法还包括以下步骤：烘烤第一成分和第二成分，以成型出多孔陶瓷制品。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC§120要求2010年10月29日提交的美国申请第12/915，928号的优先权益，本申请所依赖的内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本申请总体涉及过滤器和多孔制品，更具体地，涉及制造过滤设备和制造多孔陶瓷制品的方法。
背景技术
在过滤废气中通常使用陶瓷蜂窝过滤器。例如，陶瓷蜂窝过滤器已知晓可用于从柴油机的排气流中除去微粒和/或气体。
发明内容
一方面，一种制造过滤设备的方法包括以下步骤：提供具有中心孔的多块板，其中，各板由陶瓷成型材料制造而成。所述方法接着包括以下步骤：烘烧所述多块板，以成型出分别具有所述中心孔口的多块多孔陶瓷板。所述方法接着包括以下步骤：通过将所述多孔陶瓷板沿轴向隔着多个顺应性间隔件一一间隔开以形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成过滤堆叠体。所述多块多孔陶瓷板的中心孔口沿着中心流路设置，所述径向流动区域沿轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，其中，所述第一组径向流动区域相对于所述中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述中心流路关闭。所述方法接着包括以下步骤：将所述过滤堆叠体安装在罩壳内，所述罩壳具有第一流体端口和第二流体端口，其中，所述第一流体端口与所述中心流路流体连通，所述第二连通端口与形成在所述过滤堆叠体与所述罩壳之间的外周流路连通。所述第一组径向流动区域相对于所述外周流路关闭，所述第二组径向流动区域相对于所述外周流路敞开。
另一方面，一种制造过滤设备的方法包括以下步骤：提供具有中心孔的第一多块板，其中，所述第一多块板的各板由陶瓷成型材料制造而成。所述方法接着包括以下步骤：烘烧所述第一多块板，以成型出分别具有所述对应的中心孔口的第一多块多孔陶瓷板。所述方法接着包括以下步骤：通过将所述第一多块多孔陶瓷板沿第一过滤堆叠体的轴向隔着第一间隔件一一间隔开以形成第一多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成所述第一过滤堆叠体。所述第一多块多孔陶瓷板的中心孔口沿着第一中心流路设置，所述径向流动区域沿第一过滤堆叠体的轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，其中，所述第一组径向流动区域相对于所述第一中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述第一中心流路关闭。所述方法接着包括以下步骤：烘烧所述第一过滤堆叠体，从而将所述第一多块多孔陶瓷板与所述第一间隔件烧结到一起。
又一方面，一种制造过滤设备的方法包括以下步骤：提供具有中心孔的多块板，其中，所述多块板的各板包括含有催化剂粒子和烧结材料的成分。所述方法还包括以下步骤：烘烧所述多块板，以使所述板在没有烧结实质量的所述催化剂粒子的情况下成型出多孔板。所述方法接着包括以下步骤：通过将所述多块板沿过滤堆叠体的轴向一一间隔开以形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成所述过滤堆叠体。所述多块多孔板的中心孔口沿着中心流路设置，所述径向流动区域沿所述堆叠体的轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，其中，所述第一组径向流动区域相对于所述中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述中心流路关闭。
又一方面，一种制造多孔陶瓷制品的方法包括以下步骤：提供多孔基底，该多孔基底包括含有富铝红柱石的第一材料成分，且用含有堇青石的第二材料成分渗透所述基底的所述孔。所述方法还包括以下步骤：烘烧所述第一成分和所述第二成分，以成型出所述多孔陶瓷制品。
附图说明
在参照附图阅读了下面的详细描述之后，就可更好地理解本发明的这些和其它特征、方面以及优点，在附图中：
图1示出示例性过滤设备的纵剖视图；
图2是过滤设备沿着图1的剖线2-2剖取的横剖视图；
图3示出可与示例性过滤设备一起使用的另一示例性多孔陶瓷板的一部分的横剖视图；
图4示出可与示例性过滤设备一起使用的又一示例性多孔陶瓷板的一部分的横剖视图；
图5示出另一示例性过滤设备的分解部分；
图6示出又一示例性过滤设备的分解部分；
图7是过滤设备沿着图1的剖线7-7剖取的横剖视图；
图8是过滤设备沿着图1的剖线8-8剖取的横剖视图；
图9示出可与示例性过滤设备一起使用的另一示例性多孔陶瓷板的一部分的俯视示意图；
图10示出沿着图9的剖线10-10剖取的端视图；
图11示出可与示例性过滤设备一起使用的又一示例性多孔陶瓷板的一部分的俯视示意图；
图12示出另一示例性过滤设备的纵剖视图；
图13示出具有嵌套后的多孔陶瓷板的示例性过滤堆叠体；
图14是图13的过滤堆叠体的横剖视图；
图15是图13的过滤堆叠体的第一组多孔陶瓷板中的一块的俯视图；
图16是图13的过滤堆叠体的第二组多孔陶瓷板中的一块的俯视图；
图17是示出制造过滤设备的示例性步骤的流程图；
图18示出具有多块多孔陶瓷板的过滤堆叠体，其中，上述多孔陶瓷板在过滤堆叠体的轴向上隔着间隔件与另一块多孔陶瓷板间隔设置；
图19示出在烘烧后的图18的过滤堆叠体，其中，上述烘烧可使多块多孔陶瓷板与间隔件烧结到一起；以及
图20示出制造多孔陶瓷制品的方法。
具体实施方式
下面将参考示出本发明的示例性实施例的附图更详细地描述本发明。只要有可能，在所有附图中，都用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。然而，本发明可具体实施成许多不同形式，而不应理解成对这里所述的实施例进行限制。提供这些实施例使得本发明都将是详尽和完整的，且将对于本领域的技术人员来说完全传递本发明的范围。
过滤设备设置成可具有一个或多个过滤堆叠体且可具有可选的罩壳。例如，图1示出包括安装在罩壳110内的过滤堆叠体130的过滤设备100的纵剖视图。图示的罩壳具有单一罩壁，但也可以设置双罩壁或是其它的壁结构。单一罩壁可期望允许从单一壁至周围环境的热传递。可调节从罩壁的热传递，以控制过滤堆叠体130内的温度极限和/或梯度。在其它实施例中，双罩壁可期望有助于使过滤堆叠体130与周围环境隔离。这样，在某些操作环境下，双罩壁可用于帮助维持过滤堆叠体130的期望最大温度和/或温度梯度。
罩壳110可包括一体成形结构，以提供具有简化设计的过滤设备。可替代地，如图1所示，罩壳110可由连接到一起的多个部分构成。例如，如图所示，罩壳包括第一罩壳部112和第二罩壳部114，该第一罩壳部112和第二罩壳部114具有可与紧固件116连接到一起的对应的凸缘。
如图1和图2所示，罩壳110可设有支承板102，该支承板102包括板体104，且具有突起106，这些突起106设计成在规定流体通道开口108以允许流体流122穿过时与罩壳110配合。在其它实施例中，也可以设置间隔件来代替突起106，使板主体升高来提供用于流体流的空气通道。在示例性实施例中，支承板102可起到压缩板的作用，其有助于对罩壳110内的过滤堆叠体130进行压缩。例如，可对紧固件116进行紧固，以在第二罩壳部114与支承板102之间压缩过滤堆叠体130。在这样的实施例中，可在多孔陶瓷板140的一端与支承板102之间设置第一隔离层132，并可在多孔陶瓷板140的轴向相反一端与第二罩壳部114之间设置第二隔离层134。隔离层132、134可提供在过滤堆叠体130与过滤设备100的其它部分之间的耐冲击性、耐振动性和/或耐热性。
如图7和图8所示，可在多孔陶瓷板与罩壳之间设置隔离肋135。如图所示，隔离肋135可包括沿轴线126设置的细长的材料条。在其它实施例中，隔离肋可包括间隔块、间隔凸片或设计成将多孔陶瓷板与罩壳间隔开的其它结构。隔离肋135(如果设置的话)可有助于罩壳110内的过滤堆叠体130的定位，从而能有助于维持外周流路184和/或防止多孔陶瓷板140与罩壳110之间的接触。在某些实施例中，避免多孔陶瓷板140与罩壳110接触可期望保护多孔陶瓷板免受由罩壳110施加的力的影响。形成隔离层和/或隔离肋的隔离材料可包括顺应性材料，该顺应性材料能在轴向压缩的作用下发生诸如弹性变形之类的变形。在一实施例中，顺应性材料包括陶瓷无光材料，例如陶瓷纸，但也可以在其它实施例中使用能在过滤设备100的操作温度下维持一体化结构的其它材料。
罩壳110还包括第一流体端口118和第二流体端口120。任一流体端口均可设计成具有用于流体流122的入口和/或出口。例如，如图1所示，过滤设备100配置成第一流体端口118提供用于流体流122的入口，而第二流体端口120提供用于流体流122的出口。流体端口118、120可以各种方式配置。在所说明的实施例中，流体端口118、120沿过滤设备100的轴线126同轴对齐。在其它实施例中，流体端口可与另一流体端口轴向偏置、正交、平行或以其它方式配置。
如图1所示，过滤堆叠体130包括安装在罩壳110内的单一的过滤堆叠体，但在其它实施例中也可以设置两个以上的过滤堆叠体。过滤堆叠体130可构造成对流体端口118与流体端口120之间的流体流122进行过滤，上述过滤堆叠体130形成与第一流体端口118流体连通的中心流路180。如图所示，中心流路180可构造成沿过滤设备100的轴线126延伸。而且，如图1中用虚线182所图示的那样，中心流路180也可以沿过滤设备100的轴向128朝内渐缩。在其它实施例中，中心流路180可具有其它结构，例如，没有渐缩或沿轴向朝外渐缩。可选择将中心流路沿轴向朝内或朝外渐缩，从而可在减小背压时实现所期望的过滤性能。例如，沿过滤设备的轴向将中心流路朝内渐缩可在过滤操作中减少背压。
过滤堆叠体130可安装在罩壳110内，从而在过滤堆叠体130与罩壳110之间形成外周流路184。在所说明的实施例中，过滤堆叠体130具有比壁罩壳110的内部尺寸(例如直径)小的外部尺寸(例如直径)。过滤堆叠体130可在罩壳110内轴向对齐，以使外周流路184围绕过滤堆叠体130的外周缘。在所说明的实施例中，外周流路184包括可环绕过滤堆叠体130的外周缘的柱状区域。如图所示，过滤堆叠体130安装在罩壳110内，以使外周流路184与第二流体端口120流体连通。
如图1所示，过滤堆叠体130可包括多块多孔陶瓷板140。各多孔陶瓷板140可考虑具有在多孔陶瓷板140的第一侧144与第二侧146之间形成的过滤分布。可由多孔陶瓷板的以下特性的广泛组合来确定多孔陶瓷板的过滤分布，例如，陶瓷材料组合物、陶瓷材料的孔隙率和/或中值孔径、板分层、催化剂装载、板厚、中心孔口尺寸和/或板的过滤面面积、板表面形貌和/或会影响背压的其它特性、过滤效率和/或过滤设备的其它过滤特性。在某些实施例中，所有的陶瓷板分别相同，从而各多孔陶瓷板具有基本相同的过滤分布。在其它实施例，多块多孔陶瓷板中的至少一块具有形成在多孔陶瓷板的第一侧和第二侧之间的过滤分布，其基本沿多孔陶瓷板的径向变化。在另一些实施例中，过滤堆叠体的多块多孔陶瓷板中的至少两块具有基本不同的过滤分布。
多孔陶瓷板140均可由相同的材料组合物形成，但至少两块或是所有的多孔陶瓷板可包括不同的材料组合物。可通过调节陶瓷成型配合料来选择各板所需的材料组合物。在烘烧后，多孔陶瓷板的组合物可包括广泛的陶瓷材料，诸如陶瓷/玻璃陶瓷结构。例如，陶瓷材料可包括金属氧化物晶体材料，诸如氧化铝、氧化锆、堇青石、富铝红柱石、钛酸铝和/或其它材料。在其它实施例中，陶瓷材料可包括非氧化物晶体材料，诸如碳化硅、氮化硅和/或其它材料。在另一些实施例中，陶瓷材料可包括玻璃质材料，诸如石英玻璃材料或硅。陶瓷材料还可以是玻璃陶瓷或可以是上述提及的材料的组合。
应当理解，可提供陶瓷材料的各种组合物，以获取在多孔陶瓷板140的第一侧144与第二侧146之间具有期望的过滤分布的多孔陶瓷板。在某些实施例中，所有的板可包括相同的陶瓷材料的组合物，但也可以是两块以上的板可具有不同的陶瓷材料的组合物，以在过滤堆叠体内的不同位置提供不同的过滤特性。而且，至少一块或所有的陶瓷板可从多孔陶瓷板的中心部沿着径向具有相同或不同的金属组合物。例如，多孔陶瓷板的内部可具有如下材料组合物：在板的内部上开始具有一材料组合物，但朝多孔陶瓷板的外周缘逐渐改变成基本不同的材料组合物。提供从板的中心部沿着径向具有不同材料组合物的多孔陶瓷板，这样可提供具有在径向上变化的过滤分布的多孔陶瓷板，该过滤分布在多孔陶瓷板的不同径向位置上改变过滤特性。
多孔陶瓷板140包括多孔陶瓷材料，其中，陶瓷板的孔隙率可在大约20％至大约80％的孔隙量之间变化，例如在大约50％至大约70％的孔隙量之间。根据特殊应用的不同，孔的中值孔径还可在大约2微米至大约100微米之间的范围内选择。在另一些实施例中，潜在应用存在低孔隙率(例如在大约0％至大约20％孔隙量之间)、高强度、具有独特形状的陶瓷/玻璃陶瓷结构，上述结构可利用3D印刷工序制造。
应当理解，可提供各种孔隙率和/或中值孔径，以获取在多孔陶瓷板140的第一侧144与第二侧146之间具有期望的过滤分布的多孔陶瓷板。在某些实施例中，所有的板可包括相同的孔隙率和/或中值孔径，但也可以是两块以上的板可具有不同的孔隙率和/或中值孔径，以在过滤堆叠体内的不同位置提供不同的过滤特性。而且，至少一块或所有的陶瓷板可从多孔陶瓷板的中心部沿着径向具有相同或不同的孔隙率和/或中值孔径。例如，多孔陶瓷板的内部可具有如下孔隙率和/或中值孔径：开始于一个值，但朝多孔陶瓷板的外周缘逐步改变成基本不同的值。提供从板的中心部沿着径向具有不同孔隙率和/或中值孔径的多孔陶瓷板，这样可提供具有在径向上变化的过滤分布的多孔陶瓷板，该过滤分布在多孔陶瓷板的不同径向位置上改变过滤特性。
各多孔陶瓷板140可具有在多孔陶瓷板140的第一侧144与第二侧146之间延伸的厚度“T”。可根据特殊的过滤应用设置各种厚度。示例性厚度“T”可在大约10微米至大约2000微米之间，但也可以在其它实施例中使用其它厚度。多孔陶瓷板140的过滤分布可在多孔陶瓷板140的第一侧144与第二侧146之间基本相同或是改变。例如，如图1所示，材料特性可在材料的厚度“T”上基本相同。这样，图1的多孔陶瓷板的过滤分布在多孔陶瓷板140的厚度“T”上保持基本相同。在其它实施例中，多块多孔陶瓷板中的至少一块可包括具有不同过滤分布的不同层。例如，如图3所示，示出多孔陶瓷板240的一部分，其可具有与图1示出的多孔陶瓷板140相似或相同的特征。但是，如图所示，图3的多孔陶瓷板240包括限定多孔陶瓷板240的第一侧244的第一层240a和限定多孔陶瓷板240的第二侧246的第二层240b。第一层240a和第二层240b具有形成在多孔陶瓷板的第一侧与第二侧之间的基本不同的过滤分布。例如，如图所示，第一层240a的中值孔径比第二层240b的中值孔径大。附加地或可替代地，第一层可具有不同的孔隙率、材料组合物或是其它特征，从而提供具有不同过滤分布的各个层。而且，如图所示，多孔陶瓷板240的厚度可由两个层实现，但在其它实施例中也可以设置三个以上的层。此外，各层的比例厚度可沿板的径向改变，和/或过滤堆叠体中的多块板可具有不同的层特性。
图4示出多孔陶瓷板340的一部分，其可具有与图1示出的多孔陶瓷板140相似或相同的特征。另外，图4的多孔陶瓷板340设有相对较薄的第一层340a，该第一层340a包括覆盖第二层340b的催化剂材料覆膜，该催化剂材料覆膜设计成可与某些气体成分发生催化，上述第二层340b包括构造成对流体流中夹带的特殊物质进行过滤的多孔陶瓷材料。如图所示，催化剂设置成在整个多孔陶瓷材料上的覆膜。在其它实施例中，催化剂可被浸渍在多孔陶瓷材料内。在另一些实施例中，板可由纳米催化剂粒子且通过使用粘合剂形成。接着将材料在充分足够高的温度下烘烧，从而不使催化剂粒子烧结(例如在低于1100℃的温度下)。催化剂材料可包括诸如金属催化型沸石、金属氧化物或混合金属氧化物之类的适于除去NOx的催化剂，以提高对烟灰和气体种类的氧化。这种催化剂应用可在各板内沿着板的径向设置不同的浓度和/或可在过滤堆叠体内的不同板上设置不同的浓度。
如图1所示，过滤堆叠体130的各多孔陶瓷板140的厚度“T”基本相同，从而其厚度不会对陶瓷板的过滤分布带来任何不同。在其它实施例中，过滤堆叠体的至少一块板的厚度可设置成与其余板的一块或多块的厚度不同。例如，板的厚度可沿轴向依次比下一板的厚度大或小，从而改变各板的过滤分布，因而在整个过滤器中提供期望的过滤特性。例如，图5示出另一过滤堆叠体430的分解部分，其中，多块多孔陶瓷板440的厚度“T”沿轴向428依次比下一块板小。
再如图1所示出的，多孔陶瓷板也具有在径向上基本恒定的厚度“T”。在其它实施例中，一个或多个盘可在径向上具有可变的厚度“T”，以改变多孔陶瓷板在径向上的过滤分布。多孔陶瓷板的厚度可沿径向增加或减少。例如，图6示出另一过滤堆叠体530的分解部分。如图所示，在中心孔口542的内周缘处的厚度“T1”小于多孔陶瓷板540的外周缘548处的厚度“T2”。实际上，多孔陶瓷板540的厚度沿朝远离过滤堆叠体530的轴线526延伸的径向127恒定地增加。在可替代的实施例中，厚度沿径向恒定地减少。
各多孔陶瓷板140还包括延伸穿过板的厚度“T”的中心孔口142。如图所示，多孔陶瓷板140的中心孔口142可沿着中心流路180设置。如图所示，在更特殊的实施例中，中心孔口142可沿过滤设备100的轴线126相对于彼此轴向对齐。
中心孔口142可根据过滤应用的不同而包括多种形状和尺寸。而且，多孔陶瓷板140可具有外周缘148，该外周缘148还可设有多种形状和尺寸。孔口和/或外周缘的形状可以是圆的、椭圆的或曲线的，和/或包括各种多边形形状，例如三角形、长方形(例如正方形)或其它多边形形状。在一实施例中，相应的多孔陶瓷板140的中心孔口142和外周缘148彼此在几何形状上相似，但在其它实施例中这些形状也可以在几何形状上不同。例如，如图7和图8所示，所示出的孔口142包括圆孔，该圆孔与在几何形状上相似的多孔板140的圆形周缘同心。
根据过滤器应用和/或罩壳110内的板的位置的不同，中心孔口142和外周缘148的尺寸也可相对于彼此的尺寸改变。例如，如图7所示，外周缘148可包括横向尺寸(例如直径“D”)，该横向尺寸横切过滤设备100的轴线126，该横向尺寸在大约3cm至大约50cm的范围内，但在其它实施例中也可以设置为其它尺寸。而且，中心孔口142可具有横向尺寸(例如直径“d”)，其在多孔陶瓷板140的对应的外周缘148的横向尺寸(例如直径“D”)的大约3％～大约80％之间的范围内。
板的中心孔口可具有相同的尺寸，但在其它实施例中也可以是一个或多个孔口具有不同的尺寸。示例性过滤堆叠体还可包括孔口，该孔口在尺寸上沿轴向依次减小或增大。例如，如图1所示，多块多孔陶瓷板140的中心孔口142沿轴向128依次变小。依次变小的孔口有助于形成沿轴向128朝内渐缩的中心流路180。这样，多块多孔陶瓷板140的第一侧和第二侧具有相应的过滤面，该过滤面沿轴向128依次变大。多孔陶瓷板的依次变小的孔口和/或依次变大的表面积给各依次的板提供不同的过滤分布，从而可有助于提高过滤设备100的过滤效率和/或背压特性。虽未图示，但依次变大的过滤面区域也可以其它方式设置。例如，外周缘148可沿轴向依次变大。在其它实施例中，如下所述，一开始板可以是平的，但依次改变表面形貌，从而可增加板在轴向上的有效过滤面区域。
如图1、图7和图8所示，多孔陶瓷板140可包括与外周缘148的横向尺寸(例如直径“D”)相比具有相对较薄的厚度“T”的盘。实际上，如图1所示，盘可以是在第一侧144上具有基本平坦的过滤面形貌的基本平板，该平板与盘的第二侧146上的基本平坦的过滤面形貌平行。在其它实施例中，至少一块多孔陶瓷板可具有一个或多个过滤面，该过滤面基本不平坦，且能增加板的面过滤区域。例如，第一侧144和第二侧146的至少一侧可具有包括凸块、麻点(divot)、凹槽(flute)、肋和/或其它形状的表面形貌。设置不平坦的表面形貌可增加多孔陶瓷板的表面积，从而有助于增加过滤效率。而且，具有不同程度的非平坦表面形貌的组合板可有助于微调各单独的板在轴向上的过滤分布。
图9和图10示出多孔陶瓷板640的第一实施例，其可包括相同或同一多孔陶瓷材料，并具有与上述描述的多孔陶瓷板相似或相同的特性。但是，与上述描述的多孔陶瓷板不同，图9和图10的多孔陶瓷板包括第一侧644和第二侧646，其不具有基本平坦的表面形貌。实际上，第一侧644包括多个径向凹槽645，这些径向凹槽645以绕多孔陶瓷板640的对应的中心孔口642沿径向排列方式配置。示例性径向凹槽645形成在对应的径向顶部644a与对应的径向底部644b之间。径向顶部644a和径向底部644b在图9中分别用实线和双点划线示意表示。同样地，第二侧646也包括多个径向凹槽647，这些径向凹槽647以绕相应的中心孔口642沿径向排列的方式配置。如图9和图10所示，形成有径向凹槽645、647的面可由绕相应的中心孔口波动的过滤面设置。如图9和图10所示，波纹面可绕相应的中心孔口遵循正弦函数。实际上，所说明的面示出为波纹状以呈现绕中心孔口642排列的正弦波。在其它实施例中，波可包括方波、角波或其它波形。此外，凹槽可表现为形成在多孔陶瓷板的面上的槽或其它径向结构。
如果设置的话，多个径向凹槽在外周缘上的开口的第一数量大于等于在形成多孔陶瓷板的中心孔口的内周缘上的开口的第二数量。例如，如图9和图10所示，径向凹槽645、647在外周缘648处的开口的第一数量与在形成中心孔口642的内周缘处的开口的第二数量相等。图11示出与图9和图10所示的多孔陶瓷板640相似的另一示例性多孔陶瓷板740，但具有沿径向分开的多个凹槽(与板的各侧对应)，从而在外周缘748处的开口的第一数量大于在形成中心孔口742的内周缘处的开口的第二数量。在理解了上述讨论也可应用于对应于第二侧(未图示)的凹槽的基础上，对对应于第一侧744的凹槽745进行描述，从而边缘的轮廓图与图10基本相同，是在外周缘748处的凹槽开口的三倍。如图11所示，凹槽745被分成三路，从而多个径向内凹槽745a在形成中心孔口742的内周缘处各具有一个开口。各凹槽745沿径向分成对应的三个径向外凹槽745b、745c、745d，但在其它实施例中凹槽也可以分成两个或多于三个径向外凹槽。如图11所示，凹槽在外周缘处设置开口越多，就能通过抑制凹槽的密度沿径向减小来进一步增加多孔陶瓷盘的表面积，其可根据图9和图10中示出的波纹盘外观观察得到。而且，在其它实施例中，可提供替代的分割配置。例如，在替代的实施例中，在第一侧的外周缘748处的所有顶部均可达到相同高度(与图10所示相同)。同样地，在第二侧的外周缘748处的所有顶部也均可达到相同深度(与图10所示相同)。实际上，图11所示的分割凹槽的端视图可表现为与图10基本相同，其中，因为凹槽被分成三路，所以正弦函数具有三倍的频率。
回到图1，多孔陶瓷板140通过多个间隔件而彼此沿轴向128间隔开，从而形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域。多个沿轴向间隔开的径向流动区域沿中心流路180在第一组径向流动区域150与第二组径向流动区域152之间交替，其中，上述第一组径向流动区域150相对于中心流路180敞开且相对于外周流路184关闭，上述第二组径向流动区域152相对于中心流路180关闭且相对于外周流路184敞开。
如图1和图8所示，多个间隔件包括第一组间隔件160，该第一组间隔件160从第一组径向流动区域150关闭外周流路184。而且，如图1和图9所示，多个间隔件包括第二组间隔件162，该第二组间隔件162从第二组径向流动区域152关闭中心流路180。在一实施例中，间隔件可包括顺应性间隔件，但在其它实施例中，也可以使用基本刚性的间隔件。顺应性间隔件(如果设置的话)能在轴向压缩的作用下发生诸如弹性变形之类的变形。在一实施例中，顺应性材料包括陶瓷无光材料，例如陶瓷纸，但也可以在其它实施例中使用能在过滤设备100的操作温度下维持一体化结构的其它材料。如图1所示，设置间隔件作为顺应性间隔件可使过滤堆叠体例如通过紧固件116沿轴向被压缩，但顺应性间隔件沿轴向使各多孔陶瓷板彼此偏置，以维持多孔陶瓷板之间的各间隔。在其它实施例中，间隔件可包括构造成将陶瓷板彼此间隔开的密封材料、粘合剂或其它材料。而且，间隔件可单独设置或可与板一体成型。在其它实施例中，间隔件(例如顺应性间隔件)可在形成过滤堆叠体之前与一块多孔陶瓷板附连。例如，间隔件可通过将间隔件印刷在相应的多孔陶瓷板上来附连。
径向流动区域150、152可分别具有形成在相应对的多孔陶瓷板之间的相同宽度，但在其它实施例中可根据过滤应用的不同使用不同的宽度。例如，第一组径向流动区域中的至少一个径向流动区域的轴向宽度比第二组径向流动区域中的至少一个径向流动区域的轴向宽度大。如图1所示，第一组径向流动区域150的各径向流动区域的轴向宽度比第二组径向流动区域152的各径向流动区域的轴向宽度大。为第一组径向流动区域设置较大的轴向宽度可在流体流从第一组径向流动区域150经过多孔陶瓷板流至第二组径向流动区域152时收容在壁上积聚的微粒。径向流动区域的轴向宽度在大约50微米至大约2000微米之间的范围内，但在其它实施例中也可以设置其它宽度。
可选择地，多个间隔开的径向流动区域中的至少一个可被分成以绕中心流路沿径向排列的方式配置的多个径向流动通道。将径向流动区域分成多个径向流动通道可有助于沿径向引导在各多孔陶瓷板之间穿过的流体流的路径。在所说明的实施例中，各径向流动区域被分成以绕中心流路沿径向排列的方式配置的多个径向流动通道。例如，如图8所示，第一组径向流动区域150可被径向分隔壁151分成多个径向流动通道150a。同样地，如图7所示，第二组径向流动区域152可被径向分隔壁153分成多个径向流动通道152a。分隔壁151、153可包括各种材料在一实施例中，分隔壁151、153包括与用于成型出顺应性间隔件160、162基本相同的材料。
图12示出另一示例性过滤设备800的纵剖视图。过滤设备800可具有上文描述的过滤设备100中描述过的许多特征。实际上，过滤设备可包括相同的罩壳110、支承板102和隔离层132、134，但在其它实施例中可设置代替的构造。如图12所示，罩壳可设有第一一体过滤堆叠体830a和第二一体过滤堆叠体830b，它们沿过滤设备800的轴线826彼此轴向对齐。尽管在图12中示出了两个过滤堆叠体，但在其它实施例中可设置三个以上的堆叠体。各一体过滤堆叠体830a可具有多块多孔陶瓷板140，它们可以是上文说明的任意构造。但是，多孔陶瓷板140通过间隔件860彼此一体连接。间隔件860可包括设计成在烘烧过滤堆叠体时将多孔陶瓷板烧结到一起的材料，下文将更详尽地描述。
如图所示，材料层836可设置在过滤堆叠体830a、830b之间，且可包括与隔离层132、134相似的顺应性材料。材料层836可有助于防止损坏或噪声，这可能在过滤堆叠体响应于外力作用而影响其它过滤堆叠体时产生。
图13示出可与例如在本申请中提出的各种过滤设备一起使用的另一示例性过滤堆叠体930。例如，过滤堆叠体930可具有上文描述的过滤设备100、800中描述过的特征。例如，过滤堆叠体930可包括相同的罩壳110、支承板102和隔离层132、134，但在其它实施例中可设置代替的构造。此外，过滤堆叠体930可包括单独使用或与其它过滤堆叠体一起使用的一体过滤堆叠体。
图14是图13的过滤堆叠体930的横剖视图。如图所示，多块多孔陶瓷板沿过滤堆叠体830的轴向982在第一组多孔陶瓷板940a之间交替，上述第一组多孔陶瓷板940a与上述第二组多孔陶瓷板940b嵌套。多孔陶瓷板940a、940b可包括与上文描述的多孔陶瓷板140相似或相同的特征(例如过滤分布、材料类型等)。
图15是第一组多孔陶瓷板940a中的一块多孔陶瓷板的俯视图。如图15所示，板的顶部可具有多个肋(为清楚起见而没有示出在图14中)。多个肋可具有多种构造。在所说明的实施例中，肋具有绕中心孔口942a径向间隔开的第一组肋951a和沿中心孔口942a径向间隔开的第二组肋953a，第二组肋953a的各肋设置在第一组肋951a的相应的肋对之间。如图所示，第二组肋953a的肋可比第一组肋951a的肋短，但在其它实施例中也可以设置相同的肋长。此外，第一和第二组肋951a、953a的各肋可包括放大端955，该放大端955设计成提供下文所说明的用于烧结的另外区域。进一步如图所示，第一组肋951a延伸至中心轴套构件970。中心轴套构件970可包括外周缘部972和内周缘部974。如图14所示，外周缘部972可包括以从顶面981a具有高度“H1”的方式设置的平台973。在所说明的实施例中，第一和第二组肋951a、953a和放大端955也从顶面981a具有相同的高度“H1”。外周缘948a也可设有用于与过滤堆叠体和/或罩壳的其它部分对齐的对齐肋976a。
图16示出第二组多孔陶瓷板940b中的一块多孔陶瓷板的俯视图。如图16所示，板的顶部可具有多个肋(为清楚起见而没有示出在图14中)。多个肋可具有多种构造。在所说明的实施例中，肋具有绕中心孔口942b径向间隔开的第一组肋951b和绕中心孔口942b径向间隔开的第二组肋953b，第二组肋953b的各肋设置在第一组肋951b的相应的肋对之间。如图所示，第二组肋953b的肋可比第一组肋951b的肋短，但在其它实施例中也可以设置相同的肋长。如进一步所说明的，第一和第二组肋951b、953b延伸至外周缘间隔件990。外周缘间隔件990可包括外周缘部992和内周缘部994。如图14所示，内周缘部994可包括以从顶面981b具有高度“H2”的方式设置的平台995。在所说明的实施例中，第一和第二组肋951b、953b也从顶面981b具有相同的高度“H2”。外周缘948b也可设有用于与过滤堆叠体和/或罩壳的其它部分对齐的对齐肋976b。
如图14所示，第一组多孔陶瓷板940a的各多孔陶瓷板包括外周缘948a，该外周缘948a构造成嵌套在第二组多孔陶瓷板940b的对应的多孔陶瓷板内。例如，如图所示，第一组多孔陶瓷板940a的底面983a构造成抵靠在平台995和肋951b、953b的顶面上。而且，外周缘948a嵌套在槽991内，该槽991形成在平台995与外周缘部992之间。
而且，各第一组多孔陶瓷板940a的中心轴套部970可构造成与第二组多孔陶瓷板940b的对应的板的中心孔口942b嵌套。例如，如图所示，第二组多孔陶瓷板940b均包括底面983b，该底面983b构造成抵靠在平台973和肋951a、953a的顶面上。而且，形成中心孔口942b的内表面构造成嵌套在槽993内，该槽993形成在平台973与内周缘部974之间。中心轴套部970可构造成收纳在第二组多孔陶瓷板940b的对应的多孔陶瓷板的中心孔口942b内。例如，如图所示，中心轴套构件970的内周缘部974可收纳在中心开口942b内，而第二组多孔陶瓷板940b的底面983b抵靠在平台973和肋951a、953a的顶面上。
如图13所示，板可堆叠成对应的对齐肋976a、976b沿轴向982对齐。一旦堆叠起来，排气开口932形成在第一和第二组肋951a、953a的相应的放大端955之间。
如图所示，各板的顶面981a、981b和底面983a、983b基本是平坦的，但在此对本申请的其它示例性陶瓷板进行描述的其它实施例中，也可以设置其它面。
第一和第二组多孔陶瓷板940a、940b可通过诸如冲压、模制、通常用于快速原型法中的3D印刷技术之类的各种技术来制造。而且，板可在形成过滤堆叠体930之前或是之后烘烧。例如，陶瓷成型材料可被制造成板940a、940b的一般结构。板接着被干燥并烘烧，从而形成第一和第二组多孔陶瓷板940a、940b。多孔陶瓷板940a、940b可接着用设置在板之间的烧结材料如图14所示那样堆叠。例如，烧结成型材料的浆料可被印刷、喷洒或以其它方式施加至板的横截面。在其它实施例中，板部分可被浸在烧结成型材料的浆料盆中。例如，第一多块多孔陶瓷板940a可被反向浸在浆料盆中，从而对内周缘部974、平台973、肋951a、953a的顶面(包括放大端955)进行涂覆。同样地，第二多块陶瓷板940b可被反向浸在浆料盆中，从而用烧结成型材料对外周缘部992、平台995和肋951b、953b的顶面进行涂覆。一旦堆叠起来，则如图14所示，过滤堆叠体930接着被再次烘烧，使得材料的覆膜与多孔陶瓷板940a、940b烧结到一起。在替代的实施例中，过滤堆叠体可设计成在没有第二烘烧步骤的情况下操作。例如，板可用粘接材料彼此附连。在其它实施例中，顺应性材料可设置在板之间，接着可使用与记载在图1中示出的过滤堆叠体130的技术相似的技术来将过滤堆叠体压缩在罩壳内。
图17是示出制造过滤设备的示例性步骤的流程图。为了制造图1所示出的过滤设备100，方法包括以下步骤1000：设置多块具有中心孔口的板，其中，各板由陶瓷成型材料形成。
在设置板的步骤1000之后，方法接着包括以下步骤1002：烘烧多块板，以成型出分别具有中心孔口142的多块多孔陶瓷板。可根据本申请，实施相同或相似的烘烧步骤来形成包括但不限于如上描述的多孔陶瓷板240、340、440、540、640、740的任何多孔陶瓷板。
所述方法接着包括以下步骤1004：通过将多孔陶瓷板140沿轴向128隔着多个顺应性间隔件160、162一一间隔开以形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域150、152，从而形成过滤堆叠体130。多块多孔陶瓷板140的中心孔口142沿着中心流路180设置。而且，径向流动区域沿轴向128在第一组径向流动区域150与第二组径向流动区域152之间交替，其中，上述第一组径向流动区域150相对于中心流路180敞开，上述第二组径向流动区域相对于中心流路180关闭。
该方法还可接着包括如下步骤1006：将过滤堆叠体130安装在罩壳110内，从而使第一流动端口118与中心流路180流体连通，第二流体端口120与形成在过滤堆叠体130和罩壳110之间的外周流路184连通。一旦安装完成，则第一组径向流动区域150相对于外周流路180关闭，第二组径向流动区域152相对于外周流路184敞开。
可选择地，方法还可包括以下步骤1008：对过滤堆叠体130进行压缩。例如，第二罩壳部114和第一罩壳部112可用紧固件116夹在一起，从而在顺应性间隔件160、162使各多孔陶瓷板140彼此沿轴向偏置时，沿轴向128压缩过滤堆叠体130，以维持多孔板之间的各间隔。在所说明的实施例中，罩壳用于对过滤堆叠体进行压缩，但在其它实施例中也可使用与罩壳分体的压缩装置。
图17的流程图也示出了制造图12所示出的过滤设备800的步骤。为了制造图12所示出的过滤设备800，方法可包括以下步骤1000：提供多块具有中心孔口的板，其中，各板由陶瓷成型材料形成。在提供板的步骤1000之后，方法接着包括以下步骤1002：烘烧多块板，以成型出分别具有中心孔口142的多块多孔陶瓷板。可根据本申请，实施相同或相似的烘烧步骤来成型出包括但不限于如上描述的多孔陶瓷板240、340、440、540、640、740的任何多孔陶瓷板。
接着，该方法还可包括以下步骤1010：形成图18所示的第一过滤堆叠体829。通过将第一多块多孔陶瓷板140沿过滤设备的轴向128隔着第一间隔件859一一间隔开来形成第一多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成第一过滤堆叠体829。第一间隔件859可包括材料层，该材料层构造成在连续烘烧步骤中将多孔陶瓷板烧结到一起。用于第一间隔件859的示例性材料可包括玻璃熔融密封件、诸如磷酸铝等无机粘合水泥或其它材料。第一多块多孔陶瓷板140的中心孔口142沿着第一中心流路880a设置，径向流动区域沿第一过滤堆叠体的轴向在第一组径向流动区域850a与第二组径向流动区域852a之间交替，其中，上述第一组径向流动区域850a相对于中心流路880a敞开，上述第二组径向流动区域852a相对于中心流路880a关闭。
一旦形成第一过滤堆叠体829，第一过滤堆叠体可在方法步骤1012中被连续烘烧，以将第一多块多孔陶瓷板140与第一间隔件859烧结到一起。在烘烧步骤1012之后，便如图19所示形成第一一体的过滤堆叠体830a，其中，第一间隔件859被一体地粘接在多孔陶瓷板140之间，以形成第一和第二组径向流动区域850a、850b。尽管在图18中未图示，但也可设置间隔肋，以在将第一间隔件859与板烧结到一起时维持板之间的间隔。例如，在一实施例中，多孔陶瓷板140可由富铝红柱石形成，而间隔件859可由堇青石形成。堇青石材料的熔点低于富铝红柱石多孔陶瓷板140的熔点。同样地，板可在较低的烘烧温度(例如低于100℃)下烧结到一起，其中，陶瓷材料859可开始熔化，且渗透至多孔富铝红柱石陶瓷板的孔中。当在熔化工序的过程中陶瓷材料间隔件859变成顺应性时，间隔件(未图示)可维持板之间的间隔。在烘烧步骤之后，过滤堆叠体形成一体结构，其中，堇青石间隔件与多孔富铝红柱石材料一体化而形成理想的密封。与间隔件组合使用的间隔件(未图示)例如可包括形状与对上文图15、图16进行描述的肋951a、951b、953a、953b的形状相似的径向肋。间隔件可以是一体的肋或间隔件，其与板附连(例如通过印刷)、或设置在板之间。
在形成第一一体的过滤堆叠体830a的同时或之后，可通过相似的工序形成第二一体的过滤堆叠体830b。实际上，可实施相同的步骤1000和1002，以提供与第一多块多孔陶瓷板相同的第二多块多孔陶瓷板。而且，方法可包括以下步骤1014：形成与图18所示出的第一过滤堆叠体829相同的第二过滤堆叠体。实际上，可通过将第二多块多孔陶瓷板(例如与第一多块多孔陶瓷板相同)沿第二过滤堆叠体的径向隔着第二间隔件(例如与第一间隔件相同)以形成第二多个沿径向间隔开的径向流动区域，从而形成与第一过滤堆叠体829相似的第二过滤堆叠体。第二多块多孔陶瓷板的中心孔口沿着第二中心流路设置，第二多个径向流动区域沿第二过滤堆叠体的轴向在另一第一组径向流动区域与另一第二组径向流动区域之间交替，其中，上述另一第一组径向流动区域相对于第二中心流路敞开，上述另一第二组径向流动区域相对于第二中心流路关闭。一旦形成第二过滤堆叠体，则该方法还可包括相似的烘烧步骤1012，从而将第二块多孔陶瓷板与第二间隔件烧结到一起，以提供第二一体的过滤堆叠体830b。在某些烘烧方法步骤1012中，可在相同的烘烧步骤中或是单独的烘烧步骤中形成第一和第二一体的过滤堆叠体830a、830b。
一旦烘烧完成，第一一体的过滤堆叠体830a和/或第二一体的过滤堆叠体830b可在方法步骤1006中被安装在罩壳110内。一旦安装完成，第一流体端口118将与第一中心流路880a流体连通，第二流体端口120将与形成在第一过滤堆叠体830a与罩壳110之间的外周流路184连通。如果设有第二一体的过滤堆叠体830b，则如图12所示，第一和第二过滤堆叠体830a、830b可连续地安装在罩壳110内。一旦安装完成，则第一和第二过滤堆叠体830a、830b的第一和第二中心流路彼此流体连通。而且，第一流体端口118设置成与第一和第二过滤堆叠体830a、830b的中心流路流体连通，而第二流体端口120设置成与形成在过滤堆叠体与罩壳之间的外周流路流体连通。一旦安装完成，第一组径向流动区域将相对于中心流路敞开而相对于外周流路关闭，第二组径向流动区域将相对于中心流路关闭而相对于外周流路敞开。
在方法步骤1006(安装)之后，第一和第二过滤堆叠体830a、830b可选择地在方法步骤1008中被压缩在罩壳内。
在理解了相同的操作也可使用在图12中示出的过滤设备800的基础上，参照图1所示出的过滤设备100对操作过滤设备的方法进行描述。在操作中，流体流122进入罩壳110的第一流体端口118。流体流接着沿径向128顺着中心流路180朝第二流体端口120流动。第一组径向流动区域150相对于中心流路180敞开。这样，流体流122最终从中心流路180径向朝外流动并流入第一组径向流动区域150的一个径向流动区域。流体流122接着流经一块多孔陶瓷板140，以进入第二组径向流动区域152的一个径向流动区域。在流体流从第一组径向流动区域150朝第二组径向流动区域152流动时，多孔陶瓷板从流体流中滤去特殊物质。而且，如果设置催化材料的话，则也可从流体流中除去气体。第二组径向流动区域152相对于外周流路184敞开。这样，过滤后的流体流最终流经第二组径向流动区域152而流至外周流路184。过滤后的流体流接着沿外周流路184流到第二流体端口120外。
在其它实施例中，形成与图19所示的过滤堆叠体相似的过滤堆叠体的方法可首先包括以下步骤：由含有催化剂粒子和粘结剂材料的组合物成型出多块板。催化材料可包括诸如沸石或铝矽酸盐材料、氧化铈-氧化锆、氧化铝、钙钛矿、尖晶石、氧化钛、氧化铈和锆石之类的适于除去NOx的催化剂。另外，这些材料可与选自族Pt、Pd、Rh中的至少一种贵金属，以进一步降低烟灰再生温度。在一实施例中，金属催化型沸石可使用例如M-Beta、M-菱沸石、M-ZSM5、M-发光沸石、M-MCM-4、M-镁碱沸石、M-NaY和M-USY。M可表示Fe、Cu、Ce、Co、Pt、Rh和Pd。在一实施例中，金属交换可在0.5％～6％之间。沸石硅酸盐/氧化铝的范围可大于10，且盘可包括具有不同孔隙率和MPS范围的这些M-沸石的组合。孔隙率的范围可以在30％～80％且MPS为1～50微米。替代地，可使用合适的前体组合物，该前体组合物可经过热水处理来形成上述列举的金属交换沸石。
可在没有烧结实质量的催化剂粒子的情况下对多块板进行烘烧。可形成过滤堆叠体。在一实施例中，一起对整个过滤堆叠体烘烧，以使过滤堆叠体形成一体结构。在其它实施例中，过滤堆叠体包括如上所述的顺应性间隔件。
板可通过3D印刷或合适的模制工艺制造。在制造板之前，适当地控制催化剂或支承催化剂的材料的尺寸，以提供具有小且细的末端的良好且宽阔的分布。还可使用喷雾干燥或合适的方法来使粒子成团。可包括另外的孔成型材料。使用3D快速原型法来印刷材料，板可浸有胶状的硅石粘接剂或硅树脂，以在烘烧后增强主体。可用于板的加固的这种低温粘接剂低于1000℃。所得到的板能可如申请中所描述的那样装配，或用诸如铝矽酸盐之类的合适的无机粘接剂装配。
图20示出制造多孔陶瓷制品的方法。多孔制品可包括如上描述的任意的多孔板、蜂窝过滤器或其它多孔陶瓷制品。该方法首先进行步骤2000：提供包括含有富铝红柱石的第一材料组合物的多孔基底。富铝红柱石可通过3D印刷工艺、模制或其它技术成型。在步骤2002中，可接着用含有堇青石的第二材料渗透孔。在一实施例中，第二材料被印刷、喷洒或以其它方式施加至基底。在渗透之后，可接着在烘烧步骤2004中形成多孔陶瓷制品。在一实施例中，第二材料组合物的熔点低于第一材料组合物的熔点。这样，多孔基底的基本形状可保持一致，而使较低的熔点材料与多孔基底一体化。
如图20所示，在烘烧步骤中，可如箭头2006所示用第二材料渗透基底。例如，堇青石可在烘烧步骤中与富铝红柱石基底接触，其中，熔化后的堇青石通过毛细作用吸入多孔富铝红柱石，从而渗透基底。
参照上述图20，可通过3D印刷或其它成型工艺来形成高孔隙率(例如60％以上)的陶瓷制品，接着可使该陶瓷制品渗透或部分渗透，以形成标准化的高强度陶瓷或玻璃陶瓷组合物。在一实施例中，在烘烧中，制品与具有较低的熔融温度的第二陶瓷或玻璃材料接触。在其它实施例中，用第二C/GC材料的浆料渗透基底，接着进行烘烧。在又一实施例中，可分批印刷具有不同的熔化温度的两个陶瓷材料的混合物。较低的熔化温度的材料熔化，并被用毛细管吸入更难熔的C/GC材料的孔中。从而可使原始部件的形状变形最小化。另外地，富铝红柱石的多孔基底和堇青石的第二材料可根据上文说明的本申请而设置成堇青石具有较低的熔化温度且是有效的粘接介质，该粘接介质可用于持久地将两个富铝红柱石“粘贴”到一起。持久地粘接多个制品(例如由富铝红柱石制成的)的能力提供由多个较小的结构(例如多孔富铝红柱石板)制造出单一且较大结构(例如过滤堆叠体)的能力，从而显著增加成型工艺的尺寸极限。
采用图20所示出的和上文所说明的方法制造出的制品可具有许多优点。例如，在用第二陶瓷或玻璃材料烘烧制品之后，制品可表现出以制品最小的变形来使强度增加。另外，在工艺中渗透孔可控制合成品的孔隙率和重量增加。
在示例性实施例中，过滤堆叠体可由如上描述的首先成型出的多孔陶瓷板形成。相对简单的板设计可使板首先成型，且可允许进行很难用其它陶瓷过滤设计完成的材料的层叠。例如，板可相对容易地构造成组合物、孔隙率、孔结构从一端到另一端变化，既可以是通过在成型时层叠或对成型后的坯盘施加覆膜，也可以在组装/密封之前烘烧之后。
如上所述，相对简单的板设计可允许板在轴向和/或径向上的变动。例如，板可具有在轴向和/径向上变动的厚度、孔隙率、组合物或设计(例如内径和外径)，从而沿轴向和/径向控制热量、气流或催化功能。可容易地用催化剂或其它材料对板的一侧或两侧进行处理以形成覆层，或具有特别的过滤性能的多层结构。
由于板彼此相同，因此，板可在烘烧步骤中首先成型。板可接着被堆叠并在过滤器内隔着顺应性间隔件一一隔开。这样，在某些实施例中，可避免连续的烘烧步骤。
在其它实施例中，可通过将首先成型好的多孔陶瓷板烧结到一起来成型出一体的过滤堆叠体。提供两个烧结工序可提供更多受控的烘烧步骤，从而能通过在烘烧步骤中烧尽的多孔模板而变得复杂。而且，多孔陶瓷板可由与用于将板烧结到一起的间隔件不同的材料制造而成。例如，间隔件可具有烧结板所必须的较低的温度。较低的温度可允许在不会给板带来热损伤(例如变形)的情况下将板充分烧结到一起，这种热损伤往往发生在较高的温度下。在一实施例中，板由富铝红柱石组合物制成，而间隔件由堇青石材料制成。在第二烘烧步骤中，堇青石材料可在不足以损伤富铝红柱石板的温度下将富铝红柱石烧结到一起。
如图12所示，具有一体的过滤堆叠体的过滤设备可被分割成两个以上的分割体，这些分割体沿轴向彼此对齐。分割过滤器可期望减小由热梯度引起的应力，它可在横跨过滤设备的长度范围内形成一体的过滤堆叠体。
在其它实施例中，过滤堆叠体可使用3D印刷工艺来印刷，并干燥和烘烧来形成一体结构。这种印刷工艺可交替形成具有一材料的板，且从相同的或其它的材料形成间隔件。可接着继续印刷工艺，直至形成整个过滤堆叠体。一旦干燥后，过滤堆叠体可接着被烘烧以形成一体的过滤堆叠体。
使用中，多孔陶瓷板的过滤堆叠体可提供诸如背压降低之类的有益的过滤特性。这种过滤器设计可用在处理气态的、液态的或气态加液态的各种流体流。这些流体流可以包括或不包括要被过滤的微粒。实际上，过滤器设计可构造成纯粹进行流体流的某些气态的或液态成分的吸收或转化、纯粹从该流体流中过滤微粒、或可提供微粒的组合和某些气体的吸收。而且，可在再生过程中实现热梯度的减少，由此，避免可能使其它陶瓷过滤器设计破损的热冲击。而且，过滤器的径向设计可提供烟灰在过滤器的周边区域内良好的烧尽，这是由于经过过滤器的径向流动将送出更多的热至那些区域。
对本领域的技术人员来说很明显，可对本发明进行各种更改和改变而不背离本发明的精神和范围。这样，本发明应涵盖对本发明的各种修改和变型，只要它们在所附权利要求及其等效内容的范围内即可。
Claims (15)
1.一种制造过滤设备的方法，包括以下步骤：
提供多块具有中心孔口的板，其中，各板由陶瓷成型材料制造而成；
烘烧所述多块板，以成型出分别具有所述中心孔口的多块多孔陶瓷板；
通过将所述多孔陶瓷板沿轴向隔着多个顺应性间隔件一一间隔开以形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成过滤堆叠体，其中，多块多孔陶瓷板的所述中心孔口沿中心流路设置，所述径向流动区域沿轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，所述第一组径向流动区域相对于所述中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述中心流路关闭；以及
将所述过滤堆叠体安装在罩壳内，所述罩壳具有第一流体端口和第二流体端口，所述第一流体端口与所述中心流路流体连通，所述第二流体端口与形成在所述过滤堆叠体与所述罩壳之间的外周流路连通，其中，所述第一组径向流动区域相对于所述外周流路关闭，所述第二组径向流动区域相对于所述外周流路敞开。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述顺应性间隔件使所述各多孔陶瓷板彼此沿轴向偏置时，沿轴向压缩所述过滤堆叠体，从而来维持所述多孔板之间的各自的间隔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在形成所述过滤堆叠体之前将各所述顺应性间隔件与所述多块多孔陶瓷板中的一块多孔陶瓷板附连，诸如通过将所述顺应性间隔件印刷在所述多块多孔陶瓷板中的相应的一块多孔陶瓷板上来进行附连。
4.一种制造过滤设备的方法，包括以下步骤：
提供第一多块具有中心孔口的板，其中，所述第一多块板的各板由陶瓷成型材料制造而成；
烘烧所述第一多块板，以成型出分别具有所述对应的中心孔口的第一多块多孔陶瓷板；
通过将所述第一多块多孔陶瓷板沿第一过滤堆叠体的轴向隔着第一间隔件一一间隔开以形成第一多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成所述第一过滤堆叠体，其中，所述第一多块多孔陶瓷板的所述中心孔口沿第一中心流路设置，所述径向流动区域沿所述第一过滤堆叠体的轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，所述第一组径向流动区域相对于所述第一中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述第一中心流路关闭；以及
烘烧所述第一过滤堆叠体，从而将所述第一多块多孔陶瓷板与所述第一间隔件烧结到一起。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述过滤堆叠体安装在罩壳内，所述罩壳具有第一流体端口和第二流体端口，所述第一流体端口与所述中心流路流体连通，所述第二流体端口与形成在所述过滤堆叠体与所述罩壳之间的外周流路连通，其中，所述第一组径向流动区域相对于所述外周流路关闭，所述第二组径向流动区域相对于所述外周流路敞开。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
提供第二多块具有中心孔口的板，其中，所述第二多块板的各板由陶瓷成型材料制造而成；
烘烧所述第二多块板，以成型出分别具有所述对应的中心孔口的第二多块多孔陶瓷板；
通过将所述第二多块多孔陶瓷板沿第二过滤堆叠体的轴向隔着第二间隔件一一间隔开以形成第二多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成所述第二过滤堆叠体，其中，所述第二多块多孔陶瓷板的所述中心孔口沿第二中心流路设置，所述第二多个径向流动区域沿所述第二过滤堆叠体的轴向在另一第一组径向流动区域与另一第二组径向流动区域之间交替，所述另一第一组径向流动区域相对于所述第二中心流路敞开，所述另一第二组径向流动区域相对于所述第二中心流路关闭；以及
烘烧所述第二过滤堆叠体，从而将所述第二多块多孔陶瓷板与所述第二间隔件烧结到一起；
将所述第一过滤堆叠体和所述第二过滤堆叠体连续地安装在罩壳内，其中，所述第一中心流路和所述第二中心流路彼此流体连通，所述罩壳包括第一流体端口和第二流体端口，所述第一流体端口与所述中心流路流体连通，所述第二流体端口与外周流路流体连通，所述外周流路形成在所述过滤堆叠体与所述罩壳之间，所述第一组径向流动区域相对于所述中心流路敞开且相对于所述外周流路关闭，所述第二组径向流动区域相对于所述中心流路关闭且相对于所述外周流路敞开。
7.一种制造过滤设备的方法，包括以下步骤：
提供具有中心孔口的多块板，其中，所述多块板中的各板包括具有催化剂粒子和粘接材料的成分；
烘烧所述多块板，以使所述板在没有烧结实质量的所述催化剂粒子的情况下成型出多孔板；以及
通过将所述多块板沿过滤堆叠体的轴向一一间隔开以形成多个沿轴向间隔开的径向流动区域，从而形成所述过滤堆叠体，其中，多块多孔板的所述中心孔口沿中心流路设置，所述径向流动区域沿所述过滤堆叠体的轴向在第一组径向流动区域与第二组径向流动区域之间交替，所述第一组径向流动区域相对于所述中心流路敞开，所述第二组径向流动区域相对于所述中心流路关闭。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述过滤堆叠体的步骤包括对所述过滤堆叠体烘烧来形成一体的过滤堆叠体。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，形成所述过滤堆叠体的步骤包括提供多个顺应性间隔件和在所述顺应性间隔件沿轴向使所述各多孔板彼此偏置时沿轴向压缩所述过滤堆叠体，从而维持所述多孔板之间的各间隔。
10.一种制造多孔陶瓷制品的方法，包括以下步骤：
提供多孔基底，该多孔基底包括含有富铝红柱石的第一材料成分；
用含有堇青石的第二材料成分渗透所述基底的所述孔；以及
烘烧所述第一成分和所述第二成分，以成型出所述多孔陶瓷制品。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二材料成分的熔点比所述第一材料成分的熔点低。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述烘烧步骤时或在所述烘烧之前，用所述第二材料成分渗透所述基底的所述孔。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多孔基底通过印刷工艺成型。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二材料成分通过印刷工艺被施加至所述基底。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多孔陶瓷制品在过滤堆叠体中具有沿轴向间隔开的板。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Granted publication date: 20160803 |
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