CN102753267A - 涂覆方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新颖的涂覆装置、用该装置实施的方法以及由此获得的产品及其应用。

Description

涂覆方法和装置
在用液体涂覆介质涂覆陶瓷性或金属性蜂巢体/过滤器（下文称作基材）期间出现各种问题。
涂覆基材的一种可能性是使其一个侧面上的开口与可获得的涂覆介质接触，并通过施加真空至这种基材的对侧面而抽吸液体涂覆介质穿过基材的多条通道。如果意图是仅沿其部分长度涂覆这些通道，则不利的是不同通道因出现的不可避免的流动特征而在不同长度范围内涂覆。
如果通过压力迫使涂覆介质反抗重力进入通道，则在完全涂覆通道的情况下需要检查（总体上借助传感器）这种液体何时在顶端出现。在沿着通道的部分长度涂覆的情况下，涂覆介质的液柱在通道内部的高度由传感器测定。然而，如果这种基材由导电或半导电材料如金属或碳化硅组成，则这种方法不奏效。
另一个缺点在于这种涂覆介质总体上含有陶瓷颗粒，这些陶瓷颗粒具有摩擦作用并且在用于传输涂覆介质的泵（例如，活塞泵）的情况下导致严重磨损。
本发明的目的是提供一种用于涂覆基材的装置，这种装置没有现有技术的以上缺点。
这个目的通过一种以液体涂覆介质113、213涂覆基材的装置来实现，所述装置具有用一种液体103、203填充并具有一个活塞101、201的缸102、202，其中这种填充液体的缸102、202与一个储箱112、212连通，在所述储箱内部以如此方式布置一个移动体/排出体111、211，从而当活塞101、201移动时，移动体111、211由液体103、203成比例地移动，并且这个储箱112、212与用于基材121、221的涂覆装置122、222连通，其中移动体111、211作用于液体涂覆介质113、213上，结果是引起涂覆装置122、222中液体涂覆介质113、213的液位成比例地变化。
发明简述
1.一种用于以液体涂覆介质涂覆基材以便产生排气纯化催化剂、特别用于机动车辆的排气纯化催化剂的装置，所述基材是圆柱形载体并且分别具有两个端面301、一个圆周面302和轴向长度L，并且从第一端面至第二端面被多条通道310穿过，所述装置具有一个用液体填充并具有一个活塞的缸，其中填充液体的缸与一个储箱连通，在所述储箱内部以如此方式布置一个移动体，从而当活塞移动时，所述移动体由液体成比例地移动，并且所述储箱与用于基材的涂覆装置连通，其中所述移动体作用于液体涂覆介质上，结果是引起涂覆装置中液体涂覆介质的液位成比例地变化。
2.根据细目1的装置，其中这个活塞由电致动器移动。
3.根据细目1或2的装置，其中这种液体位于这个移动体内部并且液体涂覆介质位于外部，并且这个移动体的封闭外侧面作用于涂覆介质上。
4.根据细目1或2的装置，其中这种液体位于这个移动体外部并且液体涂覆介质位于内部，并且这个移动体的封闭内侧面作用于涂覆介质上。
5.根据细目1至3中一项或多项的装置，其中这种涂覆装置配有传感器，这些传感器响应于液体涂覆介质的液位并与一个控制单元相连接，这个控制单元监测活塞的移动并且处理由这些传感器传输的信号以监测活塞的移动，因而确保在涂覆装置中存在可重现的液位，而与液体介质的可用量无关。
6.根据细目1至5中一项或多项的装置，这个装置具有一个用于监测移动体位置的传感器。
7.根据细目1至6中一项或多项的装置，这个装置具有一个用于监测基材内部液体涂覆介质的液位的传感器。
8.一种用于涂覆基材的方法，该方法包括以下步骤：
制备所述基材；
制备根据细目1至7中一项的装置；
在涂覆装置上安排所述基材；
启动活塞的移动，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升；
涂覆介质渗透至基材的通道中直至与涂覆介质的移动体积成比例的、这些通道的所希望的填充液位或涂覆长度；
从基材的通道中移走涂覆介质，从而涂层在通道内形成。
9.根据细目8的用于涂覆基材的方法，该方法包括以下步骤：
制备所述基材；
制备根据细目1至7中一项的装置；
在涂覆装置上安排所述基材；
启动活塞的移动，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的第一液位；
检测涂覆介质到达第一液位；
重新启动或继续移动活塞，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的第二液位；从而结果如下：涂覆介质渗透至基材的通道内直至与涂覆介质的移动体积成比例的、这些通道的所希望的填充液位或涂覆长度；
从基材的通道中移走涂覆介质，从而涂层在通道内形成。
10.根据细目9的方法，其中涂覆介质的第二液位处于基材内部。
11.根据细目8至10中一项或多项的方法，其中将一个已经用一种酸、碱性溶液或盐溶液润湿或浸渍的基材安排在涂覆装置上。
12.根据细目8至11中一项或多项的方法，其中通过施加真空至基材的下端面引起涂覆介质的移走。
13.一种用于产生机动车辆用排气过滤器的涂覆基材，其中这些通道在其内部配备有至少一种催化活性涂层，通道的涂覆长度小于轴向长度L，并且通道的涂覆长度在一个基材的至少95%通道中差异不多于5mm，优选地不多于3mm。
14.根据细目13的涂覆基材，具有40%至75%的孔隙度。
15.根据细目13或14的涂覆基材，具有多于7μm的平均孔径。
16.根据细目13至15中一项的涂覆基材，具有0.002英寸至0.1英寸的壁厚度。
17.根据细目13至16中一项的涂覆基材，具有每平方英寸100至400个泡孔的泡孔密度。
18.根据细目13至17中一项的涂覆基材，其中这些通道在其内部配备有至少一种第一催化活性涂层和一种第二催化活性涂层，用这种第一催化活性涂层和这种第二催化活性涂层涂覆的通道长度在每种情况下小于基材的轴向长度L，并且在基材的至少95%通道中，用这种第一催化活性涂层和这种第二催化活性涂层涂覆的通道长度彼此分别地相差不多于5mm、优选地3mm，并且其中这两个涂层之间的间距在基材的至少95%的通道中不多于5mm，有利地不多于3mm，尤其不多于1mm。
19.根据细目18的涂覆基材，其中第一涂层是一种SCR催化剂并且第二涂层是一种氧化催化剂。
20.根据细目19的涂覆基材，其中氧化催化剂是元素周期表的第VIII族贵金属，如铂、钯、钌、铑、金、铱或其混合物。
21.根据细目20的涂覆基材，其中将氧化催化剂施加至一个多孔的固相载体、优选地施加至多孔无机氧化物，如氧化铝或二氧化硅。
22.根据细目19的涂覆基材，其中SCR催化剂含有选自包含二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、氧化铈、氧化锆、或其混合物的组中的氧化物。
23.根据细目22的涂覆基材，其中SCR催化剂含有二氧化钛作为基质、按重量计高达10%的五氧化二钒和按重量计高达20%的三氧化钨。
24.根据细目19至23中一项的涂覆基材，其中第一涂层是一种含有五氧化二钒和氧化铝的SCR催化剂，并且第二涂层是一种含有铂、金、钯和氧化铝的氧化催化剂。
25.根据细目19至23中一项的涂覆基材，其中第一涂层是一种含有二氧化钛、五氧化二钒和三氧化钨的SCR催化剂，并且第二涂层是一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。
26.根据细目19至21中一项的涂覆基材，其中第一涂层是一种含有沸石、尤其与铁或铜交换过的沸石的组合物的SCR催化剂，并且第二涂层是一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。
27.根据细目19至21中一项的涂覆基材，其中第一涂层是一种SCR催化剂，它含有与铁交换过并且具有每克催化剂材料至少20毫升氨的氨储存容量的β沸石，并且第二涂层是一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。
28.根据细目19至21中一项的涂覆基材，其中第一涂层是一种含有沸石、尤其与铁或铜交换过的沸石的组合物的SCR催化剂，并且第二涂层是一种含有钯和/或铑以及氧化铝的氧化催化剂。
29.根据细目1至7中一项或多项的装置、细目8至12中一项或多项的方法，用于产生机动车辆用排气过滤器的用途。
30.一种用于纯化含有氮氧化物和/或烃和/或颗粒的排气流的方法，该方法包括根据细目13至28中一项或多项的涂覆基材。
31.一种用于纯化含有氮氧化物和/或烃和/或颗粒的排气流的装置，该装置具有根据细目13至28中一项或多项的涂覆基材。
发明详述
活塞101、201有利地由电致动器100、200移动。为此目的，例如可以使用一台电机，这台电机配备有齿轮并且移动配备有齿条的活塞。
基材121、221总体上是一种中空基材，它由金属或陶瓷组成并且具有至少一条内通道110、210、310，通常具有多条内通道。这些基材总体上是基本上圆柱形的载体，这些载体分别具有一个圆柱体轴线、两个端面、一个圆周面和一个轴向长度L并且从第一端面至第二端面被多条通道穿过。此类载体还经常称作蜂巢体
Figure BDA00001986743200061
具体而言，这些基材可以是可具有约10cm-2至250cm-2高泡孔密度（每截面面积的内通道数目）的通流蜂巢体，还可以是壁流式过滤器。这种基材可以由例如堇青石、莫来石、钛酸铝、碳化硅或金属（如钢或不锈钢）组成。这种基材有利地是整体式、圆柱形成型的催化剂载体并且由与来自内燃发动机的排气的汽缸轴线平行的多条流动通道穿过。此类整体式催化剂载体大规模地用于生产汽车排气催化剂。催化剂载体的截面形状取决于在机动车辆上的安装要求。广泛地使用具有圆形截面、椭圆形或三角形截面的催化剂体。流动通道总体上具有方形截面并且以窄间隔样式在催化剂体的整个截面范围内安排。根据应用，这些流动通道的通道或泡孔密度总体上在10和250cm-2之间变动。对于电动电机车上的排气纯化，至今仍频繁地使用具有约62cm-2泡孔密度的催化剂载体。这种基材有利地以对液体密闭的方式安排在涂覆装置上，这一点可以借助至少一种密封件实现。这种密封件可以是中空的，并可以在它安排在涂覆装置上或插入其中时，用气体或液体填充，并且可以形成一种无漏封闭。接头的密封性可以借助压力或流量传感器检查。
移动体111、211是一种中空体，它通过适宜的压力作用而膨胀并再次收缩并且可以由任何柔性材料（如橡胶、塑料或金属）制成，不过这种材料必须相对于液体103、203和液体介质113、213是惰性的。
这种液体无需满足任何特定的要求，但是不应当具有腐蚀或摩擦作用，它的性能也不应当在使用条件下改变。例如，液压油或水是合适的。
液体涂覆介质113、213例如是用于涂覆机动车辆用排气过滤器的悬浮液或分散体（“修补基面涂层（washcoat）”），它含有催化活性组分或其前体和无机氧化物如氧化铝、二氧化钛、氧化锆或其组合，对于氧化物而言例如可能掺杂有硅或镧。钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、镍的氧化物或稀土元素金属（如镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱）或其组合可以用作催化活性组分。贵金属如铂、钯、金、铑、铱、锇、钌及其组合也可以用作催化活性组分。这些金属还可以作为彼此或与其他金属的合金或作为氧化物存在。这些金属还可以作为前体存在，如所述贵金属及其混合物的硝酸盐、亚硫酸盐或有机基，并且具体是硝酸钯、亚硫酸钯、硝酸铂、亚硫酸铂或Pt(NH3)4(NO3)2可以用于液体涂覆介质中。通过在约400°C至约700°C锻烧，随后可以从这种前体获得催化活性组分。为涂覆一种用于产生汽车排气催化剂的基材，最初可以使用无机氧化物的悬浮液或分散体用于涂覆，此后，在后续涂覆步骤中，可以施加含有一种或多种催化活性组分的悬浮液或分散体。然而，对于这种液体涂覆介质而言还可能同时含有这两种组分。液体涂覆介质经常具有35%和52%之间的固形物含量以及15cps和300cps之间的粘度。
移动体111、211的几何形状可以匹配于储箱112、212的内部形状，但是这不是绝对必需的。因而，在一个方面，具有矩形或圆形底面区域的波纹管可以在具有相应内部形状的储箱中使用并且因而可以如同在液体涂覆介质113、213上的一种可液压膨胀的柱塞（Stempel）一样发挥作用。同样地可能的是将移动体111、211设计为一种球状橡胶囊，它作用于液体涂覆介质113、213，而无需与这个储箱的内部几何形状进行任何特别的匹配。移动体111、211可以基本上完全填充这个储箱，但是这不绝对地必须是这样，只要移动体111、211足够大而能用液体涂覆介质填充涂覆装置122、222和待涂覆的基材121、221的体积。除了借以与缸102、202和涂覆装置122、222连通的开口外，储箱112、212相对于环境必须是密封的或能够被封闭。然而，有利的是，储箱112、212具有液体涂覆介质113或液体203的入口并且可以为维护和清洁目的而有利地打开或拆散。
缸102、202可以按多种方式与储箱112、212连通。在一个方面，这种液体可以位于移动体111内部并且液体涂覆介质113可以位于储箱112中移动体111外部，结果是移动体111的封闭外侧面作用于液体涂覆介质113上。在这种情况下，压力在这个储箱中产生，并且借助这种压力，液体介质113通过离开这个储箱的一个开口，经一条管线114传输至涂覆装置122。
在本发明的另一个实施方案中，液体203可以位于储箱212中的移动体211外部，并且液体涂覆介质213可以位于移动体211内部，结果是移动体211的封闭内侧面作用于液体涂覆介质213上，并且液体涂覆介质213通过离开储箱212的一个开口，经一条管线214传输至涂覆装置222。
在本发明的另一个实施方案中，涂覆装置122、222配有传感器123、223，它们响应于液体涂覆介质113、213的液位。
在适用的、可能的传感器包括一种当液位上升时响应于折射率变化的折射率传感器、一种电导率传感器或就是一种光电屏障。
有利的是，这些传感器与控制单元115、215连接，其中所述控制单元监测活塞101、201的移动并且处理由传感器123、223传输的信号以监测活塞的移动，因而可以确保在涂覆装置122、222中存在液体涂覆介质113、213的可重现液位130、230，而这与液体涂覆介质113、213的量无关。如果许多基材121、221一个接一个地涂覆，则液体涂覆介质113、213在这个装置中的量随着每个涂覆操作连续地减少，结果是对于相同的过程参数而言，涂覆装置122、222中的液位降低。通过使用传感器123、223，可以补偿这种影响并且可以确保恒定液位，甚至当添加额外的液体涂覆介质时也是如此。通过使用一个合适的控制单元125、225，这个控制单元处理来自传感器的信号并且控制活塞101、201或控制用来致动活塞的（优选电动的）致动器100、200，可以自动地设定涂覆装置122、222中液体涂覆介质113、213的指定水平130、230。
另外，根据本发明的装置可以具有一个用于监测移动体位置的传感器。为此目的，可以例如使用监测移动体的膨胀或位置的光电屏障124、224、超声波传感器或机械传感器（例如，拨动开关）。如果移动体具有泄漏，则这可以通过这种手段检测到，因为在这种情况下，移动体不再完全返回到其起始位置或不再充分地膨胀。这种类型的传感器随后指示这种事件。
另外，根据本发明的装置可以具有一个用于监测基材121、221内部液体涂覆介质的液位123、232的传感器。以这种方式，当基材已经涂覆了希望的基材长度时，可以中断液体涂覆介质向基材的供应。然而，当然这种传感器并不总是必需的，因为根据本发明装置的一个优点是，如果基材的内部体积是已知的，则这种监测没有必要实施。然而，可能有利的是，这种类型的传感器出于校准这种装置的目的而存在。
本发明还涉及一种用于产生排气过滤器和或排气纯化催化剂、尤其用于机动车辆的涂覆基材，其中这些通道在其内部配备有一种催化活性涂层，通道的涂覆长度小于轴向长度L，并且通道的涂覆长度在一个基材的至少95%通道中差异不多于5mm，优选地不多于3mm。在本发明意义下的排气过滤器可以例如从仅进行排气的化学清洁但是不进行机械清洁（例如，移去烟灰）的通流蜂巢体、或从其中排气通过流动通道的多孔壁从而实现排气的化学及机械清洁的壁流式过滤器中产生。
基材的通道经常不在整个轴向长度L范围内涂覆，而如上文所述仅在其部分长度范围内涂覆。有利的是，如果可能，这些通道在内部涂覆的长度对于全部通道而言是基本上相同的。在基材的通道用根据本发明的装置进行内部涂覆后，将这些基材干燥并且进行至少一种热处理。
适于产生机动车辆用排气过滤器的、最终制成的基材具有一个特别均匀的涂层，这个涂层的特征在于，不同通道的涂覆长度彼此差异不多于5mm、尤其不多于3mm，这适用于一个基材的全部通道的至少95%，有利地适用于一个基材的全部通道的至少99%，尤其适用于全部通道的100%。缺陷可以意指在基材的一些通道中的流量和压力条件明显不同于其他通道，其影响在于液体涂覆介质在这些涂覆条件下明显更困难地或明显较不困难地渗透并且在单独的通道的更短或更长长度范围内沉积。在这些情况下，所希望的均匀涂覆长度仅可以在一些通道中实现，但是这种总体上多于全部通道的95%。
本发明还涉及一种用于涂覆基材的方法，该方法用所述装置来实施。
这种涂覆基材的方法具有以下步骤：
制备所述基材；
制备本发明的装置；
在涂覆装置上安排所述基材；
启动活塞的移动，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升；
涂覆介质渗透至基材的通道中直至与涂覆介质的移动体积成比例的、这些通道的所希望的填充液位或涂覆长度；
从基材的通道中移走涂覆介质，从而涂层在通道内形成。
通过施加压力梯度引起涂覆介质从基材的通道中移走，从而在中断涂覆介质向基材供应后移走过量的涂覆悬浮液。
根据本发明，由于涂覆介质在涂覆装置122、222和基材121、221中的液位在此降低，故移走过程可以通过收回活塞101、201引起，从而产生压力梯度并且从基材的通道中移走过量的涂覆介质。然而，涂覆介质的移走还可以通过已知的现有方法引起，并且这在下文描述。
例如，这可以通过施加真空至下端面（例如，通过打开一个通向抽真空的真空储器的阀门）做到。与此同时，在基材上端面上，相对于涂覆基材和涂覆悬浮液为惰性的空气或某种其他气体（如氮）可以在不加压的情况下供应至上端面。由于真空储器中的压力下降，因此还存在这种气体在基材的通道中流速的降低。这种类型的一个过程例如在EP-A1-941763，第4页，第56行至第5页，第36行中描述，对所述文献进行参考。
然而，这个过程还可以倒转，并且将真空施加至上端面并将气体供应至基材的下端面。根据US-B-7094728，同样还可以改变或倒转这种供应一次或多次，导致更均匀地涂覆基材中的通道。
作为施加真空（“通过抽吸作用倒空或清空基材”）的替代，还可能的是施加一个过量的压力（“吹出”基材）。为此目的，将相对于涂覆基材和涂覆悬浮液为惰性的空气或某种其他气体（如氮）在压力下供应至上端面或下端面。在这个过程期间，与经受气体压力的端面相对的端面必须确保足够的量的气体可以流走。为此目的，可以施加真空，但这不是绝对必需的。然而，气体或液体压力也不应从相对的面施加，以确保一个足以从基材的通道中移走过量涂覆悬浮液的气体流速。还在这种情况下，如在上文简要描述的US-B-7094728方法中，可以从上端面和下端面交替地供应过量压力。
在移走过量的涂覆悬浮液后，根据需要，将基材干燥并且进行热处理（煅烧）。
在热处理之前，可以将基材干燥。这个措施是任选的，因为基材在后续热处理期间无论如何都是干燥的。
为此目的，在从涂覆装置中移出后，可以使在20°C和150°C之间的温度下以多于4m/s、优选地7-10m/s的速率流动持续5秒至20秒的预热空气流与重力相反地通过基材的通道（例如从下方）。通过在热处理（锻烧）之前这种类型的预干燥，可以避免在基材下端处流动通道的阻塞或通道的缩窄，这在非常高的填充率时经常观察到。这种额外的措施使得可能用比正常更高的量的涂料填充基材，而在干燥和锻烧过程期间流动通道不堵塞或缩窄。涂覆分散体在基材上的浓度可以因而通过这种措施增加。
热处理总体上在约150°C至约800°C、特别在约200°C至700°C、有利地在约250°C至约600°C的温度实施。热处理的时间是在约10°C/分钟至约50°C/分钟，特别地约20°C/分钟至约40°C/分钟、有利地约35°C/分钟至约45°C/分钟的加热速率时约1至5小时、有利地2至3小时，加热速率与炉的温度相关。在分批热处理的情况下，加热速率可以通过炉的适宜的受控加热来实现，或在连续过程中，通过控制基材穿过隧道炉的输送速率来实现，这种隧道炉以限定的温度曲线运行。
在本发明方法的一个实施方案中，基材在安排于涂覆装置上之前被润湿。在干燥状态下，这些基材具有巨大的液体吸收容量。尤其当涂覆具有120cm-2和以上泡孔密度的高度泡孔状基材时，这可以导致甚至在填充过程期间涂覆介质的固化和流动通道的阻塞。因此有利的是在涂覆之前润湿基材。这可以是用一种酸、一种碱或一种盐溶液预浸渍。预浸渍有助于通过溶胶-凝胶法在通道壁上形成涂层。涂覆分散体和预浸渍的通道壁之间的接触改变分散体的pH。这种分散体从而转化成凝胶。
在本发明方法的另一个实施方案中，移动体以以如下方式作用于涂覆介质上，从而排出与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升直至涂覆介质已经达到在涂覆装置中的第一液位。这种第一液位如下定义：涂覆装置中的液位在开始对一个基材进行每个涂覆操作之前总是相同的，因而使得可能实现可再现的通道涂覆长度，甚至当液体涂覆介质的量减少时也是如此。第一液位的到达可以通过传感器123、223所触发的一个信号检测到。
在到达涂覆介质的第一液位后，将所需要用来涂覆基材的涂覆介质的体积（即，涂覆基材的通道内部直至希望的通道涂覆长度所需要的体积）导入通道内。为此目的，移动体以如下方式作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升，即涂覆介质渗透入基材的通道内向上至与移动体积成比例的、所希望的通道填充液位或涂覆长度，直至涂覆介质已经到达在涂覆装置中的第二液位。第二液位的到达可以通过一个传感器检测到。涂覆介质的第一液位处于涂覆装置122、222内部，而涂覆介质的第二液位处于基材121、221内部或至少处于与基材121、221的上端面相同的水平上但是优选地高于上端面。如果第二液位处于基材内部，则实现了小于基材轴向长度L的基材涂覆长度。如果涂覆介质的第二液位处于与基材121、221的上端面相同的水平上但是优选地高于上端面，则基材的通道的内部在整个轴向长度L范围内涂覆。
有利的是，第二液位的监测由传感器实施，但目的仅在于校正，即设定用于控制这种装置的参数。一旦这些参数已知，相同种类的基材可以使用相同参数可重复地涂覆，而在每个涂覆操作中不用传感器检测第二液位。
（过量）涂覆介质随后从基材的通道中移走，从而涂层在通道内形成。如上文所述，获得的基材随后根据需要进行干燥，并且经历热处理。
本发明因此还涉及一种用于涂覆基材的方法，该方法包括以下步骤：
制备所述基材；
制备本发明的装置；
在涂覆装置上安排所述基材；
启动活塞的移动，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的第一液位；
检测涂覆介质的第一液位的到达；
重新启动或继续移动活塞，结果是由活塞排出的液体与所排出液体体积的量成比例地移动移动体；
移动体作用于涂覆介质上，从而将与移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的第二液位；从而结果如下：涂覆介质渗透至基材的通道内直至与涂覆介质的移动体积成比例的、这些通道的所希望的填充液位或涂覆长度；
从基材的通道中移走涂覆介质，从而涂层在通道内形成。
本发明因而允许可再现的基材通道涂覆长度，基材内部的涂覆长度仅有微小偏差，并且可产生用于涂覆的装置，这种装置显示了微小的磨损，甚至在具有高度摩擦作用的的涂覆介质情况下也是如此。
适于产生机动车辆用排气过滤器的、最终制成的基材（即，涂覆和热处理或煅烧过的基材）具有一个特别均匀的涂层，其特征在于不同通道的涂覆长度彼此差异不多于5mm、尤其不多于3mm，这适用于一个基材的至少全部通道的95%，有利地适用于一个基材的至少全部通道的99%，尤其适用于全部通道的100%。缺陷可以意指在基材的一些通道中的流量和压力条件明显不同于其他通道，其影响在于液体涂覆介质在这些涂覆条件下明显更困难地或明显较不困难地渗透并且在各条通道的更短或更长长度范围内沉积。在这些情况下，所希望的均匀涂覆长度仅可以在一些通道中实现，但是这总体上多于全部通道的95%。在这种情况下，通道的涂覆长度小于轴向长度L。均匀的涂覆长度具有以下优点：可能以这种方式从相应基材的彼此相对端导入两种涂料。如果这些涂料是不同的并且必须相互分隔（例如，因为涂料组分彼此以不希望的方式反应或在其作用时彼此损害），必须在两种涂料之间维持并可靠地确保一个间距。在此有利的是，涂覆长度可以尽可能精确和可靠地设定，因为以这种方式，只需将基材的一个仅较短的长度用于涂料之间的间距、保持未涂覆并且因而不能工作。从而可能的是实现改进的排气纯化作用或是减少用涂料对基材的填充。
因而可能以特别有利的方式使用本发明的装置和方法以获得用于产生机动车辆用排气过滤器的涂覆基材，其中，这些通道在其内部配备有至少一种第一催化活性涂层和一种第二催化活性涂层，用这种第一催化活性涂层和这种第二催化活性涂层涂覆的通道长度在每种情况下小于基材的轴向长度L，并且在基材的至少95%的通道中，用这种第一催化活性涂层和这种第二催化活性涂层涂覆的通道长度彼此分别地相差不多于5mm、优选地3mm，并且其中这两个涂层之间的间距在基材的至少95%的通道中不多于5mm，有利地不多于3mm，尤其不多于1mm。
图3A和图3B显示了这种类型的涂覆基材300。这种基材具有两个端面301、一个圆周面302和长度（L），并且在这些端面之间由多条通道310穿过。在这种情况下，这些通道在第一部分长度303范围内配有第一涂层330并且在另一个部分长度305范围内配有第二涂层340，所述涂层由图3A中的加粗线显示、形成了分别配有第一涂层和第二涂层的两个区段。这两个区段303、305之间的间距304优选地是最小的，为此目的，两个区段303、305内必需有尽可能均匀的涂覆长度，以避免重叠。根据本发明，这种无涂料间距304不多于5mm，有利地不多于3mm，尤其不多于1mm。在图3A中，显示了具有圆形端面的基材300。当然，这个端面也可能具有矩形、方形、椭圆形、三角形、六边形或其他多边形形状，导致基材的相应不同立体形状，例如，棱柱形或立方形。
配有第一涂层330和第二涂层340的部分长度可以是相同的或不同的。
第一涂层和第二涂层有利地是不同类型的。在本发明的一个实施方案中，这些涂层的至少一种是一种氧化催化剂或一种SCR催化剂。在本发明的一个特别有利的实施方案中，第一涂层330是一种SCR催化剂并且第二涂层340是一种氧化催化剂。
有利的是，这种氧化催化剂有利地在一种多孔固相载体、一般是一种多孔无机氧化物如氧化铝或二氧化硅上含有元素周期表的第VIII族贵金属，如铂、钯、钌、铑、金、铱或其混合物。在作为载体的多孔铝氧化物上的铂是特别有利的。在涂覆基材上的这种涂层总体上含有0.1至10g/ft3的铂。
在本发明的具体实施方案中，这种SCR催化剂含有选自包含二氧化钛、五氧化二钒、三氧化钨、氧化铈、氧化锆、或其混合物的组中的氧化物。
在本发明的另一个具体实施方案中，这种SCR催化剂含有二氧化钛作为基质、按重量计高达10%的五氧化二钒和按重量计高达20%的三氧化钨。
在本发明的另一个具体实施方案中，第一涂层含有一种含有五氧化二钒和氧化铝的SCR催化剂，并且第二涂层含有一种含有铂、金、钯和氧化铝的氧化催化剂。在这种情况下，第二涂层优选地含有0.1至10g/ft3的铂、金或其组合。
在本发明的另一个具体实施方案中，第一涂层含有一种含有二氧化钛、五氧化二钒和三氧化钨的SCR催化剂，并且第二涂层含有一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。在这种情况下，第二涂层优选地含有0.1至10g/ft3的铂。
在本发明的另一个具体实施方案中，第一涂层含有一种含有沸石、尤其与铁或铜交换过的沸石的组合物的SCR催化剂，并且第二涂层含有一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。在这种情况下，第二涂层优选地含有0.1至10g/ft3的铂。
在本发明的另一个具体实施方案中，第一涂层含有一种SCR催化剂，这种SCR催化剂含有与铁交换过并且具有每克催化剂材料至少20毫升氨的氨储存容量的β沸石，并且第二涂层含有一种含有铂和氧化铝的氧化催化剂。在这种情况下，第二涂层优选地含有0.1至10g/ft3的铂。
在本发明的另一个具体实施方案中，第一涂层含有一种含有沸石、尤其与铁或铜交换过的沸石的组合物的SCR催化剂，并且第二涂层含有一种含有铂和/或铑以及氧化铝的氧化催化剂。在这种情况下，第二涂层优选地含有0.1至10g/ft3的铂、铑或其组合。
适于产生机动车辆用排气过滤器的涂覆基材具有多于40%、总体上40%至75%、尤其45%至60%的孔隙度。平均孔径是至少7μm，例如7μm至34μm，优选地多于10μm，尤其10μm至20μm或11μm至19μm。具有11μm至33μm平均孔径和40%至60%孔隙度的、适于产生机动车辆用排气过滤器的、最终制成的基材是特别有利的。
基材的泡孔密度总体上高达700个或更多个/英寸2（平方英寸），虽然显著更低的泡孔密度是常见的，如7个至600个/英寸2、尤其100个至400个泡孔/英寸2（400个泡孔/英寸2与大约62个泡孔/cm2相对应），并且泡孔的形状可以是矩形、方形、圆形、椭圆形、三角形或六边形或可以具有一些其他的多边形形式。泡孔密度是在平面图中每单位面积的通道数目的一个量度，这些通道与纵轴平行地横穿基材。壁厚度，即，将多条通道彼此分隔的壁的厚度，是0.002至0.1英寸（约0.005cm至约0.25cm）、优选地0.002至0.015英寸（约0.005cm至0.038cm）。有利的基材具有约0.01英寸至0.02英寸的壁厚度（约0.0254cm至0.058cm），优选地具有40%至60%孔隙度和10μm至20μm的平均孔径。
附图详细说明
图1显示了一种用于涂覆基材121中的多个通道110的本发明装置，它具有在缸102中由致动器100驱动的活塞101，所述缸用液体103填充并且通过缸102至移动体111的一个连接104，允许在储箱112中对移动体111进行驱动，所述储箱用液体涂覆介质113填充并且具有两个管线部分114、116，一个多路阀115插入在储箱112和涂覆装置122之间，其中涂覆装置122配备有基材121和用于确定第一液位130的多个传感器123。额外的传感器124用来监测储箱112中涂覆介质113的排出容积和移动体111的状态。
由传感器123、124测定的值传输至控制单元125，这个控制单元从它的方面来控制致动器100并因此控制活塞101。
在一个方面，多路阀115切换成在填充流方向117上用涂覆介质113填充涂覆装置122向上到达第一液位130，并且另一方面，达到在基材121中的第二液位132后，切换成在返回流方向118上与排放泵119并且与通向储存箱的连接管线120的连接，其中所述储存箱用于过量涂覆介质113并且用于容纳它以用于其他用途。
为此目的，所需要的全部控制命令优选地同样由中央控制单元125输出。
图2显示了一种用于涂覆基材221中的多个通道210的本发明装置，它具有在缸202中由致动器200驱动的活塞101，所述缸用液体203填充并且通过缸202的一个连接204与其中存在移动体211的储箱212连通，所述储箱212含有液体涂覆介质213并且经具有一个插入的多路阀215的两个管线部分214、216与涂覆装置222连接，其中涂覆装置配有一个基材221和用于确定涂覆介质213的第一液位230的传感器223。
通过储箱212上的额外传感器224，监测储箱212中涂覆介质的排出容积和移动体211的状态。由传感器223、224测定的值传输至控制单元225，这个控制单元从它的方面来控制致动器200并因此控制活塞201。
在一个方面，多路阀215切换成在填充流方向217上用涂覆介质213填充涂覆装置222向上到达第一液位230，并且另一方面，达到在基材221中的第二液位232后，切换成在返回流方向218上与排放泵219并且与通向储存箱的连接管线220的连接，其中所述储存箱用于过量涂覆介质213并且用于容纳它以用于其他用途。为此目的，所需要的全部控制命令优选地同样由中央控制单元225输出。
图3A和图3B以透视图显示一个基材300，它在其中央部分将一个区段拆分为三个面，以便可以观察到本发明的涂层结构之内。
在两个部分长度区域303、305内被涂覆的基材300具有两个端面301、一个圆周面302和长度（L），并且在这两个端面之间由多条通道301穿过。
第一涂层330施加至通道310中的第一部分长度区段303，而另一个部分长度区段305配有第二涂层340。
在两个部分长度区段303和305之间、或在两个涂层区域330和340之间，存在一个无涂层区域304，如图3B，尤其以放大的比例尺显示。
附图简述
图1：
100致动器
101活塞
102缸
103液体
104连接
110在基材121中的通道
111移动体
112储箱
113涂覆介质
114管线部分
115多路阀
116管线部分
117填充流方向
118用于移去涂覆介质113的返回流方向
119排放泵
120通向涂覆介质储器的连接管线
121基材
122涂覆装置
123用于检测液位130的传感器
124用于监测移动体111位置的传感器
125控制单元
130涂覆装置122中的113的第一液位
132基材121中的113的第二液位
图2：
200致动器
201活塞
202缸
203液体
204连接
210在基材221中的通道
211移动体
212储箱
213涂覆介质
214管线部分
215多路阀
216管线部分
217填充方向
218213的抽出流方向
219排放和抽出泵
220通向过量涂覆介质213的储器的连接管线
221基材
222涂覆装置
223用于检测液位230的传感器
224用于监测移动体位置的传感器
225控制单元
230涂覆装置222中的第一液位
232基材221中的第二液位
图3：
300基材
301端面
302圆周面
303第一部分长度区段
304两个部分长度303和305之间的间距
305第二部分长度区域
310基材300中的通道
330通道310中的第一涂层
340通道310中的第二涂层
L基材300的总长度
图4：401至407指如权利要求5中所述的七个方法步骤
图5：501至509指如权利要求6中所述的九个方法步骤
实例1
把由堇青石制成的通流蜂巢体用固形物含量为按重量计35%的、在水中于氧化铝上支撑的铂悬浮液（根据EP 957064中的实施例1获得）作为涂覆介质涂覆，所述通流蜂巢体具有101.6mm的长度以及短轴86mm、长轴131mm的椭圆形截面以及62cm-2的泡孔密度。为此目的，利用根据图2的装置。涂覆液位是45.8mm。在涂覆后，涂覆基材用空气流在100°C干燥并且在500°C煅烧。在每千个涂覆的载体后，涂覆的长度在涂覆后通过放射线照相术测定，并且通道的涂覆长度由数字图像评价法确定，并且形成了相应的最大长度和最小长度之间的差异。这种差异总是小于3.0mm。分析了200个涂覆的载体。图2中所显示的涂覆装置的运行是连续的。为了实施325000个涂覆操作，不需要为维护或修复而进行中断。
实例2
这个过程是如实施例1中那样的，但是使用如图1中所显示的装置。最大长度和最小长度之间的差异总是小于2mm。分析170个涂覆的载体。为了实施225000个涂覆操作，不需要为维护或修复而中断。

Claims (12)

1.一种用于以液体涂覆介质涂覆基材以便产生排气纯化催化剂、特别是用于机动车辆的排气纯化催化剂的装置，这些基材是圆柱形载体并且分别具有两个端面（301）、一个圆周面（302）和轴向长度L并且从第一端面至第二端面被多条通道（310）穿过，该装置具有一个用液体填充并具有一个活塞的缸，其中该液体填充的缸与一个储箱连通，在该储箱内部以如下方式布置一个移动体，从而当该活塞移动时，该移动体由该液体成比例地移动，并且该储箱与该用于基材的涂覆装置连通，其中该移动体作用于液体涂覆介质上，结果是引起涂覆装置中液体涂覆介质的液位成比例地变化。
2.如权利要求1中所述的装置，其中该活塞由一个电致动器移动。
3.如权利要求1至2中任何一项所述的装置，其中该涂覆装置配有传感器，所述传感器响应于液体涂覆介质的液位并与一个控制单元连接，该控制单元监测该活塞的移动并且处理由所述传感器传输的信号以监测该活塞的移动，因而与液体介质的可用量无关地确保在该涂覆装置中存在可重现的液位。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的装置，其具有一个用于监测该移动体位置的传感器。
5.一种用于涂覆从第一端面至第二端面被多条通道穿过的基材的方法，该方法包括以下步骤：
制备该基材；
制备如权利要求1至4中任何一项所述的装置；
在该涂覆装置上安排该基材；
启动该活塞的移动，结果是通过由该活塞排出的液体、与所排出液体体积的量成比例地移动该移动体；
该移动体作用于该涂覆介质上，从而把与该移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起该涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升；
该涂覆介质渗透至该基材的通道中，直至与该涂覆介质的移动体积成比例的、所述通道的、所希望的填充液位或涂覆长度；
从该基材的通道中移走该涂覆介质，从而该涂层在所述通道内形成。
6.如权利要求5中所述的用于涂覆基材的方法，该方法包括以下步骤：
制备所述基材；
制备如权利要求1至4中任何一项所述的装置；
在该涂覆装置上安排该基材；
启动该活塞的移动，结果是通过该活塞排出的液体、与所排出液体体积的量成比例地移动该移动体；
该移动体作用于该涂覆介质上，从而把与该移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起该涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的一个第一液位；
检测涂覆介质到达该第一液位；
重新启动或继续移动该活塞，结果是通过由该活塞排出的液体、与所排出液体体积的量成比例地移动该移动体；
该移动体作用于该涂覆介质上，从而把与该移动体的移动成比例的涂覆介质的体积排出，并且引起该涂覆装置中涂覆介质的液位相应上升至涂覆介质的一个第二液位；从而结果如下：该涂覆介质渗透至该基材的通道内，直至与该涂覆介质的移动体积成比例的、所述通道的、所希望的填充液位或涂覆长度；
从该基材的通道中移走该涂覆介质，从而该涂层在所述通道内形成。
7.一种用于产生机动车辆用排气过滤器的涂覆基材，其中所述通道在其内部配备有至少一种催化活性涂层，所述通道的涂覆长度小于轴向长度L，并且所述通道的涂覆长度在一个基材的至少95%的通道中相差不多于5mm，优选地不多于3mm。
8.如权利要求7中所述的涂覆基材，其中所述通道在其内部配备有至少一种第一催化活性涂层和一种第二催化活性涂层，用该第一催化活性涂层和该第二催化活性涂层涂覆的通道长度分别小于该基材的轴向长度L，并且在该基材的至少95%的通道中，用该第一催化活性涂层和该第二催化活性涂层涂覆的通道长度彼此分别地相差不多于5mm、优选地3mm，并且其中这两个涂层之间的间距在该基材的至少95%的通道中不多于5mm，有利地不多于3mm，尤其不多于1mm。
9.权利要求8中所述的涂覆基材，其中该第一涂层是一种SCR催化剂并且该第二涂层是一种氧化催化剂。
10.一种如权利要求1至4中任何一项所述的装置或如权利要求5至6中任何一项所述的方法用于产生机动车辆用排气过滤器的应用。
11.一种用于纯化含有氮氧化物和/或烃和/或颗粒的排气流的方法，该方法包括如权利要求7至9中任何一项所述的涂覆基材。
12.一种用于纯化含有氮氧化物和/或烃和/或颗粒的排气流的装置，该装置具有如权利要求7至9中任何一项所述的涂覆基材。
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