CN106714934A - 耐缺陷的蜂窝体结构 - Google Patents

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Abstract

在一种实施方式中，一种由陶瓷材料形成的蜂窝体结构或陶瓷蜂窝体结构包含至少一个限定蜂窝体结构的周界的外壁。多个一级区域间壁和二级区域间壁可沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨蜂窝体结构的宽度。一级区域间壁和二级区域间壁彼此相交以将蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域。一级区域间壁和二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度。各区域可包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道，各区域内的多个通道壁的厚度至少为tC；且TZmax＞2tC。

Description

耐缺陷的蜂窝体结构
相关申请的交叉引用
本申请依据35U.S.C.§119要求于2014年7月25日提交的美国临时申请系列号62/029040的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
背景
技术领域
本说明书总体上涉及用于过滤和/或催化剂应用中的蜂窝体结构，更具体而言，涉及耐缺陷的用于过滤和/或催化剂应用中的蜂窝体结构。
背景技术
蜂窝体结构，例如由陶瓷材料形成的蜂窝体结构被广泛用作消费品和商业设备中的抗污染装置中。例如，蜂窝体结构可作为催化转化器基材和颗粒物过滤器被用于车辆的尾气排放系统中。蜂窝体结构通常由限定出多个平行的气体引导通道的薄且多孔的陶瓷壁基质(也被称为“网格”)形成。
蜂窝体结构的这些薄且多孔的壁使结构容易因使用过程中所经历的机械冲击和/或极端的温度起伏而损坏和/或破裂。具体而言，蜂窝体结构的等静压强度主要受限于薄且多孔的壁中的几何缺陷。例如，在蜂窝体结构的制造过程中，形成结构的网格基质通常可具有一种或多种几何异常，例如弯曲或网格缺失。蜂窝体结构中数以千计的网格中的一个几何异常就会显著降低该蜂窝体结构的等静压强度，有可能导致该结构在使用和/或加工过程中发生机械失效。
通常采用检验系统来甄别制造过程中蜂窝体结构中所产生的几何缺陷。具有超出规定阈值的几何缺陷的蜂窝体结构会被废弃。然而，这些缺陷的经常出现会导致显著的生产损耗，并且会导致生产成本的上升。
所以，需要替代性的方法以降低蜂窝体结构对缺陷的敏感程度，从而改善具有这些缺陷的蜂窝体结构的等静压强度。
发明概述
根据一种实施方式，一种由陶瓷材料形成的蜂窝体结构或陶瓷蜂窝体结构包含至少一个限定蜂窝体结构的周界的外壁。多个一级区域间壁可沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨蜂窝体结构的宽度。一级区域间壁可基本上彼此平行且各一级区域间壁的相反端沿着宽度方向与所述至少一个外壁相交。多个二级区域间壁可沿着轴向方向延伸并与一级区域间壁相交。一级区域间壁和二级区域间壁将蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域。一级区域间壁和二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度。相邻区域可被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开。各区域可包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道，各区域内的多个通道壁的厚度至少为tC；且TZmax＞2tC。
在另一种实施方式中，一种由陶瓷材料形成的蜂窝体结构或陶瓷蜂窝体结构可包含至少一个限定蜂窝体结构的周界的外壁。多个一级区域间壁可沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨蜂窝体结构的宽度。一级区域间壁可基本上彼此平行且各一级区域间壁的相反端可沿着宽度方向与所述至少一个外壁相交。多个二级区域间壁可沿着轴向方向延伸并与一级区域间壁相交。一级区域间壁和二级区域间壁可将蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域。一级区域间壁和二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度。相邻区域可被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开。各区域可包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道。各区域内的多个通道壁的厚度可小于TZmax且大于或等于tC。各区域内的多个通道壁在与一级区域间壁和二级区域间壁的相邻处的厚度可厚于其在各区域的中心处的厚度，且TZmax＞2tC。
在以下的详细叙述中披露了本文所述的蜂窝体结构的附加特征和优点，其中的部分内容对于本领域的技术人员而言，可以通过所述内容或通过实施本文所描述的实施方式包括以下的详细叙述、所附权利要求以及附图而变得显而易见。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的蜂窝体结构；
图2示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的蜂窝体结构的局部截面；
图3示意性地图示了一种蜂窝体结构的区域的截面，其中，该区域内的通道壁的厚度向着该区域的中心递减；
图4示意性地图示了根据本文所展示和描述的一种或多种实施方式的具有六边形贯通通道的蜂窝体结构的局部截面；
图5A～5C示意性地图示了蜂窝体结构中可能发生的几何异常；
图6用图表图示了两种蜂窝体结构的等静压强度(归一化为施加的拉伸应力的峰值的倒数)随一级区域间壁和二级区域间壁的厚度而变化的情况；
图7用图表图示了经过加固的蜂窝体结构和未经加固的蜂窝体结构的等静压强度(归一化为施加的拉伸应力的峰值的倒数)随中间具有切口网格的相邻通道壁的数量而变化的情况；以及
图8用图表图示了以下三种蜂窝体结构的归一化的比强度(相对等静压强度/堆积密度)：(1)未经加固的蜂窝体结构；(2)经过加固的蜂窝体结构；和(3)具有与经过加固的蜂窝体结构等价的堆积密度的未经加固的蜂窝体结构。
发明详述
下面详细参考耐缺陷的蜂窝体结构的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。图1图示了耐缺陷蜂窝体结构的一种实施方式，其在本文中以附图标记100表示。该蜂窝体结构通常可包含至少一个限定所述蜂窝体结构的周界的外壁；多个一级区域间壁可沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨蜂窝体结构的宽度。一级区域间壁可基本上彼此平行且各一级区域间壁的相反端可沿着宽度方向与所述至少一个外壁相交。多个一级区域间壁可沿着轴向方向延伸并与一级区域间壁相交。一级区域间壁和二级区域间壁可将蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域。一级区域间壁和二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度。相邻区域可被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开。各区域可包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道。各区域内的多个通道壁的厚度可至少为tC。TZmax可大于2tC。下面将特别参照附图对耐缺陷蜂窝体结构的各种实施方式进行描述。
如本文所用，术语“等静压强度(isostatic strength)”是指一个蜂窝体结构所能够承受而不发生失效的最大等静压(单位为MPa)。等静压强度通过施加均压以在径向方向上“挤压”蜂窝体结构来确定。增加等静压直至发生失效以确定蜂窝体的等静压强度。
现在参考图1和2，图1中示意性地图示了一种蜂窝体结构100，图2中示意性地图示了蜂窝体结构100的径向截面的一部分。蜂窝体结构100可用作过滤来自气流(例如尾气气流)中的颗粒物质的过滤器和/或对气流中可能夹带的特定种类的污染物进行催化的催化基材。在本文所述的实施方式中，蜂窝体结构100可由陶瓷材料制成，例如堇青石、碳化硅、氧化铝、钛酸铝或其它任何适合在升高了的温度下使用的陶瓷材料。或者，蜂窝体结构100可由具有催化性能的活性材料制成，例如沸石。
蜂窝体结构100通常包含具有多个沿着轴向方向(即沿着图1所示的坐标轴的+/-Z方向)在入口端102与出口端104之间延伸的贯通通道101或孔道的蜂窝主体。蜂窝体结构100还包含包围多个通道101的外壁105(也称为“表皮”)。该外壁105可在蜂窝体结构的初始形成过程中挤出，或者可在随后的加工工序中作为后加的表皮层来形成，例如通过向通道的外周界部分施涂结皮水泥来形成。
蜂窝体结构100的贯通通道101在离散区域111内分组。区域111以及一些位于各区域111内的贯通通道101的至少一部分通过多个一级区域间壁106和多个二级区域间壁108的相交来限定。多个一级区域间壁106通常沿着蜂窝体结构100的轴向方向延伸，并且还沿着蜂窝体结构的宽度(即沿着图1中所示的坐标轴的+/-Y方向)延伸，且在蜂窝体结构100的周界处与外壁105相交。在一些实施方式中，多个一次区域间壁106基本上彼此平行。多个二级区域间壁108沿着蜂窝体结构的轴向方向延伸，并且与一级区域间壁106相交，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108将径向截面(即与图1中所示的坐标轴的X-Y平面面平行的蜂窝体结构100的截面)划分成多个区域111。
在一些实施方式中，如图1和2所示，多个一级区域间壁106和多个二级区域间壁108具有在蜂窝体结构100的径向截面上恒定的均匀厚度TZ(即TZ＝TZmax，其中TZmax是一级区域间壁106和二级区域间壁108的最大厚度)。在其它一些实施方式中，一级区域间壁106和/或二级区域间壁108的厚度可在一级区域间壁106与二级区域间壁108交点之间变化，以及/或者在一级区域间壁106或二级区域间壁108与外壁105的相交处同一级区域间壁106与二级区域间壁108的相交处之间变化。在一些实施方式中，一级区域间壁106和二级区域间壁108的最大厚度TZmax可出现在相交处之间的位置处。或者，一级区域间壁106和二级区域间壁108的最大厚度TZmax可出现在交点处。无论实施方式如何，应当理解的是一级区域间壁106和第二区域间壁108具有最大厚度TZmax。
在本文所述的实施方式中，一级区域间壁106和二级区域间壁108具有单壁厚度，这是指一级区域间壁106和二级区域间壁108不包含任何位于一级区域间壁106或二级区域间壁108的厚度之内的贯通通道。而且，相邻区域111被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开；
仍然参考图1和2，蜂窝体结构100的贯通通道101位于区域111内。具体而言，各区域111都包含多个沿着蜂窝体结构100的轴向方向延伸的通道壁110。多个通道壁110彼此相交，并与一级区域间壁106和二级区域间壁108相交以形成贯通通道101。在本文所述的实施方式中，完整的贯通通道101(即不与蜂窝体结构的外壁105直接相邻的那些贯通通道，以区别于与外壁105直接相邻且与外壁105至少部分相连的不完整的贯通通道)受至少一个通道壁110限制。换言之，各个完整的贯通通道101都受通道壁110限制，或者受通道壁101与一级区域间壁106和二级区域间壁108中的至少一者的组合的限制。
在本文所述的实施方式中，设定通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108的尺寸以改善蜂窝体结构100的等静压强度和耐损坏性。具体而言，在本文所述的实施方式中，一级区域间壁106和二级区域间壁108的厚度大于通道壁110的厚度。通过用壁厚度大于区域111内的通道壁110的厚度的一级区域间壁106和二级区域间壁108封闭各区域111，能够将区域111内的通道壁110中的任何几何异常所产生的降低强度的影响局部隔离至相应的区域111，从而提高蜂窝体结构的等静压强度和耐损坏性。
具体而言，在一种包含诸如弯曲网格(图5B和5C中所示)或“非编织性”网格(图5C中所示)的常规蜂窝体结构(即不具有加厚的一级区域间壁和二级区域间壁的蜂窝体结构)中，施加在蜂窝体结构外壁上的等静压力被从外壁经由通道壁或“网格”转移至蜂窝体结构的中心。然而，在通道壁弯曲、分离或丢失的位置，蜂窝体结构被局部削弱。当该被削弱的位置经受足够大的等静压力时，周围的通道壁会在所施加的负荷的作用下向着缺陷和破裂处弯曲，从而导致从局部削弱的区域起发生失效的连锁反应，最终导致蜂窝体结构的失效。
而在具有将蜂窝体结构100划分成多个区域111且厚度大于通道壁厚度的一级区域间壁106和二级区域间壁108的蜂窝体结构100中，位于区域111内的任何缺陷都通过一级区域间壁106和二级区域间壁108有效地隔离，不受所施加的等静压力影响。具体而言，通过一级区域间壁106和二级区域间壁108而非区域111的较不结实的通道壁，向蜂窝体结构100的外壁施加的任何等静压力被整体地分散在区域111之间和之中，从而防止了可能由于存在缺陷而发生局部削弱的区域111内的任何区域发生失效。
在本文所述的蜂窝体结构100中，形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax大于2tC。具体而言，已经确定的是，如果一级区域间壁106和二级区域间壁108的最大厚度TZmax小于或等于2tC，则蜂窝体结构100的等静压强度和耐缺陷性不会得到显著改善。在一些实施方式中，形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax大于或等于3tC或甚至大于或等于4tC。
已发现，一级区域间壁106和二级区域间壁108的最大厚度TZmax的增加可能会有损于蜂窝体结构100的其它特征，例如减小开放正面面积(open frontal area)、增加通过蜂窝体结构的压降以及增加蜂窝体结构的热质量。所以，在本文所述的实施方式中，形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax小于或等于10tC。在一些实施方式中，可形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax小于或等于8tC或甚至小于或等于7tC。例如，可形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax小于或等于6tC或甚至小于或等于5tC。
所以，应当理解的是，在一些实施方式中，可形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax在大于2tC至小于或等于10tC或甚至大于2tC至小于或等于8tC的范围内。在一些实施方式中，可形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax在大于2tC至小于或等于7tC或甚至大于2tC至小于或等于6tC的范围内。在另一些实施方式中，可形成通道壁110、一级区域间壁106和二级区域间壁108，以使一级区域间壁106和二级区域间壁108的TZmax在大于2tC至小于或等于5tC的范围内。
在本文所述的实施方式中，蜂窝体结构100的通道壁110的壁厚度通常在大于或等于约25微米至小于或等于约520微米的范围内。在一些实施方式中，蜂窝体结构100的通道壁110的壁厚度可在大于或等于约25微米至小于或等于约205微米的范围内。在另一些实施方式中，蜂窝体结构100的通道壁110的壁厚度可在大于或等于约100微米至小于或等于约500微米的范围内。
在图1和2所图示的蜂窝体结构100的实施方式中，各区域111内的通道壁110的厚度tC沿着各通道壁110的长度和在若干通道壁110之间基本上是均匀的(即所有的通道壁都具有基本上相同的厚度)。然而，应当理解的是，在另一些实施方式中，各区域内的通道壁110的厚度可发生变化。
参考举例图示了蜂窝体结构的一个区域111的图3，在一种实施方式中，各区域内的多个通道壁在与一级区域间壁106和二级区域间壁108的相邻处的厚度厚于其在各区域111的中心处的厚度。这赋予蜂窝体结构100以额外的强度，并且还有助于对各区域111内的缺陷进行隔离。例如，在图3所示的区域111中，与一级区域间壁106和二级区域间壁108相邻的通道壁110a的厚度厚于位于区域111中心处的通道壁110d的厚度。在一些实施方式中，各区域内的多个通道壁的厚度可从各区域的周界(即从一级区域间壁106和二级区域间壁108)向各区域111的中心递减。例如，在图3所示的区域111中，通道壁110a可以是区域111中最厚的，且该通道壁的厚度可从通道壁110a经由通道壁110b～110c向该区域中心处的通道壁110d逐渐减小。在一种实施方式中，各区域内的多个通道壁的厚度从小于约TZmax减小至tC。在上述通道壁的厚度发生变化的实施方式中，应当理解的是，区域111内的通道壁110的最小厚度为tC，且一级区域间壁106和二级区域间壁108的厚度基于通道壁110的最小厚度。
再次参考上文所述的图1和2，一级区域间壁106和二级区域间壁108的厚度可在交点之间变化。在一些实施方式中，一级区域间壁106的厚度在交点之间从tC变化至TZmax。在另一些实施方式中，二级区域间壁108的厚度在交点之间从tC变化至TZmax。在另一些实施方式中，一级区域间壁106和二级区域间壁108的厚度在交点之间从tC变化至TZmax。使一级区域间壁106和二级区域间壁108的厚度在交点之间从tC变化至TZmax为蜂窝体结构100带来了以最少量的材料实现最大强度的益处。
如图1所示，蜂窝体结构的各个完整的区域111包含至少4个贯通通道101。所以，应当理解的是，在本文所述的实施方式中，相邻的一级区域间壁106被至少两个贯通通道101隔开。相似地，相邻的二级区域间壁108被至少两个贯通通道101隔开。在本文所述的实施方式中，蜂窝体结构100可形成为通道密度不超过约900个通道每平方英寸(cpsi)。例如，在一些实施方式中，蜂窝体结构100的通道密度可在约100cpsi～约900cpsi的范围内。在另一些实施方式中，蜂窝体结构100的通道密度可在约300cpsi～约900cpsi的范围内。在另一些实施方式中，蜂窝体结构的通道密度可在约100cpsi～约400cpsi或甚至约200cpsi～约300cpsi的范围内。
在图1和2中所示的蜂窝体结构100的实施方式中，多个贯通通道101的截面基本上呈正方形。然而，应当理解的是，也可设想其它实施方式。例如，在一种实施方式中，如图4所示，蜂窝体结构100包含截面呈六边形的贯通通道101。在该实施方式中，蜂窝体结构100被划分成如上所述的具有多个一级区域间壁106和多个二级区域间壁108的多个区域111。各区域111还包含多个将区域111细分成多个贯通通道101的通道壁110。一级区域间壁106和二级区域间壁108相对于通道壁110的厚度如上文参照图1和2所述的那样。应当理解的是，还可以为贯通通道101设想其它截面形状，包括但不限于矩形、圆形、椭圆形、三角形、八边形、六边形或它们的组合。
如本文所述，使用厚度大于通道壁厚度的2倍的一级区域间壁和二级区域间壁来形成贯通通道的离散区域有助于通过对区域内的缺陷进行隔离来提高蜂窝体结构的等静压强度和耐缺陷性，有效地降低了蜂窝体结构对几何缺陷的敏感度。所以，本文所述的蜂窝体结构能够更好地承受更加密集的几何缺陷而不会损失相应的等静压强度。
在本文所述的实施方式中，具有厚度大于2tC的一级区域间壁和二级区域间壁的经过加固的蜂窝体结构具有比具有相同几何构型(即具有相同的贯通通道密度和通道壁厚度)的未经加固的蜂窝体结构更大的等静压强度。
另外，具有厚度大于2tC的一级区域间壁和二级区域间壁的经过加固的蜂窝体结构具有比具有相同的堆积密度和开放正面面积的未经加固的蜂窝体结构更大的等静压强度。
在本文所述的实施方式中，具有截面呈正方形的贯通通道的蜂窝体结构的堆积密度根据下式计算：
式中：
ρ总＝经过加固的蜂窝体结构的总堆积密度；
ρ材料＝形成蜂窝体结构的材料的堆积密度；
L标准＝贯通通道的间距(贯通通道的间隔)；
t标准＝标准(未经加固的)蜂窝体结构中的通道壁厚度；
X＝区域间壁的比例系数(比标准通道壁厚“X”倍)；
n＝区域间壁的间隔(每隔“n”个贯通通道设置一个增厚壁)。
本文所述的蜂窝体结构100一般通过挤出来形成，以使至少一级区域间壁、二级区域间壁和通道壁是整体式的，例如被从相同批次的陶瓷前体材料连续挤出成单位固体。在一些实施方式中，一级区域间壁、二级区域间壁、通道壁和外壁是整体式的，例如被从相同批次的陶瓷前体材料连续挤出成单位固体。例如，一批陶瓷前体材料可首先与适当的加工助剂混合。然后，对这批陶瓷前体材料进行挤出和干燥以形成具有上述结构的蜂窝生坯体。蜂窝生坯体的特定结构是通过经由模具来挤出该批陶瓷前体材料来实现的，所述模具本质上是所需蜂窝体结构的径向截面的“底片”。随后，按照适用于生产蜂窝烧制体的烧制程序对蜂窝生坯体进行烧制。
实施例
通过以下实施例对本文所述的实施方式做进一步阐述。
实施例1
通过计算机模拟构建了具有两种不同几何构型的蜂窝体结构，并且基于模型参数计算等静压强度。进行建模的第一种蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和600/2.9的几何构型(600个孔道每平方英寸，壁厚度为2.9密尔(73.66微米))。在以下三种条件下对等静压强度进行建模：未经加固且所有通道壁的厚度均为1X；经过加固且每隔4个孔道具有厚度为2X的一级和二级区域间壁；以及经过加固且每隔4个孔道具有厚度为3X的一级和二级区域间壁。第二种蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/4.5的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为4.5密尔(114.3微米))，且在以下三种条件下对等静压强度进行建模：未经加固且所有通道壁的厚度均为1X；经过加固且每隔4个孔道具有厚度为2X的一级和二级区域间壁；以及经过加固且每隔4个孔道具有厚度为3X的一级和二级区域间壁。利用处于施加的1MPa的等静压力下的各蜂窝体结构的建模得到的(归一化了的)峰值拉伸应力强度指数的倒数来对估计各蜂窝体结构的等静压强度。
图6用图表图示了实施例1的两种蜂窝体结构的计算得到的等静压强度(归一化为施加的拉伸应力强度指数的峰值的倒数)随一级区域间壁和二级区域间壁的厚度而变化的情况。如图6所示，无关几何构型，向基础结构以每隔4个孔道的方式添加增厚了的一级区域间壁和二级区域间壁显著增加各蜂窝体的有效等静压强度。
实施例2
通过计算机模拟构建了具有不同数量的缺陷的未经加固的蜂窝体结构和经过加固的蜂窝体结构，以评价各蜂窝体结构的等静压强度随缺陷密度而变化的情况。未经加固的蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/4.5的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为4.5密尔(114.3微米))。与第一种蜂窝体结构相似，经过加固的蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/4.5的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为4.5密尔(114.3微米))，但每隔4个孔道还包含厚度为3X的一级和二级区域间壁。对在一个、两个和三个相邻的通道壁中具有网格切口的经过加固和未经加固的结构的等静压强度进行建模。利用处于施加的1MPa的等静压力下的各蜂窝体结构的建模得到的(归一化了的)峰值拉伸应力强度指数的倒数来对估计各蜂窝体结构的等静压强度。
图7用图表图示了经过加固的蜂窝体结构和未经加固的蜂窝体结构的计算得到的等静压强度(归一化为施加的拉伸应力强度指数的峰值的倒数)随中间具有切口网格的相邻通道壁的数量而变化的情况。如图7所示，无关结构中所存在的缺陷的数量，经过加固的蜂窝体结构具有比未经加固的蜂窝体结构高得多(大于3倍)的等静压强度。
实施例3
对三种不同的蜂窝体结构进行数学建模。进行建模的第一种蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/4.5的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为4.5密尔(114.3微米))。进行建模的第二种蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/4.5的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为4.5密尔(114.3微米))，且每隔4个贯通通道包含经过加固的一级区域间壁和二级区域间壁。进行建模的经过加固的一级区域间壁和二级区域间壁具有比通道壁大3倍的厚度。所以，第一种蜂窝体结构和第二种蜂窝体结构具有等价的基底结构和相同的贯通通道中的标称网格厚度。进行建模的第三种蜂窝体结构具有正方形的贯通通道和400/6.85的几何构型(400个孔道每平方英寸，壁厚度为6.85密尔(174微米))。第二种蜂窝体结构和第三种蜂窝体结构具有等价的堆积密度(即各蜂窝体结构的陶瓷材料的体积相同)和开放正面面积。
将各蜂窝体结构的比强度(即等静压强度)近似为处于施加的1MPa的等静压下的(归一化了的)峰值外加拉伸应力强度指数除以材料的堆积密度所得到的数值的倒数。各蜂窝结构体的比强度绘于图8。如图8所示，第二种经过加固的蜂窝体结构的比强度明显高于第一种未经加固的蜂窝体结构的比强度，尽管这两种蜂窝体结构具有等价的基底结构和标称网格厚度。第二种经过加固的蜂窝体结构还具有比具有等价的堆积密度和比第二种经过加固的蜂窝体结构的通道壁厚约1.5倍的通道壁的第三种蜂窝体结构高得多的比强度。该模型数据证明第二种经过强化的结构相对于具有相同基底结构的蜂窝体结构以及相对于具有相同堆积密度但通道壁更厚的蜂窝体结构在强度方面具有明显的优势。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，且这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。

Claims (17)

1.一种陶瓷蜂窝体结构，其包含：
至少一个限定所述蜂窝体结构的周界的外壁；
多个沿着所述蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨所述蜂窝体结构的宽度的一级区域间壁，其中，所述一级区域间壁基本上彼此平行且各一级区域间壁的相反端沿着所述宽度方向与所述至少一个外壁相交；以及
多个沿着轴向方向延伸并与所述一级区域间壁相交的二级区域间壁，所述一级区域间壁和所述二级区域间壁将所述蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域，其中：
所述一级区域间壁和所述二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度；
相邻区域被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开；
各区域包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着所述蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道，各区域内的所述多个通道壁具有的厚度至少为tC；且TZmax＞2tC。
2.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，还包含不完整的贯通通道和完整的贯通通道，其中，所述蜂窝体结构的各个完整的贯通通道受至少一个厚度为tC的通道壁限制。
3.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，TZmax≤10tC。
4.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述多个一级区域间壁的厚度在tC至TZmax之间变化。
5.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述多个二级区域间壁的厚度在tC至TZmax之间变化。
6.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，相邻的一级区域间壁被至少两个贯通通道隔开。
7.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述一级区域间壁、所述二级区域间壁、所述外壁和所述多个通道壁包含相同的材料。
8.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述一级区域间壁、所述二级区域间壁和所述通道壁是整体式的。
9.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述蜂窝体结构的孔道密度大于或等于约100cpsi且小于或等于约900cpsi。
10.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，tC大于或等于约25微米且小于或等于约520微米。
11.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述贯通通道的截面呈正方形。
12.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述贯通通道的截面呈六边形。
13.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述蜂窝体结构的等静压强度大于具有相同几何构型的未经加固的蜂窝体结构的等静压强度。
14.如权利要求1所述的蜂窝体结构，其特征在于，所述蜂窝体结构的等静压强度大于具有相同的开放正面面积和等价的堆积密度的未经加固的蜂窝体结构的等静压强度。
15.一种陶瓷蜂窝体结构，其包含：
至少一个限定所述蜂窝体结构的周界的外壁；
多个沿着所述蜂窝体结构的轴向方向延伸并横跨所述蜂窝体结构的宽度的一级区域间壁，其中，所述一级区域间壁基本上彼此平行，且各一级区域间壁的相反端沿着所述宽度方向与所述至少一个外壁相交；以及
多个沿着轴向方向延伸并与所述一级区域间壁相交的二级区域间壁，所述一级区域间壁和所述二级区域间壁将所述蜂窝体结构的径向截面划分成多个区域，其中：
所述一级区域间壁和所述二级区域间壁具有最大厚度为TZmax的单壁厚度；
相邻区域被单个一级区域间壁或单个二级区域间壁隔开；
各区域包含多个通道壁，所述通道壁相交而将所述区域细分成多个沿着所述蜂窝体结构的轴向方向延伸的贯通通道，各区域内的所述多个通道壁的厚度小于TZmax且大于或等于tC，且各区域内的所述多个通道壁在与所述一级区域间壁和所述二级区域间壁的相邻处的厚度厚于其在各区域的中心处的厚度；且TZmax＞2tC。
16.如权利要求15所述的蜂窝体结构，其特征在于，各区域内的所述多个通道壁的厚度从各区域的周界向各区域的中心递减。
17.如权利要求15所述的蜂窝体结构，其特征在于，各区域内的所述多个通道壁的厚度从小于约TZmax向tC递减。
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