CN109562531B - 用于蜂窝主体制造的激光加工湿法蜂窝陶瓷挤出的方法 - Google Patents

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Abstract

一种蜂窝主体的制造方法，包括：沿轴向(A)挤出蜂窝挤出物(200)，该蜂窝挤出物(200)具有外周(206)；以及原位激光加工蜂窝挤出物(200)，以便在蜂窝挤出物中形成激光切口。一种用于原位切割湿生坯陶瓷挤出物的系统，包括激光器(500,732,826)，该激光器被配置为将激光能量照射到湿生坯陶瓷制品的外周，该激光能量适于切穿外周(206)的至少一部分。

Description

用于蜂窝主体制造的激光加工湿法蜂窝陶瓷挤出的方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2016年6月8日提交的美国临时申请序列第62/347,291号的优先权。
背景技术
技术领域
本公开的示例性实施例涉及制造蜂窝主体的方法，更具体地，涉及用于多孔陶瓷蜂窝主体制造的激光加工湿法蜂窝陶瓷挤出。
背景技术讨论
来自内燃机的废气的后处理可以使用承载在高表面积基底上的催化剂，并且在柴油发动机和一些汽油直喷发动机的情况下，可以使用催化过滤器来用于去除碳烟灰颗粒。在这些应用中的过滤器和催化剂载体可以是耐火的、耐热冲击的、在pO2条件范围内稳定、不与催化剂体系反应、并且提供对废气流的低阻力。多孔陶瓷流通蜂窝基底和壁流式蜂窝过滤器可用于这些应用中。
陶瓷蜂窝结构的制造可以通过以下工艺来实现：塑化陶瓷粉末批料混合物、通过蜂窝挤出模头挤出该混合物以形成蜂窝挤出物、以及切割、干燥和烧制该挤出物以生产高强度和高耐热性的陶瓷蜂窝体。由此生产的陶瓷蜂窝体广泛用作机动车辆排气系统中的陶瓷催化剂载体，并且用作催化剂载体和壁流式颗粒过滤器，以用于从柴油发动机废气中去除烟灰和其它颗粒。
在商业上成功的用于陶瓷蜂窝体制造的工艺中，使用大型同向旋转双螺杆挤出机来混合和挤出陶瓷蜂窝体挤出物。拉挤挤压、压制、铸造、喷涂和三维打印是用于陶瓷蜂窝体制造的其他工艺。
湿蜂窝挤出物相对非常柔软并且在进一步处理过程中受到损坏，特别是在其已经干燥之前。处理可导致包括薄网和表皮结构的湿蜂窝形状的形状变形，或者需要处理特别大且重的挤出物部分。此外，横向于挤出轴线的大直径或正面区域的挤出物部分可能遭受蜂窝通道结构的变形和塌陷，因为该结构必须承受重量并承受上部结构在运输和处理过程中的横向重量变化。
本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开背景技术的理解，因此其可能包含不构成现有技术的任何部分的信息，也不包含现有技术可能对本领域普通技术人员的建议。
发明内容
本公开的示例性实施例提供了一种制造通道主体的方法。
本公开的示例性实施例还提供了一种制造蜂窝主体的方法。
本公开的示例性实施例还提供了一种用于原位切割湿生坯陶瓷挤出物的系统。
本公开的附加特征将在以下描述中提出，且部分会从描述中显而易见，或者可以通过实践本公开来获悉。
一个示例性实施例公开了一种制造通道主体的方法，包括：挤出通道挤出物，所述通道挤出物包括外周和至少一个通道，其中所述通道挤出物包含陶瓷粉末、陶瓷前体和陶瓷组合物中的至少一种；以及在通道挤出物被挤出时原位激光加工通道挤出物以便在通道挤出物中形成激光切口。激光加工包括将通道挤出物暴露于激光能量以便烧蚀外周的至少一部分。
另一个示例性实施例公开了一种制造蜂窝主体的方法，包括：当生坯挤出物在挤出物行进方向上移动时激光切割该挤出物的至少一部分，其中所述生坯挤出物由陶瓷粉末、陶瓷前体和陶瓷组合物中的至少一种组成。
另一个示例性实施例公开了一种用于原位切割湿生坯陶瓷挤出物的系统，其包括激光源，该激光源被配置为将激光能量照射到湿生坯陶瓷挤出物的外周，该激光能量适于激光切割湿生坯陶瓷挤出物的外周的至少一部分。湿生坯陶瓷挤出物包括至少一个通道和外周，并且激光切口刺穿外周以便形成穿过外周的开口，通过该开口将该至少一个通道暴露于环境大气。
可以理解，以上总体描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，并且旨在提供对本公开的进一步说明。
附图说明
被包括在内以提供对本公开的进一步理解、并被结合在本说明书中且构成其一部分的附图示出本公开的示例性实施例，并且与说明书一起用来解释本公开的原理。
图1是挤出机前端和蜂窝挤出物的示意图。
图2图示出根据本公开的示例性实施例的示意性蜂窝主体。
图3A是蜂窝主体300的侧视图的照片，图3B是图3A的蜂窝主体300的端视图的照片，示出由于湿挤出物的机械切割而在表皮(skin)中产生的凹槽。
图4是示出红外区域中的透射测量的数据的曲线图，表明湿陶瓷材料的非常强的吸收。
图5是横向于蜂窝主体的轴向取向的示意性端视图，图示出根据本公开的示例性实施例的来自光纤激光器系统的激光能量被分到多个光纤尖端出口中，该多个光纤尖端出口与聚焦透镜耦合以便将能量对称地递送到湿陶瓷批料表皮上。
图6A是根据本公开的示例性实施例的在三种不同的实验条件下激光加工湿陶瓷批料蜂窝主体的照片。图6B是图6A中所示的激光切口的详细视图。图6C是图6A中所示的激光切口的另一详细视图。图6D是根据本公开的示例性实施例的湿陶瓷批料蜂窝主体在纵向和横向上的实验激光加工切割狭缝的照片。
图7是横向于湿陶瓷批料蜂窝主体的示意性端视图，图示出根据本公开的示例性实施例的围绕挤出物以便在挤出生产线上进行穿过湿表皮的原位激光加工的线激光器的周向阵列。
图8是图示出根据本公开的示例性实施例的激光器和/或光学器件的透视示意图，该激光器和/或光学器件可以在湿陶瓷批料蜂窝主体周围沿着方位角旋转周向地移动以便在挤出生产线上进行穿过湿表皮的原位激光加工。
具体实施方式
应当理解，出于本公开的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或者两个或更多个项X、Y和Z(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)的任何组合。
如本文所用，“挤出物”是指通过模头挤出以便形成轴向延伸的相交壁的塑化批料，该相交壁之间具有通道。在这个意义上，塑化批料是指陶瓷粉末批料混合物、陶瓷前体批料或陶瓷批料组合物，它们可包含：无机氧化物或氧化物前体，当该无机氧化物或氧化物前体发生反应时形成陶瓷；以及保持未反应或进行反应来全部或部分地形成另一种陶瓷的陶瓷。通道可具有各种形状(诸如矩形(正方形)、六边形、梯形、其它多边形、圆形、椭圆形、其它弯曲形状等、以及它们的组合)的均匀或变化的水力直径的横截面。挤出可以通过连续工艺，诸如螺杆挤出机、双螺杆挤出机等，或通过不连续工艺，诸如柱塞式挤出机等进行。在挤出机中，挤出模头可以相对于挤出机机筒的排出口耦合，诸如在机筒的一端处耦合。挤出模头之前可以是其它结构，诸如通常开放的空腔、筛网/均化器等，以便在批料到达挤出模头之前促进稳定的塞式流动前沿的形成。
挤出物通常具有沿轴向延伸的共挤出的整体形成的外周表面(表皮)。挤出物外周可具有各种横截面形状，诸如圆形、椭圆形、多边形等、以及它们的组合，无论对称或不对称。塑化批料可包含无机粉末、无机粘合剂、有机粘合剂、成孔剂、溶剂、非溶剂等。在将塑化批料挤出通过模头以形成挤出物之后，可以将挤出物切割、干燥和烧制以便形成多孔陶瓷蜂窝主体或多孔陶瓷蜂窝主体区段。
多孔陶瓷蜂窝主体可以由钛酸铝基材料制成，诸如钛酸铝固溶体(假板钛矿)、碳化硅、堇青石、长石、莫来石、尖晶石、氧化铝、金红石、刚玉或类似的氧化物、或其他氧化物或非氧化物陶瓷，包括金属、金属间化合物、玻璃、莫来石、氧化铝(Al2O3)、锆石、碱金属和碱土铝硅酸盐、尖晶石、钙钛矿、氧化锆、二氧化铈、氧化钇、氧化镧、氧化硅(SiO2)氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅铝(SiAlON)、碳化硅(SiC)、沸石及其组合。多孔陶瓷蜂窝主体的应用可包括例如蜂窝整合和非整合的柴油和汽油催化剂载体、基底和颗粒过滤器。
图1是挤出机和通道挤出物的示意图。挤出机可包括前端102，在该前端102处，批料作为通道挤出物200离开挤出机100。挤出机筒104可包括挤出硬件，包括挤出模头和表皮形成掩模。通道挤出物200可包括至少一个通道和外周表面。该至少一个通道中的至少一个包括由外周的内表面形成的壁。通道挤出物200可包括蜂窝结构。在蜂窝结构中，包括由外周的内表面形成的壁的至少一个通道被称为局部单元室(cell)通道。通道挤出物200具有长度L1并且包括第一端面202和从挤出机前端102延伸到第一端面202的外周表面206。多个相交壁208可以形成相互邻接的通道210，该通道210在由轴向“A”指示的挤出方向上延伸并形成蜂窝矩阵。为了说明，示出了形成在挤出方向上延伸的通道214的相交壁212。垂直于轴向的最大横截面尺寸由“D1”表示。例如，当通道挤出物200是圆柱形时，最大尺寸“D1”可以是端面202的直径。例如，当垂直于轴向的通道挤出物200横截面是矩形时，最大尺寸“D1”可以是端面的对角线。
虽然挤出在图1中图示为水平，但本公开不限于此，挤出可以是水平的、垂直的、在某些倾斜处、以及它们的组合。
包含蜂窝结构(蜂窝挤出物)的通道挤出物200的单元室密度可以在约100和1500个单元室/平方英寸(cpsi)之间(在约15.5和232.5个单元室/平方厘米之间)。典型的单元室壁厚度可以为约0.025mm至约1.5mm(约1至60密耳)。例如，蜂窝挤出物200的几何形状可以是400cpsi，壁厚为约8密耳(400/8)或壁厚为约6密耳(400/6)。其它几何形状包括例如100/17、200/12、200/19、270/19、600/4、400/4、600/3、750/2和900/2。如本文所用，蜂窝挤出物200旨在包括通常的蜂窝结构，但不严格限于方形结构。例如，可以使用六边形、八边形、三角形、矩形或任何其他合适的单元形状，诸如前面提到的。而且，虽然蜂窝挤出物200的横截面被图示为圆形，但并不局限于此，例如，横截面可以是椭圆形、正方形、矩形或其它所需形状、以及它们的组合。
在沿箭头“A”(轴向)的方向离开挤出机100时，塑化批料硬化成湿挤出物200，其包括轴向延伸的相交壁208的网络(网)，该相交壁208形成轴向延伸的通道210和轴向延伸的外周表面206。网208和通道210包括矩阵216。外周表面206设置在矩阵216的外周处。外周表面206在本文中可互换地称为共挤出的表皮206、整体形成的共挤出的表皮206、或者表皮206。虽然描述为包括多个通道，但湿挤出物在一些示例性实施例中也可以是一个通道，诸如管，其中通道构成管的中空内部。
为了便于描述，示例性实施例涉及湿生坯蜂窝主体和湿挤出物，但是本公开不限于此，并且还包括湿生坯，例如湿生坯槽式过滤器和径向流动过滤器。也就是说，湿生坯是指在本文所用的干燥之前的生坯。
离开挤出机前端102时的批料可以是湿生坯通道挤出物200，其可以被切割成长度L2，来形成第二端面218(参见图2)以便形成湿生坯通道主体220。也就是说，可以从湿生坯通道挤出物200切割湿生坯通道主体220。湿生坯通道主体220的外周表面206可以从第一端面202轴向延伸到第二端面218。湿生坯通道挤出物200可以支撑在支撑体上，诸如在挤出物行进方向上移动的空气轴承、托盘或传送器。湿生坯通道主体220可以被输送到支撑体(诸如适于支撑一定长度的挤出物200(诸如用于输送到干燥器的主体220)的空气轴承或托盘)上的干燥器。托盘特征可包括轴向长度和横向横截面，其显示限定支撑表面的凹入部分，该表面被配置为支撑主体220。托盘的纵向轴线和挤出物的形成通道主体220的部分可以平行于挤出方向并且与挤出物的该部分中的蜂窝通道210的取向平行。
支撑蜂窝挤出物的托盘的示例提供于2013年4月2日授权的美国专利第4,522,587号和2015年7月21日授权的美国专利第9,085,089号中，这两篇文献的全部内容通过引用结合于此，如同在此完全阐述一样。
当通道挤出物200离开挤出机前端102的挤出模头时，其可具有弓形。用于校正挤出的材料流中的弓形的挤出物弓形校正器设备的示例提供于2003年12月16日授权的美国专利第6,663,378号、于2004年8月26日公开的具有序列第10/370,840号和公开第2004/0164464号的美国专利申请、以及于2013年10月23日提交的具有序列第14/061,129号和公开第2015/0108680号的美国专利申请，所有这些文献全文以引用方式结合于此，如同在此完全阐述一样。
图2图示出根据本公开的示例性实施例的示意性通道主体220。可以从挤出物200切断出通道主体220。切断可以通过线切割、锯切(诸如带锯或往复锯)、激光切割等来完成。通道主体220可具有蜂窝结构、长度L2、体积V2，并包括第一端面202、第二端面218和从第一端面202延伸到第二端面218的外周表面206。根据本公开的示例性实施例，形成在相对的端面202、218之间沿轴向“A”延伸的相互邻接的通道210的多个相交壁208形成蜂窝矩阵216。为了说明，示出了形成在端面202、218之间延伸的通道214的相交壁212。轴向由箭头“A”表示，垂直于轴向的最大横截面尺寸由“D1”表示。顶面202指的是第一端面202，底面218指的是位于图2中的通道主体220(蜂窝主体)的第二端面218，否则端面不受蜂窝主体220的取向限制。顶面202可以是入口面，底面218可以是蜂窝主体220的出口面。蜂窝主体220的外周表面206从第一端面202轴向延伸到第二端面218。虽然描述为包括多个通道，但通道主体220在一些示例性实施例中也可以是一个通道，诸如管，其中通道构成管的中空内部。如本文所使用的，通道主体220可以是在烧制之前可以经历进一步处理的原木状料块(log)，或者通道主体220可以是基本上准备好烧制的最终尺寸的块。
为了便于描述，示例性实施例涉及通道主体和蜂窝主体，但是本公开不限于此，例如，槽式过滤器和径向流动过滤器也包括在本公开中。
图3A是蜂窝主体300的侧视图的照片，图3B是图3A的蜂窝主体300的端视图的照片。蜂窝主体300包括矩阵316，矩阵316具有从入口面延伸到出口面的多个通道壁，在通道壁之间限定单元室通道310、在矩阵316的外周上的表皮306、以及与表皮306相邻并邻接矩阵316的外周的局部单元室通道320。已经发现，在挤出过程中横向于挤出方向切割湿挤出物会使表皮306附近的局部单元室通道320封闭，并导致在蜂窝主体300的外表面306上形成凹槽322。当封闭的局部单元室被挤出时，在封闭部分后面形成到挤出模头的局部真空。在挤出一定长度的挤出物之后，湿挤出物表皮无法承受部分真空并且局部单元室通道塌陷从而产生表皮凹槽322。
凹槽322可引起该部分的湿形状的变形，因此降低烧制部分的等静压(ISO)强度。凹槽322还可在干燥期间和/或烧制期间引起表皮裂缝。根据本公开的示例性实施例，可以减少和消除凹槽322，从而通过避免从这样的凹槽322修复或丢弃制品来提高生产效率。
减少来自切割湿挤出物的凹槽322的不利影响的尝试包括原位微波加热、热空气加热环、手动切割、机械划刻等。原位指的是在挤出过程中。因此，例如，微波加热、热空气环、手动切割和机械划刻在挤出物仍然连接到通过挤出模头的挤出物时在挤出物上执行，即在挤出过程中。这些解决方案中的一些需要手工劳动，这可能是昂贵的并且比机加工效率低，并且其它解决方案虽然在某种程度上起作用，但是引起附带的不利影响，诸如差异的干燥收缩和单元室变形导致ISO强度降低。挤出的湿生坯块包含水(例如，10重量％-25重量％)，并且在形成最终产品(制品)之前需要干燥该湿生坯。在一些情况下，需要将陶瓷生坯干燥至大于98％(即，以便具有小于2重量％的水分含量)。
根据本文公开的示例性实施例，令人惊讶地开发了非接触方法以自动且精确地切开湿生坯表皮，例如湿通道主体和蜂窝主体挤出物表皮，而不接触，该方法避免形成凹槽，不会引起差异收缩和单元室变形。公开了湿生坯陶瓷通道挤出物的激光加工，其中挤出物可以被原位激光加工以便在通道挤出物中形成切口。在这些实施例中，将通道挤出物暴露于激光能量以便烧蚀通道挤出物的外周的至少一部分。
湿堇青石批料的光学透射测量示于图4中。这些测量表明湿堇青石在红外波长范围内具有强吸收。根据本公开的示例性实施例，聚焦的激光束被用于加工湿生坯蜂窝主体。例如，激光源(诸如光纤激光器、CO2激光器、线激光器、半导体二极管激光器、边框光束激光器等或其组合)被用于加工湿生坯的外周边。例如，激光可被用于切割湿蜂窝主体挤出物的表皮。
根据这些示例性实施例，该技术可以精确地切割湿蜂窝主体挤出物表皮而不会使表皮变形，因为激光没有接触力。相反，激光能量聚焦在湿生坯陶瓷材料的非常小的部分上。例如，激光能量可以是湿生坯陶瓷材料上的100μm的点。如本文所用，激光加工包括激光切割、切开、开槽、划刻、钻孔等，以便形成激光切口、切缝、狭槽、刻痕、开口、孔等。
这些激光加工方法也不会在湿蜂窝主体挤出物的块体中沉积能量，导致单元室变形。这些切开湿表皮的方法避免了通过局部单元室塌陷形成凹槽。局部单元室不会塌陷并且激光切口刺穿外周以便形成穿过外周的开口，该开口允许空气流过开口进入局部单元室通道，从而避免真空导致局部单元室通道塌陷和凹槽形成。
根据本公开的示例性实施例，用于湿生坯切割(例如，切开)的激光加工系统500在图5中示出。图5是横向于湿生坯蜂窝挤出物502的轴向取向的示意性端视图，图示出来自光纤激光器系统500的激光能量528被分到多个光纤尖端出口530中，该光纤尖端出口530与聚焦透镜532耦合以便将能量528对称地递送到湿陶瓷批料表皮506上。为了在挤出生产线上有效地实现激光表皮切开工艺，根据本公开的示例性实施例，可以利用通过光纤将激光递送到与周向地围绕该部分的聚焦透镜耦合的许多光纤出口的系统。
在这些实施例中的一些实施例中，激光能量528可以仅刺穿局部单元室处的外周以便允许空气流过开口进入局部单元室通道，从而避免真空导致局部单元室通道塌陷和凹槽形成。也就是说，激光切口不需要形成围绕挤出物502的连续切口，而是激光切口可以是一系列气孔或刻痕，该气孔或刻痕刺穿外周并围绕挤出物502以允许空气通过开口流入局部单元室通道。
图6A是根据本公开的示例性实施例的在三种不同的实验条件下激光加工湿蜂窝主体挤出物的照片。图6B是图6A中所示的激光切口的详细视图。图6C是图6A中所示的激光切口的另一详细视图。图6D是根据本公开的示例性实施例的湿生坯蜂窝主体挤出物在纵向和横向上的实验激光加工切割狭缝的照片。包括表皮606的蜂窝主体602具有纵向激光切口636和横向激光切口638。
基于对湿堇青石材料进行的透射测量，确定红外激光源可适用于加工湿挤出物，例如湿表皮。为了证明激光加工湿挤出物的可行性，将CO2激光源聚焦(～100μm的点尺寸)到200cpsi的2”湿堇青石挤出物的表面上，其具有12密耳的网厚度(每平方厘米31个单元室，网厚度为30.5μm)。湿堇青石挤出物基底相对于激光束移动。改变功率条件以便示出对切割深度的控制。可以控制切割；仅限于表皮或表皮加上一些单元室深度。实验清楚地证明了使用聚焦激光束加工湿生坯，例如湿挤出物表皮，没有局部单元室的封闭或单元室变形。
图7是横向于湿陶瓷批料蜂窝主体的示意性端视图，图示出根据本公开的示例性实施例的围绕挤出物以便在挤出生产线上进行穿过湿表皮的原位激光加工的线激光源的周向阵列。原位是指在挤出过程中。因此，例如，线激光源的周向阵列在挤出物仍然连接到通过挤出模头的挤出物时激光加工该挤出物，即在挤出过程中。湿生坯挤出物702具有沿轴向延伸的周边表皮706。根据本公开的示例性实施例，线激光源732将线激光能量照射到表皮706，该线激光能量定位成覆盖垂直于蜂窝挤出物702的纵向轴线的外表面横截面。挤出物的纵向轴线在本文中也称为挤出物行进方向和挤出方向。应当理解，挤出物可以包括弓形，在这种情况下，通道的轴向可以偏离挤出方向和/或挤出物行进方向。本文中称为挤出生产线的挤出工艺可以是水平挤出生产线或垂直挤出生产线。
根据示例性实施例，激光源可以发射激光能量，该激光能量可以具有在一定范围内的波长(λ)，例如，从800nm到1μm，在另一个示例中，从1μm到15μm，在另一个示例中，从300nm到500nm，或者甚至在另一个示例中，从200nm到400nm。除了本文描述的激光源(激光器)之外，激光器还可包括半导体二极管阵列激光器、量子级联(QCL)激光器等。
图8是图示出根据本公开的示例性实施例的激光器和/或光学器件(激光源)的透视示意图，该激光器和/或光学器件(激光源)可以绕挤出物周向移动，并且围绕湿生坯蜂窝主体挤出物方位角旋转激光能量以便在挤出生产线上进行穿过湿表皮的原位激光加工。挤出物800在轴向上从挤出机100挤出，例如图1所示。挤出物800具有围绕挤出物周边并沿轴向延伸的表皮806。激光器826(诸如线激光器)沿着横向于轴向的激光切口830将激光能量828照射到围绕挤出物800的周向的挤出物表皮806上。例如，激光器826沿圆周路径CP移动，同时方位角旋转，以便沿着激光切口830精确且均匀地加工挤出物800。当激光器在激光路径CP上围绕挤出物800旋转时，方位角旋转将激光器826提供在到挤出物表皮806的恒定的距离和方向处。例如，激光器可垂直于挤出物表面的切线并距激光切口830周围的挤出物表面806确定的距离。该确定的距离可以是恒定的。例如，方位角和周向运动可以用机器人机架完成，该机器人机架包括臂和枢轴以便围绕挤出物并且绕路径AP方位角地铰接激光器。
在这些实施例的一些中，当激光器826横向于轴向加工激光切口830时，挤出物800轴向移动远离挤出机100。因此，激光器826也可以以对应的速率轴向移动以便进行横向激光切口830。也就是说，例如，激光器826开始在挤出物表皮806上的一个位置处切割挤出物800，通过围绕挤出物800来加工激光切口830以便与开始位置相遇，使得通过围绕的激光切口的平面横向于轴向。
在这些实施例的一些中，激光器826可以如本文所述围绕挤出物800，以沿着激光切口830切穿挤出物表皮806至第一预定深度，并且第二次围绕挤出物800切割至第二预定深度。这样的多个切割围绕可以切穿整个挤出物800，单个围绕可以切穿整个挤出物，或者可以在激光器826切割到第一或第二预定深度之后使用第二切割方法。例如，在一个或多个激光器826周向通过之后，带锯可以在激光切口830附近或沿着激光切口830从挤出物800切断湿生坯蜂窝主体220。
在示例性实施例中，激光器826围绕如本文所述的挤出物800以便沿着激光切口830切穿挤出物表皮806至第一预定深度，然后机械切割器(诸如带锯或线切割器)在与挤出机100相邻但与挤出机100间隔开的位置上切穿挤出物800，使得空气可以在机械切割期间通过激光切口830进入塌陷的局部单元室的通道，以避免表皮形成凹槽。可以在挤出物上的第二位置处重复该工艺，从而在托盘842上产生蜂窝主体220。在激光切口830比机械切割器切口宽的示例性实施例中，机械切割器可以在激光切口830处切割，并且在机械切割期间空气仍然可以通过激光切口830进入塌陷的局部单元室的通道以避免表皮形成凹槽。
在另一个示例性实施例中，激光器826可以在机械切割器(诸如带锯或线切割器)切穿挤出物800之后或同时切割如本文所述的挤出物800。然后，激光器826在与机械切口相邻但比机械切口更靠近挤出机100的位置进行切割，使得空气可以在随后的挤出过程中通过激光切口830进入塌陷的局部单元室的通道，以便在真空塌陷局部单元室通道之前打破真空从而避免表皮形成凹槽。
根据本公开的一个方面，公开了一种用于制造通道主体的方法。在示例性实施例中，该方法包括挤出通道挤出物，该通道挤出物包括外周和至少一个通道，其中通道挤出物包含陶瓷粉末、陶瓷前体和陶瓷组合物中的至少一种；以及在通道挤出物被挤出时原位激光加工该通道挤出物，以便在通道挤出物中形成激光切口。激光加工包括在外周的至少一部分上将通道挤出物暴露于激光能量。
在这些示例性实施例的一些中，激光切口刺穿外周以便形成穿过外周的开口，通过该开口将该至少一个通道暴露于环境大气，以便防止外周在该至少一个通道上塌陷。在这些实施例的一些中，该方法还包括从通道挤出物切断通道主体以便形成通道主体。在这些实施例的一些中，该方法还包括：干燥通道主体以便形成干燥的生坯陶瓷主体；以及烧制干燥的生坯陶瓷主体以便形成多孔陶瓷主体。
根据这些示例性实施例的方法可以进一步包括在激光切口附近机械切割通道挤出物，其中机械切割从通道挤出物切断通道主体以便形成通道主体。在这些示例性实施例中，暴露包括沿通道挤出物的挤出方向移动激光源以便使通道挤出物暴露于激光能量。在这些示例性实施例中，该部分包括通道挤出物的表皮的一部分。例如，通道挤出物包括包含多个通道的蜂窝挤出物，并且该部分还包含通道挤出物内的至少一个单元室通道深度。
在根据这些示例性实施例中的一些的方法中，激光加工包括在挤出物在被挤出时垂直于挤出物移动的方向切割通道挤出物。例如，激光切口围绕通道挤出物。例如，暴露包括用激光源围绕通道挤出物以使通道挤出物暴露于激光能量。例如，暴露包括使激光源在激光加工期间至少部分地绕通道挤出物旋转，以便使通道挤出物暴露于激光能量。至少部分地围绕蜂窝挤出物可以包括完全围绕挤出物。
在这些实施例的一些中，暴露包括用多个激光源围绕通道挤出物以便使通道挤出物暴露于激光能量。在这些实施例的一些中，该多个激光源中的至少两个在垂直于通道挤出物行进方向的平面中是共面的。在这些实施例的一些中，暴露包括多个激光源围绕通道挤出物，以使通道挤出物暴露于激光能量，以便激光切割外周的该部分的相邻区段。
在根据这些示例性实施例中的一些的方法中，暴露通道挤出物包括照射点激光能量和线激光能量中的至少一种。在这些实施例的一些中，通道挤出物包含大于10重量％的水。在这些实施例的一些中，通道挤出物包含蜂窝结构。
根据本公开的另一个方面，公开了一种用于制造蜂窝主体的方法。在示例性实施例中，该方法包括当生坯挤出物在挤出物行进方向上移动时激光切割该挤出物的至少一部分。在该方法中，生坯挤出物由陶瓷粉末、陶瓷前体和陶瓷组合物中的至少一种组成。
在这些示例性实施例的一些中，激光切割包括在垂直于挤出物行进方向的方向上施加激光照射。在这些示例性实施例的一些中，激光照射以点光束和线光束中的至少一种的形式施加。在这些示例性实施例的一些中，激光切割包括通过至少一个激光源对生坯挤出物施加激光照射。在这些示例性实施例的一些中，在激光切割期间，该至少一个激光源至少部分地围绕生坯挤出物旋转。
在根据这些示例性实施例中的一些的方法中，通过多个激光器对生坯挤出物施加激光照射。在这些示例性实施例的一些中，该多个激光器中的至少两个是共面的。在这些示例性实施例的一些中，通过至少一个激光源对生坯挤出物施加激光照射，该激光源以与挤出物相同的行进速率在挤出物行进方向上移动。在这些示例性实施例的一些中，生坯挤出物包括外周，并且激光切割在至少外周中形成激光切口。
在根据这些示例性实施例中的一些的方法中，激光切口是完全围绕的激光切口。在这些示例性实施例的一些中，生坯挤出物包含大于10重量％的水。在这些示例性实施例的一些中，生坯挤出物包含蜂窝结构。在这些示例性实施例的一些中，在蜂窝结构中形成激光切口，该激光切口延伸穿过外周。在这些示例性实施例的一些中，在蜂窝结构中形成激光切口，该激光切口延伸穿过外周并进入蜂窝结构的至少一个单元室的壁中。
在根据这些示例性实施例中的一些的方法中，激光切割包括从挤出物切断生坯主体。在这些示例性实施例的一些中，从挤出物上切断生坯主体。在这些示例性实施例的一些中，切断包括激光切割和机械切割。根据这些示例性实施例的方法还可包括加热生坯主体。在这些示例性实施例的一些中，加热包括干燥生坯主体。在这些示例性实施例的一些中，加热包括烧制生坯主体以便形成多孔陶瓷主体。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于原位切割湿生坯陶瓷挤出物的系统。根据示例性实施例，该系统包括激光源，该激光源被配置为将激光能量照射到湿生坯陶瓷挤出物的外周，其中该激光能量适于激光切割湿生坯陶瓷挤出物的外周的至少一部分，其中该湿生坯陶瓷挤出物包括至少一个通道和外周，并且其中该激光切口刺穿外周以便形成穿过该外周的开口，通过该开口将该至少一个通道暴露于环境大气。
根据这些示例性实施例中的一些的系统还包括支撑构件，该支撑构件被配置为输送湿生坯陶瓷挤出物，其中该支撑构件被配置为在第一方向上输送，并且该激光源被配置为在垂直于第一方向的第二方向上将激光能量照射到外周。在这些实施例的一些中，激光源被配置为至少部分地围绕湿生坯陶瓷挤出物并绕湿生坯陶瓷挤出物旋转，以便垂直于挤出物表面的切线并且在距挤出物表面确定距离处提供激光能量。在这些实施例的一些中，激光源包括多个激光源，该多个激光源被配置为至少部分地绕湿生坯陶瓷挤出物周向设置，以便切割该外周的该部分的相邻区段。在根据这些示例性实施例中的一些的系统中，该多个激光源中的至少两个在垂直于湿生坯陶瓷挤出物行进方向的平面中是共面的。绕湿生坯陶瓷挤出物至少部分地周向配置可包括完全围绕湿生坯陶瓷挤出物。
贯穿本说明书对整个说明书中的示例性实施例和类似语言的引用可以但不一定指代相同的实施例。此外，在此描述的参考示例性实施例的主题的所描述的特征、结构或特性可以在一个或多个示例性实施例中以任何合适的方式组合。
对本领域的技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离本公开的范围和精神的情况下对本公开进行各种修改和变动。因此，所附权利要求旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本公开的修改和变化。

Claims (20)

1.一种制造方法，包括：
挤出挤出物，该挤出物包括(i)外周、(ii)至少一个通道、以及(iii)陶瓷或陶瓷前体材料中的至少一种；以及
使用激光源对所述挤出物进行激光加工，以便通过使所述挤出物的所述外周的至少一部分暴露于激光能量来在所述挤出物中形成激光切口，其中所述激光切口完全围绕所述挤出物,
其中，所述激光切口刺穿所述外周以便形成穿过所述外周的开口，从而通过所述开口使所述至少一个通道暴露于环境大气。
2.如权利要求1所述的方法，还包括从所述挤出物上切断主体。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：干燥所述主体以便形成干燥的生坯陶瓷主体；以及烧制所述干燥的生坯陶瓷主体以便形成多孔陶瓷主体。
4.如权利要求2所述的方法，还包括在与所述激光切口相邻的位置机械切割所述挤出物以便从所述挤出物上切断主体。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使所述挤出物的所述外周的至少一部分暴露于激光能量包括沿挤出物行进方向移动所述激光源。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述外周的所述一部分包括所述挤出物的表皮的一部分。
7.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述挤出物包括蜂窝结构，该蜂窝结构包括多个通道。
8.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光加工包括在所述挤出物移动时垂直于挤出物行进方向切割所述挤出物。
9.如权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括用所述激光源围绕所述挤出物。
10.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光源在所述激光加工过程中至少部分地绕所述挤出物旋转。
11.如权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括用多个激光源围绕所述挤出物。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多个激光源中的至少两个在垂直于挤出物行进方向的平面中是共面的。
13.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，多个激光源围绕所述挤出物，以便在所述外周的所述一部分的相邻区段中形成激光切口。
14.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使所述挤出物的所述外周的至少一部分暴露于激光能量包括使用点激光能量和线激光能量中的至少一种。
15.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述挤出物包含大于10重量％的水。
16.一种用于切割湿生坯陶瓷挤出物的系统，包括：
挤出机，该挤出机被配置为挤出湿生坯陶瓷挤出物，其中所述湿生坯陶瓷挤出物包括(i)外周和(ii)至少一个通道；以及
激光源，该激光源被配置为用激光能量照射所述湿生坯陶瓷挤出物的所述外周，以便激光切割所述湿生坯陶瓷挤出物的所述外周的至少一部分，其中所述激光源被配置为在所述挤出物中形成激光切口，所述激光切口完全围绕所述挤出物，
其中，所述激光源被配置为形成穿过所述湿生坯陶瓷挤出物的所述外周的开口，从而通过所述开口使所述至少一个通道暴露于环境大气。
17.如权利要求16所述的系统，还包括支撑构件，该支撑构件被配置为输送所述湿生坯陶瓷挤出物，其中所述支撑构件被配置为在第一方向上输送所述湿生坯陶瓷挤出物，并且所述激光源被配置为在垂直于所述第一方向的第二方向上激光切割所述外周。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述激光源被配置为至少部分地围绕所述湿生坯陶瓷挤出物并绕所述湿生坯陶瓷挤出物旋转，以便垂直于所述挤出物表面的切线并且在距所述挤出物表面确定距离处提供激光能量。
19.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述激光源包括多个激光源，该多个激光源被配置为至少部分地绕所述湿生坯陶瓷挤出物周向设置，以便切割所述外周的所述一部分的相邻区段。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述多个激光源中的至少两个在垂直于所述湿生坯陶瓷挤出物行进方向的平面中是共面的。
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