CN1353641A - 带埋入物的陶瓷蜂窝体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造蜂窝体(4)的方法和带有通道(5)的蜂窝体(4),其中所述蜂窝体(4)的壁(8)由陶瓷制成。蜂窝体(4)可由可塑性变形并接着可固化的第一种材料制成,其中第一种材料按预先规定的方法分层涂抹并硬化。第一种材料和至少一种第二种材料形成蜂窝体上一预先确定的层,所述第二种材料是一种导电材料,而第一种材料是非导电的。

Description

带埋入物的陶瓷蜂窝体
本发明涉及一种带有流体可流通的、相互并排设置的通道的蜂窝体，其中蜂窝体具有构成通道的并有陶瓷组成的壁。并且提出一种用来制造具有通道的蜂窝体的方法，其中蜂窝体分层制作。
已知，蜂窝体由陶瓷借助于挤出方法制造，其中蜂窝体的形状取决于掩模，它在制造毛坯时使用。这种类型的蜂窝体由于其制造方法具有穿过蜂窝体的通道壁的规则轮廓。
本发明的目的是，创造一种蜂窝体和一种制造蜂窝体的方法，用这种蜂窝体扩大具有陶瓷壁的蜂窝体的使用范围和应用可能性。
这个目的用具有权利要求1和2的制造蜂窝体的第一种和第二种方法，以及用具有权利要求4特征的蜂窝体以及具有按权利要求7特征和按权利要求10特征的蜂窝体实现。优良的改进结构和特征在各个从属权利要求中给出。
制造具有通道的蜂窝体的第一种方法设想，蜂窝体分层地通过重复进行以下步骤制造：
—产生一可预先确定的具有第一个可塑性变形和接着可固化的物质的层，和
—使第一层固化。
通过涂上一第二层能导电的物质和/或在蜂窝体内放入一能导电的物体造成一测量传感器和/或加热器。
制造具有通道的蜂窝体的第二种方法设想，蜂窝体分层地通过重复进行以下步骤进行：
—产生一可预先确定的具有第一个可塑性变形和接着可固化的物质的层，和
—造成层的固化，这时构成流体可流通的通道的壁。
其中一个壁设有一用来影响可流通的流体的构造。
第一种和第二种方法的优良的改进方案设想，形成壁的分层结构局部中断，以便在壁上形成作为流体从第一通道到第二通道的窗口的开口。
其次创造一种蜂窝体，它具有相互并排设置的对于流体可流通的通道，其中蜂窝体具有构成通道的和由陶瓷制成的壁。蜂窝体具有至少一个测量传感器和/或在蜂窝体的陶瓷壁内内置一能导电的物质。
最好在蜂窝体壁内内置共同构造通道的测量传感器和/或能导电的物质。一方面如果测量传感器是一温度传感器的话，可以测量流过的流体的温度，另一方面蜂窝体本身可以用作流体的加热器。为了保护测量传感器和/或能导电的物质它们被陶瓷完全包围，使得腐蚀性流体也可以流过这种蜂窝体，而不致使可能希望的埋入物例如由于高温气体锈蚀或其他化学反应受到损坏。
另一种带有流体可流通的和相互并排设置的通道的蜂窝体具有构成通道和由陶瓷制成的壁，其中陶瓷壁具有附加构造，以影响流体的流动。
构造沿着、垂直于和/或倾斜于流体流过通道的流动方向设置。特别是构造可以是波浪形或之字形的。
带有对于流体可流通的通道的、由一种可塑性变形和接着可固化的第一种物质制成的、其中第一种物质特别是分层地、可预先规定地涂抹和固化的另一种蜂窝体沿蜂窝体的剖面在第一种物质旁边至少具有作为沿剖面的一层的第二种物质，其中第一种物质具有不同于第二种物质的特性。
各种蜂窝体的特征也可以相互组合，其中构造可以优良地这样设置，使这些构造支持蜂窝体中的埋入物的功能；这些功能例如是流体的温度测量以及加热。相应地也对蜂窝体当时所用的物质加以挑选和布置。
制造如上所述的蜂窝体的一种可能的途径由以下的说明得知：一带有由一种可图象形预先规定的空隙构造组成的通道的、由可塑性变形和接着可固化的第一种物质制成的、其中第一种物质分层地可预先规定地涂抹和固化的蜂窝体在第一种物质旁边具有至少一种第二种物质，它构成蜂窝体内一预先规定的层。由EP 0 627 983 B1得知一种用来制造这种类型的带有可图象形预先规定的空隙构造的蜂窝体，这里整篇地引用与此有关的特征。利用在第一种物质旁边的第二种物质具有这样的优点，可以配设各种物质不同的特性。这对于蜂窝体来说意味着，它是一体的，但是尽管如此可以具有不同的特性。
尤其是第一种物质是非导电的，第二种物质是导电的。由此可以制造一种蜂窝体，它例如在其壁的某一部分内允许电流流过，而在其壁的另一部分内仍然是冷的。这允许，蜂窝体也可以分成不同的工作区。第一区例如用作加热器，相连的第二区用作吸附器，第三区用作催化剂。这些仅仅举例列举的区也可以相互交换或相互组合。
也允许应用至少一种第一和一种第二物质，第二种物质至少局部埋在第一种物质内或者与这种情况相反。鉴于第二种物质的可导电性因此存在这样的可能性，使得导电线路可以在蜂窝体内这样地分布，使它们在蜂窝体的一个壁内伸展。用这种方法可以避免这个导电线路通过蜂窝体与流过的流体接触。另一方面允许采用合适的第一种和第二种物质，和与此相关的在某一个部位蜂窝体所希望的孔隙度的可能的调整，使流体可以直接冲击在导电线路上。例如用这种方法可以测试流过的流体的化学特性和组成成分。这样构建的蜂窝体的制造方法还允许，由第一种物质构建蜂窝体的基体结构，其中第二种物质作为一层分别设置在基体结构的边缘处，例如一催化剂或吸附器材料。
一种优选的改进结构设想，在蜂窝体内内置一物体。在分层构建时可以为此在规定的地点安放一物体，并在继续分层构建蜂窝体时被所用的物质埋藏，甚至包裹。这特别适合于，在蜂窝体内内置一测量传感器。测量传感器既可以预先加工好，在制造蜂窝体时逐层包裹。也可以在逐层制造蜂窝体时一起同时制造测量传感器，其中采用最终形成测量传感器的相应物质。除测量传感器外用这种方法还可内置特别是作为蜂窝体内的埋入物的加热丝、加热层或其他物体。
其次创造一种由可塑性变形并接着可固化的第一种物质制造的带通道的蜂窝体。第一种物质可按规定地逐层涂覆，接着固化。蜂窝体具有一沿最短路径的主流动方向。现在许多层在蜂窝体准确确定的地点处形成一规定的构造，其中构造可预先计算地相对于一最短路径加长在通道内沿主流动方向的流动路程。通过采用上述方法达到，可以在其制造以前根据其主要应用领域最精确地按流体技术计算准确的蜂窝体，并进行有关参数的流动最佳化的设计，这一设计覆盖蜂窝体工作范围的尽可能广的区域。从而主流动方向的希望的加长可预先这样地确定，就像它以后在蜂窝体中在通道内希望的地点处所能够实现的那样。特别是由此达到，对于调整好的工作点在蜂窝体本身内达到一预先计算确定的、所希望的涡流。
特别是在蜂窝体的一种改进结构中构造这样地设置，使它在通道内产生要求的、特别是预先计算的涡流和/或扩散。其次构造可以具有层的中断，这造成空腔或通道中断。用这种方法否则在蜂窝体内相互封闭的通道可以在蜂窝体内精确地确定的地点处相互连通，以便由此例如在蜂窝体本身内形成一对于流过的流体加长的路程。其次沿蜂窝体主流动方向的最短路径理解为蜂窝体入口和出口之间的最短距离。这可以沿穿过蜂窝体的纵轴或在径向流动时沿穿过蜂窝体的半径分布。然后在蜂窝体内部可以完全任意预先确定和预先计算地设置和构建构造和流动角度。
蜂窝体另一种优良的结构设想，构造和/或通过通过调整第一种物质的气孔率至少是部分可穿透的。这允许流体至少部分地渗入构造或通道，直至第一种物质的一定深度。只有在气孔致密到由于高的流动阻力使流体转向，才在蜂窝体内沿规定的路径变换运动方向或继续流动。
另一种改进结构设想，在蜂窝体内一可预先规定的地点处通道内或通道上通过构建许多层造成一可预先规定的构造，其中构造和地点预先借助于涡流计算确定。最好在涡流计算时一起考虑以后必需的化学反应的计算，例如在蜂窝体用作催化剂或吸附器时。特别是用这种方法可以制造如上所述的这种蜂窝体。
借助于以下附图对其他优良的结构和特征作较详细的说明。附加的改进结构通过上面和以下公开的关于蜂窝体和方法方面的特征的适当的相互组合得到。附图表示
图1蜂窝体制造方法的示意图，
图2一种构造，它例如可以做成蜂窝体内的纵向或横向构造，
图3另一种构造，它同样可以用一种所提出的方法制造，和
图4蜂窝体的一种分层结构，其中内置一物体。
图1表示一蜂窝体制造方法的示意图，其中在方法以及其他特征，特别是所用材料及其特性方面在公开的范围内参照EP 0 627 983B1。在计算机设备1上在制造蜂窝体之前可以进行所有必要的计算。特别是允许在考虑蜂窝体的工作范围的情况下进行涡流计算、还有化学反应计算以及热量计算和稳定性计算，可以确定蜂窝体的最佳结构。然后这样计算出来的结构在充分利用构造的情况下例如同时通过一计算机设备1转化成相应的加工机器2。相应地加工机器2例如通过所表示的坐标系在一工作台3上方移动。这时形成预先计算好的层和构造并固化。在工作台3上示意表示一在形成过程中的蜂窝体。通道5沿虚线表示的纵轴穿过蜂窝体4。蜂窝体4的第一面6确定一用于以后流过的流体流过蜂窝体4的入口，而一还没有加工完的第二面7确定一用于流体的相应出口。在蜂窝体4的壁8内埋入一第一9和一第二10物体，在蜂窝体的后续制造过程中它们内置在蜂窝体8。例如如图所示在加工过程中两个物体9，10放入所希望的部位。这些物体也可以在蜂窝体4的位于内部的壁8内。除构建横截面圆盘外在相应地固化时同样也可以立式构建蜂窝体4，例如在相应的模具的帮助下，在模具内制造蜂窝体。如果在蜂窝体4内应该埋入和内置长的物体，那么这种加工方法特别合适。
图2表示一形成构造的通道壁11。除直线形光滑区B外还有波纹区12，其波幅C或波长D可以根据需要任意确定和制造。这里用E表示的波纹之间的距离也不必顾虑加工工具与蜂窝体的使用目的个别相适应地制造，这里画出其横截面的通道壁11可以具有作为相对于主流动方向的纵向或横向构造以及作为纯粹横向和纵向构造之间的混合的构造。通道壁除本身的构造外还有一第一13和一第二14凸起形式的其他构造，它用来在流道内产生涡流。构造的结构造型可根据其当时的应用目的任意设计。如第一和/或第二凸起13，14可以在其内部具有一测量传感器15，因此它突入流体中。在第一个凸起13处测量传感器15与流体直接接触，而第二个凸起14内的测量传感器15则被第二个凸起14的材料完全包围，因此与流过的流体是隔离的。其次可以看到一内置在通道壁11的第一种物质16内的第二种物质17的布局，它是导电的并将信号从测量传感器15穿过蜂窝体4继续传递。
图3表示同样形成构造的第二种通道壁18。开口的三角形锯齿形式的第一构造具有构成第二种通道壁19的层的中断。应用可塑性变形并接着可固化的物质的方法允许在第一种构造19内可以设置另一作为微型构造的第二种构造20。第二种构造例如作为进或出反拉伸设置在第一种构造内，例如作为一纵构造21以及一横构造22，其中纵构造21有一开口23，以便用作从一个通道进入一相邻通道的窗口。特别是第二种通道壁18的分层结构使得可以根据需要任意调整开口三角形的第一高度H，以及第二种构造20的第二高度h。对于在所述实施例中由一第一24、第二25和第三26层组成的通道壁18的各个厚度也一样。第一24和第三26层由第一种物质制成，而埋在另两层之间的第二层25由第二种物质组成，它是导电的。由此达到通道壁18完全加热，以便由此加热用箭头表示的流过的流体。
在形成开口和其他沿层结构方向中断的构造时当然应该考虑，不可能没有底层构建一个层。因此要不必须代替以后的开口采用一辅助构造(例如由以后烧毁或熔化掉的材料组成)，要不开口的边缘必须倾斜分布，使得可以通过侧向突起的层形成一分层结构。
第一种和第二种物质的固化允许几何形状、从而还有构造可以任意成形。特别是考虑陶瓷原材料以及金属原材料作为用于第一种或第二种物质的材料。这些原材料也可以相互结合。作为陶瓷原料例如可以列出氧化物陶瓷或者金属陶瓷、作为金属原料可以列出金属粉末、金属氧化物或金属溶液，就像迄今为止对于烧结蜂窝体已经知道的那样。但是现在它们可以相互单层地涂抹或相互混和、相互结合。
前者例如也可以由下面的图4得知。
图4表示一内置在第三种通道壁27内的第三种物体28。第三种物体28内置在第三种通道壁27内这样地进行，其中首先第一种物质涂成一层并固化。在达到一定的层高以后在构建下一层时一起应用第二种物质。在第二种物质达到对于所希望的应用目的满意的高度以后，对于以后的层重新仅仅运用第一种物质。用这种方法达到，第二种物质完全被第一种物质包围，因此埋在和内置在它里面。这里第二种物质形成一十字，例如它可能对于在蜂窝体内的电流的分配器是必需的。通过在制造蜂窝体时为了构建这些层第二种物质的相应分配可以制造极其不同的导电线路等等。在这种分层制造的蜂窝体内还可以实现空腔，其中根据所用的方法的种类不同可以形成作为蜂窝体内的通道构造的15到50微米之间的细微通道。这种方法特别是允许可以构建约1.5至4微米直到超过100微米的单层高度。这又意味着，蜂窝体的表面状况以及通道的构造可以局部精确确定地预先计算和然后实现。用这种方法所希望的材料也可以按可预先规定的厚度准确地涂在算出的地点上。
制造蜂窝体的方法以及蜂窝体本身的种类使得可以特别是在完全由陶瓷制成的蜂窝体中实现任何种类的埋入物以及影响流动的构造。这种类型的蜂窝体例如适合于例如用在排气管中，例如作为吸附器或催化剂，尤其是在汽车的内燃发动机中。
图形标记表1  计算机设备2  加工机器3  工作台4  蜂窝体5  通道6  第一面7  第二面8  壁9  第一种物体10 第二种物体11 通道壁12 波纹14 第一个凸起14 第二个凸起15 测量传感器16 第一种物质17 第二种物质18 第二种通道壁19 第一种构造20 第二种构造21 纵构造22 横构造23 开口24 第一层25 第二层26 第三层27 第三种通道壁28 第三种物体B  区域C  波幅D  波长E  波纹距离H  第一高度h  第二高度

Claims (13)

1.制造带有通道(5)的蜂窝体(4)的方法，其中蜂窝体通过重复以下步骤分层制造：
—用第一种可塑性变形并接着可固化的物质产生一可预先规定的层(24)，和
—层(24)固化，
其特征为：
通过涂上一导电的第二种物质(25)和/或在蜂窝体(4)内放入一导电物体(9，10)造成一测量传感器(15)和/或一加热器。
2.制造带通道(5)的蜂窝体(4)的方法，其中蜂窝体(4)通过重复以下步骤分层制造：
—用第一种可塑性变形并接着可固化的物质产生一可预先规定的层(24)，和
—层(24)固化，
其中构建形成可用于流体流过的通道(5)的壁(8)，
其特征为：
壁(8)设有至少一个用来影响可流过的流体的构造(19、20、21、22)。
3.按权利要求1或2的方法，其特征为：用以形成壁(8)的分层结构局部中断，以便在壁(8)上产生一作为用于流体从第一通道流向第二通道的窗口的开口(23)。
4.带有对于流体可流通的通道(5)的蜂窝体，通道相互并排设置，其中蜂窝体(5)具有构成通道(5)并由陶瓷制成的壁(8)，其特征为：在蜂窝体(4)的陶瓷壁(8)内内置至少一个测量传感器(15)和/或一导电物质。
5.按权利要求4的蜂窝体(4)，其特征为：测量传感器(15)和/或导电物质被陶瓷完全包围。
6.按权利要求4或5的蜂窝体，其特征为：测量传感器(15)是一温度传感器。
7.带有对于流体可流通的并相互并排设置的通道(5)的蜂窝体(4)，其中蜂窝体(4)具有构成通道(5)并至少部分由陶瓷制成的壁(8)，其特征为：蜂窝体(4)内至少一个由陶瓷组成的壁(8)具有一辅助构造(19、20、21、22)，以便对流体的流通施加影响。
8.按权利要求7的蜂窝体，其特征为：构造(19、20、21、22)相对于流体通过通道(5)的流动方向纵向、横向和/或倾斜地设置。
9.按权利要求7或8的蜂窝体(4)，其特征为：构造(19、20、21、22)成波纹形或之字形。
10.带有对于流体可流通的通道(5)的，由可塑性变形并接着可固化的物质制成的蜂窝体(4)，其中第一种物质特别地可预先规定地分层涂刷和固化，其特征为：沿通过蜂窝体(4)的横截面除第一种物质外至少一第二种物质形成一沿横截面的层，其中第一种物质具有不同于第二种物质的特性。
11.按上述权利要求之任一项的蜂窝体(4)，其特征为：从第一个通过到第二个通道的壁(8)具有一作为用于可流通的流体的窗口的开口(23)。
12.按上述权利要求之任一项的蜂窝体(4)，其特征为：它按上述方法之一制造。
13.按上述权利要求之任一项的蜂窝体(4)，其特征为：它完全由陶瓷组成。
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