專利名稱：制造一種至少部分由分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板層構(gòu)成的蜂窩體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造蜂窩體的方法，這種蜂窩體由層疊的和/或卷繞的金屬薄板構(gòu)成。
蜂窩體主要用作催化劑載體，用于內(nèi)燃機(jī)排氣的置換分解反應(yīng)。例如由WO89/07488已知這些蜂窩體。這種催化劑載體受有高的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。除了蜂窩體的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷之外，它還遭遇存在于排氣中的腐蝕性氣體成分。這種腐蝕性的氣體成分會導(dǎo)致蜂窩體的腐蝕。因此期望用耐腐蝕的金屬薄板制造蜂窩體。
由EP0159468B1已知，蜂窩體用具有高含鋁量的薄鋼板制造。然而，用這種材料制造蜂窩體，由于高含鋁量的鋼不良的軋制性能是有缺點(diǎn)的，而且伴隨而來的是高的成本。
US5366139A建議了一種用于制造蜂窩體的金屬薄板，它由一種鍍鋁的鋼制成。在制造蜂窩體時(shí)這種薄板的加工費(fèi)用昂貴，因?yàn)檫@種薄板容易冷變形。
在鍍鋁的金屬薄板層疊和/或卷繞后進(jìn)行熱處理。通過熱處理，至少有一個(gè)由含鉻的鋼構(gòu)成的層和至少有一個(gè)主要含鋁的層的金屬薄板基本上均質(zhì)化。可以肯定，在制造蜂窩體尤其是具有較大橫截面的蜂窩體時(shí)，而這些蜂窩體又具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板，則并不能始終保證金屬薄板互相之間和/或與蜂窩體周圍的外套之間的連接。然而金屬薄板層相互之間和/或與蜂窩體周圍的外套管之間的可靠連接，對于蜂窩體的機(jī)械強(qiáng)度具有重要意義。人們知道，在蜂窩體熱處理時(shí)可能產(chǎn)生具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板層的體積減小。具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板的這種體積減小歸諸于，構(gòu)成金屬薄板一個(gè)外層的鋁，在熱處理過程中擴(kuò)散到由含鉻的鋼構(gòu)成的第一層中。擴(kuò)散到由含鉻的鋼構(gòu)成的層中去的鋁，雖然增大了這一層的體積，但是在程度上不及鋁層產(chǎn)生的體積減小。此外，層疊的金屬薄板在均質(zhì)化期間只有較低的彈性。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造蜂窩體的方法，這種蜂窩體的金屬薄板層至少一部分首先由一種分層的材料組成，這種材料至少有一個(gè)由含鉻的鋼制的層和至少有一個(gè)主要含鋁的層，它們在晚些時(shí)候的熱處理過程中通過擴(kuò)散基本上均質(zhì)化。在這種情況下，由于金屬薄板均質(zhì)化產(chǎn)生的體積減小應(yīng)加以補(bǔ)償，所以，盡管如此在金屬薄板之間仍形成可承受高負(fù)荷的連接。
按本發(fā)明此目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的方法來達(dá)到。從屬權(quán)利要求的內(nèi)容是有利的進(jìn)一步設(shè)計(jì)。
為避免層疊和/或卷繞的金屬薄板熱處理過程中由于體積改變造成金屬薄板層互相之間和/或與外套之間發(fā)生大范圍不連接或只有弱的連接，按本發(fā)明的方法建議，至少一部分金屬薄板層有一種在熱處理前或在熱處理時(shí)增加蜂窩體彈性的結(jié)構(gòu)。因此蜂窩體具有這樣的預(yù)緊力地裝入一個(gè)外套管內(nèi)，即，在熱處理時(shí)能保持金屬薄板層之間的接觸點(diǎn)接觸。采用這種方法提供了一種蜂窩體，它通過選擇金屬薄板層的材料因而是耐腐蝕的，除此之外它還具有良好的熱和機(jī)械的穩(wěn)定性。采用在熱處理前和在熱處理時(shí)增加蜂窩體彈性的結(jié)構(gòu)以及通過將蜂窩體具有預(yù)緊力地置入外套管內(nèi)，盡管在熱處理期間所使用的材料也許只有較小的彈性，也能始終保證金屬薄板層之間接觸點(diǎn)的接觸。金屬薄板層之間接觸點(diǎn)的可靠接觸，對于構(gòu)成金屬薄板層之間的連接也有重要意義。通過熱處理，金屬薄板在它們的接觸點(diǎn)互相連接。金屬薄板相互連接的實(shí)現(xiàn)例如通過鋁-鋼合金具有比鋼低得多的熔點(diǎn)，所以具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板的內(nèi)層暫時(shí)熔融，并形成接觸點(diǎn)周圍區(qū)內(nèi)的緊密連接，這種連接幾乎具有焊接的特性。由于濃度梯度，鋁進(jìn)一步滲入金屬薄板的內(nèi)層中，因此降低了連接區(qū)內(nèi)的含鋁量并因而提高了連接區(qū)的熔點(diǎn)，所以連接點(diǎn)硬化。除了金屬薄板層的這種相互連接以外或取代這種連接，至少一部分金屬薄板至少可以局部加釬料，所以金屬薄板還可以通過附加的釬焊連接至少在部分區(qū)域內(nèi)互相連接。
增加成品蜂窩體彈性的、同時(shí)也適用于改善加工過程的結(jié)構(gòu)，由先有技術(shù)已知有多種多樣的，然而它們對于使用分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板時(shí)的加工過程的意義卻是未知的。例如EP0220468B1介紹了不同類型的雙波紋，它們可以加工在波紋形和/或平的金屬薄板中。還已知在蜂窩體中基本上平的金屬薄板內(nèi)制有附加的微波紋，這種微波紋對于這里涉及的加工過程也是有利的。
還有特別的彈性結(jié)構(gòu)，其中所有的金屬薄板分別制有交替傾斜的波紋，所以這些波紋互相交叉成夾角和沒有任何接觸線，而只是構(gòu)成一些比較小的接觸點(diǎn)。在EP0245737中例如說明了這種結(jié)構(gòu)。
最后，由EP0454712B1還已知用于影響流動的微結(jié)構(gòu)，結(jié)合這里所提出的目的，業(yè)已證明這種微結(jié)構(gòu)出人意料地同樣對于加工過程帶來有利的影響。這種微結(jié)構(gòu)一方面可以利用來顯著減少在一個(gè)蜂窩體內(nèi)接觸點(diǎn)的總面積，因此在彈性保持相同的情況下相應(yīng)地增加了每單位接觸面積的力以及構(gòu)成良好的連接點(diǎn)。此外，這種微結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步增加彈性。另一方面這些微結(jié)構(gòu)還可以在金屬薄板層之間提供形狀相配的連接，因此在制造過程中金屬薄板的相對移動得以避免，并改善了成品蜂窩體的機(jī)械承載能力。因此可根據(jù)使用場合配置微結(jié)構(gòu)，使它們偶爾地或頻繁地互相插入。
有一種最佳的實(shí)施形式，按照這種形式至少在一部分金屬薄板層中附加的微結(jié)構(gòu)減小金屬薄板之間接觸點(diǎn)的總面積。因此減小了在熱處理期間為保持接觸點(diǎn)接觸所必需的預(yù)緊力。
為保證金屬薄板之間的連接所設(shè)計(jì)的附加的結(jié)構(gòu)，最好是橫向于或傾斜于通道的方向延伸的結(jié)構(gòu)。但這些附加的結(jié)構(gòu)也可以基本上沿通道的方向延伸。
按照另一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)建議，在相鄰金屬薄板中的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成，它們不會或只是偶爾出現(xiàn)相鄰微結(jié)構(gòu)的機(jī)械卡死。這種機(jī)械卡死可能由于相鄰微結(jié)構(gòu)形狀相配地互相插入造成的。為了避免這種卡死，相鄰金屬薄板最好具有方向不同的微結(jié)構(gòu)。這些微結(jié)構(gòu)也可以有不同的模壓形狀或輪廓，從而避免相鄰微結(jié)構(gòu)互相插入。避免由于形狀相配地互相插入造成機(jī)械卡死，提高了接觸點(diǎn)的單位面積壓力。
但尤其在螺旋形卷繞的蜂窩體中，若金屬薄板層彼此通過相鄰金屬薄板層形狀相配地互相插入的結(jié)構(gòu)互相夾緊可能是有利的。因此，金屬薄板層即使在熱處理期間只還有很小的預(yù)緊力的情況下也不可能相對移動，尤其是不可能成為伸縮套筒狀。在這種情況下，這些微結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為，使互相插入的微結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)即使在具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板均質(zhì)化之后仍能保持嚙合。
在熱處理過程中除了分層的金屬薄板結(jié)構(gòu)發(fā)生變化外，還發(fā)生圍繞著金屬薄板層的外套管膨脹。由于外套管的熱膨脹，減小了置入外套管內(nèi)的金屬薄板層的預(yù)緊力。為了在熱處理期間基本上保持蜂窩體內(nèi)的預(yù)緊力，按照一項(xiàng)有利的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，設(shè)置一個(gè)彈性的夾層，它裝在外套管與蜂窩體之間。在制造時(shí)，此夾層補(bǔ)償了在冷卻過程結(jié)束后外套管和蜂窩體不同的收縮量。
使用其熱膨脹系數(shù)小于蜂窩體材料的熱膨脹系數(shù)的材料作外套管，同樣有利于保持在蜂窩體內(nèi)的預(yù)緊力。
下面借助于在附圖中表示的按此方法制造的一個(gè)蜂窩體，說明按本發(fā)明的用于制造蜂窩體的方法的其它優(yōu)點(diǎn)和特征。其中表示

圖1蜂窩體橫截面示意圖；圖2具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板；圖3示意表示具有雙波紋的相鄰金屬薄板；圖4具有交叉波紋的斜波紋形金屬薄板層；以及圖5具有微結(jié)構(gòu)的蜂窩體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中表示了一個(gè)蜂窩體1，其中金屬薄板2、3層疊和卷繞。金屬薄板3有一種為構(gòu)成可流過流體的通道7的結(jié)構(gòu)。金屬薄板3首先由一種如圖2所示的分層材料組成。此金屬薄板3有一個(gè)由含鉻的鋼制的層4和在層4的兩側(cè)各有一個(gè)主要含鋁的層5、6。金屬薄板3的層4、5和6在晚些時(shí)候的熱處理中通過擴(kuò)散基本上均質(zhì)化。各層的壓印在此熱處理工序后不再存在。
在所表示的實(shí)施例中，具有分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板3設(shè)計(jì)為波紋形的。原則上平的金屬薄板層或蜂窩體的所有金屬薄板層也都可以由首先為分層結(jié)構(gòu)的金屬薄板制成。
層疊的和卷繞的金屬薄板層裝入一個(gè)外套管8內(nèi)，在這種情況下由金屬薄板2、3構(gòu)成的蜂窩體具有這樣的預(yù)緊力地裝入外套管8內(nèi)，即，在熱處理時(shí)能保持金屬薄板之間的接觸點(diǎn)9接觸。在這時(shí)要借助于附加存在的提高彈性的結(jié)構(gòu)，如利用下面的圖所說明的那樣。
在圖3中表示了多種可能的雙波紋中之一種，其中波紋形金屬薄板有波幅不同的波峰13、14，所以只有一部分最大的波紋與相鄰的金屬薄板層2構(gòu)成接觸點(diǎn)15。這樣一種結(jié)果也可以通過相鄰金屬薄板層的不同的波紋來獲得。因此不管那一種都可以提高在制造過程中蜂窩體的彈性。
圖5表示了另一種可能性，用于在制造過程中同時(shí)提高彈性和接觸點(diǎn)9的單位面積壓力。金屬薄板層3a、3b制成交替地沿不同方向傾斜的波紋，所以它們的波紋彼此以一個(gè)交叉角α相交。這種設(shè)計(jì)形式便于制造和有利于以后的流動特性。
由圖5可見，平的金屬薄板2和/或波紋形的金屬薄板3具有微結(jié)構(gòu)10，它們基本上橫向于通道7的方向S延伸。通過相鄰金屬薄板層2、3的這種微結(jié)構(gòu)10使它們互相夾緊，所以即使在熱處理期間只還有很小的預(yù)緊力，金屬薄板層也不可能相對移動?；蛟谝环N避免卡死的設(shè)計(jì)中提高了接觸點(diǎn)的單位面積壓力。不管那一種，這些微結(jié)構(gòu)都增加了制造時(shí)的彈性。
本發(fā)明用于制造耐腐蝕性能良好的、先進(jìn)的、廉價(jià)的、能承受機(jī)械負(fù)荷的蜂窩體，尤其用作催化劑載體的蜂窩體。
權(quán)利要求
1.制造蜂窩體(1)的方法，按此方法，金屬薄板(2、3；3a、3b)層疊和/或卷繞，它們至少局部具有一種結(jié)構(gòu)，用于構(gòu)成可流過流體的通道(7)，其中至少一部分金屬薄板層(3)首先由一種分層的材料組成，這種材料至少有一個(gè)由含鉻的鋼制的層(4)和至少有一個(gè)主要含鋁的層(5、6)，它們在晚些時(shí)候的熱處理過程中通過擴(kuò)散基本上均質(zhì)化，其特征為至少一部分金屬薄板層(2、3；3a、3b)有一種在熱處理前或在熱處理時(shí)增加蜂窩體(1)彈性的結(jié)構(gòu)(10；13、14)，以及此蜂窩體(1)具有這樣的預(yù)緊力地裝入外套管(8)內(nèi)，即，在熱處理時(shí)能保持金屬薄板層(2、3；3a、3b)之間的接觸點(diǎn)接觸。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為通過至少在一部分金屬薄板層(2、3)上附加的微結(jié)構(gòu)(10)，減小了金屬薄板層之間接觸點(diǎn)(9)的總面積，并因而降低了為在熱處理期間保持接觸點(diǎn)(9)接觸所必需的預(yù)緊力。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征為附加的微結(jié)構(gòu)(10)是一種橫向于或傾斜于通道(7)的方向延伸的結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征為附加的微結(jié)構(gòu)(10)是一種基本上沿通道方向延伸的結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其特征為在相鄰金屬薄板中的微結(jié)構(gòu)(10)這樣延伸，即，不會或只是難得出現(xiàn)由于相鄰微結(jié)構(gòu)形狀相配地互相插入引起的機(jī)械卡死。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為金屬薄板層彼此通過相鄰金屬薄板層形狀相配地互相插入的結(jié)構(gòu)而互相夾緊，所以金屬薄板層即使在熱處理期間只還有很小的預(yù)緊力的情況下也不可能相對移動。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為在熱處理期間蜂窩體內(nèi)的預(yù)緊力通過在外套管與蜂窩體之間的彈性夾層保持。
8.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為外套管(8)使用一種其熱膨脹系數(shù)比蜂窩體材料的熱膨脹系數(shù)小的材料。
全文摘要
本發(fā)明建議了一種制造蜂窩體的方法,按此方法,金屬薄板層疊和/或卷繞。金屬薄板至少局部具有一種結(jié)構(gòu),用于構(gòu)成可流過流體的通道,其中至少一部分金屬薄板層首先由一種分層的材料組成,這種材料至少有一個(gè)由含鉻的鋼制的層和至少有一個(gè)主要含鋁的層,它們在晚些時(shí)候的熱處理過程中通過擴(kuò)散基本上均質(zhì)化。為了制造這種蜂窩體,建議,至少一部分金屬薄板層有一種在熱處理前或在熱處理時(shí)增加蜂窩體彈性和/或增加接觸點(diǎn)單位面積壓力的結(jié)構(gòu),以及,蜂窩體具有這樣的預(yù)緊力地裝入一個(gè)外套管內(nèi),即,在熱處理時(shí)能保持金屬薄板層之間的接觸點(diǎn)接觸。
文檔編號B01J37/00GK1193926SQ96196413
公開日1998年9月23日 申請日期1996年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月22日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ? 路德維希·維萊斯 申請人:發(fā)射技術(shù)有限公司