專利名稱：金屬濾芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除黑煙顆粒的金屬濾芯及其制造方法，特別是涉及采用金屬多孔材料制造的柴油車捕捉碳煙顆粒用金屬濾芯及其制造方法。
背景技術(shù)：
柴油車排氣中含有大量的碳煙微粒，這些微粒主要由黑色的含碳物質(zhì)及可溶性碳?xì)浠衔锝M成，平均粒徑小，易于懸浮在大氣中，極易被人的呼吸道吸入并沉積在肺泡內(nèi)，對人體健康十分有害。為了減少顆粒排放，已知一種由蜂窩狀陶瓷基質(zhì)構(gòu)成的過濾器，排出的待凈化尾氣流入過濾器中的過濾通道，相鄰?fù)ǖ澜惶骊P(guān)閉，使尾氣從過濾器入口端進(jìn)入通道后穿透陶瓷壁，并經(jīng)過相鄰?fù)ǖ乐匦略谶^濾器出口端排出，其主要缺點是物理參數(shù)的各向異性，徑向膨脹系數(shù)是軸向膨脹系數(shù)的兩倍，因此易發(fā)生熱應(yīng)力損壞，同時抵抗沖擊、振動的性能較差。為了解決這些問題，人們利用金屬過濾材料良好的韌性及抗沖擊性，制作了金屬濾芯，日本專利公開No.Hei9-245938、No.Hei11-257048以及2002-27915中披露了傳統(tǒng)的金屬過濾器，是以開放式過濾系統(tǒng)為設(shè)計概念，用渦旋形式卷繞制成的沿渦旋方向具有波狀或凸凹狀的金屬多孔主體構(gòu)成，在波狀或凸凹狀的峰部或谷部形成許多通孔，每一個通孔都具有在其邊緣部分中形成的毛口狀或軛狀凸起，毛口狀或軛狀凸起以金屬多孔主體彼此接合的狀態(tài)定位在金屬多孔主體彼此相對的表面之內(nèi)并形成尾氣通路，在尾氣通路中進(jìn)入紊流狀態(tài)的尾氣中的未燃燒碳煙顆粒被金屬多孔主體的峰部或谷部表面捕捉并且進(jìn)一步被用作障礙的毛口狀或軛狀凸起捕捉，但由于通路截面面積較小并且由此與黑煙區(qū)域接觸的面積與通路截面面積的比值不能提高，因此造成許多黑煙與尾氣一起噴出，而沒有被金屬過濾器捕獲，不能按期望實現(xiàn)除去黑煙顆粒的效率。日本專利公開200410045256.2在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過增加障礙分布率并通過改變波狀或凸凹狀的金屬多孔主體中通孔邊緣凸起的方向以期在有限空間獲得更高的通路截面面積，從而使金屬過濾器能夠增強捕獲效率，但仍不能實現(xiàn)碳煙的完全去除，尤其對于使用高硫柴油、原始碳煙排放度較大的柴油車而言，捕獲效率仍不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題的存在，提供一種以非開放過濾系統(tǒng)為設(shè)計概念下提供一種具有旁路通道并在有限空間內(nèi)獲得較大通路面積的層狀金屬濾芯及其制造方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的一種金屬濾芯，其特點是包括由多層多孔金屬薄帶折疊焊接壓緊的濾芯單元群體及封裝于該濾芯單元群體的垂直焊縫方向兩端面的金屬類長條，其中相鄰兩層多孔金屬薄帶的表面分別壓出有相互錯位、可相互支撐對方平面的柱狀支撐槽道，且相鄰兩多孔金屬薄帶之間的由相鄰兩柱狀支撐槽道形成的空間形成可捕獲和去除包含在柴油機尾氣中的黑煙顆粒的尾氣過濾通道。
本發(fā)明所述的一種金屬濾芯的制造方法，其特點是包括以下步驟(1)將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶；(2)按照待加工濾芯整體尺寸及通路面積的要求將多孔金屬薄帶剪裁成所需的一塊一塊的片狀多孔金屬薄帶；(3)將片狀多孔金屬薄帶沿長度方向均勻分區(qū)其中各分區(qū)的長度與濾芯整體長度或氣流在濾芯流過的長度相同，并在相鄰兩分區(qū)的片狀多孔金屬薄帶的中央壓出一豎向的折疊痕，并在相鄰兩分區(qū)片狀多孔金屬薄帶上位于折疊痕兩邊的位置分別壓出相互錯位的可相互支撐對方平面的橫向支撐槽道，并沿其折疊痕將所述各分區(qū)片狀多孔金屬薄帶按一定的角度折疊；(4)將經(jīng)過模壓和折疊后的多個分區(qū)片狀多孔金屬薄帶通過壓焊機將其焊接連接而形成具有多層過濾通道濾芯單元群體；(5)將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯。
其中上述步驟(1)中將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶包括以下步驟(11)用粒度0.5～200μm的金屬粉末，按500ml/Kg金屬粉末加入水溶性粘結(jié)劑，混合均勻成金屬粉末料漿；(12)將上述金屬粉末料漿均勻涂覆在金屬絲網(wǎng)上，涂覆厚度0.5～1mm；(13)將涂覆的金屬絲網(wǎng)在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金屬絲網(wǎng)在真空或還原氣氛保護(hù)下燒結(jié)，燒結(jié)溫度低于金屬粉末的熔點20～400℃，燒結(jié)時間30～90min.；(15)軋制平整燒結(jié)后的金屬絲網(wǎng)，得到本發(fā)明所述的多孔金屬薄帶。
上述步驟(5)中將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯包括以下步驟(51)在每個分區(qū)之間的邊緣部分用金屬類長條依次間隔；(52)在壓緊狀態(tài)下采用工業(yè)焊接的方法在兩個封裝端面上將金屬類長條和濾芯單元群體有效連接。
本發(fā)明由于采用多層具有分區(qū)之間相互錯位的支撐槽道的多孔金屬薄帶通過折疊、焊接、壓緊而形成濾芯單元群體的結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明以非開放過濾系統(tǒng)為設(shè)計概念下提供一種具有旁路通道并在有限空間內(nèi)獲得較大通路面積的層狀金屬濾芯，一方面以較小的體積彌補可以獲得與蜂窩狀陶瓷基質(zhì)過濾器相當(dāng)?shù)脑谟邢蘅臻g內(nèi)較大的通路面積，同時具有金屬特有的抗沖擊、振動性能；另一方面對于使用高硫柴油、原始碳煙排放度較大的柴油車可以實現(xiàn)碳煙的有效攔截，可以通過反吹得以再生，或者通過簡單裝卸用普通類金屬清洗劑清洗即可完全再生。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方法

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的濾芯單元群體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的多孔金屬薄帶的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1～圖4所示，本發(fā)明所述的一種金屬濾芯，包括由多層多孔金屬薄帶1折疊焊接壓緊的濾芯單元群體及封裝于該濾芯單元群體的垂直焊縫方向兩端面的金屬類長條2，其中相鄰兩層多孔金屬薄帶1的表面分別壓出有相互錯位、可相互支撐對方平面的柱狀支撐槽道12，且相鄰兩多孔金屬薄帶1之間的由相鄰兩柱狀支撐槽道12形成的空間形成可捕獲和除去包含在柴油機尾氣中的黑煙顆粒的尾氣過濾通道11。
本發(fā)明所述的金屬濾芯的制造方法，包括以下步驟(1)將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶1；此時所述的多孔金屬薄帶可以是金屬纖維氈、金屬柔性微孔薄帶、金屬單層或多層絲網(wǎng)等。
(2)按照待加工濾芯整體的尺寸及通路面積的要求將多孔金屬薄帶剪裁成所需的一塊一塊的片狀多孔金屬薄帶；(3)將片狀多孔金屬薄帶1沿長度方向均勻分區(qū)其中各分區(qū)的長度與濾芯整體長度或氣流在濾芯流過的長度相同，并在相鄰兩分區(qū)的片狀多孔金屬薄帶的中央壓出一豎向的折疊痕，并在相鄰兩分區(qū)片狀多孔金屬薄帶1上位于折疊痕兩邊的位置分別壓出相互錯位的可相互支撐對方平面的橫向支撐槽道12，并沿其折疊痕將所述各分區(qū)片狀多孔金屬薄帶1按一定的角度折疊；其中各橫向槽道兩端與多孔金屬薄帶平面部分應(yīng)光滑過渡，而在各槽道壓出深度后每個分區(qū)在對等處按折疊方向相對應(yīng)地折疊。同時每個分區(qū)上槽道間過度區(qū)的寬度受槽道數(shù)量限制，建議槽道壓出后過度區(qū)平整為宜，每個分區(qū)的邊緣區(qū)寬度不相同，但與相鄰分區(qū)的邊緣區(qū)對角方向上相同，目的是使折疊后相鄰分區(qū)上槽道區(qū)槽道相互錯位，可以相互支撐對方平面。相鄰分區(qū)中上下兩塊槽道區(qū)槽道壓下方向相同，對于尾氣通路而言，其相鄰的分區(qū)之間的空間作為過濾后氣流通路。
(4)將經(jīng)過模壓和折疊后的多個分區(qū)片狀多孔金屬薄帶1通過壓焊機將其焊接連接而形成具有多層過濾通道的濾芯單元群體；(5)將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯。
其中上述步驟(1)中將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶包括以下步驟(11)用粒度0.5～200μm的金屬粉末，按500ml/Kg金屬粉末加入水溶性粘結(jié)劑，混合均勻成金屬粉末料漿，其中金屬粉末可以是不銹鋼、鐵、鎳、鈦、銅或鋁粉末，水溶性粘結(jié)劑可以是羥甲基纖維素、聚乙烯醇或聚氧化乙烯；(12)將上述金屬粉末料漿均勻涂覆在金屬絲網(wǎng)上，涂覆厚度0.5～1mm，其中金屬絲網(wǎng)可以是不銹鋼、鐵、鎳、鈦、銅或鋁絲網(wǎng)；
(13)將涂覆的金屬絲網(wǎng)在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金屬絲網(wǎng)在真空或還原氣氛保護(hù)下燒結(jié)，燒結(jié)溫度低于金屬粉末的熔點20～400℃，燒結(jié)時間30～90min.；(15)軋制平整燒結(jié)后的金屬絲網(wǎng)，得到本發(fā)明所述的多孔金屬薄帶1。
上述步驟(5)中將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯包括以下步驟(51)在每個分區(qū)之間的邊緣部分用金屬類長條依次間隔，其中金屬類長條的一端與相鄰分區(qū)折疊后形成的折疊過度區(qū)相吻合，金屬類長條的長度建議不小于折疊后分區(qū)的長度，金屬類長條的寬度建議不大于分區(qū)邊緣區(qū)的最小寬度，在壓緊方向的作用下形成具有高度的尾氣通路和過濾后氣流通路。由于金屬類的可互焊性，在壓緊狀態(tài)下采用一般的工業(yè)焊接方法可以將金屬類長條和過濾組件有效連接；(52)在壓緊狀態(tài)下采用工業(yè)焊接的方法在兩個封裝端面上將金屬類長條2和濾芯單元群體有效連接。
同時本發(fā)明作為整個金屬過濾器的一部分，其最后的封裝結(jié)構(gòu)及步驟是在與尾氣進(jìn)入濾芯方向或過濾后氣流流出方向垂直的濾芯四個外側(cè)面的封裝可以采用普通的諸如耐火纖維氈類進(jìn)行包裹，最后可以采用普通的金屬類板材作成具有法蘭的連接類外殼4與其他組件連接，整體的金屬濾芯立體示意效果如圖1所示，其中金屬類長條2的出頭用擋板21攔擋，最終形成過濾空間3。
權(quán)利要求
1.一種金屬濾芯，其特征在于包括由多層多孔金屬薄帶(1)折疊焊接壓緊的濾芯單元群體及封裝于該濾芯單元群體的垂直焊縫方向兩端面的金屬類長條(2)，其中相鄰兩層多孔金屬薄帶(1)的表面分別壓出有相互錯位、可相互支撐對方平面的柱狀支撐槽道(12)，且相鄰兩多孔金屬薄帶(1)之間的由相鄰兩柱狀支撐槽道(12)形成的空間形成可捕獲和去除包含在柴油機尾氣中的黑煙顆粒的尾氣過濾通道(11)。
2.一種金屬濾芯的制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶(1)；(2)按照待加工濾芯整體尺寸及通路面積的要求將多孔金屬薄帶(1)剪裁成所需的一塊一塊的片狀多孔金屬薄帶；(3)將片狀多孔金屬薄帶(1)沿長度方向均勻分區(qū)其中各分區(qū)的長度與濾芯整體長度或氣流在濾芯流過的長度相同，并在相鄰兩分區(qū)的片狀多孔金屬薄帶的中央壓出一豎向的折疊痕，并在相鄰兩分區(qū)片狀多孔金屬薄帶(1)上位于折疊痕兩邊的位置分別壓出相互錯位的可相互支撐對方平面的橫向支撐槽道(12)，并沿其折疊痕將所述各分區(qū)片狀多孔金屬薄帶(1)按一定的角度折疊；(4)將經(jīng)過模壓和折疊后的多個分區(qū)片狀多孔金屬薄帶(1)通過壓焊機將其焊接連接而形成具有多層過濾通道的濾芯單元群體；(5)將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬濾芯的制造方法，其特征在于上述步驟(1)中將金屬粉末、粘結(jié)劑及金屬絲網(wǎng)通過涂覆、燒結(jié)、軋制的方法制得多孔金屬薄帶(1)包括以下步驟(11)用粒度0.5～200μm的金屬粉末，按500ml/Kg金屬粉末加入水溶性粘結(jié)劑，混合均勻成金屬粉末料漿；(12)將上述金屬粉末料漿均勻涂覆在金屬絲網(wǎng)上，涂覆厚度0.5～1mm；(13)將涂覆的金屬絲網(wǎng)在105℃下烘干10min.；(14)烘干后的金屬絲網(wǎng)在真空或還原氣氛保護(hù)下燒結(jié)，燒結(jié)溫度低于金屬粉末的熔點20～400℃，燒結(jié)時間30～90min.；(15)軋制平整燒結(jié)后的金屬絲網(wǎng)，得到本發(fā)明所述的多孔金屬薄帶(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬濾芯的制造方法，其特征在于上述步驟(5)中將濾芯單元群體的垂直焊縫方向的兩端面進(jìn)行封裝形成長方體金屬濾芯包括以下步驟(51)在每個分區(qū)之間的邊緣部分用金屬類長條(2)依次間隔；(52)在壓緊狀態(tài)下采用工業(yè)焊接的方法在兩個封裝端面上將金屬類長條(2)和濾芯單元群體有效連接。
全文摘要
一種金屬濾芯，包括由多層多孔金屬薄帶折疊焊接壓緊的濾芯單元群體及封裝于該濾芯單元群體的垂直焊縫方向兩端面的金屬類長條，其中相鄰兩層多孔金屬薄帶的表面分別壓出有相互錯位的柱狀支撐槽道，且相鄰兩多孔金屬薄帶之間的由相鄰兩柱狀支撐槽道形成的空間形成尾氣過濾通道。本發(fā)明由于采用多層具有分區(qū)之間相互錯位的支撐槽道的多孔金屬薄帶通過折疊、焊接、壓緊而形成濾芯單元群體的結(jié)構(gòu)，一方面以較小的體積彌補可以獲得與蜂窩狀陶瓷基質(zhì)過濾器相當(dāng)?shù)脑谟邢蘅臻g內(nèi)較大的通路面積，同時具有金屬特有的抗沖擊、振動性能；另一方面對于使用高硫柴油、原始碳煙排放度較大的柴油車可以實現(xiàn)碳煙的有效攔截，并通過反吹得以再生。
文檔編號B01D46/00GK1712102SQ20051003444
公開日2005年12月28日 申請日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者蔡一湘, 張殿武, 張立華, 周華云 申請人:廣州有色金屬研究院