CN113498372B - 对渗透性多孔蜂窝体进行堵塞的方法 - Google Patents
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Abstract
一种对渗透性多孔蜂窝体(14)进行堵塞的方法，所述方法包括：使渗透性多孔蜂窝体(14)与堵塞混合物(100)接触，所述渗透性多孔蜂窝体(14)限定了多个通道(26)；迫使堵塞混合物(100)进入到该多个通道(26)中直到在该多个通道(26)内设置了最大自限性深度(114)的堵塞混合物(100)；以及维持进入到该多个通道(26)中的堵塞混合物(100)的恒定流动速率直到堵塞混合物(100)上的压力升高到预定压力。或者，所述方法包括：利用随着时间施加恒定压力来迫使堵塞混合物(100)进入到多个通道(26)中直到在多个通道(26)内设置最大自限性深度(114)的堵塞混合物(100)；以及维持施加于堵塞混合物(100)的恒定压力直到进入到通道(26)中的堵塞混合物(100)的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率。
Description
技术领域
本申请依据35 U.S.C.§119要求于2018年12月21日提交的系列号为62/783,679的美国临时专利申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
本公开一般涉及用作过滤器的堵塞的渗透性多孔蜂窝体，更具体地，涉及用堵塞混合物对渗透性多孔蜂窝体进行堵塞的方法。
背景技术
微粒过滤器用于过滤流体，例如运载工具使用的液体燃料，以及液体燃料燃烧期间产生的废气。微粒过滤器包括渗透性多孔蜂窝体，其具有相交的、薄的、渗透性多孔壁的基体，该渗透性多孔壁贯穿两个相对的端面并在它们之间延伸，并且形成大量中空通道。该通道在过滤器的端面之间延伸。其中的一些通道的端部被堵塞混合物堵塞。堵塞物迫使被引入到通道的开放端中的流体穿过围绕该通道的渗透性多孔壁。当迫使流体穿过渗透性多孔壁时，渗透性多孔壁对流体进行过滤。
存在各种过程来将堵塞混合物引入到通道中。在一个过程中，膜阻挡不应被堵塞的通道但是允许其他通道可及以被堵塞混合物堵塞。通常，活塞迫使堵塞混合物进入到膜未阻挡的通道中，以使得要被堵塞的通道中的每个通道被堵塞到一定深度，该深度在所有堵塞的通道上是均匀的。
然而，存在一个问题是，将堵塞混合物引入到通道中的现有过程在堵塞物的开放端处产生凹坑(例如，存在于堵塞物的外表面上的开口)，以及在堵塞物的深度内产生空隙(例如，在堵塞物主体内的自由开放空间)。
发明内容
本公开利用一种方法解决了该问题，所述方法用堵塞材料填充通道直到达到堵塞材料的自限性深度，然后迫使附加的堵塞材料进入到通道中，该迫使附加的堵塞材料进入到通道中或者是：(a)在恒定的压力下直到进入到通道中的堵塞材料的流动速率低于阈值流动速率；或者(b)在恒定的流动速率下直到施加于堵塞材料的压力超过阈值压力。由于堵塞材料的深度是自限性的，因此迫使进入到通道中的附加堵塞材料填充了任何潜在的空隙并避免了凹坑的形成。
根据本公开的第1方面，一种对渗透性多孔蜂窝体进行堵塞的方法包括：使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；迫使堵塞混合物进入到该多个通道中直到在该多个通道内设置了最大自限性深度的堵塞混合物；以及维持进入到该多个通道中的堵塞混合物的恒定流动速率直到堵塞混合物上的压力升高到预定压力。在实施方式中，所述预定压力为约5psi至约100psi。在实施方式中，所述预定压力为约20psi至约50psi。在实施方式中，所述预定压力为约10psi至约40psi。
在实施方式中，所述方法还包括：加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物。在实施方式中，在约800℃至约1500℃的温度下对堵塞混合物进行加热。在实施方式中，所述方法还包括：在对渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物进行加热以形成多个堵塞物之前，加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以煅烧该堵塞混合物。
在实施方式中，渗透性多孔蜂窝体包括使多个通道分离的相交壁，并且所述相交壁是渗透性和多孔的。在实施方式中，渗透性多孔蜂窝体是陶瓷。
根据本公开的第2方面，一种对渗透性多孔蜂窝体的通道进行堵塞的方法包括：使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；利用随着时间施加恒定压力来迫使堵塞混合物进入到该多个通道中直到在该多个通道内设置了最大自限性深度的堵塞混合物；以及维持施加于堵塞混合物的恒定压力直到进入到该多个通道中的堵塞混合物的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率。
在实施方式中，预定流动速率是初始流动速率的25％或更小。在实施方式中，预定流动速率是初始流动速率的约10％或更小。在实施方式中，预定流动速率是初始流动速率的约5％或更小。在实施方式中，恒定压力为约1psi至约50psi。在实施方式中，恒定压力为约15psi至约40psi。在实施方式中，所述方法还包括：加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物。在实施方式中，在约800℃至约1500℃的温度下对堵塞混合物进行加热。在实施方式中，所述方法还包括：在对渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物进行加热以形成多个堵塞物之前，加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以煅烧该堵塞混合物。在实施方式中，渗透性多孔蜂窝体包括约100个通道/平方英寸至约900个通道/平方英寸。在实施方式中，渗透性多孔蜂窝体包括使多个通道分离的相交壁，并且所述相交壁是渗透性和多孔的。在实施方式中，渗透性多孔蜂窝体是陶瓷。
根据本公开的第3方面，一种将渗透性多孔蜂窝体堵塞到期望的最大自限性深度的方法包括：(A)使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；和(B)进行下述(i)或(ii)中的任一种：(i)迫使堵塞混合物以第一恒定流动速率进入到多个通道中直到在多个通道内设置第一最大自限性深度的堵塞混合物，以及维持进入到所述多个通道中的堵塞混合物的第一恒定流动速率直到堵塞混合物上的压力升高到预定压力，或者(ii)在第一恒定压力下迫使堵塞混合物进入到多个通道中直到在多个通道内设置第一最大自限性深度的堵塞混合物，以及维持施加于堵塞混合物的第一恒定压力直到进入到多个通道中的堵塞混合物的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率；(C)将第一最大自限性深度与期望的第二最大自限性深度进行比较；(D)改变以下中的一项或多项：(i)将第一恒定压力变为第二恒定压力；(ii)将第一恒定流动速率变为第二恒定流动速率；(iii)将所述多个通道的第一水力直径dh变为第二水力直径dh；(iv)将多孔蜂窝体的第一吸收容量变为第二吸收容量；(v)将堵塞混合物内的无机颗粒的第一渗透率变为第二渗透率；(vi)将堵塞混合物中的液体的第一粘度变为第二粘度；(vii)将堵塞混合物的第一粘度变为第二粘度；以及(E)再次进行(A)和(B)直到在所述多个通道内设置第二最大自限性深度的堵塞混合物。
在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且第二恒定压力比第一恒定压力高。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且第二恒定流动速率大于第一恒定流动速率。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且第二水力直径dh比第一水力直径dh宽。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且多孔蜂窝体的第二吸收容量小于第一吸收容量。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且堵塞混合物内的无机颗粒的第二渗透率小于第一渗透率。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且在维持堵塞混合物的大致不变的总粘度的同时，堵塞混合物中的液体的第二粘度大于第一粘度。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且在维持堵塞混合物中的液体的大致不变的粘度的同时，堵塞混合物的第二粘度小于堵塞混合物的第一粘度。
在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且第二恒定压力比第一恒定压力低。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且第二恒定流动速率小于第一恒定流动速率。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浇；并且第二水力直径dh比第一水力直径dh窄。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且多孔蜂窝体的第二吸收容量大于第一吸收容量。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且多孔蜂窝体的第二吸收容量大于第一吸收容量。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且在维持堵塞混合物的大致不变的总粘度的同时，堵塞混合物中的液体的第二粘度小于第一粘度。在实施方式中，堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且在维持堵塞混合物中的液体的大致不变的粘度的同时，堵塞混合物的第二粘度大于第一粘度。
参考下述说明、权利要求和附图，本领域技术人员能够进一步知晓和理解本文公开的这些特征、优点和目的以及其他特征、优点和目的。
附图说明
以下是对附图中各图的描述。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可能按比例放大显示或以示意图方式显示。
在附图中：
图1是微粒过滤器的透视图，其例示了具有相交壁的多孔蜂窝体，所述相交壁形成了在第一端处开放的多个通道；
图2是图1的微粒过滤器的透视图，但是该微粒过滤器具有堵塞物，所述堵塞物堵塞了所述多个通道的一部分；
图3是沿着图2的线III-III截取的图2的微粒过滤器的截面的透视图，其例示了堵塞物在第一端和第二端处以交替图案延伸到各个通道中；
图4是图1的微粒过滤器的透视图，但是该微粒过滤器具有覆盖第一端的罩层，该图例示了罩层具有多个孔；
图5是对图1的微粒过滤器的各个通道进行堵塞的方法的示意性流程图，其例示了以下步骤：将罩层定位在多孔蜂窝体上，对罩层进行穿孔，使多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，迫使堵塞混合物进入到所述多个通道的各个通道中直到在这些通道内设置了最大自限性深度的堵塞混合物，以及以下中的任一项：(a)在堵塞混合物上施加恒定压力直到流动速率衰减到预定流动速率；或者(b)维持恒定的流动速率直到压力升高到预定压力；
图6是活塞位移与施加于堵塞混合物以迫使堵塞混合物进入到多孔蜂窝体的通道中的压力之间的关系图，该图例示了随着活塞位移增加，施加于堵塞混合物的压力升高；
图7A是在对两种不同的多孔蜂窝体进行本文所述的堵塞方法期间，堵塞混合物的深度的图表，该图例示了随着进入到通道中的堵塞混合物的流动速率保持为恒定，通道被填充到最大自限性深度，然后，堵塞混合物上的压力升高，同时使附加的堵塞混合物进入通道以填充空隙并防止凹坑但不会达到更大的深度；
图7B是本文所述的堵塞方法期间，施加于堵塞混合物的压力和柱塞的位移速率根据时间而变化的图表，该图例示了随着施加于堵塞混合物的压力保持为恒定，通道被填充到最大自限性深度，然后，位移速率(大致是堵塞混合物的流动速率)衰减，同时使附加的堵塞混合物进入通道以填充空隙并防止凹坑；
图8是最大自限性深度根据堵塞速率(大致是堵塞混合物的物流进入到通道中的速率)而变化的图表，其例示了最大自限性深度随着所选择的恒定堵塞速率升高而增大；
图9是对于不同的堵塞混合物制造，最大自限性深度根据堵塞混合物中的固体百分体积，根据溶于堵塞混合物的液体中的水溶性聚合物
的浓度而变化的图表，该图例示了(a)对于任何给定的水溶性聚合物的浓度，最大自限性深度随着堵塞混合物中的固体的体积百分比增加而减小，以及(b)对于任何给出的堵塞混合物中的固体体积百分比，最大自限性深度随着堵塞混合物的液体中的水溶性聚合物浓度减小而减小；
图10A是两种不同的堵塞混合物，最大自限性深度根据粒度分布和通道尺寸而变化，根据堵塞混合物总粘度变化而变化的图表，该图例示了最大自限性深度(a)随着堵塞混合物的无机颗粒的平均粒度减小而增大，(b)随着堵塞混合物总粘度减小而增大，以及(c)随着堵塞混合物被迫使进入的通道的水力直径dh增加而增大；
图10B是用于改变结合图10A提到的实施例7A-8B的堵塞混合物的组合无机颗粒的平均粒度的两种不同的无机颗粒的粒度分布图表；
图11是最大自限性深度根据堵塞混合物的无机颗粒的渗透率而变化的图表，该图例示了在某个渗透率范围内，增加堵塞混合物的无机颗粒的渗透率减小了最大自限性深度；
图12A和12B是通过现有方法制备的比较堵塞物的图像，其结果是烧结后在堵塞物中具有凹坑和空隙；
图13A和13B是根据本公开的方法制备的堵塞物的图像，该图例示了所述方法产生了不具有凹坑和空隙的堵塞物；
图14是将渗透性多孔蜂窝体堵塞到期望的最大自限性深度的另一种方法的示意性流程图，该图例示了在获得第一最大自限性深度后，可以操纵变量以获得期望的第二最大自限性深度。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中给出了本发明的其他特征和优点，对本领域的技术人员而言，这些特征和优点根据所作描述就可以容易地看出，或者通过实施包括以下具体实施方式连同权利要求和附图在内的本文所述的本发明而被认识。
文中所用的术语“和/或”在用于两项或更多项的罗列时，表示所列项中的任何一项可以单独使用，或者可以使用所列项中的两项或更多项的任意组合。例如，如果描述一种组合物含有组分A、B和/或C，则该组合物可只含有A；只含有B；只含有C；含有A和B的组合；含有A和C的组合；含有B和C的组合；或含有A、B和C的组合。
本领域普通技术人员应理解，所述公开和其他部件的构造不限于任何特定材料。除非本文有另外说明，否则本文所公开的本公开的其他示例性实施方式可以由各种材料形成。
如示例性实施方式中所示，本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了本发明的一些实施方式，但是阅读本公开的本领域技术人员易于理解，可以进行许多修改(例如，对各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数的值；安装布置；材料的使用；颜色；取向等进行改变)而不实质上背离本文所述主题的新颖性教导和优点。例如，以整体形成示出的元件可以由多个零件构成，或者以多个零件示出的元件可以整体地形成，可以颠倒或以其他方式改变界面的操作，可以改变系统的结构、和/或元件、或连接件、或其他元件的长度或宽度，并且可以改变各元件之间的调节位置的性质或数目。应注意，系统的元件和/或组件可以由多种材料中的任何一种构造，这些材料在各种颜色、纹理和组合中的任何一种上提供足够的强度或耐久性。因此，所有这些修改均旨在包括在本发明的范围之内。可以对所需的示例性实施方式及其他示例性实施方式的设计、操作条件和布置进行其他替代、修改、改变和省略，而不背离本发明的精神。
具有多孔蜂窝体以及在多个通道中的多个堵塞物的过滤器
参考图1-3，过滤器10包括多孔蜂窝体14，其包括第一端18和第二端22。多孔蜂窝体14包括相交壁38。相交壁38可以是薄的且多孔的并且是渗透性的。壁38可以具有厚度，以密耳(即，千分之一英寸)计，所述厚度为约1密耳至约15密耳，或约1密耳至约14密耳，或约1密耳至约13密耳，或约1密耳至约12密耳，或约1密耳至约11密耳，或约1密耳至约10密耳，或约1密耳至约9密耳，或约1密耳至约8密耳，或约1密耳至约7密耳，或约1密耳至约6密耳，或约1密耳至约5密耳，或约1密耳至约4密耳，或约1密耳至约3密耳，或约1密耳至约2密耳，或它们之间的任何和所有数值和范围。
相交壁38贯穿第一端18和第二端22并在第一端18与第二端22之间延伸，以形成大量的毗连通道26。通道26在多孔蜂窝体14的第一端18与第二端22之间延伸并且在第一端18和第二端22处开口。根据各个实例，通道26彼此互相平行。应理解，虽然通道26被描绘成具有大致正方形截面形状，但是通道26可以具有圆形、三角形、矩形、五边形或更高阶多边形截面形状而不偏离本文提供的教导。通道26各自具有水力直径dh。水力直径定义为：
其中，A是通道26的截面积，并且P是通道26的湿周的长度(即，与堵塞混合物接触的通道26的周界的长度，下文有所描述)。在截面大致为正方形的通道26的情况中，水力直径dh是通道26的宽度，即，相对的壁38之间的距离。在截面大致为圆形的通道26的情况中，水力直径dh刚好是通道26的直径。相邻的通道26可以具有不同的水力直径dh。一般地，如下所述的选择被堵塞的通道26应具有大致相同的水力直径dh。
多孔蜂窝体14可包括下述横截面通道密度：约10个通道/英寸2至约900个通道/英寸2，或约100个通道/英寸2至约900个通道/英寸2，或约20个通道/英寸2至约800个通道/英寸2，或约30个通道/英寸2至约700个通道/英寸2，或约40个通道/英寸2至约600个通道/英寸2，或约50个通道/英寸2至约500个通道/英寸2，或约60个通道/英寸2至约400个通道/英寸2，或约70个通道/英寸2至约300个通道/英寸2，或约80个通道/英寸2至约200个通道/英寸2，或约90个通道/英寸2至约100个通道/英寸2，或约100个通道/英寸2至约200个通道/英寸2，或约200个通道/英寸2至约300个通道/英寸2，或者其间的任何和所有的数值和范围。
多孔蜂窝体14可以由各种材料形成，包括陶瓷、玻璃陶瓷、玻璃、金属，并且取决于所选择的材料，可以通过各种方法形成。根据各个实例，转换成多孔蜂窝体14的生坯体可以初始由可塑化成形并且可烧结的物质的细分颗粒制造，该物质在烧制后得到多孔材料。用于生坯体并且所述生坯体形成为多孔蜂窝体14的合适的材料包括金属物质、陶瓷、玻璃陶瓷和其他陶瓷基混合物。在一些实施方式中，多孔蜂窝体14包括堇青石(例如，2MgO·2Al2O3·5SiO2)材料。
过滤器10还包括多个堵塞物30，其位于至少一些通道26内，在一些实施方式中，其位于多孔蜂窝体14的第一端18和第二端22处。例如，一部分的堵塞物30在第一端18处闭合第一亚组的通道26，并且另一部分的堵塞物30在多孔蜂窝体14的第二端22处闭合第二亚组的通道26(与第一亚组的通道26不同，例如，以交替的方式进行)。如上所述，相邻的通道26可以具有不同的水力直径dh，以使得在第一端18处接收堵塞物30的通道26具有较小的水力直径dh，而在第二端22处接收堵塞物30的通道26具有较大的水力直径dh。在这种布置中，过滤器10的第一端18是流体进口，而过滤器10的第二端22是流体出口。
堵塞物30可以具有基本上平行于通道26延伸的轴向长度或最长尺寸，其大于或等于约0.5mm，大于或等于约1mm，大于或等于约1.5mm，大于或等于约2mm，大于或等于约2.5mm，大于或等于约3mm，大于或等于约3.5mm，大于或等于约4mm，大于或等于约4.5mm，大于或等于约5mm，大于或等于约5.5mm，大于或等于约6.0mm，大于或等于约6.5mm，大于或等于约7.0mm，大于或等于约7.5mm，大于或等于约8.0mm，大于或等于约8.5mm，大于或等于约9.0mm，大于或等于约9.5mm，大于或等于约10.0mm，或者大于或等于约15mm。例如，堵塞物30的轴向长度可以为约0.5mm至约10mm，或约1mm至约9mm，或约1mm至约8mm，或约1mm至约7mm，或约1mm至约6mm，或约1mm至约5mm，或约1mm至约4mm，或约1mm至约3mm，或约1mm至约2mm，或其间的任何和所有数值和范围。根据各个实例，位于蜂窝体14的第一端18上的多个堵塞物30可以具有与位于蜂窝体14的第二端22上的堵塞物30不同的长度。
在操作过滤器10时，携带固体微粒的流体(例如气体)在压力下被带到进口面(例如，第一端18)。气体接着通过在第一端18处开放(未被其中的一个堵塞物30堵塞)的通道26进入多孔蜂窝体14，穿过多孔蜂窝体14的相交壁38，并且从在第二端22处具有开口端的通道26离开。流体穿过壁38可以使得流体中的微粒物质保持被壁38捕获。在所示的实例中，堵塞物30以“棋盘”图案位于多孔蜂窝体14的第一端18和第二端22上，但是应理解，也可以应用其他图案。在棋盘图案中，在端部(例如，第一端18或第二端22中的任一种)上，开放通道26的每个最近的相邻通道26包括堵塞物30。
现在参考图4，过滤器10可以使用罩层58来形成，所述罩层58在多孔蜂窝体14的第一端18上以覆盖多个通道26中的一部分。罩层58可以包含金属、聚合材料、复合材料和/或它们的组合。罩层58可以包含米纸、玻璃纸、
双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯、其他材料和/或它们的组合。罩层58可以位于蜂窝体14的第一端18和/或第二端22上。罩层58可以覆盖一部分、大部分、基本上全部或全部的第一端18和/或第二端22。罩层58可以具有与第一端18和/或第二端22相同的尺寸和形状，或者罩层58的尺寸和/或形状可以不同。例如，罩层58可以具有与多孔蜂窝体14的截面相同的大致形状(例如，大致圆形)，并且可以具有比多孔蜂窝体14更大的直径，以使罩层58从多孔蜂窝体14径向向外延伸。罩层58可以从多孔蜂窝体14向外延伸约0.5cm或更大，约1.0cm或更大，约1.5cm或更大，约2.0cm或更大，约2.5cm或更大，约3.0cm或更大，约3.5cm或更大，约4.0cm或更大，约4.5cm或更大，约5.0cm或更大，约5.5cm或更大，约6.0cm或更大，或者其间的任何和所有数值和范围。罩层58可以连接到多孔蜂窝体14。例如，多孔蜂窝体14和/或罩层58可以具有粘附于其上的粘合剂，或者设置在它们之间的粘合剂，以允许罩层58粘到多孔蜂窝体14上。在另一个实例中，可以围绕多孔蜂窝体14的外表面设置绑带，以将罩层58保持到多孔蜂窝体14上。根据各个实例，罩层58可以限定多个孔66。
对多孔蜂窝体进行堵塞以形成堵塞物的方法
现在参考图5，该图描绘了对过滤器10的多孔蜂窝体14进行堵塞的示意性方法80。
定位罩层。方法80可以开始于任选的初始步骤84：在包括多个相交壁38的多孔蜂窝体14上定位罩层58，所述多个相交壁38在相交壁38之间限定了至少一个通道26。如上所述，通过使用粘合剂以允许将罩层58粘到多孔蜂窝体14上，和/或通过使用围绕多孔蜂窝体14的外表面定位的绑带将罩层58保持到多孔蜂窝体14上，可以将罩层58连接到多孔蜂窝体14。
对罩层进行穿孔。方法80还包括在步骤88处的进一步任选的初步步骤：对覆盖要被堵塞物30堵塞的通道26的罩层58的部分进行穿孔，以形成孔66，该孔66允许进入到这些通道26中。对罩层58进行穿孔以在罩层58中形成孔66促进了材料从罩层58的另一侧上的环境传递到通道26中。孔66可以通过机械力(例如，使用打孔器)或通过使用激光92来形成。根据各个实例，罩层58可以包括位于罩层58上的多个孔66。例如，可以一定图案(例如，类似棋盘的图案)在罩层58上定位孔66。在类似棋盘的图案中，孔66在面处(例如，第一端18和/或第二端22)位于每隔一个的通道26上方。结果得到了位于多个通道26上方的穿过罩层58的多个孔66。
使多孔体与堵塞混合物接触。方法80还包括：在步骤96处，使多孔蜂窝体14与堵塞混合物100接触。在步骤96中，多孔蜂窝体14及其多个通道26通过罩层58与堵塞混合物100接触。在所描绘的实例中，多孔蜂窝体14连接到堵塞系统104，该堵塞系统104包括用于向堵塞混合物100施加压力的柱塞108。如上所述，罩层58被设置在多孔蜂窝体14的至少一端上。具有罩层58的多孔蜂窝体14的端部被定位成接触堵塞混合物100，以使得堵塞混合物100之后可以流动通过孔66并进入到通道26中。
堵塞混合物100可以由有机粘结剂、无机粘结剂、水和/或多个无机颗粒组成。根据各个实例，堵塞混合物100可以包括一种或多种添加剂(例如，粘度或流变改性剂、增塑剂、有机粘结剂、发泡剂、造孔剂等)。无机粘结剂可以为二氧化硅、氧化铝、其他无机粘结剂和它们的组合的形式。二氧化硅可以是细的无定形、非多孔及大致球形的二氧化硅颗粒形式。用于制造堵塞物30的合适的胶态二氧化硅的至少一个商购实例以
的名称来生产。有机粘结剂可以是甲基纤维素。
堵塞混合物100的无机颗粒可以包含玻璃材料，陶瓷材料(例如堇青石、莫来石、二氧化硅、氧化铝或钛酸铝)，玻璃陶瓷材料和/或它们的组合。在一些实施方式中，无机颗粒的组成可以与用于生产多孔蜂窝体14的生坯体的组成相同或相似。在一些实施方式中，无机颗粒包含堇青石或形成堇青石的前体材料，其在反应性烧结或者烧结后形成堵塞物30的多孔陶瓷结构。取决于无机颗粒的粒度分布，无机颗粒在堵塞混合物100中的重量百分比可以为约45％至约80％，或50％至约70％。例如，无机颗粒在堵塞混合物100中的重量百分比可以为约50％、约52％、约54％、约56％、约58％、约60％、约62％、约62.5％、约63％、约64％、约66％、约68％、约70％，或者其间的任何和所有数值和范围。
无机粘结剂在堵塞混合物100中的重量百分比可以为约10％至约35％，或约10％至约30％，或约10％至约29％，或约10％至约28％，或约10％至约27％，或约10％至约26％，或约10％至约25％，或约10％至约24％，或约10％至约23％，或约10％至约22％，或约10％至约21％，或约10％至约20％，或约10％至约19％，或约10％至约18％，或约10％至约17％，或约10％至约16％，或约10％至约15％。例如，无机粘结剂在堵塞混合物100中的重量百分比可以为约10％、约11％、约12％、约13％、约14％、约15％、约16％、约17％、约18％、约19％、约20％、约21％、约22％、约23％、约24％、约25％、约26％、约27％、约28％、约29％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％，或者其间的任何和所有数值和范围。
堵塞混合物100可以具有足够的水，以使得堵塞混合物100可以具有粘性或流动性。堵塞混合物100可以包含以下重量百分比的水：约5％至约40％，或约10％至约25％，或约10％至约24％，或约10％至约23％，或约10％至约22％，或约10％至约21％，或约10％至约20％，或约10％至约19％，或约10％至约18％，或约10％至约17％，或约10％至约16％，或约10％至约15％，或约10％至约14％，或约10％至约13％，或约10％至约12％，或约10％至约11％。例如，水在堵塞混合物100中的重量百分比可以为约10％、约12％、约14％、约16％、约18％、约19％、约20％、约22％、约24％、约26％、约28％、约30％、约31％、约32％、约33％、约34％、约35％、约40％，或者其间的任何和所有数值和范围。
如上文提到的，堵塞混合物100可以包括作为添加剂的一种或多种粘度或流变改性剂。例如，堵塞混合物100可以包含聚合物或纤维素醚，例如，
A4M。堵塞混合物100可以具有以下重量百分比的粘度改性剂：约0.10％、或约0.20％、约0.30％、约0.40％、约0.50％、约0.60％、约0.70％、约0.80％、约0.90％、约1.00％、约1.1％、约1.2％、约1.3％、约1.4％、约1.5％、约1.6％、约1.7％、约1.8％、约1.9％、约2.0％、约2.1％、约2.2％、约2.3％、约2.4％、约2.5％、约2.6％、约2.7％、约2.8％、约2.9％、约3.0％、约3.1％、约3.2％、约3.3％、约3.4％、约3.5％、约3.6％、约3.7％、约3.8％、或约3.9％、或约4.0％，或者其间的任何和所有数值和范围。
堵塞混合物100内的固体体积负载(volumetric solids loading，即，在水中的堵塞混合物100的固体组分的总体积百分比)可以为约30％、或约31％、或约32％、或约33％、或约34％、或约35％、或约36％、或约37％、或约38％、或约39％、或约40％、或约41％、或约42％、或约43％、或约44％、或约45％、或约46％、或约47％、或约48％、或约49％、或约50％、或约51％、或约52％、或约53％、或约54％、或约55％、或约56％、或约57％、或约58％、或约59％、或约60％，或者任何给定数值作为端点的任何和所有范围和数值。例如，堵塞混合物100的水中的固体体积负载可以为约30％至约60％，或约40％至约50％，或约44％至约47％，或约45％至约47％，或约45.5％至约46.7％。
迫使堵塞混合物进入到通道中。一旦根据步骤96，多孔蜂窝体14与堵塞混合物100接触，则方法80还包括步骤112：迫使堵塞混合物100进入到多个通道26中直到在通道26内设置最大自限性深度114的堵塞混合物100。深度114是最大自限性深度达到的程度，一旦达到该深度114，则柱塞108施加在堵塞混合物100上的额外的力将不会导致堵塞混合物100在通道26中延伸到比深度114更远的位置。不囿于理论，被迫使进入到通道26中的堵塞混合物100的深度114是自限性的，因为堵塞混合物100的液体离开堵塞混合物100并且进入渗透性多孔蜂窝体14的相邻的相交壁38。随着堵塞混合物100的流体进入到相交壁38中，堵塞混合物100的固体附聚并堆积在一起。这些固体抵抗进一步流动到通道26中，并因此实现最大自限性深度114。
恒定流动速率或恒定压力的施加。方法80还包括步骤116a或步骤116b中的任一种。在方法80的实施方式中，步骤112的迫使堵塞混合物100进入到多个通道26中直到在通道26内设置最大自限性深度114的堵塞混合物100包括：利用随着时间施加恒定压力，迫使堵塞混合物100进入到多个通道26中直到在多个通道26内设置最大自限性深度114的堵塞混合物100。在这些实施方式中，方法80还包括：在步骤116a处，维持施加于堵塞混合物100的恒定压力直到进入到多个通道26中的堵塞混合物100的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率。
在方法80的另一些实施方式中，方法80还包括：在步骤116b(替代步骤116a)处，维持进入到通道26中的堵塞混合物100的恒定的流动速率，直到堵塞混合物100上的压力升高到预定压力。在任何一种情况中(步骤116a或步骤116b)，虽然堵塞混合物100无法在通道26中延伸超过深度114，但是一些堵塞混合物100继续进入通道26以取代液体，该液体已经离开了先前注入的堵塞混合物100而进入渗透性多孔相交壁38。在步骤116a或步骤116b期间加入的这种附加的堵塞混合物100填充了任何空隙并且防止形成任何凹坑。
如上文所提到的，在步骤116a中，柱塞108在堵塞混合物100上维持恒定的压力直到堵塞混合物100的流动速率衰减到预定(非零)的流动速率。在引起堵塞混合物100上的恒定压力的时刻，该恒定压力造成堵塞混合物100以初始流动速率流动到通道26中，这可以已经是衰减状态。当流动速率衰减到低于预定的流动速率时，堵塞混合物100上的恒定压力停止。堵塞混合物100的流动速率可以通过柱塞108的位移间接近似。换言之，柱塞108的位移的速率在步骤112开始时较快，而在接近步骤116a的终点时较低。因此，当柱塞108的位移的速率衰减到低于预定的位移速率时，堵塞混合物100上的恒定压力停止。
步骤116a的恒定压力是如现实世界条件允许的那样的恒定。恒定压力可以是约1psi、约5psi、约10psi、或约15psi、或约20psi、或约25psi、或约30psi、或约35psi、或约40psi、或约45psi、或约50psi、或约55psi、或约60psi、或约65psi、或约70psi、或约75psi、或约80psi、或约85psi、或约90psi、或约95psi、或约100psi、或约105psi、或约110psi、或约115psi、或约120psi，或者给定数值之间的任何和所有数值和范围。这些范围包括约1psi至约50psi的恒定压力，包括约15psi至约40psi。预定的流动速率可以是初始流动速率的约50％或更小，或约45％或更小，或约40％或更小，或约35％或更小，或约30％或更小，或约25％或更小，或约20％或更小，或约15％或更小，或约10％或更小，或约5％或更小，或约1％，或更小。应理解，考虑了从任何给定数值扩展的任何和所有数值和范围。
在步骤116b中，如所提到的，柱塞108维持进入到通道26中的堵塞混合物100的恒定流动速率，直到堵塞混合物100上的压力升高到预定压力。换言之，进入到通道26中的堵塞混合物100的恒定流动速率在步骤112期间开始，并且在堵塞混合物100实现了最大自限性深度114并抵抗堵塞混合物100进一步流入通道26中之后，需升高堵塞混合物100上的压力来维持恒定的流动速率。最终，在步骤116b期间，压力升高到预定压力并且堵塞操作停止。再次地，堵塞混合物100的流动速率可以通过柱塞108的位移间接近似。预定压力可以是约5psi、或约10psi、或约15psi、或约20psi、或约25psi、或约30psi、或约35psi、或约40psi、或约45psi、或约50psi、或约55psi、或约60psi、或约65psi、或约70psi、或约75psi、或约80psi、或约85psi、或约90psi、或约95psi、或约100psi、或约105psi、或约110psi、或约115psi、或约120psi，或者给定数值之间的任何和所有数值和范围。该预定压力的范围包括约20psi至约50psi。
加热堵塞混合物以形成堵塞物。方法80还包括在步骤120处：加热堵塞混合物100以在通道26内形成堵塞物30。一旦多孔蜂窝体14脱离堵塞混合物100，则可以移除罩层58。然后加热多孔蜂窝体14以烧结堵塞混合物100并因此形成多个堵塞物30。步骤120的时间和温度可以根据堵塞混合物100的组成以及其他因素而变化。但是，一般而言，烧结堵塞混合物100以形成多个堵塞物30发生在约800℃至约1500℃的温度。例如，堵塞混合物100的烧结可发生在约800℃、约900℃、约1,000℃、约1,100℃、约1,200℃、约1,300℃、约1,400℃、约1,500℃，或者其间的任何和所有数值和范围。堵塞混合物100的烧结的结果可以是堵塞物30的长度等于或小于被迫使进入到通道26中的堵塞混合物100的最大自限性深度114。
在实施方式中，步骤120的加热多孔蜂窝体14还包括：在对渗透性多孔蜂窝体14中的堵塞混合物100进行加热以形成多个堵塞物之前，加热渗透性多孔蜂窝体14中的堵塞混合物100，以便：(a)干燥堵塞混合物100(干燥堵塞混合物100使得通道26内的堵塞混合物100凝结)；或(b)从堵塞混合物100移除有机粘结剂(煅烧)；或者(c)(a)和(b)二者。一般地，燃烧多孔蜂窝体14发生在约350℃至约600℃的温度。例如，煅烧可发生在约350℃、约400℃、约450℃、约500℃、约550℃、约600℃，或者其间的任何和所有数值和范围。
在本公开的方法80之前，使用不足以获得最大自限性深度114的堵塞混合物100的体积。换言之，在形成过滤器10的堵塞物30的方法之前，使用固定体积的堵塞混合物100，以在通道26中实现某目标深度114，该目标深度114小于最大自限性深度114。不管怎样，液体从堵塞混合物100被吸收到相交壁38中使得在堵塞混合物100形成为堵塞物30后留下了空隙和凹坑。
本公开的方法80相比于现有技术具有优势。最大自限性深度114在通道26上提供了某种一致的深度114。不同于现有的努力，方法80得到了基本上不含凹坑和空隙的堵塞物30。如所提到的，在步骤116a、116b中，堵塞混合物100取代了相交壁38从堵塞混合物100中吸取的液体，并且迫使通道26内的堵塞混合物100中存在的气体离开，以防止形成或消除设置在通道26内的堵塞混合物100中的空隙。
影响最大自限性深度的变量
最大自限性深度114是各种变量的函数。调整上述这些变量改变了最大自限性深度114，因此，深度114就像现有方法那样可调。
所施加的恒定压力或恒定流动速率的水平。最大自限性深度114根据上述方法80的步骤116a期间施加于堵塞混合物100的恒定压力水平，以及在上述方法80的步骤116b期间迫使堵塞混合物100进入到多个通道26中时的恒定流动速率水平而变化。例如，分别增加步骤116a处的恒定压力或者增加步骤116b处的恒定流动速率增大了最大自限性深度114。相反，分别减小步骤116a处的恒定压力或者减小步骤116b处的恒定流动速率减小了最大自限性深度114。
多孔蜂窝体的通道的水力直径。最大自限性深度114根据堵塞混合物100被迫使进入到其中以形成堵塞物30的多孔蜂窝体14的多个通道26的水力直径dh而变化。例如，增加水力直径dh增大了最大自限性深度114。相反，减小水力直径dh减小了最大自限性深度114。
多孔蜂窝体的吸收容量。最大自限性深度114还根据多孔蜂窝体14的吸收容量而变化。例如，将多孔蜂窝体14预浸泡在液体(例如水)中降低了相交壁38吸收堵塞混合物100的液体的能力，并因此增大了最大自限性深度114。在另一个实例中，使多孔蜂窝体14的通道26在第一端18和/或第二端22处与疏水涂层接触(例如，通过浸没或喷洒)抑制了毛细作用并因此增大了最大自限性深度114，所述毛细作用将液体从堵塞混合物100吸取到通道26的相交壁38中。换言之，当堵塞混合物100流动到通道26中并且相交壁38从堵塞混合物100吸收液体时，疏水涂层降低了堵塞混合物100的粘度变化率。
无机颗粒的渗透性。最大自限性深度114还根据堵塞混合物100的无机颗粒的渗透性而变化。例如，降低堵塞混合物100的无机颗粒的渗透性增大了最大自限性深度114。进而，减小具有固定粒度分布宽度的无机颗粒的平均粒度，或者在相同的平均粒度下使无机颗粒的粒度分布变宽，降低了堵塞混合物100的无机颗粒的渗透性。相反，增加堵塞混合物100的无机颗粒的渗透性减小了最大自限性深度114。进而，增加具有固定粒度分布宽度的无机颗粒的平均粒度，或者在相同的平均粒度下使无机颗粒的粒度分布变窄，增大了堵塞混合物100的无机颗粒的渗透性。这些变化可通过改变单种无机材料或者通过掺混两种单独的无机材料来实现，所述两种单独的无机材料具有不同的平均粒度和/或不同的粒度分布宽度。无机颗粒的形状也可影响无机颗粒的渗透性。
堵塞混合物中的液体的粘度。最大自限性深度114还根据堵塞混合物100中的液体的粘度而变化。例如，在固定的堵塞混合物100的粘度下，增加堵塞混合物100中的液体的粘度增大了最大自限性深度114。这可通过增加堵塞混合物100中的聚合物(有机粘结剂)的浓度并且减小固体体积负载来实现。相反，在固定的堵塞混合物100的粘度下，减小堵塞混合物100中的液体的粘度减小了最大自限性深度114。这可通过减小堵塞混合物100中的聚合物(有机粘结剂)的浓度并且增加固体体积负载来实现。
堵塞混合物的粘度。最大自限性深度114还根据堵塞混合物100整体的粘度而变化。例如，在固定的液体粘度下，降低堵塞混合物100的粘度增大了最大自限性深度114。进而，在固定的液体粘度下，减小固体体积负载降低了堵塞混合物100的粘度。相反，在固定的液体粘度下，增加堵塞混合物100的粘度减小了最大自限性深度114。例如，在固定的液体粘度下，增加固体体积负载增大了堵塞混合物100的粘度。
对多孔蜂窝体进行堵塞以形成堵塞物的另一种方法
现在参考图14，本文还描述了一种将渗透性多孔蜂窝体14堵塞到期望的最大自限性深度114'的新方法200。方法200包括：在步骤202处，使渗透性多孔蜂窝体14与堵塞混合物100接触。如上所述，渗透性多孔蜂窝体14限定了多个通道26。
方法200还包括：在步骤204处，进行如上所述的方法80的步骤116a或步骤116b中的任一者。换言之，方法200还包括：在步骤204处进行(i)或(ii)中的任一者：(i)迫使堵塞混合物100以第一恒定流动速率进入到多个通道26中直到在多个通道26内设置第一最大自限性深度114的堵塞混合物100，以及维持进入到所述多个通道26中的堵塞混合物100的第一恒定流动速率直到堵塞混合物100上的压力升高到预定压力，或者(ii)在第一恒定压力下迫使堵塞混合物100进入到多个通道26中直到在多个通道26内设置第一最大自限性深度的堵塞混合物100，以及维持施加于堵塞混合物100的第一恒定压力直到进入到多个通道26中的堵塞混合物100的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率。不管怎样，步骤204的结果是堵塞混合物100在通道26中延伸到第一最大自限性深度114。
方法200还包括：在步骤206处，将第一最大自限性深度114与期望的第二最大自限性深度114'进行比较。第一最大自限性深度114可以比期望的最大自限性深度114更深或更浅。
方法200还包括：在步骤208处，改变上述一个或多个变量以实现期望的第二最大自限性深度114'来取代第一最大自限性深度114。换言之，步骤208包括改变以下中的一项或多项：(i)将第一恒定压力变为第二恒定压力；(ii)将第一恒定流动速率变为第二恒定流动速率；(iii)将所述多个通道26的第一水力直径dh变为第二水力直径dh；(iv)将多孔蜂窝体14的第一吸收容量变为第二吸收容量；(v)将堵塞混合物100内的无机颗粒的第一渗透率变为第二渗透率；(vi)将堵塞混合物100中的液体的第一粘度变为第二粘度，同时维持堵塞混合物100的总粘度大致不变；(vii)将堵塞混合物100的第一粘度变为第二粘度，同时维持堵塞混合物100中的液体粘度大致不变。
方法200还包括：在步骤210处再次进行步骤202和204直到在多个通道26内设置第二最大自限性深度114’的堵塞混合物100。
在实施方式中，堵塞混合物100的第二最大自限性深度114’比第一最大自限性深度114’深。在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使第二恒定压力比致使得到第一最大自限性深度114’的第一恒定压力更高。在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使第二恒定流动速率比致使得到第一最大自限性深度114’的第一恒定流动速率更大。在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使第二水力直径dh比致使得到第一最大自限性深度114’的第一水力直径dh更宽。例如，可以选择具有通道26’并且该通道26’具有更宽的水力直径dh的不同的渗透性多孔蜂窝体14’。
在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使多孔蜂窝体14’的第二吸收容量比致使得到第一最大自限性深度114的第一吸收容量更小。例如，可以使选择用于在随后重复步骤202和204中接收堵塞混合物100的多孔蜂窝体14’的通道26’接触水(例如，通过将多孔蜂窝体14’浸泡在水中)或者涂覆有疏水涂层，如上所述。
在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使堵塞混合物100中的无机颗粒的第二渗透率小于致使得到第一最大自限性深度114’的第一渗透率。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，以使得具有固定粒度分布宽度的无机颗粒具有较小的平均粒度，或者处于相同的平均粒度的无机颗粒具有更宽的粒度分布。
在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使堵塞混合物100’中的液体的第二粘度大于致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100中的液体的第一粘度，同时维持堵塞混合物100’的总粘度与堵塞混合物100的大致相同。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，该堵塞混合物100’具有比致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100更多的溶于水的聚合物量。相比于堵塞混合物100，可减小堵塞混合物100’中的固体体积负载，以试图维持堵塞混合物100’的大致不变的总粘度。
在实施方式中，为了实现更深的第二最大自限性深度114’，使堵塞混合物100’的第二粘度小于致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100的第一粘度，同时维持堵塞混合物100’的液体粘度与堵塞混合物100的液体粘度大致相同。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，该堵塞混合物100’具有比致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100更小的固体体积负载，但是具有相同的液体组成。
在实施方式中，堵塞混合物100’的第二最大自限性深度114’比第一最大自限性深度114更浅。在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使第二恒定压力比致使得到第一最大自限性深度114的第一恒定压力更低。在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使第二恒定流动速率比致使得到第一最大自限性深度114的第一恒定流动速率更小。在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使第二水力直径dh比致使得到第一最大自限性深度114的第一水力直径dh更窄。例如，可以选择具有通道26’并且该通道26’具有更窄的水力直径dh的不同的渗透性多孔蜂窝体14’。
在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使多孔蜂窝体14’的第二吸收容量比致使得到第一最大自限性深度114的第一吸收容量更大。例如，如果用于获得第一最大自限性深度114的多孔蜂窝体14的通道26涂覆有疏水涂层，则用于随后重复步骤202和204的多孔蜂窝体14’不包括此类疏水涂层。
在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，堵塞混合物100’中的无机颗粒的第二渗透率大于致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100中的无机颗粒的第一渗透率。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，以使得具有固定粒度分布宽度的无机颗粒具有更大的平均粒度，或者处于相同的平均粒度的无机颗粒具有更窄的粒度分布。
在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使堵塞混合物100’中的液体的第二粘度小于致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100中的液体的第一粘度，同时维持堵塞混合物100’的总粘度与堵塞混合物100的大致相同。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，该堵塞混合物100’具有比致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100更少的溶于水的聚合物量。相比于堵塞混合物100，可增加堵塞混合物100’中的固体体积负载，以试图维持堵塞混合物100’的总粘度与堵塞混合物100的总粘度大致相同。
在实施方式中，为了实现更浅的第二最大自限性深度114’，使堵塞混合物100’的第二粘度大于致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100的第一粘度，同时维持堵塞混合物100’的液体粘度与堵塞混合物100的液体粘度大致相同。例如，可将不同的堵塞混合物100’用于随后重复步骤202和204，该堵塞混合物100’具有比致使得到第一最大自限性深度114的堵塞混合物100更大的固体体积负载，但是具有相同的液体组成。
实施例
以下提供了与本公开一致的非限制性实施例以及比较例。
现在参考图6，其提供了所产生的压力(例如，堵塞压力)根据活塞(例如柱塞108)位移而变化的图表，所述活塞位移具体是将堵塞混合物100位移到多孔蜂窝体14的通道26中的活塞位移。活塞位移代表了堵塞混合物100进入到通道26中的体积流量。用于该图表的多孔蜂窝体14具有200个通道26/平方英寸，并且具有0.008英寸厚的相交壁38。如可看到的，随着活塞位移增加，将更多堵塞混合物100推到多孔蜂窝体14中所需的压力增加。所需压力以相对线性的方式增加(例如，从约0mm到约2.5mm的位移)，然后开始接近渐近线(例如，最大可达到深度)，此时活塞位移的增加需要越来越大的压力增加。压力-位移曲线的渐近性质是由于从堵塞混合物100中去除了液体并且堵塞混合物100的固体被固结所致。
现在参考图7A，该图呈现了在方法80期间，堵塞混合物100的深度114根据堵塞压力而变化的图表，其中使用方法80的步骤116b，并且维持进入到通道26的堵塞混合物100的恒定流动速率。呈现了两种不同的多孔蜂窝体14的结果。提到的“Ex.1”是指多孔蜂窝体14，其具有200个通道26/平方英寸，并且具有0.008英寸厚的相交壁38。提到的“Ex.2”是指多孔蜂窝体14，其具有300个通道26/平方英寸，并且具有0.008英寸厚的相交壁38。由于“Ex.1”的多孔蜂窝体14的每平方英寸具有更少的孔道，因此，“Ex.1”的孔道比“Ex.2”的孔道具有更大的截面积。对于“Ex.1”和“Ex.2”二者，堵塞混合物100的组成相同。对于“Ex.1”，随着堵塞混合物100的恒定流动速率造成堵塞混合物100达到刚好低于10mm的最大自限性深度114，维持恒定流动速率只是使得堵塞混合物100上的压力从约30psi升高到80psi。因此，方法80可在例如50psi的预定压力处停止，这使得消除了空隙和凹坑。对于“Ex.2”，随着堵塞混合物100的恒定流动速率造成堵塞混合物100达到刚好超过5mm的最大自限性深度114，维持恒定流动速率只是使得堵塞混合物100上的压力从约20psi升高到80psi。因此，方法80可在例如40psi的预定压力处停止，这使得消除了空隙和凹坑。
现在参考图7B，该图呈现了在方法80期间，施加于堵塞混合物100的压力和柱塞108位移速率根据时间而变化的图表，其中，使用方法80的步骤116a，并且维持施加于堵塞混合物100的恒定压力。在步骤116a中的施加恒定压力期间，在约2.5秒后，柱塞108的位移速率(近似进入到通道26中的堵塞混合物100的流动速率)衰减。当位移速率在约5-10秒之间衰减到刚好高于0mm/s的预定位移速率(近似预定流动速率)(例如0.01mm/s)时，可停止恒定压力(约15psi)。该堵塞混合物100就会达到最大自限性深度114，并且在位移速率(流动速率)衰减时堵塞混合物100的继续流动消除了堵塞混合物100中的空隙和凹坑。
现在参考图8，其呈现了堵塞混合物100的最大自限性深度114根据堵塞速率(柱塞108的位移速率，其近似于进入到通道26中的堵塞混合物100的流动速率)而变化的图表。结果显示，上文提到的在方法80期间增加堵塞混合物100的恒定流动速率的观点增大了最大自限性深度114。这种关系可通过知晓当堵塞混合物100接触相交壁38时，堵塞混合物100的液体被移除来解释。例如，越慢地注入堵塞混合物100，则相交壁38需要更多的时间从堵塞混合物100吸收液体，因此得到更小的最大自限性深度114。相反，越快地注入堵塞混合物100，则在相交壁38从堵塞混合物100吸收液体之前，堵塞混合物100可在通道26中进入得更深，因此得到更大的最大自限性深度114。
现在参考图9，该图呈现了堵塞混合物100的最大自限性深度114根据堵塞混合物100中的固体的体积百分比，以及堵塞混合物100中存在的用于对粘度进行改性的水溶性聚合物相对于水的浓度而变化的图表。更具体地，实施例3-6(“Ex.3”以此类推)使用的水溶性聚合物(有机粘结剂)的浓度相对于堵塞混合物100中的水逐渐降低，以减小堵塞混合物100中的液体的粘度。实施例3包括2.9重量％的
A4M，实施例4包括2.7重量％的
A4M，实施例5包括2.5重量％的
A4M，并且实施例6包括2.3重量％的
A4M。此外，每个具体的实施例包括针对逐渐增加堵塞混合物100中的固体的体积百分比(沿着x轴从左到右)来测量最大自限性深度114的数据点，增加该体积百分比增大了堵塞混合物100整体的粘度。
该图表说明了几件事。尤其是，该图表说明了增加水溶性聚合物的浓度(例如，实施例4比实施例5包含更多的
)增加了堵塞混合物100中的液体的粘度，对于堵塞混合物100中的任何特定固定的固体体积负载，这造成了最大自限性深度114增大。随着堵塞混合物100中的液体粘度增加，堵塞混合物100中的液体变得更加难以离开堵塞混合物100并进入相交壁38。此外，该图表说明了在固定的液体粘度下，降低堵塞混合物100中的固体体积负载(其降低了堵塞混合物100的粘度)增大了最大自限性深度114。对于包含相同量水溶性聚合物的任何具体的实施例，随着固体的体积百分比减小，最大自限性深度114增大。
现在参考图10A，其呈现了最大自限性深度114根据下述因素而变化的图表：(a)堵塞混合物100中的固体的粒度分布，(b)堵塞混合物100的粘度，以及(c)堵塞混合物100的位置，如进口对比出口，进口和出口即如上所述的第一端18和第二端22。图10B进而说明了对于两种不同的固体——EJ101(平均粒度为37μm)和C-21Grog(陶渣)(平均粒度为26μm)的粒度分布和平均粒度。
如上所述，使粒度分布宽度固定的无机颗粒的平均粒度减小降低了液体通过堵塞混合物100的无机颗粒的渗透率，这是因为两种无机材料的混合物中的更细的无机颗粒的浓度增加增大了最大自限性深度114。这在图10A的图表中得到说明。对于任何给出的实施例，随着“C21 Grog(陶渣)”的百分比增加并因此导致堵塞混合物100中的无机颗粒的平均粒度减小，最大自限性深度114有所增大。
如上文进一步提到的，降低堵塞混合物100的粘度增大了最大自限性深度114。这在图10A的图表中得到说明。实施例7A和7B均在出口(第二端22)处测量，它们的不同在于堵塞混合物100的粘度——实施例7A具有比实施例7B更低的粘度(实施例7A：0.3；实施例7B：0.7)，这是使用球推动测试来测量，含水量的差异造成了粘度的差异(实施例7A具有更多的水)。由于实施例7A比实施例7B具有更低的粘度，因此实施例7A提供了更高的最大自限性深度114。
如上文进一步提到的，堵塞混合物100被插入到其中的进口(第一端18)处的通道26比堵塞混合物100被插入到其中的出口(第二端22)处的通道26更窄。实施例7A和8A是相同的堵塞混合物100，只是被分别插入到出口(第二端22)和进口(第一端18)中。同样地，实施例7B和8B是相同的堵塞混合物100，只是被分别插入到出口(第二端22)和进口(第一端18)中。如实施例7A与实施例8A的对比，以及实施例7B与实施例8B的对比所证明的，堵塞混合物100被插入到其中的通道26越大，最大自限性深度114越大。相比于出口(第二端22)，通道26在进口(第一端18)处更小造成堵塞混合物100上具有较高的压力，使得液体从堵塞混合物100更快地流到相交壁38中，从而使得该进口(第一端18)的通道26处具有更小的最大自限性深度114。
现在参考图11，其呈现了最大自限性深度114根据堵塞混合物100的无机颗粒的气体渗透率而变化的图表。如上文所提到的，降低堵塞混合物100的无机颗粒的渗透率增大了最大自限性深度114。随着该渗透率增加，液体可更容易地离开堵塞混合物100，因此减小了最大自限性深度114。反之亦然。该图表显示了这种情况——在低渗透率(例如，小于15*109cm2)时，无机颗粒的渗透率小幅减小提供了最大自限性深度114的相对较大的增加。在相对较大的渗透率(即，大于20*109cm2)时，渗透率的改变不影响最大自限性深度114，因为堵塞混合物100中的液体可在无机颗粒周围流动的速率不受有机颗粒尺寸的进一步增加而显著改变。
现在参考图12A-13B，其呈现了堵塞物30的图像。图12A和12B的堵塞物30通过现有方法来制备，现有方法不采用最大自限性深度114，因此显示出具有凹坑122和空隙124。图13A和13B的堵塞物30通过本公开的方法80来制备，本公开的方法80利用最大自限性深度114，并且满足以下中的任何一项：(a)在步骤116a处维持堵塞混合物100上的恒定压力(通过柱塞108或其他装置施加)直到堵塞混合物100的流动速率衰减到预定的(非零)流动速率；或者(b)在步骤116b处维持进入到通道26中的堵塞混合物100的恒定流动速率直到堵塞混合物100上的压力升高到预定压力。结果得到了不具有凹坑122或空隙124的堵塞物30。不存在凹坑122和空隙124是由于堵塞混合物100的固结所致。
对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以在不偏离权利要求书的精神或范围的情况下进行各种修改和变动。
Claims (34)
1.一种对渗透性多孔蜂窝体进行堵塞的方法，所述方法包括：
使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；
迫使堵塞混合物进入到所述多个通道中直到在所述多个通道内设置最大自限性深度的堵塞混合物；以及
维持进入到所述多个通道中的堵塞混合物的恒定流动速率，直到堵塞混合物上的压力升高到预定压力，其中，预定压力为5 psi至100 psi。
2.如权利要求1所述的方法，其中，预定压力为20 psi至50 psi。
3.如权利要求1所述的方法，其中，预定压力为10 psi至40 psi。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括：
加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物。
5.如权利要求4所述的方法，其中，在800 °C至1500 °C的温度下进行堵塞混合物的加热。
6.如权利要求4所述的方法，其还包括：
在加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物之前，加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以对堵塞混合物进行煅烧。
7.如权利要求1所述的方法，
其中，渗透性多孔蜂窝体包括使多个通道分离的相交壁，并且所述相交壁是渗透性和多孔的；并且
其中，渗透性多孔蜂窝体包含陶瓷材料。
8.一种堵塞渗透性多孔蜂窝体的通道的方法，所述方法包括：
使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；
利用随着时间施加恒定压力来迫使堵塞混合物进入到所述多个通道中，直到在所述多个通道内设置最大自限性深度的堵塞混合物；以及
维持施加于堵塞混合物的恒定压力直到进入到多个通道中的堵塞混合物的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率，其中，预定流动速率是初始流动速率的50%或更小。
9.如权利要求8所述的方法，其中，预定流动速率是初始流动速率的25%或更小。
10.如权利要求8所述的方法，其中，预定流动速率是初始流动速率的10%或更小。
11.如权利要求8所述的方法，其中，预定流动速率是初始流动速率的5%或更小。
12.如权利要求8所述的方法，其中，恒定压力为1 psi至50 psi。
13.如权利要求8所述的方法，其中，恒定压力为15 psi至40 psi。
14.如权利要求8所述的方法，其还包括：
加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在800 °C至1500 °C的温度下进行堵塞混合物的加热。
16.如权利要求14所述的方法，其还包括：
在加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以形成多个堵塞物之前，加热渗透性多孔蜂窝体中的堵塞混合物以对堵塞混合物进行煅烧。
17.如权利要求8所述的方法，其中，渗透性多孔蜂窝体包括100个通道/平方英寸至900个通道/平方英寸。
18.如权利要求8所述的方法，其中，渗透性多孔蜂窝体包括使多个通道分离的相交壁，并且所述相交壁是渗透性和多孔的。
19.如权利要求8所述的方法，其中，渗透性多孔蜂窝体包含陶瓷材料。
20.一种将渗透性多孔蜂窝体堵塞到期望的最大自限性深度的方法，所述方法包括：
(A) 使渗透性多孔蜂窝体与堵塞混合物接触，所述渗透性多孔蜂窝体限定了多个通道；以及
(B) 以下中的任何一种：
(i) 迫使堵塞混合物以第一恒定流动速率进入到多个通道中直到在多个通道内设置第一最大自限性深度的堵塞混合物，以及维持进入到所述多个通道中的堵塞混合物的第一恒定流动速率直到堵塞混合物上的压力升高到预定压力，或者
(ii) 在第一恒定压力下迫使堵塞混合物进入到多个通道中直到在多个通道内设置第一最大自限性深度的堵塞混合物，以及维持施加于堵塞混合物的第一恒定压力直到进入到多个通道中的堵塞混合物的物流从初始流动速率衰减到预定流动速率；
(C) 将第一最大自限性深度与期望的第二最大自限性深度进行比较；
(D) 改变下述中的一项或多项： (i) 将第一恒定压力变为第二恒定压力；(ii) 将第一恒定流动速率变为第二恒定流动速率；(iii) 将所述多个通道的第一水力直径d h 变为第二水力直径d h ；(iv) 将多孔蜂窝体的第一吸收容量变为第二吸收容量；(v) 将堵塞混合物内的无机颗粒的第一渗透率变为第二渗透率；(vi) 将堵塞混合物中的液体的第一粘度变为第二粘度；(vii) 将堵塞混合物的第一粘度变为第二粘度；以及
(E) 再次进行(A)和(B)直到在所述多个通道内设置第二最大自限性深度的堵塞混合物。
21.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
第二恒定压力高于第一恒定压力。
22.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
第二恒定压力低于第一恒定压力。
23.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
第二恒定流动速率大于第一恒定流动速率。
24.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
第二恒定流动速率小于第一恒定流动速率。
25.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
第二水力直径d h 比第一水力直径d h 宽。
26.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
第二水力直径d h 比第一水力直径d h 窄。
27.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
多孔蜂窝体的第二吸收容量小于第一吸收容量。
28.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅，并且
多孔蜂窝体的第二吸收容量大于第一吸收容量。
29.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
堵塞混合物内的无机颗粒的第二渗透率小于第一渗透率。
30.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
多孔蜂窝体的第二吸收容量大于第一吸收容量。
31.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
堵塞混合物中的液体的第二粘度大于第一粘度，同时维持堵塞混合物的总粘度大致不变。
32.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
堵塞混合物中的液体的第二粘度小于第一粘度，同时维持堵塞混合物的总粘度大致不变。
33.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度深；并且
堵塞混合物的第二粘度小于堵塞混合物的第一粘度，同时维持堵塞混合物中的液体的粘度大致不变。
34.如权利要求20所述的方法，其中
堵塞混合物的第二最大自限性深度比第一最大自限性深度浅；并且
堵塞混合物的第二粘度大于第一粘度，同时维持堵塞混合物中的液体的粘度大致不变。
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