專利名稱：：基板安裝系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明提供一種用于安裝脆弱基板的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在外殼內支承或安裝基板同時使該基板基本上與潛在破壞性的機械負荷和沖撞相隔離。此外，該系統(tǒng)能使該外殼與源自所述基板而流動的熱顯著地隔絕。
背景技術：
：整體式基板用作多種廢氣處理裝置中的活性表面。該基板視情況浸漬有催化劑，該基板包括了在催化轉化器、柴油微粒過濾器、選擇性催化劑還原單元、NOx收集器和其它廢氣處理裝置中的活性表面。一般而言，基板的操作溫度基本上高于周圍溫度；操作溫度足夠高使得大部分常規(guī)材料遭受溫度的不利影響，溫度足以使它們成為不能接受的用來制造基板的候選材料。構成整體式基板的材料通常是脆弱或脆性材料，其具有高耐熱性、低熱膨脹系數(shù)和低抗沖撞性。并無限制意義，用來制造整體式基板的可接受候選材料的常用材料類型是陶瓷。但有時也使用金屬基板。包括基板的幾何體通常會促成高的表面積_體積比。在特定實施例中，基板幾何體包括多個薄且脆弱的元件。并無限制意義，基板的常用幾何體是整體件，其包括中空直角棱鏡單體(cell)的陣列，其限定由較薄的脆弱壁分開的細小流動通道，諸如呈蜂窩型構造?？傊?，對于基板的幾何和材料考慮通常得到易于受到沖撞、碾壓破碎、或源于小沖擊負荷或應力的其它機械故障并且在很高溫度進行操作的基板。為了解決基板脆弱性質的問題，通常在外殼內保護著基板，外殼通常為金屬外殼，其在基板的外表面與外殼的內表面之間具有空間或間隙。為了保護基板避免熱沖擊和機械沖擊和其它應力，以及為了提供隔熱性，已知將至少一個安裝材料片材定位于基板與外殼之間的間隙內。由于廢氣處理裝置被設計成在基本上高于周圍溫度的溫度進行操作、且被設計成在不操作時冷卻至周圍溫度，廢氣處理裝置被設計成承受顯著的溫度波動?；宓陌惭b被設計成在該裝置所經歷的整個溫度范圍(從周圍溫度到操作溫度)上對基板進行保護。溫度波動給基板安裝系統(tǒng)的設計帶來嚴峻挑戰(zhàn)。將基板直接安裝到外殼上是有可能的，但不常見。直接安裝不常見的部分原因是由于基板和金屬外殼的熱膨脹系數(shù)差異，操作循環(huán)之間的溫度變化引起構件大小的不同熱變化，足以引起安裝力或保持力的不希望的變化。如果不存在補償這些差異的器件，安裝力可變化到不足以防止不希望的振動、沖擊、沖撞或其它運動的水平。直接安裝不常見的另一原因是在這種安裝條件下來自基板的熱易于傳播到外殼。所導致的對外殼的加熱可使外殼到達不希望的高溫。用于安裝基板的更常見的手段包括在基板與金屬外殼之間包含絕熱安裝墊。安裝墊可圍繞基板包裹且可通過在其周圍封閉外殼而得以被壓縮。壓縮的程度被選擇成在外殼與墊之間提供接合力；以及在墊和基板之間提供接合力，所述接合力產生的安裝力或保持力不僅足夠高以相對于外殼固定基板，且足夠低以避免損壞基板。而且，安裝墊將會對于熱流動固有地具有某種耐受性，且在特定實施例中是良好的絕熱體；墊抵抗著熱從基板到外殼的傳播，且由此對于基板的給定穩(wěn)態(tài)操作溫度而降低外殼的穩(wěn)態(tài)操作溫度。安裝材料類型的選擇和周圍溫度壓縮負荷仍然是造成困難的原因，使得安裝材料經受所述周圍溫度壓縮負荷以在廢氣處理裝置經歷的所有溫度處產生可接受的安裝力或保持力。解決這個困難需要的是在基板與具有較低導熱系數(shù)的外殼之間的絕熱材料，但其將不會向裝置增加不希望的重量或體積。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種用于廢氣處理裝置的脆弱基板的支承系統(tǒng)，其包括微孔無機絕熱層，其適于直接地或間接地接合脆弱基板的至少一部分；以及，柔性纖維安裝墊，其適于直接地或間接地接合脆弱基板的至少一部分。在特定實施例中，所提供的支承系統(tǒng)支承著催化轉化器、柴油微粒收集器過濾器、選擇性催化劑還原單元、NOx收集器或者化工排放煙囪的脆弱基板。圖1是作為廢氣處理裝置實例的催化轉化器的立面截面圖，該廢氣處理裝置具有由主題安裝系統(tǒng)的一實施例支承的基板；圖2是示出用于支承脆弱基板的安裝系統(tǒng)的一實施例的示意截面圖；圖3是示出用于支承脆弱基板的安裝系統(tǒng)的另一實施例的示意截面圖；圖4是示出各種材料的導熱系數(shù)與溫度之間關系的ASTM-C177測試結果的圖解；圖5是示出各種材料的應力與應變之間關系的圖解；圖6是示出各種材料模數(shù)與應變之間關系的圖解。具體實施例方式本發(fā)明提供一種基板安裝系統(tǒng)，其適于在外殼內安裝脆弱基板，且其在基板與外殼之間合并了一種薄且輕的絕熱層、和一種纖維安裝墊。絕熱層促進基板與外殼之間材料的絕熱特性，且由此針對于基板的給定穩(wěn)態(tài)操作溫度，降低了外殼和絕熱層外部的其它材料的穩(wěn)態(tài)操作溫度。在這些實施例中，絕熱性減小了絕熱層外部的材料所承受的熱應變，減輕了基板所經受的安裝力或保持力的變化。在某些實施例中，絕熱層使墊與基板絕熱且由此針對于基板的給定操作溫度，降低了墊的操作溫度。在這些實施例中，減小了墊所承受的熱應變，減小了基板所經受的安裝力或保持力的變化。本發(fā)明提供一種用于在廢氣處理裝置中安裝脆弱基板的安裝系統(tǒng)。廢氣處理裝置大體上包括脆弱基板、安裝墊、絕熱層和外殼。視情況，該裝置還包括額外構件?；迨菑U氣處理裝置中修改排氣材料的構件。存在著可包括基板的多種廢氣處理裝置。一種廢氣處理裝置是催化轉化器；催化轉化器的活性部分包括涂覆或浸漬有催化劑的基板，用以促進一氧化碳和烴的氧化和氮氧化物的還原，消除了排氣流中燃燒的不希望的產物。如圖1所示，催化轉化器110包括大體上管狀外殼112，其通常由兩片金屬形成，例如耐高溫鋼。外殼112在一端處包括入口114且在其相對端處包括出口(未圖示)。入口114和出口合適地形成于它們的外端處，由此它們可被固定到內燃機排放系統(tǒng)中的管道上。裝置110包含脆弱陶瓷整體式基板118，其由基板安裝系統(tǒng)120支承并限制于外殼112內，基板安裝系統(tǒng)120將在下文中進一步描述?；?18可包括多個透氣(gas-pervious)通路，其在軸向上從位于一端處的其入口端面延伸到位于其相對端處的其出口端面?；?18以已知方式和構造由合適的耐火或陶瓷材料構成。基板整體件通常具有橢圓形或圓形截面構造，但也有可能是其它形狀?；逡砸欢ㄩg隙寬度距離與其外殼間隔開，在某些實施例中，該間隙寬度距離可為至少大約0.05英寸(1.27mm)、且在其它實施例中可高達一英寸(25.4mm)或更大。這個間隙寬度通?？稍诖蠹s3mm至大約25mm的范圍，且大約3mm至大約8mm的范圍是商業(yè)上常用的寬度。基板安裝系統(tǒng)120安置于此空間中以支承陶瓷整體式基板118。柴油微粒過濾器是另一類型的廢氣處理裝置。柴油微粒過濾器的活性部分包括充當過濾器的一種基板。柴油微粒收集器可包括一或多個多孔管狀或蜂窩狀結構(但具有在一端處封閉的通道)，其由耐熱材料安裝于外殼內。微粒是在多孔結構中從廢氣收集到的，通常直到通過高溫燒盡過程而得以再生。另一類型的廢氣處理裝置是選擇性催化還原單元；選擇性催化還原單元的活性部分包括基板，其被涂覆有催化劑以促進化學還原和消除排氣流中的不希望的產物。另一類型的廢氣處理裝置是NOx收集器；NOx收集器的活性部分包括催化基板，催化基板包括堿性或堿土材料。收集器以循環(huán)方式操作；在“吸附(sorbtion)”過程與“再生”過程之間循環(huán)。在吸附期間，基板吸入NOx物質種類(species)且將它們作為硝酸鹽物質種類而截留在催化基板的表面上。在再生期間，還原材料被引入到NOx收集器內，且從基板移除硝酸鹽物質種類并將其還原為氮氣。主題安裝系統(tǒng)的非汽車應用包括(但不限于)用于化工排放(排氣)煙囪的催化轉化器。在廢氣處理裝置中，基板可在基本上高于周圍溫度的溫度進行操作。并無限制意義，廢氣處理裝置的特定實施例的操作溫度為大約1000攝氏度。由于其基本上在高溫操作，基板通常包括具有優(yōu)良的對于熱的耐受性的材料，優(yōu)良的對于熱的耐受性即很高熔點、很高耐熱性和很低熱膨脹系數(shù)。存在著許多具有這些性質的材料，包括很多種陶瓷、鎢、錸和更異類材料。一組具有優(yōu)良的對于熱的耐受性的很常用材料是陶瓷。廢氣處理裝置基板通常包括脆弱材料，諸如由脆性、防火陶瓷材料形成的整體式結構，諸如，但不限于，氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋯、堇青石、碳化硅等。許多常用陶瓷的性質為其低韌性。即，雖然許多陶瓷是硬的、強固的、或者不但硬且強固，但陶瓷傾向于展示出低的韌性且傾向于在低的應變水平下斷裂。這使得陶瓷構件易于在廢氣處理裝置通常所經歷的機械負荷條件下破裂或斷裂。因此，通常合并有用以保護基板的器件。外殼是中空主體，其至少部分地包裹著基板。外殼保護基板免受沖撞、扭曲、張力、壓縮或可能會損壞基板的其它器械負荷。在特定實施例中，外殼包括薄殼體。外殼包括具有良好的對于熱的耐受性的材料，良好的對于熱的耐受性即高熔點和高耐熱性。構成廢氣處理裝置外殼的材料通常是延展性材料，其具有比整體件更低的耐熱性、比整體件更高的熱膨脹系數(shù)、和比整體件更高的抗沖擊性。并無限制意義，在特定實施例中，廢氣處理裝置外殼包括金屬或金屬合金，諸如耐高溫鋼。本安裝系統(tǒng)可包括至少一個相對較剛硬的絕熱層和至少一個柔性的纖維安裝墊。絕熱層是以低導熱系數(shù)為特征的材料層。如同任何其它設計過程，在廢氣處理裝置設計期間，重量節(jié)省和空間節(jié)省的考慮必須與成本考慮相權衡。需要具有低密度或低體積且占據(jù)很少空間的材料。在特定實施例中，絕熱層具有低密度以及低體積。在特定實施例中，對于小于0.1的應變，絕熱層的剛度在3MPa與5MPa之間。圖6表現(xiàn)出對于絕熱層的一實施例，模數(shù)與應變之間關系的實例。圖6示出在小于0.1的應變時，與具有接近零(0)模數(shù)的僅安裝墊和也具有接近零(0)模數(shù)的組合式安裝系統(tǒng)相比，絕熱層(購自德國Kempten的PorexthermGmbH的WDS柔性輪廓(FlexibleContour))具有大約為4MPa的模數(shù)。支承系統(tǒng)提供接合力，接合力通過壓縮構成支承系統(tǒng)的材料來產生。雖然許多材料是可壓縮的，但只有可壓縮且基本上彈性的材料可以將由此賦予給它們的能量作為接合力返回到該系統(tǒng)。非剛硬材料在低應力下將會承受很大的應變且合并吸收造成該應變的能量，即應變能量。非剛硬的、基本上彈性材料在低應力下將會承受很大應變，合并吸收應變能量并且將大部分應變能量作為恢復力返回。這種恢復力有助于安裝力或保持力。剛硬材料在低應力下將會承受小應變，且合并吸收應變能量。剛硬的、基本上彈性的材料在低應力下將會承受小應變，合并吸收應變能量且將大部分應變能量作為恢復力返回。主題安裝系統(tǒng)合并了一或多層材料，全都以機械方式而一次地被加載從而使得所有層經歷基本上相同應力。這種加載是“串聯(lián)加載(seriesloading)”。在串聯(lián)加載中，非剛硬層將會承受較大應變，且因此合并吸收的應變能量較之剛硬層將會合并吸收的應變能量更大。由于在給定加載循環(huán)期間合并吸收到材料內的應變能量的量與材料的滯回侵蝕(hystereticerosion)之間存在正相關，可通過將較剛硬材料與非剛硬材料串聯(lián)合并，來保護較剛硬材料免受特定類型的侵蝕。在特定實施例中，剛硬絕熱層(相對于安裝墊)與非剛硬安裝墊串聯(lián)合并到安裝系統(tǒng)內。絕熱層可包括至少選自以下材料類別的這樣一類材料其可提供為薄的、略微柔性片材，這種片材具有低導熱系數(shù)且基本上是非膨脹性的。在特定實施例中，絕熱層是微孔元機絕熱層，其包括具有極其低導熱系數(shù)的薄的、柔性片材。這種微孔無機絕熱體可提供為薄的、柔性片材，其在20攝氏度和大約350kg/m3的密度的情況下具有小于大約0.021W/mK的導熱系數(shù)。在特定實施例中，絕熱層是微孔絕熱體，其包括薄的、柔性片材，該薄的柔性片材在20攝氏度和大約350kg/m3的密度的情況下具有小于大約0.021ff/mK的導熱系數(shù)，且對于小于大約1000攝氏度的溫度具有小于0.055ff/mK的導熱系數(shù)。在特定實施例中，絕熱層是微孔無機絕熱體，其包括薄的、柔性片材，該薄的柔性片材在20攝氏度和大約350kg/m3的密度的情況下具有小于大約0.021ff/mK的導熱系數(shù)；且對于小于1000攝氏度的溫度，在具有介于大約260kg/m3與大約520kg/m3之間的體積密度的情況下具有小于0.055ff/mK的導熱系數(shù)。具有較大密度的微孔無機絕熱體若充分柔軟以包裹在基板的外表面周圍并與基板的外表面相符合，則其是可接受的。在特定實施例中，具有這些性質的絕熱層可提供為薄的、柔性片材，其具有介于大約3mm與大約20mm之間的厚度。在特定實施例中，絕熱層基本上是不可壓縮的，一種類型的微孔無機絕熱體在大約350kg/m3的密度的情況下具有表I所示的壓縮性能。在表I中，所列出的壓力為在所列出的溫度以所列出的百分比壓縮材料所需的壓力。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>微孔無機絕熱層包括細碎金屬氧化物和遮光劑，S卩，使得紅外線輻射最小化的材料；以及，視情況還包括加強性無機纖維，諸如玻璃長絲。無機絕熱層以其預安裝型式可密封于聚合膜中，諸如聚乙烯，但可出于經濟和功能性而非組成的原因來選擇薄膜。也有可能出于加工考慮，將少量有機纖維或微?？珊喜⒌轿⒖捉^熱層內。細碎金屬氧化物可包括以下材料中的至少一種材料熱解硅石、電弧硅石、低堿沉淀硅石、二氧化硅氣凝膠、類似地制備出的氧化鋁、和它們的混合物。在一實施例中，細碎金屬氧化物包括煅制硅石。細碎金屬氧化物可具有大約50至大約700m2/g，特別地為從大約70至大約400m2/g的BET比表面積。微孔絕熱層中的材料粒度足夠小使得能控制傳熱機制。微粒和纖維材料的大小適于形成直徑小于大約0.1微米，小于平均空氣自由路徑的孔隙。通過限制孔隙中的空氣量和運動，由于空氣和對流傳熱的兩種傳導受到限制，從而減小導熱系數(shù)。遮光劑可包括以下材料中的至少一種材料鈦鐵礦、二氧化鈦、鐵(II)/鐵(III)混合氧化物、二氧化鉻、氧化鋯、二氧化錳、氧化鐵、金紅石、硅酸鋯、碳化硅、和它們的混合物。遮光劑可具有小于大約15微米的粒度，在特定實施例中，在大約0.1至大約10微米的范圍內。絕熱層的加強性纖維可包括廣泛的材料族。材料族包括能提供將微孔微粒保留在粘結單元中所必需結構的任何無機纖維。在某些實施例中，加強性纖維選自包括以下材料的組硅酸鋁、硅酸鎂、巖棉、或它們的組合。在特定實施例中，絕熱層的加強性纖維可包括紡織玻璃纖維或石英纖維中的至少一種，諸如SiO2含量按重量計大于60%且在某些實施例中按重量計大于90%的耐高溫纖維、硅石纖維、由R玻璃制成的紡織纖維、由S2玻璃制成的紡織纖維、由ECR玻璃制成的紡織纖維、和由硅酸鋁制成的纖維。纖維直徑可大于大約1.5微米?？少徸訮orexthermGmbH(Kempten,Germany)的絕熱片材包括重量百分比為55%的HDKN25高度分散的硅石(BET280m2/g)，重量百分比為40%的硅酸鋯、5%的密度為320kg/m3且厚度為IOmm的紡織玻璃纖維(硅含量>92%)。這種片材基本上是不可壓縮的。另一種這樣的微孔無機絕熱材料是XVDS柔性輪廓絕熱體，可購自PorexthermGmbH(Kempten,Germany)。柔性輪廓微孔絕熱體(WDS)是示例性材料，其包括大約50%的硅石、大約45%的硅酸鋯、和大約5%的其它材料，包括加強性玻璃纖維，加強性玻璃纖維可用作絕熱層，其在低密度的薄材料中具有上文所討論的低導熱系數(shù)。并無限制意義，WDS柔性輪廓在商業(yè)上生產為3mm、5mm、7mm、IOmm和20mm的厚度。類似的微孔絕熱材料可購自Microtherm(Alcoa，Tennessee)。微孔無機絕熱層直接地、或者通過中間構件間接地接合著基板，中間構件為諸如(但不限于)安裝墊。絕熱層裝設于廢氣處理裝置內、在外殼與基板之間。將絕熱層放置于廢氣處理裝置的其它構件之間決定了哪些構件在絕熱層的基板側(熱側)上、和哪些構件在絕熱層的外殼側(冷側)上。在下文中陳述了每個實施例的優(yōu)點中某些優(yōu)點的測試結果和描述。支承或安裝墊基本上是彈性的、可壓縮的材料層。安裝墊由基板、且至少間接地由廢氣而經受加熱，且因此也可在高于周圍溫度的溫度進行操作。支承或安裝墊通常包括能夠耐受高溫環(huán)境同時仍保持基本上彈性和可壓縮性的材料。安裝墊可包括如下材料從以諸如S玻璃這樣的非晶玻璃纖維之類為例的相對廉價的材料，至諸如高氧化鋁陶瓷氧化物纖維這樣的更昂貴材料。取決于特定應用和將使用安裝墊的條件，膨脹性材料以及非膨脹性材料已經且將繼續(xù)在安裝墊中采用。由于墊基本上是彈性的且是可壓縮的，當壓縮時，其提供與壓縮量基本上成比例但并非總是線性比例的恢復力。并無限制意義，在圖5中示出安裝墊的非線性應力-應變響應曲線的實例。圖5示出對于非膨脹性墊，應力與應變之間關系的繪圖，繪圖是菱形點的集合。在所繪制的三種材料集合中，安裝墊的硬度是最小的(安裝墊-菱形點，絕熱層-正方形點，以及，帶絕熱層的安裝墊-三角形點)，當移除壓縮時，墊將基本上返回到其原始大小。無需墊返回到其原始大小的100%；某些塑性性能是可接受的且是很常見的。安裝墊要么通過中間構件而間接地、或者直接地接合著基板，且基本上相對于外殼使得安裝墊固定不動。至少一個安裝墊安置于廢氣處理裝置中、在外殼與基板之間。裝設的安裝墊被壓縮，從而使得其要么通過中間構件間接地、或直接地將負荷賦予到外殼和基板上。如上文所述，壓縮負荷量基本上與壓縮量成比例。由于法向力所造成的摩擦力也基本上與壓縮量成比例。這些力，壓縮力和摩擦力一起或單獨地基本上相對于外殼使得基板固定不動。“基本上使得...固定不動”表示基板可相對于外殼移動的量很小，大約為提供保持力的材料的最大彈性應變極限。在特定實施例中，提供保持力的材料的最大彈性應變極限是材料厚度的大約1%。在特定實施例中，至少一個安裝墊圍繞著基板而包裹，且視情況，其它層圍繞著基板而包裹、且由外殼加以壓縮來在基板上提供保持力。術語纖維安裝墊表示至少一個片材或層，其主要包括耐高溫纖維，諸如(但不限于)陶瓷纖維，且視情況要么在所述至少一個片材或層內、或者在額外片材或層中包括膨脹性材料、加強材料等。耐高溫纖維、或陶瓷纖維片材或層可呈各種形式，諸如紙、毯、墊或氈，限定條件是只要這些形式賦予必需的隔熱性和機械支承。在特定實施例中，纖維安裝墊可包括可購自UnifraxILLC,NiagaraFalls,N.Y的Fiberfrax紙。這種產品由大量鋁硅酸鹽纖維和少量有機乳膠粘結劑制成。對于較高的基板整體件溫度，可采用由可購自Unifrax的Fibermax多晶莫來石陶瓷纖維或氧化鋁纖維生產的紙，可使用的其它陶瓷纖維包括由玄武巖、工業(yè)熔煉爐渣、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋯-硅酸鹽、鋁硅酸鹽和鉻、鋯石和鈣改性的鋁硅酸鹽等形成的陶瓷纖維。膨脹性材料可包括以下材料中的至少一種材料未膨脹蛭石、水黑云母、遇水溶脹的四硅氟云母、堿金屬硅酸鹽或可膨脹的石墨，且可使用有機和/或無機粘結劑形成為片材以提供所希望程度的濕強度。膨脹性材料片材可通過標準造紙技術生產，標準造紙技術如(例如)美國專利第3，458，329號所述。一種柔性的、彈性的、膨脹性纖維安裝墊可以若干不同方式生產，包括常規(guī)造紙過程，其為手鋪置的、或機器鋪置的，諸如通過使用手抄紙模具、長網(wǎng)造紙機或者真空圓網(wǎng)抄紙機。包含安裝墊組分的絮凝含水漿料被壓制以移除大部分水，且然后干燥該墊。這個過程是本領域技術人員熟知的。在其它實施例中，柔性纖維安裝墊可包括一種耐高溫纖維的基本上未膨脹的復合片材、以及包括一種粘結劑，粘結劑基本上不含膨脹性材料?！盎旧衔磁蛎洝北硎驹撈脑谑┘訜釙r并不易于膨脹，如對于膨脹性紙的情況預期會出現(xiàn)的膨脹，盡管基于其熱膨脹系數(shù)，發(fā)生片材的某些非實質性的膨脹。包括陶瓷纖維的耐高溫纖維適用于非膨脹安裝墊中，這種耐高溫纖維包括多晶氧化物陶瓷纖維，諸如莫來石、氧化鋁、高氧化鋁鋁硅酸鹽、鋁硅酸鹽、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉻等。合適的多晶氧化物耐火陶瓷纖維和其生產方法包括于美國專利第4，159，205號和第4，277，269號中。FIBERMAX多晶莫來石陶瓷纖維可以毯、墊或紙形式購自UnifraxILLC,NiagaraFalls,NewYork。用于非膨脹安裝墊中的纖維可基本上不含細粒(shot)，具有很低的細粒含量，大體上為標稱值的大約5%或更少。這些纖維的直徑可為大約1微米至大約10微米。在非膨脹安裝墊中使用的粘結劑通常為有機粘結劑，其在性質上為犧牲性的?！盃奚浴北硎菊辰Y劑最后將會從安裝墊燒盡，僅留下纖維作為最終安裝墊。合適的粘結劑包括水性或非水性粘結劑，但常利用的粘結劑是反應性的、熱固性乳膠。實例包括(但不限于)丙烯酸、苯乙烯-丁二烯、乙烯基吡啶、丙烯腈、氯乙烯、聚氨酯等的水基乳膠。其它樹脂包括低溫柔性熱固性樹脂，諸如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂和聚乙烯酯。粘結劑的溶劑可包括水、或者合適的有機溶劑，諸如丙酮，用于所用粘結劑。同樣，非膨脹安裝墊可通過如上文所討論的常規(guī)造紙技術來制備。在另一實施例中，高指數(shù)的、熔融形成的鋁硅酸鹽纖維以受控方式在高于莫來石結晶溫度980°C的溫度進行熱處理，諸如在從990°C至大約1400°C的范圍，以獲得特定量的結晶度和晶粒大小，由此以催化轉化器安裝墊的形式增加纖維性能。在特定實施例中，這些纖維將具有至少大約5%至大約50%的結晶度，如由X射線衍射所檢測，和從大約50人至大約500人的晶粒大小。在又一實施例中，用于低溫廢氣處理裝置中的基板的一種柔性纖維非膨脹性安裝墊包括耐高溫的、非晶、無機纖維，且視情況包括粘結劑。纖維可具有高達大約1260°C的使用溫度，小于大約20XIO6Psi的楊氏模數(shù)和小于大約5μπι的幾何平均直徑。纖維可包括下列材料中的至少一種材料非晶氧化鋁/硅石纖維、氧化鋁/硅石/氧化鎂纖維(諸如購自OwensCorning,Toledo,Ohio的S_2玻璃)、礦棉、E-玻璃纖維、氧化鎂-硅石纖維，諸如購自UnifraxILLC,NiagaraFalls,NewYork的ISOFRAX纖維，或者氧化鈣-氧化鎂-硅石纖維，諸如購自UnifraxILLC,NiagaraFalls,NewYork的INSULFRAX纖維，或者購自ThermalCeramicsCompany的SUPERWOOL纖維。氧化鋁/硅石纖維通常包括從大約45%至大約60%的Al2O3和大約40%至大約55%的SiO2；且纖維可包括大約50%的Al2O3和大約50%的SiO2。氧化鋁/硅石/氧化鎂玻璃纖維通常包括從大約64%至大約66%的SiO2,從大約24%至大約25%的Al2O3，和從大約9%至大約10%的MgO。E-玻璃纖維通常包括從大約52%至大約56%的SiO2,從大約16%至大約25%的CaO，從大約12%至大約16%的Al2O3，從大約5%至大約10%的B2O3，高達大約5%的MgO，高達大約2%的氧化鈉和氧化鉀以及痕量的氧化鐵和氟化物，且典型組成為55%的SiO2,15%的A1203、7%的B2O3>3%的MgO,19%的CaO和痕量的上述材料。生物可溶性氧化鎂-硅石纖維通常包括從大約69%至大約86%的SiO2,從大約14%至大約35%的MgO和大約0%至大約7%的&0。關于氧化鎂-硅石纖維的更多信息可見于美國專利第5，874，375號中。生物可溶性氧化鈣-氧化鎂-硅石纖維通常包括大約15%至大約35%的CaO，大約2.5%至大約20%的MgO和大約60%至大約70%的Si02。生物可溶性纖維通常為可熔融形成的非晶無機或玻璃纖維，為高化學純度(大于大約98%)的纖維，且可具有在大約1至大約10μm范圍內的平均直徑，且在特定實施例中為在大約2至大約4μm的范圍內的平均直徑。視情況，這種非膨脹性安裝墊包括大約5%至大約10%的粘結劑。合適的粘結劑包括水性或非水性粘結劑，或者反應性熱固性乳膠，所述反應性熱固性乳膠是在固化之后在高達至少大約350°C得以穩(wěn)定的柔性材料。在特定實施例中，柔性纖維安裝墊包括具有高硅石含量的熔融形成的非晶耐高溫經浸漬玻璃纖維的一或多個非膨脹性疊層，且視情況包括粘結劑或者適合充當粘結劑的其它纖維。一般而言，經浸漬的玻璃纖維將會具有按重量計至少67%的硅石含量。在特定實施例中，經浸漬的玻璃纖維包含從按重量計大約90%至小于按重量計99%的硅石。纖維也基本上不含細粒。這些經浸漬的玻璃纖維的平均纖維直徑可大于至少大約3.5微米，且通常大于至少大約5微米。平均而言，玻璃纖維通常具有大約9微米，高達大約14微米的直徑。具有高硅石含量且適于在用于催化轉化器或其它已知氣體處理裝置的安裝墊的生產中使用的經浸漬玻璃纖維的實例包括可購自BelChemFiberMaterialsGmbH,Germany的商標為BELC0TEX的那些經浸漬玻璃纖維、以及可購自GardenaCalifornia的HitcoCarbonComposites,Inc.的注冊商標為REFRASIL的那些經浸漬玻璃纖維。在特定實施例中，諸如S2-玻璃等纖維或者諸如氧化鋁/硅石纖維等的耐火陶瓷纖維可基于總的墊重量為100%的情況而以按重量計從大于0至大約50%的量添加到安裝墊。安裝墊可包括或可不包括粘結劑。在特定實施例中，高硅石含量的熔融形成的經浸漬玻璃纖維通過向至少部分纖維表面涂敷無機微粒材料來經受表面處理，這導致包含著這些纖維的安裝墊的保持壓力性能有所增加。適用的無機微粒材料包括(但不限于)氧化鋁、硅石、氧化鋯和它們的混合物的膠體分散系。用于廢氣處理裝置的脆弱基板的柔性纖維安裝墊公開于美國專利第4，863，700號、第5，032，441號、第5，384，188號、第5，482，686號、第5，580，532號、第5，666，726號、第5，811，063號、第6，231818號、第6，855，298號、第7，033，412號和美國專利申請公告第2006/0008395號中。安裝墊可包括僅一或多個膨脹性纖維墊、或者僅一個或多個非膨脹性纖維墊，以及在混合墊內的至少一個膨脹性墊或層與至少一個非膨脹性墊或層的組合。此外，單獨的安裝墊可接觸微孔絕熱層的任一表面，諸如，舉例而言但并無限制意義，靠近基板的至少一個膨脹性墊和靠近外殼的至少一個非膨脹性墊。隨著廢氣處理裝置從周圍溫度向操作溫度循環(huán)，組成該裝置的構件到達它們的個別操作溫度。廢氣處理裝置中的任何給定構件的操作溫度可小于裝置本身的操作溫度，因為某些構件與更高溫度的構件絕熱。隨著構件加熱，它們將與它們的熱膨脹系數(shù)成比例地膨脹。這種膨脹會產生構件應變狀態(tài)的變化。因為所有的構件將不會經歷相同熱應變，熱應變導致構件于涉力發(fā)生變化。即，構件應變狀態(tài)的變化造成構件應力狀態(tài)的相應變化，并導致其與其所接合的其它構件之間力的變化。在特定實施例中，絕熱層被安置成直接地接合基板，纖維安裝墊安置于絕熱層上方且與之直接地接合，且外殼安置于安裝墊上方且與之直接地接合。在其它實施例中，纖維安裝墊被安置成直接地接合基板，絕熱層安置于安裝墊上方且與之直接地接合，且外殼安置于絕熱層上方并與之直接地接合。在絕熱層定位于基板與安裝墊之間的實施例中，絕熱層使得安裝墊、和裝設于絕熱層的冷側上的所有其它構件(冷側構件)與基板和從基板流動的熱相隔絕，從而促成安裝墊和其它冷側構件的操作溫度比基板的操作溫度更低。由于周圍溫度低于纖維安裝墊的操作溫度，對較低的安裝墊操作溫度和其它冷側構件操作溫度的促進會降低溫度變化幅度、以及降低在任何給定操作循環(huán)期間由安裝墊和其它冷側構件所經歷的最大溫度。溫度變化幅度的減小導致安裝墊和其它冷側構件熱應變的變化幅度的相應減小。由于構件的應變狀態(tài)的變化導致構件的應力狀態(tài)的相應變化，且導致其與其所接合的其它構件之間的力因此變化，減小構件的熱應變的變化幅度導致其與其所接合的其它構件之間力的變化有所減小?；逵杀黄渌鼧嫾嚎s所形成的安裝力保持就位。這些安裝力受制于上設計極限和下設計極限。上限是損壞基板所需的力；安裝力不足以損害基板。下限是在使用中的基板將會經歷的最大移位力；安裝力至少足以克服在使用中所經歷的所有移位力而保持基板就位。如上文所述，熱應變可使得在操作過程中形成的實際安裝力波動。通過使形成安裝力的構件絕熱，構件的熱應變的變化幅度隨著它們與基板之間的安裝力的變化幅度而減小。通過減小其它構件與基板之間的安裝力的變化幅度，簡化了將安裝力維持在其設計極限內。在纖維安裝墊定位于基板與絕熱層之間的實施例中，絕熱層使安裝墊與周圍環(huán)境絕熱且允許比替代方案更高的安裝墊操作溫度。在特定實施例中，纖維安裝墊額外地包括膨脹性材料。在安裝墊包括膨脹性材料的那些實施例中，將安裝墊定位于基板與絕熱層之間允許安裝墊操作溫度足夠高以引起膨脹性材料中的膨脹響應。將關于圖2和圖3所示的說明性實施例描述該系統(tǒng)。應當指出的是圖2和圖3所示的實施例預期只是說明性的且不應被認為以任何方式限制基板安裝系統(tǒng)或廢氣處理裝置。參看圖2，以截面圖示出廢氣處理裝置210。廢氣處理裝置210包括細長基板211，廢氣在軸向穿過細長基板211流動。未經處理的廢氣218進入細長基板211的第一端。在細長基板211主體內處理廢氣。處理過的廢氣219從細長基板211的第二端離開。細長基板211包括外表面211a，其至少一部分可由基本上圍繞細長基板211包裹的絕熱層212直接地接合。絕熱層212包括外表面212a，其至少一部分可由基本上圍繞絕熱層212包裹的纖維安裝墊213直接地接合。安裝墊213包括外表面213a，其可由封閉著安裝墊213的殼體214直接地接合。殼體214具有外表面214a，其向周圍環(huán)境215暴露。參看圖3，以截面圖示出廢氣處理裝置320。廢氣處理裝置320包括細長基板321，廢氣在軸向通過細長基板321流動。未經處理的廢氣328進入細長基板321的第一端。在細長基板321的主體內處理廢氣。處理過的廢氣329離開細長基板321的第二端。細長基板321包括外表面321a，其至少一部分由基本上圍繞細長基板321包裹的纖維安裝墊323直接地接合。細長基板視情況由一或多個密封環(huán)330接合。安裝墊323包括外表面323a，其由至少基本上圍繞安裝墊323包裹的絕熱層322直接地接合。絕熱層322包括外表面322a，其由封閉著絕熱層322的殼體326直接地接合。殼體326具有外表面326a，其向周圍環(huán)境327暴露。使用購自德國Kempten的PorexthermGmbH的WDS柔性輪廓樣品，且使用典型的膨脹性和典型非膨脹性纖維安裝墊材料的樣品，對微孔無機絕熱層材料進行了測試。對纖維安裝墊材料和主題絕熱層材料中的每一個執(zhí)行了根據(jù)ASTM-C177的測試。對于這三種材料中的每種材料產生了關于溫度的與導熱系數(shù)有關的數(shù)據(jù)。所得到的數(shù)據(jù)被繪制為圖4中的圖線?？傊?，在從300至1000攝氏度的溫度，標記為線43的微孔無機絕熱層材料一致地具有小于0.055ff/mK的導熱系數(shù)；而纖維安裝墊材料，標記為線41的典型膨脹性材料和標記為線42的典型非膨脹性材料一致地具有大于0.080ff/mK的導熱系數(shù)。主題絕熱層材料是在所有溫度下優(yōu)于安裝墊材料的任一材料的絕熱體。安裝墊可包括僅一個或多個膨脹性纖維墊，或者僅一個或多個非膨脹性纖維墊，以及在混合墊內至少一個膨脹性墊或層與至少一個非膨脹性墊或層的組合。此外，至少一個安裝墊可接觸微孔絕熱層的兩個表面，諸如，舉例而言但無限制意義，靠近基板安置的至少一個膨脹性墊和靠近外殼安置的至少一個非膨脹性墊。熱面/冷面測試已經對合并了纖維安裝墊和微孔絕熱層的樣品、和對合并了纖維安裝墊但沒有合并微孔絕熱層的樣品執(zhí)行了熱面/冷面測量測試。測試的描述如下。測試示出在所得到的安裝系統(tǒng)的冷面上存在著微孔無機絕熱層的效果。基板容納于安裝系統(tǒng)中，安裝系統(tǒng)包含非膨脹性墊、或者非膨脹性墊與微孔絕熱體的組合。系統(tǒng)具有大致相同的外殼-基板間隙和類似的體積密度。使用電阻加熱元件將墊與基板之間的界面加熱到950°C。允許系統(tǒng)在950°C浸泡1小時且使用焊接到外殼表面上的熱電偶來監(jiān)控冷面溫度。結果是兩個系統(tǒng)的平均值。結果在表II中示出。表II<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>測試示出微孔無機絕緣層的顯著隔熱效益；微孔無機絕緣層促進更低的冷面溫度。循環(huán)測試如上文所述，安裝系統(tǒng)在其壽命期間所經受的溫度循環(huán)對于由特定安裝系統(tǒng)所形成的安裝力具有不利影響。無需深究共同產生這種現(xiàn)象的若干機制，這種現(xiàn)象與特定安裝墊所經受的溫度循環(huán)的很大數(shù)目和高幅度相關。因此，且如上文所述，將特定非膨脹安裝墊放置于微孔無機絕熱層的冷側上可通過減小原本可能不利地影響性能的溫度幅度來促進高的循環(huán)功能性。執(zhí)行1000次循環(huán)測試以確定微孔絕緣體的存在對安裝系統(tǒng)性能的影響。在每次測試中，所測試的材料層在測試設備上的上壓板與下壓板之間被壓縮到500kPa的恒定最大壓力(Pmax)。由于施加500kPa應力負荷所造成的間隙寬度是“測試間隙”。使用有限元熱分析模型，計算出“熱間隙膨脹”以預測由于從周圍溫度到操作溫度的熱變化所造成的預期間隙寬度改變。通過向測試間隙寬度添加所計算出的熱間隙膨脹寬度來計算“膨脹間隙”寬度。分別將上壓板和下壓板獨立地加熱到熱面和冷面溫度。一旦到達所希望的溫度，該間隙在測試間隙與膨脹間隙之間循環(huán)1000次。在第1000次循環(huán)時在膨脹間隙處所測量出的壓力被報告為表III中的Pmin,1QQQ值。微孔絕緣體基本上減小了殼體溫度和間隙膨脹幅度。在下表III中列出測試條件和結果。表III<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>在由安裝系統(tǒng)所產生的安裝壓力中測量出安裝性能。在1000次循環(huán)后，僅包括非膨脹性纖維安裝墊的安裝系統(tǒng)產生15.IkPa的安裝力，僅包括WDS絕熱體的安裝系統(tǒng)產生14.SkPa的安裝力，而包括非膨脹性墊和WDS絕熱層的安裝系統(tǒng)產生99.SkPa的安裝力。這些數(shù)據(jù)表明在安裝系統(tǒng)中包括如上文所限定的微孔無機絕熱材料減輕了對溫度循環(huán)的不利影響。雖然已結合如各個附圖所示的各個實施例描述了該系統(tǒng)，但應了解可使用其它類似實施例或者可對所描述的實施例做出修改和添加以執(zhí)行相同功能。而且，可組合各個說明性實施例以產生所希望的結果。因此，基板安裝系統(tǒng)和廢氣處理系統(tǒng)不應受到任何單個實施例限制，而是以根據(jù)所附權利要求書的詳述的廣度和范疇來構造。權利要求一種用于廢氣處理裝置的脆弱基板的支承系統(tǒng)，其包括微孔無機絕熱層，其適于直接地或間接地接合所述脆弱基板的至少一部分；以及，柔性纖維安裝墊，其適于直接地或間接地接合所述脆弱基板的至少一部分。2.根據(jù)權利要求1所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕熱層包括細碎金屬氧化物和遮光齊U，視情況還包括加強性無機纖維。3.根據(jù)權利要求2所述的支承系統(tǒng)，其中所述細碎金屬氧化物包括下列材料中的至少一種材料熱解硅石、電弧硅石、低堿沉淀硅石、二氧化硅氣凝膠、熱解氧化鋁、電弧氧化鋁、低堿沉淀氧化鋁、氧化鋁氣凝膠、和它們的混合物。4.根據(jù)權利要求2所述的支承系統(tǒng)，其中所述遮光劑包括以下材料中的至少一種材料鈦鐵礦、二氧化鈦、鐵(II)/鐵(III)混合氧化物、二氧化鉻、氧化鋯、二氧化錳、氧化鐵、金紅石、硅酸鋯、碳化硅、和它們的混合物。5.根據(jù)權利要求2所述的支承系統(tǒng)，其中所述加強纖維包括以下材料中的至少一種材料硅酸鋁、硅酸鎂、巖棉、紡織玻璃纖維或石英纖維、或它們的組合。6.根據(jù)權利要求2所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕熱層包括二氧化硅和硅酸鋯，且視情況包括加強玻璃長絲。7.根據(jù)權利要求6所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕熱層對于從大約20°C至大約800°C的溫度具有大約0.8KJ/kgK的比熱容。8.根據(jù)權利要求1所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕熱層對于小于0.02的應變具有大于大約3MPa的彈性模數(shù)，且具有大于或等于大約260kg/m3的體積密度。9.根據(jù)權利要求1所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕緣層對于小于1000°C的平均溫度具有小于0.055ff/mK的導熱系數(shù)。10.根據(jù)權利要求1所述的支承系統(tǒng)，其中所述無機絕熱層具有介于大約260kg/m3與大約520kg/m3之間的體積密度。11.一種廢氣處理裝置，其包括脆弱基板和根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的支承系統(tǒng)。12.根據(jù)權利要求11所述的廢氣處理裝置，其還包括封閉著所述脆弱基板、所述微孔無機絕熱層和所述安裝墊的一種金屬外殼。13.根據(jù)權利要求12所述的廢氣處理裝置，其中所述無機絕熱層與所述脆弱基板直接地接合。14.根據(jù)權利要求13所述的廢氣處理裝置，其中所述纖維安裝墊安置于所述無機絕緣層與所述外殼之間。15.根據(jù)權利要求14所述的廢氣處理裝置，其中所述纖維安裝墊基本上是非膨脹性的。16.根據(jù)權利要求12所述的廢氣處理裝置，其中所述纖維安裝墊與所述脆弱基板直接地接合。17.根據(jù)權利要求16所述的廢氣處理裝置，其中所述纖維安裝墊是膨脹性的。18.根據(jù)權利要求12所述的廢氣處理裝置，其包括多個纖維安裝墊。19.根據(jù)權利要求12所述的廢氣處理裝置，其中所述脆弱基板是催化轉化器整體件或柴油微粒過濾器，其適于從內燃機接收廢氣。20.根據(jù)權利要求12所述的廢氣處理裝置，其中所述脆弱基板安置于選擇性催化還原單元、NOx收集器或者化工排放煙囪內。全文摘要用于廢氣處理裝置(110)的脆弱基板(118)的支承系統(tǒng)(120)包括微孔無機絕熱層(212，322)，其直接地或間接地接合脆弱基板的至少一部分；以及，柔性纖維安裝墊(213，323)，其直接地或間接地接合所述脆弱基板的至少一部分。該支承系統(tǒng)可支承催化轉化器、柴油微粒收集器過濾器、選擇性催化還原單元或者NOX收集器的脆弱基板。文檔編號C04B14/06GK101821488SQ200880104907公開日2010年9月1日申請日期2008年8月28日優(yōu)先權日2007年8月31日發(fā)明者S·D·小費爾南德斯申請人:尤尼弗瑞克斯I有限責任公司