CN101310096A

CN101310096A - 多层安装垫和包含该多层安装垫的污染控制装置

Info

Publication number: CN101310096A
Application number: CNA2006800429754A
Authority: CN
Inventors: 洛伊德·R·霍恩巴克三世
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-11-19
Also published as: WO2007044485A1; US8071039B2; EP1966471B1; JP2009511819A; EP1966471A1; US20080253939A1; ATE502191T1; DE602006020774D1; KR20080063394A

Abstract

一种用于将污染控制元件(40)安装在污染控制装置(60)中的多层垫(10)。所述垫包括至少一个含陶瓷纤维和由相对的横向边缘限定的宽度的非膨胀型材料层和至少一个含膨胀型材料和由相对的横向边缘限定的宽度的膨胀型材料层。所述膨胀型材料层的宽度小于所述非膨胀型材料层的宽度。所述膨胀型材料层可具有暴露的主表面。

Description

多层安装垫和包含该多层安装垫的污染控制装置

技术领域

本发明涉及用于在污染控制装置(例如催化转化器、发动机排气过滤器等)中安装污染控制元件的系统，具体地讲，本发明涉及用于安装污染控制元件的垫，更具体地讲，此类安装垫具有多层。本发明还涉及使用此类安装垫的污染控制装置和包括此类装置的排气系统。

背景技术

污染控制装置用于减少诸如，例如，用于机动车(例如汽车、船舶和飞机，等)的内燃机之类的内燃机，发电机和类似设施的排气系统造成的大气污染。两个典型的此类污染控制装置是催化转化器和排气系统过滤器(例如柴油微粒过滤器)或捕集器。催化转化器包含一个或多个催化剂支架元件，这些元件通常为涂敷有所需催化剂材料的单片结构。尽管也可使用金属，该单片结构仍通常是陶瓷制成的。(一种或者数种)催化剂氧化排气中的一氧化碳和烃或还原排气中的氮氧化物。排气系统过滤器通常包含蜂窝状单片结构的，多孔晶体陶瓷材料制成的过滤器滤芯。在达到当前最新技术发展水平的这些污染控制装置的构造中，它们的单片结构安装在金属外壳内。

保护性填料或安装材料通常布置在污染控制元件(例如单片结构)和金属外壳之间，对污染控制元件提供，例如，针对路面震动和振动，的保护，和防止排气从污染控制元件和金属外壳之间通过。使用陶瓷单片结构时，此类安装材料通常必需补偿金属外壳和陶瓷单片之间的热胀冷缩差。利用安装材料将此单片结构安装到外壳内的工艺被称作“罐装”。此类安装工艺包括将单片结构插入外壳并将糊剂注入单片结构和金属外壳之间的间隙。其它安装工艺还包括将薄片材料或垫包裹在单片结构周围，将包裹后的单片结构插入外壳内并焊接闭合的外壳。用于形成常规安装材料的组合物包括多种非膨胀型材料和膨胀型材料。

本发明是对此类前污染控制元件安装系统的改进。

发明内容

本发明可提供一种或多种用于将污染控制元件安装到污染控制装置(例如，催化转化器、发动机排气过滤器，等)中的多层安装垫、包括此类多层垫的污染控制装置、包括此类污染控制装置的排气系统和制造此类多层垫、装置和排气系统的方法。

在一方面，本发明提供了用于将污染控制元件安装到污染控制装置中的多层垫。该垫可包括至少一个包含陶瓷纤维和由相对的横向边缘限定的宽度的非膨胀型材料层，和至少一个包含膨胀型材料和由相对侧横向边缘限定的宽度的膨胀型材料层。膨胀型材料层的宽度小于非膨材料胀层的宽度。膨胀型材料层具有暴露的主表面是可取的。如果该多层垫用于以相对高的温度运行的污染控制装置，膨胀型材料层的暴露主表面朝向污染控制装置的外壳并可与之直接接触，使得非膨胀型材料层位于膨胀型材料层和污染控制元件之间。通过这种方式，非膨胀型材料层可隔离并保护膨胀型材料层不受该相对高的运行温度的影响。相比之下，在一些应用中，在污染控制装置的运行温度相对较低的位置，膨胀型材料层朝向污染控制元件并可与之接触，而且至少部分非膨胀型材料层位于外壳和膨胀型材料层之间。在污染控制元件产生的热量没有高到足以几乎完全损害膨胀型材料层的膨胀伸展能力时，后一实施例是可用的，但是在非膨胀型材料层位于污染控制元件和膨胀型材料层之间时，污染控制元件达到的温度不足以引起这种膨胀伸展。

可将至少一个非膨胀型材料层和至少一个膨胀型材料层接合在一起。

所述“至少一个非膨胀型材料层”可包含至少两个非膨胀型材料层；所述“至少一个膨胀型材料层”可包含至少两个膨胀型材料层，或同时“至少一个非膨胀型材料层”可包含至少两个非膨胀型材料层和“至少一个膨胀型材料层”可包含至少两个膨胀型材料层。

至少两个非膨胀型材料层的每一层的组成可以是不同的。例如，一个非膨胀型材料层的弹性可以大于另外一个非膨胀型材料层的弹性。至少两个膨胀型材料层的每一层的组成可以是不同的，使得两个膨胀型材料层具有不同的膨胀、压缩和/或腐蚀特性。

至少两个非膨胀型材料层的每一层的宽度可以是不同的。还可预期，至少两个膨胀型材料层中的每一层的宽度可以是不同的。然而，优选地，每个膨胀型材料层的宽度均小于每个非膨胀型材料层的宽度。

在至少一个实施例中，至少一个非膨胀型材料层和至少一个膨胀型材料层彼此相对布置，使得至少一个膨胀型材料层的两条横向边缘位于至少一个非膨胀型材料层的横向边缘以内。

在至少一个实施例中，至少一个非膨胀型材料层和至少一个膨胀型材料层彼此相对布置，使得至少一个膨胀型材料层的一条横向边缘和至少一个膨胀型材料层的一条横向边缘基本成一条直线，至少一个膨胀型材料层的仅另外一条横向边缘位于至少一非膨胀型材料层的横向边缘以内。

非膨胀型材料层的厚度可在约0.5mm至约20mm范围内和堆密度在约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内，膨胀型材料层的厚度可在约0.5mm至约15mm范围内和堆密度在约0.4g/cc至约0.75g/cc范围内。

在至少一个实施例中，多层垫还可包括含有陶瓷纤维的单层或多层的非膨胀型材料带。该带可沿至少一个膨胀型材料层的横向边缘布置。优选地，该带的宽度小于至少一个膨胀型材料层的宽度。还优选的是，非膨胀型材料带和膨胀型材料层的组合宽度总计基本上等于非膨胀型材料层的宽度。

还可预期，也可提供另一个含陶瓷纤维的单层或多层的非膨胀型材料带。可沿至少一个膨胀型材料层的每个横向边缘布置一条非膨胀型材料带，其中每条带的宽度均小于至少一个膨胀型材料层的宽度。优选的是，非膨胀型材料带和膨胀型材料层的组合宽度总计基本上等于非膨胀型材料层的宽度。

非膨胀型材料带和至少一个膨胀型材料层可基本上是共平面的。

每条非膨胀型材料带的长度可基本上等于至少一个膨胀型材料层的长度。

每条非膨胀型材料带的弹性可以大于非膨胀型材料层的弹性。作为另外一种选择，非膨胀型材料层的弹性可以大于任一条非膨胀型材料的弹性。每条非膨胀型材料带的厚度均可在约0.5mm至约20mm范围内和堆密度均可在约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内。非膨胀型材料层的厚度可在约0.5mm至约20mm范围内和堆密度在约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内。膨胀型材料层的厚度可在约0.5mm至约15mm范围内和堆密度在约0.4g/cc至约0.75g/cc范围内。

根据第二方面，本发明提供了污染控制装置，该装置包含具有内壁的外壳、布置在外壳内，与外壳之间形成间隙的污染控制元件和诸如上面讨论的多层垫之一的多层垫。多层垫布置在所述间隙内，从而将污染控制元件安装在外壳内。

根据至少一个实施例，该外壳的部分内壁可限定凹槽。可将垫布置在外壳内，使得仅至少部分的膨胀型材料层被安放在凹槽内。

根据至少一个实施例，该外壳的部分内壁限定了凹槽。垫的布置可使至少部分的膨胀型材料层被安放在该凹槽内，并且膨胀型材料层的横向边缘均不暴露于通过污染控制装置的排气。

根据至少一个实施例，该外壳的部分内壁限定了凹槽。垫的布置使得膨胀型材料层被安放在该凹槽内，膨胀型材料层的一条横向边缘暴露于通过污染控制装置的排气。

根据至少一个实施例，该外壳的部分内壁限定了凹槽。垫可布置可使膨胀型材料层被安放在该凹槽内且不暴露于通过污染控制装置的排气，和一条膨胀型材料带暴露于通过污染控制装置的排气。

优选的是，将非膨胀型材料层布置成与污染控制元件相邻。

非膨胀型材料层可与污染控制元件接触。

膨胀型材料层可被布置成与外壳的内壁相邻。

根据至少一个实施例，可几乎完全防止膨胀型材料层的至少一条横向边缘暴露于通过污染控制装置的排气。

污染控制装置可包含催化转化器或排气系统过滤器。

根据第三方面，本发明提供了用于内燃机的排气系统。该排气系统包含根据上面讨论的任一实施例构造的污染控制装置。

附图说明

图1是根据第一实施例构造的垫的示意性剖视图；

图2是图1所示垫的示意性俯视图；

图3是包括图1所示垫的催化转化器分解透视图；

图4是包括图1所示垫的催化转化器示意性剖视图；

图4A是催化转化器示意性剖视图，其中包括带有凹槽和根据第三实施例形成的多层垫的金属外壳；

图5是包括根据第四实施例形成的多层垫的催化转化器示意性剖视图；

图5A是包括根据第五实施例形成的多层垫的催化转化器示意性剖视图；

图6是根据第六实施例形成的多层垫示意性剖视图；

图7是包括图6所示垫的催化转化器示意性剖视图；

图8是根据第七实施例形成的多层垫示意性剖视图；

图9是包括图8所示垫的催化转化器示意性剖视图；

图10是包括根据第八实施例形成的多层垫的催化转化器示意性剖视图；

图11是根据第九实施例形成的多层垫的示意性剖视图；

图12是包括图11所示垫的催化转化器示意性剖视图；以及

图13是包括根据第二实施例形成的多层垫的催化转化器示意性剖视图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据第一实施例构造的多层垫10。如同下文的讨论所示，所述垫10可用于在污染控制装置中安装污染控制元件。垫10包括包含合适陶瓷或其它无机纤维的非膨胀型材料层12，并具有由相对的横向边缘14和16限定的宽度W₁和长度L₁。垫10另外包括包含膨胀型材料的膨胀型材料层20，并具有由相对的横向边缘22和24限定的宽度W₂和长度L₂。在图示的实施例中，膨胀型材料层20的宽度W₂小于非膨胀型材料层12的宽度W₁。此外，相对于非膨胀型材料层布置膨胀型材料层20，从而它的两条横向边缘22和24被布置在非膨胀型材料层12的两条横向边缘14和16以内。如图1所示，膨胀型材料层20包含暴露的主表面20A，该主表面具有由其宽度W₂与其长度L₂相乘限定的面积。该主表面20A也限定垫10的最外层。

如上文所述，垫10可用于将污染控制元件安装到污染控制装置内。例如，垫10可用于安装包含催化剂支架元件40的污染控制元件，在图示的实施例中，所述污染控制元件包含位于金属外壳50内涂敷有催化剂材料的单片结构，参见图3和图4。参见图3，催化剂支架元件40、垫10和金属外壳50限定了催化转化器60。金属外壳50拥有入口52和出口54，排气通过这两个出入口流入和流出催化转化器60。金属外壳50可由一种或多种金属、金属合金或诸如不锈钢或奥氏体钢之类的中间组合物制成。

优选地，选择弹性较大的非膨胀型材料层12，从而一旦将垫10和催化剂支撑架元件40安装在金属外壳50中，非膨胀型材料层12的外部18A和18B就填塞外壳50的内壁和支持元件40之间的间隙G，至少填塞密封区域A_S，参见图4，从而密封间隙G和保护膨胀型材料层20的横向边缘22与24。处于环境温度或较高运行温度时，外部18A和18B弹性地填塞间隙G。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即在环境温度时)，还是处于其最大值(即在最高运行温度时)，至少非膨胀型材料层12的外部18A和18B的弹性均足以施加足够的密封间隙G和保护膨胀型材料层20的压力。希望在污染控制装置的预期寿命内至少这些外部18A和18B也是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。优选的是整个非膨胀型材料层12都表现出这种程度的弹性和耐久性。

从而，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘22和24暴露于流经催化转化器60的排气，尤其是高温排气。催化转化器60经历高运行温度时，膨胀型材料层20暴露于高温排气可损害层20，尤其是沿暴露表面的膨胀型材料(即膨胀特性)。随着越来越多地暴露于流动排气，这种损害可加剧膨胀型材料层20的腐蚀。例如，当暴露于超过约750℃的温度时，可用于形成一些膨胀型材料层20整体组成部分的蛭石可失去其膨胀特性。因此，如果膨胀型材料层20暴露于这种损害性高温，层20的受损部分就可能不能充分膨胀并以足以防止层20腐蚀的安装力填充间隙G。即使暴露于低于这种损害性高温的排气，排气仍会引起层20腐蚀。通过非膨胀型材料层12外部18A和18B隔离膨胀型材料层20或防止其暴露于排气，同时通过非膨胀型材料层12使膨胀型材料层20与元件40辐射的高温隔离，因此，膨胀型材料层20不太可能失去其随金属外壳50膨胀而膨胀的能力，外壳膨胀的原因是使用催化转化器60期间的温度升高。由于一些膨胀型材料较一些非膨胀型材料便宜，所以这一实施例可以提供比主要由(一种或者数种)非膨胀型材料制成的垫成本更低的垫，且仍可以在使用催化转化器60期间以合适的方式将催化剂支持元件40坚固地支持在催化转化器金属外壳50内。

除了可以相互不固定外，可以利用诸如，例如，粘结、针式接合、缝合、条带包扎、附着或共成形之类的方法使膨胀型材料层20与非膨胀型材料层12接合或可以使限定层12和20的材料相邻部分机械互连。

尽管图1和图2示出的垫10仅含两层，但可提供一个或多个附加的膨胀型材料层和/或提供一个或多个附加的非膨胀型材料层。不同的膨胀型材料层可具有诸如不同的膨胀、压缩和/或腐蚀特性之类的不同属性。不同的非膨胀型材料层也可具有诸如不同的弹性值和/或最高温度限值之类的不同特性。根据第一实施例构造的多层垫的另外一个实例包括按下列次序排列的层：膨胀型材料/非膨胀型材料/膨胀型材料/非膨胀型材料。

在用于本文时，术语“膨胀型材料层”指除了仅由其热膨胀系数引起的膨胀以外，还可以用加入诸如蛭石、可膨胀石墨、云母和类似材料的膨胀型材料的方法膨胀伸展的层。通常，需要保护此类层，以免发生暴露于高温排气引起腐蚀。

在用于本文时，术语“非膨胀型材料层”指极少或没有表现出膨胀性伸展的层。也就是说，热暴露引起的绝大多数或所有的层膨胀是其热膨胀系数的结果。非膨胀型材料的实例包括，但不限于，陶瓷和其它无机纤维。

可用于制备非膨胀型材料层12的大体上是弹性的非膨胀型材料具体实例包括可从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“INTERAM1000HT”、“INTERAM 1100HT”、“INTERAM 1101HT”、“INTERAM1200NC”、“INTERAM 1500HT”、“INTERAM 1535HT”、“INTERAM1550HT”、“INTERAM 1600HT”和“INTERAM 1600HTE”商购获得的材料。可用于制备膨胀型材料层20的膨胀型材料具体实例包括可从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“INTERAM 100”、“INTERAM 200”、“INTERAM 550”、“INTERAM 2000LT”、“INTERAM X-D”、“INTERAM 1M”、“INTERAM 1S”、“INTERAM570NC”和“INTERAM 600NC”商购获得的材料。

催化转化器60使用垫10和包括位于外壳50内壁和支持元件40之间等于约3mm的间隙G，参见图4，所述垫10包括由“INTERAM 1100HT”或“INTERAM 1535HT”制备的弹性非膨胀型材料层12、由“INTERAM 550”或“INTERAM 1M”制备的膨胀型材料层20，相信弹性非膨胀型材料层12可以具有约750g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可以具有约675g/m²的最小基重，和其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层12和膨胀型材料层20的总密度等于约0.475g/cc，而在间隙G的密封区域AS非膨胀型材料层12的外部18A和18B的密度等于约0.25g/cc。在间隙等于约4mm时，相信弹性非膨胀型材料层12可以具有约1000g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可以具有约900g/m²的最小基重，和其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层12和膨胀型材料层20的总密度等于约0.475g/cc和在间隙G的密封区域A_S非膨胀型材料层12的外部18A和18B的密度等于约0.25g/cc。在间隙等于约6mm时，相信弹性非膨胀型材料层12可以具有约1500g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可以具有约1350g/m²的最小基重，和其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层12和膨胀型材料层20的总密度等于约0.475g/cc和在间隙G的密封区域A_S非膨胀型材料层12的外部18A和18B的密度等于约0.25g/cc。在间隙等于约8mm时，相信弹性非膨胀型材料层12可以具有约2000g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可以具有约1800g/m²的最小基重，和其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层12和膨胀型材料层20的总密度等于约0.475g/cc和在间隙G的密封区域A_S非膨胀型材料层12的外部18A和18B的密度等于约0.25g/cc。在上面列出的每一个预测性实例中，在同时布置有膨胀型材料层20和非膨胀型材料层12的间隙G安装区域A_M，相信膨胀型材料层20将填充约25％的间隙，而非膨胀型材料层12将填充约75％的间隙。相信如果位于间隙G密封区域A_S的非膨胀型材料层12的外部18A和18B具有约0.25g/cc的最低密度，就可以可接受的方式防止膨胀型材料层20暴露于排气。

可预期，图1-2示出的垫10也可用于低温应用。图13示出了根据第二实施例构造的这样的多层垫710。垫710包括包含有陶瓷纤维的非膨胀型材料层712，并具有由相对的横向边缘714和716限定的宽度W₁和长度L₁。垫710还包括包含有膨胀型材料的膨胀型材料层720，并具有由相对的横向边缘722和724限定的宽度W₂和长度L₂。在图示的实施例中，膨胀型材料层720的宽度W₂小于非膨胀型材料层712的宽度W₁。此外，膨胀型材料层720相对于非膨胀型材料层布置，使得其两条横向边缘722和724被布置在非膨胀型材料层712的两条横向边缘714和716以内。如图13所示，膨胀型材料层720包含暴露的主表面720A，该主表面具有由其宽度W₂与其长度L₂相乘限定的面积。主表面720A也限定垫710的最内层。

如图13所示，垫710的布置允许将诸如催化剂支持元件40之类的污染控制元件安装到金属外壳50内。催化剂支持元件40、垫710和金属外壳50限定了催化转化器760。

优选地，选择大体上弹性的非膨胀型材料层712，从而一旦将垫710和催化剂支持元件40安装到金属外壳50内，非膨胀型材料层712的外部718A和718B就在外壳50的内壁和支持元件40之间的间隙G密封区域A_S内膨胀，该膨胀足以在间隙G随温度升高而扩大时密封膨胀型材料层720的横向边缘722和724。因而，当处于环境温度或较高运行温度时，外部718A和718B继续填塞间隙G。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即，在环境温度时)，还是处于其最大值(即，在最高的运行温度时)，至少非膨胀型材料层712的外部718A和718B的弹性足以施加足够的密封间隙G和保护膨胀型材料层720的压力。希望在污染控制装置的预期寿命期间至少这些外部718A和718B也是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。可以优选的使整个非膨胀型材料层712都表现出这种程度的弹性和耐久性。因此，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘722和724暴露于流经催化转化器760的高温或低温排气。

在图3-4的污染控制装置60中，膨胀型材料层20形成垫10的最外层。因此，在用于将污染控制元件安装到高温运行的污染控制装置中时垫10是有利的，它使膨胀型材料层20面向污染控制装置的金属外壳并与之接触。其结果是，当暴露于高温时，有效地将热能从膨胀型材料层20传递输给金属外壳，帮助防止膨胀型材料层20过热。非膨胀型材料层12还防止膨胀型材料层20经历元件40辐射形成的高温。图13所示的污染控制装置760中，膨胀型材料层720形成了垫710的最内层。因此，在用于将诸如元件40之类的污染控制元件安装在运行温度相对较低的污染控制装置中时，垫710是有利的，它使膨胀型材料层720面向污染控制元件并与之接触，从而膨胀型材料层720接受到足以使层720膨胀伸展到所需程度的热能。

在第三实施例中类似的附图标号表示类似的元件，在该实施例中垫10A用于在金属外壳150内支承和安装支持元件40，以此限定催化转化器180，参见图4A。金属外壳150是轧制成形的或以其它方式成形的，从而包含凹槽150A，在图示的实施例中，该凹槽150A环绕整个外壳150伸展。通过在外壳150内形成凹槽150A的方法，外壳刚度增大。在X和Z-方向为外壳凹槽150A成形，从而限定凹穴，按照接纳膨胀型材料层20的要求决定所述凹穴的尺寸和按照几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘22和24暴露于通过催化转化器180的排气的要求决定所述凹穴的形状。由于间隙G_A不能容纳膨胀型材料层20和非膨胀型材料层13二者的厚度，因此在间隙随温度升高扩大时，层13无需膨胀到充分填充间隙G_A。其结果是，在图4A的实施例中，制备非膨胀型材料层13的材料弹性可以小于用于制备图4实施例的非膨胀型材料层12的材料弹性。例如，非膨胀型材料层13可由从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“INTERAM900HT”商购获得的材料制备。

图5示出根据第四实施例构造的多层垫70，其中类似的附图标号表示类似的元件。垫70包括含有陶瓷纤维的非膨胀型材料层12，并具有由相对的横向边缘14和16限定的宽度W₁和长度L₁。垫10还包括含有膨胀型材料的膨胀型材料层72，并具有由相对的横向边缘74和76限定的宽度W₃和基本上等于非膨胀型材料层12长度L₁的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层72的宽度W₃小于非膨胀型材料层12的宽度W₁。此外，膨胀型材料层72相对于非膨胀型材料层12布置，使得横向边缘74布置在非膨胀型材料层12的两条横向边缘14和16以内，横向边缘76与横向边缘16基本成一条直线。

在图5中，在金属外壳50内提供示出的垫70，从而支承和安装金属外壳50内的催化剂支持元件40。垫70、金属外壳50和支持元件40限定了催化转化器80。如图5所示，排气从左到右流经催化转化器80。

优选地，选择大体上弹性的非膨胀型材料层12用于催化转化器80，从而一旦将垫70和催化剂支持元件40布置在金属外壳50，非膨胀型材料层12的外部或暴露部分18A就填塞间隙G，密封并保护膨胀型材料层72的横向边缘74。因而，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘74直接暴露于流经催化转化器80的高温排气。应该说明的是，在图5的实施例中，膨胀型材料层72的另外一条横向边缘76没有被非膨胀型材料层12密封。然而，由于横向边缘76没有直接暴露于流入的排气，所以在一些诸如，例如，大体上呈圆形外壳设计的催化转化器设计中，横向边缘76的膨胀型材料损耗可能极小或不存在。

可以利用与上文列出的用于制备图1的实施例中层12的相同的材料之一制备非膨胀型材料层12。可以利用与上文列出的用于制备图1的实施例中层20的相同的材料之一制备膨胀型材料层72

在图5的实施例中，示出的膨胀型材料层72被布置成与催化转化器的金属外壳50相邻。但是，在诸如低温应用之类的一些应用中，膨胀型材料层72可被布置成与催化剂支持元件40相邻。

在第五实施例中类似的附图标号表示类似的元件，在该实施例中垫170用于在金属外壳250内支承和安装支持元件40，从而限定催化转化器280，参见图5A。金属外壳250的成形使之包括凹槽250A，在图示实施例中，该凹槽环绕整个外壳250伸展。沿X和Z-方向使外壳凹槽250A成型，从而接纳膨胀型材料层72并几乎完全防止膨胀型材料层的横向边缘74暴露于流经催化转化器280的排气。因此，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘74直接暴露于流经催化转化器280的流入高温排气。应该说明的是在图5A的实施例中，没有利用非膨胀型材料层13密封膨胀型材料层72的横向边缘76。然而，由于没有将横向边缘76布置在排气的流入通道中，所以在一些催化转化器的外壳设计中横向边缘76的膨胀型材料的损耗可能极小。还应该说明的是由于非膨胀型材料层13几乎完全不需要为了防止膨胀型材料层72的横向边缘74和76暴露于排气而在Z-方向膨胀，因此用于制备图5A的实施例非膨胀型材料层13的材料弹性可以小于用于制备图5的实施例非膨胀型材料层12的材料弹性。例如，可以利用与上文列出的用于制备图4A的实施例非膨胀型材料层13相同的非膨胀型材料制备非膨胀型材料层13。

图6示出根据第六实施例构造的多层垫90，其中类似的附图标号表示类似的元件。垫90包括含有陶瓷纤维的内部非膨胀型材料层13，并具有由相对的横向边缘14和16限定的宽度W₁和长度L₁。垫10还包括含有膨胀型材料的膨胀型材料层20，并具有由相对的横向边缘22和24限定的宽度W₂和基本上等于非膨胀型材料层13长度L₁的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层20的宽度W₂小于非膨胀型材料层13的宽度W₁。而且，相对于非膨胀型材料层13布置膨胀型材料层20，将其横向边缘22和24布置在非膨胀型材料层13的两条横向边缘14和16以内。

多层垫90另外分别包括由非膨胀型材料制备的第一带92和第二带94。第一非膨胀型材料带92布置在非膨胀型材料层13的第一外部18A上，第二非膨胀型材料带94布置在非膨胀型材料层13的第二外部18B上。第一非膨胀型材料带92具有宽度W₄和长度基本上等于内部非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的长度。第二非膨胀型材料带94具有宽度W₅和长度基本上等于内部非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层20的宽度W₂、第一非膨胀型材料带92的宽度W₄和第二非膨胀型材料带94的宽度W₅的总和基本上等于内部非膨胀型材料层13的宽度W₁。

在图7中，在金属外壳50内提供示出的垫90，从而将催化剂支持元件40支承和安装金属外壳50内。垫90、外壳50和支持元件40限定了催化转化器380。

优选地，在用于催化转化器380时，利用大体上弹性的非膨胀型材料制备非膨胀型材料带92和94，从而一旦将垫90和催化剂支持元件40布置于金属外壳50内，带92和94就在位于外壳50内壁和支持元件40之间的间隙G密封区域A_S内膨胀，参见图7，该膨胀足以在间隙G随温度升高而扩大时密封膨胀型材料层20的横向边缘22和24。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即，在环境温度时)，还是处于其最大值(即，在最高运行温度时)，至少非膨胀型材料带92和94是弹性的，足以施加密封间隙G和保护膨胀型材料层的横向边缘22和24的足够压力。希望在污染控制装置的预期寿命内至少这些带92和94是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。优选的是非膨胀型材料层13也表现出这种程度的弹性和耐久性。从而，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘22和24暴露于流经催化转化器380的高温排气。应该说明的是制备内部非膨胀型材料层13的材料弹性可以小于非膨胀型材料带92和94的材料弹性。通常，弹性较小的非膨胀型材料比弹性较大的非膨胀型材料便宜。例如，可利用与上文列出的用于制备图1的实施例中层12的相同的非膨胀型材料之一制备非膨胀型材料带92和94。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中膨胀型材料层20的相同膨胀型材料之一制备膨胀型材料层72。可利用与上文列出的，用于制备图4A的实施例中非膨胀型材料层13的相同的非膨胀型材料层材料制备非膨胀型材料层13。

也可预期，可利用弹性较小的非膨胀型材料制备非膨胀型材料带92和94，同时可利用弹性较大的非膨胀型材料层材料制备非膨胀型材料层13。在此实施例中，一旦将垫和催化剂支持元件40布置到金属外壳50内，非膨胀型材料层13就提供密封位于外壳50的内壁和支持元件40之间的间隙G密封区域A_S必需的弹性，从而在污染控制装置处于低和高运行温度期间保护膨胀型材料层20的横向边缘22和24。

催化转化器380包括垫90和包括位于外壳50的内壁和支持元件40之间约等于3mm的间隙G，参见图7，所述垫90包含利用“INTERAM 900HT”制备的非膨胀型材料层13、利用“INTERAM100”或“INTERAM 550”制备的膨胀型材料层20和利用“INTERAM1100HT”、“INTERAM 1101HT”、“INTERAM 1535HT”或“INTERAM1600HTE”制备的非膨胀型材料带92和94，在所述催化转化器380中，相信非膨胀型材料层13可具有约750g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可具有约1550g/m²的最小基重，每条非膨胀型材料带92和94可均具有约450g/m²的最小基重，其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的总压缩密度为约0.77g/cc和在间隙G的每个密封区域非膨胀型材料层13和非膨胀型材料带92或94的总压缩密度均等于约0.40g/cc。在间隙等于约4mm时，相信非膨胀型材料层13可具有约1020g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可具有约2100g/m²的最小基重，而非膨胀型材料带92和94可分别具有约600g/m²的最小基重，其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的总压缩密度为约0.77g/cc和在间隙G的每个密封区域A_S非膨胀型材料层13和非膨胀型材料带92或94的总压缩密度均等于约0.40g/cc。在间隙等于约6mm时，相信非膨胀型材料层13可具有约1435g/m²的最小基重，非膨胀型材料层20可具有约3100g/m²的最小基重，每条非膨胀型材料带92和94均可具有约900g/m²的最小基重，其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的总压缩密度为约0.77g/cc和在间隙G的每个密封区域A_S非膨胀型材料层13和非膨胀型材料带92或94的总压缩密度均等于约0.40g/cc。在间隙等于约8mm时，相信非膨胀型材料层13可具有约2000g/m²的最小基重，膨胀型材料层20可具有约4695g/m²的最小基重，和非膨胀型材料带92和94各自可具有约1200g/m²的最小基重，其中在间隙G的安装区域A_M非膨胀型材料层13和膨胀型材料层20的总压缩密度为约0.77g/cc和在间隙G的每个密封区域A_S非膨胀型材料层13和非膨胀型材料带92或94的总压缩密度均等于约0.40g/cc。在上面列出的每一个预测性实例中，在布置有膨胀型材料层20和非膨胀型材料层13的间隙G安装区域A_M，相信膨胀型材料层20将填充约60％的间隙G，和非膨胀型材料层13将填充约40％的间隙。在上面列出的每一个预测性实例中，在布置有非膨胀型材料层13和非膨胀型材料带92或94的间隙G密封区域A_S，相信非膨胀型材料层13将填充约60％的间隙，和非膨胀型材料带92或94将填充约40％的间隙G。

在图7的实施例中，示出的膨胀型材料层20被布置成与催化转化器的金属外壳50相邻。但是，在诸如低温应用之类的一些应用中，可将膨胀型材料层20布置成与催化剂支持元件40相邻。在这类实施例中，非膨胀型材料带92和94还可被布置成与催化剂支持元件40相邻。

图8示出根据第七实施例构造的多层垫100，其中类似的附图标号表示类似的元件。垫100包括含有陶瓷纤维的内部非膨胀型材料层13，并具有由相对的横向边缘14和16限定的宽度W₁和长度L₁。垫100还包括含有膨胀型材料的膨胀型材料层72，并具有由相对的横向边缘74和76限定的宽度W₃和基本上等于非膨胀型材料层13长度L₁的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层72的宽度W₃小于非膨胀型材料层13的宽度W₁。此外，相对于非膨胀型材料层13布置膨胀型材料层72，将横向边缘74布置在非膨胀型材料层13的两条横向边缘14和16以内，横向边缘76与横向边缘16基本成一条直线。

多层垫100另外包括利用非膨胀型材料制备的带102。非膨胀型材料带102被布置在非膨胀型材料层13第一外部18A上方。非膨胀型材料带102具有宽度W₄和基本上等于内部非膨胀型材料层13长度L₁的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层72的宽度W₃和非膨胀型材料带102的宽度W₄总和基本上等于内部非膨胀型材料层13的宽度W₁。

在图9中，在金属外壳50内提供示出的垫100，从而支承和安装位于催化剂金属外壳50内的支持元件40。垫100、金属外壳50和支持元件40限定了催化转化器480。

在催化转化器480中，可利用大体上弹性的非膨胀型材料制备非膨胀型材料带102，从而一旦将垫100和催化剂支持元件40布置于金属外壳50内，非膨胀型材料带102就在位于外壳50的内壁和支持元件40之间的间隙G密封区域A_S内膨胀，参见图9，该膨胀足以在间隙G随温度升高而扩大时密封膨胀型材料层72的横向边缘74。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即，在环境温度时)，还是处于其最大值(即，在最高运行温度时)，至少非膨胀型材料带102的弹性足以施加足够的密封间隙G和保护膨胀型材料层72横向边缘74的压力。希望在污染控制装置的预期寿命内至少非膨胀型材料带102是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。优选的是非膨胀型材料层13也表现出这种程度的弹性和耐久性。因此，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘74直接暴露于流经催化转化器480的高温排气。应该说明的是，制备内部非膨胀型材料层13的材料弹性可以小于非膨胀型材料带102的材料弹性。例如，可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中层12的相同的材料之一制备非膨胀型材料带102。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中膨胀型材料层20的相同的材料之一制备膨胀型材料层72。可利用与上文列出的，用于制备图4A的实施例中非膨胀型材料层13的相同的非膨胀型材料制备非膨胀型材料层13

应该说明的是在图9的实施例中，非膨胀型材料层13没有密封膨胀型材料层72的横向边缘76。然而，由于横向边缘76没有布置在排气的流入通道中，所以在一些催化转化器的设计中，横向边缘76的膨胀型材料损耗可能极小。

在图9的实施例中，出示的膨胀型材料层72被布置成与催化转化器的金属外壳50相邻。但是，在诸如低温应用之类的一些应用中，膨胀型材料层72可被布置成与催化剂支持元件40相邻。在这类实施例中，非膨胀型材料带102还可被布置成与催化剂支持元件40相邻。

图10示出根据第八实施例构造的多层垫110，其中类似的附图标号表示类似的元件。垫110与图8和图9出示的垫100类似，不同的是膨胀型材料层112的宽度W₆小于图8的实施例中膨胀型材料层72的宽度W₃。膨胀型材料层112具有横向边缘114和116。如图10所示，膨胀型材料层112限定了最外层并被布置成与非膨胀型材料层13相邻。

垫110用于在金属外壳550中支承并安装支持元件40，从而限定催化转化器580，参见图10。金属外壳550的成形包括凹槽550A，在图示的实施例中，该凹槽环绕整个外壳550的周边伸展。外壳凹槽550A在X和Z-方向成型，从而接纳膨胀型材料层112并几乎完全防止膨胀型材料层的横向边缘116暴露于流经催化转化器580的排气，如图10所示，所述排气在从左到右的方向流动。因此，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘116暴露于流经化器580的高温排气。

如图8的实施例所示，在用于催化转化器580时，利用大体上弹性的非膨胀型材料制备非膨胀型材料带102，从而一旦将垫110，和催化剂支持元件40布置在金属外壳550内，带102就在支持元件40和外壳550内壁之间的间隙内膨胀，该膨胀足以在间隙随温度升高而扩大时，密封膨胀型材料层112的横向边缘114。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即，在环境温度时)，还是处于其最大值(即，在最高运行温度时)，至少非膨胀型材料带102是弹性的，足以施加足够的密封间隙G并保护膨胀型材料层112横向边缘114的压力。希望在污染控制装置的预期寿命内至少非膨胀型材料带102是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。优选的是，非膨胀型材料层13也表现出这种程度的弹性和耐久性。从而，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘114直接暴露于流经催化转化器580的流入的高温排气。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中膨胀型材料层20的相同的材料之一制备膨胀型材料层112。可利用与上文列出的，用于制备图4A的实施例中非膨胀型材料层13的相同的非膨胀型材料层材料制备非膨胀型材料层13。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中层12的相同的材料之一制备非膨胀型材料带102。

图11示出根据第九实施例构造的多层垫120，其中类似的附图标号表示类似的元件。垫120包括含有陶瓷纤维的内部非膨胀型材料层13，并具有由相对的横向边缘14和16限定的宽度W₁和长度L₁。垫120另外包括含有膨胀型材料的膨胀型材料层112，并具有由相对的横向边缘114和116限定的宽度W₆和基本上等于非膨胀型材料层13长度L₁的长度。在图示的实施例中，膨胀型材料层112的宽度W₆小于非膨胀型材料层13的宽度W₁。此外，相对于非膨胀型材料层13布置膨胀型材料层112，将横向边缘114和116布置在非膨胀型材料层13的两条横向边缘14和16以内。

多层垫120进一步包括非膨胀型材料制备的带122。非膨胀型材料带122被布置在非膨胀型材料层13外部18A的上方。非膨胀型材料带122具有宽度W₅和长度基本上等于内部非膨胀型材料层13和膨胀型材料层112的长度。

在图12中，在金属外壳650内提供示出垫120，从而支承和安装金属外壳650内的催化剂支持元件40。垫120、金属外壳650和支持元件40限定了催化转化器680。

优选地，在用于催化转化器680中时，利用大体上弹性的非膨胀型材料制备非膨胀型材料带122，从而一旦将垫120和催化剂支持元件40布置于金属外壳650以内，非膨胀型材料带122就在支持元件40和外壳650内壁之间的间隙内膨胀，该膨胀足以在间隙随温度升高而扩大时，密封膨胀型材料层112的横向边缘116。换句话讲，无论间隙G是处于其最小值(即，在环境温度时)，还是处于其最大值(即，最高运行温度)，至少非膨胀型材料带122是弹性的，足以施加足够的密封间隙G并保护膨胀型材料层112横向边缘116的压力。希望在污染控制装置的预期寿命内至少非膨胀型材料带122是耐用的，足以经受得住间隙G在其最小值和最大值之间的循环。优选的是，非膨胀型材料层13也表现出这种程度的弹性和耐久性。因此，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘116暴露于流经催化转化器680的高温排气。

金属外壳650的成形包括凹槽650A，在图示的实施例中，该凹槽环绕整个外壳650伸展，参见图12。外壳凹槽650A沿X和Z-方向成型，从而接纳膨胀型材料层112并几乎完全防止膨胀型材料层的横向边缘114暴露于流经催化转化器680的排气。从而，几乎完全防止膨胀型材料层横向边缘114直接暴露于流经催化转化器680的流入的高温排气。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中膨胀型材料层20的相同的材料之一制备膨胀型材料层112。可利用与上文列出的，用于制备图4A的实施例中非膨胀型材料层13的相同的非膨胀型材料层材料制备非膨胀型材料层13。可利用与上文列出的，用于制备图1的实施例中层12的相同的材料之一制备非膨胀型材料带122。

应该说明的是，作为另外一种选择，可利用上文列出的多层垫将诸如过滤器滤芯之类的污染控制元件固定在排气过滤器或捕集器外壳内。应该进一步说明的是，根据本发明，此类污染控制装置可用于内燃机排气系统(例如，车辆排气系统、发电机排气系统)。

所述多层垫通常是柔性的。通常利用所述垫无损坏或断裂地搬运和卷绕污染控制装置中的污染控制元件。卷绕污染控制元件时，多层垫的末端可用于多种接合，其讨论见2004年4月14日提交的，标题为“SANDWICH HYBRID MOUNTING MAT”(夹层结构的混合安装垫)的未决美国专利申请序列号10/824,029，该专利申请公开内容以引用方式并入本文中。

如上文所述，非膨胀型材料层12和非膨胀型材料层带102和122的弹性可以大于非膨胀型材料层13的弹性。此外，非膨胀型材料带92和94的弹性可以大于非膨胀型材料层13的弹性，反之亦然。因此，制备非膨胀型材料层13的材料组成可不同于用于制备非膨胀型材料层12和非膨胀型材料带92、94、102和122的材料的组成。

每个非膨胀型材料层或非膨胀型材料带均包括无机纤维。可以选择任何已知适用于污染控制装置的安装垫的无机纤维。例如，无机纤维可以是氧化铝纤维、莫来石纤维、石英纤维、碳化硅纤维、氮化硅纤维、金属纤维、硅酸铝纤维、硅酸镁铝纤维、铝硼硅酸盐纤维、氧化锆纤维和二氧化钛纤维及类似纤维。这些纤维可以是非晶形的、晶体或它们的组合。

可从J.P.Stevens，Inc.(Slater，NC)以商品名“ASTROQUARTZ”商购获得石英纤维。可从Nippon Carbon(Tokyo，Japan)以商品名“NICALON”和从Textron Specialty Materials(Lowell，MA)以商品名“TYRANNO”商购获得碳化硅纤维。可从Toren Energy InternationalCorp.(New York，NY)商购获得氮化硅纤维。可从Beckaert(Zweregan，Belgium)以商品名“BEKI-SHELD GR 90/C2/4”和从Ribbon TechnologyCorp.(Gahana，OH)以商品名“RIBTEC”商购获得金属纤维。

在一些(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带的实施例中，无机纤维为玻璃纤维。在用于本文时，术语“玻璃纤维”指由无机熔融材料制备的无机纤维，冷却时所述无机熔融材料基本无结晶。根据要么使用X射线衍射，要么使用透射电子显微镜技术的测定，玻璃纤维为非晶态的。至少在一些应用中，玻璃纤维不含小珠(即，该纤维的小珠含量不大于5％重量、小珠含量不大于3％重量、小珠含量不大于2％重量、小珠不大于1％重量或小珠含量不大于0.5％重量)。在用于本文时用，术语“小珠”指可能是一些无机纤维制备工艺的副产物的非纤维颗粒。

合适的玻璃纤维常常为硅酸镁铝纤维。此类玻璃纤维可含有至少50％重量的SiO₂，至少8％重量的Al₂O₃和至少1％重量的氧化镁。例如，硅酸镁铝纤维可包含50至70％重量、50至60％重量、60至70％重量或55至65％重量的SiO₂；8至30％重量、10至20％重量或20至30％重量的Al₂O₃和1至15％重量、1至12％重量、1至10％重量或1至8％重量的氧化镁。可以存在诸如氧化钠、氧化钾、氧化硼，氧化钙，和类似物质的其它氧化物。

硅酸镁铝玻璃纤维的具体实例为E-玻璃纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维和R-玻璃纤维。E-玻璃纤维通常包含约55％重量的SiO₂，约11％重量的Al₂O₃，约6％重量的B₂O₃，约18％重量的CaO，约5％重量的MgO和约5％重量的其它氧化物。S-玻璃和S2-玻璃纤维通常包含约65％重量的SiO₂，约25％重量的Al₂O₃和约10％重量的MgO。R-玻璃纤维通常包含约60％重量的SiO₂，约25％重量的Al₂O₃，约9％重量的CaO和约6％重量的MgO。可从Advanced Glassfiber Yarns，LLC(Aiken，SC)和Owens-CorningFiberglass Corp.(Granville，OH)商购获得E-玻璃纤维、S-玻璃纤维和S2-玻璃纤维。可从Saint-Gobain Vetrotex(Herzogenrath，Germany)商购获得R玻璃纤维。

多种耐火陶瓷纤维可用于(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带。在一些实施例中，陶瓷纤维为非晶态的和主要包含Al₂O₃和SiO₂。可以存在少量的其它氧化物。Al₂O₃与SiO₂(Al₂O₃∶SiO₂)的重量比率通常大于或等于20∶80、30∶70、35∶65、40∶60、45∶55、50∶50、55∶45、60∶40或70∶30。陶瓷纤维通常包括至少30％重量的SiO₂和至少20％重量的Al₂O₃。例如，以纤维的重量计，合适的陶瓷纤维可包含总计30至80％重量的SiO₂和总计20至70％重量的Al₂O₃。在一些具体实例中，以纤维的重量计，陶瓷纤维可以包含总计40至60％重量的SiO₂和总计40至60％重量的氧化铝。在其它具体实例中，以纤维的重量计，陶瓷纤维可包含总计45至55％重量的SiO₂和总计45至55％重量的Al₂O₃。

主要包含Al₂O₃和SiO₂的示例性非晶态陶瓷纤维包括，但不限于，可从Thermal Ceramics(Augusta，GA)以商品名“KAOWOOL HABULK”商购获得的，以纤维的重量计，含有50％重量的SiO₂和50％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维；可从Thermal Ceramics以商品名“CERAFIBER”商购获得的，以纤维的重量计，含有54％重量的SiO₂和46％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维；可从Thermal Ceramics以商品名“KAOWOOL D73F”商购获得的，以纤维的重量计，含有54％重量的SiO₂和46％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维；可从Rath(Wilmington，DE)以商品名“RATH 2300RT”商购获得的，以纤维的重量计，含有52％重量的SiO₂、47％重量的Al₂O₃和不大于1％重量的Fe₂O₃、TiO₂和其它氧化物的陶瓷纤维；可从Rath以商品名“RATHALUMINO-SILICATE CHOPPED FIBER”商购获得的，以纤维的重量计，含有SiO₂、46％重量的Al₂O₃和不大于1％重量的其它氧化物的陶瓷纤维；可从Vesuvius(Buffalo，NY)以商品名“CER-WOOL RT”商购获得的，以纤维的重量计，含有49至53％重量的SiO₂、43至47％重量的Al₂O₃、0.7至1.2％重量的TiO₂和不大于1％重量的其它氧化物的陶瓷纤维；可从Vesuvius以商品名“CER-WOOL LT”商购获得的，以纤维的重量计，含有49至57％重量的SiO₂、38至47％重量的Al₂O₃、0.7至1.5％重量的Fe₂O₃、1.6至1.9％重量的TiO₂和0至0.5％重量的其它氧化物的陶瓷纤维以及可从Vesuvius以商品名“CER-WOOL HP”商购获得的，以纤维的重量计，含有50至54％重量的SiO₂、44至49％重量的Al₂O₃、0至0.2％重量的Fe₂O₃、0至0.1％重量的TiO₂和不大于0.5％重量的其它氧化物的陶瓷纤维。

在其他实施例中，陶瓷纤维为非晶态的和主要包含SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂。可以存在少量的其它氧化物。Al₂O₃与SiO₂(Al₂O₃∶SiO₂)的重量比率大于或等于20∶80、30∶70、35∶65、40∶60、45∶55、50∶50、55∶45、60∶40或70∶30。以纤维的重量计，该纤维包含至少3％重量的ZrO₂，至少30％重量的SiO₂和至少20％重量的Al₂O₃。在一些实施例中，以纤维的重量计，所述纤维包含总计最多5％重量、最多7％重量、最多10％重量、最多12％重量、最多15％重量、最多16％重量、最多20％重量或最多25％重量的ZrO₂。以纤维的重量计，所述陶瓷纤维可包含总计30至70、40至65、45至60、45至55或50至60％重量的SiO₂。以纤维的重量计，所述陶瓷纤维可包含总计20至60、25至50、25至45、25至40、25至35、30至50或30至40％重量的Al₂O₃。在一些具体实例中，以纤维的重量计，所述陶瓷纤维包括25至50％重量的Al₂O₃、40至60％重量的SiO₂和3至20％重量的ZrO₂。在其它具体实例中，以纤维的重量计，所述陶瓷纤维包含30至40％重量的Al₂O₃、45至60％重量的SiO₂和5至20％重量的ZrO₂。

示例性非晶态陶瓷纤维包含SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂，可从ThermalCeramics(Augusta，GA)以商品名“KAOWOOL ZR”和“CERACHEM”商购获得，以纤维的重量计，含有50％重量的SiO₂、35％重量的Al₂O₃和15％重量的ZrO₂的非晶态陶瓷纤维；可从Unifrax(Tonawonda，NY)以商品名“UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT”商购获得，以纤维的重量计，含有52至57％重量的SiO₂、29至47％重量的Al₂O₃和不大于18％重量的ZrO₂的非晶态陶瓷纤维；可从Unifrax以商品名“UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK”商购获得以纤维的重量计，含有50至54％重量的SiO₂、31到35％重量的Al₂O₃、5％重量的ZrO₂、1.3％重量的Fe₂O₃、1.7％重量的TiO₂、0.5％重量的MgO和不大于7％重量的CaO的非晶态陶瓷纤维；可从Rath(Wilmington，DE)以商品名“RATH 2600HTZ”商购获得以纤维的重量计，含有48％重量的SiO₂、37％重量的Al₂O₃、15％重量的ZrO₂和不大于1％重量的其它氧化物的非晶态陶瓷纤维；可从Vesuvius(Buffalo，NY)以商品名“CER-WOOL HTZ”商购获得以纤维的重量计，含有44至51％重量的SiO₂、33至37％重量的Al₂O₃、13至19％重量的ZrO₂、0.1至0.6％重量的TiO₂和不大于1％重量的其它氧化物的非晶态陶瓷纤维。

在一些(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带的实施例中，在利用热机械分析仪(TMA)测试时，陶瓷纤维具有不大于10％，不大于8％，不大于6％，不大于4％，不大于3％，不大于2％或不大于1％的体缩。陶瓷纤维通常收缩至少0.5％。在一些实施例中，陶瓷纤维具有0.5至2％，0.5至3％，0.5至5％或0.5至6％的体缩。

在TMA测试中，承载(例如，50psi或345N/m²)负荷的样品被加热到1000℃和然后冷却。可以同时在750℃的加热和冷却循环期间测量样本厚度，计算收缩百分率。收缩百分率等于在750℃的加热和冷却步骤期间的厚度差乘以100再被在750℃的加热步骤期间的直径除。TMA测试可用于确定陶瓷纤维或由陶瓷纤维制成的非膨胀型材料层的特性。在热机械分析仪达到750℃时，清除可能存在于非膨胀型材料层中的绝大多数或所有有机材料。

交付状态(即，可以以交付形式使用，无热处理的纤维)下具有不大于10％体缩的陶瓷纤维实例包括，但不限于，晶态的和同时包含Al₂O₃和SiO₂的纤维。Al₂O₃与SiO₂的重量比率(Al₂O₃∶SiO₂)可以大于或等于60∶40、65∶35、70∶30、72∶28、75∶25、80∶20、90∶10、95∶5、96∶4、97∶3或98∶2。在一些具体实例中，以纤维的重量计，陶瓷纤维包含60到98％重量的Al₂O₃和2到40％重量的SiO₂。在其它具体实例中，以纤维的重量计，陶瓷纤维包含70到98％重量的Al₂O₃和2到30％重量的SiO₂。可以存在其它痕量的氧化物。在用于本文时，术语“痕量”指不大于2％重量、不大于1％重量或不大于0.5％重量的量。

晶态的并具有不大于10％体缩的合适的陶瓷纤维包括，但不限于，可从Mitsubishi Chemical(Tokyo，Japan)以商品名“MAFTEC”(例如MLS1、MLS2和MLS3)商购获得的，以纤维的重量计，含有28％重量的SiO₂和72％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维；可从SaffilLimited(Widness Cheshire，U.K.)以商品名“SAFFIL”(例如SF、LA Bulk、HA Bulk、HX Bulk)商购获得的，以纤维的重量计，含有3至5％重量的SiO₂和95至约97％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维；可从Unifrax(Tonawonda，NY)以商品名“UNIFRAX FIBERFRAXFIBERMAX”商购获得的，以纤维的重量计，含有27％重量的SiO₂和72％重量的Al₂O₃的陶瓷纤维。

晶态的和交付状态下具有不大于10％体缩的陶瓷纤维其它实例为铝硼硅纤维。以纤维的重量计，这些纤维通常包含总计至少50％重量的Al₂O₃和总计不大于50％重量的SiOF 5＞2和总计不大于25％重量的B₂O₃。以纤维的重量计，一些具体的铝硼硅纤维含有50到75％重量的Al₂O₃、25到50％重量的SiO₂和1到25％重量的B₂O₃。此类铝硼硅纤维可从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“NEXTEL 312”和“NEXTEL 440”商购获得。

至少一些晶态的和在制造厂家交付状态下具有不大于10％体缩的此类陶瓷纤维是采用溶胶-凝胶工艺制备的。在溶胶-凝胶工艺中，通过溶液、分散体或粘性浓缩液的纺丝或挤出方法制备陶瓷纤维。美国专利No.3,760,049(Borer等人)进一步描述的溶胶-凝胶方法可包括从喷丝孔挤出溶液、分散体或浓缩液，形成绿色纤维，然后烧制所述绿色纤维，形成陶瓷纤维。溶液、分散体或浓缩液包含纤维中的氧化物或氧化物的前体。

在一些实施例中，可以热处理可商购获得的非晶态陶瓷纤维，提供具有不大于10％体缩的陶瓷纤维。可以接受热处理，提供具有不大于10％体缩的陶瓷纤维通常是Al₂O₃和SiO₂的混合物或Al₂O₃、SiO₂和其它的诸如B₂O₃、P₂O₅或ZrO₂之类的氧化物的混合物熔喷或熔纺纤维。可以接受热处理的示例性非晶态陶瓷纤维包括，但不限于，可从Thermal Ceramics(Augusta，GA)以商品名“KAOWOOL HABULK”、“CERAFIBER”、“KAOWOOL D73F”、“KAOWOOL ZR”或“CERACHEM”商购获得的陶瓷纤维；可从Rath(Wilmington，DE)以商品名“RATH 2300 RT”、“RATH ALUMINO-SILICIATECHOPPED FIBER”或“RATH 2600HTZ”商购获得的陶瓷纤维；可从Vesuvius(Buffalo，NY)以商品名“CER-WOOL RT”、“CER-WOOLLT”或“CER-WOOL HTZ”或“CER-WOOL HP”商购获得的陶瓷纤维；可从Unifrax(Tonawonda，NY)以商品名“UNIFRAX FIBERFRAXFIBERMAT”或“UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK”商购获得的陶瓷纤维。

陶瓷纤维在热处理过程期间趋于析晶(即，至少一部分从非晶态变成微晶或晶体状态)。通常，单根陶瓷纤维中只有一部分发生析晶。也就是说，热处理后，单根陶瓷纤维包含非晶态材料以及晶体材料、微晶材料，或晶体和微晶体材料的组合。

可以利用诸如透射电子显微镜和X-射线衍射之类的技术确定非晶态、晶体或微晶性质无机纤维的特性。在用于本文时，术语“非晶态的”指不含晶体或微晶区域的无机纤维。如果无机纤维是非晶态的，要么采用透射电子显微镜，要么采用X射线衍射技术就均不能检测到衍射峰(即，没有衍射图形)。如果无机纤维包含拥有小尺寸晶体(即，微晶)的区域，采用透射电子显微镜，而不是采用X-射线衍射技术，可以检测到衍射峰(即，衍射图形)。在用于本文时，术语“微晶”指包括至少一些具有晶体性质的区域和具有可利用透射电镜，而不是利用X-射线衍射技术，检测的晶体尺寸的无机纤维。如果无机纤维包括拥有较大尺寸晶体(即，晶体)的区域，采用X-射线衍射技术就可以得到衍射图形。在用于本文时，术语“晶体”指包括至少一些具有晶体性质的区域和具有可利用X-射线衍射技术检测的晶体尺寸的无机纤维。可采用X-射线衍射技术检测的最小尺寸晶体通常产生宽泛的没有清晰峰部的衍射图形。较窄的峰部表示较大尺寸的晶体。衍射峰的宽度可用于测定晶体尺寸。晶态的无机纤维通常是多晶的，而不是单晶的。

在一些应用中，陶瓷纤维接受温度至少是700℃的热处理。例如，陶瓷纤维可以接受温度至少是800℃、温度是至少900℃、温度是至少1000℃的或温度至少是1100℃的热处理。合适的热处理温度因陶瓷纤维的组成和陶瓷纤维保持热处理温度的时间而异。合适的热处理方法和合适的已热处理的陶瓷纤维的进一步描述见，例如，国际专利申请WO 99/46028(Fernando等人)和美国专利No.5,250,269(Langer)，它们的公开内容以引用的方式并入本文。

存在与热处理过程期间形成的晶体或微晶尺寸有关的时间-温度关系。例如，陶瓷纤维可以接受较低温度和较长时间的热处理，或较高温度和较短时间的热处理，产生与结晶或微晶类似的形态。保持热处理温度的时间可最多为1小时、最多为40分钟、最多为30分钟、最多为20分钟、最多为10分钟、最多为5分钟、最多为3分钟或最多为2分钟。例如，可以选择热处理温度，从而使用诸如最多10分钟之类相对短的热处理时间。

选择的热处理温度可以高出析晶温度(即，陶瓷纤维从非晶态材料变为微晶或晶体材料的温度)至少20℃、至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少70℃、至少80℃、至少90℃或至少100℃。可以采用诸如，例如，差热分析(DTA)之类的技术确定合适的陶瓷纤维热处理时间和温度。用于Al₂O₃-SiO₂纤维的温度通常在700℃至1200℃的范围内、在800℃至1200℃的范围内、在900℃至1200℃的范围内或在950℃至1200℃的范围内。

完全非晶态的陶瓷纤维收缩通常大于包含微晶、晶体或它们的组合的区域的陶瓷纤维收缩。至少部分为晶体或微晶的陶瓷纤维可以制成安装垫，所述安装垫可反复加热到适用于污染控制装置的温度，然后冷却。微晶或晶体陶瓷纤维趋于抵抗可能对非膨胀型材料层性能产生不利影响的进一步收缩。

在经过热处理的陶瓷纤维中，纤维的脆性可被低体缩特性平衡。晶体或微晶陶瓷纤维趋于比非晶态陶瓷纤维更易碎。由晶体或微晶陶瓷纤维制成的非膨胀型材料层可比由非晶态纤维制成的绝缘材料更易断裂。另一方面，晶体或微晶陶瓷纤维趋于比非晶态陶瓷纤维具有更低的体缩。

无机纤维的平均直径通常为至少3微米、至少4微米、至少5微米、至少6微米或至少7微米。无机纤维通常具有不大于20微米、不大于18微米、不大于16微米或不大于14微米的平均直径。在一些实施例中，至少60％重量的无机纤维平均直径是3微米以内的平均直径。例如，至少70％重量、至少80％重量或至少90％重量的无机纤维平均直径是3微米以内的平均直径。

以非膨胀型材料层的重量计，(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带还可包含最多20％重量的有机粘结剂。在一些实施例中，以非膨胀型材料层或带的重量计，可存在总计最多10％重量、最多5％重量或最多3％重量的有机粘结剂。当包含非膨胀型材料层或带的多层垫用于诸如污染控制装置通常存在的温度之类的高温时，所述有机粘结剂通常被烧掉。

合适的有机粘结剂材料可以包括水性聚合物乳液、溶剂基聚合物和不含溶剂的聚合物。水性聚合物乳液可包括有机粘结剂聚合物和胶乳形式的弹性体(如天然橡胶乳胶、苯乙烯-丁二烯乳胶、丁二烯-丙烯腈乳胶和丙烯酸酯和异丁烯酸酯聚合物或共聚物的乳胶)。溶剂基聚合物粘结剂材料可包括诸如丙烯酸、聚氨酯、乙酸乙烯、纤维素之类的聚合物或橡胶基有机聚合物。不含溶剂的聚合物可包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶和其它弹性体。

在一些实施例中，有机粘结剂材料包括水性丙烯酸乳液。丙烯酸乳液有利地趋于具有良好老化特性和非腐蚀性燃烧产物。合适的丙烯酸乳液可以包括，但不限于，可从Rohm and Hass(Philadelphia，PA)商购获得的商品名为“RHOPLEX TR-934”的产品(含有44.5％固体重量的水性丙烯酸乳液)和名为“RHOPLEX HA-8”的产品(含有45.5％固体重量的丙烯酸共聚物的水性乳液)；可从ICI Resins US(Wilmington，MA)以商品名“NEOCRYL XA-2022”商购获得的产品(含有60.5％固体重量的丙烯酸树脂的水性分散体)；可从AirProducts and Chemical，Inc.(Philadelphia，PA)以商品名“AIRFLEX600BP DEV”商购获得的产品(含有55％固体重量的乙烯-乙烯基-乙烯酸酯三元聚合物的水性乳液)。

有机粘结剂还可包括增塑剂、增粘剂或它们的组合。增塑剂趋于软化聚合物基体并可以提高非膨胀型材料层的柔韧性和可塑性。例如，有机粘结剂可包括诸如可从Monsanto(St.Louis，MO)以商品名“SANTICIZER 148”商购获得的二磷酸二苯基异癸酯之类的增塑剂。增粘剂或增粘树脂可辅助将绝缘材料固定在一起。合适的增粘剂实例是可从Eka Nobel，Inc.(Toronto，Canada)以商品名“SNOWTACK810A”商购获得的增粘剂。

(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带也可包含其它的诸如，但不限于，增塑剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、胶乳凝结剂和杀真菌剂之类的材料。可以添加诸如玻璃颗粒、碳酸钙、膨胀蛭石、分层蛭石、云母、珍珠岩、氢氧化铝、六水合磷酸镁、硼酸锌和氢氧化镁之类的填充剂材料。此外，可以添加诸如粘土、膨润土和硅溶胶之类的无机粘结剂。

(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带还可包含诸如，例如丙烯酸、纤维素、聚烯烃、聚乙烯醇、聚酯或它们的组合之类的有机纤维。这些纤维可以为人造短纤维或原纤化纤维。可用的稳定纤维通常具有约0.5至5旦尼尔的纤度。可从Minifiber，Inc.(Johnson City，TX)商购获得长丝纤度1.5的合适的人造丝纤维。可从Kuraray Americas，Inc.(New York，NY)以商品名“KURALON”商购获得合适的聚乙烯醇纤维。可从Cytek Industries，Inc.(WestPaterson，NJ)以商品名“CFF”商购获得丙烯酸纤维浆。

至少在一些实施例中，合适的非膨胀型材料层或带可以包括总计10至99.5％重量的无机纤维和总计0.5至20％重量的有机粘结剂。例如，非膨胀型材料层或带可包含总计20至99.5％重量的无机纤维，总计0.5至20％重量的有机粘结剂和最多60％重量的无机粘结剂或填充剂。

一种根据本发明可以使用的非膨胀型材料层包含经过热处理的硅酸铝陶瓷纤维，可从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“INTERAM900HT”商购获得该陶瓷纤维。这一垫具有约0.25g/cm³的堆密度和约1020至2455g/m²的单位面积重量。其它弹性更大的(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带包括可从3M Company以商品名“INTERAM 1100HT”和“INTERAM 1101HT”商购获得的非膨胀型材料层或带。这些垫具有约0.15g/cm³的堆密度和约440至2100g/cm²的单位面积重量。这些垫含有晶体氧化铝纤维(即，多晶氧化铝纤维)。可从3M Company以商品名“INPE 571.02”商购获得另一种含有铝硅酸镁玻璃纤维的合适的非膨胀型材料层。该垫具有0.12g/cm³的堆密度和约600至约1400g/m²的单位面积重量。可从Mitsubishi Chemical Company(Tokyo，Japan)以商品名“MAFTECMLS-3”商购获得针式接合垫，所述垫具有约0.16g/cm³的堆密度。以纤维的重量为计，这一垫包含约72％重量的Al₂O₃和约28％重量的SiO₂。

所述膨胀型材料层包含至少一种膨胀型材料。所述膨胀型材料层可进一步包括无机纤维、有机粘结剂、增塑剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、胶乳凝结剂、杀真菌剂、填充材料、无机粘结剂和有机纤维。这些附加组分与上文有关非膨胀型材料层讨论的附加组分相同。

适用于膨胀型材料层的膨胀型材料实例包括非膨胀蛭石、水黑云母、如美国专利No.3,001,571(Hatch)描述的水可溶胀合成四硅氟云母、如美国专利No.4,521,333(Graham等人)描述的碱金属硅酸盐颗粒、可膨胀的石墨或它们的组合。可从3M Company(St.Paul，MN)以商品名“EXPANTROL 4BW”商购获得碱金属硅酸盐颗粒。可从UCAR Carbon Co.，Inc.(Cleveland，OH)以商品名“GRAFOIL GRADE338-5O”商购获得可膨胀的石墨。可从Cometals Inc.(New York，NY)商购获得非膨胀蛭石。在一些应用中，从非膨胀蛭石、膨胀蛭石或它们的组合中选择膨胀型材料。

例如，可以利用诸如磷酸二氢铵、硝酸铵、氯化铵、氯化钾或其它本领域已知的可溶盐之类的盐处理蛭石。该处理以离子交换反应为基础。

以膨胀型材料层的重量计，膨胀型材料层通常包含至少5、至少10、至少20、至少40或至少60％重量的膨胀型材料。在一些膨胀型材料层中，所述层可不含无机纤维。在其它膨胀型材料层中，所述层可不含无机纤维和有机粘结剂。在另一些膨胀型材料层中，以膨胀型材料层的重量计，所述层包含5至约85％重量的膨胀型材料和小于20％重量的有机粘结剂。无机纤维被收入一些膨胀型材料层。

在一些更加具体的实例中，以膨胀型材料层的重量计，膨胀型材料层包括总计5至85％重量的膨胀型材料层材料、总计0.5至15％重量的有机粘结剂和总计10至60％重量的无机纤维。在其它实例中，以膨胀型材料层的重量计，膨胀型材料层包括总计5至70％重量的膨胀型材料，总计0.5至10％重量的有机粘结剂和总计30至45％重量的无机纤维。在另一些实例中，膨胀型材料层包括总计20至65％重量的膨胀型材料，总计0.5至20％重量的有机粘结剂，总计10至65％重量的无机纤维和最多40％重量的无机填充剂或无机粘结剂。

可从3M(St.Paul，MN)以商品名“INTERAM 100”、“INTERAM200”、“INTERAM 550”和“INTERAM 2000LT”商购获得合适的膨胀型材料层。这些垫通常具有约0.4至约0.7g/cm³的堆密度和约1050g/m²至约8140g/m²的单位面积重量。可从3M以商品名“INTERAM 570NC”商购获得其它合适的膨胀型材料层。这一层通常具有约1050g/m²至4070g/m²的单位面积重量并含有符合欧洲非危险纤维规则规定的无机纤维。

在一些膨胀型材料层中，收入了生物溶解性无机纤维。包含生物溶解性纤维的膨胀型材料层的进一步描述见国际专利申请公开WO03/031368(Howorth)，该专利申请全文以引用方式并入本文。在用于本文时，“生物溶解性无机纤维”指可在生理介质或模拟生理介质中分解的无机纤维。生理介质指，但不限于，通常见于诸如，例如，动物或人类的肺之类呼吸道的体液。

生物溶解性无机纤维通常包括诸如，例如，Na₂O、K₂O、CaO、MgO、P₂O₅、Li₂O和BaO或它们与二氧化硅的组合之类的无机氧化物。其它金属氧化物或其它陶瓷组分可被收入生物可溶溶解性无机纤维，即使这些组分本身缺乏所需的溶解度，但其少量存在足以使纤维就整体而言仍可在生理介质中分解。此类金属氧化物包括，例如，Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、B₂O₃和氧化铁。生物溶解性无机纤维还可包括其数量使纤维可在生理介质或模拟生理介质中分解的金属组分。

在一个实施例中，生物可溶溶解性无机纤维包括二氧化硅、氧化镁和氧化钙。这些类型的纤维通常被称为钙镁硅酸盐纤维。钙镁硅酸盐纤维通常包含小于约10％重量的氧化铝。合适的生物溶解性纤维可包括45至90％重量的SiO₂，最多45％重量的CaO，最多35％重量的MgO和小于10％重量的Al₂O₃。例如，该纤维可包含约55至约75％重量的SiO₂，约25至约45％重量的CaO，约1至约10％重量的MgO和小于约5％重量的Al₂O₃。

示例性生物溶解性无机氧化物纤维的描述见美国专利No.5,332,699(Olds等人)、5,585,312(TenEyck等人)、5,714,421(Olds等人)和5,874,375(Zoitas等人)。可用于制备生物溶解性无机纤维的多种方法包括，但不限于，溶胶凝胶形成、结晶生长工艺和诸如纺丝或吹制之类的熔融形成技术。

可从Unifrax Corporation(Niagara Falls，NY)以商品名“INSULFRAX”商购获得生物溶解性纤维。Thermal Ceramics(位于Augusta，GA)以商品名“SUPERWOOL”出售其它生物可溶纤维。例如，SUPERWOOL 607包含60至70％重量的SiO₂、25至35％重量的CaO、4至7％MgO和痕量的Al₂O₃。SUPERWOOL 607MAX可用于稍高的温度和包含60至70％重量的SiO₂、16至22％重量的CaO、12至19％重量的MgO和痕量的Al₂O₃。

示例性膨胀型材料层可包括总计10至80％重量的膨胀型材料、总计5至80％重量的生物溶解性无机纤维、总计5至80％重量的云母粘结剂和总计0.5至20％重量的有机粘结剂。

在用于本文时，“云母粘结剂”指可被润湿和然后干燥，形成自承的粘结体的一种或多种云母类矿物。在用于本文时，“自承”指可形成不含其它材料的5cm×5cm×3mm薄片的云母粘结剂，从而可以在25℃和最高50％相对湿度下在任一边缘水平地保持干燥的薄片至少5分钟，不会破碎或换句话说崩溃。

在用于本文时，短语“云母类矿物”指可被劈开或换句话说分离成平面薄片或小板片的一类矿物。云母类矿物包括，但不限于，膨胀蛭石、非膨胀蛭石，以及云母。云母类矿物的平均长宽比(即，颗粒的长度除以其厚度)通常大于约3。云母类矿物的粒度通常小于约150微米(例如，云母粘结剂包含可通过100目筛网的云母类矿物)。在一些实施例中，云母粘结剂包含粒度小于约150微米和平均长宽比大于约8或大于约10的的云母类矿物。

合适的云母粘结剂可包括已被粉碎的云母类矿物。在用于本文时，“被粉碎”指已利用任一减少平均粒度的适宜方法处理过的云母类矿物。粉碎的方法包括，但不限于，机械剪切稀释或浓缩浆液、研磨、空气冲击和滚轧。可单独的或结合粉碎使用其它方法减小粒度。例如，可以利用热方法或化学方法膨胀或膨胀及剥离云母类矿物。可剪切或在水里处理膨胀蛭石，生成分层蛭石颗粒或小板片的水分散体。可以，例如，利用诸如掺和器之类的高剪力混合器充分剪切。

在一些实施例中，云母粘结剂包括处理过的蛭石(即，已膨胀、分层和粉碎的蛭石)。处理过的蛭石通常为非膨胀的。在其它实施例中，云母粘结剂包括未经膨胀和分层或仅部分膨胀和分层的蛭石。此类材料趋于是膨胀型材料。

可从W.R.Grace & Company商购获得合适的云母粘结剂，其中包括分层蛭石粉(商品名“VFPS”)和化学片状脱落蛭石的水分散体(商品名“MICROLITE”)。另外，可从W.R.Grace and Company以商品名“ZONELITE #5”商购获得膨胀蛭石片，可减小其粒度，形成云母粘结剂。

云母粘结剂可包括粒度小于约150微米的蛭石，膨胀型材料可包括粒度大于约150微米的蛭石(两者都不能通过100目筛网)。膨胀蛭石的平均粒度可大于约300微米。

在多层垫的一个实施例中，(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带包含玻璃纤维和(一个或者数个)膨胀型材料层包含蛭石。在另一个多层垫的实施例中，根据TMA测试，(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带包含收缩不大于10％的耐火陶瓷纤维和(一个或者数个)膨胀型材料层包含蛭石。

多层垫的每个非膨胀型材料层或带通常具有约0.05g/cm³至约0.4g/m³范围内的堆密度，而膨胀型材料层具有约0.4g/m³至约0.75g/cm³范围内的堆密度。在用于本文时，术语“堆密度”指未压缩的层、带或多层垫的密度。多层垫的堆密度取决于各层的厚度和组分，但通常为约0.2g/m³至约0.5g/m³。在一些应用中，所述多层垫具有约0.4g/m³至约0.9g/m³的压缩密度。在用于本文时，术语“压缩密度”指多层垫在组装在污染控制装置中污染控制元件周围以后的密度。造纸工艺用于制备(一个或者数个)非膨胀型材料层、(一个或者数个)带、(一个或者数个)膨胀型材料层，或它们的组合。例如，可通过制备包含无机纤维的含水浆液的方法制备(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带。以浆液的重量计，所述含水浆液常常包含有最多30％重量的固体(例如，以浆液的重量计，浆液可包含最多20％重量或最多10％重量的固体。以浆液的重量计，所述浆液常常包含至少1％固体(例如，浆液可包含至少2％重量或至少3％重量的固体)。在一些实施例中，该浆液可包含1至10、2至8、或3到6％重量的固体。较多的固体可以是有利的，原因是制备预成型件时需要除去的水较少。但是，固体比例较高的浆液趋于较难混合。

通过制备包含膨胀型材料的含水浆液的方法制备膨胀型材料层。固体百分率可相当于用于制备非膨胀型材料层的固体百分率。用于膨胀型材料层的含水浆液经常包含无机纤维，但膨胀型材料层可以不含无机纤维。

用于每种含水浆液的水均可以为井水、地表水或经过处理，除去诸如盐和有机化合物之类杂质的水。在将井水或地表水用于含水浆液时，水中存在的盐(例如，钙盐和镁盐)可以起无机粘结剂的作用。在一些实施例中，水为去离子水、蒸馏水或它们的组合。

在每种含水浆液组合物中也可包括其它添加剂。此类添加剂可包括无机粘结剂、无机填充剂、消泡剂、絮凝剂、表面活性剂等，和类似材料。也可包括诸如，例如，有机纤维之类的增强剂。

可以使用其它方法制备(一个或者数个)非膨胀型材料层或(一个或者数个)带。在一些应用中，利用将单个无机纤维切成所需长度的方法，可以将非膨胀型材料层或带制备成非织造垫。此种方法的描述见国际专利申请公开WO 2004/011785(Merry等人)，该专利申请以引用的方式并入本文。利用玻璃粗纱切割器短切纤维丝束或纤维纱，可以以此方法制备单根纤维。可从Finn and Fram，Inc.(Pacoma，CA)以商品名“MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER”商购获得所述粗纱切割器。作为另外一种选择，可以使用锤式粉碎机、然后用鼓风机制备单根短纤维。通常将纤维短切至为约0.5至约15cm范围内的长度。可使用诸如可从Rando Machine Corp.(Macedon，NY)以商品名“RANDO WEBBER”或从ScanWeb Co.(Denmark)以商品名“DANWEB”商购获得的那些常规成网机制备垫。可以将单根短纤维拉延到网筛或网带(例如，金属或尼龙带)上。所得的垫具有的易操作性足以将它传送至针刺机或缝编机，无需使用支承(如稀松布)，具体情况取决于纤维的长度。为了有利于搬运，可利用稀松布制备一些垫或将一些垫放置在稀松布上。

针刺非织造垫指具有无机纤维物理缠结的垫，所述无机纤维物理缠结是钩针对整个或部分垫进行多次穿透而形成的。针刺法通常涉及压缩非织造垫，然后在垫上刺孔并拉延钩针，使其穿过垫。尽管垫的单位面积最佳针刺数目取决于具体应用，但通常针刺非织造垫，形成约5至约60个孔/cm²。在一些应用中，所述垫具有10至约20个孔/cm²。可采用诸如可从Dilo(Germany)商购获得的之类的常规针刺机和可从Foster Needle Company(Manitowoc，WI)商购获得的之类的钩针针刺非织造垫。

作为另外一种选择，可采用诸如美国专利No.4,181,514(Lefkowitz等人)公开的之类的技术缝编非织造垫，该专利公开内容以引用方式并入本文中。可利用有机线或无机线(例如陶瓷或不锈钢)缝编所述垫。缝合时可将很薄的无机或有机薄片材料放置在垫的一侧或两侧，防止刺穿垫或使其最小化。缝编的间距可以变化，但通常为约3至约30mm，从而在垫的整个面积上均匀地压缩纤维。可从Mitsubishi Chemical(Tokyo，Japan)以商品名“MAFTEC”可商购获得的针刺非膨胀型材料层。

可以糊剂形式膨胀型材料层涂布到非膨胀型材料层主表面上。适用于膨胀型材料层的糊剂组合物进一步描述见，例如，美国专利No.5,853,675(Howorth)和5,207,989(MacNeil)，这些专利内容以引用的方式并入本文。除了膨胀型材料之外，这些组合物中的一部分还包括无机纤维。可以首先将这些糊剂涂布到，例如，诸如隔离衬片或纸张之类的基底。在非膨胀型材料层主表面与糊剂接触后，可以移除基底。

在其它多层垫中，可通过将合适的膨胀组合物喷涂到非膨胀型材料层主表面上的方法形成膨胀型材料层。这些组合物可以包括，例如，诸如无机纤维或有机粘结剂之类的其它材料。作为另外一种选择，可以将不含有粘结剂的膨胀型材料涂布到非膨胀型材料层的部分主表面上。

可以分别制备不同的层，然后将它们粘结在一起。可以采用针刺法或缝编技术使多层垫的不同层相互结合。一些多层垫具有粘结剂，可以将非膨胀型材料层和膨胀型材料层粘结到一起。可分别制备每一层，然后将它们粘结到一起。粘结剂可以为压敏粘结剂或热熔粘合剂。在一些多层垫中，该粘结剂为诸如，例如，可从Bostik-Findley(Stafford，UK)以商品名“PE 105-50”或“PE 65-50”商购获得的粘结剂之类的热熔粘合剂。

可以采用造纸工艺制备多层垫。一种此类工艺的描述见美国专利公开2001/0046456(Langer等人)，该专利公开内容以引用的方式并入本文。可制备含有无机纤维的半料浆，然后将其沉积在可渗透的基底上。可使沉积的半料浆部分脱水，形成第一层。可为部分的第一层涂布膨胀组合物，形成第二层。该膨胀组合物的涂布方式可为，例如，在该组合物包含液体时的喷涂或者在该组合物不含液体时的喷撒。可制备含有无机纤维的次生浆，然后将其沉积在第二层和所有外露的第一层上。可至少使沉积的三次浆部分脱水，形成第三层。在沉积最后一层之后，可干燥所述垫，至少除去部分残余的水分。例如，可以用使所述垫通过加热滚筒的方法压缩和干燥它。

此种工艺可导致一些层相互混合。这些层的混合可能实际上是肉眼不可见的，或者混合程度在相邻两层之间形成可见边界或梯度层。使用此种工艺可将所述层粘结到一起，无需使用粘结剂、缝针、针或订书机。

上文根据发明者预见的实施例描述了本发明，有关这些具体实施例的受权描述可供使用，尽管目前尚无预见的本发明非实质性修改形式，但是所述修改形式仍然是上述实施例的等同物。

Claims

1.一种用于将污染控制元件安装到污染控制装置中的多层垫，所述垫包括：

至少一个包含陶瓷纤维和具有由相对的横向边缘限定的宽度的非膨胀型材料层；以及

至少一个包含膨胀型材料和具有由相对的横向边缘限定的宽度的膨胀型材料层，

其中所述膨胀型材料层的宽度小于所述非膨胀型材料层的宽度，所述膨胀型材料层具有暴露的主表面。

2.根据权利要求1所述的多层垫，其中所述至少一个非膨胀型材料层和所述至少一个膨胀型材料层接合在一起。

3.根据权利要求1或2所述的多层垫，其中所述至少一个非膨胀型材料层为至少两个非膨胀型材料层，所述至少一个膨胀型材料层为至少两个膨胀型材料层，或者同时所述至少一个非膨胀型材料层为至少两个非膨胀型材料层和所述至少一个膨胀型材料层为至少两个膨胀型材料层。

4.根据权利要求3所述的多层垫，其中所述至少两个非膨胀型材料层的每层组成是不同的。

5.根据权利要求3所述的多层垫，其中所述至少两个非膨胀型材料层的每层宽度是不同的，所述至少两个膨胀型材料层的每层宽度是不同的，并且所述每个膨胀型材料层的宽度均小于所述每个非膨胀型材料层的宽度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的多层垫，其中所述至少一个非膨胀型材料层和所述至少一个膨胀型材料层彼此相对布置，使得所述至少一个膨胀型材料层的两条横向边缘布置在所述至少一个非膨胀型材料层的横向边缘以内。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的多层垫，其中所述至少一个非膨胀型材料层和所述至少一个膨胀型材料层彼此相对布置，使得所述至少一个膨胀型材料层的一条横向边缘与所述至少一个非膨胀型材料层的一条横向边缘成一条直线，所述至少一个膨胀型材料层的仅另外一条横向边缘位于所述至少一个非膨胀型材料层的横向边缘以内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的多层垫，其中所述非膨胀型材料层具有约0.5mm至约20mm范围内的厚度和约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内的堆密度，所述膨胀型材料层具有约0.5mm至约15mm范围内的厚度和约0.4g/cc至约0.75g/cc范围内的堆密度。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的多层垫，所述多层垫还包括含有陶瓷纤维的一层或多层的非膨胀型材料带，沿所述至少一个膨胀型材料层的一条横向边缘布置所述带，其中所述带的宽度小于所述至少一个膨胀型材料层的宽度。

10.根据权利要求9所述的多层垫，其中所述非膨胀型材料带与所述膨胀型材料层的组合宽度总计基本上等于所述非膨胀型材料层的宽度。

11.根据权利要求9所述的多层垫，所述多层垫还包括含有陶瓷纤维的一层或多层的另一条非膨胀型材料带，沿所述至少一个膨胀型材料层的每条横向边缘布置一条所述非膨胀型材料带，其中每条所述带的宽度小于所述至少一个膨胀型材料层的宽度。

12.根据权利要求11所述的多层垫，其中所述非膨胀型材料带与所述膨胀型材料层的组合宽度总计基本上等于所述非膨胀型材料层的宽度。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的多层垫，其中每条所述非膨胀型材料带均与所述至少一个膨胀型材料层基本上是共平面的。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的多层垫，其中每条所述非膨胀型材料带的长度均基本上等于所述至少一个膨胀型材料层的长度。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的多层垫，其中每条所述非膨胀型材料带的弹性均大于所述非膨胀型材料层的弹性。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的多层垫，其中所述非膨胀型材料层的弹性均大于任何所述非膨胀型材料带的弹性。

17.根据权利要求9至15中任一项所述的多层垫，其中每条所述非膨胀型材料带具有约0.5mm至约20mm范围内的厚度和约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内的安装密度堆密度，所述非膨胀型材料层具有约0.5mm至约20mm范围内的厚度和约0.05g/cc至约0.4g/cc范围内的安装密度堆密度，所述膨胀型材料层具有约0.5mm至约15mm范围内的厚度和约0.4g/cc至约0.75g/cc范围内的安装密度堆密度。

18.一种污染控制装置，包括：

具有内壁的外壳；

布置在所述外壳内的污染控制元件，从而在其间形成间隙；以及

根据权利要求1至8中任一项所述的多层垫，

其中所述垫布置在所述间隙内，从而将所述污染控制元件安装在所述外壳内。

19.根据权利要求18所述的污染控制装置，其中所述外壳的一部分内壁限定了凹槽，所述垫的布置使得仅至少部分的所述膨胀型材料层被安放在所述凹槽内。

20.根据权利要求18所述的污染控制装置，其中所述外壳的部分内壁限定了凹槽，所述垫的布置使得至少部分所述膨胀型材料层被安放在所述凹槽内，而且所述膨胀型材料层的横向边缘均不暴露于流经所述污染控制装置的排气。

21.根据权利要求18所述的污染控制装置，其中所述外壳的部分内壁限定了凹槽，所述垫的布置使得所述膨胀型材料层被安放在所述凹槽内，而且所述膨胀型材料层的一条横向边缘暴露于流经所述污染控制装置的排气。

22.一种污染控制装置，包括：

具有内壁的外壳；

根据权利要求9至17中任一项所述的多层垫，

23.根据权利要求22所述的污染控制装置，其中所述外壳的部分内壁限定了凹槽，所述垫的布置使得所述膨胀型材料层被安放在所述凹槽内并且不暴露于流经所述污染控制装置的排气，以及一条所述膨胀型材料带暴露于流经所述污染控制装置的排气。

24.根据权利要求18至23中所述的污染控制装置，其中所述非膨胀型材料层被布置成与所述污染控制元件相邻。

25.根据权利要求24所述的污染控制装置，其中所述非膨胀型材料层与所述污染控制元件接触。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的污染控制装置，其中所述膨胀型材料层被布置成与所述外壳的内壁相邻。

27.根据权利要求18至26中任一项所述的污染控制装置，其中几乎完全防止所述膨胀型材料层的至少一条横向边缘暴露于流经所述污染控制装置的排气。

28.根据权利要求18至27中任一项所述的污染控制装置，其中所述装置为催化转化器或排气系统过滤器。

29.一种用于内燃机的排气系统，所述排气系统包括根据权利要求18至28中任一项所述的污染控制装置。