堇青石蜂窩陶瓷載體涂層熱穩(wěn)定性及改性機(jī)制研究

以潞安煤矸石為主要原料,輔以少量工業(yè)菱鎂礦、滑石和成型助劑,制備出堇青石蜂窩陶瓷。用x-射線衍射儀(xrd)和掃描電鏡(sem)分別表征了蜂窩陶瓷的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明樣品由片狀晶相和大量微孔組成,晶相主要為堇青石?？疾炝烁饔绊懸蛩貙?duì)蜂窩陶瓷性能的影響,實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)總含液量約為30%、陳腐時(shí)間24h,煅燒溫度1200～1300℃下保溫4～6h時(shí),蜂窩陶瓷載體的成型效果及性能較優(yōu)。

采用水熱合成法，在堇青石蜂窩陶瓷載體上原位合成了ｚｓｍ５沸石和ａｎａｃｉｍｅ沸石，并用ｘｒｄ和ｓｅｍ等技術(shù)進(jìn)行了表征．結(jié)果表明，當(dāng)改變合成條件時(shí)，在堇青石表面可分別生長(zhǎng)出厚度為３０～４０μｍ的ｚｓｍ５沸石和厚度為３０～１８０μｍ的ａｎａｃｉｍｅ沸石．隨著凝膠中ｓｉｏ２／ａｌ２ｏ３比的增大和含水量的減少，在堇青石蜂窩陶瓷上生長(zhǎng)的分子篩的量也增加．

對(duì)600孔/英寸2堇青石蜂窩陶瓷的制備、試驗(yàn)方法作了詳細(xì)的論述。堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷引入以綠泥石作mgo的初始原料,擠出成型時(shí)利用高嶺土的線狀結(jié)構(gòu),通過模具細(xì)孔時(shí),受到剪切力而發(fā)生取向降低膨脹系數(shù),在陶瓷胚體中,添加增塑劑,采用動(dòng)態(tài)控制的反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)脫塑,以實(shí)現(xiàn)微孔薄壁。

運(yùn)用水熱合成技術(shù)在孔密度為62cells/cm2的堇青石蜂窩陶瓷載體上原位合成了sapo-34分子篩,并用xrd和sem等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了表征.結(jié)果表明,經(jīng)過一次水熱合成,堇青石蜂窩陶瓷載體的表面上可牢固均勻地生長(zhǎng)一層厚度約為30μm的sapo-34分子篩,而相應(yīng)的載體增重約為15%～25%.改變合成條件還可使堇青石載體上同時(shí)生長(zhǎng)sapo-34和sapo-5分子篩.此外,對(duì)sapo-34分子篩在堇青石載體上的生長(zhǎng)機(jī)理也作了初步探討

蜂窩陶瓷載體 堇青石的化學(xué)成分是2mgo-al2o3-5sio2。各組分按重量百分比來計(jì)算，分別為：mgo=13.8%,al2o3=34.8% 和sio2=51.4%。它的熱膨脹系數(shù)很小，是我們觸媒轉(zhuǎn)化器中所使用的蜂窩瓷載體的主要原料。 堇青石材料由穩(wěn)定的alsi5o13正六邊形結(jié)構(gòu)組成。正六邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的六個(gè)角落分別由五個(gè)sio4正四面體 及一個(gè)alo4正四面體結(jié)晶組成，正六邊形環(huán)狀結(jié)構(gòu)之間由alo6正八面體及mgo6正八面體連結(jié)成理想的 a-堇青石結(jié)晶。a-堇青石結(jié)晶對(duì)產(chǎn)品的低熱膨脹系數(shù)和極佳的抗熱沖擊性有決定性的影響。 堇青石陶瓷載體可使用溫度約1300℃。加上高密度的蜂窩結(jié)構(gòu)(400孔每平方英寸)及超薄壁厚(0.15mm) 的幾何外形使載體有極大的幾何表面積、低排氣阻力、化學(xué)性質(zhì)安定、升溫迅速等特性，因此，它成為我 們

本文研究了堇青石蜂窩陶瓷的性能隨燒成溫度和保溫時(shí)間變化的規(guī)律；通過對(duì)試樣進(jìn)行ｘ－射線衍射分析（ｘｒｄ）和掃描電鏡觀察（ｓｅｍ），探討了燒成溫度和保溫時(shí)間對(duì)董青石蜂窩陶瓷性能的影響機(jī)理。

用硝酸溶液對(duì)堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷樣品進(jìn)行處理,以堇青石為第1載體,浸漬涂覆摻雜稀土離子的自制-γal2o3為第2載體,以增加堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的比表面積.加入鑭提高了催化劑的抗燒結(jié)性能,防止在高溫條件下催化劑表面積的損失.分析了-γal2o3的負(fù)載量及其焙燒溫度對(duì)堇青石比表面積的影響.運(yùn)用xrd、bet、sem技術(shù)手段進(jìn)行表征.

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以擬薄水鋁石為原料,硝酸為膠溶劑,添加聚乙二醇(peg)制備鋁溶膠,并對(duì)堇青石蜂窩陶瓷載體進(jìn)行γ-al2o3涂層?？疾炝瞬煌肿恿?400,6000和20000)聚乙二醇的添加對(duì)溶膠黏度,粒徑分布以及涂覆涂層負(fù)載量和重現(xiàn)性的影響;利用bet法測(cè)定了溶膠中添加不同分子量的聚乙二醇后,涂層比表面積的變化;超聲波振蕩檢測(cè)了堇青石蜂窩陶瓷載體涂層的結(jié)合牢固性;由sem照片觀察涂層的表面形貌。結(jié)果表明,聚乙二醇的添加,增大了溶膠的黏度,提高了載體涂層的負(fù)載量、比表面積和結(jié)合牢固度。添加劑聚乙二醇分子量的不同對(duì)溶膠和載體涂層性能的影響也不同,聚乙二醇20000的添加使溶膠黏度和涂層負(fù)載量的增加程度更明顯,而添加聚乙二醇400制備溶膠的粒徑小,分布范圍窄,涂覆涂層均勻、牢固且比表面積大。

以堇青石蜂窩陶瓷(cc)為載體、cuo和不同助劑為活性組分,用浸漬法制備cuo/cc、cuo-nio/cc和cuo-nio-ceo2/cc催化劑,采用tpr、xrd和xps等測(cè)試方法對(duì)催化劑進(jìn)行表征。tpr結(jié)果表明,催化劑主要以cu2+形式存在。采用程序升溫和恒溫法在固定床反應(yīng)器常壓條件下研究了以尿素作還原劑還原模擬汽車尾氣中的no。結(jié)果顯示,cuo-nio-ceo2/cc催化劑在(150~350)℃具有較高的活性,250℃時(shí)具有較高的轉(zhuǎn)化率。

. .. 蜂窩狀汽車尾氣凈化器載體 1范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了蜂窩狀汽車尾氣凈化器載體的分類、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志、包裝 和貯運(yùn)。 本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)有機(jī)廢氣凈化催化劑用的載體—堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷，其 它用途和材質(zhì)的蜂窩陶瓷也可參照?qǐng)?zhí)行。 2規(guī)范性引用文件 下列文件通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修 改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方研究是否 可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 jc/t686-1998蜂窩陶瓷 gb/t4734-1996陶瓷材料及制品化學(xué)分析方法 3術(shù)語(yǔ) 本標(biāo)準(zhǔn)采用下列定義、符號(hào)： 孔密度：蜂窩陶瓷每單位橫截面積上分布孔的個(gè)數(shù)，其單位為孔/㎝2。 孔壁缺陷：在蜂窩陶瓷的端面上由擠出成型引起的軸向孔壁缺損而導(dǎo)致相鄰二

以高嶺土、滑石和氧化鋁粉為主要原料,以面粉和活性炭為成孔劑,按堇青石理論化學(xué)組成配料,經(jīng)球磨、壓濾、練泥、陳腐后,擠壓成型為孔密度為每平方英寸100個(gè)孔,孔壁厚0.3mm的坯體,干燥后,做不同溫度(1280、1300、1340和1380℃)保溫3h和1300℃保溫不同時(shí)間(3、4、5、6h)的燒成試驗(yàn),然后檢測(cè)燒后試樣的顯氣孔率和熱膨脹系數(shù),并進(jìn)行xrd和sem分析。結(jié)果表明:(1)在1340℃保溫5h燒成可制備出顯氣孔率約為60%,平均熱膨脹系數(shù)(室溫～800℃)為1.67×10-6℃-1的純堇青石相蜂窩陶瓷。(2)在1280～1380℃保溫5h燒成的堇青石蜂窩陶瓷的顯氣孔率及吸水率均沒有顯著差異。在1300℃的燒成溫度下,當(dāng)保溫時(shí)間由3h增加到4h時(shí),試樣的顯氣孔率和吸水率略有下降;繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間,試樣的顯氣孔率和吸水率變化不大。(3)在保溫5h的條件下,當(dāng)燒成溫度從1280℃升至1340℃時(shí),試樣的熱膨脹系數(shù)逐漸降低;當(dāng)燒成溫度從1340℃升至1380℃時(shí),試樣的熱膨脹系數(shù)升高。在燒成溫度為1300℃的條件下,當(dāng)保溫時(shí)間從3h增加到5h時(shí),試樣的熱膨脹系數(shù)逐漸降低;從5h增加到6h時(shí),試樣的熱膨脹系數(shù)升高。(4)與1300℃燒成的試樣相比,1340℃燒成的試樣中有較多呈短柱狀的堇青石晶粒,且氣孔平均孔徑較大。

以高嶺土、滑石和氧化鋁為主要原料采用生料一次燒結(jié)工藝制備低膨脹堇青石蜂窩陶瓷,研究了堿金屬氧化物k2o和na2o(用r2o表示)含量對(duì)試樣熱膨脹系數(shù)、顯氣孔率和抗壓強(qiáng)度的影響,并利用x射線衍射儀、掃描電鏡分析了試樣的物相組成和斷面形貌。研究表明,r2o含量在0.22%以下時(shí)制備的堇青石蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)可達(dá)0.56×10-6/℃,從0.22%增加到0.52%時(shí),熱膨脹系數(shù)增加到1.58×10-6/℃,顯氣孔率逐漸降低,而抗壓強(qiáng)度增大;r2o含量為0.12%的基礎(chǔ)配方試樣主要由定向排列的片狀堇青石晶粒構(gòu)成,呈疏松多孔結(jié)構(gòu),氣孔小,隨著r2o含量的增加,氣孔尺寸變大而數(shù)量減少。

蜂窩陶瓷用堇青石的研制

蜂窩陶瓷廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化器載體、臭氧抑制催化劑載體、冶金工業(yè)的熱交換和金屬液的過濾等行業(yè)。堇青石因具有體積密度小、熱膨脹系數(shù)小和結(jié)構(gòu)較疏松等特點(diǎn)成為生產(chǎn)蜂窩陶瓷的首選材料。筆者概述了堇青石的結(jié)構(gòu)、組成及應(yīng)用,闡述了合成堇青石的原料、方法,以及介紹了合成堇青石的研究進(jìn)展。

蜂窩陶瓷用堇青石

堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷載體表面改性前后的SEM和EDS研究

堇青石蜂窩陶瓷以其優(yōu)異的熱性能和機(jī)械性能,在機(jī)動(dòng)車尾氣凈化中廣泛用作催化轉(zhuǎn)化器載體、顆粒物捕集器等,是機(jī)動(dòng)車尾氣凈化中的一類關(guān)鍵材料。隨著尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格,對(duì)堇青石蜂窩陶瓷的規(guī)格和性能提出了更高的要求。基于堇青石蜂窩陶瓷的擠出法生產(chǎn),從工藝路線、原料規(guī)格、雜質(zhì)元素的影響等方面入手,總結(jié)了國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,并探討了進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)的可能途徑,以提高中國(guó)堇青石蜂窩陶瓷產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

本文介紹了堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的超低熱膨脹特點(diǎn),分析了其超低熱膨脹機(jī)理,闡述了影響堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷超低脹系數(shù)的主要工藝因素,指出制備超低熱膨脹系數(shù)的堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷的主要途徑。

主要研究了高嶺土顆粒形貌對(duì)堇青石蜂窩陶瓷熱脹性能的影響。結(jié)果表明:用片狀高嶺土制備的堇青石蜂窩陶瓷的熱脹系數(shù)為1.20×10-6℃-1,而用非片狀高嶺土制備的堇青石蜂窩陶瓷的熱脹系數(shù)則是1.7×10-6℃-1(rt～800℃)。xrd分析表明:片狀高嶺土可造成堇青石結(jié)晶晶粒的定向排列,而非片狀高嶺土則不能使堇青石晶粒定向排列。

堇青石—鈦酸鋁蜂窩陶瓷的研制

利用xrd、sem等測(cè)試技術(shù)對(duì)ngk和宜興某廠的堇青石蜂窩陶瓷樣品進(jìn)行對(duì)比分析和研究,結(jié)果得出:由于ngk堇青石陶瓷在微觀結(jié)構(gòu)方面產(chǎn)生微裂紋導(dǎo)致ngk(0.2×10-6/℃)生產(chǎn)的堇青石蜂窩陶瓷熱膨脹系數(shù)(1.2×10-6/℃)比宜興產(chǎn)的小。由此提出了超低膨脹系數(shù)堇青石陶瓷的制備方案,即從漿料分散及燒成制度兩個(gè)方面對(duì)宜興蜂窩陶瓷微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化從而有效降低其膨脹系數(shù)。