堇青石质蜂窝陶瓷载体

作者:周燕;徐晓虹;陈虹 刊名:陶瓷研究 上传者:李坚怀

【摘要】催化转化器是当前治理汽车废气排放最主要的手段,载体则是其中最基本、最关键的因素。本文对堇青石质蜂窝陶瓷载体的制备、性能及应用等方面作了详细的论述,并指出我国今后应加大力度对其进行开发和研究,以满足日益迫切的环保需要。

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前言蜂窝陶瓷是造型像蜂窝状的一种多孔陶瓷,它具有高强度、低膨胀、耐热震性好、吸附性强、耐磨损等优点。目前广泛应用于汽车尾气净化器、柴油机烟尘粒子净化器、臭氧抑制催化剂载体、冶金工业的化学反应载体、窑炉隔热材料等。蜂窝陶瓷可由多种材质制成,主要材质有:堇青石、莫来石、钛酸铝、氧化锆、碳化硅质及堇青莫来石、堇青石钛酸铝等复合基质。其中堇青石(MgOALOSiO)以其高熔点()、低热膨胀性、优良的机械强度等特点而被广泛应用于蜂窝陶瓷的生产。自年,美国康宁玻璃公司(CorningIncorporated)用挤出法生产出第一件蜂窝陶瓷载体以来,目前全世界蜂窝陶瓷载体的年销售量超过,,件以上。这一业绩使得蜂窝陶瓷载体成为世界上最重要的陶瓷产品之一。蜂窝陶瓷的制备:蜂窝陶瓷制备的一般工艺流程如下:精选细粉状滑石、高岭土、氧化铝和其他形成堇青石的材料,按一定比例组成生料混合物生料搅拌混合物加入成型助剂和成孔剂磨细练泥陈腐挤压成型干燥烧成烧成后处理检验将精选细粉状滑石、高岭土、氧化铝等原料合成堇青石熟料磨细加入成型助剂和成孔剂陈泥陈腐挤压成型干燥烧成烧成后处理检验将精选细粉状滑石、高岭土、氧化铝等原料合成堇青石熟料磨细加入部分生料加入成型助剂和成孔剂磨细练泥挤压成型干燥烧成烧成后处理检验选择合理的化学组成堇青石质蜂窝陶瓷以堇青石晶体为主晶相,因此制造堇青石蜂窝陶瓷的原材料主要是能形成堇青石的无机耐热材料。包括提供SiO及ALO的粘土类原料、含Mg的原料(滑石、菱镁矿、绿泥石等)、氧化铝、硅石等主要原料。为了降低合成堇青石的热膨胀系数,选定适当生料组成是很重要的。据美国康宁公司报道,在SiOALOMgO三元相图中,存在一个低膨胀区,它包含了堇青石计量组成点和略偏MgO与(或)偏ALO区。若化学组成位于低膨胀区,按化学计量式略偏向MgO或ALO区,则制得的堇青石蜂窝陶瓷将有更低的热膨胀系数。表是几个实用的堇青石质蜂窝陶瓷的配方。采用挤出成型的泥料,要求泥料的成型性能要好,因此各种添加剂的选择是十分必要的。添加剂原料配比(wt)ABCD高岭土滑石氧化铝氢氧化铝二氧化硅煅烧滑石的类型主要有:粘结剂、塑化剂和成孔剂等。除了一定量的粘土塑化剂外,还要加入有机塑化剂,如:聚乙烯醇类、纤维素类等用于改善泥料的可塑性,使泥料易于挤出;加入适当的成孔剂,可得到适宜的气孔率和吸水率,以利于催化剂的涂覆。成孔剂可选用石墨、淀粉、木屑等。成型蜂窝陶瓷的成型方法有挤出法、模压法、卷片法、浸纸法、波纹法和管子集束法等。堇青石晶体在其不同结晶轴上有不同的热膨胀系数,研究表明,其C轴方向上热膨胀系数较低,采用挤出法成型可使堇青石晶体的C轴平行于挤出方向即蜂窝体的间壁方向,而其a辆垂直于蜂窝体间壁,从而可以得到较低热膨胀系数的蜂窝陶瓷。因此,现在普遍采用挤出法成型蜂窝陶瓷坯体,使用活塞挤出机或螺旋挤出机以及挤出成型用模具,将混合后塑练好的坯料连续挤出成型。干燥蜂窝陶瓷的内部是由许多格子状的薄的间壁分割而成的,由于壁薄可采取快速干燥工艺,以提高干燥速率。干燥工艺对蜂窝陶瓷的成品率影响很大,挤出成型的蜂窝陶瓷坯其内部颗粒(主要是呈片状的粘土颗粒、滑石颗粒)呈定向排列,若干燥方法和制度选取不当,则易使生坯开裂和变形。国外大都采用红外干燥、微波干燥、冻结干燥等先进干燥方法,也有采用热风干燥、自然干燥、减压气氛干燥方法以及其他快速干燥方法的。蜂窝陶瓷的干燥应根据坯料的实际性能选择适当的干燥方法和干燥制度以确保优良的干燥质量。烧成烧成方法的选择目前国内外大多均采用一次直接烧成法,其优点是利于挤压过程滑石、高岭土

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