堇青石陶瓷蜂窝载体微观结构分析

蜂窝陶瓷广泛应用于汽车尾气净化器载体、臭氧抑制催化剂载体、冶金工业的热交换和金属液的过滤等行业。堇青石因具有体积密度小、热膨胀系数小和结构较疏松等特点成为生产蜂窝陶瓷的首选材料。笔者概述了堇青石的结构、组成及应用,阐述了合成堇青石的原料、方法,以及介绍了合成堇青石的研究进展。

选用3种不同的优质粘土、滑石及工业氧化铝,通过一定的工艺控制,在1390℃的烧成温度、保温4h的条件下,研制出纯度较高。结晶性较好,热膨胀系数(20～1000℃)分别为1.48×10-6,1.50×10-6/℃和1.54×10-6/℃,气孔率分别为15％,25％和33％的堇青石质蜂窝陶瓷载体。较低的热膨胀系数保证了载体有优异的抗热震性能,高的气孔率有利于后期催化剂的浸渍。实验表明:堇青石陶瓷成分的选择及杂质相的含量对于膨胀系数影响显著。

以高岭土、滑石和氧化铝粉为主要原料,以面粉和活性炭为成孔剂,按堇青石理论化学组成配料,经球磨、压滤、练泥、陈腐后,挤压成型为孔密度为每平方英寸100个孔,孔壁厚0.3mm的坯体,干燥后,做不同温度(1280、1300、1340和1380℃)保温3h和1300℃保温不同时间(3、4、5、6h)的烧成试验,然后检测烧后试样的显气孔率和热膨胀系数,并进行xrd和sem分析。结果表明:(1)在1340℃保温5h烧成可制备出显气孔率约为60%,平均热膨胀系数(室温～800℃)为1.67×10-6℃-1的纯堇青石相蜂窝陶瓷。(2)在1280～1380℃保温5h烧成的堇青石蜂窝陶瓷的显气孔率及吸水率均没有显著差异。在1300℃的烧成温度下,当保温时间由3h增加到4h时,试样的显气孔率和吸水率略有下降;继续延长保温时间,试样的显气孔率和吸水率变化不大。(3)在保温5h的条件下,当烧成温度从1280℃升至1340℃时,试样的热膨胀系数逐渐降低;当烧成温度从1340℃升至1380℃时,试样的热膨胀系数升高。在烧成温度为1300℃的条件下,当保温时间从3h增加到5h时,试样的热膨胀系数逐渐降低;从5h增加到6h时,试样的热膨胀系数升高。(4)与1300℃烧成的试样相比,1340℃烧成的试样中有较多呈短柱状的堇青石晶粒,且气孔平均孔径较大。

以高岭土、滑石和氧化铝为主要原料采用生料一次烧结工艺制备低膨胀堇青石蜂窝陶瓷,研究了碱金属氧化物k2o和na2o(用r2o表示)含量对试样热膨胀系数、显气孔率和抗压强度的影响,并利用x射线衍射仪、扫描电镜分析了试样的物相组成和断面形貌。研究表明,r2o含量在0.22%以下时制备的堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数可达0.56×10-6/℃,从0.22%增加到0.52%时,热膨胀系数增加到1.58×10-6/℃,显气孔率逐渐降低,而抗压强度增大;r2o含量为0.12%的基础配方试样主要由定向排列的片状堇青石晶粒构成,呈疏松多孔结构,气孔小,随着r2o含量的增加,气孔尺寸变大而数量减少。

本文介绍了堇青石质蜂窝陶瓷的超低热膨胀特点,分析了其超低热膨胀机理,阐述了影响堇青石质蜂窝陶瓷超低胀系数的主要工艺因素,指出制备超低热膨胀系数的堇青石质蜂窝陶瓷的主要途径。

以堇青石蜂窝陶瓷(cc)为载体、cuo和不同助剂为活性组分,用浸渍法制备cuo/cc、cuo-nio/cc和cuo-nio-ceo2/cc催化剂,采用tpr、xrd和xps等测试方法对催化剂进行表征。tpr结果表明,催化剂主要以cu2+形式存在。采用程序升温和恒温法在固定床反应器常压条件下研究了以尿素作还原剂还原模拟汽车尾气中的no。结果显示,cuo-nio-ceo2/cc催化剂在(150~350)℃具有较高的活性,250℃时具有较高的转化率。

第26卷第4期 2008年12月 徐州师范大学学报(自然科学版) j.ofxuzhounormaluniv.(naturalscienceedition) vol.26,no.4 dec.,2008 收稿日期:2008-05-12 基金项目:江苏省高校自然科学基金资助项目(07kjb150112);徐州师范大学自然科学基金资助项目(07xla06) 作者简介:田久英(1973-),女,河北新城人,讲师,硕士,主要从事催化材料的研究. 堇青石蜂窝陶瓷载体涂层的制备研究 田久英,卢菊生,吴宏 (徐州师范大学化学化工学院,江苏徐州221116) 摘要:以拟薄水铝石为原料,hno3为胶溶剂,制备alooh溶胶,并对堇青石蜂窝陶瓷载体进行涂覆

对600孔/英寸2堇青石蜂窝陶瓷的制备、试验方法作了详细的论述。堇青石质蜂窝陶瓷引入以绿泥石作mgo的初始原料,挤出成型时利用高岭土的线状结构,通过模具细孔时,受到剪切力而发生取向降低膨胀系数,在陶瓷胚体中,添加增塑剂,采用动态控制的反应烧结技术脱塑,以实现微孔薄壁。

以拟薄水铝石为原料,hno3为胶溶剂,制备alooh溶胶,并对堇青石蜂窝陶瓷载体进行涂覆.研究了拟薄水铝石含量以及hno3的加入量对溶胶粘度、稳定性和涂层涂覆量的影响;比表面积法(bet法)测定堇青石蜂窝陶瓷载体涂层的比表面积;超声波振荡检测了氧化铝涂层的结合牢固度.结果表明,当拟薄水铝石质量分数为5%~8%,n(h+)/n(alooh)=0.06~0.10时,可制得稳定的溶胶,且随着拟薄水铝石含量或hno3加入量的增加,溶胶的粘度增加,涂层的涂覆量增大,拟薄水铝石含量对涂层的重现性及牢固度影响较小.

用硝酸溶液对堇青石质蜂窝陶瓷样品进行处理,以堇青石为第1载体,浸渍涂覆掺杂稀土离子的自制-γal2o3为第2载体,以增加堇青石质蜂窝陶瓷的比表面积.加入镧提高了催化剂的抗烧结性能,防止在高温条件下催化剂表面积的损失.分析了-γal2o3的负载量及其焙烧温度对堇青石比表面积的影响.运用xrd、bet、sem技术手段进行表征.

蜂窝陶瓷载体 堇青石的化学成分是2mgo-al2o3-5sio2。各组分按重量百分比来计算，分别为：mgo=13.8%,al2o3=34.8% 和sio2=51.4%。它的热膨胀系数很小，是我们触媒转化器中所使用的蜂窝瓷载体的主要原料。 堇青石材料由稳定的alsi5o13正六边形结构组成。正六边形环状结构的六个角落分别由五个sio4正四面体 及一个alo4正四面体结晶组成，正六边形环状结构之间由alo6正八面体及mgo6正八面体连结成理想的 a-堇青石结晶。a-堇青石结晶对产品的低热膨胀系数和极佳的抗热冲击性有决定性的影响。 堇青石陶瓷载体可使用温度约1300℃。加上高密度的蜂窝结构(400孔每平方英寸)及超薄壁厚(0.15mm) 的几何外形使载体有极大的几何表面积、低排气阻力、化学性质安定、升温迅速等特性，因此，它成为我 们

本文研究了采用一种新开发的粘土原料———累托石、滑石和工业氧化铝制备堇青石质蜂窝陶瓷的工艺过程。测定了样品的理化性能,并采用xrd、sem对样品的相组成和微观结构进行了分析。结果表明,蜂窝陶瓷的主晶相为堇青石,气孔率34.88%,间壁密度达1.72g/cm3,间壁气孔尺寸为1～20μm,抗热震性达700℃。

堇青石蜂窝陶瓷以其优异的热性能和机械性能,在机动车尾气净化中广泛用作催化转化器载体、颗粒物捕集器等,是机动车尾气净化中的一类关键材料。随着尾气排放标准的日益严格,对堇青石蜂窝陶瓷的规格和性能提出了更高的要求。基于堇青石蜂窝陶瓷的挤出法生产,从工艺路线、原料规格、杂质元素的影响等方面入手,总结了国内外的研究现状,并探讨了进一步提高产品品质的可能途径,以提高中国堇青石蜂窝陶瓷产品的国际竞争力,促进相关产业的发展与进步。

主要研究了高岭土颗粒形貌对堇青石蜂窝陶瓷热胀性能的影响。结果表明:用片状高岭土制备的堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数为1.20×10-6℃-1,而用非片状高岭土制备的堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数则是1.7×10-6℃-1(rt～800℃)。xrd分析表明:片状高岭土可造成堇青石结晶晶粒的定向排列,而非片状高岭土则不能使堇青石晶粒定向排列。

用硝酸溶液对堇青石质蜂窝陶瓷样品进行处理。测定了酸处理时间不同的样品的热膨胀系数、气孔率和吸水率及抗压强度,研究了酸处理对堇青石质蜂窝陶瓷性能的影响规律,通过sem分析了酸处理前后样品的断面形貌,并用icp测定了酸处理液中的各种离子浓度,探讨了酸处理影响性能的机理。试验结果表明:酸处理能显著降低堇青石质蜂窝陶瓷的热膨胀系数,增加显气孔率和吸水率,但削弱了材料的机械强度。

采用堇青石为主要原料,探讨了球磨时间、烧成温度和保温时间等工艺条件对多孔堇青石材料的孔径及其分布、气孔率、抗压强度和热膨胀特性等性能的影响规律。结果表明,在合适的工艺条件下,可获得平均孔径小于5um、膨胀系数低于1.60×10-6/℃、孔隙率和抗压强度分别大于50%和15mpa的多孔堇青石基体材料。

分析了堇青石的特殊热膨胀性,详细叙述降低蜂窝陶瓷用堇青石热膨胀系数的各种途径,包括选择合理的化学组成,控制原料的种类,形貌,粒度,减少原料的杂质,选择合适的添加剂,以及烧成过程的控制等。

详细叙述了降低蜂窝状堇青石陶瓷载体热膨胀的各种途径。主要包括设计适宜的化学组成,控制各种原料的种类、杂质含量、形貌、粒度以及对其进行必要的预处理,选用合适的添加剂,选择最佳烧成工艺,调节气孔率、孔径分布和烧成后陶瓷体的酸处理。

蜂窝陶瓷用堇青石的研制

本文研究了堇青石蜂窝陶瓷的性能随烧成温度和保温时间变化的规律；通过对试样进行ｘ－射线衍射分析（ｘｒｄ）和扫描电镜观察（ｓｅｍ），探讨了烧成温度和保温时间对董青石蜂窝陶瓷性能的影响机理。

堇青石—钛酸铝蜂窝陶瓷的研制

以潞安煤矸石为主要原料,辅以少量工业菱镁矿、滑石和成型助剂,制备出堇青石蜂窝陶瓷。用x-射线衍射仪(xrd)和扫描电镜(sem)分别表征了蜂窝陶瓷的物相组成和显微结构。结果表明样品由片状晶相和大量微孔组成,晶相主要为堇青石。考察了各影响因素对蜂窝陶瓷性能的影响,实验表明当总含液量约为30%、陈腐时间24h,煅烧温度1200～1300℃下保温4～6h时,蜂窝陶瓷载体的成型效果及性能较优。