一种蜂窝陶瓷载体材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于柴油车发动机排气尾气净化系统，具体涉及一种蜂窝陶瓷载体材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前大气污染主要来源于机动车尤其是柴油车尾气，柴油车氮氧化合物(nox)和颗粒物(pm)排放量分别占汽车排放量的68.3％和99％，而重型柴油货车氮氧化合物(nox)和颗粒物(pm)排放量占柴油车排放量比重高达67.22％和59.84％。柴油车尤其是重型柴油货车，成为机动车大气污染治理的重中之重。

2、治理汽车污染排放的方法，除了提高油品质量和发动机燃烧效率外，主要是加装尾气处理系统，在尾气排出发动机后、排入大气之前进行净化处理。尾气处理系统主要由壳体、载体和催化剂三部分组成，载体是汽车尾气处理系统的核心部件。载体包括球状氧化铝、金属合金和蜂窝陶瓷载体，目前球状氧化铝已淘汰，而蜂窝陶瓷性能和成本优势均相对明显，是目前应用最为广泛的车用尾气处理系统载体。

3、制备蜂窝陶瓷的材质有堇青石、钛酸铝、锂辉石、锆英石、碳化硅、氮化硅、莫来石等。其中堇青石(2mgo·2al2o3·5sio2)质蜂窝陶瓷具备与各种催化剂活性组分匹配性较好、孔壁薄、比表面积大、热膨胀系数小等特点，所以应用最为广泛，但是堇青石蜂窝陶瓷载体的软化温度偏低，这不仅限制了dpf用蜂窝陶瓷载体的最大碳载量，同时在怠速等特殊情况下可能产生载体破裂等问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种蜂窝陶瓷载体材料及其制备方法和应用，用以解决现有的蜂窝陶瓷载体材料存在软化温度低等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种蜂窝陶瓷载体材料，以质量百分数计，包括以下成分：

4、57.01％-57.89％的骨料、22.96％-23.67％的造孔剂、1.98％-2.23％的粘结剂、12.10％-12.56％的增塑剂和4.36％-4.98％的润滑剂；

5、其中，所述骨料为熔融石英粉末。

6、进一步地，所述熔融石英粉末的粒径为2-10μm，纯度大于99.9％。

7、进一步地，所述造孔剂为有机或无机造孔剂；所述粘结剂为有机粘结剂；所述增塑剂为水；所述润滑剂为脂肪酸酯类润滑剂。

8、进一步地，所述造孔剂为木屑、果壳粉、碳粉、淀粉或pmma微球；所述粘结剂为纤维素或羧甲基纤维素钠。

9、本发明还公开了上述蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：将骨料、造孔剂及粘结剂按照质量百分数的比例混合后，得到混合粉料；随后在混合粉料放入捏合机内，按照质量百分数的比例添加保湿剂、润滑剂和增塑剂，搅拌捏合后，得到泥料；

11、s2：将泥料进行练泥，得到质地均匀的泥段；将泥段进行陈腐、挤出，得到蜂窝陶瓷素坯；

12、s3：将蜂窝陶瓷素坯依次进行微波定型、烘干和烧结处理，得到蜂窝陶瓷载体材料。

13、进一步地，s1中，所述搅拌捏合的时间为10min～15min。

14、进一步地，s2中，所述练泥是在真空炼泥机反复进行3～5遍；所述陈腐的时间为18～24h。

15、进一步地，s3中，所述微波定型是在60～100℃的微波干燥箱中放置15～45min；所述烘干的温度为80～120℃，时间为36～48h。

16、进一步地，s3中，所述烧结处理的工艺参数为：以2℃/min的升温速率升温至450～800℃，保温2～6h，随后以2℃/min的升温速率升温至1100～1250℃，保温2～6h。

17、本发明还公开了上述蜂窝陶瓷载体材料的应用，所述蜂窝陶瓷载体材料作为汽车尾气处理系统的载体。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明公开了一种蜂窝陶瓷载体材料，由于其主要成分为非晶态的熔融石英，其与传统的晶态堇青石材质相比，具有各项同性的超低热膨胀系数及较高的抗热震性能。能够使其具有良好的热力学性能，最高耐受温度高，具有较高的最大碳载量。其次，本发明的熔融石英质蜂窝陶瓷，根据相关实验结果证明，孔隙率可达到40％-60％，具有较低的排气背压，各项指标满足国vi的排放要求，具有良好的应用前景。

20、本发明还公开了上述蜂窝陶瓷载体材料在汽车尾气处理系统中的应用，由于该材料具有优良的热力学性能，在应用在汽车尾气处理系统中时，具有较高的最大碳载量。

技术特征：

1.一种蜂窝陶瓷载体材料，其特征在于，以质量百分数计，包括以下成分：

2.根据权利要求1所述的一种蜂窝陶瓷载体材料，其特征在于，所述熔融石英粉末的粒径为2-10μm，纯度大于99.9％。

3.根据权利要求1所述的一种蜂窝陶瓷载体材料，其特征在于，所述造孔剂为有机或无机造孔剂；所述粘结剂为有机粘结剂；所述增塑剂为水；所述润滑剂为脂肪酸酯类润滑剂。

4.根据权利要求3所述的一种蜂窝陶瓷载体材料，其特征在于，所述造孔剂为木屑、果壳粉、碳粉、淀粉或pmma微球；所述粘结剂为纤维素或羧甲基纤维素钠。

5.权利要求1～4中任意一项所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，其特征在于，s1中，所述搅拌捏合的时间为10min～15min。

7.根据权利要求5所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述练泥是在真空炼泥机反复进行3～5遍；所述陈腐的时间为18～24h。

8.根据权利要求5所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述微波定型是在60～100℃的微波干燥箱中放置15～45min；所述烘干的温度为80～120℃，时间为36～48h。

9.根据权利要求5所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述烧结处理的工艺参数为：以2℃/min的升温速率升温至450～800℃，保温2～6h，随后以2℃/min的升温速率升温至1100～1250℃，保温2～6h。

10.权利要求1～4中任意一项所述的一种蜂窝陶瓷载体材料的应用，其特征在于，所述蜂窝陶瓷载体材料作为汽车尾气处理系统的载体。

技术总结
本发明公开了一种蜂窝陶瓷载体材料及其制备方法和应用，属于柴油车发动机排气尾气净化系统技术领域。本发明制备的熔融石英质蜂窝陶瓷是由非晶态的熔融石英粉末烧结而成的。具有各项同性的超低热膨胀系数及较高的抗热震性能。能够使其具有良好的热力学性能，最高耐受温度高，具有较高的最大碳载量。其次，本发明的熔融石英质蜂窝陶瓷，孔隙率可达到40％‑60％，具有较低的排气背压，各项指标满足国VI的排放要求，具有良好的应用前景。在应用在汽车尾气处理系统中时，具有较高的最大碳载量。

技术研发人员：王征,温伯霖,张沛喆,吴二龙,董思远
受保护的技术使用者：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5