CN104072179A - 用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法 - Google Patents
用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法，该方法将陶瓷浆料涂覆在金属丝网上，经烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体；所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。本发明以金属丝网为骨架，利用特定的陶瓷浆料，制成所述陶瓷载体。本发明能增加陶瓷载体的孔隙率，并且由于特定的结构，使尾气通过载体时会拥有与催化剂更高的接触率；同时能减少排气阻力，使尾气气流在进入载体时分流式流入，大大改善尾气净化效率等。另外，本发明所述陶瓷载体具有较高的机械强度，在汽车运行震动下，不会对载体有损伤，增加载体运行寿命，从而可以延长处理器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及汽车尾气处理技术领域，特别涉及用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法。
背景技术
汽车排放尾气含有一氧化碳(CO)和NOx等有害气体，已成为大气污染的主要来源之一。随着汽车工业的不断发展和环境受到污染的日趋严重，各式的尾气处理器也相应得到了发展。尾气处理器主要可以将有害气体转化成无害气体，目前，主流的尾气处理器的种类有4种，分别为选择性催化还原(SCR)处理器、颗粒氧化催化(POC)处理器、氧化型催化(DOC)处理器和柴油颗粒物过滤(DPF)处理器。
尾气处理器一般主要包括载体和复合在所述载体上的催化剂，当尾气通过尾气处理器时，在催化剂等作用下，CO和颗粒物等发生化学反应而转化为水和二氧化碳等无害物质。以上尾气处理器均采用陶瓷载体作为催化剂的载体，其中，所述陶瓷载体的典型材料有堇青石、尖晶石和高岭土等。
在膨胀系数等性能方面，上述传统尾气处理器中的陶瓷载体基本能满足使用需要，但是其存在易碎和孔隙率小等问题，不利于处理器长期、广泛应用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法，本发明提供的陶瓷载体具有较高的孔隙率，利于应用。
本发明提供一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体，包括：
金属丝网；
和复合在所述金属丝网上的陶瓷层；
所述陶瓷层由陶瓷浆料经涂覆、烧结形成，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
优选的，所述陶瓷浆料包含：
51wt％～60wt％的硅溶胶；
5wt％～10wt％的球粘土；
4wt％～10wt％的氧化铝；和
25wt％～30wt％的水。
优选的，所述陶瓷浆料还包含4wt％～10wt％的二氧化钛。
优选的，所述陶瓷浆料还包含1wt％～5wt％的石粉。
优选的，所述陶瓷浆料还包含0.1wt％～0.5wt％的氧化钙。
优选的，所述金属丝网的网孔直径为3.5mm～5mm。
本发明还提供一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
提供金属丝网；
将陶瓷浆料涂覆在所述金属丝网上，经烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体；
所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
优选的，所述陶瓷浆料包含：
51wt％～60wt％的硅溶胶；
5wt％～10wt％的球粘土；
4wt％～10wt％的氧化铝；和
25wt％～30wt％的水。
优选的，所述烧结的温度为750℃～850℃。
与现有技术相比，本发明在金属丝网上涂覆陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水，然后烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体。本发明以金属丝网为骨架，利用特定的陶瓷浆料，制成用于汽车尾气处理器的陶瓷载体。本发明能增加陶瓷载体的孔隙率，具有更高的比表面积，并且由于特定的结构，尾气通过载体时会拥有与催化剂更高的接触率；同时能减少排气阻力，使尾气气流在进入载体时分流式流入，从而大大改善尾气净化效率等方面。
另外，本发明所述陶瓷载体具有较高的机械强度，在汽车运行震动下，不会对载体有损伤，增加载体运行寿命，从而可以延长处理器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例提供的陶瓷载体的主视图；
图2为本发明实施例提供的陶瓷载体的侧视图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明公开了一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体，包括：
金属丝网；
和复合在所述金属丝网上的陶瓷层；
所述陶瓷层由陶瓷浆料经涂覆、烧结形成，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
本发明提供的陶瓷载体是一种以金属为骨架的陶瓷载体，其以氧化铝(Al2O3)和球粘土等为主要原料，并辅以硅溶胶等制成陶瓷浆料，具有较高的孔隙率和机械强度，可以延长汽车尾气处理器的使用寿命，利于应用。
本发明实施例提供的陶瓷载体参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的陶瓷载体的主视图，图2为本发明实施例提供的陶瓷载体的侧视图。
在本发明中，所述陶瓷载体包括金属丝网，其为陶瓷载体的骨架，即为陶瓷材料的载体，能赋予陶瓷载体很高的机械强度，在汽车运行震动下，不会对载体有损伤，增加载体运行寿命，从而可以延长处理器的使用寿命。所述金属丝网的网孔直径优选为3.5mm～5mm；所述金属丝网的丝径优选为0.35mm～0.4mm。本发明对所述金属丝网的制作材料没有特殊限制，优选为304不锈钢。
对于所述金属丝网的形状和尺寸等，本发明没有特殊限制，本领域技术人员可以根据相适应的尾气处理器进行调整。在本发明的一个实施例中，所述金属丝网带有波浪斜纹，并且，其被裁出要求的宽度，以中线为准，两边向中心对叠，然后利用卷制机进行卷制，制成具有规定直径的圆柱体金属丝网骨架。
在本发明中，所述陶瓷载体包括陶瓷层，其复合在所述金属丝网上。并且，所述陶瓷层由陶瓷浆料经涂覆、烧结形成，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。所述陶瓷层由特定的陶瓷原料，以涂覆的方式制成，其与金属丝网相复合，增加了孔隙率，具有更高的比表面积，并且由于特定的结构，尾气通过载体时会拥有与催化剂更高的接触率；同时能减少排气阻力，使尾气气流在进入载体时分流式流入，从而显著改善尾气净化效率等方面。
形成所述陶瓷层时，本发明以Al2O3和球粘土等为主要原料，并辅以硅溶胶等，制成陶瓷浆料。
在本发明中，所述陶瓷浆料包含氧化铝(Al2O3)，优选包含4wt％～10wt％的氧化铝，更优选包含4.2wt％～5wt％的氧化铝，最优选包含4.5wt％的氧化铝，其为形成陶瓷材料的基体材料。所述陶瓷浆料优选还包含二氧化钛，更优选还包含4wt％～10wt％的二氧化钛，最优选还包含5.5wt％～6wt％的二氧化钛，其与氧化铝配合，能提高陶瓷载体的性能如机械性能。
所述陶瓷浆料包含球粘土，优选包含5wt％～10wt％的球粘土，更优选包含5.5wt％～6wt％的球粘土，最优选包含5.6wt％的球粘土，其能起到粘结剂的作用。所述陶瓷浆料包含硅溶胶，优选包含51wt％～60wt％的硅溶胶，更优选包含54wt％～57wt％的硅溶胶，最优选包含55wt％的硅溶胶，其具有粘结力强和耐高温等特点。
所述陶瓷浆料优选还包含石粉，更优选还包含1wt％～5wt％的石粉，最优选还包含3wt％～4wt％的石粉。所述陶瓷浆料优选还包含氧化钙，更优选还包含0.1wt％～0.5wt％的氧化钙，最优选还包含0.2wt％～0.3wt％的氧化钙。在本发明中，所述石粉和氧化钙有助于形成陶瓷载体。
所述陶瓷浆料包含水，优选包含25wt％～30wt％的水，更优选包含25.17wt％的水，以便操作。
本发明对各原料的组合和来源等没有特殊限制，在本发明的一个实施例中，所述陶瓷浆料包含：51wt％～60wt％的硅溶胶；5wt％～10wt％的球粘土；4wt％～10wt％的二氧化钛；1wt％～5wt％的石粉；4wt％～10wt％的氧化铝；0.1wt％～0.5wt％的氧化钙；和25wt％～30wt％的水。
形成所述陶瓷载体时，本发明所述陶瓷浆料相对于金属丝网的用量优选为0.8kg～1.5kg/千克金属丝网。
相应的，本发明还提供一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
提供金属丝网；
将陶瓷浆料涂覆在所述金属丝网上，经烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体；
所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
本发明以金属丝网为骨架，利用特定的陶瓷浆料，以涂覆的方式制成一层陶瓷层，其复合在所述骨架上，得到陶瓷载体，用于汽车尾气处理器中，具有较高的孔隙率和机械强度，可以延长汽车尾气处理器的使用寿命，利于应用。
本发明实施例提供金属丝网，作为陶瓷载体的骨架，能赋予陶瓷载体很高的机械强度，在汽车运行震动下，不会对载体有损伤，增加载体运行寿命，从而可以延长处理器的使用寿命。
所述金属丝网的网孔直径优选为3.5mm～5mm；所述金属丝网的丝径优选为0.35mm～0.4mm。本发明对所述金属丝网的制作材料没有特殊限制，优选为304不锈钢。
对于所述金属丝网的形状和尺寸等，本发明没有特殊限制，本领域技术人员可以根据相适应的尾气处理器进行调整。在本发明的一个实施例中，所述金属丝网带有波浪斜纹，并且，其被裁出要求的宽度，以中线为准，两边向中心对叠，然后利用卷制机进行卷制，制成具有规定直径的圆柱体金属丝网骨架。
然后，本发明实施例将陶瓷浆料通过涂覆、烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体。
在本发明中，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
具体的，所述陶瓷浆料包含氧化铝(Al2O3)，优选包含4wt％～10wt％的氧化铝，更优选包含4.2wt％～5wt％的氧化铝，最优选包含4.5wt％的氧化铝，其为形成陶瓷材料的基体材料。所述陶瓷浆料优选还包含二氧化钛，更优选还包含4wt％～10wt％的二氧化钛，最优选还包含5.5wt％～6wt％的二氧化钛，其与氧化铝配合，能提高陶瓷载体的性能如机械性能。
所述陶瓷浆料包含球粘土，优选包含5wt％～10wt％的球粘土，更优选包含5.5wt％～6wt％的球粘土，最优选包含5.6wt％的球粘土，其能起到粘结剂的作用。所述陶瓷浆料包含硅溶胶，优选包含51wt％～60wt％的硅溶胶，更优选包含54wt％～57wt％的硅溶胶，最优选包含55wt％的硅溶胶，其具有粘结力强和耐高温等特点。
所述陶瓷浆料优选还包含石粉，更优选还包含1wt％～5wt％的石粉，最优选还包含3wt％～4wt％的石粉。所述陶瓷浆料优选还包含氧化钙，更优选还包含0.1wt％～0.5wt％的氧化钙，最优选还包含0.2wt％～0.3wt％的氧化钙。在本发明中，所述石粉和氧化钙有助于形成陶瓷载体。
所述陶瓷浆料包含水，优选包含25wt％～30wt％的水，更优选包含25.17wt％的水，以便操作。
本发明对各原料的组合和来源等没有特殊限制，在本发明的一个实施例中，所述陶瓷浆料包含：51wt％～60wt％的硅溶胶；5wt％～10wt％的球粘土；4wt％～10wt％的二氧化钛；1wt％～5wt％的石粉；4wt％～10wt％的氧化铝；0.1wt％～0.5wt％的氧化钙；和25wt％～30wt％的水。
需要说明的是，上述质量百分比是以总质量为准，各原料的质量所占的百分比。
在本发明的一个实施例中，利用搅拌容器，将上述原料放入所述容器内混合，优选经搅拌2小时～3小时，混合均匀，制成浆状溶液，即陶瓷浆料，或陶瓷原浆。其中，搅拌的速度优选为80r/min～100r/min，更优选为85r/min～90r/min。
在所述金属丝网上涂覆陶瓷浆料形成陶瓷载体时，本发明所述陶瓷浆料相对于金属丝网的用量优选为0.8kg～1.5kg/千克金属丝网。
本发明采用特定的陶瓷原料，以涂覆的方式，制成一层陶瓷层。所述涂覆即将陶瓷浆料均匀洒至上述的金属丝网骨架；然后本发明再进行烧结，烧至一定高温而定型。
在本发明中，涂覆均匀后，放入烧结炉，升温至一定温度，恒温一定时间烧结，冷却取出，即得以金属为骨架的陶瓷载体。其中，所述烧结的温度优选为750℃～850℃。所述烧结的时间优选为3小时～4小时，更优选为3.5小时。
得到所述陶瓷载体后，本发明利用孔隙率检测仪对其孔隙率进行检测。结果显示，所述陶瓷载体的孔隙率固定在86％以上。
本发明在所述陶瓷载体上涂覆催化剂，制作完成后，称重所述催化剂涂覆净含量。本发明对所述催化剂没有特殊限制，采用本领域常用的即可，如SCR系列催化剂或POC系列催化剂等。结果显示，催化剂涂覆净含量可为陶瓷载体总质量的8％。
综上所述，本发明提供的用于汽车尾气处理器的陶瓷载体具有较高的孔隙率和机械强度，使用寿命可以达到7年之久，或者可以用于行驶30万公里行程。
另外，本发明的陶瓷载体的制备方法简便易行，可适用性强。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于汽车尾气处理器的陶瓷载体及其制备方法进行具体描述。
以下实施例中使用的硅溶胶和球粘土均购自吉林市乾丰陶瓷材料有限公司，硅溶胶的主要成分为二氧化硅、含量为36％，球粘土的型号为微粉，其主要含有SiO2和Al2O3，还含有少量Fe2O3和TiO2；使用的石粉购自河北宏利海泡石绒有限公司，型号为微粒，主要成分为含水硅酸镁；使用的SCR系列催化剂购自昆明贵研催化剂有限责任公司。
实施例1
提供带有波浪斜纹的金属丝网，丝径为0.35mm，网孔直径为3.5mm，材质为304不锈钢，然后将其裁出要求宽度，以中线为准，两边向中心对叠，再利用卷制机，卷制成规定直径的圆柱体金属丝网骨架。
将30kg硅溶胶、3kg球粘土、3kg二氧化钛、2.1kg石粉、2.4kg氧化铝、0.12kg氧化钙和14kg水放入容器内，以87r/min的高速搅拌2小时，混合均匀，得到陶瓷浆料。
将所述陶瓷浆料浇至所述金属丝网骨架，涂覆均匀后，放入烧结炉，升温至750℃进行烧结，恒温3.5小时后，冷却取出，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体。
按照上文所述的测定方法，所述陶瓷载体的孔隙率固定为86％以上。
在所述陶瓷载体上涂覆SCR系列催化剂，制作完成后，称重所述催化剂涂覆净含量。结果显示，催化剂涂覆净含量为陶瓷载体总质量的8％。
实施例2
提供带有波浪斜纹的金属丝网，丝径为0.4mm，网孔直径为5mm，材质为304不锈钢，然后将其裁出要求宽度，以中线为准，两边向中心对叠，再利用卷制机，卷制成规定直径的圆柱体金属丝网骨架。
将55kg硅溶胶、5.6kg球粘土、5.6kg二氧化钛、3.9kg石粉、4.5kg氧化铝、0.23kg氧化钙和25.17kg水放入容器内，以88r/min的高速搅拌3小时，混合均匀，得到陶瓷浆料。
将所述陶瓷浆料浇至所述金属丝网骨架，涂覆均匀后，放入烧结炉，升温至850℃进行烧结，恒温3.5小时后，冷却取出，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体。
按照上文所述的测定方法，所述陶瓷载体的孔隙率固定为86％以上。
在所述陶瓷载体上涂覆SCR系列催化剂，制作完成后，称重所述催化剂涂覆净含量。结果显示，催化剂涂覆净含量为陶瓷载体总质量的11.5％。
由以上实施例可知，本发明提供的陶瓷载体具有较高的孔隙率，利于应用。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体，包括：
金属丝网；
和复合在所述金属丝网上的陶瓷层；
所述陶瓷层由陶瓷浆料经涂覆、烧结形成，所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
2.根据权利要求1所述的陶瓷载体，其特征在于，所述陶瓷浆料包含：
51wt％～60wt％的硅溶胶；
5wt％～10wt％的球粘土；
4wt％～10wt％的氧化铝；和
25wt％～30wt％的水。
3.根据权利要求2所述的陶瓷载体，其特征在于，所述陶瓷浆料还包含4wt％～10wt％的二氧化钛。
4.根据权利要求3所述的陶瓷载体，其特征在于，所述陶瓷浆料还包含1wt％～5wt％的石粉。
5.根据权利要求4所述的陶瓷载体，其特征在于，所述陶瓷浆料还包含0.1wt％～0.5wt％的氧化钙。
6.根据权利要求1至5任一项所述的陶瓷载体，其特征在于，所述金属丝网的网孔直径为3.5mm～5mm。
7.一种用于汽车尾气处理器的陶瓷载体的制备方法，包括以下步骤：
提供金属丝网；
将陶瓷浆料涂覆在所述金属丝网上，经烧结，在所述金属丝网上复合陶瓷层，得到用于汽车尾气处理器的陶瓷载体；
所述陶瓷浆料包含硅溶胶、球粘土、氧化铝和水。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料包含：
51wt％～60wt％的硅溶胶；
5wt％～10wt％的球粘土；
4wt％～10wt％的氧化铝；和
25wt％～30wt％的水。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为750℃～850℃。
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