CN104550968A - 一种汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，属于多孔材料制备领域；本发明所述方法采用粉末增塑挤压法制备蜂窝载体材料，主要以铁基合金粉、氧化铝粉为原料，均匀混合后加入粘结剂和水进行混炼，将混炼均匀的料放入多孔分流挤压模具中在一定的速度和压力下进行挤压，挤压成型的蜂窝结构体，经干燥后，在氩气或氢气保护气氛中烧结，即可制成Al2O3/Fe？金属陶瓷复合蜂窝材料；与现有技术相比，本发明具有工艺简单、成本低、安全性高、材料利用率高等特点，所制备的金属陶瓷复合载体材料兼具金属和陶瓷载体材料的性能优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，属于多孔材料制备领域。
背景技术
近年来，随着机动车保有量的快速增长，导致城市空气污染日趋严重，不断提高机动车排放标准成为必然趋势，目前使用的载体材料已难以满足排放标准日趋严格的要求，为了提高机动车催化净化器的净化效率和使用寿命，研究开发新一代催化载体材料成为当务之急。
目前汽车和摩托车尾气净化器中应用最广的两类载体材料是蜂窝陶瓷载体和金属载体。
蜂窝陶瓷载体的优点是涂覆性能好、制备工艺简单成本低。缺点是陶瓷热容量大、热导率低、起燃慢，当汽车处于启动等状态时，由于尾气的温度较低，使载体上催化剂难以达到催化起活温度，故采用陶瓷载体净化汽车发动机低温状态时排放污染物的作用并不十分明显。另外,陶瓷载体还存在强度低、抗振动性差，使用过程中易破碎和使用周期短等不足。正是由于陶瓷载体的上述缺点限制了催化净化器的净化效率和使用寿命。
金属蜂窝载体的优点：（1）热容量小、热导率高、预热性能好、易于在短时间升温达到催化起活温度，故金属载体的使用可有效提高机动车在冷启动、低速、怠速状态下尾气催化净化处理的效率。（2）具有更高抗热冲击和震动的机械强度，使用周期长和安装容易。目前使用的金属蜂窝是将合金铸锭轧制得到厚度为0.04-0.08mm的金属箔材，再将金属箔材压制成波纹状，将平板金属箔与波纹金属箔叠合焊结，卷成蜂窝状整体型结构。该方法工艺复杂、设备价格昂贵、成本高，另外还存在一个严重的问题是金属箔材蜂窝载体表面光滑，与催化涂层结合不牢，在使用过程中由于催化剂涂层脱落而丧失催化转化效果。
发明内容
本发明的目的是针对目前尾气净化器中陶瓷蜂窝和金属蜂窝载体所存在的性能和制备工艺等方面的问题，提供一种综合性能好的机动车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）混料：按铁基合金粉与氧化铝粉的质量比为90～97:10～3的比例将铁基合金粉与氧化铝粉混合均匀，按合金粉与氧化铝粉的质量总和与粘接剂和水的质量总和之比为75～85:25～15的比例，将混合均匀的合金粉和氧化铝粉与粘接剂和水混炼制成挤压坯料，其中粘接剂与水的质量比为1:2～1:4；
（2）挤压成型：将均匀混合的料放入挤压模具中挤压成蜂窝型结构；
（3）干燥：将挤压成型的蜂窝结构制品进行缓慢干燥处理；
（4）烧结：将干燥后的挤压蜂窝制品放入惰性气体中在1150℃～1250℃下，烧结时间为2～5h，获得催化剂蜂窝结构载体。
所述铁基合金粉成分为Fe-20Cr-9Ni、Fe-13Cr或者Fe-18Cr-12Ni-2Mo。
所述铁基合金粉粒度为200～400目，氧化铝粉800～1200目。
所述粘结剂为甲基纤维素。
步骤（2）中所述挤压的挤压速率为10～20cm/min、压力为5～10Mpa。
步骤（3）中所述干燥过程的处理温度为150℃，时间为2～3h。
本发明的原理：将合金粉与陶瓷粉混合，采用粉末增塑挤压技术，通过多孔分流模具挤压出蜂窝结构制品，再经过烧结获得具有所需力学性能和物理性能的金属陶瓷复合蜂窝载体材料。采用该技术制备的金属蜂窝载体，兼备金属蜂窝和陶瓷蜂窝载体的优点，即不仅可保持金属蜂窝导热性好、热容量低、抗冲击和振动性好的优点，又可以获得陶瓷蜂窝所具有的表面结构特性，即烧结表面微孔、高微凸凹度和高比表面积，基体中均匀分布的氧化铝有利于提高载体与催化剂活性涂层的结合强度。
本发明的优点和积极效果：
本发明制备的金属陶瓷复合蜂窝载体兼具现有陶瓷蜂窝和金属蜂窝载体的优点，即不仅具有金属载体低热容、高强度、导热性好的特性、又具有陶瓷载体与催化涂层结合好的优良性能。与现有制备金属蜂窝载体技术相比，本发明具有工艺简单、成本低、材料利用率高、易实现批量生产等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
将粒度为200目Fe-20Cr-9Ni 合金粉与粒度为1200目的氧化铝粉放入V型混料机中均匀混合得到混合粉末，合金粉与氧化铝粉的质量比为97:3，再将混合粉末与粘结剂+水放入混炼机中进行混炼，混合粉末与粘结剂+水的质量比为75:25，直至得到软硬适度的膏状挤压坯料；将混炼均匀的坯料放入挤压分流多孔模具中以10cm/min挤压速率进行挤压，再将经挤压成型的蜂窝结构制品进行干燥，干燥温度为150℃、干燥时间2h；在氩气保护气氛中烧结，其烧结温度1150℃、烧结时间为5h，即可制备Al2O3/Fe-20Cr-9Ni基金属陶瓷复合蜂窝载体材料。本实施例制备得到的Al2O3/Fe-20Cr-9Ni基金属陶瓷复合蜂窝载体材料性能见表１；其抗压强度和热导率远高于陶瓷载体，而与催化涂层的结合强度明显高于传统卷绕式金属蜂窝载体。
实施例2
将粒度为300目Fe-13Cr 合金粉与粒度为1000目的氧化铝粉放入V型混料机中均匀混合得到混合粉末，合金粉与氧化铝粉的质量比为95:5，再将混合粉末与粘结剂+水放入混炼机中进行混炼，混合粉末与粘结剂+水的质量比为80:20，直至得到软硬适度的膏状的压坯料；将混炼均匀的坯料放入挤压分流多孔模具中以15cm/min挤压速率进行挤压，再将经挤压成型的蜂窝结构制品进行干燥，干燥温度为150℃、干燥时间2.5h；在氢气保护气氛中烧结，其烧结温度1200℃、烧结时间为3h，即可制备Al2O3/Fe基金属陶瓷复合蜂窝载体材料。本实施例制备得到的Al2O3/ Fe-13Cr基金属陶瓷复合蜂窝载体材料性能见表１；其抗压强度和热导率远高于陶瓷载体，而与催化涂层的结合强度明显高于传统卷绕式金属蜂窝载体。
实施例3
将粒度为400目Fe-18Cr-12Ni-2Mo 合金粉与粒度为800目的氧化铝粉放入V型混料机中均匀混合得到混合粉末，合金粉与氧化铝粉的质量比为90:10，再将混合粉末与粘结剂+水放入混炼机中进行混炼，混合粉末与粘结剂+水的质量比为85:15，直至得到软硬适度的膏状挤压坯料；将混炼均匀的坯料放入挤压分流多孔模具中以20cm/min挤压速率进行挤压，再将经挤压成型的蜂窝结构制品进行干燥，干燥温度为150℃、干燥时间3h；在氩气保护气氛中烧结，其烧结温度1250℃、烧结时间为2h，即可制备Al2O3/Fe基金属陶瓷复合蜂窝载体材料。本实施例制备得到的Al2O3/ Fe-18Cr-12Ni-2Mo基金属陶瓷复合蜂窝载体材料性能见表１；其抗压强度和热导率远高于陶瓷载体，而与催化涂层的结合强度远远高于传统卷绕式金属蜂窝载体。
表1 Al2O3/Fe基金属陶瓷复合蜂窝载体材料性能
表1中：脱落率是指样品负载催化涂层后，经超声波振动，根据涂层负载量和振落损失质量计算所得值。
Claims (6)
1.一种汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）混料：按铁基合金粉与氧化铝粉的质量比为90～97:10～3的比例将铁基合金粉与氧化铝粉混合均匀，按合金粉与氧化铝粉的质量总和与粘接剂和水的质量总和之比为75～85:25～15的比例，将混合均匀的合金粉和氧化铝粉与粘接剂和水混炼制成挤压坯料，其中粘接剂与水的质量比为1:2～1:4；
（2）挤压成型：将均匀混合的料放入挤压模具中挤压成蜂窝型结构；
（3）干燥：将挤压成型的蜂窝结构制品进行缓慢干燥处理；
（4）烧结：将干燥后的挤压蜂窝制品放入惰性气体中在1150℃～1250℃下，烧结时间为2～5h，获得催化剂蜂窝结构载体。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于：所述铁基合金粉成分为Fe-20Cr-9Ni、Fe-13Cr或者Fe-18Cr-12Ni-2Mo。
3. 根据权利要求1所述的汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于：所述铁基合金粉粒度为200～400目，氧化铝粉800～1200目。
4.根据权利要求1所述的汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为甲基纤维素。
5.根据权利要求1所述的汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述挤压的挤压速率为10～20cm/min、压力为5～10Mpa。
6.根据权利要求1所述的汽车尾气催化剂蜂窝结构载体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述干燥过程的处理温度为150℃，时间为2～3h。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150429 |