CN105016718B - 一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷。所述堇青石蜂窝陶瓷由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉37～42份，叶蜡石粉16～37份，高岭石粉0～24份，氢氧化铝粉16～32份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的4％～7％，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。本发明采用叶蜡石作为堇青石蜂窝陶瓷的主要原料之一，制备得到的堇青石蜂窝陶瓷热胀系数低，热胀系数≤1.0×10‑6/℃(25～800℃)，成本较低，能用作柴油车尾气催化净化装置中催化剂的载体，是生产堇青石蜂窝陶瓷载体的一种选择。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
背景技术
堇青石蜂窝陶瓷实际是一种由印度石构成的单相陶瓷。印度石与堇青石为同质二象关系，早期发明人误将蜂窝陶瓷中晶相鉴定为堇青石，并以此冠名之。待后来者发现其中晶相不是堇青石而是印度石时，“堇青石蜂窝陶瓷”(包括堇青石陶瓷)的名称已被广泛接受，后人故沿用之。
堇青石蜂窝陶瓷是以柴油、汽油和天然气等为燃料的机动车尾气催化净化装置中的核心部件，它既是催化剂的载体又是机动车尾气的排放通道。例如，汽车发动机出口的气体温度在800℃±，汽车发动机在使用中的频繁启动和熄火，使陶瓷载体长期反复承受从室温的热震冲击；如果抗热震性(△T)差，蜂窝陶瓷载体很快就会碎裂，以致催化净化器失效。陶瓷的△T越高，其热胀系数越低，故业内通常用热胀系数区别和表征蜂窝陶瓷的△T。热胀系数低的载体可紧靠汽车发动机出口，热胀系数高的载体只能远离汽车发动机出口。然而，荷载催化剂的载体距离发动机出口越近，尾气的净化效率越高。
当前，柴油车尾气催化净化装置中堇青石蜂窝陶瓷的技术特征是尺寸大(φ330-267mm)，其抗热震能力(ΔT＝500℃)要求比汽油车用蜂窝陶瓷(ΔT＝800℃)低。目前，国内、外制造堇青石蜂窝陶瓷所用的无机原料是滑石、高岭石、偏高岭石和氧化铝粉，或者滑石、高岭石、偏高岭石、氧化铝和石英粉等。叶蜡石(Al2[Si4O10](OH)2)是一种铝的层状硅酸盐矿物,我国的叶蜡石资源丰富，纯度高，价格便宜。采用叶蜡石作为堇青石蜂窝陶瓷的主要原料之一可以降低产品的生产成本，还充分发挥我国矿物资源的优势，使蜂窝陶瓷的生产具有可持续性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉38～42份，叶蜡石粉16～37份，高岭石粉0～24份，氢氧化铝粉16～32份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的4％～7％，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述方案中，所述滑石粉为：D50＝15-25μm，片状颗粒，形态指数(MI)≥0.90，滑石组分中CaO含量≤0.15wt％，Na2O+K2O≤0.10wt％。
上述方案中，所述叶蜡石粉为：D50＝15-25μm，片状颗粒，形态指数(MI)≥0.75，叶蜡石组分中K2O≤0.20wt％。
上述方案中，所述高岭石粉为：D50≤5μm，片状颗粒，高岭石组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.10wt％。
上述方案中，所述氢氧化铝粉为：D50≤2μm，氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt％。
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水并在真空条件下充分混炼成均匀的泥料；
(2)将混炼好的泥料投入到陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，并将湿胚烘干；
(3)烘干后的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
上述方案中，所述真空条件的真空度为4×10-2Pa～6×10-2Pa。
上述方案中，所述烧结的烧结制度为：温度1400～1430℃，保温8～12小时。
上述方案中所述陶瓷真空挤出机为立式陶瓷真空挤出机或卧式陶瓷真空挤出机。
本发明中，制备堇青石蜂窝陶瓷的配合料中MgO，Al2O3和SiO2的质量(wt％)范围分别为：12.5～15.5，34～38和48～53。
本发明的有益效果如下：本发明采用叶蜡石作为堇青石蜂窝陶瓷的主要原料之一，叶蜡石在我国资源丰富、纯度高、价格便宜，因此不仅可以有效降低堇青石蜂窝陶瓷的生产成本，还能充分发挥我国矿物资源的优势，使蜂窝陶瓷的生产具有可持续性；本发明对原料种类、原料特征、原料配比、泥料混炼条件和坯体烧结制度进行了特定地限定，制备得到的堇青石蜂窝陶瓷热胀系数低，热胀系数≤1.0×10-6/℃(25～800℃)，且成本较低，能用作柴油车尾气催化净化装置中催化剂的载体。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所述滑石粉为：D50＝15-25μm(激光粒度分析方法，后同)，滑石颗粒为片状，形态指数(MI)≥0.90(MI＝I(004)/(I(004)+2I(020))，I(004)和I(020)分别是面网(004)和(020)衍射峰的相对强度)，滑石组分中CaO含量≤0.15wt％，Na2O+K2O≤0.10wt％；所述叶石蜡粉：D50＝15-25μm，片状颗粒，形态指数(MI)≥0.75，叶石蜡组分中K2O≤0.20wt％；所述高岭石粉：D50≤5μm，片状颗粒，高岭石组分中Na2O含量≤0.10wt％，K2O≤0.10wt％；所述氢氧化铝粉：D50≤2μm，氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt％。
实施例1
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉37份，叶蜡石粉18份，高岭石粉23份，氢氧化铝粉24份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的4％，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的35％)并在真空条件下(真空度为6×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入立式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温8小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量95％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量3％±，玻璃相体积含量2％±。制备得到的堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数为(1.0±0.04)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例2
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉41.5份，叶蜡石粉37份，氢氧化铝粉32份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的7％，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的30％)并在真空条件下(真空度为4×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温10小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量96％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.85±0.04)×10-6/℃(25～800℃)。
实施例3
一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉40份，叶蜡石粉30份，高岭石粉12份，氢氧化铝粉16份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的5％和所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2％。
上述一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：(1)按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水(质量为无机原料质量的35％)并在真空条件下(真空度为5×10-2Pa)充分混炼成均匀的泥料；(2)将混炼好的泥料投入卧式陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，湿坯经微波烘干后，直接进入窑中烧结；烧结制度为：1400～1430℃下保温12小时，烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的堇青石蜂窝陶瓷中印度石相的体积含量95％±，杂晶相(尖晶石+假蓝宝石或莫来石)体积含量2.5％±，玻璃相体积含量1.5％±。烧成堇青石蜂窝陶瓷的热胀系数＝(0.75±0.04)××10-6/℃(25～800℃)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，由无机原料、羟丙基甲基纤维素和硬脂酸镁组成，所述无机原料的各组分配比按重量份数计为：滑石粉37~42份，叶蜡石粉16~37份，高岭石粉0~24份，氢氧化铝粉16~32份，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为所述无机原料质量的4%~7%，所述硬脂酸镁的添加量为所述无机原料质量的2%；所述滑石粉为：D50=15-25μm，片状颗粒，形态指数（MI）≥0.90，滑石组分中CaO含量≤0.15wt%，Na2O+K2O≤0.10wt%；所述叶蜡石粉为：D50=15-25μm，片状颗粒，形态指数（MI）≥0.75，叶蜡石组分中K2O≤0.20wt%；所述高岭石粉为：D50≤5μm，片状颗粒，高岭石组分中Na2O含量≤0.10wt%，K2O≤0.10wt%；所述氢氧化铝粉为：D50≤2μm，氢氧化铝组分中Na2O含量≤0.2wt%；
所述柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
（1）按各组分配比称取原料，充分混匀后形成配合料，加入去离子水并在真空条件下充分混炼成均匀的泥料；
（2）将混炼好的泥料投入到陶瓷真空挤出机成型为蜂窝陶瓷坯体，并将湿胚烘干；
（3）烘干后的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到堇青石蜂窝陶瓷。
2.根据权利要求1所述的柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述真空条件的真空度为4×10-2Pa~6×10-2Pa。
3.根据权利要求1所述的柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述烧结的烧结制度为：温度1400~1430℃，保温8~12小时。
4.根据权利要求1所述的柴油车尾气催化净化器用堇青石蜂窝陶瓷，其特征在于，所述陶瓷真空挤出机为立式陶瓷真空挤出机或卧式陶瓷真空挤出机。
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