CN105399433A - 一种净化器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种净化器及其制备方法，该净化器包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，所述蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6-10％，稀土氧化物：2-5％，粘结剂：2-4％，碳纤维：1-2％，余量为氧化铝粉体。本发明通过细化氧化铝粒径，添加稀土氧化物及碳纤维，使载体具有高抗压强度、低热膨胀系数及较低的烧结温度，其制备方法简单高效，适用于净化器的规模化生产。

Description

一种净化器及其制备方法

技术领域

本发明涉及机动车排气净化领域，尤其是一种净化器及其制备方法。

背景技术

随着空气污染问题的日益突出和汽车数量的迅速增加，汽车排放的废气已成为城市大气环境污染的主要污染源之一。汽车尾气中的有害物质主要有CO、NOx和HC，多环芳烃(PAH)以及悬浮物(SPM)等。NOx和HC在大气中经过一系列的光化学反应，易生成臭氧等多种氧化性很强的物质，形成光化学烟雾。光化学烟雾不仅严重危害人的健康，而且会对动植物和各种材料造成严重破坏。

净化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，净化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H₂0)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

汽车尾气净化器包括壳体、载体和覆盖于载体表面的催化剂。早期的载体多采用颗粒载体，但由于颗粒载体的催化剂具有堆集密度大、床层阻力大、易粉碎等缺点，不适于汽车尾气净化。而蜂窝状整装催化剂载体由于具有纵向、连续、不受阻挡的通道，排气阻力小等优点，在后来的研究中被广泛应用于汽车尾气的净化，目前汽车尾气催化剂多采用这类载体。20世纪70年代初，3M公司和福特公司用烧结法生产出一种蜂窝陶瓷载体，1972年康宁公司也开发出一种蜂窝陶瓷载体，1986年康宁公司在西德设备厂生产蜂窝陶瓷载体，以满足欧洲汽车工业的需要，为车用催化剂的大规模推广奠定了坚实的物质基础。我国大约在20世纪80年代中期开始生产蜂窝陶瓷载体，虽然经过了十几年的发展，但由于技术、设备等原因，与国外的产品相比，还有一定的差距。

陶瓷载体是目前广泛使用的汽车尾气净化催化剂载体，其中比较常见的是堇青石质蜂窝陶瓷载体。工业化的堇青石陶瓷制备方法，多以高岭土、滑石或纯组分氧化物为原料，采用高温固相反应合成。该方法具有生产工艺简单，生产效率高等优点；但其存在的最大问题就是合成温度高，能源消耗大，烧结温度达1390～1400℃，且其烧结温区很窄。如引入玻璃相，可以适当降低堇青石陶瓷的烧结温度，拓宽其烧结温区，但却提高了其热膨胀系数，降低了抗热震和侵蚀的能力。沉淀包裹法和溶胶-凝胶法工艺要求比较严格，合成过程复杂，原料多为有机化合物，价格昂贵，有些还对人体有害，很难满足工业应用要求。在利用添加助剂改善堇青石陶瓷性能方面，助剂多为单一组元，往往平均热膨胀系数很小，但其a轴和c轴的热膨胀系数却存在较大差异，很难使“零膨胀”与各向异性热效应相协调，从而降低了堇青石陶瓷的热性能。

氧化铝也是一种常见的陶瓷材料，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等许多优良的性能，但是由于氧化铝自身阳离子电荷多，半径小，离子键强等特点，导致其晶格能较大，扩散系数较低，烧结温度高，另外也由于其脆性大、热膨胀系数高的缺陷使其应用受到了一定的限制，故亟需寻找一种可以解决上述问题的有效方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种净化器及其制备方法，该尾气净化剂的载体是以氧化铝为基质，加入烧结助剂、稀土氧化物和碳纤维使制得的载体具有高抗压强度、较低的热膨胀系数和较低的烧结温度。

本发明的技术方案是：一种净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体固定在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，所述蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6-10％，稀土氧化物：2-5％，粘结剂：2-4％，碳纤维：1-2％，余量为氧化铝粉体。在陶瓷载体内部设置部分弯曲的蛇形通道，并与直道连通，使得尾气气流在经过连通处时形成涡流或者湍流而发生不规则混合，起到搅拌的作用，同时蛇形通道也增加了尾气与通道表面催化剂的接触面积以及接触压力，有效提高催化效率。(其中直道连通到载体表面，蛇形通道设置在载体内部，如此设置可以降低载体表面的进气阻力，从而提高高速高温尾气进入载体进行净化的效率)

作为一种优选，直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)。当直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)时，可明显提高催化效率，如果蛇形通道长度比例过高，超出这个范围，会因短时间大流量的尾气通入蛇形通道而导致进气压力过高使陶瓷坯体产生裂纹。

作为一种优选，蜂窝陶瓷载体的平均壁厚为1-3mm。平均壁厚小于1mm时，陶瓷载体部分区域会由于孔壁过薄而承受不住尾气的冲击而出现裂纹，但若平均壁厚超过3mm，会因为厚度太大导致传热效果不佳，也会减小气孔的表面积，直接导致催化面积变小，无法达到最佳的催化效果，故陶瓷载体的平均厚度为1-3mm。

作为一种优选，氧化铝粉体粒径为150-200nm。普通氧化铝质陶瓷材料往往需要较高的烧结温度而增加了其在尾气净化器中的应用成本。由于烧结是通过表面张力来实现物质的迁移，故需要较高的活化能，而细化的氧化铝陶瓷颗粒粒径小、比表面积大、表面活性高，颗粒间扩散的距离短，只需要较低的烧结活化能和烧结温度，能够明显改善陶瓷体的物理性能，显示出优良的力学性能。

作为一种优选，烧结助剂为MgO、CaO、SiO₂、V₂O₅、Fe₂O₃、TiO₂中的至少两种。多种烧结助剂的加入能有效降低氧化铝陶瓷材料的热膨胀系数和烧结温度，提高烧结性能，由于氧化铝纳米粉体颗粒的表面能较大，高温烧结致密化的过程中晶粒容易迅速生长影响材料力学性能，而在氧化铝陶瓷涂料中加入烧结助剂，一方面可抑制其晶粒在高温时长大，另一方面，还可降低其烧结温度。

添加2-5％的稀土氧化物，例如氧化镧、氧化铈、氧化镨，均可明显改善氧化铝陶瓷材料的显微结构和性能，其中镧、铈、镨元素是表面活性元素，当其氧化物颗粒与基体颗粒相遇时，倾向于分布在基体颗粒表面，吸附晶界处的杂质，净化晶界。另外稀土氧化物颗粒与氧化铝颗粒接触反应形成低熔点液相，可明显降低陶瓷的烧结温度。当稀土氧化物含量低于2％时，烧结温度降低不明显，影响净化器的表面活性，而含量高于5％时，会导致孔隙率大大降低，并不利于增加陶瓷材料的比表面积，故其含量没有必要大于5％。

作为一种优选，粘结剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟丙基纤维素中的一种。甲基纤维素、羧甲基纤维素与羟丙基纤维素的分子间距比较大，其分子链互相交联，形成网络结构，陶瓷颗粒进入网状结构而被粘结在一起，故而能起到非常好的粘结作用。另外由于碳纤维有一定的疏水性，所以甲基纤维素、羧甲基纤维素与羟丙基纤维素还可作为分散剂来加强对碳纤维的分散效果，使分散更加均匀。

作为一种优选，碳纤维的长度为4-10mm。短切碳纤维具有强度高、模量高、密度低、化学性能稳定、热膨胀系数小等优点，在陶瓷材料受到外力冲击过程中，短切碳纤维可以改变裂纹扩散路径，吸收断裂能量，还能实现对不同晶界、结晶区以及杂质缺陷区域的跨界连接，在增强陶瓷抗压强度方面起到了重要的作用，而且短切的碳纤维在陶瓷浆料中能够实现更均匀的分散。

作为一种优选，碳纤维为经过等离子体表面预处理的。碳纤维表面惰性比较大，与陶瓷基体的相容性比较差，易在界面上形成孔隙和缺陷，致使与界面的结合强度较低。使用等离子体处理碳纤维主要是通过等离子体撞击碳纤维表面，从而刻蚀碳纤维表层，使其表面的粗糙度增加，表面积也相应增加，故而碳纤维在陶瓷基体中的浸润性有大幅度的增加；同时等离子体处理碳纤维能使碳纤维的石墨化程度和规整性降低，与陶瓷基体的机械铰合点增加，故而粘结性也增加；等离子体处理可在碳纤维表面形成游离基，改善界面结合力，提高力学性能。

一种净化器的制备方法，包括如下步骤：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、粘结剂混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以(80-85):100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

2)成型制坯，得到素坯；本步骤的具体实施为将步骤1)所得浆料通过挤出成型设备进行；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1100-1200℃烧结60-90min，b.调节压力至20MPa，调节温度至800-1000℃继续烧结30-60min，c.在500-700℃下保温90-120min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥及焙烧处理(放入焙烧炉内按如下温度曲线进行加热焙烧，时间控制在5-8h：一区：170-190℃，二区：200-240℃，三区：280-320℃，四区：370-500℃，五区：500-520℃)后与壳体进行组装，制成完整的净化器。

作为一种优选，步骤4)涂覆分为两次完成，其中第二次涂覆湿增重比第一次重45-55％(这里的涂覆湿增重是指载体经涂覆后质量的增加量)。

作为一种优选，步骤4)涂覆后的载体堵孔率小于1％。若有堵孔现象，则用气枪吹扫至堵孔率小于1％(这里的堵孔率是指载体涂覆后堵住的孔的数目与总孔数的比值)。

本发明的有益效果：采用上述技术方案制得的净化器，其蜂窝陶瓷载体抗压强度高、热膨胀系数小、烧结温度低，是一种优化改性的氧化铝陶瓷载体，其制备方法简单高效，适用于规模化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明公开的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，所述蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6-10％，稀土氧化物：2-5％，粘结剂：2-4％，碳纤维：1-2％，余量为氧化铝粉体。

作为一种优选，直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)。

作为一种优选，蜂窝陶瓷载体的平均壁厚为1-3mm。

作为一种优选，所述氧化铝粉体粒径为150-200nm。

作为一种优选，所述烧结助剂为MgO、CaO、SiO₂、V₂O₅、Fe₂O₃、TiO₂中的至少两种。

作为一种优选，所述粘结剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟丙基纤维素中的一种。

作为一种优选，所述碳纤维的长度为4-10mm。

作为一种优选，所述碳纤维为经过等离子体表面预处理的。

本发明净化器的制备方法，包括如下步骤：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、粘结剂混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以(80-85):100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

2)成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1100-1200℃烧结60-90min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至800-1000℃继续烧结30-60min，c.再在500-700℃下保温90-120min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥及焙烧处理后与壳体进行组装，制成净化器。

所述步骤4)涂覆分为两次完成，其中第二次涂覆湿增重比第一次重45-55％。

实施例1

本实施例的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6％，稀土氧化物：5％，甲基纤维素：4％，碳纤维：2％，其余83％为氧化铝粉体。其中烧结助剂为质量比为1:1的MgO和CaO，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物。其中直道与蛇形通道的长度比为5:3，蜂窝陶瓷的平均壁厚为1mm。

实施例2

本实施例的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：7％，稀土氧化物：4％，甲基纤维素：2％，碳纤维：2％，其余85％为氧化铝粉体。其中烧结助剂为质量比为2:1:1的MgO、SiO₂和Fe₂O₃，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物。其中直道与蛇形通道的长度比为5:2，蜂窝陶瓷的平均壁厚为1.5mm。

实施例3

本实施例的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：9％，稀土氧化物：2％，羧甲基纤维素：4％，碳纤维：1.5％，其余83.5％为氧化铝粉体。其中烧结助剂为质量比为2:2:1:1的CaO、V₂O₅、Fe₂O₃和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物。其中直道与蛇形通道的长度比为3:1，蜂窝陶瓷的平均壁厚为2.5mm。

实施例4

本实施例的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：8％，稀土氧化物：3％，羟丙基纤维素：3％，碳纤维：1％，其余85％为氧化铝粉体。其中烧结助剂为质量比为3:1:1:1的MgO、CaO、V₂O₅和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物。其中直道与蛇形通道的长度比为5:4，蜂窝陶瓷的平均壁厚为3mm。

实施例5

本实施例的净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：10％，稀土氧化物：5％，羧甲基纤维素：3％，碳纤维：1.5％，其余80.5％为氧化铝粉体。其中烧结助剂为质量比为1:1:1:1:1:1的MgO、CaO、SiO₂、V₂O₅、Fe₂O₃和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物。其中直道与蛇形通道的长度比为3:2，蜂窝陶瓷的平均壁厚为2mm。

实施例6-10与实施例1-5的区别仅在于所述氧化铝粉体的粒径分别为200、160、175、180、150nm。

实施例11-15与实施例6-10的区别仅在于所述碳纤维的长度分别为10、8、6、5、4mm。

实施例16-20与实施例11-15的区别仅在于所述碳纤维为经过氩等离子体预处理的。

实施例21

本实施例净化器的制备方法，步骤如下：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、甲基纤维素混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以80:100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

其中氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、甲基纤维素、碳纤维的质量比为85:7:3:4:1，其中烧结助剂为质量比为1:1的MgO和CaO，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物；

2)将浆料通过挤出成型机成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1100℃烧结60min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至800℃继续烧结30min，c.再在700℃下保温90min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；其中涂覆分为两次完成，第二次涂覆湿增重比第一次重55％，涂覆后的载体堵孔率小于1％。

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥处理后与壳体进行组装，制成净化器。

实施例22

本实施例净化器的制备方法，步骤如下：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、甲基纤维素混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以81:100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

其中氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、甲基纤维素、碳纤维的质量比为82:9:4:4:1，其中烧结助剂为质量比为2:1的MgO和SiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物；

2)将浆料通过挤出成型机成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1100℃烧结65min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至1000℃继续烧结40min，c.再在650℃下保温100min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；其中涂覆分为两次完成，第二次涂覆湿增重比第一次重52％，涂覆后的载体堵孔率小于1％。

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥处理后与壳体进行组装，制成净化器。

实施例23

本实施例净化器的制备方法，步骤如下：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羟丙基纤维素混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以83:100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

其中氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羟丙基纤维素、碳纤维的质量比为84:7:4:3:2，其中烧结助剂为质量比为1:2:1:1的CaO、V₂O₅、Fe₂O₃和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物；

2)将浆料通过挤出成型机成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1200℃烧结75min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至900℃继续烧结45min，c.再在600℃下保温110min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；其中涂覆分为两次完成，第二次涂覆湿增重比第一次重49％，涂覆后的载体堵孔率小于1％。

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥处理后与壳体进行组装，制成净化器。

实施例24

本实施例净化器的制备方法，步骤如下：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羧甲基纤维素混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以84:100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

其中氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羧甲基纤维素、碳纤维的质量比为85:6:5:2:2，其中烧结助剂为质量比为1:1:1的CaO、V₂O₅和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物；

2)将浆料通过挤出成型机成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1150℃烧结80min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至900℃继续烧结55min，c.再在550℃下保温110min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；其中涂覆分为两次完成，第二次涂覆湿增重比第一次重46％，涂覆后的载体堵孔率小于1％。

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥处理后与壳体进行组装，制成净化器。

实施例25

本实施例净化器的制备方法，步骤如下：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羧甲基纤维素混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以85:100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

其中氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、羧甲基纤维素、碳纤维的质量比为81:9:5:4:1，其中烧结助剂为质量比为1:1:1的V₂O₅、Fe₂O₃和TiO₂，稀土氧化物可以为氧化镧、氧化铈、氧化铷、氧化镨、氧化镝、氧化钷等稀土氧化物中的一种或两种及两种以上的混合物；

2)将浆料通过挤出成型机成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1150℃烧结90min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至950℃继续烧结60min，c.再在500℃下保温120min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；其中涂覆分为两次完成，第二次涂覆湿增重比第一次重45％，涂覆后的载体堵孔率小于1％。

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥处理后与壳体进行组装，制成净化器(焙烧处理工艺为将干燥后的载体放入焙烧炉内按如下温度曲线进行加热焙烧，时间控制在5h：一区：170-190℃，二区：200-240℃，三区：280-320℃，四区：370-500℃，五区：500-520℃。焙烧时间还可以为5.1、5.1、5.3、5.5、5.7、5.9、6、7、8h以及5-8h之间其他任意时间。本处预处理方案还可以适用于包括而不限于本发明列举其它实施例在内的所有技术方案)。

取各实施例的蜂窝陶瓷载体按照GB/T25994-2010测定其热膨胀系数和抗压强度，其中实施例5、10、15、20、25的测试数据列于表1。

对比例

以质量比为49:33:13的氧化铝粉体、SiO₂和MgO为原料按照普通制法制成蜂窝陶瓷载体，然后按照GB/T25994-2010测定其热膨胀系数和抗压强度，所得数据列于表1。

表1

以上各实施例所得蜂窝陶瓷载体经测定，热膨胀系数均不大于1.20×10^-6℃^-1，抗压强度A轴方向均不小于15.0MPa，B轴方向均不小于4.5MPa，C轴方向均不小于0.6MPa。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种净化器，包括壳体和蜂窝陶瓷载体，蜂窝陶瓷载体设置在壳体内，其特征在于：所述蜂窝陶瓷载体的多孔结构包括弯曲的蛇形通道和直道，直道连通到蛇形通道上，所述蜂窝陶瓷载体的组分及其质量分数包括：烧结助剂：6-10％，稀土氧化物：2-5％，粘结剂：2-4％，碳纤维：1-2％，余量为氧化铝粉体。

2.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述直道与蛇形通道的长度比为(5-6):(2-4)。

3.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述蜂窝陶瓷载体的平均壁厚为1-3mm。

4.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述氧化铝粉体粒径为150-200nm。

5.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述烧结助剂为MgO、CaO、SiO₂、V₂O₅、Fe₂O₃、TiO₂中的至少两种。

6.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述粘结剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟丙基纤维素中的一种。

7.根据权利要求1所述的净化器，其特征在于：所述碳纤维的长度为4-10mm。

8.根据权利要求1或7所述的净化器，其特征在于：所述碳纤维为经过等离子体表面预处理的。

9.一种净化器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)陶瓷浆料制备：将氧化铝粉体、烧结助剂、稀土氧化物、粘结剂混合均匀得到混合粉料，将混合粉料与水以(80-85):100的质量比进行充分混合，再加入碳纤维，分散均匀得到陶瓷浆料；

2)成型制坯，得到素坯；

3)烧结：a.将素坯在常压下于1100-1200℃烧结60-90min后，b.调节压力至20MPa，调节温度至800-1000℃继续烧结30-60min，c.再在500-700℃下保温90-120min，得到蜂窝陶瓷载体；

4)载体涂覆与浸渍：将浆料溶液涂敷于制得的蜂窝陶瓷载体表面，经干燥处理后再将载体放入含钯、铂、铑的活性组分溶液中进行浸渍处理；

5)后续处理：将步骤4)得到的载体经干燥及焙烧处理后与壳体进行组装，制成净化器。

10.根据权利要求9所述的净化器的制备方法，其特征在于：所述步骤4)涂覆分为两次完成，其中第二次涂覆湿增重比第一次重45-55％。