CN105597838B - 一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法。所述磷酸硅蜂窝陶瓷是由陶瓷原料经陶瓷成型和烧结工艺制备而成，所述磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为SiO280～98wt％，P2O52～20wt％；所述陶瓷原料的各组分按重量份数计为：石英玻璃粉48～75份，磷酸硅凝胶25～50份。本发明采用石英玻璃为主要原料之一，所制磷酸硅蜂窝陶瓷的烧结温度低、时间短，可以明显降低生产成本。本发明制备得到的磷酸硅蜂窝陶瓷(平行蜂窝孔道)的热胀系数0.55～0.9×10‑6/℃(25～800℃)，而其生产成本远低于现役相同热胀系数水平的堇青石蜂窝陶瓷。

Description

一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，具体涉及一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法。
背景技术
当前，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普遍使用堇青石蜂窝陶瓷作为催化剂载体，蜂窝陶瓷既是催化剂的载体又是机动车尾气的排放通道。不同机动车催化剂的工作温度通常在650～800℃±。因发动机在使用中的频繁启动和熄火，使蜂窝陶瓷载体长期、反复承受从室温650～800℃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。目前，汽油车和天然气车的催化剂的最佳工作温度≤800℃，柴油车催化剂的最佳工作温度≤650℃。因此，催化剂的上述工况要求汽油车和天然气车的载体能承受800℃及以上的热震，而柴油车用的载体能承受≥650℃的热震即可。国内、外现役的催化剂载体主要是堇青石蜂窝陶瓷，它主要由滑石、高岭石、偏高岭石、氧化铝和石英粉等合成而成；堇青石蜂窝陶瓷的烧结温度在1400℃±，保温时间长。石英玻璃的热胀系数为0.55×10-6/℃；采用石英玻璃为主要原料制备的蜂窝陶瓷不仅热胀系数低，烧结温度也低。因此，磷酸硅蜂窝陶瓷产品的生产成本低，性能满足所载催化剂的工况要求，是部分堇青石蜂窝陶瓷的替代品，尤其适用作柴油车的尾气催化剂的载体。
发明内容
本发明针对现有载体产品的选择性小，目的在于提供一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，是由陶瓷原料经陶瓷成型和烧结工艺制备而成，所述磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为SiO2 80～98wt％，P2O5 20～2wt％。
上述方案中，所述陶瓷原料的各组分按重量份数计为：石英玻璃粉48～75份，磷酸硅凝胶25～50份。
上述方案中，所述石英玻璃粉的SiO2含量为97～99.9wt％；粒度特征为D50＝5～35μm。
上述方案中，所述磷酸硅凝胶是由硅溶胶和磷酸溶液配制而成，磷酸硅凝胶中干物质的质量百分比为25％～40％，水的质量百分比为60％～75％。
上述方案中，所述干物质的化学组成特征为：SiO235wt％～78wt％，P2O5 22wt％～65wt％。
上述方案中，所述硅溶胶的浓度为20wt％～40wt％；所述磷酸的浓度为85wt％～98wt％。
上述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
(1)按各组分配比称取石英玻璃粉和磷酸硅凝胶，将陶瓷原料充分混匀后形成配合料，然后在配合料中加入陶瓷成型辅料和水，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烘干；
(3)将烘干的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到石英蜂窝陶瓷。
上述方案中，所述真空条件的真空度为3×10-2Pa～6×10-2Pa。
上述方案中，所述烧结的烧结制度为：烧结温度750～900℃，保温0.5～3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。
本发明的有益效果如下：(1)本发明以石英玻璃作为制备磷酸硅蜂窝陶瓷的主要原料，制备得到的磷酸硅蜂窝陶瓷(平行蜂窝孔道)的热胀系数为0.55～0.9×10-6/℃(25～800℃)，保持低热胀系数(0.55～0.9×10-6/℃)不变的工作温度≤1100℃；(2)本发明所述磷酸硅蜂窝陶瓷的原料易得、产品的烧成温度低、烧结时间短，其制造成本远低于现役的堇青石蜂窝陶瓷，是一种性能优良、尤其适用作柴油车尾气催化净化器中催化剂的载体。
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，所述石英玻璃粉中SiO2的含量≥97.0wt％，D50＝5～35μm(激光粒度分析方法，后同)，所述磷酸硅凝胶是由硅溶胶和磷酸配制而成，其中硅凝胶的浓度为20wt％～40wt％；磷酸的浓度为98wt％～85wt％。所述磷酸硅凝胶中干物质的质量百分比为20％～40％，水的质量百分比为60％～80％，其中干物质的化学组成特征为：SiO235wt％～78wt％，P2O5 22wt％～65wt％。
实施例1
一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，主要由石英玻璃粉(SiO2含量99.90wt％，D50＝7μm)、磷酸硅凝胶(由浓度为30wt％的硅溶胶和浓度为85wt％的磷酸配制而成，其中SiO2、P2O5和水的质量百分含量分别是26wt％、10wt％和64wt％)、陶瓷成型辅料和适量水组成，所述原料的配比按重量份数计为：石英玻璃粉66份，磷酸硅凝胶25份，联结剂4份，润滑剂2份；水量以方便成型即可。
上述机动车尾气催化净化器用磷酸硅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，然后在真空条件下(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：750℃下保温3小时，烧结后得到磷酸硅蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为：SiO2 96.34wt％，P2O53.325wt％；热胀系数为0.55×10-6/℃(25～800℃)。
实施例2
一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，主要由石英玻璃粉(SiO2含量99.9wt％，D50＝19μm)、磷酸硅凝胶(由浓度为20％的硅溶胶和浓度为85％的磷酸配制而成，其中SiO2、P2O5和水的质量百分含量分别是16wt％、21wt％和63％)、陶瓷成型辅料和适量水组成；所述原料的配比按重量份数计为：石英玻璃粉60份，磷酸硅凝胶35份，联结剂2份，润滑剂1份；水量以方便成型为宜。
上述机动车尾气催化净化器用磷酸硅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，然后在真空条件下(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立式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：800℃下保温1小时，烧结后得到磷酸硅蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为：SiO2 89.84wt％，P2O510.07wt％；热胀系数为0.75×10-6/℃(25～800℃)。
实施例3
一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，主要由石英玻璃粉(SiO2含量99.9wt％，D50＝30μm)、磷酸硅凝胶(由浓度为40wt％的硅溶胶和浓度为85wt％的磷酸配制而成，其中SiO2、P2O5和水的质量百分含量分别是14wt％、26wt％和60wt％)、陶瓷成型辅料和适量水组成；所述原料的配比按重量份数计为：石英玻璃粉48份，磷酸硅凝胶45份，联结剂2.5份，润滑剂1份，水量以方便成型为宜。
上述机动车尾气催化净化器用磷酸硅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，然后在真空条件下(真空度为3×10-2Pa)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：900℃下保温0.5小时，烧结后得到磷酸硅蜂窝陶瓷。
本实施例制备得到的磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为：SiO2 82.2wt％，P2O517.7wt％；热胀系数为0.9×10-6/℃(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 (9)

1.一种机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，其特征在于，所述磷酸硅蜂窝陶瓷是由陶瓷原料经陶瓷成型和烧结工艺制备而成，所述磷酸硅蜂窝陶瓷的化学组成特征为SiO2 80~98wt%，P2O5 2~20wt%；所述陶瓷原料的各组分按重量份数计为：石英玻璃粉48~75份，磷酸硅凝胶25~50份。
2.根据权利要求1所述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，其特征在于，所述石英玻璃粉的SiO2含量为97~99.9wt%；粒度特征为D50=5~35μm。
3.根据权利要求1所述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，其特征在于，所述磷酸硅凝胶是由硅溶胶和磷酸溶液配制而成，磷酸硅凝胶中干物质的质量百分比为25%~40%，水的质量百分比为60%~75%。
4.根据权利要求3所述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，其特征在于，所述干物质的化学组成特征为：SiO2 35wt%~78wt%，P2O5 22wt%~65wt%。
5.根据权利要求3所述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷，所述硅溶胶的浓度为20wt%~40wt%；所述磷酸溶液的浓度为85wt%~98wt%。
6.权利要求1~5任一所述机动车尾气催化净化器用磷酸硅蜂窝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将陶瓷原料充分混匀后形成配合料，在配合料中加入陶瓷成型辅料和水，然后置于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烘干；
（3）将烘干的蜂窝陶瓷坯体置于窑内烧结后得到磷酸硅蜂窝陶瓷。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的烧结制度为：烧结温度750~900℃，保温0.5~3小时。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述真空的真空度为3×10-2 Pa~6×10-2 Pa。
9.根据权利要求6所述的制备方法，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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