مقدمة
في مجال تنقية غازات عوادم السيارات، يعتبر سيراميك قرص العسل مهمًا جدًا كحامل محفز. من خلال الجمع بين الحامل المحفز والمحفزات (مثل المعادن الثمينة مثل البلاتين والروديوم والبلاديوم وغيرها)، أي إنشاء جهاز تنقية حفاز لغاز العادم، وتركيبه على نظام انبعاثات العادم، يمكن تنشيط المكونات الضارة في غاز العادم (مثل أول أكسيد الكربون أول أكسيد الكربون والهيدروكربون HC وأكاسيد النيتروجين NOx، وغيرها) وتفاعلها كيميائيًا، وتحويلها إلى ثاني أكسيد الكربون والماء والنيتروجين غير الضار، وبالتالي التخلص من غاز العادم الضار.
ونظرًا لقابليتها الجيدة للانكسار ومعدل التمدد الحراري المنخفض وغيرها من الخصائص، يصبح سيراميك قرص العسل الكورديريت مكونات أساسية لأجهزة تنقية غاز العادم للديزل والبنزين والغاز الطبيعي، حيث يعمل كحامل محفز وقناة انبعاثات العادم للسيارات.
يتميز سيراميك الكورديريت (الشكل 1) كحامل محفز بالمزايا التالية:
- بفضل هيكل قرص العسل ومساحة السطح المحددة large ، فهي تساعد على تعلق المواد الحفازة النشطة وتشتتها، مما يحسن بشكل كبير من نشاط المحفز.
- ثبات حراري جيد: تتراوح درجة حرارة عادم محركات السيارات عمومًا من 250-800 درجة مئوية، أو حتى أكثر من 800 درجة مئوية. لا يتحلل الكورديريت أو يخضع لتغير الطور تحت درجات الحرارة المرتفعة، مما يضمن نشاط المحفز وعمره التشغيلي.
- معامل التمدد الحراري هو small. يبدأ محرك السيارة ويتوقف بشكل متكرر؛ ويعد معامل التمدد الحراري المنخفض للكوردييرايت مناسبًا لمنع تمزق جهاز التنقية على المدى الطويل في بيئة عمل متكررة سريعة التبريد وسريعة التسخين، مما يساعد على ضمان تأثير المحفز وسلامة خط أنابيب العادم.
- يتميز سيراميك الكورديريت بسعة حرارية نوعية منخفضة. يكون المحرك عرضة لإنتاج المزيد من ثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات أثناء بدء التشغيل البارد؛ ويمكن أن يجعل الكورديريت كحامل المحفز يصل إلى درجة حرارة العمل ويلعب الدور الحفاز في فترة زمنية أقصر بسبب انخفاض حرارته النوعية.
- الموصلية الحرارية مناسبة. غالبًا ما تحتاج الحاويات والشاحنات large ومركبات الديزل الأخرى إلى السفر لمسافات طويلة ولفترة طويلة، لذا فإن خصائص التوصيل الحراري وتبديد الحرارة للحامل المحفز مهمة جدًا.
شروط القياس
في هذا المثال التطبيقي، تم اختبار عينة من الكورديريت من حيث الثبات الحراري والسعة الحرارية النوعية باستخدام جهاز التحليل الحراري المتزامن STA 449 F3 . وتم أيضًا توصيف معامل التمدد الحراري والتوصيل الحراري لهذه العينة باستخدام أداة التمدد الحراري DIL 402 Classic وأداة التوصيل الحراري LFA 467 HT HyperFlash. كانت درجة حرارة الاختبار من درجة حرارة الغرفة إلى 800 درجة مئوية، وهو نطاق درجة حرارة عادم المحرك.
نتائج الاختبار والمناقشة
اختبار الثبات الحراري والحرارة النوعية
كانت نتائج اختبار قياسات الحرارة النوعية على النحو التالي. أولاً، من منحنى قياس الثبات الحراري (TGA) (الشكل 2)، يمكن ملاحظة أن العينة لا تتعرض لفقدان الوزن في نطاق درجة حرارة الاختبار.
من منحنى DSC (الشكل 3)، يمكن ملاحظة أنه لا يُظهر أي امتصاص واضح أو قمم طاردة للحرارة في نطاق درجة حرارة الاختبار، أي أنه لا يوجد تحلل أو تغير طوري يحدث. يشير هذا إلى أن العينة تتميز بثبات حراري جيد في نطاق درجة حرارة عادم المحرك. أثناء الاختبار، استُخدم الياقوت الأزرق كعينة قياسية، وكان من الممكن الحصول على السعة الحرارية النوعية للعينة في الوقت نفسه بطريقة النسبة. من النتائج الواردة في الشكل، يمكن ملاحظة أن السعة الحرارية النوعية للعينة تزداد مع زيادة درجة الحرارة، وتبلغ السعة الحرارية النوعية عند 50 درجة مئوية و800 درجة مئوية 0.729 جول/(g*K) و0.969 جول/(g*K)، على التوالي. وبالمقارنة مع سيراميك α-Al2O3 التقليدي (قيم الحرارة النوعية 0.823 جول/(g*K) و1.237 جول/(g*K) عند 50 درجة مئوية و800 درجة مئوية، على التوالي)، فإن الحرارة النوعية لهذه العينة أقل. للتأكد من فعالية اختبار الحرارة النوعية، تم استخدام 190 ميكرولتر من بوتقات PtRh مع بطانة Al2O3 للاختبار.
معامل اختبار التمدد الحراري
تظهر نتائج اختبار التمدد الحراري في الشكل 4. يمكن ملاحظة أن عينة الكورديريت تنكمش ثم تتمدد مع زيادة درجة الحرارة في نطاق درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 800 درجة مئوية، مع درجة حرارة قصوى تبلغ 233.6 درجة مئوية. ويبلغ معامل التمدد الحراري (أي معامل التمدد الهندسي) في النطاق من 30 درجة مئوية إلى 233.8 درجة مئوية -0.6316E-06 1/ك. معامل التمدد الحراري في النطاق من 30 درجة مئوية -800 درجة مئوية هو 0.4138E-06 1/K، مما يشير إلى أن معامل التمدد الحراري للعينة هو بالفعل small في نطاق درجة حرارة عادم المحرك (سيراميك ألفا ألفا2O3 لديه معامل تمدد حراري يبلغ 8.03E-06 1/K في النطاق من 25 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية). تجدر الإشارة إلى أنه بسبب معامل التمدد الحراري small للعينات، صُنع كل من حامل العينة والعينة من السيليكا المنصهرة للاختبارات.
اختبار التوصيل الحراري
فيما يلي نتائج اختبار LFA (الشكل 5). يمكن لاختبار LFA قياس الانتشار الحراري للعينة مباشرةً. يمكن الحصول على الموصلية الحرارية للعينة بضرب الانتشار الحراري والكثافة والسعة الحرارية النوعية. يتراوح نطاق درجة الحرارة في اختبار LFA بين 25 درجة مئوية و800 درجة مئوية، والفاصل الزمني لدرجة الحرارة 100 كلفن ويتم اختبار ثلاث نقاط وميض عند كل نقطة حرارة. من المعلومات الواردة في الجدول، يمكن ملاحظة أن نتائج نقاط الوميض الثلاث عند نفس نقطة درجة الحرارة قريبة جدًا من بعضها البعض، مما يشير إلى أن الأداة لديها قابلية جيدة لتكرار الاختبار. من الرسم البياني للاتجاه أدناه، يمكن ملاحظة أن كلاً من الانتشار الحراري والتوصيل الحراري للعينة ينخفض مع زيادة درجة الحرارة.
الخاتمة
في هذه الصناعة، يتم تحضير سيراميك الكورديريت المسامي بطرق مختلفة مثل تكديس الجسيمات والرغوة والقولبة بالبثق. إن خصائص سيراميك الكورديريت التي يتم الحصول عليها بطرق تحضير وتركيبات مختلفة لكل منها مزاياها وعيوبها.
في هذا العمل، تم اختبار عينة من الكورديريت عن طريق طرق STA وDIL وLFA من أجل توصيف الاستقرار الحراري والحرارة النوعية وخصائص التمدد الحراري والتوصيل الحراري للعينة.
NETZSCH تمتلك الشركة مجموعة كاملة من معدات التحليل الحراري ومعدات اختبار الخصائص الفيزيائية، ويمكنها توفير مجموعة كاملة من حلول التحليل الحراري والاختبار لسيراميك قرص العسل الكورديريت وغيره من السيراميك الحامل لمحفز غاز العادم.