Въведение
В областта на пречистването на отработените газове на автомобилите керамиката с пчелна пита е много важна като носител на катализатор. Чрез комбиниране на носителя на катализатора с катализатори (например благородни метали като платина, родий, паладий и др.), т.е. чрез създаване на устройство за каталитично пречистване на отработените газове, и монтирането му към системата за отработените газове, вредните компоненти в отработените газове (като въглероден оксид CO, въглеводород HC, азотни оксиди NOx и др.) могат да бъдат активирани и химически реагирани и да се превърнат в безвреден въглероден диоксид, вода и азот, като по този начин се елиминират вредните отработените газове.
Благодарение на добрата си огнеупорност, ниската степен на термично разширение и други свойства, кордиеритната керамика с формата на пчелна пита се превръща в основни компоненти на устройствата за пречистване на отработените газове за дизелово гориво, бензин и природен газ, като служи както за носител на катализатора, така и за канал за отработените газове на автомобилите.
Керамиката от кордиерит (фигура 1) като носител на катализатор има следните предимства:
- Със структурата си на пчелна пита и специфичната си повърхност large те благоприятстват прикрепването и диспергирането на активните вещества на катализатора, което значително подобрява активността на катализатора.
- Добра термична стабилност: Температурата на отработените газове на автомобилните двигатели обикновено варира между 250-800ºC, а дори и над 800ºC. Кордиеритът не се разлага и не претърпява фазова промяна при високи температури, което гарантира активността и експлоатационния живот на катализатора.
- Коефициентът на термично разширение е small. Автомобилният двигател се стартира и спира често; ниският коефициент на термично разширение на кордиерита е благоприятен за предотвратяване на спукването на пречиствателното устройство в дългосрочен план при повтарящи се бързо охлаждане и бързо нагряване на работната среда, което спомага за осигуряване на ефекта на катализатора и безопасността на изпускателния тръбопровод.
- Керамиката от кордиерит се характеризира с нисък специфичен топлинен капацитет. Двигателят е склонен да произвежда повече CO и HC по време на студен старт; кордиеритът като носител може да накара катализатора да достигне работната температура и да играе каталитична роля за по-кратък период от време поради по-ниската си специфична топлина.
- Топлопроводимостта му е подходяща. Контейнерите, камионите large и други дизелови превозни средства често трябва да пътуват на дълги разстояния и за дълго време, така че топлопроводимостта и свойствата за разсейване на топлината на носителя на катализатора са много важни.
Условия за измерване
В този пример за приложение проба от кордиерит е тествана за термична стабилност и специфичен топлинен капацитет с помощта на симултанния термичен анализатор STA 449 F3 . Коефициентът на термично разширение и топлопроводимостта на тази проба също бяха характеризирани с помощта на инструмента за термично разширение DIL 402 Classic и инструмента за топлопроводимост LFA 467 HT HyperFlash. Температурата на изпитването е от стайна температура до 800 °C - температурният диапазон на отработените газове на двигателя.
Резултати от тестовете и обсъждане
Тест за термична стабилност и специфична топлина
Резултатите от измерванията на STA са, както следва. Първо, от термогравиметричната (TGA) крива (фигура 2) се вижда, че пробата не губи тегло в температурния диапазон на изпитването.
От кривата на DSC (фигура 3) се вижда, че тя не показва очевидни абсорбционни или екзотермични пикове в изпитвания температурен диапазон, т.е. не се наблюдава разлагане или фазова промяна. Това показва, че образецът се характеризира с добра термична стабилност в температурния диапазон на отработените газове от двигателя. По време на изпитването сапфирът е използван като стандартен образец и е възможно едновременно да се получи специфичният топлинен капацитет на образеца чрез метода на съотношението. От резултатите на фигурата се вижда, че специфичният топлинен капацитет на образеца се увеличава с увеличаване на температурата, като специфичният топлинен капацитет при 50°C и 800°C е съответно 0,729 J/(g*K) и 0,969 J/(g*K). В сравнение с конвенционалната α-Al2O3 керамика (стойности на специфичния топлинен капацитет съответно 0,823 J/(g*K) и 1,237 J/(g*K) при 50°C и 800°C), специфичният топлинен капацитет на този образец е по-нисък. За да се гарантира ефективността на изпитването на специфичната топлина, за изпитването са използвани 190-милиметрови тигли PtRh с облицовка от Al2O3.
Изпитване на коефициента на топлинно разширение
Резултатите от изпитването с дилатометър са показани на фигура 4. Вижда се, че пробата от кордиерит се свива, а след това се разширява с увеличаване на температурата в температурния диапазон от стайна температура до 800°C, като пиковата температура е 233,6°C. Коефициентът на термично разширение (т.е. инженерният коефициент на разширение) в диапазона от 30°C до 233,8°C е -0,6316E-06 1/K. Коефициентът на термично разширение в диапазона от 30°C-800°C е 0,4138E-06 1/K, което показва, че коефициентът на термично разширение на образеца наистина е small в температурния диапазон на отработените газове от двигателя (α-Al2O3 керамиката има коефициент на термично разширение 8,03E-06 1/K в диапазона от 25°C до 900°C). Заслужава да се отбележи, че поради small коефициента на термично разширение на образците, както държачът на образеца, така и образецът бяха изработени от стопен силициев диоксид за тестовете.
Изпитване на топлопроводимост
Резултатите от изпитването на LFA (фигура 5) са следните. LFA може да измерва директно топлинната дифузия на образеца. Топлопроводимостта на образеца може да се получи чрез умножаване на топлинната дифузия, плътността и специфичния топлинен капацитет. Температурният диапазон на LFA теста е 25 °C-800 °C, температурният интервал е 100 K, като при всяка температурна точка се изпитват три точки на възпламеняване. От информацията в таблицата се вижда, че резултатите за трите точки на възпламеняване в една и съща температурна точка са много близки един до друг, което показва, че инструментът има добра повторяемост на изпитването. От графиката на тенденцията по-долу се вижда, че както термичната дифузия, така и термичната проводимост на пробата намаляват с увеличаване на температурата.
Заключение
В промишлеността порьозната керамика от кордиерит се приготвя чрез различни методи, като например подреждане на частици, разпенване и екструдиране. Свойствата на кордиеритната керамика, получени чрез различни методи на приготвяне и формули, имат своите предимства и недостатъци.
В тази работа проба от кордиерит е изследвана чрез методите STA, DIL и LFA, за да се характеризират термичната стабилност, специфичната топлина, свойствата на термично разширение и топлопроводимостта на пробата.
NETZSCH разполага с пълна гама от оборудване за термичен анализ и изпитване на физични свойства и може да предостави пълна гама от решения за термичен анализ и изпитване на кордиеритова керамика с пчелна пита и друга керамика за носители на катализатори за отработени газове.