Introduktion
Inden for rensning af udstødningsgas fra biler er honeycomb-keramik meget vigtig som katalysatorbærer. Ved at kombinere katalysatorbæreren med katalysatorer (såsom ædelmetaller som platin, rhodium, palladium osv.), dvs. skabe en katalytisk rensningsanordning til udstødningsgas og montere den på udstødningssystemet, kan de skadelige komponenter i udstødningsgassen (såsom kulilte CO, kulbrinte HC, nitrogenoxider NOx osv.) aktiveres og reageres kemisk og omdannes til harmløs kuldioxid, vand og nitrogen, hvilket eliminerer den skadelige udstødningsgas.
På grund af deres gode ildfasthed, lave termiske ekspansionshastighed og andre egenskaber bliver cordierit honeycomb-keramik kernekomponenter i udstødningsrensningsanordninger til diesel, benzin og naturgas, der fungerer som både katalysatorbærer og udstødningsemissionskanal for biler.
Cordierit-keramik (figur 1) som katalysatorbærere har følgende fordele:
- Med en bikagestruktur og et specifikt overfladeareal på large er de velegnede til fastgørelse og spredning af katalysatoraktive stoffer, hvilket i høj grad forbedrer katalysatorens aktivitet.
- God Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet: Bilmotorers udstødningstemperatur ligger generelt på 250-800 ºC, eller endda over 800 ºC. Cordierite nedbrydes ikke eller undergår faseændring under høje temperaturer, hvilket sikrer katalysatorens aktivitet og levetid.
- Den termiske udvidelseskoefficient er small. Bilmotoren starter og stopper ofte; den lave varmeudvidelseskoefficient for cordierit er gunstig for at forhindre brud på rensningsanordningen på lang sigt i et gentaget arbejdsmiljø med hurtig afkøling og hurtig opvarmning, hvilket hjælper med at sikre effekten af katalysatoren og sikkerheden i udstødningsrørledningen.
- Cordierit-keramik har lav Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.specifik varmekapacitet. Motoren er tilbøjelig til at producere mere CO og HC under en koldstart; cordierit som bærer kan få katalysatoren til at nå arbejdstemperaturen og spille den katalytiske rolle i en kortere periode på grund af dens lavere specifikke varme.
- Den termiske ledningsevne er passende. Containere, large lastbiler og andre dieselkøretøjer skal ofte køre lange afstande og i lang tid, så katalysatorbærerens Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne og varmeafledningsegenskaber er meget vigtige.
Målebetingelser
I dette eksempel blev en cordieritprøve testet for Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet og Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.specifik varmekapacitet ved hjælp af STA 449 F3 Simultaneous Thermal Analyzer. Denne prøves varmeudvidelseskoefficient og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne blev også karakteriseret ved hjælp af DIL 402 Classic Thermal Expansion Instrument og LFA 467 HT HyperFlash Thermal Conductivity Instrument. Testtemperaturen var fra stuetemperatur til 800 °C, hvilket er temperaturområdet for motorens udstødning.
Testresultater og diskussion
Test af Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet og specifik varme
Testresultaterne af STA-målingerne er som følger. For det første kan man ud fra den termogravimetriske (TGA) kurve (figur 2) se, at prøven ikke undergår noget vægttab i testtemperaturområdet.
Fra DSC-kurven (figur 3) kan det ses, at den ikke udviser nogen åbenlyse absorptions- eller eksoterme toppe i testtemperaturområdet, dvs. at der ikke sker nogen NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning eller faseændring. Dette indikerer, at prøven har god Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet i motorudstødningens temperaturområde. Under testen blev safir brugt som standardprøve, og det var muligt samtidig at opnå prøvens specifikke varmekapacitet ved hjælp af forholdsmetoden. Ud fra resultaterne i figuren kan man se, at prøvens specifikke varmekapacitet stiger med stigende temperatur, og den specifikke varmekapacitet ved 50 °C og 800 °C er henholdsvis 0,729 J/(g*K) og 0,969 J/(g*K). Sammenlignet med den konventionelle α-Al2O3-keramik (specifikke varmeværdier på 0,823 J/(g*K) og 1,237 J/(g*K) ved henholdsvis 50 °C og 800 °C) er den specifikke varme i denne prøve lavere. For at sikre effektiviteten af den specifikke varmetest blev der brugt 190-μl PtRh digler med Al2O3-foring til testen.
Koefficient for termisk ekspansionstest
Resultaterne af dilatometertesten er vist i figur 4. Man kan se, at cordieritprøven krymper og derefter udvider sig med stigende temperatur i temperaturområdet fra stuetemperatur til 800 °C, med en toptemperatur på 233,6 °C. Den termiske udvidelseskoefficient (dvs. den tekniske udvidelseskoefficient) i området fra 30°C-233,8°C er -0,6316E-06 1/K. Varmeudvidelseskoefficienten i området fra 30°C-800°C er 0,4138E-06 1/K, hvilket indikerer, at prøvens varmeudvidelseskoefficient faktisk er small i temperaturområdet for motorens udstødning (α-Al2O3-keramik har en varmeudvidelseskoefficient på 8,03E-06 1/K i området fra 25°C til 900°C). Det er værd at nævne, at på grund af small varmeudvidelseskoefficienten for prøverne blev både prøveholderen og prøven lavet af smeltet silica til testene.
Resultaterne af LFA-testen (figur 5) er som følger. LFA kan direkte måle prøvens termiske diffusivitet. Prøvens Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne kan opnås ved at multiplicere den termiske diffusivitet, densitet og specifikke varmekapacitet. Temperaturområdet for LFA-testen er 25 °C-800 °C, temperaturintervallet er 100 K, og der testes tre flammepunkter ved hvert temperaturpunkt. Ud fra oplysningerne i tabellen kan man se, at resultaterne for de tre flammepunkter ved det samme temperaturpunkt ligger meget tæt på hinanden, hvilket indikerer, at instrumentet har en god testrepeterbarhed. Af trendgrafen nedenfor kan man se, at både prøvens varmediffusivitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne falder med stigende temperatur.
Konklusion
I industrien fremstilles porøs cordierit-keramik ved hjælp af forskellige metoder såsom partikelstabling, skumning og ekstruderingsstøbning. Egenskaberne ved cordierit-keramik opnået ved forskellige fremstillingsmetoder og formuleringer har hver især deres egne fordele og ulemper.
I dette arbejde blev en cordieritprøve testet ved hjælp af STA, DIL og LFA-metoder for at karakterisere prøvens termiske stabilitet, specifikke varme, varmeudvidelsesegenskaber og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne.
NETZSCH har et komplet udvalg af udstyr til termisk analyse og test af fysiske egenskaber og kan levere et komplet udvalg af termisk analyse og testløsninger til cordierit honeycomb-keramik og anden udstødningskatalysatorbærerkeramik.