Johdanto
Autojen pakokaasujen puhdistuksen alalla hunajakennokeramiikka on erittäin tärkeää katalysaattorin kantajana. Yhdistämällä katalysaattorin kantaja katalyyttien (kuten jalometallien, kuten platinan, rodiumin, palladiumin jne.) kanssa eli luomalla pakokaasun katalyyttinen puhdistuslaite ja asentamalla se pakokaasupäästöjärjestelmään voidaan pakokaasun haitalliset komponentit (kuten hiilimonoksidi CO, hiilivety HC, typen oksidit NOx jne.) aktivoida ja reagoida kemiallisesti ja muuttaa vaarattomaksi hiilidioksidiksi, vedeksi ja typeksi, jolloin haitallinen pakokaasu voidaan poistaa.
Hyvän tulenkestävyytensä, alhaisen lämpölaajenemisnopeutensa ja muiden ominaisuuksiensa ansiosta kordieriittihunajakennokeramiikasta tulee diesel-, bensiini- ja maakaasun pakokaasujen puhdistuslaitteiden ydinkomponentteja, jotka toimivat sekä katalysaattorin kantajana että autojen pakokaasupäästökanavana.
Kordieriittikeramiikalla (kuva 1) katalysaattorin kantajina on seuraavat edut:
- Niiden hunajakennorakenne ja large ominaispinta-ala edistävät katalysaattorin aktiivisten aineiden kiinnittymistä ja leviämistä, mikä parantaa huomattavasti katalysaattorin aktiivisuutta.
- Hyvä lämmönkestävyys: Automoottoreiden pakokaasujen lämpötila on yleensä 250-800 ºC tai jopa yli 800 ºC. Kordieriitti ei hajoa tai muutu faasimuutoksessa korkeissa lämpötiloissa, mikä takaa katalyytin aktiivisuuden ja käyttöiän.
- Lämpölaajenemiskerroin on small. Auton moottori käynnistyy ja pysähtyy usein; kordieriitin alhainen lämpölaajenemiskerroin on suotuisa, sillä se estää puhdistuslaitteen rikkoutumisen pitkällä aikavälillä toistuvassa nopeasti jäähtyvässä ja nopeasti lämpenevässä työympäristössä, mikä auttaa varmistamaan katalysaattorin vaikutuksen ja pakoputkiston turvallisuuden.
- Kordieriittikeramiikalla on alhainen ominaislämpökapasiteetti. Kylmäkäynnistyksen aikana moottori tuottaa herkästi enemmän hiilidioksidia ja hiilivetyä; kantaja-aineena käytettävä kordieriitti voi saada katalysaattorin saavuttamaan käyttölämpötilan ja toimimaan katalyyttisesti lyhyemmässä ajassa alhaisemman ominaislämpökapasiteettinsa ansiosta.
- LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.Lämmönjohtavuus on sopiva. Konttien, large kuorma-autojen ja muiden dieselajoneuvojen on usein kuljettava pitkiä matkoja ja pitkään, joten katalysaattorin kantajan LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus ja lämmönsiirto-ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä.
Mittausolosuhteet
Tässä sovellusesimerkissä kordieriittinäytteestä testattiin LämpöstabiilisuusMateriaali on lämpöstabiili, jos se ei hajoa lämpötilan vaikutuksesta. Yksi tapa määrittää aineen lämpöstabiilisuus on käyttää TGA-analysaattoria (termogravimetrinen analysaattori). lämpöstabiilisuus ja ominaislämpökapasiteetti STA 449 F3 -simultaanilämpöanalysaattorilla. Tämän näytteen lämpölaajenemiskerroin ja LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus karakterisoitiin myös käyttämällä DIL 402 Classic lämpölaajenemismittaria ja LFA 467 HT HyperFlash lämmönjohtavuusmittaria. Testilämpötila vaihteli huoneenlämpötilasta 800 °C:een, joka on moottorin pakokaasujen lämpötila-alue.
Testitulokset ja keskustelu
STA-mittausten testitulokset ovat seuraavat. Ensinnäkin termogravimetrisestä (TGA) käyristä (kuva 2) voidaan nähdä, että näytteessä ei tapahdu painohäviötä testilämpötila-alueella.
DSC-käyrästä (kuva 3) voidaan nähdä, että siinä ei ole selviä absorptio- tai eksotermisiä piikkejä testilämpötila-alueella, eli hajoamista tai faasimuutosta ei tapahdu. Tämä osoittaa, että näytteellä on hyvä LämpöstabiilisuusMateriaali on lämpöstabiili, jos se ei hajoa lämpötilan vaikutuksesta. Yksi tapa määrittää aineen lämpöstabiilisuus on käyttää TGA-analysaattoria (termogravimetrinen analysaattori). lämpöstabiilisuus moottorin pakokaasun lämpötila-alueella. Testin aikana vakionäytteenä käytettiin safiiria, ja näytteen ominaislämpökapasiteetti voitiin määrittää samanaikaisesti suhdelukumenetelmällä. Kuvassa esitetyistä tuloksista nähdään, että näytteen ominaislämpökapasiteetti kasvaa lämpötilan kasvaessa, ja ominaislämpökapasiteetti 50 °C:ssa on 0,729 J/(g*K) ja 800 °C:ssa 0,969 J/(g*K). Verrattuna tavanomaiseen α-Al2O3-keramiikkaan (ominaislämpöarvot 0,823 J/(g*K) ja 1,237 J/(g*K) 50 °C:ssa ja 800 °C:ssa) tämän näytteen ominaislämpökapasiteetti on pienempi. Ominaislämpötestauksen tehokkuuden varmistamiseksi testissä käytettiin 190μl:n PtRh-astiat, joissa oli Al2O3-vuori.
Lämpölaajenemiskerroin Testi
Laajennusmittarin testitulokset esitetään kuvassa 4. Voidaan nähdä, että kordieriittinäyte kutistuu ja sitten laajenee lämpötilan kasvaessa lämpötila-alueella huoneenlämpötilasta 800 °C:een, ja huippulämpötila on 233,6 °C. Lämpölaajenemiskerroin (eli tekninen laajenemiskerroin) 30 °C:n ja 233,8 °C:n välillä on -0,6316E-06 1 /K. Lämpölaajenemiskerroin alueella 30 °C-800 °C on 0,4138E-06 1/K, mikä osoittaa, että näytteen lämpölaajenemiskerroin on todellakin small moottorin pakokaasun lämpötila-alueella (α-Al2O3-keraamisella keraamisella materiaalilla on lämpölaajenemiskerroin 8,03E-06 1/K alueella 25 °C-900 °C). On syytä mainita, että näytteiden small lämpölaajenemiskertoimen vuoksi sekä näytteenpidin että näyte valmistettiin testejä varten sulatetusta piidioksidista.
Lämmönjohtavuuskoe
LFA-testin tulokset (kuva 5) ovat seuraavat. LFA:lla voidaan suoraan mitata näytteen lämpödiffuusiokyky. Näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus saadaan kertomalla LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus, TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys ja ominaislämpökapasiteetti. LFA-testin lämpötila-alue on 25 °C-800 °C, lämpötilaväli on 100 K, ja kussakin lämpötilassa testataan kolme leimahduspistettä. Taulukon tiedoista voidaan nähdä, että kolmen leimahduspisteen tulokset samassa lämpötilapisteessä ovat hyvin lähellä toisiaan, mikä osoittaa, että laitteen testin toistettavuus on hyvä. Alla olevasta trendikaaviosta voidaan nähdä, että sekä näytteen lämpödiffuusiokyky että LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus pienenevät lämpötilan noustessa.
Päätelmä
Teollisuudessa kordieriittihuokoisia keraamisia valmistetaan erilaisilla menetelmillä, kuten hiukkasten pinoamisella, vaahdottamalla ja suulakepuristamalla. Eri valmistusmenetelmillä ja koostumuksilla saavutettavilla kordieriittikeramiikan ominaisuuksilla on kullakin omat etunsa ja haittansa.
Tässä työssä kordieriittinäytettä testattiin STA-, DIL- ja LFA-menetelmillä näytteen lämpöstabiilisuuden, ominaislämmön, lämpölaajenemisominaisuuksien ja lämmönjohtavuuden kuvaamiseksi.
NETZSCH on täydellinen valikoima lämpöanalyysi- ja fysikaalisten ominaisuuksien testauslaitteita ja se voi tarjota täydellisen valikoiman lämpöanalyysi- ja testausratkaisuja kordieriittikennokeramiikalle ja muille pakokaasukatalysaattorin kantajakeramiikoille.