Bevezetés
A gépjárművek kipufogógáz-tisztítása terén a méhsejtkerámia katalizátorhordozóként nagyon fontos. A katalizátorhordozót katalizátorokkal (például nemesfémekkel, mint pl. platina, ródium, palládium stb.) kombinálva, azaz egy kipufogógáz-katalitikus tisztítóberendezést létrehozva, és azt a kipufogógáz-kibocsátó rendszerre szerelve a kipufogógázban lévő káros komponensek (például szén-monoxid CO, szénhidrogén HC, nitrogén-oxidok NOx stb.) aktiválhatók és kémiai reakcióba léphetnek, és ártalmatlan szén-dioxiddá, vízzé és nitrogénné alakíthatók, így megszüntetve a káros kipufogógázt.
Jó tűzállóságuk, alacsony hőtágulási sebességük és egyéb tulajdonságaik miatt a kordierit méhsejtkerámia a dízel, benzin és földgáz kipufogógáz-tisztító berendezések központi elemeivé válik, és a gépjárművek katalizátorhordozójaként és kipufogógáz-kibocsátási csatornájaként szolgál.
A kordierit kerámiák (1. ábra) mint katalizátorhordozók a következő előnyökkel rendelkeznek:
- Méhsejtes szerkezetük és large fajlagos felületük révén elősegítik a katalizátor aktív anyagainak rögzülését és diszpergálását, ami nagymértékben javítja a katalizátor aktivitását.
- Jó HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitás: A gépjárműmotorok kipufogógáz-hőmérséklete általában 250-800ºC, vagy akár több mint 800ºC között mozog. A kordierit nem bomlik vagy megy át fázisváltozáson magas hőmérsékleten, ami biztosítja a katalizátor aktivitását és élettartamát.
- A hőtágulási együtthatója small. Az autómotor gyakran indul és áll le; a kordierit alacsony hőtágulási együtthatója kedvező ahhoz, hogy a tisztítóberendezés szakadását hosszú távon megakadályozza az ismétlődő gyorsan hűlő és gyorsan melegedő munkakörnyezetben, ami segít biztosítani a katalizátor hatását és a kipufogócső biztonságát.
- A kordierit kerámia alacsony fajlagos hőkapacitással rendelkezik. A motor hajlamos arra, hogy hidegindításkor több CO-t és HC-t termeljen; a hordozóanyagként használt kordierit alacsonyabb fajhője miatt a katalizátor rövidebb idő alatt éri el az üzemi hőmérsékletet és tölti be a katalitikus szerepet.
- A hővezető képessége megfelelő. A konténereknek, a large teherautóknak és más dízelüzemű járműveknek gyakran nagy távolságokat és hosszú ideig kell utazniuk, ezért a katalizátorhordozó hővezető és hőelvezető tulajdonságai nagyon fontosak.
Mérési feltételek
Ebben az alkalmazási példában egy kordieritmintát vizsgáltak HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitás és Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás szempontjából az STA 449 F3 szimultán hőelemző készülékkel. A minta hőtágulási együtthatóját és Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét a DIL 402 Classic hőtágulási műszerrel és az LFA 467 HT HyperFlash hővezető műszerrel is jellemezték. A vizsgálati hőmérséklet szobahőmérséklettől 800 °C-ig, a motor kipufogóhőmérséklet-tartományig terjedt.
Vizsgálati eredmények és megbeszélés
Az STA mérések vizsgálati eredményei a következők. Először is, a termogravimetriás (TGA) görbéből (2. ábra) látható, hogy a minta a vizsgálati hőmérséklet-tartományban nem szenved súlyveszteséget.
A DSC-görbéből (3. ábra) látható, hogy a vizsgálati hőmérséklet-tartományban nem mutat egyértelmű abszorpciós vagy exoterm csúcsokat, azaz nem következik be Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás vagy fázisátalakulás. Ez azt jelzi, hogy a minta jó termikus stabilitást mutat a motor kipufogógáz hőmérséklettartományában. A vizsgálat során zafírt használtunk standard mintaként, és a minta Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitását az arányosítási módszerrel egyidejűleg meg lehetett határozni. Az ábrán látható eredményekből látható, hogy a minta fajlagos hőkapacitása a hőmérséklet növekedésével nő, és a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás 50°C-on és 800°C-on 0,729 J/(g*K), illetve 0,969 J/(g*K). A hagyományos α-Al2O3 kerámiával összehasonlítva (a fajhő értéke 50°C-on 0,823 J/(g*K) és 1,237 J/(g*K) 50°C-on, illetve 800°C-on), ennek a mintának a fajhője alacsonyabb. A fajhő-vizsgálat hatékonyságának biztosítása érdekében a vizsgálathoz 190μl-es, Al2O3 béléssel ellátott PtRh-tégelyeket használtunk.
A hőtágulási együttható vizsgálata
A dilatométeres vizsgálat eredményei a 4. ábrán láthatók. Látható, hogy a kordieritminta zsugorodik, majd tágul a hőmérséklet növekedésével a szobahőmérséklettől 800 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban, 233,6 °C-os csúcshőmérséklettel. A hőtágulási együttható (azaz a mérnöki tágulási együttható) a 30°C-233,8°C közötti tartományban -0,6316E-06 1/K. A hőtágulási együttható a 30°C-800°C közötti tartományban 0,4138E-06 1/K, ami azt jelzi, hogy a minta hőtágulási együtthatója valóban small a motor kipufogóhőmérséklet-tartományban (az α-Al2O3 kerámia hőtágulási együtthatója 8,03E-06 1/K a 25°C és 900°C közötti tartományban). Érdemes megemlíteni, hogy a minták small hőtágulási együtthatója miatt a vizsgálatokhoz mind a mintatartó, mind a minta olvasztott szilícium-dioxidból készült.
Hővezetési vizsgálat
Az LFA-vizsgálat eredményei (5. ábra) a következők. Az LFA közvetlenül mérheti a minta Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét. A minta hővezető képessége a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség, a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség és a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás szorzataként kapható. Az LFA-vizsgálat hőmérséklettartománya 25 °C-800 °C, a hőmérsékleti intervallum 100 K, és minden egyes hőmérsékleti ponton három lobbanáspontot vizsgálnak. A táblázatban szereplő információkból látható, hogy a három lobbanáspontra vonatkozó eredmények ugyanazon a hőmérsékleti ponton nagyon közel vannak egymáshoz, ami azt jelzi, hogy a műszer jó vizsgálati megismételhetőséggel rendelkezik. Az alábbi trendgrafikonból látható, hogy mind a minta hővezető képessége, mind a hővezető képessége csökken a hőmérséklet növekedésével.
Következtetés
Az iparban a kordierit porózus kerámiákat különböző módszerekkel állítják elő, például részecskék halmozásával, habosítással és extrudálással. A különböző előállítási módszerekkel és formulákkal előállított kordierit kerámiák tulajdonságai mindegyike saját előnyökkel és hátrányokkal rendelkezik.
Ebben a munkában egy kordieritmintát vizsgáltunk STA, DIL és LFA módszerekkel a minta HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. hőstabilitásának, fajhőjének, hőtágulási tulajdonságainak és hővezetési képességének jellemzésére.
NETZSCH teljes körű hőelemző és fizikai tulajdonságokat vizsgáló berendezésekkel rendelkezik, és teljes körű hőelemzési és vizsgálati megoldásokat tud nyújtani a cordierit mézkamrás kerámiák és más kipufogógáz-katalizátor hordozó kerámiák számára.