소개
자동차 배기가스 정화 분야에서 허니콤 세라믹은 촉매 담체로서 매우 중요합니다. 촉매 담체를 촉매(백금, 로듐, 팔라듐 등 귀금속 등)와 결합하여 배기가스 촉매 정화 장치를 만들고 배기가스 배출 시스템에 장착하면 배기가스 내 유해 성분(일산화탄소 CO, 탄화수소 HC, 질소 산화물 NOx 등)이 활성화되고 화학 반응하여 무해한 이산화탄소, 물, 질소로 변환되어 유해한 배기가스를 제거할 수 있습니다.
내화성, 낮은 열팽창률 등의 특성으로 인해 코디라이트 허니콤 세라믹은 디젤, 가솔린 및 천연가스 배기가스 정화 장치의 핵심 부품이 되어 자동차의 촉매 운반체와 배기가스 배출 채널 역할을 모두 수행합니다.
촉매 담체로서 코디라이트 세라믹(그림 1)은 다음과 같은 장점이 있습니다:
- 벌집 구조와 large 비표면적을 통해 촉매 활성 물질의 부착 및 분산에 도움이 되어 촉매의 활성을 크게 향상시킵니다.
- 열 안정성이 우수합니다: 자동차 엔진의 배기 온도는 일반적으로 250~800°C, 심지어 800°C 이상입니다. 코디라이트는 고온에서 분해되거나 상 변화를 겪지 않아 촉매의 활성과 수명을 보장합니다.
- 열팽창 계수는 small 입니다. 자동차 엔진은 시동과 정지가 잦은데, 코디에라이트의 낮은 열팽창 계수는 빠른 냉각과 빠른 가열이 반복되는 작업 환경에서 장기간 정화 장치의 파열을 방지하는 데 유리하여 촉매의 효과와 배기관 안전을 보장하는 데 도움이 됩니다.
- 코디라이트 세라믹은 비열 용량이 낮은 것이 특징입니다. 엔진은 콜드 스타트 중에 더 많은 CO와 HC를 생성하기 쉬운데, 코디에라이트는 비열이 낮기 때문에 촉매가 작동 온도에 도달하고 촉매 역할을 단시간에 수행할 수 있습니다.
- 열전도율이 적합합니다. 컨테이너, large 트럭 및 기타 디젤 차량은 장거리 및 장시간 주행해야 하는 경우가 많으므로 촉매 캐리어의 열전도율과 방열 특성이 매우 중요합니다.
측정 조건
이 응용 사례에서는 STA 449 F3 동시 열 분석기를 사용하여 코디라이트 샘플의 열 안정성 및 비열 용량을 테스트했습니다. 이 샘플의 열팽창 계수와 열전도율도 DIL 402 Classic 열팽창 계측기와 LFA 467 HT HyperFlash 열전도율 계측기를 사용하여 특성화했습니다. 테스트 온도는 실온에서 엔진 배기 온도 범위인 800°C까지였습니다.
테스트 결과 및 토론
열 안정성 및 비열 테스트
STA 측정의 테스트 결과는 다음과 같습니다. 먼저 열무게 측정(TGA) 곡선(그림 2)을 보면 테스트 온도 범위에서 샘플의 무게가 감소하지 않음을 알 수 있습니다.
DSC 곡선(그림 3)을 보면 테스트 온도 범위에서 뚜렷한 흡수 또는 발열 피크가 나타나지 않아 분해나 상 변화가 일어나지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 이는 샘플이 엔진 배기 온도 범위에서 열 안정성이 우수하다는 것을 나타냅니다. 테스트에서는 사파이어를 표준 시료로 사용했으며, 비율법으로 시료의 비열 용량을 동시에 얻을 수 있었습니다. 그림의 결과에서 시료의 비열용량은 온도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있으며, 50°C와 800°C에서의 비열용량은 각각 0.729 J/(g*K), 0.969 J/(g*K)를 나타냈습니다. 기존의 α-Al2O3 세라믹(50°C 및 800°C에서 각각 0.823 J/(g*K) 및 1.237 J/(g*K)의 비열 값)과 비교하면 이 샘플의 비열은 더 낮습니다. 비열 테스트의 효율성을 보장하기 위해 Al2O3 라이너가 있는 190μl PtRh 도가니를 테스트에 사용했습니다.
열팽창 테스트 계수
팽창계 테스트 결과는 그림 4에 나와 있습니다. 코디라이트 샘플은 실온에서 800°C까지 온도 범위에서 온도가 상승함에 따라 수축했다가 팽창하며, 최고 온도는 233.6°C인 것을 확인할 수 있습니다. 30°C~233.8°C 범위의 열팽창 계수(즉, 공학적 팽창 계수)는 -0.6316E-06 1/K입니다. 30°C-800°C 범위의 열팽창 계수는 0.4138E-06 1/K로, 엔진 배기 온도 범위에서 샘플의 열팽창 계수가 실제로 small 임을 나타냅니다(α-Al2O3 세라믹은 25°C~900°C 범위에서 8.03E-06 1/K의 열팽창 계수를 가집니다). 샘플의 열팽창 계수가 small 이므로 테스트를 위해 샘플 홀더와 시편 모두 용융 실리카로 만들어졌다는 점을 언급할 필요가 있습니다.
열 전도성 테스트
LFA 테스트 결과(그림 5)는 다음과 같습니다. LFA는 시료의 열확산도를 직접 측정할 수 있습니다. 시료의 열전도도는 열확산도, 밀도 및 비열 용량을 곱하여 얻을 수 있습니다. LFA 테스트의 온도 범위는 25°C-800°C, 온도 간격은 100K이며, 각 온도 지점에서 3개의 인화점을 테스트합니다. 표의 정보에서 동일한 온도 지점에서 세 개의 인화점에 대한 결과가 서로 매우 가깝다는 것을 알 수 있으며 이는 기기의 테스트 반복성이 우수하다는 것을 나타냅니다. 아래 추세 그래프에서 시료의 열 확산도와 열 전도도는 온도가 증가함에 따라 모두 감소하는 것을 볼 수 있습니다.
결론
업계에서 코디라이트 다공성 세라믹은 입자 적층, 발포 및 압출 성형과 같은 다양한 방법으로 제조됩니다. 다양한 제조 방법과 배합으로 얻은 코디라이트 세라믹의 특성은 각각 고유한 장단점을 가지고 있습니다.
이 연구에서는 코디라이트 샘플의 열 안정성, 비열, 열팽창 특성 및 열전도도를 특성화하기 위해 STA, DIL 및 LFA 방법을 사용하여 코디라이트 샘플을 테스트했습니다.
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