Inleiding
Op het gebied van uitlaatgaszuivering in auto's is honingraatkeramiek erg belangrijk als katalysatordrager. Door de katalysatordrager te combineren met katalysatoren (zoals edelmetalen als platina, rodium, palladium, etc.), d.w.z. door een uitlaatgaskatalysator te creëren en deze op het uitlaatgasemissiesysteem te monteren, kunnen de schadelijke componenten in de uitlaatgassen (zoals koolmonoxide CO, koolwaterstof HC, stikstofoxiden NOx, etc.) worden geactiveerd en chemisch reageren en worden omgezet in onschadelijke kooldioxide, water en stikstof, waardoor de schadelijke uitlaatgassen worden geëlimineerd.
Door hun goede vuurvastheid, lage thermische uitzettingssnelheid en andere eigenschappen worden cordieriet honingraatkeramiek kerncomponenten van uitlaatgaszuiveringsapparaten voor diesel, benzine en aardgas, die zowel als katalysatordrager als uitlaatgasemissiekanaal voor auto's dienen.
Cordierietkeramiek (figuur 1) als katalysatordrager heeft de volgende voordelen:
- Met een honingraatstructuur en large specifiek oppervlak zijn ze bevorderlijk voor de aanhechting en dispersie van katalysatoractieve stoffen, wat de activiteit van de katalysator sterk verbetert.
- Goede Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit: De uitlaattemperatuur van automotoren varieert over het algemeen van 250-800ºC, of zelfs meer dan 800ºC. Cordieriet ontbindt niet en ondergaat geen faseverandering bij hoge temperaturen, wat de activiteit en levensduur van de katalysator garandeert.
- De thermische uitzettingscoëfficiënt is small. De automotor start en stopt vaak; de lage thermische uitzettingscoëfficiënt van cordieriet is gunstig om te voorkomen dat het zuiveringsapparaat op lange termijn breekt in een herhaalde snel afkoelende en snel opwarmende werkomgeving, wat helpt om het effect van de katalysator en de veiligheid van de uitlaatpijpleiding te garanderen.
- Cordierietkeramiek heeft een lage Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit. De motor is geneigd om meer CO en HC te produceren tijdens een koude start; cordieriet als drager kan ervoor zorgen dat de katalysator de werktemperatuur bereikt en de katalytische rol in kortere tijd speelt vanwege de lagere specifieke warmte.
- De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid is geschikt. Containers, large vrachtwagens en andere dieselvoertuigen moeten vaak lange afstanden afleggen en lange tijd rijden, dus de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en warmteafvoereigenschappen van de katalysatordrager zijn erg belangrijk.
Meetomstandigheden
In dit toepassingsvoorbeeld werd een cordierietmonster getest op Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit en Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit met de STA 449 F3 Simultaneous Thermal Analyzer. De thermische uitzettingscoëfficiënt en Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van dit monster werden ook gekarakteriseerd met het DIL 402 Classic thermische uitzettingsinstrument en het LFA 467 HT HyperFlash thermische geleidingsinstrument. De testtemperatuur liep van kamertemperatuur tot 800°C, het temperatuurbereik van de uitlaatgassen van de motor.
Testresultaten en discussie
De testresultaten van de STA-metingen zijn als volgt. Ten eerste blijkt uit de thermogravimetrische (TGA) curve (figuur 2) dat het monster geen gewichtsverlies ondergaat in het testtemperatuurbereik.
Uit de DSC-curve (figuur 3) blijkt dat het geen duidelijke absorptie- of exotherme pieken vertoont in het testtemperatuurbereik, d.w.z. dat er geen ontleding of faseverandering optreedt. Dit geeft aan dat het monster een goede Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit heeft in het temperatuurbereik van de uitlaatgassen van de motor. Tijdens de test werd saffier gebruikt als het standaardmonster en het was mogelijk om tegelijkertijd de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit van het monster te verkrijgen met de verhoudingsmethode. Uit de resultaten in de figuur blijkt dat de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit van het monster toeneemt met toenemende temperatuur, en de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit bij 50°C en 800°C is respectievelijk 0,729 J/(g*K) en 0,969 J/(g*K). Vergeleken met de conventionele α-Al2O3 keramiek (soortelijke warmtewaarden van 0,823 J/(g*K) en 1,237 J/(g*K) bij respectievelijk 50°C en 800°C) is de soortelijke warmte van dit monster lager. Om de effectiviteit van de specifieke warmtetest te garanderen, werden 190 μl PtRh-kroezen met Al2O3 voering gebruikt voor de test.
Thermische uitzettingscoëfficiënt test
De resultaten van de dilatometertest worden getoond in figuur 4. Het is te zien dat het cordierietmonster krimpt en vervolgens uitzet met toenemende temperatuur in het temperatuurbereik van kamertemperatuur tot 800°C, met een piektemperatuur van 233,6°C. De thermische uitzettingscoëfficiënt (d.w.z. de technische uitzettingscoëfficiënt) in het bereik van 30°C-233,8°C is -0,6316E-06 1/K. De thermische uitzettingscoëfficiënt in het bereik van 30°C-800°C is 0,4138E-06 1/K, wat aangeeft dat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het monster inderdaad small is in het uitlaatgastemperatuurbereik van de motor (α-Al2O3 keramiek heeft een thermische uitzettingscoëfficiënt van 8,03E-06 1/K in het bereik van 25°C tot 900°C). Het is vermeldenswaard dat vanwege de small thermische uitzettingscoëfficiënt van de monsters, zowel de monsterhouder als het proefstuk voor de tests gemaakt waren van gesmolten siliciumdioxide.
Warmtegeleidbaarheidstest
De testresultaten van LFA (afbeelding 5) zijn als volgt. LFA kan direct de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van het monster meten. De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van het monster kan worden verkregen door vermenigvuldiging van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid en de specifieke warmtecapaciteit. Het temperatuurbereik van de LFA-test is 25°C-800°C, het temperatuurinterval is 100 K en bij elk temperatuurpunt worden drie vlampunten getest. Uit de informatie in de tabel blijkt dat de resultaten voor de drie vlampunten bij hetzelfde temperatuurpunt zeer dicht bij elkaar liggen, wat aangeeft dat het instrument een goede testherhaalbaarheid heeft. Uit de onderstaande trendgrafiek blijkt dat zowel de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie als de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van het monster afnemen bij toenemende temperatuur.
Conclusie
In de industrie wordt cordieriet poreus keramiek op verschillende manieren bereid, zoals het stapelen van deeltjes, schuimen en extrusievormen. De eigenschappen van cordierietkeramiek verkregen door verschillende bereidingsmethoden en formuleringen hebben elk hun eigen voor- en nadelen.
In dit werk werd een cordierietmonster getest met STA-, DIL- en LFA-methoden om de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit, soortelijke warmte, thermische uitzettingseigenschappen en Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van het monster te karakteriseren.
NETZSCH heeft een volledig assortiment van thermische analyse en testapparatuur voor fysische eigenschappen en kan een volledig assortiment van thermische analyse en testoplossingen bieden voor cordieriet honingraatkeramiek en andere draagkeramiek voor uitlaatgaskatalysatoren.