Wprowadzenie
W dziedzinie oczyszczania spalin samochodowych ceramika o strukturze plastra miodu odgrywa bardzo ważną rolę jako nośnik katalizatora. Łącząc nośnik katalizatora z katalizatorami (takimi jak metale szlachetne, takie jak platyna, rod, pallad itp.), tj. tworząc urządzenie do katalitycznego oczyszczania spalin i montując je w układzie emisji spalin, szkodliwe składniki spalin (takie jak tlenek węgla CO, węglowodory HC, tlenki azotu NOx itp.) mogą być aktywowane i poddawane reakcji chemicznej oraz przekształcane w nieszkodliwy dwutlenek węgla, wodę i azot, eliminując w ten sposób szkodliwe spaliny.
Ze względu na dobrą ogniotrwałość, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i inne właściwości, ceramika kordierytowa o strukturze plastra miodu staje się podstawowym elementem urządzeń do oczyszczania spalin dla oleju napędowego, benzyny i gazu ziemnego, służąc zarówno jako nośnik katalizatora, jak i kanał emisji spalin dla samochodów.
Ceramika kordierytowa (rysunek 1) jako nośnik katalizatora ma następujące zalety:
- Dzięki strukturze plastra miodu i powierzchni właściwej large sprzyjają przyłączaniu i dyspersji substancji aktywnych katalizatora, co znacznie poprawia jego aktywność.
- Dobra Stabilność termicznaMateriał jest stabilny termicznie, jeśli nie ulega rozkładowi pod wpływem temperatury. Jednym ze sposobów określenia stabilności termicznej substancji jest użycie analizatora termograwimetrycznego (TGA). stabilność termiczna: Temperatura spalin silników samochodowych zazwyczaj waha się w zakresie 250-800ºC, a nawet ponad 800ºC. Kordieryt nie ulega rozkładowi ani przemianie fazowej w wysokich temperaturach, co zapewnia aktywność i żywotność katalizatora.
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi small. Silnik samochodowy często uruchamia się i zatrzymuje; niski współczynnik rozszerzalności cieplnej kordierytu sprzyja zapobieganiu pękaniu urządzenia oczyszczającego przez długi czas w powtarzającym się środowisku pracy z szybkim chłodzeniem i szybkim nagrzewaniem, co pomaga zapewnić działanie katalizatora i bezpieczeństwo rurociągu wydechowego.
- Ceramika kordierytowa charakteryzuje się niską pojemnością cieplną właściwą. Silnik jest podatny na wytwarzanie większej ilości CO i HC podczas zimnego rozruchu; kordieryt jako nośnik może sprawić, że katalizator osiągnie temperaturę roboczą i odegra rolę katalityczną w krótszym czasie ze względu na niższe ciepło właściwe.
- Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna jest odpowiednia. Kontenery, ciężarówki large i inne pojazdy z silnikami wysokoprężnymi często muszą podróżować na duże odległości i przez długi czas, więc Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna i właściwości rozpraszania ciepła nośnika katalizatora są bardzo ważne.
Warunki pomiaru
W tym przykładzie zastosowania próbka kordierytu została przetestowana pod kątem stabilności termicznej i pojemności cieplnej właściwej za pomocą symultanicznego analizatora termicznego STA 449 F3 . Współczynnik rozszerzalności cieplnej i Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna tej próbki zostały również scharakteryzowane za pomocą przyrządu do pomiaru rozszerzalności cieplnej DIL 402 Classic i przyrządu do pomiaru przewodności cieplnej LFA 467 HT HyperFlash. Temperatura testowa wynosiła od temperatury pokojowej do 800°C, czyli zakresu temperatury spalin silnika.
Wyniki testów i dyskusja
Test stabilności termicznej i ciepła właściwego
Wyniki pomiarów STA są następujące. Po pierwsze, z krzywej termograwimetrycznej (TGA) (rysunek 2) wynika, że próbka nie traci na wadze w badanym zakresie temperatur.
Na podstawie krzywej DSC (rysunek 3) można zauważyć, że nie wykazuje ona wyraźnych pików absorpcyjnych lub egzotermicznych w badanym zakresie temperatur, tj. nie zachodzi Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład ani przemiana fazowa. Wskazuje to, że próbka charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną w zakresie temperatur spalin silnika. Podczas testu szafir został użyty jako próbka standardowa i możliwe było jednoczesne uzyskanie pojemności cieplnej właściwej próbki metodą stosunku. Na podstawie wyników przedstawionych na rysunku można zauważyć, że Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki. pojemność cieplna właściwa próbki wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, a Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki. pojemność cieplna właściwa w temperaturze 50°C i 800°C wynosi odpowiednio 0,729 J/(g*K) i 0,969 J/(g*K). W porównaniu z konwencjonalną ceramiką α-Al2O3 (wartości ciepła właściwego 0,823 J/(g*K) i 1,237 J/(g*K) odpowiednio w 50°C i 800°C), ciepło właściwe tej próbki jest niższe. Aby zapewnić skuteczność testu ciepła właściwego, do testu użyto 190-μl tygli PtRh z wkładką Al2O3.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej
Wyniki testu dylatometrycznego pokazano na rysunku 4. Można zauważyć, że próbka kordierytu kurczy się, a następnie rozszerza wraz ze wzrostem temperatury w zakresie temperatur od temperatury pokojowej do 800°C, z temperaturą szczytową 233,6°C. Współczynnik rozszerzalności cieplnej (tj. inżynierski współczynnik rozszerzalności) w zakresie 30°C-233,8°C wynosi -0,6316E-06 1/K. Współczynnik rozszerzalności cieplnej w zakresie 30°C-800°C wynosi 0,4138E-06 1/K, co wskazuje, że współczynnik rozszerzalności cieplnej próbki rzeczywiście wynosi small w zakresie temperatur spalin silnika (ceramika α-Al2O3 ma współczynnik rozszerzalności cieplnej 8,03E-06 1/K w zakresie od 25°C do 900°C). Warto wspomnieć, że ze względu na współczynnik rozszerzalności cieplnej próbek small, zarówno uchwyt próbki, jak i próbka zostały wykonane ze stopionej krzemionki do testów.
Test przewodności cieplnej
Wyniki testu LFA (rysunek 5) są następujące. LFA może bezpośrednio zmierzyć dyfuzyjność cieplną próbki. Przewodność cieplną próbki można uzyskać poprzez pomnożenie dyfuzyjności cieplnej, gęstości i pojemności cieplnej właściwej. Zakres temperatur testu LFA wynosi 25°C-800°C, przedział temperatury wynosi 100 K, a w każdym punkcie temperatury testowane są trzy punkty zapłonu. Na podstawie informacji w tabeli można zauważyć, że wyniki dla trzech punktów zapłonu w tym samym punkcie temperatury są bardzo zbliżone do siebie, co wskazuje, że przyrząd ma dobrą powtarzalność testu. Z poniższego wykresu trendu widać, że zarówno dyfuzyjność cieplna, jak i Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna próbki zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury.
Wnioski
W przemyśle porowata ceramika kordierytowa jest przygotowywana różnymi metodami, takimi jak układanie cząstek, spienianie i wytłaczanie. Właściwości ceramiki kordierytowej uzyskanej różnymi metodami przygotowania i recepturami mają swoje zalety i wady.
W niniejszej pracy próbka kordierytu została przebadana metodami STA, DIL i LFA w celu scharakteryzowania stabilności termicznej, ciepła właściwego, rozszerzalności cieplnej i przewodności cieplnej próbki.
NETZSCH kordieryt posiada pełną gamę urządzeń do analizy termicznej i testowania właściwości fizycznych i może zapewnić pełną gamę rozwiązań do analizy termicznej i testowania kordierytowej ceramiki o strukturze plastra miodu i innej ceramiki nośnej katalizatora spalin.