Inledning
Inom området för rening av bilavgaser är bikakekeramik mycket viktigt som katalysatorbärare. Genom att kombinera katalysatorbäraren med katalysatorer (t.ex. ädelmetaller som platina, rodium, palladium etc.), dvs. skapa en katalytisk avgasreningsanordning och montera den på avgassystemet, kan de skadliga komponenterna i avgaserna (t.ex. kolmonoxid CO, kolväte HC, kväveoxider NOx etc.) aktiveras och reagera kemiskt och omvandlas till ofarlig koldioxid, vatten och kväve, vilket eliminerar de skadliga avgaserna.
På grund av sin goda eldfasthet, låga termiska expansionshastighet och andra egenskaper blir cordierit honungskakskeramik kärnkomponenter i avgasreningsanordningar för diesel, bensin och naturgas, som fungerar som både katalysatorbäraren och avgasutsläppskanalen för bilar.
Cordierite-keramik (figur 1) som katalysatorbärare har följande fördelar:
- Med en bikakestruktur och large specifik yta, är de gynnsamma för fastsättning och spridning av katalysatoraktiva ämnen, vilket avsevärt förbättrar katalysatorns aktivitet.
- God Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet: Avgastemperaturen för bilmotorer varierar i allmänhet från 250-800ºC, eller till och med mer än 800ºC. Cordierite sönderdelas inte eller genomgår fasförändring under höga temperaturer, vilket säkerställer katalysatorns aktivitet och livslängd.
- Den termiska expansionskoefficienten är small. Bilmotorn startar och stannar ofta; den låga värmeutvidgningskoefficienten för cordierit är gynnsam för att förhindra att reningsanordningen brister på lång sikt i en upprepad snabbkylning och snabbuppvärmning av arbetsmiljön, vilket hjälper till att säkerställa katalysatorns effekt och avgasledningens säkerhet.
- Cordierite-keramik har låg Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet. Motorn är benägen att producera mer CO och HC under en kallstart; cordierit som bärare kan få katalysatorn att nå arbetstemperaturen och spela den katalytiska rollen på kortare tid på grund av dess lägre specifika värme.
- Den termiska ledningsförmågan är lämplig. Containrar, large lastbilar och andra dieselfordon behöver ofta färdas långa sträckor och under lång tid, så katalysatorbärarens Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och värmeavledningsegenskaper är mycket viktiga.
Mätförhållanden
I detta applikationsexempel testades ett cordieritprov med avseende på Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet och Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet med hjälp av STA 449 F3 Simultaneous Thermal Analyzer. Provets värmeutvidgningskoefficient och Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga karakteriserades också med hjälp av DIL 402 Classic Thermal Expansion Instrument och LFA 467 HT HyperFlash Thermal Conductivity Instrument. Testtemperaturen var från rumstemperatur till 800°C, vilket är temperaturintervallet för motoravgaser.
Testresultat och diskussion
Test av Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet och specifik värme
Testresultaten av STA-mätningarna är följande. För det första kan man från den termogravimetriska (TGA) kurvan (figur 2) se att provet inte genomgår någon viktminskning inom testtemperaturområdet.
Av DSC-kurvan (figur 3) framgår att den inte uppvisar några uppenbara absorptions- eller exotermiska toppar inom testtemperaturområdet, dvs. ingen nedbrytning eller fasförändring sker. Detta tyder på att provet har god Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet i temperaturområdet för motoravgaser. Under testet användes safir som standardprov, och det var möjligt att samtidigt erhålla provets specifika värmekapacitet med kvotmetoden. Av resultaten i figuren framgår att provets specifika värmekapacitet ökar med stigande temperatur och att den specifika värmekapaciteten vid 50°C och 800°C är 0,729 J/(g*K) respektive 0,969 J/(g*K). Jämfört med den konventionella α-Al2O3-keramiken (specifika värmevärden på 0,823 J/(g*K) och 1,237 J/(g*K) vid 50°C respektive 800°C) är den specifika värmen för detta prov lägre. För att säkerställa effektiviteten i testet av specifik värme användes 190-μl PtRh-deglar med Al2O3-foder för testet.
Test av koefficienten för termisk expansion
Resultaten från dilatometertestet visas i figur 4. Man kan se att cordieritprovet krymper och sedan expanderar med ökande temperatur i temperaturområdet från rumstemperatur till 800°C, med en topptemperatur på 233,6°C. Den termiska expansionskoefficienten (d.v.s. den tekniska expansionskoefficienten) i intervallet 30°C-233,8°C är -0,6316E-06 1/K. Den termiska expansionskoefficienten i intervallet 30°C-800°C är 0,4138E-06 1/K, vilket indikerar att provets termiska expansionskoefficient verkligen är small i temperaturområdet för motoravgaser (α-Al2O3-keramik har en termisk expansionskoefficient på 8,03E-06 1/K i intervallet 25°C-900°C). Det är värt att nämna att på grund av small värmeutvidgningskoefficienten för proverna tillverkades både provhållaren och provkroppen av smält kiseldioxid för testerna.
Resultaten av LFA-testet (figur 5) är följande. LFA kan direkt mäta provets värmediffusivitet. Provets Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga kan erhållas genom att multiplicera den termiska diffusiviteten, densiteten och den specifika värmekapaciteten. Temperaturområdet för LFA-testet är 25 ° C-800 ° C, temperaturintervallet är 100 K och tre flampunkter testas vid varje temperaturpunkt. Av informationen i tabellen framgår att resultaten för de tre flampunkterna vid samma temperaturpunkt ligger mycket nära varandra, vilket tyder på att instrumentet har god testrepeterbarhet. Av trenddiagrammet nedan framgår att både provets värmediffusivitet och Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga minskar med ökande temperatur.
Slutsats
I industrin framställs porös cordieritkeramik med olika metoder såsom partikelstapling, skumning och extruderingsgjutning. Egenskaperna hos cordieritkeramik som erhålls genom olika beredningsmetoder och formuleringar har var och en sina egna fördelar och nackdelar.
I detta arbete testades ett cordieritprov med hjälp av STA, DIL och LFA-metoder för att karakterisera provets termiska stabilitet, specifika värme, termiska expansionsegenskaper och Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga.
NETZSCH har ett komplett utbud av utrustning för termisk analys och testning av fysiska egenskaper och kan tillhandahålla ett komplett utbud av termisk analys och testlösningar för cordierit bikakekeramik och annan keramik för katalysatorer för avgaser.