Giriş
Otomobil egzoz gazı arıtma alanında, petek seramikler katalizör taşıyıcı olarak çok önemlidir. Katalizör taşıyıcıyı katalizörlerle (platin, rodyum, paladyum vb. gibi değerli metaller) birleştirerek, yani bir egzoz gazı katalitik arıtma cihazı oluşturarak ve egzoz emisyon sistemine monte ederek, egzoz gazındaki zararlı bileşenler (karbon monoksit CO, hidrokarbon HC, nitrojen oksitler NOx vb. gibi) aktive edilebilir ve kimyasal olarak reaksiyona sokulabilir ve zararsız karbon dioksit, su ve nitrojene dönüştürülebilir, böylece zararlı egzoz gazı ortadan kaldırılabilir.
İyi refrakterlik, düşük termal genleşme oranı ve diğer özellikleri nedeniyle, kordiyerit petek seramikler dizel, benzin ve doğal gaz için egzoz gazı arıtma cihazlarının temel bileşenleri haline gelir ve otomobiller için hem katalizör taşıyıcı hem de egzoz emisyon kanalı olarak hizmet eder.
Katalizör taşıyıcı olarak kordiyerit seramikler (Şekil 1) aşağıdaki avantajlara sahiptir:
- Bal peteği yapısı ve large spesifik yüzey alanı ile katalizör aktif maddelerinin bağlanmasına ve dağılmasına elverişlidir, bu da katalizörün aktivitesini büyük ölçüde artırır.
- İyi termal stabilite: Otomobil motorlarının egzoz sıcaklığı genellikle 250-800ºC arasında değişir, hatta 800ºC'den fazladır. Kordiyerit yüksek sıcaklıklar altında ayrışmaz veya faz değişimine uğramaz, bu da katalizörün aktivitesini ve hizmet ömrünü garanti eder.
- Termal genleşme katsayısı small'dir. Otomobil motoru sık sık çalışır ve durur; kordiyerit için düşük termal genleşme katsayısı, tekrarlanan hızlı soğutma ve hızlı ısıtma çalışma ortamında arıtma cihazının uzun vadede yırtılmasını önlemek için elverişlidir, bu da katalizörün etkisini ve egzoz boru hattının güvenliğini sağlamaya yardımcı olur.
- Kordiyerit seramikler düşük özgül ısı kapasitesine sahiptir. Motor soğuk çalıştırma sırasında daha fazla CO ve HC üretmeye eğilimlidir; taşıyıcı olarak kordiyerit, düşük özgül ısısı nedeniyle katalizörün çalışma sıcaklığına ulaşmasını ve katalitik rolü daha kısa sürede oynamasını sağlayabilir.
- Termal iletkenlik uygundur. Konteynerler, large kamyonlar ve diğer dizel araçların genellikle uzun mesafeler ve uzun süre seyahat etmesi gerekir, bu nedenle katalizör taşıyıcısının termal iletkenliği ve ısı yayma özellikleri çok önemlidir.
Ölçüm Koşulları
Bu uygulama örneğinde, bir kordiyerit numunesi STA 449 F3 Simultane Termal Analiz Cihazı kullanılarak Termal KararlılıkBir malzeme sıcaklığın etkisi altında ayrışmıyorsa termal olarak kararlıdır. Bir maddenin termal kararlılığını belirlemenin bir yolu TGA (termogravimetrik analizör) kullanmaktır. termal kararlılık ve özgül ısı kapasitesi açısından test edilmiştir. Bu numunenin termal genleşme katsayısı ve termal iletkenliği de DIL 402 Classic Termal Genleşme Cihazı ve LFA 467 HT HyperFlash Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.Termal İletkenlik Cihazı kullanılarak karakterize edilmiştir. Test sıcaklığı oda sıcaklığından motor egzoz sıcaklığı aralığı olan 800°C'ye kadardı.
Test Sonuçları ve Tartışma
Termal Stabilite ve Özgül Isı Testi
STA ölçümlerinin test sonuçları aşağıdaki gibidir. İlk olarak, termogravimetrik (TGA) eğrisinden (Şekil 2), numunenin test sıcaklığı aralığında ağırlık kaybına uğramadığı görülebilir.
DSC eğrisinden (şekil 3), test sıcaklığı aralığında belirgin bir absorpsiyon veya EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik tepe noktası sergilemediği, yani herhangi bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma veya faz değişimi meydana gelmediği görülebilir. Bu da numunenin motor egzoz sıcaklığı aralığında iyi bir termal kararlılığa sahip olduğunu göstermektedir. Test sırasında standart numune olarak safir kullanılmış ve numunenin özgül ısı kapasitesini oran yöntemiyle eş zamanlı olarak elde etmek mümkün olmuştur. Şekildeki sonuçlardan, numunenin özgül ısı kapasitesinin artan sıcaklıkla birlikte arttığı ve 50°C ve 800°C'deki özgül ısı kapasitesinin sırasıyla 0,729 J/(g*K) ve 0,969 J/(g*K) olduğu görülebilir. Geleneksel α-Al2O3 seramiklerle karşılaştırıldığında (50°C ve 800°C'de sırasıyla 0,823 J/(g*K) ve 1,237 J/(g*K) özgül ısı değerleri), bu numunenin özgül ısısı daha düşüktür. Özgül ısı testinin etkinliğini sağlamak için, test için Al2O3 astarlı 190-μl PtRh krozeler kullanılmıştır.
Termal Genleşme Testi Katsayısı
Dilatometre test sonuçları Şekil 4'te gösterilmektedir. Kordiyerit numunesinin oda sıcaklığından 800°C'ye kadar olan sıcaklık aralığında artan sıcaklıkla birlikte büzüldüğü ve ardından 233,6°C'lik bir tepe sıcaklığı ile genişlediği görülebilir. 30°C-233,8°C aralığındaki termal genleşme katsayısı (yani mühendislik genleşme katsayısı) -0,6316E-06 1/K'dir. 30°C-800°C aralığındaki termal genleşme katsayısı 0,4138E-06 1/K'dir; bu da numunenin termal genleşme katsayısının motor egzoz sıcaklığı aralığında gerçekten de small olduğunu göstermektedir (α-Al2O3 seramik 25°C ila 900°C aralığında 8,03E-06 1/K termal genleşme katsayısına sahiptir). Numunelerin ısıl genleşme katsayısı small nedeniyle, hem numune tutucunun hem de numunenin testler için erimiş silikadan yapıldığını belirtmek gerekir.
LFA test sonuçları (Şekil 5) aşağıdaki gibidir. LFA numunenin termal difüzivitesini doğrudan ölçebilir. Numunenin termal iletkenliği, Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite, YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk ve özgül ısı kapasitesinin çarpılmasıyla elde edilebilir. LFA testinin sıcaklık aralığı 25°C-800°C, sıcaklık aralığı 100 K'dir ve her sıcaklık noktasında üç parlama noktası test edilir. Tablodaki bilgilerden, aynı sıcaklık noktasındaki üç parlama noktası için sonuçların birbirine çok yakın olduğu görülebilir, bu da cihazın iyi bir test tekrarlanabilirliğine sahip olduğunu gösterir. Aşağıdaki eğilim grafiğinden, numunenin hem termal difüzivitesinin hem de termal iletkenliğinin artan sıcaklıkla azaldığı görülebilir.
Sonuç
Endüstride kordiyerit gözenekli seramikler partikül istifleme, köpürtme ve ekstrüzyon kalıplama gibi çeşitli yöntemlerle hazırlanmaktadır. Farklı hazırlama yöntemleri ve formülasyonlarla elde edilen kordiyerit seramiklerin özelliklerinin her birinin kendine özgü avantaj ve dezavantajları vardır.
Bu çalışmada, bir kordiyerit numunesi, numunenin termal kararlılığını, özgül ısısını, termal genleşme özelliklerini ve termal iletkenliğini karakterize etmek için STA, DIL ve LFA yöntemleri ile test edilmiştir.
NETZSCH kordierit petek seramikler ve diğer egzoz gazı katalizör taşıyıcı seramikler için eksiksiz bir termal analiz ve fiziksel özellik test ekipmanı yelpazesine sahiptir ve eksiksiz bir termal analiz ve test çözümleri yelpazesi sağlayabilir.