多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备研究

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蜂窝陶瓷是由许多平行贯通的孔道组成的陶瓷,因其耐冲击,重量轻等特点,多用于作为汽车尾气催化剂载体上。目前,陶瓷载体多采用堇青石为基体,主要利用堇青石蜂窝陶瓷孔壁薄,热膨胀系数小的特点,但是由于堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄,热导率低,负载的催化剂易脱落而导致催化失效,也限制了其推广应用。碳化硅蜂窝陶瓷由于其高耐磨、高耐腐蚀、高导热系数、热稳定性好等特点,在作为催化剂载体方面具有不可替代的研究价值。本文在回顾了碳化硅多孔陶瓷和蜂窝陶瓷载体研究现状的基础上,系统开展了多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备研究,通过添加造孔剂、无压烧结及挤出成型技术等制备技术研究,实现蜂窝陶瓷壁上再造孔,最终制备出高孔隙率的多孔碳化硅蜂窝陶瓷,分析了多孔蜂窝陶瓷的烧结性能、力学性能、显微结构、物相组成及孔结构特性,为多孔碳化硅蜂窝陶瓷的应用奠定了重要基础。主要研究内容及结论如下:(1)添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷以竹炭/硅溶胶、淀粉和氧化铁为造孔剂,采用无压烧结技术,制备多孔碳化硅陶瓷,研究表明:竹炭/硅溶胶为造孔剂时,多孔碳化硅陶瓷的相对密度随着造孔剂含量的增加而降低,线收缩率和失重率呈上升趋势,而抗弯强度则相反,陶瓷断面孔洞逐渐增加;淀粉为造孔剂时,多孔陶瓷的密度规律与前者相似,线收缩率先上升后降低然后又上升,失重率上升而强度下降;氧化铁为造孔剂时,多孔陶瓷的密度随着造孔剂含量上升而下降,线收缩率降低,失重率增加,抗弯强度的变化与造孔剂含量有关,孔洞多为通孔结构。造孔剂的加入均没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。(2)挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备采用挤出成型技术,改变不同含水量,制备了表面光滑的碳化硅蜂窝陶瓷坯体,并借助无压烧结技术,制备了蜂窝碳化硅陶瓷。研究表明,碳化硅蜂窝陶瓷的相对密度随含水量上升,先上升后下降,线收缩率和失重率则先下降后上升抗弯强度则是先升高后降低,其值均在10MPa以上,添加剂不影响蜂窝陶瓷的物相组成。(3)添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷以淀粉、氧化铁为造孔剂,采用挤出成型和无压烧结技术,制备了多孔碳化硅蜂窝陶瓷。研究表明,随造孔剂含量上升,多孔碳化硅蜂窝陶瓷的相对密度逐渐下降,线收缩率降低,失重率上升,抗弯强度降低,强度值均在8MPa以上;孔洞多为圆球形闭孔结构,总孔体积上升,孔径增大。以氧化铁为造孔剂时,烧结和力学性能与淀粉的规律相似,但孔洞大多为通孔结构,孔径分布0.2~0.9μm之间。
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