多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备研究

发布时间：2017-03-21 04:02

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【摘要】：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。
【关键词】：碳化硅 陶瓷 多孔 蜂窝 催化剂载体
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 引言12-14
• 第二章 文献综述14-22
• 2.1 多孔陶瓷材料研究现状14-16
• 2.2 蜂窝材料研究现状16-19
• 2.2.1 金属载体16-17
• 2.2.2 蜂窝陶瓷载体研究现状17
• 2.2.3 蜂窝陶瓷成型工艺17-18
• 2.2.4 蜂窝陶瓷的用途18-19
• 2.3 立题依据与主要研究内容19-22
• 2.3.1 立题依据19-21
• 2.3.2 研究思路与内容21-22
• 第三章 实验内容和研究方法22-28
• 3.1 实验原料22
• 3.2 实验过程22-24
• 3.2.1 竹炭和硅溶胶复合造孔剂制备22-23
• 3.2.2 添加造孔剂的多孔碳化硅陶瓷制备23
• 3.2.3 挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备23-24
• 3.2.4 多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备24
• 3.3 测试及表征方法24-28
• 3.3.1 素坯/烧结体密度测定24-25
• 3.3.2 烧结体线收缩率测定25
• 3.3.3 烧结体失重率测定25
• 3.3.4 力学性能测试25
• 3.3.5 物相分析25-26
• 3.3.6 显微结构分析26
• 3.3.7 压汞分析26-28
• 第四章 添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷28-52
• 4.1 竹炭和硅溶胶为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备28-36
• 4.1.1 引言28
• 4.1.2 配方设计及烧结工艺28-29
• 4.1.3 烧结性能和力学性能29-32
• 4.1.4 微观形貌分析32-34
• 4.1.5 物相组成分析34-36
• 4.2 淀粉为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备36-43
• 4.2.1 引言36
• 4.2.2 配方设计及烧结工艺36
• 4.2.3 烧结性能和力学性能36-39
• 4.2.4 微观形貌分析39-42
• 4.2.5 物相组成分析42-43
• 4.3 氧化铁为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备43-50
• 4.3.1 引言43-44
• 4.3.2 配方设计及烧结工艺44
• 4.3.3 烧结性能和力学性能44-47
• 4.3.4 微观形貌分析47-48
• 4.3.5 物相组成分析48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备52-64
• 5.1 蜂窝陶瓷作为载体的特点52
• 5.2 挤出成型工艺研究52-56
• 5.2.1 挤出成型工艺52-54
• 5.2.2 陶瓷塑化剂54-55
• 5.2.3 挤出成型配方选取55-56
• 5.3 蜂窝陶瓷的干燥和烧成工艺56-57
• 5.3.1 生坯的水分与干燥的关系56
• 5.3.2 烧成工艺56-57
• 5.4 不同含水量碳化硅蜂窝陶瓷的研究57-63
• 5.4.1 烧结性能和力学性能分析57-60
• 5.4.2 微观形貌分析60-61
• 5.4.3 物相组成分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷64-84
• 6.1 前言64-65
• 6.2 实验流程图65-66
• 6.3 淀粉为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备66-73
• 6.3.1 配方设计和烧结工艺66
• 6.3.2 烧结性能和力学性能分析66-69
• 6.3.3 微观形貌分析69-70
• 6.3.4 物相组成分析70-71
• 6.3.5 压汞分析71-73
• 6.4 氧化铁为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备73-81
• 6.4.1 配方设计和烧结工艺73
• 6.4.2 烧结性能和力学性能分析73-76
• 6.4.3 微观形貌分析76-77
• 6.4.4 物相组成分析77-79
• 6.4.5 压汞分析79-81
• 6.5 本章小结81-84
• 第七章 全文总结84-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 个人简历92-94
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利94

【参考文献】

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1 李艳丽;新型蜂窝陶瓷的制备与性能研究[D];华中科技大学;2007年

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