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碳化硅蜂窝陶瓷

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浏览: 发布日期:2018-07-14 11:25

碳化硅蜂窝陶瓷介绍

碳化硅蜂窝陶瓷以碳化硅粉和Al8B4C7为原料,采用挤压成型法精制而成,外观褐色呈正方体或长方体,具有渗透压高、几何表面大、 扩散距离短、有利于颗粒的计入和气体排出并缩小过滤体积等优点,在工业废气、机动车尾气及其他生活废气的过滤净化、冶金工业的热 交换和金属液的过滤、采矿业的有毒气体和液体的净化处理等方面有着广泛的应用。

碳化硅蜂窝陶瓷是近年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由最早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中,而且越来越广泛陶瓷蜂窝不仅具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数,而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中最佳的。

碳化硅蜂窝陶瓷

碳化硅蜂窝陶瓷用途

碳化硅蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷,其性能较好,优点较多,广泛用于汽车尾气净化催化剂的载体和高温燃烧的蓄热体,可将尾气中的HC、CO、NO等有害成份变成无害成份排出,广泛应用于柴油汽车、城市公共汽车、重型卡车、矿内作业车及叉车,是目前柴油发动机尾气净化系统的过滤和催化剂载体的最佳选择。也可以作为过滤材料、分离材料、隔热材料、吸收噪声、化工填料、生物陶瓷、化学传感器等。

碳化硅蜂窝陶瓷优缺点

优点:碳化硅蜂窝陶瓷不仅具有优良的常温力学性能,如优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗弯强度以及低的摩擦系数,而且高温力学性能是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料,其高温强度可一直维持到1600℃,是陶瓷材料中高温强度最好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中最好的。

缺点:碳化硅蜂窝陶瓷断裂韧性较低,即脆性较大,为此近几年以碳化硅蜂窝陶瓷为基的复相陶瓷,如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现,改善了单体材料的韧性和强度。碳化硅蜂窝陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。

与堇青石相比,SiC具有更优异的耐热、耐腐蚀性能和导热性能。其耐高温和导热系数远高于堇青石,机械强度也大幅度提高,能够承受更加恶劣的使用环境。而且SiC的孔隙结构可控,可以制备高孔隙率且孔径分布均匀的蜂窝陶瓷。蜂窝陶瓷内的温度场分布因其高孔隙率和强热扩散能力,更为均匀。在相同条件下,碳化硅蜂窝陶瓷内部的最大温度远低于堇青石,可确保良好的使用安全。近年来日本Ibiden和NGK公司开发的碳化硅蜂窝陶瓷已成功进入日本和欧洲市。?恢诙嗥?党?趟?捎,并取得了良好的实用效果。其凭借优良的导 热性能和耐高温、耐腐蚀性能,正逐渐代替堇青石,成为新一代的首选的蜂窝陶瓷材料,其市场前景日益广阔。但SiC材料面临一些问题,如热膨胀系数较大,容易在高温热冲击下开裂,而且在高温下SiC可能被氧化,产生白斑等。经过相关企业和研究学者在SiC材料烧结工艺和结构设计方面进行的不断努力,这些问题正日趋得到解决。

碳化硅蜂窝陶瓷的制备工艺

碳化硅蜂窝陶瓷的制备方法包括挤压成型法、热压铸成型及注浆成形法等,在实际生产中多采用挤压成型法和热压铸成型法两种。

1、挤压成型法

强力挤压可塑性泥料使其通过模具成型的方法即为挤压成型法。挤压成型使用强力挤压的挤压机,动力的来源为液压、压缩空气或机械加压.多用于特殊耐火材料的生产。特殊耐火材料用的原料大多属于瘠性料,不具有可塑性。在挤压成型前必须将其塑化,通常加入塑化剂或粘结剂使其成为可塑料。工业生产中常用糊精、工业糖浆、羧甲基纤维素、聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇等有机塑化剂。挤压机主要由机筒、机嘴和活塞组成。机筒用于盛放泥料。根据生产规模的不同,机筒下部逐渐缩小为漏斗型。机嘴是根据挤坯尺寸和形状预制的定型器,可与机筒配合、装卸,依靠推进机构的作用挤压泥料。由于机筒下部和机嘴直径逐渐缩。?钊?谕獠垦沽ψ饔孟伦魍平?贫,使泥料受到很大的挤压力,从机嘴挤出致密的坯体。挤压成型的优点是可以制造长度比截面大得多的制品,如各种截面的空心管或实心棒,长度则根据需要切取。生产效率较高,缺点是要求泥料具有较大的塑性,加入泥料中结合剂数量较多,从而增大制品的烧成收缩、降低制品的致密度。

工艺流程主要有以下几部分:原料称取→混合泥料→困料→挤压成形→干燥→碳化硅蜂窝陶瓷成品。

2、热压铸成型

热压铸成型又称热压注成型,是生产碳化硅蜂窝陶瓷的较为广泛的一种生产工艺,其需要在制备的陶瓷泥料中加入表面活性剂,如石蜡、油酸、硬脂酸和蜂蜡等,在恒定温度的下进行流体化配料。再用压缩空气将料浆压入模具中,在室温下有机物硬化后成形(有机物在高温烧结时被烧掉)。实践表明,这是目前比较常用、生产效率较高、质量较好的生产方法。为了增加低温强度,采用低温排蜡的工艺。

工艺流程:球磨无机混合料及融化的有机物→高温混合搅拌→降温→热压铸成型→烧成→吹风清理→检选加工→碳化硅蜂窝陶瓷成品。

烧成过程中,在升温时,升温速率要相对缓慢,以使低温排蜡过程时,其中的有机物充分排出,同时要保证窑内温度的均匀性,以防有机物排除过快及温度不均匀而产生的开裂现象。

3、注浆成型法

注浆成型法是基于多孔石膏模具能够吸收水分的物理特性,将陶瓷粉料配成具有流动性的泥浆,然后注入多孔模具内(主要为石膏模),水分在被模具(石膏)吸入后便形成了具有一定厚度的均匀泥层,脱水干燥过程中同时形成具有一定强度的坯体的方法。

工艺过程:制备坯料泥浆→注入模具→静置→倒出多余泥浆→再次静置使泥层与模具脱离→毛坯→干燥→碳化硅蜂窝陶瓷成品。

注浆成型的优点为适用性强,不需复杂的机械设备,只要简单的石膏模就可成型;其能制出任意复杂外形和大型薄壁注件;成型技术容易掌握,生产成本低且坯体结构均匀。但存在劳动强度大,操作工序多,生产效率低,且注件含水量高,密度。?账醮,烧成时容易变形的缺点。

碳化硅蜂窝陶瓷的应用

碳化硅蜂窝陶瓷因其优异的物理化学性能、抗热冲击性、导热系数高及机械性能优良,在催化剂载体、蜂窝陶瓷蓄热体、工业烟气处理及耐火窑具等方面均有十分广泛的应用。

1、汽车尾气净化用催化剂载体

随着国民经济的高速发展,汽车拥有量的增长所带来的环境污染日益严重。对国内外大城市大气质量的测试结果表明,汽车尾气是空气污染的主要污染源。为了解决这一问题,目前世界各国都趋向于使用涂覆有催化剂粉末的碳化硅蜂窝陶瓷。碳化硅蜂窝陶瓷由于其比表面积大,本身具有催化功能。而涂覆特定的催化剂后,可实现对尾气的选择性催化,大幅度地提高通过其孔道流体的反应速率和转换效率。因此目前人们一致认为用碳化硅蜂窝陶瓷制造的汽车净化器是控制汽车尾气排放的最有效的方法。

2、蜂窝陶瓷蓄热体

碳化硅蜂窝陶瓷蓄热体具有耐高温、热震稳定性好、抗腐蚀、强度高、导热性能好及蓄热量大等显著优点,节能效果和使用寿命大大提高。

碳化硅蜂窝陶瓷应用领域

3、工业废气处理

随着工业的发展,大气污染也越来越严重。为了控制工业废气对大气的污染,人们开发了多种净化技术。碳化硅蜂窝陶瓷因其性能优良已被广泛用于烟道气中NO、SO2的排除处理。碳化硅蜂窝陶瓷的孔道结构为解决这种问题提供了一种成本低而又非常有效的方法。它的优点还包括:避免发生火灾及熔融硫储存和处理过程发生爆炸的潜在危险、节省能源消耗等。这种工艺方法将产生巨大的经济效益,减少环境污染。

4、耐火窑具

碳化硅蜂窝陶瓷窑具的质量比传统窑具轻,热量传递迅速,可实现快速烧成,用它垫烧铁氧体或其他电子陶瓷时,有利于提高产品的性能。

碳化硅蜂窝陶瓷型号尺寸

型号尺寸 孔数 外壁厚(mm) 壁厚(mm) 孔宽(mm) 比表面积(m2/m3) 孔隙率(%) 堆比重(kg/m3) 平均单重(kg)
150×150×300 10×10 2.7 2.1 12.57 253 71 500 3.35
150×150×300 13×13 2.0 1.7 9.67 319 71 596 4.0
150×150×300 15×15 2.4 2.0 7.82 343 62 685 1.6
150×150×300 25×25 1.2 1.0 4.95 579 69 685 4.6
150×150×300 32×32 1.1 0.8 3.85 730 68 730 4.9
150×150×300 40×40 0.95 0.7 3.02 889 65 745 5.0
100×100×150 43×43 0.95 0.7 2.77 938 63 745 5.0
100×100×150 50×50 0.9 0.6 2.38 1087 63 805 5.4
150×150×300 60×60 0.8 0.55 1.93 1268 60 864 5.8
100×100×150 26×26 0.9 0.7 3.11 886 66 806 1.2
100×100×150 33×33 0.8 0.6 2.4 1093 64 873 1.3

碳化硅蜂窝陶瓷物理性能

参数 单位 数值
毛比重 g/cm3 2.0-2.48
线膨胀系数(20-1000℃) 10-6/K 4.9-7.0
热容 J/(kg.K) 850-1100
导热性 W/(m.K) 1.8-2.8
软化温度 1400
最大操作温度 1350
抗酸性 % 95
抗冲击性 室温-327℃/次 3次/水冷
吸水率 % 17-22

碳化硅蜂窝陶瓷化学性能

成分 数值(%)
SiO2 25-29
Al2O3 62-67
MgO 2-4
Fe2O3 <1.2
TiO2 <3.0
K2O+Na2O +CaO <2.5

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