[发明专利]一种用于柴油机碳烟微粒过滤的过滤体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于柴油机碳烟微粒过滤的过滤体及其制备方法，特别涉及该种过滤体是以堇青石和碳化硅混合物为基体的多孔蜂窝工业陶瓷体。其以50％堇青石和50％碳化硅混合物作为主原材料，以造孔剂、粘接剂、润滑剂和去离子水等作为辅助材料，经球磨粉碎、均匀混合、真空炼泥形成塑性素坯，再经挤压成型、微波干燥、特殊的封孔工艺，最后经高温热处理得到成品。产品主要用于柴油机碳烟微粒的过滤净化。

背景技术

自上世纪70年代，随着全球石油资源短缺的加剧与CO₂减排压力的增加，国外出现车用动力柴油机化的态势。欧洲和日本率先实现了载货汽车和大型客车的柴油机化。目前，欧洲轿车年产量中40％已采用柴油发动机，在法国、西班牙等国家更高达50％以上。而目前中国柴油轿车用户所占的市场份额比例非常低，这种结构制约了中国汽车工业的进一步发展。国家有关部门在近几年出台的汽车相关政策中都提出大力推广现代柴油轿车。适度增加柴油轿车的比例，虽然和汽油机相比柴油机是一种环境友好的发动机，但是和装配了三效催化剂的汽油车相比，以氮氧化物(NOx)和碳烟颗粒物(PM)为特征的柴油车的尾气排放污染成为制约其推广应用的重要因素。特别是碳烟颗粒物(PM)是汽油车的几十倍。因此开发合格的用于柴油机碳烟颗粒过滤体成为必需，迄今为止，采用堇青石材料制得的过滤体在耐高温性和抗热震性尚不能满足实际应用，其在1400℃时会软化。而采用碳化硅材料因为其热膨胀系数太高造成工业生产困难。

中国发明专利CN1915520A报道了采用碳化硅作为主要原材料制备陶瓷微粒捕集装置的技术，但该技术是先制备小块滤芯，然后再粘接拼装烧制后得到成品，因此进行大规模生产具有较大的难度。

美国Corning公司发明的采用堇青石材料制得的壁流式蜂窝陶瓷，在发明的当时确实是一个具有里程碑性质的贡献，但是这种堇青石过滤体在使用过程中常出现烧熔或烧裂的现象，说明堇青石材料的耐高温性能尚不能满足实际应用的需求。

综上所述，柴油机碳烟微粒过滤体的大量推广使用需要解决两个方面的问题，一个方面是要能适合大规模工业生产的条件，另一个方面是要满足实际应用的技术指标。

发明内容

本发明旨在提供一种生产成本低，生产工艺环保，生产过程快捷，适应大规模工业生产条件，同时各种技术指标又能符合实际应用的壁流式碳烟微粒过滤体产品及其制备方法。采用堇青石和碳化硅混合物为基体制得多孔蜂窝过滤体，其以50％堇青石和50％碳化硅混合物作为主原材料，以造孔剂、粘接剂、润滑剂和去离子水等作为辅助材料，经球磨粉碎、均匀混合、真空炼泥形成塑性素坯，再经挤压成型、微波干燥、特殊的封孔工艺，最后经高温热处理得到成品。由于采用堇青石和碳化硅的混合物作为产品的主原材料，产品的物化性能大为提高，既解决了堇青石材料在耐高温性和抗热震性尚不能满足实际应用需求的问题，又解决了碳化硅材料热膨胀系数太高造成工业生产困难的问题。本发明的产品对柴油机碳烟微粒过滤率达到95％以上，可溶性有机成分(SOF)也能部分得到过滤，并可耐1500℃以上的高温，同时有效降低了材质的热膨胀系数，给工业生产带来很大便利，降低了工业生产成本。

技术方案

1.过滤体以50％堇青石和50％碳化硅混合物作为主原材料，以造孔剂、粘接剂、润滑剂和去离子水等作为辅助材料。

2.过滤体由下述重量份数的原料配比组成：堇青石和碳化硅1，活性炭粉(造孔剂)0.01～0.08，甲基纤维素(粘接剂)0.05～0.1，硅酸钠(粘接剂)0.02～0.04，石蜡(润滑剂)0.025～0.15，去离子水0.3～0.5。

3.过滤体产品的碳烟微粒过滤率≥95％，过滤面积≥95kg/L，孔隙率为75％，工作温度≥1500℃，热膨胀系数为1.2×10^-6。

4.过滤体的制备方法采用以下步骤：

(1)将一定配比的堇青石、碳化硅和活性炭等原料进行分别球磨，并分别筛分为200、300和400目。

(2)按权力要求2所述的重量配比加入甲基纤维素、硅酸钠、石蜡和去离子水，进行湿法球磨混合。

(3)放入真空炼泥机混炼2～3小时，形成塑性泥坯。

(4)放入挤压机，在模具的引导下形成64孔/平方厘米的蜂窝状陶瓷素坯。

(5)然后放入微波干燥箱烘干定型，再进行交叉封孔。

(6)移放到高温焙烧炉内，以6℃/分钟的升温速度加温到1510℃，保温50小时，然后自然冷却至100℃，出窑即得到所需的成品。

所述的堇青石自制；由硅、铝、镁组成