[发明专利]重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及蜂窝陶瓷过滤器技术领域，具体涉及一种重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器及其制备方法。

背景技术

近年来，随着机动车保有量的增加，机动车排放(尤其是柴油车的排放)废气中含有的大量微粒逐渐成为目前城市污染的主要来源，严重威胁到人类的生存环境。柴油车碳烟颗粒捕集器(DPF)系统是满足严格法规的必备后处理系统核心部件。

柴油车碳烟颗粒捕集器是以一个方向并列设置多个通孔，在废气的入口侧或者出口侧的任一端部用填充材料对设置的通孔进行封孔，使得进入通孔的废气必须经过隔离通孔的间隔壁后才能从其他通孔排出，用以隔离通孔的间隔壁发挥捕集废气中的碳烟颗粒从而达到净化废气的陶瓷过滤器。它能够从源头解决内燃机排出废气中大量的碳烟颗粒对环境以及人类的危害，从而改善人类的生活环境，成为了去除这些颗粒污染的主要技术手段，从而引起了社会的广泛关注。

目前用于柴油车碳烟颗粒捕集器的材料主要包括以堇青石、钛酸铝等为代表的氧化物材料和以重结晶碳化硅、氮化硅等为代表的非氧化物材料。钛酸铝柴油车碳烟颗粒捕集器由于高温稳定性差，因此使用较少；堇青石柴油车碳烟颗粒捕集器在应用过程中，其内部会留有很多的碳烟颗粒，当排放气体通过时发生燃烧，产生900℃高温、高热，而且堇青石的导热率低，由于热疲劳导致堇青石性能恶化，缺乏良好的可靠性。相比于钛酸铝柴油车碳烟颗粒捕集器和堇青石柴油车碳烟颗粒捕集器，重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器具有更优异的耐热、耐蚀性能和导热性能，其软化温度高达1600℃，具有较好的再生适应性，同时具有较高的机械性能，能够承受更加恶劣的再生环境而得到社会的青睐。

重结晶碳化硅主要是通过将不同粒度分布的高纯碳化硅细分组成的混合料在保护气氛(氩气)下经过2200℃以上的高温进行烧结。在烧结过程中相对细小的碳化硅颗粒通过蒸发-凝聚作用聚集在较大的碳化硅颗粒周围，致使碳化硅颗粒之间相互结合并逐渐长大的过程。其原理图如图1所示。目前重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器的生产工艺一般包括：粉体处理、配料、干混、捏合、练泥、挤出成型、干燥、堵孔、干燥、脱脂、烧成、拼接、干燥、围边、干燥等，各个工艺环节均会影响产品最终的性能。

现有制备重结晶碳化硅DPF的技术均采用不同颗粒级配的碳化硅粉末进行混料，同时添加适量的有机粘结剂、造孔剂、水以及少量的增塑剂和润滑剂等进一步进行捏合，将捏合好的泥段进行精炼、挤出，制备出生坯。随后将生坯在400～600℃下进行脱脂反应，去除生坯在真空烧结过程中因有机粘结剂、造孔剂、增塑剂以及润滑剂等添加剂碳化而产生的多余的碳源对最终产品性能的影响，最后将坯体在真空炉中进行高温烧结从而得到理想的产品。这种制备技术需要对生坯进行二次烧结，极大的增加了产品制备过程中的烧成成本。

发明内容

为此，本发明的目的之一是提供一种重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器，本发明的捕集器解决了由于有机添加剂引入的多余碳源对产品性能影响问题以及试样在烧制过程中由于前期生坯的脱脂反应导致试样需要进行两次烧结而引起的烧成成本高的问题。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重结晶碳化硅柴油车碳烟颗粒捕集器，其制备原料包含碳化硅粉末、有机粘结剂、造孔剂、硅溶胶和水，其中碳化硅粉末含有平均粒径15-50μm的α型碳化硅粉末和平均粒径0.1-5μm的β型碳化硅粉末。

为了解决重结晶碳化硅在烧制过程中由于有机添加剂引入的多余碳源对产品性能影响以及产品烧成成本高的缺点，本发明采用在配方中添加一定比例的硅溶胶，硅溶胶的加入不但可以提高试样制备过程中生坯的强度，同时使得有机添加剂引入的多余碳源与硅溶胶在烧制过程中进行碳热反应，原位合成碳化硅，并配合特定组成的碳化硅粉末使得可采用一次烧结工艺对制备的试样进行烧结并获得与进行脱脂反应同等性能的产品，减少了试样在400～600℃的脱脂反应过程，从而降低试样的制备成本。

作为优选，α型碳化硅粉末的平均粒径为20-30μm，优选为15μm，β型碳化硅粉末的平均粒径为0.3-0.5μm，优选为0.4μm。

作为优选，α型碳化硅粉末的质量含量为30-80％，β型碳化硅粉末的质量含量为20-70wt％。为了使制得产品的综合性能最佳，α型碳化硅粉末与β型碳化硅粉末的质量比优选为1:0.3-2，优选为1:0.4-1.5，进一步优选为1:1。