[发明专利]零膨胀多孔陶瓷及其应用和制备方法

说明书

本发明公开了零膨胀多孔陶瓷及其应用和制备方法，所述零膨胀多孔陶瓷包括碳酸钙粉体，以及主要由重量百分数为20％‑30％的氧化锆粉、20％‑30％的氧化钛粉、20％‑30％的氧化硅粉和10％‑40％的氧化钨粉组成的混合粉体，所述混合粉体占体积分数40％‑48％，碳酸钙粉体占体积分数52％‑60％。本发明多孔陶瓷具有良好的耐温性能，可以长时间使用在1200℃左右，且，在室温到高温期间膨胀系数接近于0，为零膨胀多孔陶瓷，具有零膨胀性能，即，在使用温度范围内，温度变化多孔陶瓷不明显发生体积膨胀或收缩，适用于用柴油车尾气处理净化系统中。

技术领域

本发明涉及零膨胀多孔陶瓷及其应用和制备方法，主要用于军用柴油车尾气处理净化系统中的柴油颗粒过滤器。

背景技术

柴油发动机的转速较低，相关零部件不易老化，零部件磨损也比汽油发动机少，寿命也相对要长，没有点火系统，辅助电器少，所以柴油发动机的故障率远低于汽油发动机。柴油车尾气是指柴油发动机燃烧柴油后喷出的尾气，尾气中含有上百种不同的化合物，这种气体排放物不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体健康，此外，大量未经充分燃烧而产生的烟雾颗粒，也给环境造成了很大的污染，世界卫生组织专家认定柴油发动机尾气与石棉、砒霜等物质一样，具有高度致癌性。

在国Ⅳ时代柴油机尾气后处理装置有2种主要升级方案，一类是通过使用选择性催化还原(SCR)技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理；一类是通过柴油颗粒过滤器(Diesel Particulate Filter，简称DPF)或柴油氧化催化器(DOC)，针对燃烧产生的微粒进行处理的EGR(废气再循环)技术。目前大众公认的降低柴油机烟雾的有效途径是采用DPF，国Ⅳ升级到国Ⅴ标准时，烟雾将是重点解决的问题，解决方式就是采用DPF。DPF由多孔壁流式陶瓷材料制成主体，并在主体上涂覆有贵金属涂层，分为封装、卡箍、载体、衬垫等四个部分，它的主要功能是捕集柴油车尾气中的碳烟颗粒以及其他颗粒物，以达到净化尾气的作用。DPF捕集的这些碳烟颗粒以主动或被动再生的方式，会在载体内部被燃烧掉，转变成少量灰分物质。这些灰分是一种不可燃烧的物质，主要构成是润滑油添加剂的化学成分，如钙、硫、锌及磷的化合物。

车辆在启动或停止工作，尾气的突然进入或停止，都会导致尾气系统经历剧烈温度变化，此外DPF再生过程中燃烧也会对DPF产生极大的破坏作用，破坏主要集中为剧烈温度变化过程中膨胀或收缩导致的多孔陶瓷的碎裂。普通柴油机因为排量较小导致尾气温度相对较低对DPF破坏作用较为缓慢，而军车因为柴油机排量较大，尾气温度相对较高。以往大型柴油军车的尾气是自然排放，这对环境产生了极大的危害，此外，即使想治理大型军用柴油车尾气也没有合适的尾气处理系统，这主要是因为大型军用柴油车的排量很大，尾气温度很高，普通柴油车的温度在550℃以下，而大型军用柴油车的尾气温度可达800℃左右，车辆启动过程中，高温尾气突然进入尾气处理系统中，对多孔陶瓷的热冲击损伤非常大，常规尾气系统短时间内就会因为剧烈膨胀导致多孔陶瓷碎裂而失效。即，较大温差作用下多孔陶瓷膨胀或收缩造成的破坏作用非常明显。

现在通常使用的堇青石陶瓷作为DPF，多孔堇青石陶瓷虽然室温压缩强度能达到10MPa，孔隙率能达到50％，但是其线膨胀系数为(1.1-1.8)×10^-6(20-100℃)，因此将堇青石陶瓷作为DPF的效果并不是特别理想。

发明内容

本发明为了克服上述的不足，提供了一种在使用温度范围内，温度变化几乎不会影响其膨胀或收缩的零膨胀多孔陶瓷，包括碳酸钙粉体，以及主要由重量百分数为20％-30％的氧化锆粉、20％-30％的氧化钛粉、20％-30％的氧化硅粉和10％-40％的氧化钨粉组成的混合粉体，所述混合粉体占体积分数40％-48％，碳酸钙粉体占体积分数52％-60％。本发明中碳酸钙的含量决定了最终陶瓷的孔隙率，碳酸钙含量太低则孔隙率低，碳酸钙太高时则压缩强度低。

本发明还提供了上述零膨胀多孔陶瓷的应用，其应用于军用柴油车尾气处理装置中来作为柴油颗粒过滤器的主体。

本发明还提供了零膨胀多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：