柴油车尾气净化用碳化硅蜂窝陶瓷的制备与性能研究

摘要

随着经济的不断发展，人均汽车保有量也不断增加，燃油消耗低、动力性强的柴油机逐渐有代替汽油机作为车用主要动力装置的趋势。目前，广泛用于柴油尾气净化用催化剂载体的堇青石蜂窝陶瓷因其热导率低、烧成的范围窄、及催化剂无法稳定地附着在蜂窝陶瓷内壁而导致其对柴油尾气的催化净化效果不佳的缺陷，限制了其推广应用。碳化硅蜂窝陶瓷优良的常温力学性能及在陶瓷材料中最佳的高温力学性能，使其在作为柴油尾气净化用催化剂载体方面具有不可替代的研究价值。针对SiC难以烧结的问题，将Al4SiC4作为制备重结晶SiC蜂窝陶瓷的烧结助剂，探明Al4SiC4对SiC重结晶过程中的晶型转变的作用机制亦有十分重要的研究意义。
　　课题以不同粒度的SiC微粉为主要原料，采用挤压成型的方式制备了SiC蜂窝陶瓷，研究了添加0.5wt％的α-Al2O3和4wt％的Al4SiC4、SiC蜂窝陶瓷成分的优化及热处理制度对SiC蜂窝陶瓷微观结构与性能的影响，并对SiC蜂窝陶瓷热处理过程中SiC细颗粒的重结晶过程和SiC粗颗粒的晶型转变过程及Al4SiC4对这两种反应过程的影响机理做出了较为详尽的叙述。得到如下结论:
　　(1)对比添加0.5wt％的α-Al2O3的SiC蜂窝陶瓷，添加Al4SiC4的SiC蜂窝陶瓷中4H-SiC的相对强度较高，呈现出良好的骨架结构，孔径集中，并具有更大的耐压强度。
　　(2)当Al4SiC4加入量为4wt％时，SiC蜂窝陶瓷呈现出良好的骨架结构，孔径集中，并具有最大的耐压强度。继续增加Al4SiC4加入量，SiC蜂窝陶瓷的蜂窝结构出现了一定程度的变形。Al4SiC4分解出的Al不仅通过与Si接触形成Al-Si小液滴加速SiC细颗粒的重结晶，而且能够固溶到SiC晶体中形成Al-SiC固溶体促进SiC粗颗粒的晶型转变。
　　(3)热处理制度对SiC蜂窝陶瓷中SiC晶粒的生长及骨架结构的形成有较大的影响。当保温时间为1h时，SiC蜂窝陶瓷的晶粒生长完全，呈现出良好的骨架结构，孔径集中，并具有更大的耐压强度。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 碳化硅蜂窝陶瓷

1．2．1 碳化硅材料及其晶体结构

1．2．2 碳化硅蜂窝陶瓷

1．3 碳化硅蜂窝陶瓷的制备及应用

1．3．1 热压铸成型

1．3．2 注浆成型法

1．3．3 挤压成型法

1．3．4 碳化硅蜂窝陶瓷的应用

1．4 碳化硅陶瓷的烧结及其烧结助剂

1．4．1 重结晶烧结碳化硅

1．4．2 碳化硅陶瓷的烧结助剂

1．5 论文的主要研究内容

2．1 实验原料

2．2 实验流程

2．3 热处理设备

2．4 结构与性能表征检测设备

第三章 α-Al2O3和Al4SiC4对SiC蜂窝陶瓷微观结构与性能的影响机理

3．1 引言

3．2 物相组成分析

3．3 微观形貌分析

3．4 孔径分布分析

3．5 耐压强度分析

3．6 热膨胀系数分析

3．7 SiC的重结晶过程分析

3．8 本章小结

第四章 SiC蜂窝陶瓷成分的优化对其微观结构与性能的作用

4．1 引言

4．2 物相组成分析

4．3 微观形貌分析

4．4 孔径分布分析

4．5 耐压强度分析

4．6 热膨胀系数分析

4．7 Al4SiC4对SiC晶型转变和晶粒生长的作用机理

4．8 本章小结

第五章 热处理制度对SiC蜂窝陶瓷微观结构与性能的影响

5．1 引言

5．2 物相组成分析

5．3 微观形貌分析

5．4 孔径分布分析

5．5 耐压强度分析

5．6 热膨胀系数分析

5．7 保温时间对SiC重结晶的影响机理

5．8 本章小结

第六章 全文结论

参考文献

致谢

附录