蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器技术

本发明专利技术涉及一种蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器。所述蜂窝结构体其孔隙率大于等于36％，孔隙分为通透孔和孤立孔，其中通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上。所述制备方法包括以下步骤：将各原料混合，所得混合物料进行捏合、练泥、陈腐、挤出、干燥得到隔室单元条，将所述隔室单元条进行脱脂、烧结后，再进行1250

【技术实现步骤摘要】
蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器


[0001]本专利技术涉及颗粒捕集器领域，尤其涉及一种蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器。

技术介绍

[0002]作为用于捕集除去汽油、柴油发动机尾气等含尘流体中粒子状物质的过滤器、或者用于负载对尾气中有害物质进行净化的催化剂成分的催化剂载体，广泛使用多孔质的蜂窝结构体。另外，这样的蜂窝结构体作用于汽车发动机时，需要经常面对高温环境，而使用堇青石、氧化物、金属硅粉等粘结剂将碳化硅粒子(SiC粒子)等骨料粘结而得到的具备多个细孔的多孔质材料具有耐热冲击性等优异特性。使用这些多孔质材料，形成具有由隔壁区划形成的多个隔室的蜂窝结构体，可以应用在内燃机颗粒捕集器(GPF、DPF)上，进而通过隔室壁过滤尾气中的固体颗粒物，使其达到排放标准。
[0003]颗粒捕集器需要满足高捕集效率、低背压、高机械强度、高耐久性等特征，具体地，颗粒捕集器需要满足高捕集效率，达到尾气规定排放标准；也要降低尾气通过压降，节省发动机油耗；同时颗粒捕集器又要满足应对复杂的路况和车况，所以要具备优异的机械强度和耐久性。但是高捕集效率和低背压要求产品具备高孔隙率的特征，而高机械强度和高耐久性又要求产品具有低孔隙率和高产品密度。
[0004]当前的工艺及产品大都只是调控孔隙率，来试图寻找两者之间的平衡性，但是随着环保要求越来越高，这种调节手段越来越不能同时满足孔隙率和耐久性的要求。
[0005]中国专利CN 110759746 A采用了添加纤维状造孔剂将孤立孔贯穿为通透孔，以降低颗粒捕集器背压特性，但是添加纤维状造孔剂会造成孔径分布的变化，影响捕集效率，并且需要额外控制造孔剂的粒度一致性和混料一致性，增加生产工艺的成本和技术难度。
[0006]因此，本领域亟需开发一种同时兼顾机械强度与背压特性的产品，并且兼顾生产工艺的难易程度，以提高颗粒捕集器的使用性能。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种蜂窝结构体，其孔隙率大于等于36％，孔隙分为通透孔和孤立孔，其中通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上。
[0009]由于蜂窝陶瓷结构体中起捕集效用的为通透孔，孤立孔的存在不仅起不到捕集颗粒物、降低背压的效用，还会降低蜂窝陶瓷结构体的导热特性、抗压特性以及碳载量。本专利技术通过控制通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上，从而在不降低蜂窝结构体背压特性和捕集效率的同时拥有高的机械性能、导热特性和优异的碳载量。
[0010]需要说明的是，本专利技术所述通透孔为蜂窝结构体中所含的与外界至少存在一个孔眼即存在连通的孔洞。孤立孔为蜂窝结构体中所含的与外界不存在任何一个孔眼即不存在
连通的孔洞。所述通透孔与所述孤立孔均为微米级。
[0011]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体的原料包括金属硅粉和碳化硅，其中，金属硅粉的质量为碳化硅的质量的10
‑
30％，碳化硅原料粒径为21
‑
48μm，碳化硅原料球度＞0.78，金属硅粉粒径为5
‑
12μm，金属硅粉原料球度＞0.65。
[0012]本专利技术充分考虑了粒径、表面形貌和组分含量的关系，在原料方面找到了关键的粘结剂(金属硅粉)和碳化硅骨料的匹配特性。其中，碳化硅粒径过小或过大，会造成孔径分布过小或过大；金属硅粉粒径过小，会造成制备工艺成本上升，粒径过大则会在烧结阶段堵塞球度低的碳化硅颗粒所组成的小型缝隙；碳化硅原料球度＞0.78，防止球度不好的碳化硅骨料突出部分所支撑起的小型孔隙被大颗粒金属硅粉堵塞；金属硅粉原料球度＞0.65，球度高的金属硅粉在混料过程中与碳化硅骨料分散的更均匀，避免金属硅粉因分布不均，含量高的金属硅粉熔融团聚堵塞碳化硅颗粒小缝隙。总之，将原料各条件控制在上述范围内，才能使通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上。
[0013]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述金属硅粉的质量为碳化硅的质量的18
‑
21％，所述碳化硅原料粒径为28
‑
40μm。
[0014]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述原料经烧结后，再经1250
±
10℃氧化处理。
[0015]烧结时金属硅粉熔融后会因毛细现象在表面富集，对其氧化处理生成二氧化硅保护膜不仅可以调控孔径分布，增强捕集效率，还可以增加其机械强度，提升耐久性。
[0016]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述原料还包括膨润土、烧结助剂、润滑剂、粘合剂和水。
[0017]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述烧结助剂为氢氧化铝、氧化锶、碳酸镁中的一种或多种。
[0018]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述润滑剂为甘油、月桂酸、妥尔油中的一种或多种。
[0019]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述粘合剂为甲基纤维素、聚乙烯醇中的一种或多种。
[0020]在本专利技术的一些具体实施方式中，将金属硅粉、碳化硅、膨润土、烧结助剂、润滑剂、粘合剂和水以15：70：1：1.2：1.4：4.8：6.6的比例进行混合。
[0021]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述通透孔的中值孔径为10～13μm。
[0022]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体的B轴抗弯强度≥15MPa。
[0023]根据本专利技术提供的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体的热导率≥20W/mK。
[0024]第二方面，本专利技术提供上述蜂窝结构体的制备方法。
[0025]本专利技术提供的制备方法包括以下步骤：
[0026]将各原料混合，所得混合物料进行加工得到隔室单元条，将所述隔室单元条进行脱脂、烧结后，再进行1250
±
10℃氧化处理，将所得隔室单元条进行拼接得到蜂窝结构体。
[0027]进一步地，所述加工过程包括捏合、练泥、陈腐、挤出和干燥。
[0028]第三方面，本专利技术提供一种颗粒捕集器，包括上述蜂窝结构体。
[0029]本专利技术提供了一种蜂窝结构体及其制备方法、颗粒捕集器，通过控制通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上，从而在不降低蜂窝结构体背压特性和捕集效率的同时拥有高的机械性能、导热特性和优异的碳载量。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一一简单地介绍，需要指出，示意图中各部分的尺寸并不是按照实际比例关系绘制的。下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例。
[0031]图1为本专利技术实施例1所得蜂窝结构体的微观结构示意图，图中1、2、3为贯穿孔，4、5为孤立孔；
[0032]图2为本专利技术实施例1所得蜂窝结构体的显微镜图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝结构体，其特征在于，其孔隙率大于等于36％，孔隙分为通透孔和孤立孔，其中通透孔的体积占总孔隙体积的72％以上。2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述蜂窝结构体的原料包括金属硅粉和碳化硅，其中，金属硅粉的质量为碳化硅的质量的10
‑
30％，碳化硅原料粒径为21
‑
48μm，碳化硅原料球度＞0.78，金属硅粉粒径为5
‑
12μm，金属硅粉原料球度＞0.65。3.根据权利要求2所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述金属硅粉的质量为碳化硅的质量的18
‑
21％，所述碳化硅原料粒径为28
‑
40μm。4.根据权利要求2或3所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述原料经烧结后，再经1250
±
10℃氧化处理。5.根据权利要求2或3所述的蜂窝结构体，其特征在于，所述原料还包括膨润土、烧结助剂、润...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕玉兴，郝振方，朱恒，王键，
申请(专利权)人：山东国瓷功能材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：