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降低蜂窝陶瓷用菫青石热膨胀系数的四大途径

降低蜂窝陶瓷用菫青石热膨胀系数的四大途径

浏览: 发布日期:2018-07-31 11:53

堇青石(2MgO·2AL2O3·5SiO)由于具有线膨胀系数低,抗热震性好,介电常数低,介电损耗小等性能,常作为良好抗热震及电子元件材料被广泛应用,如汽车尾气净化装置,催化剂载体,耐热涂层等。作为汽车尾气催化净化器载体用的堇青石质蜂窝陶瓷,必须具有低的热膨胀系数,才能够满足对其抗热冲击性能的要求。目前,国内生产的堇青石蜂窝陶瓷载体在室温至800℃范围内的热膨胀系数均在1.6×10^-6~2.0×10^-6℃-1,高于国际水平(0.3×10^-6~1.0×10^-6℃-1)。要进一步提高汽车尾气处理器的使用寿命,必须降低堇青石的热膨胀系数,提高它的耐热冲击性。

可以采取以下四大途径来降低蜂窝陶瓷用堇青石的热膨胀系数

1、选择合理的化学组成

纯堇青石的膨胀系数较低,整体平均为1.3×10^-6℃-1。C轴方向为0.7×10^-6℃-1,a轴与b轴方向为1.9×10^-6℃-1。通常认为堇青石质的化学组成越靠近堇青石的理论组成,其热膨胀系数越低。应使蜂窝陶瓷用堇青石化学组成位于MgO-AL2O3-SiO三元相图的低膨胀区,按化学计量式略偏向MgO或AL2O3区。

2、原料控制

原料以片状结构的高岭土、滑石为最佳,并且粒度要小,适量非晶态SiO2的加入可以显著降低蜂窝陶瓷用堇青石的热膨胀系数,原料中碱金属氧化物和碱土金属氧化物CaO要尽量少,保证一定的铁含量是必要的,一般铁含量要小于0.6%。预烧过的高岭土代替生粘土亦能显著降低堇青石的热膨胀系数。

3、添加剂的使用

蜂窝陶瓷用菫青石

引入适量的添加剂如锂辉石,钛酸铝、锆英石、Nb2O5或Ta2O5均能显著降低蜂窝陶瓷用堇青石的热膨胀系数。

添加剂的作用是:①改善及促进堇青石烧结,提高堇青石含量,减少甚至去除其它晶相,减少玻璃相含量;②降低陶瓷的总体热膨胀系数,③增强增韧堇青石蜂窝陶瓷,从而提高耐热冲击性。

4、选择合适的烧成方法和烧成制度

目前国内外大多数采用一次直接烧成法,其优点是利于挤压过程滑石、高岭土等片状原料优先取向,使得烧成过程中形成的堇青石也优先取向,充分发挥C轴的低热膨胀率之优势。但这种烧成方法有一个很大的缺点即烧结范围窄,过烧导致结晶状堇青石分解生成镁橄榄石和莫来石,增加热膨胀系数,生烧生成的堇青石含量少,不能满足低热膨胀系数和高抗热震性的要求。我公司提出采用两步烧炼法,第一步轻烧提高物料活性,再次磨细破坏了轻烧时产生的部分结构晶格,有利于二次烧炼时的反应。这样既克服了烧结范围窄,难以致密化的困难,还能降低蜂窝陶瓷用堇青石的热膨胀系数。

烧成制度也是决定堇青石晶粒是否取向排列以及热膨胀系数高低的主要因素。在一定条件和温度范围内,升温速率和热膨胀系数成反比关系,适当的烧成温度和保温时间,是固相反应进行完全、晶粒适当长大的必要条件,有利于降低热膨胀系数。我公司的研究人员发现,针对不同的温度阶段设定不同的升温速度,可制得低热膨胀系数的堇青石,而从最高温度1400℃冷却至1000℃以下,如采用急速冷却的方法,则可以增大堇青石中的玻璃相的含量,从而降低蜂窝陶瓷用堇青石的热膨胀系数。

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