一种超高孔隙率碳化硅SDPF及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，步骤包括：确定碳化硅粗粉、碳化硅细粉、造孔剂、金属硅粉和硼化物的配方；混合均匀制得混合料；添加粘结剂和分散剂充分搅拌捏合均匀制得塑性泥料；塑性泥料挤压成型得到未烧结瓷体；干燥处理未烧结瓷体；高温烧结制得超高孔隙率碳化硅SDPF。本发明专利技术的制备方法简便、高效，所制得SDPF具有良好的热膨胀系数、孔隙率、抗压强度和热导率等性能，满足轻型柴油机国六B及国七排放要求，有利于环保。有利于环保。有利于环保。

【技术实现步骤摘要】
一种超高孔隙率碳化硅SDPF及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种碳化硅SDPF的制备领域，更具体的是涉及一种超高孔隙率碳化硅SDPF及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着机动车对环保要求的不断提高，轻型柴油机的排放标准也在不断升级，目前已经达到国六B和国七标准。为满足这些排放标准的要求，需要一种具有超高孔隙率的颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)。在同时满足耐高温和高导热性能要求的情况下，能够在汽车启动和熄火时承受高热冲击。根据产品性能要求，碳化硅(Silicon Carbide,SiC)被认为是这种颗粒捕集器的最佳材料。
[0003]现有的碳化硅颗粒捕集器(SDPF)的制备方法存在一定的问题。这些问题主要集中在颗粒捕集器的性能指标上，如热膨胀系数和热导率，这些指标在实际应用中十分关键，因为它们直接影响到颗粒捕集器的耐高温性能、结构稳定性和过滤效率等方面。
[0004]首先，现有制备方法中碳化硅颗粒捕集器的热膨胀系数较高，可能导致在高温环境下使用时，颗粒捕集器内部应力过大，从而引发损坏或失效。这对于满足轻型柴油机在各种工况下的环保要求显然是不利的，因此降低热膨胀系数成为提高颗粒捕集器稳定性的关键。
[0005]其次，现有制备方法中碳化硅颗粒捕集器的热导率不足。在柴油机排气过程中，大量的热量需要快速传递到颗粒捕集器上以确保其正常工作。如果颗粒捕集器的热导率不足，会导致温度分布不均匀，使得部分区域的过滤效果降低或生成热量过大，从而影响其整体性能。提高热导率有助于实现更高效的热量传递，确保颗粒捕集器在整个工作过程中保持稳定高效的过滤功能。
[0006]上述缺陷一方面的原因是由配方中碳化硅细粉添加含量的多少决定的，细粉含量较高时，产品烧成过程中碳化硅粉被氧化严重，产品的热膨胀系数由低于4
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10
‑6/℃变化为高于4.5
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10
‑6/℃，同时当细粉含量较低时，造成粗粉颗粒间无法填充连接，产品热膨胀系数会出现急剧的增大，达到(6～10)
×
10
‑6/℃，因此需要重新对细粉的含量进行优化。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术的不足，现提供一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，通过精选配方组成、粉体粒径，优化产品的孔隙率、热导率以及热膨胀系数，使其在汽车启动和熄火时能更好地承受高热冲击，提升颗粒捕集器的综合性能，具体方案如下：
[0008]一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、确定配方组成：碳化硅粗粉55～85％、碳化硅细粉5～25％、造孔剂15～35％、金属硅粉5～15％、硼化物2～5％；
[0010]S2、将所述配方组成的各组分按照比例混合均匀，制得均匀混合料；
[0011]S3、向均匀混合料中添加适量的粘结剂和分散剂及调和水，充分搅拌、捏合均匀，
形成塑性泥料；
[0012]S4、将所述塑性泥料进行挤压成型，得到未烧结的瓷体；
[0013]S5、将所述未烧结的瓷体进行干燥处理，移除多余水分；
[0014]S6、将干燥处理后的瓷体在惰性气体保护气氛下进行高温烧结，得到超高孔隙率碳化硅SDPF；
[0015]所述的碳化硅粗粉的平均粒径为20～50μm，碳化硅细粉的平均粒径≤0.8μm。
[0016]进一步的，碳化硅粗粉的平均粒径为25～35μm。
[0017]进一步的，碳化硅细粉的平均粒径≤0.5μm。
[0018]进一步的，碳化硅细粉的添加量为8～15％。
[0019]进一步的，所述的造孔剂为聚苯乙烯微珠、玉米淀粉、糊精、工业石蜡、发泡小球以及多孔二氧化硅中的任意一种或几种的混合物。
[0020]进一步的，所述的硼化物为三硼酸、硼酸钠、硼酸钾、氧化硼以及高硼玻璃粉中的一种或几种的混合物，前述三硼酸能在高温下熔化，有助于提供粉体之间的粘结力，同时熔化后的三硼酸可以渗透到粗粉间隙中，形成稳定的液相，从而进一步提高颗粒捕集器的性能，硼酸钠和硼酸钾均属于硼酸盐，硼酸盐在烧结过程中可以提供液相，提高颗粒捕集器的结构稳定性及性能；氧化硼具有较低的熔点和良好的润湿性能，可以作为优良的助熔剂，有助于提高颗粒捕集器的结构稳定性；高硼玻璃粉具有较低的熔点，它在烧结过程中能够在较低温度下熔融，有利于提高粉体烧结速度，降低成型和烧结工艺的能耗；结性强：高硼玻璃粉作为助熔剂熔化后，能够很好地黏附于碳化硅颗粒之间，形成类似水泥砂浆中的黏结效果，提高烧结后颗粒捕集器的结构稳定性。高硼玻璃粉的成分主要为SiO2、B2O3和其他金属氧化物，具有很好的化学稳定性，在烧结过程中不容易发生化学反应，有利于保持颗粒捕集器的原始性能；同时高硼玻璃粉具有很好的润湿性，能够控制和调整液相的生成和分布，保证烧结后颗粒捕集器的孔隙率和孔径分布均匀。
[0021]进一步的，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、甲基纤维素以及羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物，上述粘结剂均属于有机粘结剂，可以增强浆料的塑性和黏性，易于成型，在后续的烧结过程中，有机粘结剂会燃烧殆尽，不影响最终产品的性能。
[0022]进一步的，所述的分散剂为聚醚多元醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚磷酸钠以及聚磷酸铵中的一种或几种的混合物，聚醚多元醇具有良好的分散效果，能降低颗粒之间的摩擦力和静电力，增强浆料的流动性，使颗粒在浆料中均匀分散，从而提高成型过程中的均匀性和最终产品的性能。聚醚多元醇中的极性基团，如醚键、氢键等，可与颗粒表面形成化学吸附作用，增大液体介质中粉体的亲水性，从而提高浆料的分散性和流动性。聚醚多元醇在热分解时，产生的主要副产物为水和低分子量的有机物，其燃烧产物对环境较为友好，有利于环保和可持续发展。聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸属于聚羧酸类分散剂，能够降低颗粒之间的摩擦力和静电力，提高浆料的流动性，使颗粒在浆料中均匀分散；聚磷酸钠和聚磷酸铵属于聚磷酸盐类分散剂，它在水中表现出很强的分散能力，可使浆料达到理想的流动性和分散性。
[0023]根据上述制备方法制备得到的超高孔隙率碳化硅SDPF，SDPF的热膨胀系数为(3.5～4)
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10
‑6/℃，孔隙率为65～68％，A轴抗压强度为5～10MPa，热导率为25～30w/(M
·
K)。
[0024]有益效果：
[0025]本专利技术提供了一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，具备以下优势：
[0026](1)通过精确控制碳化硅粗粉、细粉的粒径及比例、硼化物的添加量，本专利技术提供了一种制备超高孔隙率碳化硅SDPF的有效方法，满足了轻型柴油机国六B及国七排放对颗粒捕集器的性能要求，有利于环保。
[0027](2)本专利技术通过优化配方组成，克服了碳化硅粉被氧化和颗粒间无法填充连接的问题，确保了产品的热膨胀系数控制在合理范围内，提高了颗粒捕集器在汽车启动、熄火时的热冲击稳定性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定配方组成：碳化硅粗粉55～85％、碳化硅细粉5～25％、造孔剂15～35％、金属硅粉5～15％、硼化物2～5％；S2、将所述配方组成的各组分按照比例混合均匀，制得均匀混合料；S3、向均匀混合料中添加适量的粘结剂和分散剂及调和水，充分搅拌、捏合均匀，形成塑性泥料；S4、将所述塑性泥料进行挤压成型，得到未烧结的瓷体；S5、将所述未烧结的瓷体进行干燥处理，移除多余水分；S6、将干燥处理后的瓷体在惰性气体保护气氛下进行高温烧结，得到超高孔隙率碳化硅SDPF；所述的碳化硅粗粉的平均粒径为20～50μm，碳化硅细粉的平均粒径≤0.8μm。2.根据权利要求1所述的一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，其特征在于，碳化硅粗粉的平均粒径为25～35μm。3.根据权利要求1所述的一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，其特征在于，碳化硅细粉的平均粒径≤0.5μm。4.根据权利要求1所述的一种超高孔隙率碳化硅SDPF的制备方法，其特征在于，碳化硅细粉的添加量为8～15％。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭红，朱增赞，李球生，孙敏，谢仁飞，朱叶凡，徐迪，江子豪，
申请(专利权)人：凯龙蓝烽新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：