本發(fā)明涉及一種耐高溫抗氧化鎳基蜂窩結(jié)構(gòu)載體的制備方法，屬于多孔材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著我國汽車保有量急劇的增加，汽車尾氣污染已成為城市空氣污染的主要來源之一，治理汽車尾氣排放并提高排放標(biāo)準(zhǔn)成為當(dāng)務(wù)之急，目前使用的載體材料已難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格的要求，為了提高機動車催化凈化器的凈化效率和使用壽命，需研究開發(fā)新一代催化載體材料。
目前汽車尾氣凈化器中應(yīng)用最廣的兩類載體材料是蜂窩陶瓷載體和金屬載體。
蜂窩陶瓷載體的優(yōu)點是涂覆性能好、制備工藝簡單成本低。缺點是陶瓷熱容量大、熱導(dǎo)率低、起燃慢，當(dāng)汽車處于啟動等狀態(tài)時，由于尾氣的溫度較低，使載體上催化劑難以達(dá)到催化起活溫度，故采用陶瓷載體凈化汽車發(fā)動機低溫狀態(tài)時排放污染物的作用并不十分明顯。另外,陶瓷載體還存在強度低、抗振動性差，使用過程中易破碎和使用周期短等不足。正是由于陶瓷載體的上述缺點限制了催化凈化器的凈化效率和使用壽命。
金屬蜂窩載體的優(yōu)點：（1）熱容量小、熱導(dǎo)率高、預(yù)熱性能好、易于在短時間升溫達(dá)到催化起活溫度，故金屬載體的使用可有效提高機動車在冷啟動、低速、怠速狀態(tài)下尾氣催化凈化處理的效率。（2）具有更高抗熱沖擊和震動的機械強度，使用周期長和安裝容易。目前使用的金屬蜂窩屬于fe-cr-al系合金材料,是一種將fe-cr-al合金鑄錠軋制得到厚度為0.04-0.08mm的金屬箔材，再將金屬箔材壓制成波紋狀，將平板金屬箔與波紋金屬箔疊合焊結(jié)，卷成蜂窩狀整體型結(jié)構(gòu)。缺點：（1）金屬箔卷繞蜂窩載體制備工藝復(fù)雜、設(shè)備價格昂貴、成本高。（2）嚴(yán)重的問題是fe-cr-al系合金由于某些原因使得al2o3膜脫落，合金中的al消耗迅速，從而導(dǎo)致合金過早地發(fā)生破壞性cr、fe氧化。由于載體在使用過程中受到排出尾氣的高溫沖刷、并經(jīng)歷溫差達(dá)幾百度的熱循環(huán)、熱疲勞和熱沖擊等十分惡劣條件，氧化膜容易脫落從而降低載體的使用壽命。（3）金屬箔材蜂窩載體表面光滑，與催化涂層結(jié)合不牢，在使用過程中由于催化劑涂層脫落而喪失催化轉(zhuǎn)化效果。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對目前尾氣凈化器中陶瓷蜂窩和金屬蜂窩載體所存在的性能和制備工藝等方面的問題，提供一種耐高溫抗氧化鎳基蜂窩結(jié)構(gòu)載體的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）混料：按鎳基合金粉與sic粉的質(zhì)量比為95～98:5～2的比例將鎳基合金粉與sic粉混合均勻，按鎳基合金粉與sic粉的質(zhì)量總和與粘接劑和水的質(zhì)量總和之比為3～4:1的比例，將混合均勻的鎳基合金粉和sic粉與粘接劑和水混煉制成擠壓坯料，其中粘接劑與水的質(zhì)量比為1:2～3；
（2）擠壓成型：將混合均勻的擠壓坯料放入擠壓模具中擠壓成蜂窩型結(jié)構(gòu)；
（3）干燥：將擠壓成型的蜂窩結(jié)構(gòu)制品進行緩慢干燥處理；
（4）燒結(jié)：將干燥后的擠壓蜂窩制品放入真空中在1000℃～1200℃下，燒結(jié)時間為2～4h，獲得催化劑蜂窩結(jié)構(gòu)載體。
所述鎳基合金粉成分為nicrfe，其中ni含量為42%-45%、cr含量為20%-22%、fe含量為35%-38%。
所述鎳基合金粉粒度為300～400目，sic粉1000～1200目。
所述粘結(jié)劑為甲基纖維素和纖維素醚的混合物。
步驟（2）中所述擠壓的擠壓速率為15cm/min、壓力為5～8mpa。
本發(fā)明的原理：將鎳基合金粉與sic粉混合，采用粉末增塑擠壓技術(shù)，通過多孔分流模具擠壓出蜂窩結(jié)構(gòu)制品，再經(jīng)過燒結(jié)獲得具有所需力學(xué)性能和物理性能的高溫抗氧化鎳基蜂窩載體材料。采用該技術(shù)制備鎳基蜂窩載體，兼?zhèn)浣饘俜涓C和陶瓷蜂窩載體的優(yōu)點，即不僅可保持金屬蜂窩導(dǎo)熱性好、熱容量低、抗沖擊、高溫抗腐蝕性和振動性好的優(yōu)點，又可以獲得陶瓷蜂窩所具有的表面結(jié)構(gòu)特性，即燒結(jié)表面微孔、高微凸凹度和高比表面積。sic相均勻分布在nicrfe基體中，起到增加載體材料微觀比表面積，提高與催化活性涂層結(jié)合強度和催化劑活性組分的分散度，提高催化活性成分的利用率，同時還能起到一定程度強化基體的作用。
從原理上分析本發(fā)明制備得到催化劑載體與現(xiàn)有蜂窩陶瓷載體與金屬載體相比尾氣中有害氣體的轉(zhuǎn)化率會有很大的提高,且抗高溫、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性能優(yōu)良進而提升蜂窩載體使用的壽命。
本發(fā)明的優(yōu)點和增益效果：
本發(fā)明制備的耐高溫抗氧化鎳基蜂窩載體兼具現(xiàn)有陶瓷蜂窩和金屬蜂窩載體的優(yōu)點，即不僅具有金屬載體低熱容、高強度、導(dǎo)熱性好的特性、又具有陶瓷載體與催化涂層結(jié)合好的優(yōu)良性能；本發(fā)明具有工藝簡單、成本低、材料利用率高、易實現(xiàn)批量生產(chǎn)等特點。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于所述內(nèi)容。
實施例1
一種耐高溫抗氧化鎳基蜂窩結(jié)構(gòu)載體的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）混料：按300目的鎳基合金粉（其中ni含量為42%、cr含量為22%、fe含量為36%）與1000目的sic粉的質(zhì)量比為95:5的比例將鎳基合金粉與sic粉混合均勻，按鎳基合金粉與sic粉的質(zhì)量總和與粘接劑和水的質(zhì)量總和之比為3:1的比例，將混合均勻的合金粉和sic粉與粘接劑（甲基纖維素和纖維素醚的混合物，其中，甲基纖維素的質(zhì)量百分比濃度為44%和纖維素醚的質(zhì)量百分比濃度為56%）和水放入混煉機中進行混煉制成擠壓坯料，其中粘接劑與水的質(zhì)量比為1:2。
（2）擠壓成型：將混合均勻的擠壓坯料放入擠壓模具中擠壓成蜂窩型結(jié)構(gòu)，擠壓的擠壓速率為15cm/min、壓力為5mpa。
（3）干燥：將擠壓成型的蜂窩結(jié)構(gòu)制品進行緩慢干燥處理，干燥溫度為120℃，時間為3h。
（4）燒結(jié)：將干燥后的擠壓蜂窩制品放入真空中在1200℃下，燒結(jié)時間為2h，獲得催化劑蜂窩結(jié)構(gòu)載體。
本實施例制備得到的sic/ni-cr-fe基耐高溫抗氧化蜂窩結(jié)構(gòu)載體材料的抗壓強度和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于陶瓷載體，而與催化涂層的結(jié)合強度優(yōu)于金屬蜂窩載體。
實施例2
一種耐高溫抗氧化鎳基蜂窩結(jié)構(gòu)載體的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）混料：按350目的鎳基合金粉（其中ni含量為43%、cr含量為20%、fe含量為37%）與1100目的sic粉的質(zhì)量比為98:2的比例將鎳基合金粉與sic粉混合均勻，按鎳基合金粉與sic粉的質(zhì)量總和與粘接劑和水的質(zhì)量總和之比為4:1的比例，將混合均勻的合金粉和sic粉與粘接劑（甲基纖維素和纖維素醚的混合物，其中，甲基纖維素的質(zhì)量百分比濃度為44%和纖維素醚的質(zhì)量百分比濃度為56%）和水放入混煉機中進行混煉制成擠壓坯料，其中粘接劑與水的質(zhì)量比為1:2.5。
（2）擠壓成型：將混合均勻的擠壓坯料放入擠壓模具中擠壓成蜂窩型結(jié)構(gòu)，擠壓的擠壓速率為15cm/min、壓力為6mpa。
（3）干燥：將擠壓成型的蜂窩結(jié)構(gòu)制品進行緩慢干燥處理，干燥溫度為120℃，時間為3h。
（4）燒結(jié)：將干燥后的擠壓蜂窩制品放入真空中在1100℃下，燒結(jié)時間為3h，獲得催化劑蜂窩結(jié)構(gòu)載體。
本實施例制備得到的sic/nicrfe基耐高溫抗氧化蜂窩結(jié)構(gòu)載體材料的抗壓強度和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于陶瓷載體，耐高溫抗氧化明顯高于金屬蜂窩載體，且與催化涂層的結(jié)合強度優(yōu)于金屬蜂窩載體。
實施例3
一種耐高溫抗氧化鎳基蜂窩結(jié)構(gòu)載體的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）混料：按400目的鎳基合金粉（其中ni含量為45%、cr含量為20%、fe含量為35%）與1200目的sic粉的質(zhì)量比為97:3的比例將鎳基合金粉與sic粉混合均勻，按鎳基合金粉與sic粉的質(zhì)量總和與粘接劑和水的質(zhì)量總和之比為3.5:1的比例，將混合均勻的合金粉和sic粉與粘接劑（甲基纖維素和纖維素醚的混合物，其中，甲基纖維素的質(zhì)量百分比濃度為44%和纖維素醚的質(zhì)量百分比濃度為56%）和水放入混煉機中進行混煉制成擠壓坯料，其中粘接劑與水的質(zhì)量比為1:3。
（2）擠壓成型：將混合均勻的擠壓坯料放入擠壓模具中擠壓成蜂窩型結(jié)構(gòu)，擠壓的擠壓速率為15cm/min、壓力為8mpa。
（3）干燥：將擠壓成型的蜂窩結(jié)構(gòu)制品進行緩慢干燥處理，干燥溫度為120℃，時間為3h。
（4）燒結(jié)：將干燥后的擠壓蜂窩制品放入真空中在1000℃下，燒結(jié)時間為4h，獲得催化劑蜂窩結(jié)構(gòu)載體。
本實施例制備得到的sic/nicrfe基耐高溫抗氧化蜂窩結(jié)構(gòu)載體材料的抗壓強度和熱導(dǎo)率遠(yuǎn)高于陶瓷載體，耐高溫抗氧化明顯高于金屬蜂窩載體，且與催化涂層的結(jié)合強度優(yōu)于金屬蜂窩載體。
將實施例1、實施例2和實施例3的蜂窩材料置于950℃氧化后的結(jié)果，并且與同條件下的鐵基蜂窩進行對比（如表1）：
表1蜂窩高溫氧化后的增重