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碳化硅蜂窝陶瓷诠释

来源: 时间:2021-11-01 16:11:03 浏览次数:

碳化硅蜂窝陶瓷是以碳化硅(sic)为主要成分的蜂窝式陶瓷。

碳化硅蜂窝陶瓷是以碳化硅(sic)为主要成分的蜂窝式陶瓷。


碳化硅(sic)陶瓷蜂窝不仅具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数,而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的材料,其高温强度可一直维持到1600℃,是陶瓷材料中高温强度好的材料。抗氧化性也是所有非氧化物陶瓷中好的。


碳化硅(sic蜂窝)陶瓷的缺点是断裂韧性较低,即脆性较大,为此近几年以碳化硅(sic)蜂窝陶瓷为基的复相陶瓷,如纤维(或晶须)补强、异相颗粒弥散强化、以及梯度功能材料相继出现,改善了单体材料的韧性和强度。碳化硅(sic)蜂窝陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用。


碳化硅蜂窝陶瓷是近一年来开发的一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。由早使用在小型汽车尾气净化到今天广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中,而且越来越广泛,发展前景相当可观。


汽车用碳化硅蜂窝陶瓷涉及一种用于捕集柴油机排放微粒的高纯碳化硅蜂窝状陶瓷捕集器,选用纯碳化硅作为多孔陶瓷骨料,以纳米碳化硅为烧结助剂,陶瓷骨料与烧结助剂比例控制在100∶1~15;以甲基纤维素与桐油等有机物作为结合剂和塑性成型剂且与适量水调配,且有机物与水的比例控制在1∶1~3的范围内;采用挤出成型工艺获得挤出的素坯,通过调节有机结合剂和成型剂的配比与用量,控制非固相含量在13~31%;采用先微波加热再烘箱干燥排除素坯中的水分;采用常规加热方式排除素坯中的有机物成分;采用常压烧结,通过改变微米级粒子的平均尺寸、改变纳米烧结助剂添加量、改变烧成温度,实现调节和改变蜂窝陶瓷材料气孔为连通网状分布。




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蜂窝陶瓷无数相等的孔组成的各种形状,目前大的孔数已达到了每平方厘米20~40,密度每立方厘米4~6克,吸水率高达20%以上。由于多孔薄壁的特点,大大增加了载体的几何表面积和改善了抗热冲击性能,目前生产的产品,其网状孔以三角和四方为主,三角比四方承受力好得多,孔数也多些,这一点作为催化载体尤其重要。随着单位面积孔数的提高和载体孔壁厚度的减少,陶瓷载体的抗热冲击趋势是提高的,热冲击破坏的温度也是提高的。因此蜂窝陶瓷必须要降低膨胀系数和提高单位面积的孔数。热膨胀系数是主要性能指标,当前国外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1,与国内对比有一定差距,不过这差距越来越小。早生产蜂窝陶瓷的原料主要是高岭土、滑石、铝粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨胀土以及耐火材料的应用,蜂窝陶瓷应用日益广泛,性能越来越好。


除了用于烧结成型的蜂窝陶瓷外,还出现了不烧结的蜂窝陶瓷,这大大提高了催化性能的活性。不仅外观尺寸由的球环形状发展到大尺寸的立柱和方形和圆形。根据模具设计的不同;可以制作成不同尺寸不同形状不同结构的蜂窝陶瓷。如用在石化行业炼油空气吸附干燥的分子筛催化剂,尺寸高达0.8m,宽0.25m的正方形,孔数每平方厘米达到25,从原料、工艺以及机械制造方面都有了很大的变化。尤其是生产工艺有了很大提高。作为催化剂的蜂窝陶瓷要求在制造成型时不开裂,有机成分必须释放干净,除了耐磨性能外还要求有一定的机械强度,再生回用多次。


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蜂窝陶瓷主要产品有蓄热填料、活性炭、活性氧化铝、分子筛、瓷料球、塔填料和催化剂等数十种产品,蓄热填料的蜂窝陶瓷热容量J/kgk1000以上,使用温度≥1700℃,在加热炉、烘烤器、均热炉、裂解炉等窑炉中可节省燃料达40%以上,产量提高15%以上,排放烟气温度低于150℃。


  活性炭粉末或颗粒制成蜂窝陶瓷形状后,大大提高了水处理的净化和废水处理能力,尤其在医药工业中抗菌素、激素、维生素、核酸针剂及各种针剂,药物等的脱水脱色去杂质等。


    蜂窝陶瓷填料比其它形状填料的比表面积更大,强度更好等优点,可使汽液分布更均匀,床层阻力降低,效果更好,且可延长使用寿命,在石化、制药和精细化工行业中作填料效果相当好。


蜂窝陶瓷用在催化剂方面更具优势。以蜂窝状陶瓷材料为载体,采用的涂层材料,以贵金属,稀土金属及过渡金属制备,因而具有高的催化活性,良好的热稳定性,长的使用寿命,高强度等优点。


用于催化裂化的蜂窝陶瓷正在取代现有的产品。催化裂化用200~500℃之间的重馏分油为原料(包括减压馏分,直馏轻柴油、焦化蜡油等),以硅铝酸盐为催化剂,反应温度在450~550℃之间(随反应器类型而异)。它产量大(每个大型催化裂化装置,每年裂化油品百万吨以上),技术条件要求高(例如,催化剂每接触油几分钟甚至几秒钟就要再生,每分钟流过流化床催化剂达10t或更多)随着催化活性的提高,为了加快再生速度,要求更加苛刻的再生条件。例如600~650℃,甚至700℃,催化剂消耗量大,每吨进料油消耗0.3~0.6kg催化剂,催化剂力学强度差的,消耗的还要大得多。这要求着催化剂活性、选择性、稳定性的稍微提高,对生产实际将具有重大意义。正因为如此,蜂窝陶瓷催化剂也在不断推陈出新,市场需求也越来越大,这些催化裂化用的催化剂被蜂窝陶瓷催化剂所代替,大尺寸多孔数的蜂窝陶瓷催化剂已崭露头角,有着强劲的发展势头。

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