一种重结晶碳化硅颗粒捕集器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种重结晶碳化硅颗粒捕集器及其制备方法。

背景技术

柴油车与汽油车相比，具有功率大、低排放、动力性能好、可靠性高、使用寿命长等优点。但柴油车排放的以NO

因此开发性能优异的柴油机成为亟待解决的问题。碳化硅作为一种重要的结构陶瓷材料，凭借其优异的高温力学强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨性、高导热性、耐腐蚀性能应用到各个领域。碳化硅能够具有硬度大、耐磨损、弹性模量高等特性，这些特性大部分取决于其高度共价键及稳定的晶体结构。碳化硅有β和α两种晶体结构，β-SiC为面心立方的闪锌矿结构，α-SiC为六方晶系纤锌矿结构。但在实际的应用过程中，采用碳化硅和金属氧化物相结合的过滤体存在抗热震性不足的问题，造成工业生产和应用功能。

发明内容

为解决现有技术中碳化硅和金属氧化物相结合的过滤体存在抗热震性不足的问题，现提供一种重结晶碳化硅颗粒捕集器及其制备方法，具体方案如下：

一种重结晶碳化硅颗粒捕集器的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混合物Ⅰ：将重量百分比为3：1的碳化硅粗粉以及碳化硅细粉进行均匀混合，得到混合物Ⅰ；

S2、制备混合物Ⅱ：取重量百分比为95％～99％的混合物Ⅰ和1～5％的氧化钇和含硼化合物，混合均匀后得到混合物Ⅱ；

S3、制备混合物Ⅲ：在混合物Ⅱ中加入造孔剂、粘结剂、增塑剂以及溶剂进行湿法混合得到混合物Ⅲ；

S4：将混合物Ⅲ放入真空练泥机混炼2～4h，形成塑形泥坯；

S5：将塑形泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成方形蜂窝状泥坯单元；

S6：将方形蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型后再进行交叉封孔得到碳化硅素坯单元；

S7：将所述单体素坯放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3h，然后自然冷却得到重结晶碳化硅单元；

S8：将多根重结晶碳化硅单元用无机粘结材料粘结成一个整体，然后干燥、外圆加工以及植皮得到重结晶碳化硅单元。

进一步的，氧化钇和含硼化合物的比例为(0.1～0.2)：1。

进一步的，所述造孔剂的重量百分比为2～3％；粘结剂的重量百分比为5～6％；增塑剂的重量百分比为2～4％；溶剂的重量百分比为16～18％。

进一步的，所述的造孔剂为玉米淀粉、小麦淀粉以及红薯淀粉中的一种或几种的混合物。

进一步的，所述的粘结剂为甲基纤维素或乙基纤维素中的一种或两种的混合物。

进一步的，所述的增塑剂为甘油、乙二醇或聚乙烯醇中的一种或几种的混合物。

一种重结晶碳化硅颗粒捕集器，所述的重结晶碳化硅颗粒捕集器在最高烧成温度为2000℃的条件下制得的重结晶碳化硅单元在850℃冷热急变能够3次不开裂。

有益效果：

本发明提供了一种重结晶碳化硅颗粒捕集器及其制备方法，以碳化硅粗粉与碳化硅细粉为原料，添加氧化钇和含硼化合物作为烧结助剂并同时添加造孔剂、粘结剂、增塑剂溶剂并根据烧成曲线进行加热，加热温度为2000℃；氧化钇和含硼化合物的加入在高温时形成一种液相，降低了碳化硅表面的活化能，从而促进了重结晶高温“蒸发-凝聚”过程，大幅降低了重结晶碳化硅的烧成温度，使碳化硅单元具有良好的抗热震性，经过检验，制得的重结晶碳化硅单元在850℃下冷热急变3次不开裂，使其在恶劣的使用环境中具有更好的使用寿命。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1：

取99％重量百分比的混合物I，向其中加入1％重量百分比的烧结助剂(氧化钇与含硼化合物的比例为0.1)，均匀混合，再加入2％重量百分比的玉米淀粉、5％重量百分比的甲基纤维素、2％重量百分比的甘油和17％重量百分比的去离子水进行湿法混合，然后放入真空练泥机混炼2小时，形成塑性泥坯。将塑性泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成43孔/平方厘米横截面为□

38mm*38mm的方形蜂窝状泥坯单元。再将蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型，再进行交叉封孔。最后放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3小时，然后自然冷却即得到重结晶碳化硅单元。

实施例2：

取98％重量百分比的混合物I，向其中加入2％重量百分比的烧结助剂(氧化钇与含硼化合物的比例为0.13)，均匀混合，再加入3％重量百分比的马铃薯淀粉、6％重量百分比的甲基纤维素、3％重量百分比的甘油和18％重量百分比的去离子水进行湿法混合，然后放入真空练泥机混炼2小时，形成塑性泥坯。将塑性泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成43孔/平方厘米横截面为□

38mm*38mm的方形蜂窝状泥坯单元。再将蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型，再进行交叉封孔。最后放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3小时，然后自然冷却即得到重结晶碳化硅单元。

实施例3：

取97％重量百分比的混合物I，向其中加入3％重量百分比的烧结助剂(氧化钇与含硼化合物的比例为0.16)，均匀混合，再加入2％重量百分比的玉米淀粉、5％重量百分比的甲基纤维素、4％重量百分比的甘油和16％重量百分比的去离子水进行湿法混合，然后放入真空练泥机混炼2小时，形成塑性泥坯。将塑性泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成43孔/平方厘米横截面为□

38mm*38mm的方形蜂窝状泥坯单元。再将蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型，再进行交叉封孔。最后放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3小时，然后自然冷却即得到重结晶碳化硅单元。

实施例4：

取95％重量百分比的混合物I，向其中加入5％重量百分比的烧结助剂(氧化钇与含硼化合物的比例为0.2)，均匀混合，再加入3％重量百分比的玉米淀粉、6％重量百分比的甲基纤维素、3％重量百分比的甘油和17％重量百分比的去离子水进行湿法混合，然后放入真空练泥机混炼2小时，形成塑性泥坯。将塑性泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成43孔/平方厘米横截面为□

38mm*38mm的方形蜂窝状泥坯单元。再将蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型，再进行交叉封孔。最后放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3小时，然后自然冷却即得到重结晶碳化硅单元。

对比例：

取100％重量百分比的混合物I，向其中加入2％重量百分比的玉米淀粉、5％重量百分比的甲基纤维素、2％重量百分比的甘油和18％重量百分比的去离子水进行湿法混合，然后放入真空练泥机混炼2小时，形成塑性泥坯。将塑性泥坯放入挤压机，在模具的引导下形成43孔/平方厘米横截面为□38mm*38mm的方形蜂窝状泥坯单元。再将蜂窝状泥坯单元放入微波干燥箱内烘干定型，再进行交叉封孔。最后放入真空高温烧结炉内，以一定的烧成曲线加热到2000℃，并保温3小时，然后自然冷却即得到重结晶碳化硅单元。

将实施例1～4以及对比例制得的重结晶碳化硅单元进行抗震性试验，试验结果如下表所示：

经过试验论证，氧化钇和含硼化合物作为烧结助剂的加入使得重结晶碳化硅烧结温度大幅度降低，性能优异，在850℃下冷热急变3次不开裂，适用于在恶劣的机动车环境下使用。

作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。