[发明专利]导电Ti3AlC2蜂窝陶瓷及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及导电蜂窝陶瓷领域，具体为一种具有贯通四方孔结构的导电Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷及其制备方法和用途。

背景技术

如今，汽车数量迅速增加，导致汽车尾气的排放量与日俱增。尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（C_xH_y）、氧氮化合物（NO_x）、二氧化硫、固体颗粒及醛类等物质有强烈刺激性的味道或有致癌作用，已经成为重要的大气污染源。

为减少尾气的污染，主要采用尾气再循环、延迟点火时间等机内净化措施和高效催化技术等机外措施。高效催化技术是在尾气排出气缸进入大气前将CO、C_xH_y、NO_x转化为CO₂、H₂O、N₂。所采用的三元催化转化器由外壳、载体和催化剂三部分组成。其中载体是重要的组成部分，分为颗粒载体、陶瓷载体和金属载体。目前，大量使用的是蜂窝状整体式陶瓷载体，其材料为堇青石、莫来石、沸石、α-Al₂O₃、氧化锆、钛酸铝、二氧化钛、富铝红柱石、透锂长石、锂辉石、硅铝酸盐及硅酸镁等传统陶瓷。除了广泛使用的陶瓷载体外，由不锈钢或合金材料制作的金属箔载体逐渐进入人们的视野。与陶瓷载体相比，导电金属箔可以电加热，能减少汽车冷启动时间，显著降低了启动时有害气体的排放量。尽管金属箔载体性能优良，但成型工艺复杂，尤其是载体与催化剂活性层附着性差。

目前，正在使用的催化剂载体面临的主要问题是：传统陶瓷载体不导电或导电性差，不易电加热，且抗热震性能不好；金属箔载体导电性好，可以电加热，但与催化剂活性层热膨胀系数差别大，活性层容易从载体上剥落。

MAX相陶瓷（如Ti₃SiC₂、Ti₃AlC₂、Ti₂AlC）含有共价键和金属键，集成了陶瓷和金属的优点，如高的机械强度、优异的抗热震性和良好的导电性和易加工性能。这些性能恰好同时克服了传统陶瓷载体和金属箔载体的不足，使得MAX相陶瓷作为催化剂载体材料具有广泛的应用前景。但到目前为止，国内外尚未有MAX相蜂窝陶瓷的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有贯通孔结构的多孔导电Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷及其制备方法，并提出其用途，解决传统陶瓷载体不易电加热，且抗热震性能不好，并且，金属箔载体与催化剂活性层热膨胀系数差别大，活性层容易从载体上剥落等问题。

本发明的技术方案是：

一种导电Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷，该Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷具有贯通孔结构，其通孔形状为四方孔，孔密度200-300孔/in²，壁厚0.3-0.4mm；Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷中，Ti₃AlC₂所占的重量百分比为99-100%。

所述的导电Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷的孔结构为两种：一种孔密度300孔/in²，壁厚0.4mm；另一种孔密度200孔/in²，壁厚0.3mm。

所述导电Ti₃AlC₂蜂窝陶瓷的制备方法，具体步骤如下：

（1）配料

按配比称量Ti₃AlC₂陶瓷粉料和结合剂，结合剂为下列物质中的一种或两种以上物质的混合物：淀粉、糊精、聚乙烯醇、墙纸胶粉，结合剂占陶瓷粉料重量的5-10%。

其中，Ti₃AlC₂陶瓷粉料的粒度2-5微米。

（2）湿混

将混合料倒入滚筒磨或者行星磨中，加入无水乙醇为介质进行湿混，球磨介质为玛瑙球或者聚氨酯球或者钢球，混合料与无水乙醇体积比为3∶2-2∶1，球料重量比为0.5-2，湿混时间为6-12小时。

（3）炼泥