一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法.pdf

本发明公开了一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，过程为：用集束拉拔法制备微米级铁铬铝合金纤维束，将铁铬铝合金纤维束剪切成短纤维，在纺织梳棉机上形成棉絮团状的多孔金属纤维网，将制成棉絮团状的多孔纤维网填塞到铁铬铝圆筒中形成载体坯料，将载体坯料放入真空烧结炉中进行烧结。本发明制备的金属纤维多孔载体具有比表面积大、孔径尺寸均匀、孔隙率高和机械强度高的特点，良好的气体流通性能，增加了气体通过的有效面积，纤维载体的特殊多孔性和空隙曲折相连性，改变了汽车尾气的传播路径，延长尾气与催化剂的接触面积和时间，提高接触几率，提高催化剂对污染物的转化效率，降低催化净化器的背压，有利于减少发动机动力损失。

1.  一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，其特征在于该方法过程为：采用集束拉拔法制备丝经为12μm-40μm的铁-铬-铝合金纤维束，将铁-铬-铝合金纤维束剪切成20-30mm长的短纤维，在纺织梳棉机上将短纤维形成棉絮团状的多孔金属纤维网，将制成棉絮团状的多孔纤维网填塞到用厚0.5mm～1.0mm的铁-铬-铝薄板制成的催化剂圆筒壳体中形成载体坯料，将载体坯料放入真空烧结炉中进行烧结，一次成型制备成金属纤维载体。

2.  根据权利要求1所述的一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，其特征在于所述烧结的工艺条件为：真空烧结炉的真空度大于1×10^-3pa，烧结温度为1100℃-1300℃，烧结时间为2-3小时。

3.  根据权利要求1所述的一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，其特征在于所述金属纤维载体的比表面积为5×10³～20×10³cm²/cm³，孔径尺寸为：2μm～3μm，孔隙率：90％以上。

一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属纤维载体材料的制备方法，特别是涉及一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法。
背景技术
随着经济社会的进步，汽车工业快速发展，数量剧增，汽车尾气造成的环境污染也日益严重。研究表明：大城市中40％以上的NO_X，80％以上的C0和70％以上的HC来自汽车尾气。汽车尾气中主要成分有CO，N0x，SO₂，HC，颗粒物等。治理尾气污染已成为国内外关注的课题。许多国家纷纷制定各种法规，采取许多措施(如欧II和新的欧V标准)，对汽车尾气排放加以严格控制。中国要使全国各大城市机动车尾气排放达到欧II号标准，并实施国家第三阶段机动车排放标准(相当于欧III标准)。为此将投入巨资，用以治理大气污染。而催化净化是国际普遍采用的汽车尾气净化的方法。而净化装置的发展起决定性作用。
机动车尾气净化装置一般由三部分构成，外壳、载体材料和催化剂活性物质。载体是影响催化剂效能的重要因素之一。一般来讲，理想的车用净化器载体应具备下列条件：(1)不含使催化剂中毒的物质；(2)高的稳定性；(3)适宜的比表面积及细孔结构；(4)足够的机械强度；(5)较小的气流阻力；(6)适度的导热系数、比热容和密度。目前汽车尾气净化器采用的载体材料主要有三种：陶瓷颗粒型载体材料、蜂窝陶瓷载体材料和金属载体材料。
陶瓷颗粒型载体材料是汽车尾气净化器最早使用的载体材料，它是由直径3～4mm的活性氧化铝(γ-Al₂O₃)小球堆积而成。这种载体的比表面大(200～300m²/g)、机械强度高(80N/粒)，具有较强的吸附力，当排出的尾气通过这些堆积小球时，固体颗粒被吸附，同时在排气温度和催化剂的作用下有毒气体被转化，碳烟粒充分氧化燃烧。陶瓷颗粒型载体材料具有制造简单、价格低廉、装填容易等特点，但是他的致命弱点是，强度低、易破碎、阻力大、影响汽车发动机的动力性能。使油耗上升，功率下降。目前已逐渐被蜂窝状催化剂载体所取代。
目前在汽车尾气净化器中广泛使用的是陶瓷蜂窝载体。国外发达国家的汽车工业起早，发展快。对蜂窝陶瓷的研究也比我国早10-20年。在这一领域，美国康宁(Coming)公司代表着世界范围的最高水平。使用最多是以挤压方式生产的堇青石(2MgO·Al₂O₃·SiO₂)蜂窝状陶瓷载体。自1975年以来，蜂窝状陶瓷载体不仅成功用于汽油车的催化转化，还是捕捉柴油机碳颗粒物的主要手段。国内已有堇青石质蜂窝陶瓷的发明专利。为了固定催化剂，蜂窝陶瓷载体表面通常涂覆一层均匀的高比表面积的涂层，然后把贵金属活性组分负载在其表面，组成效率高的实用汽车尾气净化器。涂层材料通常选择比表面积大的γ-Al₂O₃。但是γ-Al₂O₃涂层与堇青石基体的热膨胀系数又有较大的差异，因此必须对它的加工工艺及其参数进行合理的调整才能得到性能优良的蜂窝陶瓷载体。
针对陶瓷载体材料的机械强度低、热容量小，又开发出了性能更优良的金属载体材料。这是将合金铸锭轧制成箔材；将箔材压制成波纹状，再将波纹状金属箔与平板状金属箔叠在一起，卷制成蜂窝状整体型结构。目前，金属载体材料最具应用前景是Fe-Cr-Al，研究工作也主要围绕Fe-Cr-Al而进行。金属载体具有优点是：抗震性好、不易脆裂，比陶瓷载体有更广泛的适用性和使用寿命。
随着人们对环保要求的提高和欧V标准的实施，传统的蜂窝载体材料已难以满足要求，而金属纤维载体材料具有比表面积大、孔径尺寸均匀，可随意控制，呈多孔体结构，孔隙率可以达到90％以上，不但具有良好的气体流通性能，极大增加气体通过的有效面积，降低催化净化器的背压，有利于减少发动机动力损失，而且能阻挡和吸附汽车尾气中烟尘颗粒，具有很高的容尘量，还可脉冲反吹再生。
纤维载体的特殊多孔性和空隙曲折相连性可以改变汽车尾气的传播的路径，延长尾气与催化剂的接触面积和接触时间，提高接触几率，以提高催化剂对污染物的转化效率，其优势是其他载体无法比拟的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，以制备出表面积更大、强度更高、寿命更长的铁铬铝微米级金属纤维载体。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，其特征在于该方法过程为：采用集束拉拔法制备丝经为12μm-40μm的铁-铬-铝合金纤维束，将铁-铬-铝合金纤维束剪切成20-30mm长的短纤维，在纺织梳棉机上将短纤维形成棉絮团状的多孔金属纤维网，将制成棉絮团状的多孔纤维网填塞到用厚0.5mm～1.0mm的铁-铬-铝薄板制成的催化剂圆筒壳体中形成载体坯料，将载体坯料放入真空烧结炉中进行烧结，一次成型制备成金属纤维载体。
所述烧结的工艺条件为：真空烧结炉的真空度大于1×10^-3pa，烧结温度为1100℃-1300℃，烧结时间为2-3小时。
所述金属纤维载体的比表面积为5×10³～20×10³cm²/cm³，孔径尺寸为：2μm～3μm，孔隙率：90％以上。
金属纤维多孔载体是以集束拉拔法制备的微米级铁铬铝合金纤维为原料，采用纺织工业中的无纺的技术形成多孔纤维网，再通过高温烧结，使纤维网中搭接点扩散焊接在一起，搭接点形成了冶金结合，使纤维网成为完整的多孔体材料结构，结合牢固，具有更高的强度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：1、比表面积大，可以达到(5～20)×10³cm²/cm³，高比表面积有利于增大催化剂活性组分物质的附着的表面积，可以增加活性组分与汽车尾气中污染物质的接触几率，提高催化剂对污染物的转化效率。2、孔径尺寸均匀，可在2μm～3μm范围可控，并能沿轴向形成梯度结构，不但具有良好的气体流通性能，而且能阻挡和吸附汽车尾气中烟尘颗粒。3、孔隙率高，可以达到90％以上，呈多孔体结构，具有很高的容尘量。4、具有较高的机械强度，金属纤维载体采用纺织方法制成的纤维网，纤维均匀无序的交织在一起，经高温烧结后，纤维网中的纤维之间的搭接点焊接在一起，搭接点形成冶金结合，使纤维网成为完整的多孔体材料结构，结合牢固，并和壳体形成整体结构。因而能够承受汽车排放的高温高速尾气流冲击和汽缸工作以及路况等因素引起的剧烈振动，避免破碎。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明一种机动车尾气净化器用金属纤维载体的制备方法，制备过程为：采用集束拉拔法制备丝经为12μm-40μm的铁-铬-铝合金纤维束，将铁-铬-铝合金纤维束剪切成20-30mm长的短纤维，在纺织梳棉机上将短纤维形成棉絮团状的多孔金属纤维网，将制成棉絮团状的多孔纤维网填塞到用厚0.5mm～1.0mm的铁-铬-铝薄板制成的催化剂圆筒壳体中形成载体坯料，将载体坯料放入真空烧结炉中进行烧结，一次成型制备成金属纤维载体。所述烧结的工艺条件为：真空烧结炉的真空度大于1×10^-3pa，烧结温度为1100℃-1300℃，烧结时间为2-3小时。
本发明制备的金属纤维载体的比表面积为5×10³～20×10³cm²/cm³，孔径尺寸为：2μm～3μm，孔隙率：90％以上。
实施例1
采用集束拉拔法制备丝径为12μm的铁铬铝金属纤维束，剪切为20mm长度的短纤维，在纺织梳棉机上形成棉絮团状的多孔金属纤维网，称取100克的纤维网，装入预制好的Φ100×100mm尺寸的铁铬铝圆筒内，放入真空烧结炉中烧结，在真空度大于1×10^-3pa，1150℃的条件下，烧结2小时，出炉后形成了整体多孔载体材料，检测结果为：孔隙度90％，平均孔径尺寸2μm，比表面积20.6×104。该载体装入汽车尾气净化器中使用。
实施例2
采用集束拉拔法制备丝径为20μm的铁铬铝金属纤维束，剪切为23mm长度的短纤维，在纺织梳棉机上形成棉絮团状的多孔金属纤维网，称取100克的纤维网，装入预制好的Φ100×100mm尺寸的铁铬铝圆筒内，放入真空烧结炉中烧结，在真空度大于1×10^-3pa，1170℃的条件下，烧结2小时，出炉后形成了整体多孔载体材料，检测结果为：孔隙度92％，平均孔径尺寸2.4μm，比表面积12.6×104。该载体装入汽车尾气净化器中使用。
实施例3
采用集束拉拔法制备丝径为25μm的铁铬铝金属纤维束，剪切为26mm长度的短纤维，在纺织梳棉机上形成棉絮团状的多孔金属纤维网，称取100克的纤维网，装入预制好的Φ100×100mm尺寸的铁铬铝圆筒内，放入真空烧结炉中烧结，在真空度大于1×10^-3pa，1200℃的条件下，烧结2.5小时，出炉后形成了整体多孔载体材料，检测结果为：孔隙度92.6％，平均孔径尺寸2.7μm，比表面积10.4×104。该载体装入汽车尾气净化器中使用。
实施例4
采用集束拉拔法制备丝径为40μm的铁铬铝金属纤维束，剪切为30mm长度的短纤维，在纺织梳棉机上形成棉絮团状的多孔金属纤维网，称取100克的纤维网，装入预制好的Φ100×100mm尺寸的铁铬铝圆筒内，放入真空烧结炉中烧结，在真空度大于1×10^-3pa，1250℃的条件下，烧结3小时，出炉后形成了整体多孔载体材料，检测结果为：孔隙度94％，平均孔径尺寸3.0μm，比表面积7.0×104。该载体装入汽车尾气净化器中使用。
本发明制备的多孔载体具有良好的气体流通性能，极大增加气体通过的有效面积，纤维载体的特殊多孔性和空隙曲折相连性，可以改变汽车尾气的传播的路径，延长尾气与催化剂的接触面积和接触时间，提高接触几率，以提高催化剂对污染物的转化效率，降低催化净化器的背压，有利于减少发动机动力损失，而且能阻挡和吸附汽车尾气中烟尘颗粒，具有很高的容尘量，还可脉冲反吹再生。还能够承受汽车排放的高温高速尾气流冲击和汽缸工作以及路况等因素引起的剧烈振动，避免破碎，其优势是其他载体无法比拟的。