Керамика с сотовой структурой: свойства, производство и применение

Керамика с сотовой структурой — это инновационный керамический материал, форма которого напоминает пчелиные соты. Изначально использовалась для очистки выхлопных газов автомобилей. Сегодня применяется в химической, энергетической, металлургической, нефтяной, электронной и машиностроительной отраслях. Перспективы материала расширяются. Для производства используются: кордиерит, муллит, алюмотитанат, активированный уголь, карбид кремния, оксид алюминия, диоксид циркония, нитрид кремния и композитные матрицы.

Типы сотовой керамики

По назначению материал делится на четыре категории:

• Аккумуляторы тепла — теплоемкость свыше 1000 кДж/кг, рабочая температура до 1700°C. Экономия топлива в печах — от 40%, повышение производительности — от 15%.
• Насадки для массообмена — большая удельная поверхность и высокая прочность. Обеспечивают равномерное распределение потоков, снижают сопротивление слоя, увеличивают срок службы. Применяются в нефтехимической, фармацевтической и химической промышленности.
• Носители катализаторов — высокая каталитическая активность, термическая стабильность, длительный срок службы и прочность. Используются с покрытиями из драгоценных, редкоземельных и переходных металлов.
• Фильтрующие материалы — для очистки газов и жидкостей.

Характеристики и свойства

• Высокая механическая прочность
• Устойчивость к высоким температурам, коррозии и износу
• Большая удельная поверхность
• Высокая пористость и равномерный размер пор
• Низкое падение давления
• Низкий коэффициент теплового расширения
• Устойчивость к термическому удару и вибрациям
• Стойкость к химической коррозии (устойчивость к кислоте ≥ 99,8%)

Химический состав

Основу традиционно составляют каолин, тальк, алюминиевый порошок и глина. Добавление цеолитов и других огнеупорных материалов позволяет придать материалу дополнительные свойства. Основной структурный материал — кордиерит (химический состав: оксид алюминия — 35,2±1,5%, диоксид кремния — 50,9±1,5%, оксид магния — 13,9±1,5%).

Технология производства

Процесс включающий экструзию. Для повышения пластичности и текучести массы в сырье добавляют связующие, пластификаторы, диспергаторы, смазочные материалы и увлажнители. В качестве связующих широко применяются крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и поливиниловый спирт; в качестве смазочных материалов — тунговое масло и стеариновая кислота; в качестве пластификатора — глицерин.

Области применения сотовой керамики

Носители катализаторов

Используются для очистки автомобильных выхлопных газов, денитрификации дымовых газов котлов (NOx), удаления запахов и токсичных газов в промышленных выбросах. Для автотранспорта применяются кордиеритовые носители с покрытием из γ-оксида алюминия.

Огнеупорная подовая плитка

Экструдированные изделия на 60–75% легче традиционных, обеспечивают быстрый нагрев и охлаждение. Использование в качестве опор при обжике ферритов улучшает качество продукции.

Сажевые фильтры

Тонкостенные пористые материалы применяются для фильтрации и очистки частиц углерода в выхлопных газах дизельных двигателей (при температуре около 500°C).

Заключение

Сотовая керамика — универсальный и инновационный материал с широким спектром применений. Его исключительные свойства обеспечивают эффективность и надежность в самых demanding отраслях промышленности. Развитие материаловедения и растущий спрос на экологичные решения открывают новые перспективы для этого материала.