Спосіб одержання пористої кераміки з відкритою пористістю, переважно для виготовлення каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння

1. Спосіб одержання пористої кераміки з відкритою пористістю, переважно для виготовлення каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, що включає просочення заготовки з губчатого матеріалу водною суспензією дрібнодисперсного керамічного матеріалу, видалення з заготовки зайвої суспензії і термічну обробку просоченої суспензією заготовки, який відрізняється тим, що дрібнодисперсний керамічний матеріал має склад, % сухої маси: алюмофосфат 18-20 бентонітова глина 8-12 окис титану 1,5-3,5 окис хрому 1,0-2,0 глинозем решта, суспензія приготовлена шляхом суспендування зазначеного дрібнодисперсного керамічного матеріалу в 25 - 35 % водному розчині лінгосульфонату натрію при такому співвідношенні компонентів, % сухої маси: керамічний матеріал 70-90 лінгосульфонат натрію 10-30, а термічну обробку здійснюють шляхом нагрівання заготовки зі швидкістю 250°С-300°С у годину до температури 1300°С-1440°С і наступної витримки при цій температурі протягом 15-90 хвилин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що термічну обробку заготовки здійснюють шляхом її нагрівання зі швидкістю 150°С-200°С у годину до температури 1340°С-1360°С. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що заготовку витримують при температурі 1340°С-1360°С протягом 30-40 хвилин. 4. Спосіб по одному з пп. 1-3, який відрізняється тим, що термічну обробку здійснюють у повітряній атмосфері. Корисна модель стосується пористої кераміки з відкритою пористістю, що може бути використана в різних фільтрах і каталітичних конверторах, зокрема, для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, і способу її одержання. Відомий спосіб одержання пористих керамічних матеріалів з відкритою пористістю, що включає просочення заготовки з пористого еластичного матеріалу, що має гідрофобну поверхню, наприклад пінополіуретану, водяною суспензією дрібнодисперсного керамічного матеріалу, обтиснення заготовки для видалення з неї зайвої суспензії, сушіння суспензії, що покриває поверхні пір заготовки, і термічну обробку заготовки для випалювання матеріалу заготовки і запікання керамічного матеріалу суспензії [див., наприклад, US 3090094, DE 3934494, ЕР 157974 і ін.|. У ЕР 440 322 описана більш складна технологія отримання пінистої кераміки, що включає прокатування заготовки між роликами для просочення заготовки та її обтиснення. Завдяки стійкості до впливу високої температури і різних середовищ пориста чи, як її ще називають, піниста кераміка знайшла широке застосування в різних областях техніки. Так, у DE 3732654, US 5,336,656, US 5,242,882 і US 5,217,939 описане застосування пористої кераміки як носія каталізатора для обробки газових потоків. Завдяки низької щільності структури піниста кераміка, в якій об'єм пір складає 50-70% об'єму всього каталітичного блока, а перемички мають товщину ої 7717 менш 1мм, істотно перевершує отримані методом екструзії ніздрюваті структури по таких важливих параметрах, як опір потоку газу і масопереносу. Низьке падіння тиску на каталізаторі внаслідок низького опору потоку газу є особливо важливим для систем очищення газу [DE 3510170] і каталізаторів випускних систем двигунів внутрішнього згоряння автомобілів [DE 3731888]. Відомі й інші патенти, що відносяться до пористих керамік і способів їхнього одержання: US 3,893,917, US 3,947,363, US 3,962,081, US 4,024,056, US 4,081,371, US 4,257,810, US 4,258,099, US 4,391,918 та інші. У US 3,097,930 описаний спосіб одержання пористої кераміки, що включає просочення пластикового губчатого матеріалу, наприклад, пінополіуретану, пінополістиролу чи пінополівінілхлориду, водяною суспензією вогнетривких часток, висушування губки та її випал в інертній атмосфері при високій температурі. Операції просочення і сушіння можуть бути виконані кілька разів. Як вогнетривкий матеріал запропоновані глина, мінерали, окисли, бориди, карбіди, силіциди, нітриди та їхні суміші. У прикладах описане застосування глинозему і каоліну з розміром часток від менш 1мк до більш Юмк. Глинозем запікали при температурі 1350°С, а каолін при 1700°С. У US 4,697,632 описане просочення керамічною суспензією, яка містить 1-2% (суха маса) кремнезему і 99-80% (суха маса) глинозему, в'язкістю 5-20с і с плівковою вагою 1-8г на стандартній пластині площею 8 квадратних дюймів. Як керамічний матеріал може бути також використаний двоокис цирконію. Одержання пористих неорганічних або керамічних структур з використанням просочення полімерних пін керамічною суспензією описано також у таких патентах, як US 3,833,386, US 3,877,973, US 3,907,579, US 4,004,933 та інших. Більш докладно, спосіб, описаний у US 3090094, включає просочення заготовки з губчатого матеріалу, наприклад, з пінополіуретану, водяною суспензією дрібнодисперсного керамічного матеріалу, видалення з заготовки зайвої суспензії і термічну обробку просоченою суспензією заготовки при температурі приблизно від 500°F до 3000°F (від 260°С до 1650°С), переважно від 2100°F до 2900°F (від 1150°С до 1620°С), при якій відбувається вигоряння губчатого матеріалу і затвердіння кераміки. Як суспензія для просочення в цьому способі пропонується суспензія, що містить керамічний порошок з розмірами часток від 80 до 300 меш і зв'язуюче. Як керамічний порошок може бути використаний принаймні один з наступних здрібнених матеріалів: двоокис цирконію, циркон, петаліт, муліт, тальк, кварц або окис алюмінію (глинозем). Суспензія містить керамічний порошок і зв'язуюче в співвідношенні від 1:4 до 4:1. У зв'язуюче входить від ЗО до 70% за вагою алюмінату кальцію і від ЗО до 70% ортофосфорної кислоти або силікату натрію. Отримана таким способом піниста кераміка має стійкість до впливу високої температури й агресивних середовищ, створює прийнятний опір газовому потоку і по цих параметрах придатна для виготовлення каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, наприклад, автомобільних. Однак така кераміка має недостатню механічну міцність, що при впливі пульсуючого потоку відпрацьованих газів приводить до швидкого руйнування каталізатора і до необхідності частої його заміни. Так, зразок пористої кераміки, для одержання якої використовували пінополіуретан і суспензію на основі глинозему, у виді циліндра діаметром 20мм і висотою 20мм руйнувався вже при навантаженні 1015МПа. Задача даної корисної моделі полягає в тому, щоб одержати простим і економічним способом пінисту кераміку, що має механічну міцність, прийнятну для використання цієї кераміки як носія для каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, наприклад, автомобільних. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі одержання пористої кераміки з відкритою пористістю, переважно для виготовлення каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння, що включає просочення заготовки з губчатого матеріалу водною суспензією дрібнодисперсного керамічного матеріалу, видалення з заготовки зайвої суспензії і термічну обробку просоченою суспензією заготовки, дрібнодисперсний керамічний матеріал має склад, % сухої маси: Алюмофосфат 18-20% Бентонітова глина 8-12 Окис титану 1,5-3,5 Окис хрому 1,0-2,0 Глинозем решта, суспензія приготовлена шляхом суспендування зазначеного дрібнодисперсного керамічного матеріалу в 25-35% водному розчині лінгосульфонату натрію при такому співвідношенні компонентів (суха маса): Керамічний матеріал 70-90% Лінгосульфонат натрію 10-30% а термічну обробку здійснюють шляхом нагрівання заготовки зі швидкістю 150°С-200°С у годину до температури 1300°С-1440°С і наступної витримки при цій температурі протягом 15-90хв. Переважно, термічну обробку заготовки здійснюють шляхом її нагрівання зі швидкістю 250°С300°С у годину до температури 1340°С-1360°С і потім витримують при температурі 1340°С-1360°С протягом 30-40ХВ. Зазначена термічна обробка може здійснюватися в повітряній атмосфері, що істотно знижує технологічні витрати і вартість готової продукції. Приклад Попередньо підготували суху суміш шляхом механічного змішування 40г алюмофосфату, 20г бентонітової глини, 4г окису титану, 4г окису хрому і 132г глинозему, яку протягом 180хв перемелювали в млині до одержання дисперсності D5O=2-5MKM. Перемелену суху суміш просіяли через сито 80 меш і просіяну суху суміш у кількості 220г помістили в лопатеву мішалку власного виготовлення, куди додали 40мл 30%-го водного розчину лінгосульфонату натрію. Перемішування здійснювали 7717 протягом 60хв до одержання однорідної суспензії в'язкістю близько 10-15Пас В отриману суспензію занурили заготовку з пінополіуретану у виді циліндра діаметром 100мм, висотою 50мм і вагою 15г Заготовку в зануреному стані кілька разів стиснули і відпустили до повного заповнення м пір суспензією Після цього заготовку витяти із суспензії і віджали так, що на стінках и пір залишилося 100г суспензії, у результаті чого вага просоченої суспензією заготовки склала 115г Підготовлену в такий спосіб заготовку помістили в піч з повітряною атмосферою власного виготовлення, у якій почали піднімати температуру зі швидкістю 180°С у годину до досягнення температури 1350°С При температурі 1350°С заготовку витримали протягом бОхв, після чого й витяти на повітря і залишили до повного остигання Після остигання заготовка мала вид майже правильного циліндра діаметром близько 95мм, середньою висотою близько 47мм і вагою близько 80г Остиглу заготовку випробували на газопроникність і механічну МІЦНІСТЬ Іспит на газопроникність Здійснювали ВІДПОВІДНО 11573-98(ІСО8841-91) до Комп ютерна верстка Д Шеверун вимог ГОСТ Проникність 50010 5 м 3 /с по газу при Р5880Па Випробування на механічну МІЦНІСТЬ Границю МІЦНОСТІ ГОСТ 473 8-81 ВГ20-40МПЭ Границю МІЦНОСТІ ГОСТ 473 6-81 ет50-60МПа на вигин визначали за на стиск визначали за Випробування на термічну СТІЙКІСТЬ Випробування на термостійкість здійснювали за ГОСТ 473 5-81 Середній руйнівний перепад температур (повітря-вода) °С 200-300 КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ нагрів-охолодження 110 З результатів ІСПИТІВ ВИДНО, ЩО пориста кера міка за корисною моделлю значно перевершує відому за своїми МІЦНІСНИМИ характеристиками і не уступає останній за газопроникністю, що робить п придатною для виготовлення каталітичних конверторів для нейтралізації відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння з тривалим терміном служби Іспити таких каталітичних конверторів показали, що термін їхньої служби зрівнюється з терміном служби значно більш дорогих і менш ефективних стільникових каталітичних конверторів або перевершує його Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП 'Український інститут промислової власності', вул Глазунова, 1 м Київ - 4 2 , 01601