等离子控制反应合成TiB2-TiC-NiAl多孔膜研究

汽车尾气净化催化剂载体，要求其材料具有良好的耐高温性、耐磨性、导热性和足够的强度，要求其孔型结构具有尽量大的比表面积、良好的催化剂附着性、高的气体通透性等。本申请针对国内外现有载体材料综合性能不足和孔型结构局限性大的现状，提出研究TiB2-TiC-NiAl多孔材料，探索常压直流等离子（DC-Plasma）扫描加热工艺，在合成材料的同时，内部形成均匀孔洞，孔洞壁面上布满微孔的复合孔型结构，外部形态为厚度小于5mm的多孔膜。这种材料将TiB2-TiC的耐高温性、耐磨性，与NiAl优良的导热导电性相结合，而其内部独特的复合孔型及外部的薄膜片状结构，有利于催化剂浸渍、气体通过。本申请旨在研究等离子束快速非平衡加热下，复合孔型结构、物相及组织结构的形成机理和演化规律、分析工艺因素对孔结构性能及力学性能的影响，实现孔洞的可控生长。本研究对丰富多孔材料理论及技术，扩大常压等离子束应用研究等具有重要意义。

在全球经济发展的浪潮中，环境与资源是人类遇到的两大难题，随着对节省资源、保护环境的要求越来越高，多孔材料正是适应了这种形势发展需求的新材料，无论是材料体系、制备方法的创新和改善，还是物理化学性能、机械性能的的研究和利用，都具有重要的意义。尤其是近两年我国多城市遭遇雾霾围城，PM2.5数据爆表，作为PM2.5主要来源的机动车尾气的治理及更加严苛的排放控制技术开发，已经迫在眉睫。本课题针对国内外现有汽车尾气净化过滤体、催化剂载体材料综合性能不足和孔型结构局限性大的现状，利用常压直流等离子控制反应合成TiB2-TiC、TiB2-TiC-NiAl及NiAl-TiB2-TiC多孔材料，在合成材料的同时，内部形成均匀孔洞，且孔洞壁面上分布大量微孔。这种材料将TiB2-TiC的耐高温性、耐磨性，与NiAl优良的导热导电性相结合，而其内部独特的复合孔型结构有利于催化剂浸渍、气体通过。本课题研究了等离子束快速非平衡加热与自蔓延相结合、反应烧结等条件下，多孔材料复合孔型结构、物相及组织结构的形成机理和演化规律，分析了工艺参数对孔结构性能及力学性能的影响，实现了孔洞的可控生长。发表Sci、Ei收录论文13篇，获授权发明专利5项，申请发明专利3项，获得山东省技术发明一等奖、青岛市技术发明一等奖各1项，培养博士研究生1名，硕士研究生8名。相关研究成果对于丰富多孔材料理论及技术，扩大多孔材料应用，推动机动车尾气净化技术发展，对于节能、减排等具有重要意义。