国内汽车用蜂窝陶瓷载体技术现状分析

出来 的有 害 气体 如 ＨＣ、 Ｏ、 Ｏ Ｃ Ｎ ｘ等 在合 适 的温 度 环 境 下进 行 催 化 ，使 以上三 种 有 害气 体 相 互 之 间发 生 如 图
１所示 的反 应 ， 而 产 生 无 害 的气 体 排 放 ， 从 其反 应 机 理
见 图 １ 。
国 内蜂 窝 陶 瓷 的 发 展 历 史
进入到 ２ ０世 纪 ９ ０年代 后 ，随 着我 国整 体 工业 的 过 降低 蜂 窝 陶瓷 的格子 壁 厚 来增 加 载 体 的开 孔率 。例
不 断 发展 ， 大 研究 院所 也在 积 极 寻求 与 企 业 的合 作 ， 如 ４ ０目的载 体 通 常 是 做 ０１ ｍ 各 ０ ．６ ｍ左 右 的壁 厚 ， ６ ０ 而 ０ 我 国蜂 窝 陶瓷 的生 产 逐渐 由研 究 院所 的研 究 转 向了企 目的 载 体通 常是 ０ １ｍ 左 右 的壁 厚 ： ．２ ｍ 另外 ， 体 孔 道 载
料 、 产 设 备 、 具 等 角 度 详 细 剖 析 了 我 国 堇 青 石 蜂 窝 陶 瓷 载 体 性 能 无 法 满 足 主流 的 汽 车 整 车 厂 要 求 的 原 因 生 模
所 在 ． 结 合 国 内的 现 状 提 出 了产 品 性 能提 升 的建 议 。 并 关键词 ： 车尾气净化 ； 汽 三元 催 化 净 化 ； 青 石 ； 窝 陶瓷 ； 体 ； 膨 胀 系 数 ； 热 冲 击 性 堇 蜂 载 热 抗
业 的研制 生 产 阶段 此 时 国 内外 的技 术交 流也 在 大力 内壁 的 光 洁 度 也 会 影 响 排 气 阻 力 。
推进 ， 同时 国外 技术 封 锁 之 门也 在 慢慢 打 开 ， 得 我 国 使
（ ）高机 械 强 度 ：由 于载 体 的工 作 环 境是 在 颠 簸 ６
的 蜂 窝 陶 瓷 生 产 技 术 有 了 突 飞 猛 进 的 发 展 ； 已 经 在 江 的 汽 车 上 。 因 此 要 求 载 体 具 备 较 高 的 强 度 而 不 被 外 力
供 了汽车 尾 气 和贵 金 属催 化 剂 的接 触 机 会 ，使 得 反应 物 间的传 质 效 果 大大 提 高 ，从 而使 以上 反应 的效 率 大 大 提高 。
了汽 车 国Ⅲ 、 Ⅳ排放 法 规 。 国 此 法规 所 涉及 到 的排 放技 术 ，就 是 利 用 涂敷 在 堇 青 石蜂 窝 陶 瓷载 体 上 的重 金 属催 化 剂 ，对 汽 车 所 排放
量 远不 能 达标 而无 法 应用 到 汽 车上 。
（ ）低 的 排 气 阻 力 ： 求 载 体 对 发 动 机 的 排 气 阻 ５ 要
的 开孔 率 所决 定 的 ， 相 同 的孑 密 度 的情 况下 ， 在 Ｌ 只有 通
义上 的蜂 窝 陶 瓷 ，但 是此 产 品 在推 向市场 时却 由于质 力 很 小 ， 影 响 发 动 机 的 性 能 。 气 阻 力 主 要 是 由 载 体 不 排
其他 形 状 ， 要 在 角上 采 用大 的圆弧 过 渡 。 也 （ ）良 好 的 组 装 性 ： 体 是 排 气 总 成 的 一 个 零 件 ， ７ 载
３ 汽 车 用 蜂 窝 陶 瓷 载 体 的技 术 要 求
汽 车 用 蜂 窝 陶 瓷 载 体 的 使 用 环 境 特 别 恶 劣 ， 同 时 只有 良好 的外 表 以及 精确 的尺寸 才能确 保组装 的完美 。 综 合 以上 性 能要求 ，研 究 人 员不 断尝 试 着用 各种 其 又 是 后 排 放 处 理 系 统 中 的 一 个 零 部 件 ， 此 ， 其 系 因 对 经 目 统 的协 调 适应 性 也 要求 非 常 高 ．蜂 窝 陶瓷 必 须 具备 以 材料 来制 造 蜂 窝 陶瓷载 体 。 过 多年 的研究 和实 践 ， 前 所公认 的也是普遍采用 的材料是高温型 的多孔堇青石 。 下 性能 ： （ ）大 的 比表 面 积 ： 证 废 气 与 催 化 触 媒 的充 分 １ 保 接 触 。 窝 陶瓷 的 比表 面积来 自于蜂 窝 陶瓷 的孔密 度 ， 蜂
１ ％左 右 。 ９
稳定 性 方 面都 还 不 能完 全 满 足 汽车 厂 家 的要 求 ，特别 （ ）暖 机性 好 ： 求 发 动 机 在 启 动 后 ， 体 的 温度 是在 耐 热 冲击 、 ３ 要 载 暖机性 能 、 气 阻力 等 方面 。 排
笔 者 通 过 十 几 年 在 蜂 窝 陶 瓷 研 究 、生 产 方 面 的 经
的定 向排列 ， 有可能成为平 均热膨胀 系数 为 １ ￣ ０ ／ 才 ． １￣￣ ５ Ｃ
其实 ， 目前 国 内 已经有 科 研 机 构和 部 分 厂家 ， 上 如 等 ，已经 成 功研 制 出 了热 膨胀 系数 小 于 １０ １ ℃的 ．× ０ ／
美 国康 宁 公 司 于 １７ ９ ６年 发 明堇 青 石 蜂 窝 陶瓷 制 造技 术 ， 将此 产 品应 用 到汽 车 尾气 净化 中 。 国在 上 并 我
０年代 初 期 ， 海 硅 酸盐 研 究所 的一些 学 者 最 早 上 由 图 １中可 以看 出 ．虽 然蜂 窝 陶 瓷 载体 对 化 学 反 世 纪 ８ 应起 不 到催化 作 用 ， 是 由于 蜂窝 陶 瓷 的高 比表 面 ， 但 提 接 触 到 蜂窝 陶瓷 ，由于 当时 国 内没 有任 何 可 以借 鉴 的
头公司 ８ ０年 代 的 成 形 工 艺 — — 熟 料 或 半 熟 料 立 式 间
（ ）高耐 热 冲击 性 ： 求 载体 在 发 动 机反 复 启 动 、 歇成 形 技术 。 ４ 要
我们 知 道 。蜂 窝 陶 瓷是 通 过 堇 青 石 晶体 在 产 品 的
挤 出 方 向 上 ， 现 Ｃ轴 ｆ 青 石 材 料 的 热 膨 胀 系 数 为 各 的差异 ，正 是我 国 自主生 产 的汽 车用 蜂 窝 陶瓷 载体 一 实 堇 向异性 ，其 中 ａ轴 为 ２９ １ — ｃ ， ．× ０６ 【 Ｃ轴 为一 ．Ｘ ０６Ｃ 直 处 于 低 端 的 汽 配 市 场 的 主 要 问 题 所 在 。 ／＝ １１ １— ｃ） ／
孔 密 度 越 高 ． 品 的 比表 面 积 就 越 大 。 时 材 料 的 细 孔 产 同 容 量 和 细 孔 分 布 也 会 对 蜂 窝 陶 瓷 的 比 表 面 积 产 生 很 大
的影 响 。
４ 我 国 汽 车 用 蜂 窝 陶 瓷 的 生产 技 术 分 析
我 国从 ９ ０年 代 初 开 始 生 产 汽 车 用 蜂 窝 陶 瓷 ， 一 也 直 使 用 堇 青 石 材 料 进 行 制 造 。 但 我 国 所 生 产 的 堇 青 石
经验 ， 国外 对 此技 术 又严 加 封 锁 ， 加上 蜂 窝 陶 瓷这 种 会 反 复 出 现 膨 胀 、 缩 。 而 遭 到 破 坏 。 堇 青 石 的 热 膨 再 收 从 结 构 陶瓷 的生 产 工 艺 技 术 又 完 全 不 同 于 传 统 陶瓷 ， 因 胀 系数 特别 低 ． 以是 生 产 蜂窝 陶瓷 载 体 的理 想材 料 。 所 此研 制过 程特 别艰 难 。 到 １８ 直 ９ ６年才 生产 出 了真 正 意
（ ）稳 定 的吸 水 性 ： 保 催 化 触 媒 牢 固均 匀 地 涂 蜂 窝 陶瓷 载体 没 有 真 正进 入 到 一 级 市场 —— 汽 车整 车 ２ 确 附在 载体 的表 面， 同时 又不 因涂 附过 厚带 来 浪费 。此性 厂 ．而 是 一 直 在 低 端 的 汽 配 市 场 和 在 用 车 市 场 艰 难 地 能也是 靠 蜂 窝 陶瓷 材料 稳 定 的 细孔 分 布 、 均孔 径 、 平 细 求生 存 。 其 原 因 ， 究 主要 是 由于 我 国所 生产 的蜂 窝 陶瓷 孔 容量 来 体现 的 ，通 常载 体 的 细孔容 积 为 ０２ｒ ／ ， ． ａ ｇ 平 载体 的性 能还 落 后 于 两 大 巨头—— 美 国康 宁公 司 和 日 ｅ。 均细孔 径 为 ４ ｍ，这 样 就 能确 保 载体 的吸 水率 稳 定在 本 Ｎ Ｋ 公 司 。同 时 ， 论 是 产 品 性 能 指 标 ， 是 性 能 的 汕 Ｇ 无 还
１ 蜂 窝 陶瓷 的 使 用 背 景
根 据 公 安 部 交 通 管 理 局 的最 新 信 息 ，至 ２ ０ ０ ９年 底 ， 国汽 车保 有量 已达 ７ １ ．１万辆 。 目前 几乎 所 有 我 ６ ９３ 的 大 中城 市 最 大 的 大 气 污 染 源 都 来 自汽 车 尾 气 的 排 放 ，其 中 大 气 污 染 物 中 ７ ．％ 的 碳 氢 化 合 物 （ ） ３５ ＨＣ 、
能 在 最 短 的 时 间 内 达 到 催 化 触 媒 的 活 性 温 度 。 汽 车 在
冷 启 动 的时 候 ，往 往 在启 动 阶段 由于 载体 和涂 敷 在其 验 ．认 为 目前 我 国汽车 用 蜂 窝 陶瓷 主 要存 在 以下 几大 表 面 的催 化 剂 的热 容 的原 因 ，载体 和 催化 剂 要 在 吸 收 方 面 的 问 题 ：
了 足 够 的 热 量 之 后 。 温 度 才 能 够 达 到 催 化 剂 的 起 活 温 ４ １ 生 产工 艺 落后 ． 度 。 了尽 量 缩短 这段 时 间 ， 不 改变催 化 剂 和载 体材 为 在 目前 ， 国 康 宁公 司和 日本 Ｎ Ｋ公 司采 用 的都 是 美 Ｇ
料 的前 提 下 ， 只 能通 过 降低 载 体 的质 量 来 实 现 ， 常 生料 连 续 卧式 成 形 技术 ，而 国 内 目前 仍然 采 用 两 大 巨 就 通 所 用 的载 体材 料 堇青 石就 是 一种 多 孔质 的轻质 材 料 。 熄 火 的热 冲击 下不 被 破坏 。 随着 温 度 的改变 ， 陶瓷 载体
产 还会 苏 、 海 等地 纷 纷 出现 了蜂窝 陶瓷 的生 产 厂 家 ， 且产 破坏 。 品 的机械 强 度 除 了材 料 本 身 的影 响之外 ， 上 并
品也成 功 应用 到 了汽 车领 域 。
受产 品 的外 形 构 造 、 结 构 等 因素 的影 响 ， 以通 常 的 孔 所 载体 都 是 做成 圆形 或椭 圆形 ； 果 要做 成 四方 、 方等 如 五