蜂窝陶瓷研究报告

蜂窝陶瓷研究报告

一、蜂窝陶瓷简介

蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷，其内部是许多贯通的蜂窝形状的平行通道，这些蜂窝体单元由格子体的薄的间壁分割而成。其材质目前主要由堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）,钛酸铝（Al2TiO5），莫来石（3Al2O3.2SiO2）,刚玉（Al2O3）及复合型等，与一般陶瓷相比，具有低热膨胀性、耐热冲击、比表面积大、耐腐蚀等特性。

二、研究背景

保护环境是中国的一项基本国策，随着中国工业化、城镇化进程的深入，中国环境污染问题日益突出。汽车尾气中的主要污染物为氮氧化物（NO x），碳氢化合物（HC），一氧化碳(CO)，二氧化硫（SO2）及微粒物质（铅化物、碳烟等）。催化分解氮氧化物是治理NO x污染物的最有效的措施，其关键技术是寻找活性高、稳定性好、耐毒能力强的催化剂。蜂窝陶瓷作为催化剂的良好载体，可用于汽车尾气净化器。

蜂窝陶瓷具有高的比表面积和良好的物理化学稳定性，另外还具有低密度、高渗透率、良好的能量吸收性能以及耐高温、耐腐蚀、化学稳定性和尺寸稳定性高、易于再生等优点。

三、国内外研究进展

1975年美国康宁公司已能用挤出法批量生产薄壁堇青石质蜂窝陶瓷，用其制成的蜂窝陶瓷净化器应用到各种车型上。以后随着净化空气的需求，蜂窝陶瓷载体迅速发展，产品很快从200孔/in2扩到300孔/in2，到1996年，HONDA公司就已经生产出的600孔/in2产品。日本碍子株式会社（NGK公司）开发出（孔/in2/mil）400/6,400/4,600/3,900/2，300/8的蜂窝陶瓷载体。美国和日本已研制出了600孔/in2、900孔/in2高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。

从生产技术和设备来看，国外生产厂家已普遍采用了塑性挤出成型、连续化微波干燥、自动切割、自动检测等工艺设备，而且实现了堇青石与载体烧成一次完成的烧成工艺。

国内从1984年开始用挤出法生产薄壁蜂窝陶瓷，已能自主生产400孔/in2，壁厚0.25mm的蜂窝陶瓷载体，热膨胀系数（25~1000℃）为2.0×10-6/℃左右，抗热震性能一般为500~550℃左右。

从生产技术和设备来看，国内生产厂家的工艺设备陈旧落后，再加上工艺水平的限制，致使产品性能与世界先进水平相比仍有较大的差距。

四、制备技术

1、挤压成型

挤压成型是通过模具将可塑性料加压成型、微波干燥并烧制成多孔陶瓷的方法。挤压成型模具是挤压成型的核心技术。其制备工艺流程为：原料合成→混合练泥→陈腐→挤压成型→干燥→烧成。

该工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。优点在于可根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计，所制备蜂窝陶瓷尺寸、形状、间壁厚度、孔隙率

等均匀性优良，适于大批量生产；缺点在于不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的多孔陶瓷，同时对挤出物料的塑性要求高。

2、热压铸成型

热压铸成型为注浆成型的一种，采用在陶瓷泥料中加入石蜡和油酸、硬脂酸、蜂蜡等表面活性剂的方法，在一定温度下流体化配料，再用压缩空气将料浆压入模具中，在室温下有机物硬化后成形（有机物在高温烧结时被烧掉）。其制备工艺流程为：

无机配合料→混合球磨

→高温混合搅拌→降温→热压铸成形→烧成有机物→融化

↓

成品←检选加工←吹风处理3、添加造孔剂工艺

通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。该方法制备的陶瓷气孔率高，强度高；这种工艺方法的关键技术是造孔剂种类和数量的选择。

五、蜂窝陶瓷的应用

1、处理汽车尾气，工业烟气处理

汽车行业使用堇青石蜂窝陶瓷作载体，由于其比表面积大，可以负载足够的贵金属等催化活性组分，从而组成汽油、柴油汽车、载重运输车的尾气净化

）装置，使通过的汽车废气一氧化碳（CO)、碳氢化合物（HC），氮氧化合物（NO

X 得以净化后排出。

2、蓄热体

冶金行业蓄热式燃烧器目前正大力推广使用蜂窝陶瓷作为蓄热体，利用其表面积大、热阻小、导热性能好、耐热冲击，实现真正意义上的频繁快速蓄热换热、降低污染气体排放的目的。另外，在特种钢材金属液的过滤等方面也有很大的使用价值。

3、规整填料，提高传质和分离效率。

化学工业和石油工业传质和分离工程领域使用蜂窝陶瓷规整填料，比目前该行业普遍使用的波纹填料在改善流体均匀分布，提高分离效率及解决放大效应，降低填料层阻力及持液量以提高生产效率等方面更为有效。

4、过滤材料

蜂窝陶瓷过滤材料具有以下优点：（1）化学稳定性好，耐酸碱及有机溶剂；（2）加好的耐急冷急热性能，工作温度可达1000℃；（3）抗菌性能好；（4）较强的结构稳定性，孔径分布狭窄，渗透率高；（5）无毒。因此被广泛应用于水质净化和冶金两方面，以高铝质蜂窝陶瓷新型载体浸渍催化剂后做成的高铝陶瓷过滤片具有很高的脱硫效率，被广泛应用于石化工业脱硫。

5、红外辐射燃烧板

广州红日燃具公司生产出了具有圆孔和方孔状耐高温陶瓷片，此陶瓷片安装在灶具和燃烧器上，使用时燃可以辐射出红外线，使液化气经催化、氧化而充分燃烧，碳氢化合物、CO等转化率均在95%以上。

六、结语

蜂窝陶瓷作为新一代高技术陶瓷，由于其独特的优异性能将会得到研究者更多的关注；随着其制备工艺和性能改善系统化、理论化研究的不断深入，其应用前景将会十分广阔。蜂窝陶瓷日前发展需要解决的是如何降低膨胀系数、提高单位面积的孔数及提高其机械强度等问题。

参考文献

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李廷龙

2013年7月26日