粉體界的“高考作文”出爐：帶你走近汽車(chē)上的蜂窩陶瓷

　　前言

　　每年的高考作文題目都會(huì)受到全國(guó)矚目，除此之外的其它科目都會(huì)被冷落，有人在網(wǎng)上開(kāi)玩笑說(shuō)，因?yàn)楦咧挟厴I(yè)多年，也就只有作文還是自己能看懂的了。今年的新高考Ⅱ卷的作文題目非常簡(jiǎn)單直接，就是以”走近___”為題，下面我們就借用一下這個(gè)題目，帶你走近汽車(chē)上的蜂窩陶瓷。

　　技術(shù)背景

　　近幾年，我國(guó)對(duì)于環(huán)保非常重視，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣是一個(gè)非常大的污染來(lái)源，尤其是重型柴油貨車(chē)，成為機(jī)動(dòng)車(chē)大氣污染治理的重中之重。根據(jù)相關(guān)部門(mén)公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2019年年底，全國(guó)汽車(chē)保有量高達(dá)2.6億輛，其中，30個(gè)城市超200萬(wàn)輛，其中，北京、成都、重慶、蘇州、上海、鄭州、深圳、西安、武漢、東莞、天津等11個(gè)城市超300萬(wàn)輛。

　　(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

　　可想而知，汽車(chē)尾氣的排放如果不加以控制，那對(duì)空氣的污染是非常致命的。為改善大氣污染，我國(guó)政府發(fā)布了國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)下，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)對(duì)尾氣催化劑載體的需求量持續(xù)增長(zhǎng)，蜂窩陶瓷使用量將翻倍增長(zhǎng)。

　　(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

　　應(yīng)用原理

　　汽車(chē)尾氣含有顆粒物和碳灰，被稱(chēng)為PM，目前降低尾氣污染物排放的措施主要包括三種：燃油內(nèi)加入消煙劑等添加劑，以降低燃油中的有害成分;改變發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，使燃料充分燃燒或部分廢氣再燃燒，如采用電控燃油噴射;使用汽車(chē)尾氣凈化器，降低有害物質(zhì)排放。其中汽車(chē)尾氣凈化器由殼體、催化劑載體和催化劑組成，其工作原理是利用廢氣中殘余的氧和排氣溫度，在催化劑表面進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)，使有害物質(zhì)CO、HC和NO轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2。對(duì)于催化劑載體，目前廣泛使用的是多孔蜂窩陶瓷體，呈圓柱形，尾氣通過(guò)其中，PM被通道的壁擋住，留在蜂窩陶瓷體中，過(guò)濾后的尾氣穿過(guò)壁進(jìn)入相鄰?fù)ǖ溃ㄟ^(guò)排氣管排出。

　　(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

　　技術(shù)要求

　　汽車(chē)用蜂窩陶瓷載體的使用環(huán)境特別惡劣，同時(shí)其又是后排放處理系統(tǒng)中的一個(gè)零部件，因此，對(duì)其系統(tǒng)的協(xié)調(diào)適應(yīng)性也要求非常高，蜂窩陶瓷必須具備以下性能：

　　1、大的比表面積：保證廢氣與催化觸媒的充分接觸。

　　2、穩(wěn)定的吸水性：確保催化觸媒牢固均勻地涂附在載體的表面，同時(shí)又不因涂附過(guò)厚帶來(lái)浪費(fèi)。

　　3、暖機(jī)性好：要求發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)后，載體的溫度能在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到催化觸媒的活性溫度。

　　4、高耐熱沖擊性：要求載體在發(fā)動(dòng)機(jī)反復(fù)啟動(dòng)、燎火的熱沖擊下不被破壞。

　　5、低的排氣阻力：要求載體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣阻力很小，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

　　6、高機(jī)械強(qiáng)度：由于載體的工作環(huán)境是在顛簸的汽車(chē)上，因此要求載體具備較高的強(qiáng)度而不被外力破壞。

　　7、良好的組裝性：載體是排氣總成的一個(gè)零件，只有良好的外表以及精確的尺寸才能確保組裝的完美。

　　(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

　　技術(shù)發(fā)展方向

　　目前市場(chǎng)上尾氣凈化器常見(jiàn)材質(zhì)是堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)，主要供應(yīng)商為美國(guó)康寧公司和日本NGK公司，另外，也有采用鈦酸鋁、氧化鋁、SiC、鋯英石、鋰輝石或莫來(lái)石材質(zhì)的產(chǎn)品。

　　堇青石具有低膨脹、燒成溫度比較低的特點(diǎn)，但是燒成范圍窄、熱導(dǎo)率低、表面平滑難以固化催化劑，對(duì)含鈉化合物的灰分抗侵蝕性有限。SiC具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，是替代堇青石，用作汽車(chē)尾氣凈化用蜂窩陶瓷體的優(yōu)選材料，目前跨國(guó)公司特別是日本公司申請(qǐng)了大量相關(guān)專(zhuān)利，內(nèi)容涉及高氣孔率、孔徑分布可控蜂窩陶瓷體制備、蜂窩體粘合、密封材料、蜂窩體電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制備、催化劑膜層制備等技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，為我國(guó)企業(yè)研發(fā)工作提供了豐富的技術(shù)情報(bào)，我國(guó)企業(yè)應(yīng)充分挖掘該類(lèi)材料優(yōu)點(diǎn)，以滿(mǎn)足我國(guó)市場(chǎng)對(duì)于汽車(chē)尾氣、高溫?zé)煔狻U水過(guò)濾陶瓷制品的迫切需求。

　　市場(chǎng)狀況

　　在全球中，美國(guó)康寧、NGK公司幾乎壟斷了蜂窩陶瓷載體市場(chǎng)，二者在全球市場(chǎng)中占比高達(dá)85%以上，在大尺寸蜂窩陶瓷載體領(lǐng)域占據(jù)的份額更高。近幾年我國(guó)對(duì)于蜂窩陶瓷研究不斷加深，近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)也開(kāi)始崛起，同時(shí)國(guó)內(nèi)企業(yè)憑借成本優(yōu)勢(shì)和客戶(hù)優(yōu)勢(shì)，在環(huán)保法規(guī)帶來(lái)的滲透率提升趨勢(shì)下，蜂窩陶瓷載體國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程加快，國(guó)內(nèi)蜂窩陶瓷載體市場(chǎng)被國(guó)外寡頭壟斷的局面正在被逐步打破。

　　從短期來(lái)看，隨著我國(guó)對(duì)于污染減排監(jiān)管加嚴(yán)，以及我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量穩(wěn)定增長(zhǎng)下，蜂窩陶瓷市場(chǎng)需求將得到快速增長(zhǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)對(duì)于蜂窩陶瓷載體生產(chǎn)仍存在一定缺陷，特別是大尺寸載體的技術(shù)體系與生產(chǎn)體系不成熟，限制了行業(yè)的發(fā)展。但由于蜂窩陶瓷載體作為我國(guó)污染防治的重要物品，是我國(guó)重大戰(zhàn)略需求，未來(lái)或?qū)⒃谡咄苿?dòng)下，盡快掌握高端產(chǎn)品的生產(chǎn)。

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