【原创】粉体界的“高考作文”出炉:带你走近汽车上的蜂窝陶瓷


来源:中国粉体网   山川

[导读]  近几年,我国对于环保非常重视,机动车尾气是一个非常大的污染来源,尤其是重型柴油货车,成为机动车大气污染治理的重中之重。

中国粉体网讯  每年的高考作文题目都会受到全国瞩目,除此之外的其它科目都会被冷落,有人在网上开玩笑说,因为高中毕业多年,也就只有作文还是自己能看懂的了。今年的新高考Ⅱ卷的作文题目非常简单直接,就是以”走近___”为题,下面我们就借用一下这个题目,带你走近汽车上的蜂窝陶瓷。


技术背景


近几年,我国对于环保非常重视,机动车尾气是一个非常大的污染来源,尤其是重型柴油货车,成为机动车大气污染治理的重中之重。根据相关部门公布的数据显示,截至2019年年底,全国汽车保有量高达2.6亿辆,其中,30个城市超200万辆,其中,北京、成都、重庆、苏州、上海、郑州、深圳、西安、武汉、东莞、天津等11个城市超300万辆。


 

(图片来源于网络)


可想而知,汽车尾气的排放如果不加以控制,那对空气的污染是非常致命的。为改善大气污染,我国政府发布了国六标准,在此标准下,我国汽车工业对尾气催化剂载体的需求量持续增长,蜂窝陶瓷使用量将翻倍增长。


 

(图片来源于网络)


应用原理


汽车尾气含有颗粒物和碳灰,被称为PM,目前降低尾气污染物排放的措施主要包括三种:燃油内加入消烟剂等添加剂,以降低燃油中的有害成分;改变发动机结构,使燃料充分燃烧或部分废气再燃烧,如采用电控燃油喷射;使用汽车尾气净化器,降低有害物质排放。其中汽车尾气净化器由壳体、催化剂载体和催化剂组成,其工作原理是利用废气中残余的氧和排气温度,在催化剂表面进行氧化、还原反应,使有害物质CO、HC和NO转化为CO2、H2O和N2。对于催化剂载体,目前广泛使用的是多孔蜂窝陶瓷体,呈圆柱形,尾气通过其中,PM被通道的壁挡住,留在蜂窝陶瓷体中,过滤后的尾气穿过壁进入相邻通道,通过排气管排出。


 

(图片来源于网络)


技术要求


汽车用蜂窝陶瓷载体的使用环境特别恶劣,同时其又是后排放处理系统中的一个零部件,因此,对其系统的协调适应性也要求非常高,蜂窝陶瓷必须具备以下性能:


1、大的比表面积:保证废气与催化触媒的充分接触。


2、稳定的吸水性:确保催化触媒牢固均匀地涂附在载体的表面,同时又不因涂附过厚带来浪费。


3、暖机性好:要求发动机在启动后,载体的温度能在最短的时间内达到催化触媒的活性温度。


4、高耐热冲击性:要求载体在发动机反复启动、燎火的热冲击下不被破坏。


5、低的排气阻力:要求载体对发动机的排气阻力很小,不影响发动机的性能。


6、高机械强度:由于载体的工作环境是在颠簸的汽车上,因此要求载体具备较高的强度而不被外力破坏。


7、良好的组装性:载体是排气总成的一个零件,只有良好的外表以及精确的尺寸才能确保组装的完美。


 

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技术发展方向


目前市场上尾气净化器常见材质是堇青石(2MgO•2Al2O3•5SiO2),主要供应商为美国康宁公司和日本NGK公司,另外,也有采用钛酸铝、氧化铝、SiC、锆英石、锂辉石或莫来石材质的产品。


堇青石具有低膨胀、烧成温度比较低的特点,但是烧成范围窄、热导率低、表面平滑难以固化催化剂,对含钠化合物的灰分抗侵蚀性有限。SiC具有强度高、耐高温、耐腐蚀、热导率高等优点,是替代堇青石,用作汽车尾气净化用蜂窝陶瓷体的优选材料,目前跨国公司特别是日本公司申请了大量相关专利,内容涉及高气孔率、孔径分布可控蜂窝陶瓷体制备、蜂窝体粘合、密封材料、蜂窝体电极结构设计及产品制备、催化剂膜层制备等技术关键点,为我国企业研发工作提供了丰富的技术情报,我国企业应充分挖掘该类材料优点,以满足我国市场对于汽车尾气、高温烟气、废水过滤陶瓷制品的迫切需求。


市场状况


在全球中,美国康宁、NGK公司几乎垄断了蜂窝陶瓷载体市场,二者在全球市场中占比高达85%以上,在大尺寸蜂窝陶瓷载体领域占据的份额更高。近几年我国对于蜂窝陶瓷研究不断加深,近年来国内企业也开始崛起,同时国内企业凭借成本优势和客户优势,在环保法规带来的渗透率提升趋势下,蜂窝陶瓷载体国产化替代进程加快,国内蜂窝陶瓷载体市场被国外寡头垄断的局面正在被逐步打破。


从短期来看,随着我国对于污染减排监管加严,以及我国机动车保有量稳定增长下,蜂窝陶瓷市场需求将得到快速增长。从长远来看,我国对于蜂窝陶瓷载体生产仍存在一定缺陷,特别是大尺寸载体的技术体系与生产体系不成熟,限制了行业的发展。但由于蜂窝陶瓷载体作为我国污染防治的重要物品,是我国重大战略需求,未来或将在政策推动下,尽快掌握高端产品的生产。


参考来源:

[1]李贵佳等.用于汽车尾气净化的SiC蜂窝陶瓷

[2]胡华等.国内汽车用蜂窝陶瓷载体技术现状分析

[3]特种陶瓷产业网、新思界、中国粉体网


注:图片非商业用途,存在侵权告知删除

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作者:山川

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