粉体界的“高考作文”出炉：带你走近汽车上的蜂窝陶瓷

前言

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。

（图片来源于网络）

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。