蜂窝陶瓷研究报告
2020年尾气处理用陶瓷材料蜂窝陶瓷载体行业分析报告
2020年尾气处理用陶瓷材料蜂窝陶瓷载体行业分析报告2020年6月目录一、蜂窝陶瓷载体是汽车尾气后处理系统中的核心部件 (5)1、蜂窝陶瓷应用广泛 (5)2、蜂窝陶瓷载体是尾气处理的核心部件 (6)（1）直通式载体 (7)（2）壁流式载体 (7)3、国六标准要求汽车尾气处理系统升级，所需蜂窝陶瓷载体种类增加、技术要求提升 (8)（1）汽油车：新增GPF系统 (9)（2）柴油车：升级SCR系统、新增ASC系统，重柴车还需新增DOC、DPF (9)4、蜂窝陶瓷载体产业链分工 (11)二、蜂窝陶瓷载体市场规模提升空间大 (12)1、全球市场空间有望提升50%至250亿元 (12)2、中国市场空间有望提升3.5倍至200亿元 (12)三、市场竞争格局：国外长期垄断，国内本土企业在细分领域竞争力增强 (14)1、美国康宁公司 (14)2、日本NGK公司（日本碍子） (15)3、山东奥福环保科技股份有限公司 (15)4、宜兴王子制陶有限公司 (16)5、宜兴非金属化工机械厂有限公司 (16)6、凯龙蓝烽新材料科技有限公司 (17)蜂窝陶瓷载体是汽车尾气后处理系统中的核心部件。
20世纪70年代，美国康宁公司发明了堇青石蜂窝陶瓷作为尾气后处理催化剂涂覆的载体，为尾气后处理化学反应提供了高效的反应中心。
汽车尾气后处理系统以蜂窝陶瓷载体为核心逐渐发展起来。
根据尾气流过方式不同，蜂窝陶瓷载体主要分为直通式载体和壁流式载体。
其中，直通式载体主要包括SCR载体、DOC载体、ASC载体、TWC载体；壁流式载体主要包括DPF和GPF。
上述载体中，TWC 载体和GPF用于汽油车，SCR 载体、DOC载体、ASC载体和DPF用于柴油车。
国六标准要求汽车尾气处理系统升级，所需蜂窝陶瓷载体种类增加、技术要求提升。
为满足国六标准的排放要求，汽油车需新增GPF 系统；柴油车需升级SCR 系统、新增ASC 系统，重柴车还需新增DOC、DPF。
蜂窝陶瓷有效导热系数的试验研究
用逆法测定了一定温度与流率条件下的热空气流过 多孔介质时的稳态温度分布。 王关睛、 黄曙江 、 丁宁［ １ ２ １ 等人给 出了多孑 Ｌ 介质当量孔径变化对泡沫陶瓷有效
窝陶瓷在国内外越来越受到重视 ， 许多学者对影响其
传热性能的诸多因素作了深入的研究 。
蜂窝陶瓷等多孔介质传热机理非常复杂 ， 它不仅 涉及到固相与流相的热传导 ，而且在温度较高的场 合， 不能忽视多孑 Ｌ 结构 中热辐射的作用 ， 实际传热过
的性能也决定了余热回收体系的整体性能。因此 ， 蜂
热槽水温升高 引起 的。徐烈 、 周淑亮［ ８ １ 等人试验了低
温导热 系数 测 量的影 响因素 。Ｃ ａ ｒ ｓ ｏ ｎ Ｊ Ｋ ， Ｌ ｏ ｖ ａ ｔ ｔ Ｓ Ｊ ，
Ｔ ａ ｎ ｎ ｅ ｒ Ｄ Ｙ ９ １ 得到了蜂窝陶瓷蓄热体中辐射传热系数和
《 陶瓷学报》
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＥＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖｏ １ ． ３ ４ ． Ｎｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ ． ２ ０ １ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ ～ ２ ２ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ２ ７ １ — ０ ６
蜂 窝 陶瓷 有效 导 热 系数 的试 验 研 究
的绝对导热系数比莫来石蜂 窝陶瓷的绝对 导热 系数随温 度增 加更快 ，而莫来石蜂窝陶瓷的有效导热系数随温 度增加 比堇青石略
快， 较大开孔率的蜂窝陶瓷的有效导热系数随温度增 大比较 陕。蜂窝陶瓷作为各 向异性材料 ， 沿孔道轴向的导热系数显著大于孔
道径向的导热系数 。
关键词 蜂窝陶瓷 ； 有效导热系数 ； 试验研 究
与护热板组成冷板 。 中心量热板中的热流计检测流过 试样的热流 ， 防护热板中的半导体制冷片在温控器控 制下， 使护热板与量热板温度相等 ， 保证量热板面积 下的热流成一维热流。 热面热 电偶和冷面热 电偶分别 测量试样的热面和冷面温度 。 通过如下公式可计算出 试样的导热系数。 导热系数计算 ：
蜂窝陶瓷的研究现状及应用
1引言蜂窝陶瓷是一种多孔性的工业用陶瓷,其内部构造是许多贯通的平行通道,这些蜂窝体单元由不同形状的格子状的薄的间壁分割而成[1]。
与一般的实心块状陶瓷相比,蜂窝陶瓷具有比表面积大、质轻、热膨胀系数低、比热容大、导热性能好、抗热震性好等优异特性[2]。
最早是由美国康宁公司(Corning)进行研制，用于机动车内燃机尾气处理，并在1975年进行小型汽车尾气净化试验获得成功。
在随后的几十年里，国内外对蜂窝陶瓷的研究及应用越来越广泛，成功应用于机动车、船舶以及非道路移动机械等的尾气处理用催化剂载体，臭氧抑制催化剂载体，化学工业的化学反应载体，冶金工业的热交换和金属液的过滤，石化行业、化学化工、制药业、纺织业、采矿业等行业的有毒气体净化处理，轻工业的喷涂以及建材工业的消声材料和窑炉的蓄热和隔热材料[3-6]。
2国内外蜂窝陶瓷的发展历程蜂窝陶瓷的诞生最早源于机动车尾气处理。
国外郝立苗,黄妃慧,王勇伟,牛思浔,程国园,邢延岭（山东奥福环保科技股份有限公司，德州253000）具有比表面积大、质轻、热膨胀系数低、比热容大、导热性能好、抗热震性好等优异特性，在工业及环保领域有着举足轻重的地位。
本文着重对蜂窝陶瓷研究现状进行归纳、总结、分析，对蜂窝陶瓷的发展历程、制备工艺进行了论述，并对蜂窝陶瓷在工业以及环保等领域的应用及发展趋势进行简单论述。
蜂窝陶瓷；制备；环保；应用国家重点研发计划资助(2018YFC1901500),(1991-),女,工程师,硕士研究生,主要从事蜂窝陶瓷研发与应用,。
E-mail :1391460188@ 。
发达国家的汽车行业起步早、发展迅速，对蜂窝陶瓷的研究也领先我国十几年的时间，特别是美国康宁公司率先在1972年进行低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷车用载体的开发，并在1974年推出（孔密度cpsi/壁厚mil）200/12的蜂窝陶瓷载体，1976年推出300cpsi,1979年推出400cpsi的蜂窝陶瓷载体,成为当今世界上用于内燃机尾气处理最通用的蜂窝陶瓷载体[7]。
蜂窝陶瓷蓄热体的温度场研究
０５ ． ％的煤矿瓦斯。甲烷是一种温室气体 ， １０ ７ 以 ０ａ 计甲烷的温室效应是 Ｃ ２ 倍 ， Ｏ 的 １ 对大气臭氧层 的破坏能力为 Ｃ ： ７ ］ Ｏ 的 倍［ 。煤矿乏风瓦斯风排
量巨大、 浓度 低 、 以利 用 ， 对这 种 情况 ， 难 针 山东 理 工 大学 研究 开 发 了煤矿 乏 风 瓦斯 氧化 装 置 ，用 以 治 理 和利用 矿 井乏 风 瓦斯 。将 瓦 斯进 行 氧化 产 生
蜂窝陶瓷蓄热体 的温度场研究
董敏 ， 王延遐
（５ ０ １ ２ ５９ 山东省 淄博市 ， 山东理工大学 交通 与车辆工程学院 ） ［ 摘要］基 于煤矿乏风热逆流氧化试验 ， 建立该试验 装置的关键部件一蜂 窝陶瓷蓄热体的传热模型， 对工作状 态 下陶瓷蓄热体的温度 场进行 了仿真 ， 分析 了蓄热体的孔隙率 、 孔型和操作参数 对蓄热体 温度的影响规律 。结果 表 明： 随着孔隙率的增大， 蓄热体蓄热时间变短 ， 蓄热速 率增大； 在材质和孔隙率一定的情况下， 六方孔型蓄热体 蓄热速率要 大于四方孔型蓄热体 ； 随着气体入 口流速的增加 ， 蓄热体 的蓄热速 率增大， 蓄热时间降低。 ［ 关键词】蜂 窝陶瓷 ； 蓄热体 ； 数值模 拟； 温度分布 ［ 中图分 类号］Ｔ ２ Ｋ１４ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号］１７ — １２２ １）５ ０ ０ — ４ ６ ３ ３４ （ ２０ — ０ １０ ０
基于上述物理模型及相关假设 ，蜂窝蓄热体
内流动 及换 热控 制方程 组 可表示 为 ：
・
（ ＝ ｐ ０ ）
＋ ｖ（ ）一 ＋ Ｖ Ｊ Ｕ． ｐ ： ＶＰ／ ｚ ｓ
（） １
（） ２
２ 结果与分析
＋ ｑｕ ） Ｖ・ Ｖ・ ， ｒ＝ （
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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
[1]李艳丽.新型蜂窝陶瓷的制备与性能研究[D].湖北，华中科技大学，2007.
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[3]侯来广，刘艳春，曾令可.蜂窝陶瓷的制备及应用[J].佛山陶瓷，2007，（7）：9~12.
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[5]田东旭，王浩静，王心葵.Pd/Ce/Al/蜂窝陶瓷催化剂制备方法的研究[J].无机化学学报，2001，17（4）:527~532.
[6]曾令可.多孔功能陶瓷制备与应用[M].化学工业出版社，2006.
李廷龙
2013年7月26日。