蜂窩陶瓷是一種部結(jié)構(gòu)類似于蜂窩形狀的多孔結(jié)構(gòu)材料，通常采用堇青石、莫來(lái)石、碳化硅、氧化鋯、氮化硅等材質(zhì)或以上兩種或多種材質(zhì)復(fù)合制備而成，其內(nèi)部構(gòu)造是是由許多相互平行的通道組成，孔隙率較高，平均可達(dá)到70%以上。憑借比表面積大、質(zhì)輕、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好、抗熱震性好等優(yōu)異特性，目前蜂窩陶瓷的應(yīng)用范圍也已由傳統(tǒng)的冶金、化工和建材等方面拓展到生物化學(xué)、電子工程、食品飲料工業(yè)、航空航天等許多方面，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本篇文章小編就將盤點(diǎn)一下蜂窩陶瓷在多種應(yīng)用中在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上有什么要求。

蜂窩陶瓷的應(yīng)用

蜂窩陶瓷的誕生最早源于機(jī)動(dòng)車尾氣處理。隨著技術(shù)的發(fā)展，如今已廣泛用作催化劑載體、陶瓷蓄熱體、紅外輻射燃燒板以及陶瓷霧化芯等。

1、汽車尾氣催化劑載體

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車使用量的增長(zhǎng)，尾氣帶來(lái)的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，因此滿足高污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車，必須配置高性能的排氣后處理系統(tǒng)。在排氣后處理系統(tǒng)中，擁有大比表面積的蜂窩陶瓷可為催化劑的附著提供重要場(chǎng)所，通過利用催化反應(yīng)可將尾氣中有害成分（諸如一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锏龋┗罨⑦M(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為無(wú)害的二氧化碳、水和氮?dú)?。除此之外，蜂窩陶瓷得多孔結(jié)構(gòu)可用于過濾和捕集內(nèi)燃機(jī)排放中的小顆粒物質(zhì)，再通過定期清洗或燒結(jié)來(lái)去除積累在濾材中的顆粒物質(zhì)，從而保持其捕集效率和持久性，一般來(lái)說(shuō)，蜂窩陶瓷在汽車排氣后處理系統(tǒng)的捕集效率可以高達(dá)95%以上。

 汽車尾氣催化裝置（來(lái)源：觀研天下）及康寧公司生產(chǎn)的堇青石蜂窩陶瓷載體

由于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，需要承受達(dá)250-950℃高溫和腐蝕性的氣體的沖擊以及顛簸的路面、氣缸的震動(dòng)等，為保證排氣后處理的正常運(yùn)行，通常對(duì)蜂窩陶瓷的熱穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)、耐腐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度都提出了極高的要求。同時(shí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)使得催化劑達(dá)到工作溫度，并可以盡快起到催化作用往往還要求材料具有較小的熱容量。

目前，車用尾氣凈化催化劑載體多采用堇青石蜂窩陶瓷。堇青石除了具有其他陶瓷材料硬度大（莫氏硬度為7-7.5）、機(jī)械性能好、耐腐蝕、耐高溫（最高使用溫度1200℃）的優(yōu)勢(shì)，相比其他幾種蜂窩陶瓷常用的材質(zhì)，堇青石還具有低熱膨脹系數(shù)（25~800℃下為1.5×10^-6℃～2.0×10^-6℃）和相對(duì)較低的熱容量（0.92J/K，約為莫來(lái)石的1/5），很好地保證排氣后處理系統(tǒng)在極端應(yīng)用環(huán)境中的正常、高效運(yùn)行。

2、蜂窩陶瓷過濾材料

基于表面吸附、顆粒攔截機(jī)制以及特殊的孔道結(jié)構(gòu)，蜂窩陶瓷在流體通過其孔道時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的過濾和分離，從而很好地去除流體中的雜質(zhì)和顆粒物。作為過濾材料，目前蜂窩陶瓷主要應(yīng)用在冶金、鑄造行業(yè)的金屬熔融物過濾以及冶金建材、電力、煤化工、核工業(yè)等行業(yè)的高溫?zé)煔獬龎m。

應(yīng)用于金屬熔融物的過濾時(shí)，通常采用高質(zhì)高密度直孔網(wǎng)眼的莫來(lái)石質(zhì)、堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷，莫來(lái)石、堇青石的最高使用溫度分別為1500℃和1200℃，可以使產(chǎn)品具有很高的耐熱沖擊和耐高燒鑄溫度的特性，而直孔式設(shè)計(jì)保證了流量和強(qiáng)度間的平衡，當(dāng)熔融金屬液通過陶瓷的孔眼時(shí)可以有效地去除碎屑、雜質(zhì)、渣粒和未熔化的合金等，使鑄件機(jī)械性能、表面質(zhì)量及產(chǎn)品合格率大大提高。同時(shí)蜂窩陶瓷的通道結(jié)構(gòu)還可以起到整流作用，可得到平穩(wěn)而快速的溶液層流，防止氣泡進(jìn)入，避免因湍流而使金屬氧化及由溶液飛濺造成的不良影響。

而應(yīng)用于凈化處理高溫含塵廢氣時(shí)，通常則采用堇青石、鈦酸鋁、碳化硅材質(zhì)的壁流式蜂窩陶瓷，該結(jié)構(gòu)是在直通式結(jié)構(gòu)上交替堵孔，利用本身筋壁內(nèi)的微孔結(jié)構(gòu)，使氣體通過而截留捕捉粉塵顆粒。由于具有耐高溫、耐腐蝕、粉塵捕集效率高、占地面積小、易安裝及維修、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)過濾材料纖維濾袋、耐高溫金屬、管狀陶瓷濾材耐溫低、易腐蝕、易損壞、占地面積大、壽命低等缺點(diǎn)，可以滿足不同工況的除塵要求。

壁流式蜂窩陶瓷載體過濾原理及其毛細(xì)孔道微觀結(jié)構(gòu)SEM照片[1]

3、陶瓷蓄熱體

在高溫窯爐中，熱損失的很大部分是排煙的熱量損失。當(dāng)煙氣溫度為900～1300℃時(shí)，煙氣余熱占爐子總能耗的50%～70%。因此，積極采用先進(jìn)的煙氣余熱回收技術(shù)，在工業(yè)窯爐燃燒系統(tǒng)中安裝換熱器（蓄熱體），將煙氣的余熱回收用于預(yù)熱助燃空氣，可以從根本上提高工業(yè)爐的能源利用率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

蜂窩陶瓷蓄熱體的耐高溫性克服了常規(guī)金屬換熱器不能在高溫下長(zhǎng)期工作，而采取直流式結(jié)構(gòu)可以使得氣流阻力損失很小，克服了陶瓷蓄熱球熱效率低的弱點(diǎn)，具有體積小，質(zhì)量輕，比表面積大，耐火度高，傳熱能力大的優(yōu)點(diǎn)，因此成為了蓄熱節(jié)能技術(shù)中的關(guān)鍵材料。

蜂窩陶瓷蓄熱燃燒室（來(lái)源：路博環(huán)保）

目前蜂窩陶瓷蓄熱體主要用于蜂窩陶瓷蓄熱體材料通常有堇青石、鈦酸鋁、氧化鋁、碳化硅、莫來(lái)石、剛玉等。堇青石蜂窩陶瓷的熱膨脹系數(shù)較低，抗熱震性比較好，且原材料價(jià)格便宜，但是其比熱容較低，且滿足不了1200℃以上工況的要求。鈦酸鋁蜂窩陶瓷熱膨脹系數(shù)較低，抗熱震性比較好，但是在高溫下易分解。而碳化硅、氧化鋁、莫來(lái)石蜂窩陶瓷耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高，但是脆性大，抗熱震性一般。因此單一相的陶瓷材料已經(jīng)很難滿足要求越來(lái)越復(fù)雜的使用工況，復(fù)相蜂窩陶瓷蓄熱體成為研究的重點(diǎn)。

4、紅外輻射燃燒板

紅外燃燒器通常以完全預(yù)混燃燒技術(shù)，使燃?xì)庠诮饘倮w維網(wǎng)、陶瓷板等內(nèi)燃燒，實(shí)現(xiàn)灼熱介質(zhì)將熱量以一定波長(zhǎng)的紅外線二次向外輻射，具有低污染排放、高加熱效率等特點(diǎn)，其熱效率約比普通大氣式灶具產(chǎn)品高20%左右。同時(shí)因火孔外火焰極短甚至無(wú)火焰，又稱無(wú)焰燃燒器。具備在開放環(huán)境中定向加熱的特性，在高密度小空間傳熱方面得到廣泛應(yīng)用。

（來(lái)源：萍鄉(xiāng)市米奧填料有限公司）

一般來(lái)說(shuō)，為了增強(qiáng)紅外輻射，通常采用鐵鉻鋁或陶瓷材質(zhì)的蜂窩結(jié)構(gòu)，而相比使用溫度僅為900℃的鐵鉻鋁蜂窩體，陶瓷紅外灶通常采用堇青石蜂窩陶瓷材質(zhì)，在使用溫度高達(dá)1200℃時(shí)不易氧化和變形，同時(shí)其低熱膨脹系數(shù)和較低的導(dǎo)熱系數(shù)使得使用時(shí)燃燒板上下面溫差可以達(dá)到700度，不易回火，上板面燃燒溫度高且熱量損失速度慢，陶瓷板降溫速度慢，可以起到穩(wěn)定燃燒的作用，防風(fēng)性能優(yōu)越。

5、蜂窩陶瓷霧化芯

霧化技術(shù)廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、電子煙等領(lǐng)域，而霧化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是依靠霧化器中的霧化芯通電加熱使物料霧化。由于霧化后的物料會(huì)被人體吸收，因此通常需要制備過程中盡可能少添加有機(jī)物，并采用對(duì)人體友好的材料制備。蜂窩陶瓷具有良好的吸附性、透氣性、耐腐蝕性、環(huán)境相容性、生物相容性等，同時(shí)其內(nèi)部微孔孔徑可在幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)且為定向直通結(jié)構(gòu)，可有效保證物料霧化通暢，對(duì)于高粘稠度煙油傳導(dǎo)表現(xiàn)尤其優(yōu)異，另外此類陶瓷還可以添加造孔劑對(duì)直通孔壁進(jìn)行造孔保證物料可是實(shí)現(xiàn)橫向的傳導(dǎo)路徑，供料更均勻，非常適用于制作霧化芯，尤其是應(yīng)用于電子煙、精油霧化器。

蜂窩陶瓷霧化芯

參考來(lái)源：

1、郝立苗,黃妃慧,王勇偉,等.蜂窩陶瓷的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].佛山陶瓷.

2、楊寶剛,馮良,彭偉,等.高強(qiáng)度紅外燃燒器的研究[J].煤氣與熱力.

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