蜂窩陶瓷是一種部結構類似于蜂窩形狀的多孔結構材料，通常采用堇青石、莫來石、碳化硅、氧化鋯、氮化硅等材質或以上兩種或多種材質復合制備而成，其內部構造是是由許多相互平行的通道組成，孔隙率較高，平均可達到70%以上。憑借比表面積大、質輕、熱膨脹系數低、導熱性能好、抗熱震性好等優(yōu)異特性，目前蜂窩陶瓷的應用范圍也已由傳統的冶金、化工和建材等方面拓展到生物化學、電子工程、食品飲料工業(yè)、航空航天等許多方面，具有廣闊的市場應用前景。本篇文章小編就將盤點一下蜂窩陶瓷在多種應用中在結構和材質上有什么要求。

蜂窩陶瓷的應用

蜂窩陶瓷的誕生最早源于機動車尾氣處理。隨著技術的發(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

隨著國民經濟的高速發(fā)展，汽車使用量的增長，尾氣帶來的環(huán)境污染日益嚴重，因此滿足高污染物排放標準的機動車，必須配置高性能的排氣后處理系統。在排氣后處理系統中，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所，通過利用催化反應可將尾氣中有害成分（諸如一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物等）活化并進行化學反應，從而轉化為無害的二氧化碳、水和氮氣。除此之外，蜂窩陶瓷得多孔結構可用于過濾和捕集內燃機排放中的小顆粒物質，再通過定期清洗或燒結來去除積累在濾材中的顆粒物質，從而保持其捕集效率和持久性，一般來說，蜂窩陶瓷在汽車排氣后處理系統的捕集效率可以高達95%以上。

 汽車尾氣催化裝置（來源：觀研天下）及康寧公司生產的堇青石蜂窩陶瓷載體

由于在發(fā)動機運行過程中，需要承受達250-950℃高溫和腐蝕性的氣體的沖擊以及顛簸的路面、氣缸的震動等，為保證排氣后處理的正常運行，通常對蜂窩陶瓷的熱穩(wěn)定性、熱膨脹系數、耐腐蝕性和機械強度都提出了極高的要求。同時，為了保證發(fā)動機啟動時，能夠在短時間內使得催化劑達到工作溫度，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）、機械性能好、耐腐蝕、耐高溫（最高使用溫度1200℃）的優(yōu)勢，相比其他幾種蜂窩陶瓷常用的材質，堇青石還具有低熱膨脹系數（25~800℃下為1.5×10^-6℃～2.0×10^-6℃）和相對較低的熱容量（0.92J/K，約為莫來石的1/5），很好地保證排氣后處理系統在極端應用環(huán)境中的正常、高效運行。

2、蜂窩陶瓷過濾材料

基于表面吸附、顆粒攔截機制以及特殊的孔道結構，蜂窩陶瓷在流體通過其孔道時，實現對流體的過濾和分離，從而很好地去除流體中的雜質和顆粒物。作為過濾材料，目前蜂窩陶瓷主要應用在冶金、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)的高溫煙氣除塵。

應用于金屬熔融物的過濾時，通常采用高質高密度直孔網眼的莫來石質、堇青石質蜂窩陶瓷，莫來石、堇青石的最高使用溫度分別為1500℃和1200℃，可以使產品具有很高的耐熱沖擊和耐高燒鑄溫度的特性，而直孔式設計保證了流量和強度間的平衡，當熔融金屬液通過陶瓷的孔眼時可以有效地去除碎屑、雜質、渣粒和未熔化的合金等，使鑄件機械性能、表面質量及產品合格率大大提高。同時蜂窩陶瓷的通道結構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。

而應用于凈化處理高溫含塵廢氣時，通常則采用堇青石、鈦酸鋁、碳化硅材質的壁流式蜂窩陶瓷，該結構是在直通式結構上交替堵孔，利用本身筋壁內的微孔結構，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、使用壽命長等優(yōu)點，解決了傳統過濾材料纖維濾袋、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，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孔道微觀結構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。當煙氣溫度為900～1300℃時，煙氣余熱占爐子總能耗的50%～70%。因此，積極采用先進的煙氣余熱回收技術，在工業(yè)窯爐燃燒系統中安裝換熱器（蓄熱體），將煙氣的余熱回收用于預熱助燃空氣，可以從根本上提高工業(yè)爐的能源利用率，達到節(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期工作，而采取直流式結構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，具有體積小，質量輕，比表面積大，耐火度高，傳熱能力大的優(yōu)點，因此成為了蓄熱節(jié)能技術中的關鍵材料。

蜂窩陶瓷蓄熱燃燒室（來源：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、莫來石、剛玉等。堇青石蜂窩陶瓷的熱膨脹系數較低，抗熱震性比較好，且原材料價格便宜，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、莫來石蜂窩陶瓷耐高溫、機械強度高，但是脆性大，抗熱震性一般。因此單一相的陶瓷材料已經很難滿足要求越來越復雜的使用工況，復相蜂窩陶瓷蓄熱體成為研究的重點。

4、紅外輻射燃燒板

紅外燃燒器通常以完全預混燃燒技術，使燃氣在金屬纖維網、陶瓷板等內燃燒，實現灼熱介質將熱量以一定波長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，其熱效率約比普通大氣式灶具產品高20%左右。同時因火孔外火焰極短甚至無火焰，又稱無焰燃燒器。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用。

（來源：萍鄉(xiāng)市米奧填料有限公司）

一般來說，為了增強紅外輻射，通常采用鐵鉻鋁或陶瓷材質的蜂窩結構，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，在使用溫度高達1200℃時不易氧化和變形，同時其低熱膨脹系數和較低的導熱系數使得使用時燃燒板上下面溫差可以達到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，防風性能優(yōu)越。

5、蜂窩陶瓷霧化芯

霧化技術廣泛應用在醫(yī)療、電子煙等領域，而霧化技術的實現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被人體吸收，因此通常需要制備過程中盡可能少添加有機物，并采用對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，同時其內部微孔孔徑可在幾個微米到幾十個微米范圍內調節(jié)且為定向直通結構，可有效保證物料霧化通暢，對于高粘稠度煙油傳導表現尤其優(yōu)異，另外此類陶瓷還可以添加造孔劑對直通孔壁進行造孔保證物料可是實現橫向的傳導路徑，供料更均勻，非常適用于制作霧化芯，尤其是應用于電子煙、精油霧化器。

蜂窩陶瓷霧化芯

參考來源：

1、郝立苗,黃妃慧,王勇偉,等.蜂窩陶瓷的研究現狀及應用[J].佛山陶瓷.

2、楊寶剛,馮良,彭偉,等.高強度紅外燃燒器的研究[J].煤氣與熱力.

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