蜂窝陶瓷范文

导语：如何才能写好一篇蜂窝陶瓷，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：堇青石；蜂窝陶瓷；热膨胀系数；发展现状；应用

1 前言

蜂窝陶瓷作为一种功能性多孔材料[1]，越来越受人们的重视，其应用范围不断扩大，应用水平也不断提高。因为蜂窝陶瓷具有比表面积大、隔热性较好、重量较轻、热膨胀系数低、耐高温、耐酸碱等特点，而被广泛应用于汽车尾气处理、烟道气的净化、蓄热体、红外辐射燃烧板、粉末冶金的承烧板、化学反应的载体和催化剂、窑炉的隔热材料等领域[2-5]。

近年来，随着制备工艺的不断发展，其应用范围不断扩大。蜂窝陶瓷可由多种材质制成，主要材质有堇青石、莫来石、碳化硅、氧化锆、氮化硅及堇青石-莫来石等复合基质。几种材质的蜂窝陶瓷的性能如表1所示。

2 堇青石蜂窝陶瓷的发展

2.1 国外堇青石蜂窝陶瓷的进展

1972年美国尾气净化条例的实施，推动了汽车尾气净化器的发展，美国Corning公司率先通过挤压成型技术制备了具有高性能、可满足美国尾气净化条例要求的堇青石蜂窝陶瓷，其制成的蜂窝陶瓷净化器应用到了各种车型上。随着对洁净空气的需求越来越高，以及蜂窝陶瓷载体迅速发展，产品很快从200孔/平方英寸扩到300孔/平方英寸。在1979年，美国Corning公司推出了400孔/平方英寸，壁厚为0.165mm的蜂窝陶瓷（后成为堇青石蜂窝陶瓷的工业标准）；到1996年，日本HONDA公司就已经生产出了600孔/平方英寸的产品[6-7]。

目前，美国Corning公司以及日本NGK公司已经能生产900孔/平方英寸，壁厚为0.0508mm的蜂窝陶瓷，处于世界领先水平。他们采用的是一次烧成工艺，而国内大部分研究机构和生产厂家仍然采用20世纪80年代的二次烧成工艺。

2.2 国内堇青石蜂窝陶瓷的进展

在20世纪80年代，国内的许多科研单位就已经开始研制低热膨胀系数的高性能堇青石蜂窝陶瓷。从1984年开始用挤出法生产薄壁蜂窝陶瓷，但规模很小。尽管这些研究取得了一定的进展，但并没有完全消除与国外先进产品的性能差距。进入20世纪90年代后，国家逐步提高了汽车尾气的排放标准。这就使汽车尾气催化净化器及其载体市场潜力进一步凸显出来。

目前，国内生产堇青石蜂窝陶瓷的主要厂家有：江苏省宜兴非金属化工机械厂有限公司、萍乡市高科陶瓷有限责任公司、山西科德技术陶瓷有限公司、宜兴市光天耐火科技有限公司、宜兴市前锦特陶科技有限公司、萍乡市鑫陶化工填料有限公司等等，他们主要生产400～600孔/平方英寸的薄壁蜂窝陶瓷。国内开展蜂窝陶瓷研制的单位有上海硅酸盐研究所、山东工业陶瓷研究设计院、中科院环境化学研究所、咸阳陶瓷研究设计院等，这些主要是堇青石质蜂窝陶瓷的研究。

3 堇青石蜂窝陶瓷的制备工艺

一般堇青石蜂窝陶瓷的制备工艺流程如图1所示。

堇青石蜂窝陶瓷的合成方法主要有固相合成法、溶胶―凝胶合成法两种[8]。

（1）固相合成法

固相合成法具有生产工艺简单、生产效率高等优点，是最常用的合成方法。又可分为干法和湿法，湿法工艺优于干法工艺。

干法是指采用干法混料经半干压压制成坯，然后再干燥、烧成。

湿法是指各原料入球磨机加水湿磨，泥浆经压滤机脱水制成泥饼，然后真空混练，再挤出成坯，最后干燥、烧成。

（2）溶胶―凝胶法（液相法）

溶胶―凝胶法属于湿法化学反应方法，是以液体化学试剂（或将粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为原料，反应物在液相下均匀混合并进行反应，最后获得所需要的产品。

4 影响堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数的因素

Lachman I.M.等人撰文指出根据MgO-Al2O3-SiO2三元相图[9]，堇青石的理论组成点存在一个低膨胀区，在原料和工艺相同的条件下，富含Al2O3和MgO的堇青石质蜂窝陶瓷热膨胀系数较理论组成低。堇青石的生成可以是天然的，也可以是人工合成的，尤其在人工合成时，不同的化学条件，往往会引起堇青石化学成份在一定范围内发生变化，这些微小的变化会对堇青石蜂窝陶瓷的性能有显著的改变。

目前，我国在人工合成堇青石方面作了很多的研究，并试用了绿泥石、滑石、高岭土、高铝矾土、粘土等天然原料[10]。发现要得到低热膨胀系数的堇青石蜂窝陶瓷，可以从以下几方面进行研究。

4.1 控制碱金属的含量

有研究发现，随着碱金属含量的增加，堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数呈指数形式上升。其原因可能是碱金属离子能够进入到α-堇青石六元环中的通道，与六元环顶点上Al/Si四面体的配位氧原子键合。随着温度升高，因碱金属离子与氧原子之间键强较小，热振动剧烈，且同一通道内的碱金属离子之间相互排斥，从而导致热膨胀系数变大。因此，可通过控制原料中碱金属的含量，来降低产品的热膨胀系数。

4.2 微观结构

罗凌虹等人[11]利用XRD、SEM等测试技术对NGK和国内的堇青石蜂窝陶瓷样品进行对比分析和研究，发现在微观结构上NGK堇青石蜂窝陶瓷的断面和端面中有微裂纹的存在，极大地减小堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数，国内的堇青石蜂窝陶瓷断面和端面是没有裂纹的。针对微裂纹的形成，可以通过改善烧成制度、引入合适的成孔剂等方法以达到目的。

4.3 堇青石蜂窝陶瓷的原料

白佳海等人列出参考资料[12]对堇青石蜂窝陶瓷的低热膨胀分析认为：堇青石原料的粒度和形貌对其热膨胀系数的影响非常大。在制备工艺相同的条件下，选取片状的高岭土可造成堇青石结晶晶粒的定向排列，有利于降低堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀。在一定的粒度范围内，粒径较小的原料由于比表面积大、活性高、反应烧结中传质快，有利于降低堇青石材料的热膨胀系数。

5 堇青石蜂窝陶瓷的应用

堇青石蜂窝陶瓷已经在很多领域得到成功的应用，本文主要阐述了其在控制大气污染、蜂窝陶瓷蓄热体、承烧板方面的应用。

5.1 控制大气污染

近年来，随着经济的高速发展，交通运输业所带来的环境污染日益严重、灰霾天气、PM2.5污染等的问题越来越突出。为了人类自身的健康，人们开发了多种净化技术。由于堇青石蜂窝陶瓷具有比表面积大，热稳定性好，热膨胀系数小等优点，已经被广泛应用到汽车废气排放处理、工业烟道气中NOx、SO3的排除中。Fuji总结了蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷在高温、强腐蚀等极端环境下的应用情况，认为堇青石质蜂窝陶瓷材料具有较高热稳定性和化学稳定性，将其用作催化剂载体，对净化汽车尾气和减少发电厂的氮氧化物排放等起着非常关键的作用，堇青石蜂窝陶瓷是汽车尾气催化处理中一个重要的载体。

5.2 蜂窝陶瓷蓄热体

蓄热式高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion）是一种革命性的全新燃烧技术，它通过高效蓄热材料将助燃空气从室温预热至前所未有的800℃温度。同时，大幅度降低氮氧化物排放量，使排烟温度控制在露点以上、150℃以下范围内，最大限度地回收烟气余热，使炉内燃烧温度更趋均匀。该技术被誉为21世纪最具发展潜力的技术之一。该技术的关键之一是制备高性能的蓄热体材料――蜂窝陶瓷[13]。堇青石质蜂窝陶瓷蓄热体具有耐高温、抗腐蚀、热震稳定性好、强度高、蓄热量大、导热性能好等显著优点，节能效果和使用寿命大大提高。

5.3 承烧板

由于堇青石蜂窝陶瓷具有质量轻、热传导快、热稳定性好等特点，被用做粉末冶金的承烧板取代氧化铝承烧板。另外，蜂窝陶瓷也有用于义齿制作的烧结承烧板，一般义齿烧结炉要在2～3min内完成急速的升温过程（由室温升到900℃）。这要求炉内的承烧板要有很高的耐热冲击性能，不会因为短时间的急速升温而被破坏，而堇青石蜂窝陶瓷的低热膨胀系数，能很好满足这一要求。堇青石蜂窝陶瓷承烧板示意图如图1所示。

6 总结

随着堇青石蜂窝陶瓷性能的提高，其应用也越来越广泛；但国内生产堇青石蜂窝陶瓷性能与国外的产品相比，还是有明显的差距。蜂窝陶瓷今后在环保领域的需求量将越来越大，我们以后也要重视这方面的研究，使国产的堇青石蜂窝陶瓷的性能越来越好。

参考文献

[1] 曾令可，王慧.多功能陶瓷制备与应用[M].北京：化学工业出版社，2006，7.

[2] 蔡俊修，陈笃慧，万惠霖.控制大气污染用的蜂窝陶瓷材料[J].硅酸盐学报.1994，（5）：458-468.

[3] 李建勇.堇青石质蜂窝陶瓷[J].陶瓷工程.1995，（3）：25-29.

[4] Lachman I.M. and Mcnally R.N. Monolithic honeycomb supports for catalysis [J].Chem Eng Prog， 1985，81 （1）：29.

[5] Woyansky J.S. Scott C.E. and Minnear W.P. Processing of porous ce ramics[J].American Ceramic Society Bulletin，1992，71 （11）：1674-1682.

[6] Then P.M. and Day P. The catalytic converter ceramic substratean astonishing and enduring invention [J].Inter Ceram， 2000，49 （1） ： 20-23.

[7] 李艳丽.新型蜂窝陶瓷的制备与性能研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[8] 朱展鹏，姚远.影响堇青石合成的因素分析[J].陶瓷.2013，（6）：45-47.

[9] Lachman I.M，Bagley R.D and Lewis R.M. Thermal expansion of extruded cordierite ceramic[J].Ceramic Bulletin，1981，60（2）：202-206.

[10] 郭海珠.合成堇青石耐火原料的研究[J].耐火材料.1992，26（3）：138-141.

[11] 罗凌虹，余永志，王乐莹，等.超低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷材料的制备[J].陶瓷学报.2013，34（2）：181-185.

篇2

爱着梦幻淡紫色。

想笑就笑得大胆开朗，

没有什么该与不该。

薰衣草的心情，何人知晓，

由梦幻团团围绕，

还有几分的豁达，

将紫色心情充实住了。

薰衣草的心情，何人知晓，

有快乐伴随左右，

还有几丝的忧伤，

将梦幻颜色表达明了。

即使暴风雨的极度加量，

也应不轻言放弃，

钢铁一般的坚毅，

让简单心灵充满韧性。

像薰衣草一样学会珍惜，

一秒钟也不放弃，

争分夺秒，认真度过。

不应给人生一次彩排的机会。

爱湛蓝天空的自由，

爱洁白天使的神圣。

但怎样，

也敌不过对你的恋。

篇3

一种提高Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15陶瓷压电常数的方法，属于Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15无铅压电陶瓷的改性领域。本发明方法的步骤如下：1)对 Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15材料进行配料、混合和预反应；2)将预反应后的粉料压制成圆片状坯体，进行烧结，形成致密的圆片状陶瓷体；3)用连续CO2激光辐照圆片状陶瓷体，CO2激光功率密度为764W/cm2，辐照时间为90s。本发明提高了Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15陶瓷的压电常数，改变了单纯依赖改进预烧和烧结的温度及时间的现状，操作简便、效率高、可重复性强。

专利号：200810102388.0

陶瓷蜂窝式过滤器

本发明提供一种陶瓷蜂窝式过滤器，是在将具有外周壁、在所述外周壁的内侧通过格栅壁而隔开的很多流通孔的多个陶瓷蜂窝构造体接合在所述流通孔的方向的同时，密封排气气体流入侧和流出侧的所需流通孔的陶瓷蜂窝式过滤器，至少一个排气气体流入侧密封部配置在从排气气体流入侧端面隔离的滤器内部，同时，所述流入侧的密封部，形成在至少一个的陶瓷蜂窝构造体的一方的端部所需部位上。根据本发明的陶瓷蜂窝式过滤器，能够有效吸收排气气体中的微粒子并同时容易再生。

专利号：200710186377.0

陶瓷水洗球的制备方法

本发明提供一种陶瓷水洗球的制备方法，包括配料、成形和烧成，其特征在于：将粒度为0.5～300μm的玻璃粉20～92wt％、助熔剂1～15wt％、硼砂1～15wt％、陶瓷粉5～20wt％、增孔剂1～30wt％，按上述比例混合研磨制备成均匀的多孔陶瓷粉料，再将多孔陶瓷粉料做成水洗球坯体，干燥后在600～1100℃的温度下保温1～4h，制得陶瓷水洗球。本发明采用玻璃粉为结合剂，通过增孔剂和助熔剂分别调节制品的密度和烧成范围，在制备过程中，玻璃粉在高温条件下产生熔融，将陶瓷粉粘结成一体，同时将增孔剂高温燃烧或挥发留下的空隙封闭，形成封闭孔，由增孔剂加入量来调节制品的密度，制品的孔径可以控制在0.1～0.5mm 之间，内外分布均匀，且工艺简单，耐磨性能比天然沸石高30～40倍，经陶瓷水洗球洗过的布料花纹立体感强。

专利号：200710013482.4

压电陶瓷和压电元件

本发明提供一种能够在低温中烧结，同时能够提高压电特性的压电陶瓷和压电元件。含有Pba[(Znb/3Nb2/3)xTiyZrz]O3(0.94≤a≤1.02、1＜b≤3、x+y+z＝1、0.05≤x＜0.125、0.275＜y≤0.5、0.375＜z≤0.6)或 (Pbe-fMef)[(Zng/3Nb2/3)uTivZrw]O3(0.96≤e≤1.03、0.01≤f≤0.1、1＜g≤3、 u+v+w＝1、0.05≤u＜0.125、0.275＜v≤0.5、0.375＜w≤0.6、Me是Sr、Ba、Ca)。通过过剩地包含Zn，能够降低烧结温度，提高压电特性。

专利号：200810082146.X

一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及其用途

本发明公开了一种钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷及其用途，其特点是该弛豫铁电陶瓷的通式为：(1-x)(Bi1-yLiy)(Sc1-ySby)O3-xPbTiO3，其中x、y表示复合离子中相应元素材料在各元素中所占的原子数，所有元素的原子数总和为1，式中0.60≤x≤0.65， 0.01≤y≤0.15。该弛豫铁电陶瓷由以下原料组分组成，按重量计为：三氧化二铋 23.37～34.37份、三氧化二钪6.92～10.17份、二氧化钛14.55～17.52份、氧化铅 40.64～48.96份、三氧化二锑0.17～3.34份和碳酸锂0.04～0.85份。钛钪锑酸铅铋锂系弛豫铁电陶瓷铁电-顺电相变温度为300～341℃，压电常数d33可达545pC/N，平面机电耦合系数kp可达58％；该弛豫铁电陶瓷可应用于大功率超声器件，高温物体超声波，以及高温物体的振动、加速度和压力测试领域。

专利号：200810044976.3

一种掺杂稀土铈的铪酸钡陶瓷闪烁体的制备方法

篇4

关键词：蜂窝式催化剂；板式催化剂；波纹板式催化剂 ； E-G脱硝催化剂

Abstract: Datang Ma'anshan Dangtu power plant 2 * 660MW units denitration by selective catalytic reduction (SCR) flue gas denitrification process, catalyst using the honeycomb catalyst, by comparing the three kinds of catalysts, the advantages of the E-G denitration catalyst, and proposes the improvement method.

Keywords: honeycomb catalyst; plate-type catalyst; corrugated plate-type catalyst; E-G denitration catalyst

中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012

1.脱硝系统概述

马鞍山当涂发电有限公司2×660MW机组脱硝采用选择性催化还原（SCR）烟气脱销工艺，脱硝装置按一炉两室布置。每台脱硝装置的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100%烟气量，脱硝效率≥80%；NOx排放浓度不超过100mg/Nm3。

SCR反应器布置在锅炉省煤器与空预器之间，脱销反应器位于送风机与一次风机的上方。催化剂采用蜂窝式，按照“2+1”模式布置，反应器安装吹扫装置，采用蒸汽吹灰器。

1.1反应原理

采用选择性催化还原技术，即在反应器入口烟道中喷入氨蒸汽，氨蒸汽与烟气充分混合后进入装有催化剂的反应器，在催化剂的作用下发生还原反应，实现脱出氮氧化物。烟气中的氮氧化物通常由95%的NO和5%的NO2组成，化学反应式如下：

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

1.2系统描述

尿素溶解区的液态尿素通过尿素循环泵供至脱硝吸收区，由尿素溶液计量分配模块将尿素均匀分配至热解炉中分解液态的氨，尿素热解采用热一次风，用电加热将高温空气加热到约600°C，氨气混合气体进入氨注入格栅及氨/烟气混合器与锅炉尾部烟气充分混合，混合烟气经过整流后，进入SCR反应器，在SCR反应器内氨与氮氧化物反应生成氮气和水。

2、锅炉燃用煤质性质

2.1脱硝系统入口烟气参数

2.1.1设计煤种数据，锅炉厂提供

锅炉不同负荷时的省煤器出口烟气量和温度

2.1.2脱硝催化剂

2.1.3催化剂模块

3、催化剂的结构特性

3.1催化剂的主要成分

目前SCR商用催化剂基本都是以TiO2为基材，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。

板式催化剂以不锈钢金属板压成的金属网为基材，将TiO2、V2O5等的混合物黏附在不锈钢网上，经过压制、锻烧后，将催化剂板组装成催化剂模块。

蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。将TiO2、V2O5、WO3等混合物通过一种陶瓷挤出设备，制成截面为150mmX150mm，长度不等的催化剂元件，然后组装成为截面约为2m´1m的标准模块。

波纹板式催化剂的制造工艺一般以用玻璃纤维加强的TiO2为基材，将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面，以达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的。

3.2催化剂的选型

催化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。三种催化剂在燃煤SCR上都拥有业绩，其中板式和蜂窝式较多，波纹板式较少。

催化剂的设计就是要选取一定反应面积的催化剂，以满足在省煤器出口烟气流量、温度、压力、成份条件下达到脱硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的设计要求；在灰分条件多变的环境下，其防堵和防磨损性能是保证SCR设备长期安全和稳定运行的关键。

在防堵灰方面，对于一定的反应器截面，在相同的催化剂节距下，板式催化剂的通流面积最大，一般在85%以上，蜂窝式催化剂次之，流通面积一般在80%左右，波纹板式催化剂的流通面积与蜂窝式催化剂相近。在相同的设计条件下，适当的选取大节距的蜂窝式催化剂，其防堵效果可接近板式催化剂。三种催化剂以结构来看，板式的壁面夹角数量最少，且流通面积最大，最不容易堵灰；蜂窝式的催化剂流通面积一般，但每个催化剂壁面夹角都是90°直角，在恶劣的烟气条件中，容易产生灰分搭桥而引起催化剂的堵塞；波纹板式催化剂流通截面积一般，但其壁面夹角很小而且其数量又相对较多，为三种结构中最容易积灰的版型。

3.3 E-G脱硝催化剂与蜂窝式催化剂的特点比较

电厂烟气脱硝的主流催化剂是蜂窝式催化剂。蜂窝式催化剂采用整体挤出烧制的制备工艺，E-G脱硝催化剂以薄型不锈钢筛网板为基材，在不锈钢筛网板表面双面加压涂覆与蜂窝式催化剂类似的活性成分，随后制作出褶皱形状，机械手将单板组装成催化剂单元，E-G脱硝催化剂催化剂单元煅烧后组装得到催化剂模块。由于E-G脱硝催化剂采用不锈钢筛网板作为支撑担体，使用加压涂覆工艺，断面为平行褶皱板结构，所以，E-G脱硝催化剂在防止飞灰堵塞、磨损和抗中毒等方面具有很大的优势，在燃煤烟气脱硝占据很大的市场份额。

3.3.1 耐飞灰堵塞

我国燃煤烟气粉尘质量浓度普遍很高，通常大于30g/m3，极端情况甚至会超过50g/m3。由于我国烟气脱硝系统均采用无旁路设置，一旦发生催化剂严重堵塞，必须停炉处理。为了保证锅炉连续稳定运行，对脱硝催化剂的防堵塞性能提出了较高的要求。脱硝催化剂的堵塞分为大颗粒飞灰堵塞和细灰搭桥堵塞。对大于催化剂节距的大颗粒飞灰(特别是爆米花飞灰)，不管是蜂窝式催化剂还是E-G催化剂，只要被烟气携带到催化剂表面均会导致催化剂的堵塞。为防止大颗粒飞灰的堵塞，在脱硝系统设计中，一般会在催化剂上游合理安装灰斗、筛网等预除尘设备，以去除烟气中携带的粒径大于2.5mm的飞灰。在采取防止大颗粒飞灰堵塞措施后，需要重点防止催化剂顶部和内部通道的细灰搭桥堵塞，采取的基本措施是选择合适的催化剂类型和节距。

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[关键词] 轨道交通车辆；轻金属材料；高分子材料；复合材料；蜂窝材料

[作者简介] 田旭鹏，南车青岛四方机车车辆股份有限公司工程师，研究方向：机车车辆，山东 青岛，266111

[中图分类号] U270.4 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）01-0031-0003

自2007年中国铁路“4・18”大提速以来，我国轨道交通车辆装备技术取得了巨大的发展，以京沪高铁为标志的高速铁路已于2011年开始在我国投入运营，预计到2012年底，我国高速铁路运营里程将突破1万公里。同时，城市轨道交通和城际铁路也迎来了发展的黄金时期，预计至2020年，国内将有约40个城市拥有城市轨道交通，总规划运营里程达7000多公里。

随着社会文明的进步和生活水平的提高，人们对轨道交通车辆的方便、快捷提出更高要求的同时，也对乘坐轨道交通车辆的安全、舒适、可靠提出了越来越高的期望。作为旅客直接接触界面，轨道交通车辆的车辆内饰设计直接决定了旅客对乘坐轨道交通车辆的直观感受。

一、轨道交通车辆内饰材料的发展概况

长期以来，胶合板占据了我国轨道交通车辆内饰材料的主体地位，大量应用于铁路客车的地板、顶板、间壁、墙板等内饰件中。

胶合板内饰件一般造型简单，密度较大，外露表面可敷贴塑料贴面板来装饰。随着轨道交通车辆运营速度的提升和装备技术的进步，现代车辆内饰在原来的设计中又增加了轻量化和隔音降噪的要求，为保证轨道交通车辆旅客界面的美观和舒适，原先仅仅使用以胶合板为主材质的内饰配件无论是在造型设计上还是在表面处理及性能上均已无法满足现代车辆内饰发展的要求，于是，一大批替代的轻量化新材料应运而生。

目前用于轨道交通车辆内饰的新材料主要包括轻金属材料、高分子材料、复合材料、蜂窝材料等几大类。

二、轨道车辆内饰新材料分析

（一） 轻金属材料

轻金属材料主要包括铝合金、镁合金等，在轨道交通车辆上有着广阔的应用前景。铝合金的强度/质量比非常高（超过3倍），由于其密度小、强度高、耐腐蚀性好的优点，目前已在汽车、船舶、航空、航天等领域得到了广泛的应用。

在轨道交通车辆内饰中，铝板是最常见的材料，成型容易，其表面可喷涂、可覆膜，非常有利于营造美观舒适的客室环境。涂瓷铝板、铝板覆膜、铝板喷漆等工艺广泛应用于轨道交通车辆的墙板、顶板及间壁隔板，此外，铝合金板材也在列车风道、装饰设备件等方面得到了广泛的应用。在高速动车组中，铝合金型材骨架已经取代了传统的木结构骨架。

近年来，国外有用镁合金、钛合金等航空材料代替铝合金来制造车内骨架的尝试，其质量只有铝合金的66%，轻量化效果更加明显。

（二）高分子材料

高分子材料广泛应用于轨道交通车辆内饰中，其轻量化和隔音降噪效果十分明显。

1. 玻璃钢

玻璃钢（FRP），即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂和酚醛树脂基体，根据使用树脂品种的不同，可分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。玻璃钢具有轻质高强、耐腐蚀性好、成本低廉、成型好且不受幅宽限制的优点，表面可喷涂、可敷膜，在轨道交通车辆内饰中主要用于制造复杂曲面装饰板。

近几年来，玻璃钢产品已由最初的手糊成形转向注射、模压（SMC）成形，新型工艺改进了以往手糊成形工艺精度不高、不能生产结构特别复杂产品的缺陷，并且进一步提高了配件的制造精度和成型质量，从而实现了配件的大批量生产。

目前，玻璃钢产品主要用作轨道交通车辆的客室墙板、玻璃钢整体盒子间等，是轨道车辆内饰的主型材料之一。据统计，日本铁路高速新干线电动机车FRP用量已占列车总重量的1.4%[1]。

2. 热塑性工程塑料

PC合金是最常见、也最常用的热塑性工程塑料，它是由聚碳酸酯树脂挤压或注塑而成，可选择颜色与花纹，具有装饰性好、比强度高、抗冲击性高、表面耐磨性与抗划性高、无毒、无味、无腐蚀性的优点；但PC合金具有刚度弱、受幅宽限制、材料与模具较贵的缺陷，一般在车辆内饰中只用来制作小型装饰设备件，如客室风口格栅、灯罩等。

美国GE公司早在2005年就开发了一种新型的热塑性工程塑料用于轨道车辆内饰。该材料将Schneller公司的有机氟聚合物Indura GTform与GE公司的长玻纤增强热塑性片材Azdel Rail-Lite一起配合使用，形成具有装饰性的热塑性层压板，具有很好的三维成型性、耐久性，并有耐脏抗涂写污染和溶剂损伤的功能，可应用于顶板、椅背、扶手、行李架等内饰配件中。

3. 橡胶材料

为降低轨道交通车辆，尤其是高速列车在运行时带来的冲击、振动和噪声，保证客室的舒适度，早期内饰施工中仅仅使用橡胶板作为垫板的方法已经无法满足要求，在轨道车辆内饰安装时必须选用性能更好的减振降噪元件，其中包括粘弹性能、耐疲劳、耐老化性能更优的橡胶元件。橡胶元件对高速列车的减振降噪作用特别显著，有效避免了车辆内饰安装时的硬连接，隔断了车外噪音向车内传播的途径，对高速列车的舒适平稳具有无可取代的作用。

在我国某型号卧铺动车组中，卧铺间壁与车体之间的连接全部采用了如图2所示的弹性安装件，有效地降低了卧铺包间内的噪音，为世界首列时尚、舒适的卧铺动车组投入运营提供了保障。

（三）复合材料

复合材料是以纤维、颗粒等作为增强材料，以聚合物、陶瓷、金属等作为基体复合而成的具有优异性能的新型材料。它具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、隔热、耐磨、低成本、可设计性强等一系列优点，正在成为轨道交通车辆内饰轻量化设计中越来越重要的一类材料[2]。

随着高速动车组技术的引进、消化和吸收，许多新型的复合材料渐渐被我们所熟知和运用，比如，某型动车组客室中顶板应用的3mm厚铝板复合装饰板，其结构为铝板+热塑性低密度聚乙烯+铝板复合而成；客室侧顶板则是由铝板+热塑性低密度聚乙烯+铝板或者不锈钢板+热塑性低密度聚乙烯+不锈钢板复合而成；通过台及走廊平顶板选用的材料为中空的瓦棱铝板，厚度仅为5.2mm；行李架后部挡板则是三聚氰胺装饰纸层+苯酚芯材纸层+铝材层+苯酚芯材纸层+铝材层复合而成，厚度仅为3mm。

国内外的种种研究和应用表明，复合材料是轨道交通车辆轻量化最有发展前景的新材料。

（四）蜂窝材料

蜂窝板材通常由上下面板和蜂窝芯材组成，蜂窝芯材密度极小，大约只有同厚度材料的1/10。按照蜂窝材质来说，蜂窝分铝蜂窝、芳纶蜂窝、玻璃钢蜂窝、碳纤维蜂窝等。当面板和芯材采用不同的材料时，称为复合蜂窝板，例如，飞机地板就采用单向碳纤维面板、芳纶蜂窝芯的复合蜂窝板，其强度、刚度和抗冲击能力极好。

蜂窝板具有重量轻、刚度大的优点，且具有优良的隔音、隔热性能，在蜂窝板的装饰面可以喷涂，也可用粘贴、真空吸附等方法覆贴装饰膜，装饰效果很好，所以蜂窝板，尤其是铝蜂窝板在轨道交通车辆的内饰中得到了大量的应用，广泛用于制作客室地板、顶板、间壁隔板以及各种门板等[2]。

以铝蜂窝地板为例，原来一辆25型铁路客车的胶合板材料地板的重量约为1.5T，而一辆高速动车组铝蜂窝板材料地板的重量仅仅约为0.8T，减重效果极为明显。

三、结 语

目前，轨道交通车辆装备技术的发展突飞猛进，轻量化、低噪音、节能环保已成为轨道交通车辆发展的趋势，同时，也是新时期轨道交通车辆对车辆内饰提出的要求和目标。车辆内饰正从木结构向无木结构、金属结构转变，轨道交通车辆内饰阻燃、减重、降噪的性能，节木代木，以及具有更好装饰性能的新型材料无论在品种还是数量上都有着巨大的需求。金属材料、高分子材料、复合材料、蜂窝材料等已在轨道交通车辆内饰材料中占据越来越重要的位置。

日本铁道综合技术研究所筹划的从2010年起5a间的“基本规划（RESEAR CH2010）”中提出的研发项目有：（1）防灾能力强的铁道系统；（2）抵御事故能力强的系统；（3）人机系统高端化；（4）列车控制智能化；（5）沿线环境低负担；（6）节能；（7）维修、建设高效化；（8）列车高速化；（9）开发先进的信息处理技术促进高效运输及客服水平；（10）仿真技术高级化等。在（2）、（5）、（6）、（7）、（8）各项目中，正在期待通过材料技术的进步而获得进展[3]。因此，对原先应用的材料和工艺进行改进开发的同时开发环保、纳米等新型材料及其应用技术也是轨道交通车辆内饰材料发展的方向。研究、开发和利用新材料，从而提高轨道交通车辆内饰的质量、美观效果和使用寿命，保证旅客乘坐的舒适度，对提升轨道交通车辆市场竞争力有着重要的意义。

[参考文献]

[1]顾振国.复合材料在铁路高速列车上的应用[J].玻璃钢/复合材料，1998，（1）.

篇6

关键词 陶瓷废料,多孔陶瓷,废料循环利用,节能降耗

1引 言

近年来,我国陶瓷行业发展迅猛,产量已连续13年位居世界第一位,建筑陶瓷2006年国内产量超过50亿m2,占全球总产量的60%以上。建筑陶瓷出口量也在不断增加,已经成为陶瓷产品出口的第二大品种。由于目前我国陶瓷工业的经济增长方式仍以自然资源和劳动力的高投入为主要特征,这种粗放型的发展方式已经不能实现经济与资源、社会与环境、生态与发展的合理配置。随着产量的增加,原料的消耗量也大量增加,每年消耗的天然原料在1.2亿t以上,由此产生的废料数量也越来越多。例如抛光砖产品废料,仅佛山陶瓷产区,各种抛光砖废料的年产量已经超过300万t,全国抛光砖废料的年产量估计在500万t左右。如此大量的陶瓷废料已经严重污染了人类生存的环境,因此,如何变废为宝、化废料为资源,已经成为科技和环保部门的当务之急,我国必须高度重视对陶瓷生产中废料的再循环利用工作,把它提高到环境材料学的高度加以研究和利用,提高到全民绿色环保的高度加以重视和解决。

2陶瓷废料的主要来源与分类

众所周知,陶瓷产品种类繁多,一般分为传统陶瓷和现代技术陶瓷两大类。传统陶瓷是指用天然硅酸盐粉末(如粘土、高岭土等)为原料生产的产品;现代技术陶瓷是根据所要求的产品性能,通过严格的成份和生产工艺控制而制造出来的高性能材料,可用于高温和腐蚀介质的环境,是现代材料科学发展最活跃的研究领域之一。随着陶瓷品种的不断增加及其性能水平的不断提高,陶瓷产品的需求量正在逐渐增加,同时生产过程中所产生的废料在一定程度上也会有所增加。陶瓷废料主要来自于陶瓷产品的生产过程中,在成形、干燥、施釉、搬运、焙烧、后期的磨削加工及贮存等过程中产生的, 其种类大致可分为以下几种:

(1) 坯体废料:主要是指陶瓷产品在烧成之前所形成的废料。

(2) 废釉料:主要是在陶瓷产品的生产过程中(抛光砖的研磨、抛光及磨边倒角等深加工工序除外)所形成的污水,污水经净化处理后所形成的固体废料,通常含有重金属元素,按其化学含量多少可分为有毒废釉料和有害废釉料。

(3) 烧成废料:主要是指陶瓷制品在烧成过程中产生的废品以及在其贮存和运输等过程中产生的废品。如图1所示为堆积如山的烧成废料。

(4) 匣废渣:采用重油或煤作为燃料的陶瓷窑炉,由于重油及煤的不完全燃烧,容易产生大量未燃烬的游离碳,从而污染陶瓷制品。因此,为了避免陶瓷产品被烟熏,大多日用陶瓷制品通常采用隔焰加热的方式进行焙烧,而获得隔焰加热方式最经济的方法就是采用匣焙烧。由于匣多次承受热应力作用以及装过程中的搬运、碰撞,从而产生大量的废匣。

(5) 磨削加工废料:日常生活中用到的瓷质砖及厚釉砖等产品,在烧成后必须经过刮平定厚、研磨抛光及磨边倒角等一系列的磨削加工,才能形成光亮如镜及平滑细腻的陶瓷制品。大量的砖屑废料就是在这一系列的磨削加工过程中产生的。

3陶瓷废料在功能性多孔陶瓷中的应用

3.1 利用废料制作多孔陶瓷板

随着陶瓷产业规模的不断扩大与产量的不断增加,优质高岭土和长石等天然矿物资源在逐年减少,与此同时,陶瓷废料的产出量也在日益增大。最近几年,国外采用陶瓷废料为基料研发成功了一种多孔陶瓷板,拓宽了陶瓷废料的利用渠道。其工艺过程是以炼铜产出的铜熔渣为基料,配合适量粉煤灰、粘土和陶瓷废料等,加入碳酸盐或碱性金属氧化物和玻璃钢废材,将其置于搅拌机内,边搅拌边加入水、分散剂和粘结剂,同时除泡,制备泥浆、注模、干燥,于700～1000℃下烧结而成。由于废玻璃钢在约200℃下会热分解,产生气体并碳化,随着温度的进一步升高,碳化物也会产生气体,使陶瓷产生气孔而变为多孔质,加之玻璃钢中玻璃纤维以网状残存,可提高其韧性。使用可溶性碳酸盐时,坯体表面还会析出碳酸盐结晶,烧成后在表面形成开口气孔。若注模成形时,用一定直径的针体插通坯体,烧成后则可形成穿透细孔。由此制成的多孔陶瓷板轻质高强,特别是韧性、透水性、吸湿性和吸附性较高,不仅可用作建筑材料,还可作为吸附和过滤材料使用。生产这种多孔陶瓷板还有一大好处就是用铜熔渣、粉煤灰废料、废玻璃钢与其它原料配料,只需在不高于1000℃以下的温度下便可烧成,有利于节能。佛山欧神诺陶瓷股份有限公司与华南理工大学曾令可教授合作完成的广东省部产学研项目“利用陶瓷废渣生产轻质高强节能型建筑陶瓷板材”,就是利用陶瓷抛光砖废渣,再掺合一定量的铝型材生产中的废渣,通过合理的原料制备、添加剂的选择、最佳烧成工艺的控制(充分利用陶瓷废料中SiC和有机物高温发泡的特性),开发出的新型轻质生态建筑材料。其比重为0.95～1.35g/cm3,导热系数低于0.35W/(m・K),产品规格达到660mm×1320mm。

3.2 制备多孔墙体保温材料

利用陶瓷废料、高温砂、低温砂以及粘土为原料,制备出一种以闭口气孔为主、密度小的新型建筑材料,可作为一种功能性的高效保温、 隔热、 隔音墙体材料,不但节能效果好,而且可以减轻建筑结构的承重,该方法制备工艺简便、施工效率高、易操作、利于产业化,对于我国的“节能降耗、减排”以及推动我国工业的持续、稳定发展都具有非常重要的意义。

文献记载[1-2]:利用抛光砖废渣细粉为原料生产墙体材料时,由于其含有微细有机磨料及少量的无机触媒,分解温度在1140～1200℃,在烧成过程中当烧成温度达到其分解温度时,有机树脂将会分解,从而产生大量的气体,而此时制品表面处于熔融状态,气体不能够逸出表面,从而在内部产生大量封闭气孔。根据实验结果,抛光渣用量在30～60%时,产品变形程度较小,气孔率适中,便于制成多孔保温材料:抛光渣用量低于30%时,制品虽然发泡,但由于有机高温树脂含量较小, 烧成时其内部产生的气体少,不能够达到多孔保温材料的条件;抛光砖废渣用量高于 60%时,产品变形程度大,不易得到合格的产品。由于抛光砖废渣可塑性较差,为了提高坯泥的可塑性和坯体的强度以便于成形,必须掺入15～25%的粘土以提高其可塑性。为了降低烧成温度,扩大烧成温度范围,还必须掺入适量的熔剂性原料。熔剂性原料的使用,有利于在烧成过程中形成一定的液相,促进坯体烧结,同时形成一定的高温粘度,有利于坯体内部气孔的形成。按照此方法制备的多孔墙体保温材料的密度为900kg/m3,抗折强度为6MPa,导热系数为0.23W/(m・k),耐火度大于1200℃。蒙娜丽莎公司利用陶瓷废料(废料量达50～80%)掺合其他工业固体废弃物生产大规格轻质隔热保温陶瓷板,最大格规可达1000mm×2000mm以上,成形厚度可达3.5mm,比重小于0.95g/cm3(最小可达0.5g/cm3),导热系数小于0.25W/(m・k),隔音性能为30dB,该项目在北京召开的科技成果评估会上已通过建设部科技发展促进中心的成果评估。

3.3 利用陶瓷废料制备吸音材料

随着生活水平的提高,人们对噪声的控制越来越重视,使用吸音材料成为控制噪声的重要手段之一。现代社会要求吸音材料不含石棉、 矿物纤维等对人体皮肤有刺激性的纤维材料,且要求防水、阻燃、使用寿命长。国际上都在积极寻找和开发新型的吸音材料,无有害成分的环保型吸音材料必将成为未来吸音材料的发展方向。最近不断在公共场所、娱乐场所发生火灾,造成死亡惨重的关键因素之一就是高分子可燃吸音材料所致,中央电视台新大楼的火灾也是这种原因导致的,故最近广东省公安文化及安监总局等单位联合整治、拆除了公共娱乐场所50万m2的可燃性吸音材料,如海绵、塑料泡沫等。

近年来,国内外开始了利用工业废料生产陶粒的研究,由于陶瓷容重小、内部多孔、形态与成分较均一,具有一定的强度和坚固性,因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性、保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点,可以广泛应用于建筑、化工、石油等部门。在建筑方面,可以作为轻骨料制备混凝土和轻质墙体保温板,也可以作为填料填在空心墙或窑的衬层中进行隔热保温。

文献[3-4]记载:首先将抛光砖生产所产生的废料作为主要原料来制备一种轻质陶粒,其技术性能指标为:容重 600kg/m3,筒压强度为1.72MPa,吸水率≤18.7%。然后以微孔吸声结构原理为主要设计依据,以抛光砖废料制成的轻质陶粒、水泥、粉煤灰等为主要原料,辅以发泡剂、防水剂等添加剂,采用一般的混凝土成形方法,得到一种新型的环保多孔吸音材料。其制备工艺过程为:按一定质量比将膨胀水泥、粉煤灰、陶粒及其它添加剂在水泥砂浆搅拌机中搅拌0.5min,得到均匀的干混合料,再加水搅拌约5min,然后将发泡剂加入混合浆料中搅拌,得到流动性较好的混合浆料。经成形、脱模,即可得到气孔均匀的多孔材料。样品24h脱模后用保鲜膜包裹,在标准养护条件下养护28日,通过性能测试分析,该吸音材料吸音频率范围宽,吸音效果非常明显。

3.4 利用破损陶瓷和陶瓷废料制造陶瓷透水砖

随着经济的发展,现代城市的地表逐步被建筑物和混凝土等阻水材料所覆盖,形成了人们感官上的“桑拿”现象。同时,陶瓷废料、工业废渣等不可降解废弃物严重地污染着生态环境。国内一些专家学者开始了以工业废渣为主要原料,具有强度较高、渗水性能好、烧成温度适中、结构优良等特点的环境友好型生态建筑材料――陶瓷透水砖的研究工作,该研究方案不但可以充分利用工业废渣等废弃物,而且可以消除水泥混凝土等阻水材料给人们感官上带来的“桑拿”现象。

据文献[5-7]等介绍:采用破损陶瓷和陶瓷废料作为主要原料,可制造低成本、高附加值的透水砖。方案的成功实施在一定程度上解决了破损陶瓷和陶瓷废料的环保问题,使资源得到循环利用,并能获得良好的经济效益。按照这些方案来生产透水砖,陶瓷破损料和陶瓷废料的加入量最多可占到 75～85%。以上研究解决了陶瓷生产中所产生的所有破损陶瓷和废料的再利用问题,特别是解决了抛光砖磨屑再利用难、洁具次品再利用技术可行但经济上不可行的难题,大大降低了透水砖的生产成本,有利于透水砖的推广,起到保护城市防洪系统、弥补地下水资源的作用。

利用破损陶瓷和陶瓷废料制造陶瓷透水砖的工艺流程是把洁具废次品、各类墙地砖次品和破损陶瓷用鄂式破碎机破碎后,经10目筛子过筛,根据需要再对粒度小于1.65mm 的陶瓷料进行细筛分,并根据其化学成分分析结果制定原料配方。根据原料配方将抛光砖粒子、磨屑和各种粉状料(如石灰石、 膨润土)和造孔剂、添加剂加水搅拌混合均匀,放入压机中,压制成形。最后,将砖坯放入窑炉中烧成,最高温度为1200℃。该方法制备出的多孔陶瓷透水砖样品,经检测,样品的透水系数都在1×10-2以上,完全满足标准要求。

魏泽民等[8]采用陶瓷废料、废玻璃、锯末和粉煤灰为主要原料研制出绿色环保型的渗水砖。在基础成瓷配方的基础上,外加工业废渣或废料,通过调整颗粒级配和各粉料的加入量,使其均匀分布于坯体的废渣颗粒中或颗粒与颗粒之间,产生符合要求的孔隙相,该相将对坯体的渗水性能起到决定性的作用。考虑到坯体中的孔隙相主要由废渣产生,实验中对不同类型废渣的加入量和颗粒级配作了系统深入的研究。结果表明:基础配料中分别添加锯末、陶瓷废料、粉煤灰,均可产生符合技术要求的孔隙相。成形压力33MPa、烧成温度1100～1150℃、烧成周期1.5～2h下制得环保型渗水砖,其透水系数为3.2×10-4cm/s、抗折强度为18.4MPa、抗压强度为19.7MPa。

3.5 利用蜂窝陶瓷废料制备功能性蜂窝陶瓷

广州锐得森特种陶瓷科技有限公司利用生产中所产生的废料,如边角废料、挤压坯废料(见图2(a))、挤压后切割产生的废料、干燥或烧成中产生的开裂废料(见图2(b))、后加工过程产生的废料等进行回收利用。对于生坯废品及废料,如果是采用挤压成形工艺产生的,则可直接回收利用;如果是热压铸成形工艺中产生的,由于坯体中添加了石蜡、硬脂酸、蜂蜡等粘结剂,必须通过适当加热熔化后才能进行回收利用。对于烧成、磨削加工后的废品,由于废品中含有大量的堇青石成份,这是制备蜂窝陶瓷的主晶相,可充分回收利用,故可以经过粉碎、球磨等加工工序,使其达到250目左右的细度,作为原料进行回收利用。这部分废料由于经过了高温烧成,已经形成很好的堇青石晶型,在再烧成过程中收缩率极小,可以作为粗颗粒原料掺入配方中,其掺入量可达30～50%,既可以减少天然原料的消耗,又可以大大提高坯体的强度,减少烧成收缩率和变形,因此产质量可大幅度提高[9]。

4展 望

21世纪是环保的世纪,随着我国可持续发展战略的实施,对环境保护提出了更高的要求。降低环境污染和对陶瓷废料综合再生利用是环保工业的两个主要发展方向。我国作为世界上最大的陶瓷生产国,如果能将陶瓷废料充分利用起来,不但可以解决巨大的环境危机,减少天然资源的消耗,制备出符合各种功能需求的多孔陶瓷,而且可实现社会和经济的可持续发展。从这个意义上讲,我国废瓷资源的循环再利用具有重大的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] 曾令可,金雪莉,税安泽等. 利用陶瓷废料制备保温墙体材料[J].新型建筑材料,2008,4:5-7.

[2] 税安泽,夏海斌,曾令可等. 利用抛光砖废料制备多孔保温建筑材料[J].硅酸盐通报,2008,1:191-195.

[3] 曾令可,金雪莉,税安泽等.抛光砖废料制备吸音材料[J].人工晶体学报,2007,36(4):898-903.

[4] 侯来广,曾令可,金雪莉等.利用抛光砖废料制备包裹型免烧陶粒的研究[J].新型建筑材料, 2006,8:72-74.

[5] 周松青,林伟,肖汉宁等. 利用破损陶瓷和陶瓷废料制造陶瓷透水砖[J].佛山陶瓷,2007,8:7-10.

[6] 戴武斌,曾令可等.工艺条件对环保型透水砖基本性能的影响分析[J].中国陶瓷工业,2007,14(6):6-10.

[7] 戴武斌,曾令可等.透水砖的研究现状及发展前景[J].砖瓦,2007,8:22-25.

篇7

关键词：柴油机车 尾气处理 催化剂

为了满足日益苛刻的汽油车和柴油车的尾气排放标准，世界各国加大了处理汽车尾气的研究力度，其中后处理技术在近些年得到了飞速的发展。在众多的尾气处理中，公认尾气过滤技术是比较实用且成熟的尾气处理技术，其主要技术难点在过滤体的再生和在富氧条件下NOX的消除上。

1.柴油车尾气微粒消除研究现状分析

国内对催化剂的研究能真正达到实用要求的仍是贵金属催化剂，活性成分主要是贵金属Pt和Rh，含量在1.5g/L以上。非贵金属催化剂和低含量贵金属催化剂质量尚未完全过关，因此，迫切需要加强这方面的研究。在柴油机尾气中，炭烟颗粒（PM）和NOX是主要控制对象，并且与汽油机相比，柴油机具有硫化物含量高、氧气浓度通常偏高、排气温度在高温区域和存在粒子状物质等特点，所以，现在通常使用的适合于净化汽车尾气的催化剂并不能满足我们的要求。采用壁流式蜂窝陶瓷作为催化剂的载体，用复合金属氧化物作为催化剂的活性组分，更适合我国使用的柴油车尾气净化催化剂。与汽油机相比，柴油机尾气中的炭烟颗粒的含量比较高。这种炭烟颗粒粘性很大，当它附着在催化剂的表面的时候不容易脱落。当一定量的炭烟颗粒沉积到催化剂表面的时候，很容易覆盖住催化剂的活性位，使催化剂失活。所以，炭烟颗粒的氧化是净化柴油机尾气的最重要的任务。

2.柴油机尾气微粒消除实验研究

2.1.催化剂的制备

试验所用的过滤体为美国 Corning 公司生产的壁流式蜂窝陶瓷，成分为堇青石。以堇青石为主要成分的壁流式蜂窝陶瓷为载体，取一定质量的Ce（NO3）3配成指定浓度的盐溶液。将空白的过滤体浸入该溶液8小时，然后在空气中阴干5小时，接着放入烘箱中在150℃的温度下干燥0.5小时，最后在400℃的温度下焙烧1.5小时。再取一定质量的Cu（NO3）2和Mn（NO3）2配成指定浓度的盐混和溶液。把负载有CeO2的过滤体放入该溶液，用同样的方法浸泡、阴干、干燥和焙烧，最后得到催化剂活性组分含量约为5%～10%的样品，其中Ce、Cu和Mn的含量分别约为1%、5%和2.5%（W）。

2.2.试验方法与条件

利用试验台架对以堇青石为过滤材料的过滤体（上面负载有上述的催化剂）进行再生试验，试验使用一部12马力单缸柴油发动机，在相同的转速负荷下对过滤体进行挂烟，由过滤体在挂烟前后的质量差来计算过滤体积炭量多少，当过滤体的积炭量达到一定值后，对过滤体进行再生。

2.2.1.取两个相同的空白过滤体（未负载催化剂），再使一个过滤体样品上面负载有一定含量的催化剂，记为1号样品，另外一个空白过滤体记为2号样品。两个样品分别挂烟4分钟，然后在相同的条件下进行微波再生试验，用来考察催化剂对炭烟燃烧的催化作用。

2.2.2.取一个负载有催化剂的过滤体3号，挂烟5分钟，然后在微波作用下进行再生试验，考察尾气的基础温度对过滤体的微波再生的影响。

2.2.3.取一个负载有催化剂的过滤体4号，挂烟5分钟，然后在微波作用下进行再生试验，用来考察贫氧对过滤体的微波再生的影响。

2.3.实验结果

负载有催化剂的过滤体和没有负载催化剂的过滤体再生数据对比测试结果见表1，可以看出在微波作用下催化剂对炭烟的燃烧起着很好的催化作用。催化剂不但可以降低炭烟的起燃温度，缩短起燃时间，而且还大幅度的提高再生效率。这样以来，使用催化剂就大大缩短了过滤体再生的时间，节约了近60%的能量，有很高的实用价值。

取3号过滤体进行微波再生实验。加微波40秒钟后，过滤体中心温度达到275℃，这时过滤体表面的炭开始燃烧，可以看到暗红色。再生前后过滤体失重3.0g，再生效率约为80%。从实验现象可以看到，过滤体再生时如果是在有一定基础温度的气体中进行时炭烟燃烧的效果比较好，燃烧的比较平稳，这样对延长过滤体的寿命有好处。通常情况，柴油车尾气都是在150℃以上，这个实验进一步证实了微波加热催化再生系统的可行性。

取4号样品进行微波再生实验。加微波90秒钟后，过滤体表面的碳开始燃烧，可以看到暗红色，之后最高温度可以达到 850℃。再生前后过滤体的失重是 2.7g，再生效率约为 78%。从这个实验可以得出，即使在尾气贫氧（柴油发动机的尾气中氧含量在 5%-15%之间）的情况下，过滤体仍然可以得到再生。

3.结束语

通过对差有车尾气微粒消除催化剂的实验研究，制备的负载有催化剂的过滤体在微波场中可以得到有效的再生。首先，催化剂可以有效地降低炭烟颗粒的起燃点，缩短起燃时间，提高再生效率；其次，在尾气具有一定基础温度的情况下，过滤体的再生可以更平稳地进行，可有效地降低了对过滤体的热冲击；再次，在贫氧的条件下，结合微波作用过滤体也可以得到有效的再生，这就解决了以往微波再生技术的诸多难题，为下一步的实际应用提供了可靠的技术依据。

参考文献：

[1] 贺泓，翁端，资新运.柴油车尾气排放污染控制技术综述.环境科学，2007，28（6）

[2] 刘坚，赵震，徐春明等. Mn1-x（Li Ti）xCO2O4尖晶石型复合氧化物的制备、表征与催化性能.无机化学学报，2005，21（9）

[3] Ming Caibing，Ye Daiqi，Liang Hong.The study of action mechanism of active surface oxygen on exhaust purification catalysts[J].Vehicle Engine，2008，173（1）：14

篇8

[关键词]瓷表面处理；微观结构；扫描电镜

[中图分类号]R783.1　[文献编识码]A　[文章编号]1008－6455(2007)03－0391－03

陶瓷因其逼真的色泽及优异的生物相容性在牙齿临床美容修复方面应用越来越广，而瓷对树脂牢固的粘结无疑是推动其广泛应用的一个重要因素。瓷表面的粗化处理可使瓷表面形成微观机械固位结构，在瓷粘结中起着重要作用。目前常用的粗化处理方法有酸蚀、喷砂或两者结合使用。本实验通过观察不同粗化处理后瓷表面微观形态的改变，从微观结构上比较不同粗化处理对瓷粘结性能的影响，为临床应用提供参考。

1　材料与方法

1．1仪器与材料

1．1．1　主要材料：Vita VMK95 A2体瓷瓷粉(VitaZahnfabrik，Germany)，邦多陶瓷蚀刻剂氢氟酸(第四军医大学口腔医学院研制)，可乐丽磷酸酸蚀剂K－etchant(Kuraray Medical INC.Japan)。

1．1．2　主要仪器：烤瓷炉(Vita Vacumat30，Germany)，空气喷砂机(KCPl000，America)，离子溅射器(JFC－1100，JEOL，Japan)，扫描电镜(JSM－840，Japan)。

1．2　实验方法

1．2．1　烤瓷试件制备：将Vita VMK 95A2体瓷瓷粉与蒸馏水调拌后充填到内径5.0mm，高3.0mm的塑料活塞式模具中，压实，用吸水纸去除多余水分，推出试件并置于烤瓷炉内按标准程式烧结2次，制备直径4.0mm，高2.5mm圆柱状瓷片18片。将瓷试件包埋于自凝塑料中制成高3.5mm，直径16.0mm试件，依次用320#、400#、600#、1000#水砂纸磨光，无水酒精超声清洗10min，流水冲洗，吹干。

1．2．2　瓷片表面粗化处理：瓷片按粗化方式分为6个处理组，分别为：空白处理组，磷酸酸蚀组，氢氟酸(HF)酸蚀组，喷砂组，喷砂后磷酸酸蚀组和喷砂后氢氟酸酸蚀组，每组3个瓷片。各处理组的具体操作方法见表1。

1．2．3　电镜观察：处理后瓷片在离子溅射器中喷金，然后在扫描电镜下进行微观形态观察(×1200)。

2　结果

6个处理组瓷表面形态的电镜照片如图1～6。图1：未做处理的瓷表面有较明显的打磨划痕，散在有烧结时产生的收缩孔。图2：与未处理组相比，磷酸处理后瓷表面形态未见有明显改变，表面结构较清晰。图3：HF处理后瓷表面形成许多深的微沟和微孔，短小的微沟成行排列，几乎布满瓷面，也有少量散在的较长的微沟；微孔直径不尽相同，有的相互融合形成较大的蚀坑，还有一些聚集形成典型的网格状结构或称蜂窝状结构，在瓷表面呈不规则分布。图4：喷砂后瓷表面呈一致的凹凸不平的磨砂状，其间还散在残存一些氧化铝颗粒。图5：喷砂后磷酸酸蚀，瓷表面未见有散在的氧化铝颗粒，其余与单纯喷砂处理的表面形态相比未观察到有明显不同。图6：喷砂后HF酸蚀的瓷表面也未见有散在的氧化铝颗粒，瓷表面凹坑底部变圆滑，并在表面形成微沟和微孔。

3　讨论

牙科陶瓷材料根据其组成成分主要包括硅酸盐瓷(长石质瓷和玻璃瓷)，氧化铝瓷和氧化锆瓷等。大多数实验发现同类别不同品牌的瓷与树脂粘结时差异不大，相同处理方法获得的粘结强度也近似。本实验主要研究临床常用的长石质瓷的粘结性能，选择Vita VMK95瓷作为研究对象。

已有研究表明表面粗化处理是提高瓷和树脂粘结强度的重要因素。瓷表面粗化处理后总表面积增加，表面活性提高，使瓷表面更易被润湿。常见的瓷表面粗化处理包括机械打磨、喷砂、激光蚀刻和酸蚀。金刚砂车针的机械打磨程度不易控制，较少使用。激光蚀刻是近年来出现的粗化瓷表面的新技术，但有学者认为激光照射后，会在瓷表面残留玷污层，影响瓷粘结。因此本实验选取酸蚀和喷砂作为瓷表面粗化手段。

不同酸蚀处理包括磷酸酸蚀和HF酸蚀。电镜照片中未做处理的瓷表面有较明显的打磨划痕，是在制备试件时砂纸打磨造成的；还有些地方瓷粉填压得不够紧密，烧结时产生了散在的收缩孔。磷酸对瓷的酸蚀效果不明显，因为磷酸处理后瓷表面形态几乎没有改变，未见被侵蚀的迹象，但酸蚀后瓷表面结构比酸蚀前清晰，这可能是由于磷酸对瓷表面有清洁作用；HF处理后瓷表面形成许多深的微沟、微孔和典型的网格状结构或称蜂窝状结构，在瓷表面呈不规则分布。瓷片经HF处理后之所以形成这种蚀刻形貌，是由于HF选择性地溶解玻璃基质，暴露晶状结构，围绕白榴石晶体形成多微孔的不规则表面，增加了瓷片表面积，利于粘结树脂渗入，在酸蚀瓷表面和树脂间形成良好的微观机械固位结构。

喷砂是有效的瓷粗化方式之一。一定压力的氧化铝微粒冲击瓷表面会引起瓷的显微断裂形成较钝的棱角，喷砂后瓷表面呈一致的凹凸不平的磨砂状，其间还散在残存一些氧化铝颗粒。Kwok－hungChung等认为喷砂处理瓷表面可以提高表面积，减少尖锐的线角和孔洞的形成。喷砂后再用磷酸处理，瓷表面未见有散在的氧化铝颗粒，除此之外与单纯喷砂处理的形态没有明显不同。喷砂后HF酸蚀的瓷表面与单纯喷砂处理相比也未见有散在的氧化铝颗粒，瓷表面凹坑底部变得圆滑，并在表面形成微沟和微孔；与单纯HF处理相比，喷砂后HF蚀刻形成的微沟数量有所下降，大多长度较长，很少见成行排列的短小微沟；微孔数量也减少，相互融合聚集的规模降低，微孔多分布在喷砂形成的凹凸表面的凸出的部分，凹坑底部只有较少的散在的微孔，这种奇特的不规则分布可能是HF自身的选择性蚀刻的结果。其次，由于所用HF是凝胶状态，流动性较差，不易完全到达凹坑底部，导致对凹坑底部蚀刻不足。

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关键词：柴油机；发动机；排气净化

中图分类号： U467 文献标识码： A

引言

随着我国经济的快速发展，我国交通运输业也随之发展，交通运输业的发展带来了机动车使用数量的增加，便捷了人们的出行方式，提高了人们的生活水平，但由于机动车尾气的排放，对人居生态环境造成了不同程度的破坏，影响着人们的生活质量。柴油机发明于1892年，并于1900年在巴黎世界博览会上第一次与世人见面。柴油机的问世虽晚于汽油机，但由于柴油机与汽油机相比，具有更高的压缩比、且采用稀薄混合气燃烧技术等原因其燃烧效率比汽油机更高，因而具有更好的燃油消耗率与更高的功率。尽管柴油机的碳氢化合物与一氧化碳排放量比汽油机少得多，但其氮氧化合物的排放量却与汽油机相当，且其颗粒物PM的排放却是汽油机的几十倍。

一、机动车尾气中的污染物及其危害

机动车尾气中含有百种以上的化合物，这些化合物造成的大气污染，威胁着人们的正常生产和生活。从机动车尾气中的污染物的种类上看，其主要的污染物有七种，分别是一氧化碳、固体悬浮微粒、二氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅。其中，一氧化碳（CO）在机动车尾气中含量最高，这种化合物无色、无臭、无刺激性，一氧化碳具有毒性，一旦经呼吸道进入人体肺部，引起缺氧、头痛等，将会使人窒息死亡，因此危害极大。固体悬浮颗粒的组成成分非常复杂，是悬浮于大气中的固体、液体颗粒状物质的总称，具有很强的吸附能力，能够吸附各种金属的粉尘或一些强致癌物。如果吸入的固体悬浮颗粒过多导致其浓度过高，就会形成恶性肿瘤。

二、机内净化技术

（一）、优化燃油喷射系统

对燃油喷射系统的优化主要包括喷油规律的优化以及喷油压力的提高。在喷油初期应缓慢喷油，以减少预混合气分量，降低初期燃烧速率，从而降低压力升高率、最大爆发压力与温度。这样，使得NOX的生成和燃烧噪声都得到抑制，在喷油中期应急速喷油，以加快扩散燃烧，防止碳烟的大量生成和热效率的恶化。在喷油后期要迅速切断喷油，以免低的喷油压力使燃油雾化质量变差，导致燃烧不完全，使HC和可溶性有机成分SOF的排放量增加。而提高喷油压力则可以细化喷雾粒径，显著增大油气混合界面，改善燃油和空气的混合情况，从而降低微粒的排放。为提喷油压力，近年来，高压喷射技术在直喷式柴油机上得到广泛应用，同时，喷油嘴的喷孔直径也在不断变小。

（二）、缸盖结构优化及多气门技术

通过优化缸盖结构，可以使燃油与空气的混合更充分，从而减少燃油因高温缺氧发生裂解而生成的碳烟。而采用多气门技术，在相同的条件下，可增加进气流通的面积，以提高柴油机的充量系数，降低泵气损失，使柴油机燃烧更为彻底，从而有效降低排放。

（三）、增压中冷技术

采用增压技术，一方面，可以捉高发动机的进气充量和进气密度，将柴油发动机的功率提30%-100%。另一方面，由于过量空气系数足够大，燃烧完全，使燃油经济性得到改善的同时，还抑制了碳烟和微粒的产生，并降低了CO与HC的排放。而采用增压后空气的中间冷却器来降低柴油机进气温度，一方面，可以提高空气密度以提高柴油机的功率密度。另一方面，可以降低柴油机的热负荷，以降低最高燃烧温度，减少NOX的生成。

三、机外净化技术

而机外净化技术则可分为柴油机的氧化催化器DOC、等离子净化技术、静电分离技术、微粒捕集技术等。

（一）、柴油机氧化催化器

采用柴油机氧化催化器DOC可降低可溶性有机成分SOF的排放。由于硫酸盐覆盖在DOC表面将使得DOC中毒，极大降低其催化效率。因此，DOC所使用的燃用低硫柴油含硫量要小于0.05%，甚至低至0.01%。除此之外，还应控制柴油机的排气温度，虽然较高的排气温度会促进可溶性有机物的氧化，但当温度超过400-500℃，会增加SOF的生成量，并促使燃油中的S转化为硫酸盐，这样既增加了微粒总量，又会提高DOC中毒的可能性。

（二）、微粒捕集技术

柴油机微粒捕集技术DPF是目前国际上柴油机微粒排放控制技术中最接近商品化的技术，它的主要过滤材料为陶瓷纤维编织物、金属编织物和蜂窝陶瓷过滤体等。柴油机微粒捕集器的关键技术是捕集器材料的选择和捕集器的再生技术。目前，过滤材料的研究已较为成熟，已开发出很多商品化的过滤体材料，如美国康宁公司、日本NGK公司研究的壁流式蜂窝陶瓷过滤体。

四、机外排放控制技术的发展

机外排放控制技术主要有机前处理、机内净化和机外净化三种手段。机前处理主要通过改进柴油品质。机内净化是通过改进燃烧室结构、喷油系统、废气再循环、增压中冷和系统等，但目前机内净化技术的发展几乎到了极限，未来发展空间有限，机外净化技术成为减少柴油机废气排放的主要方向。机外净化技术原理主要有4种：污染物捕集技术、氧化催化技术、选择性催化还原技术以及等低温离子体反应技术。

（一）、污染物捕集技术

污染物捕集技术主要是通过捕集柴油机废气中的NOX和颗粒，达到减少污染物排放的目的，主要有NOX捕集和颗粒捕集两种方式。NOX捕集是将废气通道采用两层管壁，上层中掺有贵金属Rh，下层中掺有碱土金属K、Sr、Ba和贵金属Pt，将废气中有害气体NO、H2、CO、HC催化成N2、CO2和H2O；颗粒捕集主要是利用蜂窝式陶瓷交替封堵废气孔道，通过壁面捕集废气中的微粒，这种捕集机制主要有重力沉降、惯性拦截、碰撞吸附、扩散拦截等方式。

（二）、氧化催化技术

氧化催化技术是利用掺有贵金属催化剂Pd、Rh和Pt的不锈钢金属或陶瓷单体两种载体，很好地氧化废气颗粒中的可溶性有机物，一般可将颗粒物排放量降低3%～25%。

（三）、选择性催化还原技术

选择性催化还原技术是将柴油机废气中有害气体NOX还原成无害的N2，从而降低其对环境的污染。欧洲重型汽车协会宣布将此技术作为达到欧Ⅳ以上排放标准的技术路线。

（四）、低温等离子体反应技术

低温等离子体反应技术是利用高压脉冲电源放电产生的等离子体将废气中的NOX分解成为无害气体，这项技术已成功应用在废气、废液及固体废物处理。将此技术用于柴油机废气处理是一种较新的概念。

五、运用尾气检测技术检测效果

（一）、双怠速法

双怠速属于无负荷检测，要求机动车处于空挡的情况下使用，双怠速分为低怠速和高怠速两种情况，是对低怠速和高怠速的统称，加油到达高速和低速时进行排放检测，我国对于双怠速污染物的测量标准有相关规定。从双怠速法的检测方法上看，在对机动车尾气进行检测之前，要做一定的准备工作，即在发动机上安装转速传感器和油温仪，用来测量发动机的转速，按该机动车规定的怠速转速提升到高怠速（即规定的额定转速的50%±10%）维持10s，再降到怠速，当这两种空转的转速重3次后，由仪器读取其平均值（注：仅为一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的平均值）。

（二）、简易瞬态工况法

简易瞬态工况法作为对在用车排放进行检测的一种方法，被检车辆被置于底盘测功机上，主要采取变速度和变负荷的行驶曲线，能够比较真实地检测出车辆的排放状况。它采用“气体流量分析仪”装置对机动车的排气流量进行检验，经过详细的计算后，最终得出每一种污染物每公里的排放质量。简易瞬态工况法（VMAS）所表现的优点与瞬态工况法相同，具有设备成本较高、技术不成熟、没有进行大规模的使用经验等缺点。

结束语

通过检测不难发现，充分利用这三方面的处理技术均能够让柴油发动机的排气净化取得优良的效果。同时，现代技术条件下，人们对柴油机技术提出了更为苛刻的要求，柴油机也发展得越来越复杂。在柴油机未来发展中，废气排后处理、燃油净化和燃烧过程组织将成为重点研发领域。

参考文献

[1]王宁，杨海真，王峰．柴油机机外净化技术发展现状及展望[J]．环境污染与防治，2010，32（1）：73-77．

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1.1制备方法

由于制备的工艺不同，所以多孔陶瓷制备的方法也有所不同，主要包括以下几种：（1）挤压成型法为使用蜂窝网络结构的模具将泥条挤出成型，孔径的尺寸大于1mm，孔隙率小于70％，此制作工艺可精确设计空的形状和大小，但是难以获得较小的孔径和复杂的孔道结构。（2）添加造孔剂法为将造孔剂加入后加温，使其于高温下燃尽或者是挥发，最终留下孔隙，孔径尺寸为10μm－1mm，孔隙率小于50％，其可制出形状较为复杂制品，且可控制强度和孔隙率，但是气孔率多数低于50％，气孔分布方面均匀性较差。（3）发泡法为加入发泡剂后，由化学反应导致气体会发形成，孔径尺寸为10μm－2mm之间，孔隙率40％－90％之间，有较高的气孔率，强度较好且较容易获得闭气孔，但是此工艺对工艺条件和原料要求过于苛刻。（4）颗粒堆积法为在颗粒堆积后形成孔隙的情况下，使用粘合剂在高温下对其进行粘结，孔径尺寸为0．1μm－600μm，孔隙率为20％－30％，此工艺简单且可获得高强度的制品，但是气孔率较低。（5）溶胶－凝胶法为在凝胶化过程中通过胶体粒子堆积，形成可控的多孔结构，孔径尺寸为2μm－10μm，孔隙率小于95％，此工艺可以制取微孔的制品且孔分布较均匀，但是生产率较大，制品的形状较少。通过对以上工艺进行分析，并结合污水处理的实际情况，选择添加造孔剂法进行制备。

1.2原料选取

选择轻质粘土和硅藻土按照比例进行混合后作为主要原料，将活性炭进行研磨，使其颗粒直径保持在2μm－5μm之间。

1.3烧断与成型

使用研磨机将按照比例混合的轻质粘土、硅藻土及植物纤维研磨成细粉；将水与细粉按1∶4～1∶5的比重混合；利用成型模具制作颗粒胚体后自然风干，直径为4～5mm；研磨釉粉，并以1∶2～1∶3的水灰比重混合；将风干后胚体表面涂釉，风干后置入95℃左右干燥箱烘干；使用高温电阻炉将温度设置到1200～1250℃之间对颗粒进行烧结，并于最高温度下保持30min，自然冷却后便可得多孔陶瓷。

1.4性能测定

将烧制好的多孔陶瓷分别放于不同浓度的100ml盐水之中，观察陶瓷于何种浓度盐水中漂浮以观察其密度。使多孔陶瓷于流化床反应器中运行，以w1记录陶瓷磨损前质量，w2记录磨损后质量，根据公式（w1－w2）·w1－1100％计算多孔陶瓷的重量损失情况。

1.5污水处理中的性能研究

1.5.1污水处理流化床反应器

选择有效工作面积可达1．2L的废水处理流化反应器，反应器底部为废水进入位置，废水进入后在底部鼓入空气从而达到曝气的效果，以使废水充分的得到反应器的处理后于顶部排出，并参考排出水的质量决定是否再次循环进行处理。

1.5.2实验废水选择选取某学校宿舍生活废水作为实验废水，选取的污水水质为：pH为6．0－7．5，COD为250－490mg／L，NH3－N为16－37mg／L。

1.5.3比较两种生物载体

分别使用多孔陶瓷生物载体和特质海绵生物载体放入反应器内进行废水处理，并于一定时间后使用电子显微镜对两种载体的表面生长的生物膜进行观察。并通过采用连续式和间歇式的方法进行废水处理，测定处理后水样的NH4＋－N和COD。

2结果

2.1多孔陶瓷材料的比重与耐磨性能

所研制出的多孔陶瓷材料比重为1．07g／cm3，在进行污水处理时可在废水中保持悬浮状态，利于维护与操作。陶瓷载体之所以比重较轻，是因为采用了合适的工艺研制陶瓷载体，使之形成了空心，从而出现了比重较轻的现象。在进行磨损试验后，多孔陶瓷材料磨损率为0．5％～0．6％。这足以表明所研制的多孔陶瓷载体可于流化床反应器中使用。

2.2废水处理实验结果

分析利用多孔陶瓷载体在流化床反应器内连续进行一定时间废水处理后，NH4＋－N和COD去除率分别为48％～52％和85％～88％，利用显微镜对两种载体生物膜生成情况进行对比，多孔陶瓷载体生物膜生长情况优于特质海绵生物载体。

3结论