蜂窩陶瓷可由多種材質(zhì)制成。主要材質(zhì)有: 堇青石、莫來石、鈦酸鋁、碳化硅、氧化鋯、氮化硅及堇青石一莫來石、堇青石一鈦酸鋁等復(fù)合基質(zhì)。自1973年,美國康寧公司用擠出法生產(chǎn)出第一件蜂窩陶瓷載體以來,目前全世界蜂窩陶瓷的年銷售量超過100,000,000件以上,蜂窩陶瓷已成為世界上最重要的陶瓷產(chǎn)品之一。
蜂窩陶瓷無數(shù)相等的孔組成的各種形狀,目前最大的孔數(shù)已達(dá)到了每平方厘米120~140,密度每立方厘米0.3~0.6克,吸水率最高達(dá)20%以上。由于多孔薄壁的特點(diǎn),大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能,生產(chǎn)的產(chǎn)品,其網(wǎng)狀孔以三角和四方為主,三角比四方承受力好得多,孔數(shù)也多些,這一點(diǎn)作為催化載體尤其重要。隨著單位面積孔數(shù)的提高和載體孔壁厚度的減少,陶瓷載體的抗熱沖擊趨勢是提高的,熱沖擊破壞的溫度也是提高的。因此蜂窩陶瓷必須要降低膨脹系數(shù)和提高單位面積的孔數(shù)。熱膨脹系數(shù)是主要性能指標(biāo),當(dāng)前國外水平是α25-800℃≤1.0×10-6℃-1,與國內(nèi)對比有一定差距,不過這差距越來越小。最早生產(chǎn)蜂窩陶瓷的原料主要是高嶺土、滑石、鋁粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨脹土以及耐火材料的應(yīng)用,蜂窩陶瓷應(yīng)用日益廣泛,性能越來越好。
蜂窩陶瓷除了陶瓷產(chǎn)品普遍具有的耐高溫、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等基本性能外,還擁有兩個最重要的性能,這也是蜂窩陶瓷立足的根本:
1、比表面積大。與傳統(tǒng)球狀、環(huán)狀陶瓷產(chǎn)品相對,蜂窩陶瓷的比表面積要大得多。其它陶瓷產(chǎn)品只能通過增加花紋、打孔等工藝提高比表面積,而蜂窩陶瓷由于其自身特殊的形狀輕而易舉的實(shí)現(xiàn)了大比表面積。從而在充當(dāng)催化反應(yīng)載體和蓄熱體時,大大提高傳質(zhì)傳熱效率。
2、阻力小。蜂窩陶瓷的氣孔呈直線貫通狀,大且規(guī)則,當(dāng)氣體或液體通過時,遇到的阻力非常小。從而在用作窯爐蓄熱體時,提高空氣流通速度,在較短時間積蓄和釋放熱量;用作反應(yīng)塔填料時可以減少空氣壓縮機(jī)的電耗;用作汽車尾氣凈化器時,可以減少發(fā)動機(jī)功率的損失。
要充分發(fā)揮蜂窩陶瓷比表面積大的特點(diǎn),最行之有效的方法就是提高蜂窩陶瓷單位面積的孔數(shù)。從而蜂窩陶瓷問世之初的100目/吋2到目前廣泛應(yīng)用的600目/吋2,日本HONDA公司已經(jīng)開發(fā)出1200目/吋2的產(chǎn)品(其壁厚比人的頭發(fā)還細(xì)),但我國目前只能做到600目/吋2。目前,美國康寧公司和日本NGK公司、日本電裝(Denso)公司三家企業(yè)的蜂窩陶瓷產(chǎn)品占據(jù)了世界市場90%以上的份額。