壁流式重结晶碳化硅柴油机颗粒过滤器黄会波（长江大学机械工程学院，湖北荆州４３４０２３）［摘要］壁流式重结晶碳化硅柴油机颗粒过滤器已经被证明能有效地控制柴油机碳烟颗粒排放物，达到日趋严格的柴油机排放标准。高纯度的碳化硅原材料是生产一致性良好的碳化硅过滤器的必备条件。为了减少壁流式重结晶碳化硅柴油机颗粒过滤器的使用成本，通过对碳化硅载体生产工艺的简化与优化，节省了碳化硅原材料的消耗；通过对非对称孔结构的优化设计，增加了机油灰分的储存能力，从而缩短过滤器的长度；通过对粘合剂厚度的优化，提升了过滤器的性能。数值结果表明，上述优化手段是合理可行的。另外，对粘合剂在高温条件下的进行老化性能试验，ＸＲＤ结果表明，粘合剂在高温１０００℃老化１０ｈ后，没有明显的特征峰值。［关键词］内燃机；颗粒过滤器；结构；优化；设计；［中图分类号］ＴＫ４２１［文献标志码］Ａ［文章编号］１６７３－１４０９（２０１４）２８－００６５－０４随着欧５排放标准的执行，柴油机颗粒过滤器（ＤＰＦ）成为了柴油车的一个不可或缺的技术近年来随着机动车保有量的增加，机动车排放逐渐成为中国大城市空气污染的主要来源。北京市大气ＰＭ２．５的来源，机动车尾气排放的分担率高达２２％。而且机动车排放的颗粒物主要来自于柴油车。随着中国日趋严格的柴油机动车排放控制法规的导入，ＤＰＦ的应用将有广阔的市场前景。目前应用于ＤＰＦ的材料包括氧化物与非氧化物，氧化物以堇青石、钛酸铝、莫来石、三氧化二铝等为代表，非氧化物材料主要是碳化硅和氮化硅［１－２］。最理想的ＤＰＦ材料应该具备低的热膨胀系数和高的导热系数，同时机械强度高、耐灰分腐蚀、耐疲劳和热冲击［３］。碳化硅不但机械强度高，高温热稳定性好，而且导热自从法国标致雪铁龙公司（ＰｅｕｇｅｏｔＳ．Ａ）与日本揖斐电（ＩＢＩＤＥＮ）在２０００年合作开发并量产带有碳化硅ＤＰＦ的柴油轿车，碳化硅ＤＰＦ已经商业化１５年了。碳化硅ＤＰＦ结构设计以及其生产过程是陶瓷技术与现代生产技术的高度结合体，然而，其生产以及原材料的生产过程以高能耗著称。减少材料１重结晶碳化硅的烧制需要纯度高的碳化硅材料，由不同粒径分布的碳化硅粉末组成的混合料，在保护气氛下（氩气）超过２２００℃的温度生产。当碳化硅被烧结，相互贯接的晶粒慢慢形成长度１００到３００μｍ，厚度５０μｍ的六边形的板状结构［６］，如图１所示。高纯度的碳化硅原材料对烧结出高品质的重结晶碳化硅至图１碳化硅晶粒的生成过程［收稿日期］２０１４－０６－１８［作者简介］黄会波（１９７９－），男，硕士，讲师，现主要从事碳化硅材料过滤器以及发动机排放技术方面的教学与研究工作。·６６·理工上旬刊＊机械与材料工程２０１４年１０月影响重结晶碳化硅ＤＰＦ的使用性能，尤其当ＤＰＦ应用于涂敷催化剂降低再生温度，残留的灰分使得重结晶碳化硅ＤＰＦ不可涂敷。图２对使用不纯与高纯度的碳化硅烧结而成的重结晶碳化硅微观图２重结晶碳化硅微观结构穿性比较好，而以不纯的碳化硅为原材料烧结而成的重结晶碳化硅则相反。重结晶碳化硅ＤＰＦ的有效设计优化生产工艺重结晶碳化硅ＤＰＦ生产是一个高能耗、高成本的过程，如何通过有效的设计减少原材料的消耗，２２．１以缩小ＤＰＦ尺寸，以便降低使用成本，是ＤＰＦ研究者和生产企业追求的主要目标之一［７］。由于碳化硅ＤＰＦ具有较高的热膨胀系数，在高温再生情况下，容易产生热应力，形成裂纹使ＤＰＦ失效。因此一般ＤＰＦ被设计成小尺寸的条状（横截面尺寸：长３４．３ｍｍ，宽３４．３ｍｍ），然后根据客户的要求，用多条通过陶瓷粘合剂组合成不同形状，对外围进行切割，然后进行涂层。大多应用于柴油轿车和轻卡的ＤＰＦ直径为１４４ｍｍ，长度根据实际需求确定。在不牺牲条状（条状尺寸：长３４．３ｍｍ，宽３４．３ｍｍ）组装而成，然后对外围进行切割，这造成了很多原材料浪费，为了进一步减少原材料的浪费，在４角落使用较小尺寸的条状ＤＰＦ，圆轮廓线刚好经过小条状ＤＰＦ对角线２点，这样就可以最大限度减少原材料的浪费。图３节省碳化硅原材...