温岭市金洲粉末冶金有限公司

2　排气微粒净化技术及其特点分析
    目前,比较可行的车用柴油机排气微粒净化技术,还是微粒过滤器DPF[1](DieselParticulate Filter)。
    2. 1　微粒过滤器DPF
    微粒过滤过程按滤芯结构特征不同分为表面过滤型和体积过滤型两种。
    体积过滤型DPF主要用比较疏松的过滤体积容纳微粒,滤芯是用泡沫陶瓷、钢丝棉或陶瓷纤维筒等较疏松材料制成的,共同缺点是过滤效率、排气阻力与外形尺寸之间有很大的矛盾,即在令人满意的效率和可以接受的阻力下,外形尺寸显得过大。
    表面过滤型滤芯用比较密实的过滤表面阻挡微粒,一般单位体积的表面积很大,材料壁薄,既可获得较高的过滤效率,又可具有较小的阻力。目前,公认最成功的表面过滤型DPF滤芯是蜂窝陶瓷DPF,但滤芯形状复杂,在很高的温度和温度梯度下易于损坏。
    2. 2　微粒过滤器DPF的再生
    DPF只能把微粒从柴油机的排气中过滤出来,沉积在滤芯内,它本身并不能清除微粒。清除DPF中积聚的微粒,以恢复到接近原先的低阻力特性,这个过程称为DPF的再生。
   已经开发的有用丙烷或柴油作为燃料、用电点火的燃烧器来引发DPF的再生。柴油燃烧器应用与柴油机相同的燃料,比较方便,但燃烧过程的组织比较困难,尤其启起动时可能燃烧不良,引起二次污染;应用丙烷作为燃烧器的燃料,容易保证完全燃烧,但需要单独的高压丙烷气瓶。平均温度在700~800℃,可以可靠点燃已沉积的微粒,但陶瓷滤芯因尺寸大再生周期延长,使滤芯过热而易碎裂或熔融。
    用电阻加热器供热也可使其再生,电阻加热器由车载蓄电池供电。其一种结构型式是把螺旋形电阻丝塞入蜂窝陶瓷滤芯进口一侧的蜂窝,另一种结构型式是采用回形电阻丝,布置在各蜂窝孔道的进口段。其电阻丝直接点燃微粒,DPF前部微粒燃烧的火焰随着排气气流向DPF的尾部传播,将整个通道内的微粒燃烧完毕。用电阻加热器供热再生可避免采用复杂昂贵的燃烧器,同时电加热可消除任何二次污染,但由于蜂窝陶瓷滤芯孔道数很多,这种结构是十分复杂的。
    3　粉末冶金微孔过滤器在柴油机上的应用研究
    3.1　粉末冶金微孔不锈钢
    自20世纪60年代,特别是80年代以来,国内外材料工作者在金属多孔材料方面做了大量的研究工作。研究发现,金属多孔材料除具有可焊性等基本的金属属性外,还由于大量的内部空隙,使得金属多孔材料表现出了诸多优异的特性,如质量轻、比表面积大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏、能再生、加工性好等。近几年来,人们也开展了抗腐蚀、耐高温的钛及三维通孔不锈钢粉末冶金等多孔金属材料的研究。多孔不锈钢主要是采用加造孔剂的粉末冶金方法制备,也有的使用纤维烧结的方法,这两种方法所制备的主要是微孔或闭孔的泡沫不锈钢。
    选用粒度小于44μm不锈钢粉末作为原料,前驱体中浆料浸入量在0. 5 g/cm³左右, 1 260℃温度下烧结30 min后制成三维通孔不锈钢。图1a, 1b, 1c为用该法制备的多孔不锈钢表面孔洞的形貌照片及多孔材料内部截面及孔壁结构SEM图[2],图1a显示了多孔不锈钢表面均匀的孔洞分布及良好的网状结构;从图1b中可以看出多孔金属内部的孔洞分布也比较均匀,孔径大小为1 mm左右,而且通孔性能良好,使多孔金属具有较高的开孔孔隙度、比表面积和良好的透气性能,这对于将材料用作为催化剂载体是非常有利的;以上条件下制备的不锈钢泡沫材料也具有较高的力学性能,抗弯强度达到50MPa以上;图1c为烧结试样的孔壁结构图,多孔不锈钢泡沫的强度主要就是依赖多孔体中各个相连接的孔壁。