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蜂窝陶瓷催化剂定义

蜂窝陶瓷催化剂是一种新型催化剂，可以改善催化反应的效率和性能。它具有高孔隙率、良好的耐热性和抗氧化性等优点，主要用于燃烧分解、气体污染物分解、烯烃反应、芳烃氧化等催化反应。

蜂窝陶瓷催化剂是三元催化转化器的载体和关键部件之一。堇青石是其重要材料之一，具有耐高温的特性，其连续工作温度甚至可以达到1200℃。此外，它还具有高强度和低线膨胀系数的优点。在载体方面，采用了有效的表面设计和合适的孔隙结构，这使得陶瓷载体的孔隙率能够达到400-600目/英寸2的范围内，而小壁厚度则可以做到约0.16 mm。它可以增强催化剂的机械强度，提高其耐磨性、抗冲击性、抗重力性、抗压缩性、耐高温性和相变性，提高催化剂的导电性，降低活性成分的含量，特别是当使用铂、钯、铑等贵金属催化剂时，活性成分可以高度分散，减少用量。总之，催化剂的效能与载体的质量息息相关，载体的高品质对于保证催化剂的性能具有至关重要的作用。

蜂窝陶瓷催化剂分类

根据用途的不同，蜂窝陶瓷催化剂可分为四大类，分别是蓄热体类、填料类、催化剂载体类和过滤材料类。

其中，当蜂窝陶瓷作为催化剂载体使用时，其主要应用场景包括汽车排气净化、锅炉排烟的脱硝处理（NOx去除）、工业排气除臭，以及有毒有害气体的去除等。

图表：蜂窝陶瓷催化剂分类

资料来源：智研瞻产业研究院整理

蜂窝陶瓷催化剂载体特点

20世纪70年代，美国联邦政府收紧了汽车排放控制标准。康宁在此背景下成功发明了堇青石蜂窝陶瓷，将其作为尾气后处理催化剂涂层的载体。这一创新为尾气后处理的化学反应提供了高效的反应中心，推动了尾气处理技术的进步。以蜂窝陶瓷载体为核心的汽车尾气后处理系统逐渐发展起来，蜂窝陶瓷载体行业经过40多年的发展，呈现出以下行业特点:

①排放法规与蜂窝陶瓷载体技术相互作用

排放标准一般是强制性的，使得法规所涉及的排放技术所要求的蜂窝陶瓷载体成为事实上的控制部分。排放法规的升级与蜂窝陶瓷载体技术的创新之间存在着紧密的相互作用。一方面，蜂窝陶瓷载体技术的创新在排放法规升级过程中发挥了至关重要的作用，使得更加严格的排放要求得以实现。另一方面，排放法规的升级也确定了排放净化技术的发展方向，为蜂窝陶瓷载体技术的进一步创新和发展提供了明确的市场需求和动力。

A、法律法规的升级对陶瓷载体的技术创新产生了重要推动作用。改写：自2000年以来，为了有效控制汽车尾气排放的污染物，降低尾气对环境造成的，污染程度中国借鉴了欧盟汽车排放标准体系，并相继制定了一系列国内排放法律法规。这些法规不断升级，从一国到五国的标准不断提高。目前，国六标准基于现行国五标准的实施经验，结合国内机动车的实际情况而制定，成为世界上最严格的汽车排放法规之一。这一发展对蜂窝陶瓷载体提出了更高的要求。

为了满足更高的排放标准，蜂窝陶瓷载体必须不断提高废气处理效率，并持续改善其性能指标。因此，目前，SCR、DOC和TWC载体正在不断演进，朝着高孔隙密度和超薄壁的方向发展，以增加催化反应的有效面积和降低传质阻力。而DPF和GPF则正朝着高孔隙率、窄孔径分布和高抗热震性方向发展，以提高过滤效果和耐久性。

B. 蜂窝陶瓷载体作为排放控制技术路线基石：为遵循排放法规，主发动机或车辆制造商需明确相关的排气后处理系统技术路线。蜂窝陶瓷，凭借其结构特性、物理化学性能等，天生适合作为催化剂载体。蜂窝陶瓷载体技术的发展不仅推动了排放法规的升级，而且在实际排放控制技术路线的确定中发挥着重要影响。

随着蜂窝陶瓷载体技术的进步，尤其是热膨胀系数的持续降低、壁厚的逐渐减小，以及单位截面上孔隙的增多，蜂窝陶瓷载体能够涂覆更多的催化剂。这为尾气化学反应提供了更大的接触面积，进而提升了尾气处理效率。DPF和GPF技术的应用为有效捕获废气中的颗粒物、降低大气雾霾的形成提供了切实可行的解决方案。蜂窝陶瓷载体技术的持续发展为应对更严格的排放法规奠定了坚实技术基础。因此，在选择废气后处理技术路线时，蜂窝陶瓷载体技术水平的高低成为了一项重要影响因素。

在非道路移动机械和船舶的尾气处理技术上，主要借鉴并采用了柴油车尾气后处理系统的经验和技术路线，柴油车蜂窝陶瓷载体技术的发展为非道路移动机械和船舶的污染控制树立了榜样，起到了引领和示范作用，为这些领域的环保技术进步铺平了道路。蜂窝陶瓷载体不仅因排放法规而发明，而且因排放法规的升级而发展;由于蜂窝陶瓷载体技术的发展，排放法规不仅有了蜂窝陶瓷载体的实施路径，也有了不断升级的产业基础。排放法规与蜂窝陶瓷载体技术之间展现出一种密切的互动关系，它们相互影响、融合并共同发展。

②蜂窝陶瓷载体的技术壁垒比较高

在美国康宁公司于20世纪70年代发明堇青石蜂窝陶瓷载体后，在20世纪80年代，国内的一些科研单位启动了堇青石蜂窝陶瓷载体的试制工作。由于技术研究和制造过程的困难，中国在这一领域的发展相对落后。经过30多年的科研和生产实践，直到近几年，国内蜂窝陶瓷生产厂家才取得了技术上的突破。

蜂窝陶瓷技术研发难度大，因为涉及学科多，逆向工程难以模仿，人才短缺，技术升级快。

首先，由于蜂窝陶瓷载体的技术研发涉及多个学科的交叉应用，研发人员需要具备广泛而深入的相关知识背景。这种跨学科特性增加了技术研发的复杂性和难度。

其次，蜂窝陶瓷载体技术不容易通过逆向工程进行复制。这其中有两方面的原因。一方面，像康宁和NGK这样的行业先驱，在蜂窝陶瓷载体领域已经积累了丰富的经验和专利技术，构建了难以逾越的技术壁垒；另一方面，堇青石蜂窝陶瓷载体的生产过程涉及高温下的堇青石生成，其中堇青石材料的晶体取向是影响载体热膨胀系数的关键要素，这一环节需要精确控制，增加了模仿的难度。材料本身一般难以被逆向工程仿制，只能依靠自主研发。研发人员在从原料配方到烧结工艺的每一个环节中，都需要从零开始进行探讨和研究。第三，蜂窝陶瓷载体自发明以来，只有不到50年的历史。技术集中在康宁公司和NGK公司，行业人才稀缺。由于蜂窝陶瓷载体对研发人员在相关学科的综合知识储备和应用能力方面提出较高要求，这使得具备足够资质和经验的研发人员在这一行业中相对较少。

B蜂窝陶瓷载体的制造过程是一个多因素、复杂的工序，其中影响因素众多且制造设备不规范，因此难以批量生产出性能稳定、符合客户标准的合格产品。

首先，蜂窝陶瓷载体的核心指标主要包括壁厚和热膨胀系数。为了实现这些指标，制造过程涉及多个环节都有特殊的要求。从主辅料的选择与配比、混料处理，到模具、挤出、干燥、烧结等步骤，再到温度场控制和后续处理，每一个环节都需要精细的操作和严格的控制。这些环节相互关联，相互影响，使得制造过程的控制难度增高。

其次，蜂窝陶瓷的生产工艺精密而复杂。例如，公司的SCR载体生产工艺包含19个步骤，而DPF生产工艺更是多达23个步骤，这些工艺中包含了众多的关键控制点。如此繁复的生产过程，无疑对产品质量一致性的控制能力提出了更为严格的要求。任何一道工艺的技术要求未能满足，都可能导致最终产品的质量问题。

另外，值得注意的是，蜂窝陶瓷载体在生产设备方面有着相对更高的要求。由于长期以来的国外技术垄断，市场上缺乏适用于蜂窝陶瓷载体的通用生产设备。因此，蜂窝陶瓷载体企业通常需要定制或改造通用设备，这无疑对企业提出了更高的要求。

③蜂窝陶瓷载体具有关键核心汽车零部件特性

根据当前的大气环境排放法规，新车被强制要求装备尾气后处理系统，以确保尾气排放符合法规标准。在这一系统中，蜂窝陶瓷载体扮演着关键角色，为尾气处理的化学反应提供了必要的反应场所。蜂窝陶瓷载体的结构和物理性能对尾气处理效率有着直接影响，因此它可被视为汽车尾气后处理系统的核心组成部分。在这一行业中，一个显著的特点是，一旦发动机主机或整车制造商在汽车产业链中确定了蜂窝陶瓷载体的供应商，通常需要经过长期的考察和评审来确保产品质量和生产能力。此外，蜂窝陶瓷载体企业应具备规模化批量生产的能力，以满足主机或整车制造商的供货和产能需求。这通常要求蜂窝陶瓷载体企业在合作初期就进行产能投入。由于时间成本和质量风险的考量，主机或整车制造商往往倾向于维持与主要零部件供应商的长期合作关系，而不是轻易更换供应商，这也使得蜂窝陶瓷载体供应商的选择显得尤为重要。这些也给新进入者制造了障碍。

长期以来，全球蜂窝陶瓷载体市场呈现出寡头垄断的格局。美国康宁公司和日本NGK公司一直主导着该市场，合计占据90％以上的全球市场份额，同时，这两家公司也是蜂窝陶瓷载体制造技术和产品标准的主要制定者。然而，随着国内蜂窝陶瓷载体企业在技术领域的不断创新与突破，国内企业在汽油车和轻型柴油车载体市场的竞争力逐渐增强，赢得了更多的市场份额。尽管如此，全球汽车尾气处理载体市场的总体格局，特别是康宁和NGK公司主导的重型柴油车用大尺寸蜂窝陶瓷载体市场，尚未发生根本性的改变。这一市场仍由这两家国际巨头主导，国内企业仍需努力提升技术和品牌影响力，以在全球市场中赢得更大份额。

图表：蜂窝陶瓷催化剂载体特点

资料来源：智研瞻产业研究院整理

蜂窝陶瓷催化剂产业链

蜂窝陶瓷催化剂的产业链涉及多个环节，包括催化剂涂覆厂商、封装公司和终端客户等。在内燃机尾气后处理系统的产业链中，各个参与方具有明确的分工。催化剂涂覆厂商作为蜂窝陶瓷载体的直接使用者，负责将活性组分和催化助剂涂覆到蜂窝陶瓷载体上。封装公司承担着对涂覆后的催化剂载体进行包裹的重要任务，并确保内燃机尾气后处理系统的成功集成。最终，这个经过精心设计和制造的尾气后处理系统将被广泛应用于终端客户，包括但不限于整车厂商、内燃机主机厂商以及船机厂商等各个领域。通过这样的方式，封装公司在蜂窝陶瓷催化剂产业链中扮演着关键角色，推动着产品的应用与发展。这样一个精细的分工协作确保了蜂窝陶瓷催化剂产业链的顺畅运作和产品的高效应用。

    资料来源：智研瞻产业研究院

我国蜂窝陶瓷催化剂市场规模

统计数据显示，2018年中国蜂窝陶瓷催化剂行业市场规模139.4亿元，2022年中国蜂窝陶瓷催化剂行业市场规模285亿元。2018-2023年中国蜂窝陶瓷催化剂行业市场规模如下：

图表：2018-2023年中国蜂窝陶瓷催化剂行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院