科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业

需求背景

外资在该技术领域上的长期垄断局面，碳化硅 DPF 载体产品核心技术遇到“卡脖子工程”问题，迫切需要全面实现该领域核心技术自主化；

主要进行车用壁流式多孔碳化硅DPF载体新材料合成技术的研究，以形成热膨胀系数、窄孔径分布、高抗热冲击性能的碳化硅DPF载体新材料，同时对DPF载体结构进行设计与研究，通过模具结构设计与模具加工技术的研究，最终在国内主流商用车上使用。

需解决的主要技术难题

一、材料制备难度

薄壁非对称碳化硅DPF载体的制备过程中，需要严格控制材料的选择和制备过程，以确保材料的质量和稳定性。由于碳化硅是一种高硬度、高熔点的材料，其制备过程较为复杂，需要严格控制合成温度、压力等参数，同时需要避免杂质和缺陷的引入，以确保材料的性能和质量。

二、结构设计问题

薄壁非对称碳化硅DPF载体的结构设计是整个研发过程中的一个重要环节。DPF载体需要具备优异的过滤性能和较高的机械强度，同时还需要满足一定的热膨胀系数匹配和气体渗透性控制等要求。因此，需要综合考虑材料的物理和化学性质、制造工艺等因素，进行结构设计和优化。

三、制造工艺挑战

薄壁非对称碳化硅DPF载体的制造工艺是一个重要的技术难题。由于碳化硅的熔点较高，传统的铸造和机械加工方法难以满足要求。因此，需要采用先进的制造工艺，如化学气相沉积、激光加工等，以确保DPF载体的制造质量和性能。

四、材料性能优化

薄壁非对称碳化硅DPF载体的材料性能优化是另一个重要的技术难题。由于碳化硅是一种半导体材料，其电学、热学、光学等性质受到温度、压力等因素的影响较大。因此，需要采用先进的材料性能测试和分析方法，对材料的各项性能进行全面评估和优化，以确保DPF载体的稳定性和可靠性。

五、气体渗透性控制

薄壁非对称碳化硅DPF载体的气体渗透性控制是另一个关键的技术难题。由于碳化硅的致密性较高，气体在其表面的扩散系数较小，因此需要采取措施来控制气体渗透性，以保证DPF载体的过滤性能和寿命。可以采用表面涂层、微孔结构等方法来增加气体在表面的扩散系数，提高DPF载体的气体渗透性。

六、热膨胀系数匹配

薄壁非对称碳化硅DPF载体的热膨胀系数匹配是另一个需要考虑的技术难题。由于碳化硅的热膨胀系数较大，在高温环境下使用时可能会出现热应力集中等问题，影响DPF载体的稳定性和寿命。因此，需要选择合适的材料或采取措施来降低碳化硅的热膨胀系数，以保证与使用环境相匹配。可以采用金属或陶瓷等低热膨胀系数的材料作为基底，或者优化碳化硅的掺杂浓度和热处理条件等参数来降低热膨胀系数。

七、制造成本高

薄壁非对称碳化硅DPF载体的制造成本较高是另一个需要克服的技术难题。由于碳化硅的制备和加工过程较为复杂，制造成本相对较高。因此，需要采用先进的制造工艺和优化设计方案等措施来降低制造成本。可以采用批量生产、优化结构设计、选用低成本的制造工艺等方法来降低制造成本。同时还需要不断进行技术研发和创新，提高制造效率和良品率，进一步降低制造成本。

期望实现的主要技术目标

1. 热膨胀系数降至****10-6；

2.碳化硅DPF抗热冲击性≥450℃，3次；

3.中值孔径12±2um，孔隙率40-45%，吸水率16-20%；

4.产品目数为300目，非对称结构；

5.产品壁厚8-10mil；

***轴抗压强度≥***；

7.热传导系数高于12W/mK；

8. 在发动机上使用，PM捕集效率90%以上，PN捕集效率95%以上

需求解析

解析单位：“科创中国”山东科技服务团（示范项目）（山东省科学技术协会） 解析时间：2023-11-07

胡聪聪

山东电子学会

常务副秘书长

综合评价

捕集效率：薄壁非对称碳化硅DPF载体能够有效地捕集柴油机排放的颗粒物，捕集效率高，可达到90%以上。这有助于降低柴油机的颗粒物排放，改善空气质量，具有显著的环保效益。 材料性能：碳化硅是一种高耐热、高强度、高导热性的材料，能够满足DPF载体在高温、高压、高速等复杂环境下的使用要求。同时，碳化硅材料的价格相对较低，有助于降低产品的成本。 结构设计：薄壁非对称的DPF载体结构设计能够有效地提高捕集效率，同时保证载体的稳定性和可靠性。这种结构的设计制造难度较大，需要具备先进的制造工艺和设备。 制造工艺：碳化硅DPF载体的制造工艺涉及切割、研磨、抛光、烧结等多个环节，制造过程相对复杂。但是，随着技术的不断进步和规模化生产，生产效率和质量将会得到进一步提高。 耐久性和可靠性：薄壁非对称碳化硅DPF载体需要在高温、高压、高速等复杂环境下长期运行，因此需要具备较好的耐久性和可靠性。这需要对材料的性能、结构的设计、制造工艺等方面进行全面的考虑和优化。

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