แผ่นรองพื้นเซรามิกคืออะไร?

วัสดุเซรามิกเป็นหัวใจสำคัญของการควบคุมการปล่อยมลพิษจากยานยนต์มาตั้งแต่เริ่มมีการพัฒนาเทคโนโลยีนี้ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 เมื่อบริษัทคอร์นิงพัฒนาคอร์เดียไรต์สังเคราะห์และแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปเซรามิกแบบรังผึ้ง วัสดุรังผึ้งเหล่านี้เต็มไปด้วยช่องเล็กๆ ขนานกันหลายพันช่อง เปิดอยู่ที่ปลายแต่ละด้าน ทำให้ไอเสียของรถยนต์ไหลผ่านได้ ช่องเหล่านี้มีพื้นที่ผิวภายในขนาดใหญ่เพื่อรองรับกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา เมื่อวัสดุมีขนาดประมาณกระป๋องน้ำอัดลม พื้นที่ผิวภายใน (รวมถึงชั้นเคลือบที่มีพื้นที่ผิวสูง) จะมีขนาดประมาณสนามอเมริกันฟุตบอล

วัสดุรองรับเหล่านี้สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้มากกว่า 1100°C (2000°F) และทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีเยี่ยม (จึงสามารถทนต่อการเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็วในเช้าที่หนาวจัดได้) วัสดุรองรับเหล่านี้มีความยืดหยุ่นสูงและสามารถรองรับสูตรตัวเร่งปฏิกิริยาได้หลากหลายชนิดเพื่อกำจัดมลพิษจากน้ำมันเบนซิน ดีเซล ก๊าซธรรมชาติ ไฮโดรเจน และเชื้อเพลิงอื่นๆ

พื้นผิวที่เสร็จสมบูรณ์จะถูกเคลือบด้วยส่วนผสมของวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม ซึ่งจะเปลี่ยนพื้นผิวนั้นให้กลายเป็นห้องปฏิบัติการเคมีขนาดเล็ก และช่วยให้สามารถบำบัดไอเสียปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่อุณหภูมิสูงของเครื่องยนต์ที่กำลังทำงาน ก๊าซไอเสีย เช่น ไนโตรเจนออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ จะพบกับตัวเร่งปฏิกิริยาและถูกเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนและน้ำที่ไม่เป็นอันตราย และคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นอันตรายน้อยกว่า

แผ่นเซรามิกสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์รุ่นแรกๆ มีความหนาแน่นของเซลล์ต่ำ (ประมาณ 200 เซลล์/ตารางนิ้ว) ผนังหนา (ประมาณ 12 มิล หรือ 0.012 นิ้ว หรือ 0.3 มิลลิเมตร) และปริมาตรของแผ่นรองรับประมาณสี่เท่าของปริมาตรกระบอกสูบของเครื่องยนต์ เมื่อเทคโนโลยีวัสดุและกระบวนการผลิตพัฒนาขึ้น ความหนาแน่นของเซลล์ที่สูงขึ้น ผนังที่บางลง และความพรุนที่สูงขึ้นก็เป็นไปได้

ในรถยนต์ซีดานที่ใช้เครื่องยนต์เบนซินหรือไฮบริดโดยเฉลี่ยในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบัน มีวัสดุพื้นฐานสองหรือสามชนิดที่ทำงานเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยก๊าซไอเสียที่เข้มงวดของสหรัฐฯ บริเวณใกล้กับเครื่องยนต์ วัสดุพื้นฐานที่มีความหนาแน่นของเซลล์สูงจะให้พื้นที่ผิวทางเรขาคณิตจำนวนมากเพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำการเปลี่ยนก๊าซในขั้นต้น ส่วนในตำแหน่งใต้พื้นรถ โดยทั่วไปจะมีวัสดุพื้นฐานที่มีความหนาแน่นของเซลล์ต่ำกว่าเพื่อช่วยลดมลพิษไอเสียขั้นสุดท้าย