近日，汽車“國六”排放標(biāo)準(zhǔn)成為車市關(guān)注的焦點(diǎn)。圍繞這一最新標(biāo)準(zhǔn)，長城哈弗、東風(fēng)汽車等國內(nèi)車企磨刀霍霍，紛紛推出各自相應(yīng)的產(chǎn)品?！皣睒?biāo)準(zhǔn)即“國家第六階段機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”。目前，我國將“國六”標(biāo)準(zhǔn)分為“國六a”和“國六b”兩個(gè)階段，其中“國六b”比歐洲第六代排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。今年7月1日起，全國多地已陸續(xù)實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)。
在筆者看來，機(jī)動(dòng)車尾氣排放要達(dá)到“國六”標(biāo)準(zhǔn)，主流的技術(shù)路線是在“國五”標(biāo)準(zhǔn)的選擇性催化還原技術(shù)（SCR）基礎(chǔ)上加裝顆粒過濾器以及催化氧化器（DOC）。大量研究表明，壁流式蜂窩陶瓷過濾器（下稱蜂窩過濾器）是目前減少顆粒排放最有效的手段。那么，該領(lǐng)域國內(nèi)外相關(guān)專利技術(shù)的研發(fā)如何？本文中，筆者對蜂窩過濾器領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行專利檢索，以期為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。
巨頭林立，壁壘高筑
目前，顆粒過濾器主要為柴油顆粒過濾器（DPF）和汽油顆粒過濾器（GPF），兩者過濾機(jī)理都是將排氣以一定的流速通過多孔性壁面，這個(gè)過程稱為“壁流”（Wall Flow）。蜂窩過濾器由一定孔密度的蜂窩狀陶瓷組成，通過交替封堵蜂窩狀陶瓷過濾體，排氣流被迫從孔道壁面通過，顆粒物被捕集過濾。
蜂窩過濾器主要由分隔壁、端頭封堵以及中空孔道組成，各個(gè)孔道一端是開通的，另一端是封閉的，且在某一端的開口和封閉口是交錯(cuò)、相間分布的。根據(jù)其規(guī)格大小，還可以通過粘結(jié)壁將多個(gè)蜂窩過濾單元粘結(jié)起來，并在周圍包覆外皮從而形成一個(gè)完整的過濾器。
筆者通過德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）對蜂窩過濾器進(jìn)行專利檢索，截至2019年5月，全球涉及該技術(shù)的相關(guān)專利申請共計(jì)1433件。1980年至2000年，蜂窩過濾器經(jīng)歷了一個(gè)非常平緩的發(fā)展期，每年的專利申請公布量不超過40件。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著各國開始實(shí)施排放法規(guī)，蜂窩過濾器成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)，2009年相關(guān)專利申請達(dá)到259件，之后進(jìn)入技術(shù)成熟期。統(tǒng)計(jì)分析可知，全球范圍內(nèi)該領(lǐng)域的專利申請量排名前三位的分別是日本礙子株式會(huì)社（NGK）、日本揖斐株式會(huì)社（IBIDEN）、美國康寧公司（CORNING）。
NGK在1980年提交了一件關(guān)于蜂窩過濾器的發(fā)明專利申請，率先提出了早期蜂窩過濾器的模型，其基本構(gòu)成為后面顆粒過濾器的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。自2000年開始，NGK在我國開始進(jìn)行專利布局，在相關(guān)領(lǐng)域積累了大量的基礎(chǔ)性專利。首先，從蜂窩構(gòu)件原料上的改進(jìn)方面，該公司經(jīng)歷了碳化硅（公告號：CN1273411C）、堇青石（公告號：CN1219575C、CN1200755C）的研究。隨后，NGK進(jìn)一步研究并提交了關(guān)于封堵部成型及制造方法（公告號：CN100344428C）的專利申請，通過光造型法制作具有能夠和填塞單元連通的孔部和能夠嵌合在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的至少一部分上的凸部的填塞部成型用掩模，將掩模固定在蜂窩狀結(jié)構(gòu)體的端面上，使陶瓷漿導(dǎo)入上述填塞單元的內(nèi)部從而形成填塞部。NGK一直致力于封堵技術(shù)的改進(jìn)，蜂窩孔道形狀設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了僅0.05mm厚的超薄壁，除了四角蜂窩，還開發(fā)了有效節(jié)減催化劑使用量的六角蜂窩，被全球諸多汽車廠商所采用，成為該領(lǐng)域的專利技術(shù)較為突出的龍頭企業(yè)。
IBIDEN是一家以印刷電路板開發(fā)和生產(chǎn)為主的企業(yè)，盡管其主營業(yè)務(wù)不是陶瓷過濾器，但其在蜂窩過濾器領(lǐng)域還是提交了近200件專利申請。IBIDEN于1999年提交首件關(guān)于蜂窩陶瓷過濾器的專利申請（公開號：JP2000167329A），該技術(shù)采用燒結(jié)的碳化硅作為載體，壁厚小于0.43mm。2001年進(jìn)入中國后，IBIDEN首次提交了包覆含有氧化鋁或二氧化硅的無機(jī)纖維構(gòu)成密封墊材的柴油顆粒過濾器（公告號：CN100386507C）的專利申請，隨后其在孔道開孔布置方式、粘結(jié)材料、封堵材料等方面做了全方位參數(shù)限定。值得注意的是，IBIDEN從2006開始相關(guān)專利申請量呈現(xiàn)下滑趨勢，可見其研發(fā)重心可能發(fā)生轉(zhuǎn)移。
1980年，CORNING提交了用擠出法批量生產(chǎn)薄壁堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷過濾器的發(fā)明專利申請（公開號：EP0135945B1）。1999年，CORNING進(jìn)入中國進(jìn)行專利布局，在以堇青石為主體材料的蜂窩陶瓷過濾體技術(shù)領(lǐng)域申請了大量基礎(chǔ)性專利（公告號：CN1107660C、CN1277596C），后面又開發(fā)了鈦酸鋁基質(zhì)的蜂窩載體（公告號：CN1313187C、CN100512919C），鈦酸鋁成分通過將低熱膨脹系數(shù)與高熱容量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高性能輕型過濾器的開發(fā)；CORNING著重研究了蜂窩過濾器外皮材質(zhì)及制備工藝（公開號：CN105408290A、CN108821795A），以提高蜂窩過濾器的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。另外，CORNING在封堵技術(shù)和封堵材料方面也布局一定數(shù)量專利。
值得一提的是，除了上述3家公司外，日立金屬株式會(huì)社、歐洲技術(shù)研究圣戈班中心、日本電裝公司（Denso）也圍繞改良后的蜂窩陶瓷載體技術(shù)提交專利申請。數(shù)據(jù)顯示，目前，CORNING、NGK和Denso等企業(yè)的蜂窩陶瓷產(chǎn)品占據(jù)了全球市場份額的90%以上。
專利短板，亟待補(bǔ)足
筆者通過中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）進(jìn)行專利檢索發(fā)現(xiàn)，涉及蜂窩過濾器相關(guān)的專利申請共計(jì)791件，其中國內(nèi)申請人提交的專利申請量占比不足20%，僅有江陰華音陶瓷機(jī)電科技有限公司、華玉娣的相關(guān)專利申請突破30件；景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院為23件，重慶交通大學(xué)、江蘇高淳陶瓷股份有限公司、上海交通大學(xué)、南昌航空大學(xué)、浙江大學(xué)均提交少量專利申請。國內(nèi)相關(guān)專利申請大多集中2015年以后，且其研究方向也僅是將蜂窩陶瓷過濾器與其他部件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)復(fù)合功能，如催化劑涂層等，沒有在蜂窩過濾器本身性能上展開系列研究和突破。
在筆者看來，國外申請人已經(jīng)經(jīng)歷了40多年的持續(xù)研究，技術(shù)研究相對成熟，例如從膨脹機(jī)理層面，對主體原料、粘結(jié)劑、封堵方法及孔道分布作了多方面研究，并通過參數(shù)限定進(jìn)行了全方位的專利保護(hù)。相比之下，我國對于蜂窩過濾器的專利布局起步較晚，研究點(diǎn)較為分散，缺乏核心專利支撐。
對于“國六”標(biāo)準(zhǔn)來說，蜂窩過濾器是繞不開的專利技術(shù)，且相關(guān)核心技術(shù)掌握在國外巨頭供應(yīng)商的手中。這意味著，我國機(jī)動(dòng)車消費(fèi)者可能要在相當(dāng)長一段時(shí)間里為這一知識產(chǎn)權(quán)買單。筆者建議，相關(guān)企業(yè)未雨綢繆，加緊攻關(guān)技術(shù)，提升專利布局能力。（徐 燕）
