DE102007047874A1 - Monolithic, metal oxide molding containing submicron pores, used e.g. as vehicle catalyst, is made by adding carbon nanotubes or fibers to metal powder followed by grinding and oxidation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Materialwissenschaften und betrifft poröser Formkörper aus Metalloxiden, wie sie beispielsweise als Katalysatorwerkstoff in der Automobilindustrie, als Batterie-Elektrodenmaterial mit einer hohen Oberfläche, in Biosensoren, in Brennstoffzellen, als Filter- oder Membranwerkstoff zur Anwendung kommen können und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The This invention relates to the field of materials science and relates to porous shaped bodies of metal oxides, as used, for example, as catalyst material in the automotive industry, as a battery electrode material with a high surface area, in biosensors, in fuel cells, as a filter or membrane material can be applied and a procedure for his Production.
Poröse Metallschäume werden vielfach in den verschiedensten Bereichen der Technik angewandt. Derartige Schaummaterialien weisen den Vorteil des geringen Gewichtes bei gleichzeitiger hoher spezifischer Oberfläche auf.porous Metal foams are widely used in various fields applied to the technique. Such foam materials have the advantage low weight with high specific surface area on.
Jedoch ist die praktische Anwendung derartiger Materialien begrenzt, weil ihre Herstellung durch die Erreichung einer großen Oberfläche mit Querschnittsabmessungen im Submikrometer-Bereich begrenzt ist.however the practical application of such materials is limited because their production by achieving a large surface area is limited with cross-sectional dimensions in the submicrometer range.
Um
dies zu erreichen, sind verschiedene Verfahren bekannt, wie beispielsweise
die Oxidation auf Trägersubstraten, elektrochemische oder
Elektrobeschichtungs- Verfahren (
Eine
bekannte Methode zur Herstellung von porösen Metalloxiden
ist Templat-Synthese unter Anwendung von Silicium und Siliziumlösungsmitteln
mit Blockcopolymeren (
Unter
den Übergangsmetalloxiden ist Kupfer sehr interessant und
ist sehr gut untersucht worden bezüglich seiner kleinen
Energielücke (narrow band gap) und der geringen Oberflächenpotentialgrenze bei
einer hohen Supraleiter-Übergangs-Temperatur (
Zur Herstellung von Schäumen in Form von Filmen im Submikrometerbereich werden bekanntermaßen sehr feine Pulver auf einer Trägermembran oder einem Trägersubstrat aufgebracht. Aufgrund der geringen Abmessungen der Dünnschichten und der relativ geringen Oberfläche ist ihre Anwendung sehr begrenzt.to Production of foams in the form of submicrometer films are known to be very fine powder on a support membrane or applied to a carrier substrate. Due to the low Dimensions of the thin films and the relatively small Surface, their application is very limited.
Jedoch sind die genannten Verfahren nicht anwendbar für den Einsatz von CuO in Form eines monolithischen porösen Schaumes.however the above methods are not applicable for use of CuO in the form of a monolithic porous foam.
Es
ist bekannt, dass es sehr schwierig ist, poröse Oxide durch
Oxidation von porösen Metallen herzustellen, da diese während
der Oxidation abdampfen (
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines porösen Formkörpers, der einen kontrolliert einstellbaren Porengrößenbereich im Submikrometerbereich aufweist und in der Angabe eines einfachen Herstellungsverfahrens.The The object of the present invention is to specify a porous one Shaped body having a controllably adjustable pore size range in the Submicrometer range and in the indication of a simple Manufacturing process.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims solved. Advantageous embodiments are the subject of Dependent claims.
Der erfindungsgemäße poröse Formkörper aus Metalloxiden besteht aus einem monolithischen Schaum mit Poren im Submikrometerbereich, wobei die Porenstruktur des Formkörpers eingestellt ist von Poren mit nur einem Porengrößenbereich oder mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen, wobei die Porengröße innerhalb eines Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differiert.Of the inventive porous shaped body Metal oxides consists of a monolithic foam with pores in the Submicrometer range, the pore structure of the molding is set by pores with only one pore size range or with two different pore size ranges, wherein the pore size is within a pore size range does not differ by more than 50 nm.
Vorteilhafterweise weist im Falle der Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich der Formkörper Porengrößen im Bereich von 2 bis 100 nm oder 100 bis 300 nm auf.advantageously, has in the case of the pore structure with a pore size range the molded body pore sizes in the range from 2 to 100 nm or 100 to 300 nm.
Weiterhin vorteilhafterweise weist im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen der Formkörper Porengrößen von < 200 nm und > 200 nm oder von ≤ 200 nm und > 300 nm oder von ≤ 200 nm und ≥ 500 nm oder von ≤ 100 nm und ≥ 200 nm oder von ≤ 50 nm und ≥ 200 nm oder von ≤ 20 nm und ≥ 200 nm oder von ≤ 20 nm und ≥ 300 nm auf.Farther Advantageously, in the case of the pore structure with two different Pore size ranges of the molding pore sizes of <200 nm and> 200 nm or ≤ 200 nm and> 300 nm or of ≤200 nm and ≥500 nm or of ≤100 nm and ≥ 200 nm or ≤ 50 nm and ≥ 200 nm or from ≤20 nm and ≥200 nm or from ≤20 nm and ≥ 300 nm.
Ebenfalls vorteilhafterweise weist im Falle der Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen der Formkörper Porengrößen innerhalb von 0,1 bis ≤ 20 nm und innerhalb ≥ 500 nm bis 1 μm auf.Also Advantageously, in the case of the pore structure with two different Pore size ranges of the molding pore sizes within 0.1 to ≤ 20 nm and within ≥ 500 nm to 1 micron.
Und auch vorteilhafterweise sind die Poren ganz oder teilweise miteinander verbunden.And also advantageously, the pores are wholly or partially with each other connected.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Poren gerichtet angeordnet sind und mindestens Teile der Poren einen vollständigen Porenraum in einer Raumrichtung durch den Porenkörper realisieren.From It is also an advantage if the pores are arranged directionally and at least parts of the pores have a complete pore space realize in a spatial direction through the pore body.
Und ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der monolithische Schaum aus CuO, NiO, TiC, TiO2, ZrO, ZrO2 und/oder Al2O3 besteht.And it is also advantageous if the monolithic foam consists of CuO, NiO, TiC, TiO 2 , ZrO, ZrO 2 and / or Al 2 O 3 .
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer porösen Formköpers aus Metalloxiden werden Metallpulver und Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern unter Sauerstoffausschluss miteinander gemischt und gemahlen, wobei zur Erreichung eines Porengrößenbereiches maximal soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass keine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt, und solche Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, deren Abmessungen sich um maximal 20 nm unterscheiden, oder zur Erreichung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in mindestens zwei Schritten soviel Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zugegeben werden, dass mindestens eine teilweise Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern erfolgt und maximal Submikrometer-Agglomerate aus Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern hergestellt werden, anschließend eine Kompaktierung/Verdichtung des Gemisches unter Vakuum und nachfolgend eine Temperaturbehandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchgeführt wird, wobei die Temperaturbehandlung bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur der Metalle und oberhalb einer Temperatur realisiert wird, bei der die Oxidation des Kohlenstoffs und des Metalls erfolgt.In the inventive method for producing a porous Formköpers of metal oxides are metal powder and carbon nanotubes or carbon fibers are mixed and ground with the exclusion of oxygen, wherein to achieve a pore size range maximum carbon nanotubes or carbon fibers are added so that no agglomeration of carbon nanotubes or carbon fibers occurs, and such carbon nanotubes or carbon fibers are added, the dimensions of which differ by a maximum of 20 nm, or Achieving two different pore size ranges in at least two steps so much carbon nanotubes or carbon fibers are added that at least a partial agglomeration of carbon nanotubes or carbon fibers occurs and maximum submicrometer agglomerates of carbon nanotubes or carbon fibers are produced, then compacting / compression of the mixture under vacuum and then a Temperature treatment is carried out under an oxygen-containing atmosphere, the temperature treatment is carried out at temperatures below the melting temperature of the metals and above a temperature at which the oxidation of the carbon and the metal takes place.
Vorteilhafterweise werden als Metallpulver Cu, Ni, Ti, Zr und/oder Al eingesetzt.advantageously, are used as metal powders Cu, Ni, Ti, Zr and / or Al.
Ebenfalls vorteilhafterweise werden Metallpulver mit Partikelgrößen ≤ 250 μm eingesetzt.Also Advantageously, metal powders with particle sizes ≤ 250 microns used.
Weiterhin vorteilhafterweise werden als Kohlenstoffnanoröhren ein- und/oder mehrwandige ungefüllte Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt.Farther Advantageously, as carbon nanotubes, a and / or multi-walled unfilled carbon nanotubes used.
Und auch vorteilhafterweise werden Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern mit 1 bis 100 nm Durchmesser und ≥ 50 nm Länge eingesetzt.And also advantageously carbon nanotubes or Carbon fibers with 1 to 100 nm diameter and ≥ 50 nm length used.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mischung und Mahlung unter Inertgasatmosphäre und/oder unter Vakuum durchgeführt wird.Advantageous It is also when the mixture and grinding under inert gas atmosphere and / or carried out under vacuum.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Mischung und Mahlung zur Erzielung von zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die mengenmäßige Zugabe der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern zur Mischung in zwei bis fünf Schritten durchgeführt wird.Farther It is advantageous if the mixture and grinding to achieve of two different pore size ranges is carried out in two to five steps, being still advantageously the quantitative Addition of carbon nanotubes or carbon fibers for mixing in two to five steps becomes.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Mischung und Mahlung innerhalb von 30 min bis 400 h durchgeführt wird.Also It is advantageous if the mixture and grinding within 30 min to 400 h.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn zur Erreichung einer Porenstruktur mit einem Porengrößenbereich maximal 20 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.And It is also advantageous if to achieve a pore structure with a maximum pore size range of 20% by volume Carbon nanotubes or carbon fibers related to the total volume is added.
Von Vorteil ist es auch, wenn zur Erreichung einer Porenstruktur mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen maximal 60 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben werden.From It is also advantageous if to achieve a pore structure with two different pore size ranges maximum 60 vol.% Carbon nanotubes or carbon fibers be added based on the total volume.
Und ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Kompaktierung/Verdichtung durch ECAP (equal channel angular pressing), HPT (high pressure torsion), HIP (hot isostatic pressing), CIP (cold isostatic pressing) oder durch Extrusion durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die Extrusion bei Temperaturen von 400 bis 700°C und innerhalb von 10 s bis 10 min durchgeführt wird.And It is also advantageous if the compaction / compression by ECAP (equal channel angular pressing), HPT (high pressure torsion), HIP (hot isostatic pressing), CIP (cold isostatic pressing) or by extrusion, wherein still advantageously the extrusion at temperatures of 400 to 700 ° C and within from 10 s to 10 min.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb 400°C und unterhalb 1000°C durchgeführt wird.Farther it is advantageous if the temperature treatment at temperatures above 400 ° C and below 1000 ° C performed becomes.
Und auch von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung innerhalb von 30 min bis 100 h durchgeführt wird.And It is also beneficial if the temperature treatment within from 30 minutes to 100 hours.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Temperaturbehandlung durchgeführt wird, bis die Oxidation der Kohlenstoffnanoröhren oder Kohlenstofffasern und des Metallpulvers jeweils zu mindestens 95% abgeschlossen ist.Also it is beneficial if the temperature treatment is carried out until the oxidation of the carbon nanotubes or Carbon fibers and metal powder in each case at least 95% is completed.
Poröse Übergangsmetalloxide haben ein großes Potential bei der Anwendung als Katalysatormaterial in der Automobilindustrie zur Reduzierung der CO2-Emission. Die erfindungsgemäße Lösung erreicht eine sehr hohe Reaktionsrate durch die verbesserte Zugänglichkeit der porösen Struktur für das Gas.Porous transition metal oxides have great potential when used as a catalyst material in the automotive industry to reduce CO 2 emissions. The solution according to the invention achieves a very high reaction rate due to the improved accessibility of the porous structure for the gas.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist ein poröser Formkörper aus Metalloxiden herstellbar, der eine gewünschte Porenstruktur aufweist. Dabei kann die Porenstruktur von Submikrometerporen in einem Porengrößenbereich bis zu einer sogenannten Hybridstruktur von Submikrometerporen in zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen über das Herstellungsverfahren eingestellt werden. Die Porengrößenbereiche differieren dabei innerhalb eines Porengrößenbereiches um maximal 20 nm. Dabei ist es vorteilhaft, wenn diese zwei unterschiedlichen Porengrößenbereiche einen möglichst unterschiedlichen Porengrößenbereich aufweisen, wie beispielsweise ≤ 20 nm und ≥ 500 nm.With the solution according to the invention is a porous one Shaped body of metal oxides to produce a desired Having pore structure. The pore structure of submicrometer pores can thereby in a pore size range up to a so-called Hybrid structure of submicrometer pores in two different Pore size ranges over the manufacturing process be set. The pore size ranges differ thereby within a pore size range maximum 20 nm. It is advantageous if these two different Pore size ranges a different possible pore size range such as ≦ 20 nm and ≥ 500 nm.
Diese Porenstruktur im erfindungsgemäßen porösen Formkörper aus Metalloxiden wird im Wesentlichen durch die Auswahl der Partikelgröße der Metallpulver und der Abmessungen der Kohlenstoffnanoröhren bestimmt, aber auch von der Dauer und den Bedingungen des Mischens und Mahlens und der Kompaktierung/Verdichtung.This pore structure in the porous shaped body according to the invention of metal oxides is determined essentially by the selection of the particle size of the metal powder and the dimensions of the carbon nanotubes, but also by the duration and conditions of mixing and milling and compaction / compaction.
Die Porengrößenstruktur mit einer Porengrößenverteilung wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass Kohlenstoffnanoröhren mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen, dass heißt mit Abmessungen, die nicht um mehr als 50 nm voneinander differieren, als Ausgangsstoff eingesetzt werden und die Zugabe vorteilhafterweise 20 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen nicht übersteigt.The Pore size structure with a pore size distribution is achieved essentially by the fact that carbon nanotubes with substantially the same dimensions, that is with Dimensions that do not differ by more than 50 nm, be used as starting material and the addition advantageously 20 vol .-% based on the total volume does not exceed.
Unter der Angabe „wobei die Porengröße innerhalb eines Porengrößenbereiches um nicht mehr als 50 nm differiert" soll erfindungsgemäß verstanden werden, alle Poren sich in ihrer Größe um maximal 50 nm unterschieden, also beispielsweise 1–49 nm, 30–80 nm, 75–125 nm, 50–100 nm, 180–230 nm 250–300 nm betragen kannUnder stating "where the pore size is within a pore size range of not more than 50 nm differs "should be understood according to the invention, all pores are within 50 nm of their size distinguished, for example, 1-49 nm, 30-80 nm, 75-125 nm, 50-100 nm, 180-230 nm 250-300 can be nm
Sollten mehr Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden, so muss die Misch- und Mahldauer verlängert werden. Durch die volumenmäßige Zugabe und die davon abhängige Misch- und Mahldauer wird im Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisch eine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren verhindert, so dass der poröse Formkörper durchgängig Poren innerhalb eines Porengrößenbereiches aufweist.Should more carbon nanotubes are used, the Mixing and grinding time can be extended. By the volume Addition and the dependent mixing and grinding time is in Metal powder carbon nanotube mixture an agglomeration prevents the carbon nanotubes, so that the porous Moldings consistently pores within a pore size range having.
Soll ein erfindungsgemäßer poröser Formkörper mit zwei unterschiedlichen Porengrößenbereichen hergestellt werden, so können die Abmessungen der eingesetzten Kohlenstoffnanoröhren deutlicher voneinander differieren. Durch die schrittweise Zugabe der Kohlenstoffnanoröhren während des Mischens und Mahlens und eine deutlich höhere Menge an Kohlenstoffnanoröhren wird eine Agglomeration der Kohlenstoffnanoröhren im Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisch erreicht, wobei die agglomerierten Kohlenstoffnanoröhren die Poren mit dem größeren Porengrößenbereich bilden. Die Größe der Agglomerate und ihre Anzahl im Gemisch werden über die Misch- und Mahldauer definiert eingestellt Dabei erfolgt das Mischen und Mahlen immer unter Sauerstoffausschluss, damit noch keine Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs erfolgen kann.Should a porous shaped body according to the invention with two different pore size ranges can be made, so the dimensions of the used Carbon nanotubes differ more clearly from each other. By the gradual addition of the carbon nanotubes during mixing and grinding and a much higher one Amount of carbon nanotubes will be an agglomeration of Carbon nanotubes in the metal powder-carbon nanotube mixture achieved, wherein the agglomerated carbon nanotubes the pores with the larger pore size range form. The size of the agglomerates and their number in the mixture are defined over the mixing and grinding time The mixing and milling are always carried out under exclusion of oxygen, so that no oxidation of the metals and the carbon take place can.
Als Metallpulver kann ein oxidationsfähiges Pulver eines Metalls oder auch eines Gemisches mehrerer Metalle oder einer Metalllegierung eingesetzt werden.When Metal powder may be an oxidizable powder of a metal or even a mixture of several metals or a metal alloy be used.
Es können ein- oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt werden.It may be single or multi-walled carbon nanotubes be used.
Nach der Herstellung des Metallpulver-Kohlenstoffnanoröhren-Gemisches wird das Gemisch unter Vakuum kompaktiert oder verdichtet. Dabei kann gleichzeitig eine Strukturierung/Ausrichtung der Poren innerhalb des Formkörpers erreicht werden, beispielsweise in Extrusionsrichtung. Durch das Vakuum während der Kompaktierung/Verdichtung wird weiterhin eine Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs verhindert.To the preparation of the metal powder carbon nanotube mixture the mixture is compacted or compacted under vacuum. It can at the same time structuring / alignment of the pores within of the shaped body can be achieved, for example in the extrusion direction. Due to the vacuum during compaction / compression Furthermore, an oxidation of the metals and the carbon is prevented.
Nach der Kompaktierung/Verdichtung wird der jetzt noch relativ dichte Formkörper einer Temperaturbehandlung unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre durchgeführt. Dabei muss die Temperatur mindestens so hoch sein, dass eine Oxidation der Metalle zu Metalloxiden und des Kohlenstoffs zu CO und/oder CO2 realisiert wird und andererseits die Schmelztemperatur der Metalle nicht überschritten wird. Die Oxidation der Metalle und des Kohlenstoffs soll jeweils zu mindestens 95% erfolgen.After compacting / densification, the still relatively dense shaped body is subjected to a temperature treatment under an oxygen-containing atmosphere. In this case, the temperature must be at least so high that an oxidation of the metals to metal oxides and the carbon to CO and / or CO 2 is realized and on the other hand, the melting temperature of the metals is not exceeded. The oxidation of the metals and the carbon should be carried out in each case at least 95%.
Je nach Auswahl der Kohlenstoffnanoröhren und der Misch- und Mahldauer sowie der Art der nachfolgenden Kompaktierung/Verdichtung können zwei verschiedene Porengrößenbereiche erreicht werden, die hinsichtlich ihrer Porengrößen sich relativ deutlich voneinander unterscheiden. Dies kann vorteilhafterweise zu einer Porenstruktur führen, die einerseits sehr kleine Poren und andererseits deutlich größere Poren aufweist, die sowohl durch Agglomeration der ursprünglichen Kohlenstoffnanoröhren und/oder auch noch durch Zusammenschluss der ursprünglichen Agglomerate entstanden sind und bei einer entsprechenden Kompaktierung/Verdichtung in eine Vorzugsrichtung ausgerichtet sind und so zu durchgehenden Porenkanälen führen können.ever after selection of the carbon nanotubes and the mixed and Grinding time and the type of subsequent compaction / compression can have two different pore size ranges be achieved, in terms of their pore sizes differ relatively clearly from each other. This can be advantageous lead to a pore structure, on the one hand very small Pores and on the other hand much larger pores exhibiting, by both agglomeration of the original Carbon nanotubes and / or even by merger of the original agglomerates have arisen and at one appropriate compaction / compression in a preferred direction are aligned and so to continuous pore channels being able to lead.
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.following The invention will be closer to several embodiments explained.
Beispiel 1example 1
Ein Komposit aus 60 Vol.-% Cu-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 40 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm und einem inneren Durchmesser von 5–10 nm werden gemischt und gemahlen. Das Cu-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Sigma Aldrich) wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 300 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Das mechanische Mahlen wurde in 5 Schritten durchgeführt, wobei jeweils 8 Vol.-% Kohlenstoffnanoröhren bei jedem Schritt zugegeben wurden. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O2 und H2O).A composite of 60% by volume of Cu powder with a particle size of ≤ 45 μm and 40% by volume of multi-walled carbon nanotubes (CNTs) of 0.5-200 μm in length and with an outer diameter of 10-20 nm and an inner diameter Diameters of 5-10 nm are mixed and ground. The Cu powder (Reade Advanced Materials) had a purity of 99.9% and the multi-walled carbon nanotubes (Sigma Aldrich) had a purity of> 95%. The mixing and milling were carried out in a Retsch Pulverisette for 5,300 hours at a rotation speed of 250 rpm using hardened steel balls as grinding balls and the ratio of balls to powder was 10: 1. Mechanical milling was performed in 5 steps, with 8 vol% carbon nanotubes added at each step. Milling was done under pure Ar atmosphere (less than 3 ppm O 2 and H 2 O).
Das gemahlene Cu/CNT-Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Cu und der Kohlenstoffnanoröhren erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Cu-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die zwei unterschiedliche Porengrößenbereich von 5–20 nm und 500–550 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet und zu 55% miteinander verbunden und damit vollständig durch den Formkörper hindurchgehende Poren sind.The milled Cu / CNT nanocomposite powder was placed in a copper mold under vacuum and by heat extrusion in an extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) also compacted under vacuum at 510 ° C at an extrusion rate of 9 and a pressure of 700 MPa. The resulting dense, disc-shaped pellets 8 mm in diameter and 5 mm in thickness were then annealed at 450 ° C for 3 hours, wherein the simultaneous oxidation of the Cu and the carbon nanotubes takes place, whereby after cooling porous Cu oxide shaped bodies with a Pore structure have emerged, which has two different pore size range of 5-20 nm and 500-550 nm, wherein the pores are aligned in the extrusion direction and 55% connected to each other and thus completely through the molding body passing pores.
Beispiel 2Example 2
Ein Komposit aus 80 Vol.-% Ni-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 20 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm und einem inneren Durchmesser von 5–10 nm werden gemischt und gemahlen. Das Ni-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (Sigma Aldrich) wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 für 50 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O2 und H2O).A composite of 80% by volume Ni powder with a particle size of ≤ 45 μm and 20% by volume of multi-walled carbon nanotubes (CNTs) of 0.5-200 μm in length and with an outer diameter of 10-20 nm and an inner diameter Diameters of 5-10 nm are mixed and ground. The Ni powder (Reade Advanced Materials) had a purity of 99.9% and the multi-walled carbon nanotubes (Sigma Aldrich) had a purity of> 95%. Mixture and milling was carried out in a Retsch Pulverisette 5 for 50 hours at a rotation speed of 250 rpm using hardened steel balls as grinding balls and the ratio of balls to powder was 10: 1. Milling was done under pure Ar atmosphere (less than 3 ppm O 2 and H 2 O).
Das gemahlene Ni/CNT-Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Ni und der Kohlenstoffnanoröhren erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Ni-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die einen einheitlichen Porengrößenbereich von 50–100 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet sind.The Milled Ni / CNT nanocomposite powder was placed in a copper mold Vacuum introduced and by heat extrusion in an extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) also under vacuum 510 ° C with an extrusion rate of 9 and a pressure of Compacted 700 MPa. The resulting dense, formed into a disk Pellets of 8 mm diameter and 5 mm thickness were then at 450 ° C Annealed for 3 h, with the simultaneous oxidation of Ni and the Carbon nanotubes takes place, whereby porous after cooling Ni oxide shaped bodies having a pore structure have been formed, which has a uniform pore size range of 50-100 nm, wherein the pores in the extrusion direction are aligned.
Beispiel 3Example 3
Ein Komposit aus 60 Vol.-% Ni-Pulver mit einer Partikelgröße von ≤ 45 μm und 40 Vol.-% mehrwandigen Kohlenstofffasern von 0,5–200 μm Länge und mit einem äußeren Durchmesser von 10–20 nm werden gemischt und gemahlen. Das Ni-Pulver (Reade Advanced Materials) wies eine Reinheit von 99,9% und die Kohlenstofffasern wiesen eine Reinheit von > 95% auf. Die Mischung und Mahlung wurde in einer Retsch Pulverisette 5 für 100 h mit eine Rotationsgeschwindigkeit von 250 U/min durchgeführt, wobei gehärtete Stahlkugeln als Mahlkugeln verwendet wurden und das Verhältnis von Kugeln zum Pulver 10:1 betrug. Die Mahlung erfolgte unter reiner Ar-Atmosphäre (weniger als 3 ppm O2 und H2O).A composite of 60% by volume of Ni powder having a particle size of ≦ 45 μm and 40% by volume of multi-walled carbon fibers of 0.5-200 μm in length and having an outer diameter of 10-20 nm are mixed and ground. The Ni powder (Reade Advanced Materials) had a purity of 99.9% and the carbon fibers had a purity of> 95%. The mixing and milling were carried out in a Retsch Pulverisette 5 for 100 h at a rotation speed of 250 rpm, using hardened steel balls as grinding balls and the ratio of balls to powder was 10: 1. Milling was done under pure Ar atmosphere (less than 3 ppm O 2 and H 2 O).
Das gemahlene Nanokompositpulver wurde in eine Kupferform unter Vakuum eingebracht und durch Warmextrusion in einem Extruder (Innovare Inc. Laboratory Metalworking System) ebenfalls unter Vakuum bei 510°C mit einer Extrusionsrate von 9 und einem Druck von 700 MPa verdichtet. Die entstehenden dichten, zu einer Scheibe geformten Pellets von 8 mm Durchmesser und 5 mm Dicke wurden danach bei 450°C 3 h getempert, wobei die gleichzeitige Oxidation des Ni und der Kohlenstofffasern erfolgt, wodurch nach dem Abkühlen poröse Ni-Oxid-Formkörper mit einer Porenstruktur entstanden sind, die einen einheitlichen Porengrößenbereich von 10–50 nm aufweist, wobei die Poren in Extrusionsrichtung ausgerichtet sind.The Milled nanocomposite powder was placed in a copper mold under vacuum introduced by heat extrusion in an extruder (Innovare Inc.). Laboratory Metalworking System) also under vacuum at 510 ° C compressed at an extrusion rate of 9 and a pressure of 700 MPa. The resulting dense, disc-shaped pellets of 8 mm in diameter and 5 mm in thickness were thereafter at 450 ° C Annealed for 3 h, with the simultaneous oxidation of Ni and the Carbon fibers takes place, whereby after cooling porous Ni-oxide shaped body were created with a pore structure, which is a uniform Having a pore size range of 10-50 nm, wherein the pores are aligned in the extrusion direction.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20131109 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |