DE102011119219B4

DE102011119219B4 - Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Isolationselements für Hochtemperaturanwendungen

Info

Publication number: DE102011119219B4
Application number: DE102011119219.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Scheithauer; Kristin Haderk; Dipl.-Ing. Reuber Sebastian; Adrian Goldberg
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: WO2013072264A1; DE102011119219A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Isolationselements (1)für Hochtemperaturanwendungen, das eine äußere gasdichte Hülle aufweist und im Inneren der Hülle ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks eingehalten ist, und die Hülle (2) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist und die Hülle (2) mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffes in einem Fugenbereich (2.1) oder an einer Öffnung stoffschlüssig gasdicht verschlossen ist,
bei dem in einem Verfahrensschritt
a) ein oder mehrere die Hülle (2) bildende Elemente mit einem keramischen Formgebungsverfahren in eine Form gebracht werden, bei dem innerhalb der Hülle (2) ein Hohlraum (4) ausgebildet wird;
b) das/die die Hülle (2) bildende(n) Element(e) gesintert wird/werden und
c) eine Öffnung (2.2) der Hülle (2) mit einem Deckelelement (2.3) und einem temperaturstabilen Zusatzwerkstoff stoffschlüssig und gasdicht miteinander verbunden wird oder
mehrere die Hülle (2) bildenden Elemente gefügt und im Fugenbereich zwischen den Elementen mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffs eine stoffschlüssige gasdichte Verbindung hergestellt wird; wobei
im Verfahrensschritt c) ein reduzierter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur eingehalten wird, so dass im Inneren der Hülle (2) ein gegenüber der Umgebung reduzierter Innendruck eingehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Isolationselements für Hochtemperaturanwendungen.
Die ausreichende Wärmedämmung bzw. Wärmeisolation ist in vielen Bereichen der Technik ein zu lösendes Problem. Bestimmte Temperaturen sollen über lange Zeiträume gehalten oder nicht über- oder auch unterschritten werden, wobei dies auch mit möglichst geringem Aufwand für Heizung oder Kühlung erreicht werden soll. Dabei spielt häufig auch die erforderliche Baugröße für eine Wärmedämmung oder Isolation eine Rolle. So werden Werkstoffe mit geringer thermischer Leitfähigkeit eingesetzt, wie dies beispielsweise polymere Schäume oder keramische poröse Elemente sind. Deren wärmedämmende oder isolierende Wirkung ist aber begrenzt. Polymere Schäume können bei höheren Temperaturen nicht eingesetzt werden.
So hat man sogenannte Vakuumisolationspaneele zum Einsatz gebracht. Diese sind mit einem porösen Material gefüllt und nach außen gasdicht mit metallischen oder polymeren Folien verschlossen. Das Innere ist weitestgehend evakuiert, so dass ein stark gegenüber der Umgebungsatmosphäre reduzierter Innendruck eingehalten wird. Metallische Folien haben den Nachteil, dass ihre Gasdichtheit nicht langzeitstabil eingehalten werden kann. Außerdem sind sie gegenüber Korrosion anfällig und auch bei erhöhten Temperaturen nicht ohne Nachteile einsetzbar.
Eine Abdichtung mit polymeren Folien kann nur in einem relativ engen Temperaturfenster bis maximal 90° C genutzt werden. Für Hochtemperaturanwendungen scheidet ihre Nutzung aus.
Die DE 10 2011 002 248 A1 betrifft eine Zuglast-Abstandsanordnung bei der Druckverteilungsplatten und/oder Wandungen u.a. aus Keramik gebildet sein sollen. Diese sollen mit einer gasdichten Hülle aus dünnen metallisch beschichteten Folien oder metallisch dünn beschichteter Kunststofffolie umschlossen sein.
Aus DE 20 2011 050 487 U1 ist ein Dämmstoffelement bekannt, bei dem ein Hohlraum mit einer wärmedämmenden Gasfüllung befüllt und gasdicht verschlossen sein soll. Dabei soll der Druck im Inneren annähernd gleich dem Umgebungsdruck oder einem darüber liegenden Druck entsprechen.
Die DE 33 09 699 C2 beschreibt eine wärmeisolierende Auskleidung für eine mit Metall umgossene Heißgasleitung.
Ein Isolationselement bei dem ein dünnwandiges Gehäuse einen inneren abgeschlossenen Hohlraum umschließt ist aus US 2,837,779 A bekannt.
Die Offenbarung von US 3,156,975 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmeisolationspaneelen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine effektive Wärmedämmung und -isolation anzugeben, die auch für Hochtemperaturanwendungen bei Temperaturen oberhalb 100 °C, bevorzugt oberhalb 500 °C eingesetzt werden können und dabei der erforderliche Raumbedarf sowie die Temperatur an der äußeren Oberfläche gegenüber herkömmlichen Lösungen reduziert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisierbar.
Ein erfindungsgemäß herstellbares wärmedämmendes Isolationselement für Hochtemperaturanwendungen weist eine äußere gasdichte Hülle auf. Im Inneren der Hülle ist ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks eingehalten und die Hülle ist aus einem keramischen Werkstoff gebildet. Außerdem ist die Hülle mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffes in einem Fugenbereich oder an einer Öffnung stoffschlüssig gasdicht verschlossen. Allein oder zusätzlich kann aber auch ein Verschließen durch eine formschlüssige Verbindung erreicht werden. Dabei können für die Hülle verschiedene keramische Werkstoffe eingesetzt werden. Bevorzugt sind dies Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Yttriumstabilisiertes Zirkonoxid, an sich bekannte LTCC-Keramik, HTCC-Keramik oder synthetisches Cordierit.
Für die stoffschlüssige und gasdichte Verbindung können geeignete Lotwerkstoffe eingesetzt werden. Die Auswahl kann unter Berücksichtigung der maximalen Einsatztemperatur erfolgen. Dabei sollte die Schmelztemperatur des Lotwerkstoffs oberhalb dieser Temperatur liegen. Dies können Silber-basierte Aktivlote in denen TiH₂ enthalten ist oder auch Glaslote sein, wie sie beispielsweise für die Abdichtung und Verbindung von Elementen an Hochtemperaturbrennstoffzellen bereits zum Einsatz kommen und bereits als solche zum Stand der Technik gehören. Als Zusatzwerkstoff kann auch eine Suspension eingesetzt werden, in der Partikel der jeweiligen Keramik, mit der die Hülle gebildet wird, enthalten sind. Die Suspension kann dann auf Flächen einer Öffnung und eines Deckelelements oder in einem Fugenbereich von die Hülle bildenden Elementen aufgetragen werden. Bei einer Wärmebehandlung kann dann durch Sinterung eine gasdichte Verbindung hergestellt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit aus einer Schmelze bei einer Wärmebehandlung durch einen Phasenwechsel der Schmelze eine gasdichte Verbindung zu erhalten, wenn geeignete Gläser oder Glaskeramik mit einer geeigneten Schmelztemperatur eingesetzt werden. Die Wärmebehandlung und auch die nachfolgende Abkühlung können bei reduziertem Druck, beispielsweise in einem Vakuumofen durchgeführt werden.
Bevorzugt kann ein Hohlraum im Inneren der Hülle mit einem temperaturstabilen porösen Werkstoff befüllt sein. Dies kann ein poröser Keramikwerkstoff in Form eines Schaumes oder Granulats sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit bei Vakuumisolationselementen im Niedertemperaturbereich eingesetzte pyrogene Kieselsäure für die Befüllung zu nutzen. Dies kann auch in Aerogelform erfolgen. Allein oder zusätzlich dazu können auch Versteifungselemente innerhalb der Hülle eingesetzt bzw. ausgebildet werden, die eine Stützstruktur bilden. Eine Stützstruktur kann mit eine abstandshaltende Funktion erfüllenden säulenförmigen Elementen, einer wabenförmigen und/oder wellenförmigen Struktur gebildet sein. Dabei sollten diese so ausgebildet sein, dass eine kleine thermische Leitfähigkeit erreicht werden kann. Dies kann mit kleinen Querschnittsflächen, die senkrecht zur Richtung in der die Wärmeleitung reduziert werden soll, ausgerichtet sind, erreicht werden. Es kann sich dabei um Fasern, Hohlfasern, rohrförmige Elemente oder stegförmige Elemente handeln.
Da bei höheren Temperaturen der Anteil der durch thermische Leitung übertragene Wärmeanteil, insbesondere bei im Inneren evakuierten Isolationselementen gegenüber dem Anteil der durch Wärmestrahlung übertragen wird, kleiner wird, ist es vorteilhaft im Inneren der Hülle mindestens ein wärmereflektierendes flächiges Element anzuordnen. Allein oder zusätzlich kann auch eine wärmereflektierende Beschichtung ausgebildet werden.
Es kann auch ein Trübungsmittel eingesetzt werden, mit dem die Reflexion und Absorption von Wärmestrahlung reduziert werden kann. Ein Trübungsmittel kann einer Suspension zugesetzt oder bei einer nachträglichen Beschichtung eingesetzt werden. Geeignete Trübungsmittel können in ihrer Komposition angepasste Pulversysteme aus infrarot-aktiven Oxiden oder Carbiden, insbesondere SiC-Pulver, Zirkonium-Kieselsäureverbindungen, Zirkondioxid oder Aluminiumdioxid sein.
Ein oder mehrere wärmereflektierende flächige Elemente sollten ebenfalls so ausgerichtet sein, dass sie senkrecht oder zumindest nahezu senkrecht zur Richtung in der die Wärmeleitung reduziert werden soll, ausgerichtet sind. Mehrere flächige Elemente sollten in einem Abstand zueinander, und dabei auch möglichst nahezu parallel zueinander ausgerichtet, angeordnet sein, so dass auch in den Zwischenräumen ein gegenüber der Umgebung des Isolationselements reduzierter Druck eingehalten werden kann. Dabei kann es sich um dünne Metallfolien, beispielsweise Aluminiumfolien oder bei höheren Temperaturen um keramische Folien handeln. Eine wärmereflektierende Beschichtung kann auf verschiedene an sich bekannte Art und Weise ausgebildet werden. Der Auftrag kann beispielsweise in Dickschichttechnik mit einer metallische Partikel enthaltenden Paste erfolgen, die später ausgehärtet wird und eine Metallschicht bildet.
Wärmestrahlung kann auch mit der Befüllung innerhalb der Hülle oder den Elementen für die Stützstruktur reduziert werden, da die Strahlung an den Oberflächen in verschiedene Richtungen reflektiert wird, so dass ein kleinerer Anteil der Wärmestrahlung in die nicht erwünschte Richtung, in der die maximale Isolationswirkung erreicht werden soll, reflektiert wird.
Aus Festigkeits- und Stabilitätsgründen ist es günstig, dass mindestens ein Teilbereich der die Hülle bildenden Wand gewölbt ausgebildet ist. So kann ein Bereich der Wand oder es können zwei sich gegenüberliegend angeordnete Wände konvex gewölbt sein. Dadurch kann das Defizit keramischer Werkstücke gegenüber mechanischer Zugspannungswirkung reduziert werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die innere und/oder äußere Wandung der Hülle mit einer gasdichten temperaturstabilen Beschichtung zu versehen, um die Gasdichtheit gegenüber der Umgebung zu verbessern. Dabei kann es sich um eine Glasur handeln, die ausreichend temperaturstabil ist. Es kann auch der gleiche Werkstoff eingesetzt werden, der auch für das gasdichte Fügen und Verschließen eingesetzt werden kann.
Bei der Herstellung eines Isolationselements kann so vorgegangen werden, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein oder mehrere die Hülle bildende Elemente mit einem keramischen Formgebungsverfahren in eine Form gebracht werden, bei dem innerhalb der Hülle ein Hohlraum ausgebildet werden kann.
Das eine oder die die Hülle bildenden Elemente werden dann gesintert. Im Anschluss daran wird eine Öffnung in der Hülle mit einem Deckelelement verschlossen und dabei mit einem temperaturstabilen Zusatzwerkstoff stoffschlüssig und gasdicht miteinander verbunden.
Mehrere die Hülle bildende Elemente werden miteinander gefügt und im Fugenbereich zwischen den Elementen wird mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffs eine stoffschlüssige gasdichte Verbindung hergestellt.
Vor dem Verschließen mit dem Verbinden wird ein reduzierter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur eingehalten, so dass im Inneren der Hülle ein gegenüber der Umgebung reduzierter Innendruck nach dem Verschließen eingehalten wird. Wird das Verschließen der Hülle lediglich bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt, reduziert sich der Innendruck bei einer Abkühlung. Nach dem Verschließen kann dieser Innendruck dauerhaft beibehalten werden. Der Anteil an innerhalb der Hülle eingeschlossener Luft bzw. eines Gases kann so verringert sein, wodurch die thermische Leitfähigkeit und auch die Wärmeleitung über eine Gasphase verringert wird. Selbstverständlich kann diese Wirkung mit sehr kleinen Innendrücken in der Nähe des Vakuums weiter verbessert werden.
Vor dem Verschließen einer Öffnung oder während des Fügens von Teilen der Hülle kann der Hohlraum innerhalb der Hülle mit einem temperaturstabilen porösen Werkstoff befüllt werden. Geeignete Werkstoffe sind bereits genannt worden. Nach der Befüllung kann dann die Innendruckreduzierung und das Verschließen bzw. stoffschlüssige Fügen durchgeführt werden.
Bei diesem Verfahrensschritt oder an Stelle dessen kann mindestens ein wärmereflektierendes flächiges Element innerhalb der Hülle angeordnet werden oder es kann eine wärmereflektierende Beschichtung aufgebracht werden. Wärmereflektierende flächige Elemente können in Fugen von Elementen, die die Hülle bilden klemmend befestigt werden, wenn eine hierfür geeignete Geometrie der die Hülle bildenden Elemente gewählt worden ist. Mehrere solcher flächigen Elemente können auch als Stapel übereinander angeordnet und mit Abstandshaltern miteinander verbunden sein. Ein solcher Stapel kann dann in den Hohlraum der Hülle eingesetzt werden. Solche flächigen Elemente müssen nicht für Strahlung über die gesamte Fläche undurchlässig sein. Es können auch Perforationen oder andere Durchbrechungen für einen Druckausgleich daran vorhanden sein. Anstelle einer Beschichtung kann auch ein Trübungsmittel eingesetzt werden. Damit können einige oder alle Elemente getränkt werden, wodurch der Anteil der Wärmestrahlung ebenfalls reduziert werden kann.
Allein oder zusätzlich kann vor dem Fügen und Verschließen auch eine wärmereflektierende Innenbeschichtung ausgebildet werden.
Die Formgebung der die Hülle bildenden Elemente kann durch Tiefziehen, Schlicker-, Spritzguss und/oder Extrudieren erfolgen. Dabei kann es sich um die die Wand der Hülle bildenden Elemente aber auch um Elemente für eine innere Stützstruktur handeln. Letztgenannte können bevorzugt durch Extrusion vor einer Sinterung als Grünkörper hergestellt werden.
Säulen- oder stegförmige Elemente können an Elementen mit denen die Hülle gebildet wird, unmittelbar bei der Formgebung ausgeformt und aus demselben Werkstoff, wie der Rest hergestellt werden.
Die die Wand der Hülle bildenden Elemente können auch aus mehreren keramischen Folien, die miteinander laminiert und dann versintert werden, hergestellt werden. Sie sollten in Summe gasdicht sein.
Solche oder auch andere Elemente können an äußeren Rändern doppelt gefaltet werden. Dadurch sind keine zusätzlichen Abstandshalter oder eine Stützstruktur zwingend erforderlich. Durch Überlappungen kann eine gasdichte Verbindung erreicht werden. Bei der Fertigung, bei der die Hülle im Wesentlichen aus einer einzigen entsprechend gefalteten Folie erfolgt, wird eine Reduzierung der Anzahl von gasdicht zu verschließenden Nahtstellen bzw. Fugen erreicht.
Es besteht auch die Möglichkeit im Inneren der Hülle einen gasdichten Hohlraum vorzusehen, in dem eine definierte und bekannte Atmosphäre enthalten ist. Dies kann beispielsweise eine inerte Atmosphäre sein. Es kann ein Edelgas, wie Argon darin enthalten sein. Der Hohlraum kann so für eine Referenzierung genutzt werden und darin mindestens ein geeigneter Sensor enthalten sein. Die Bedingungen innerhalb dieses Hohlraums sollten dauerhaft konstant gehalten werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements, das mit miteinander laminierten und versinterten keramischen Folien gebildet ist;
2 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements mit mehreren im Inneren angeordneten flächigen wärmereflektierenden Elementen;
3 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements mit einem im Inneren angeordneten offenporigen keramischen Schaumkörper;
4 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements mit einem leeren Hohlraum im Inneren;
5 eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements mit gewölbter Wand und
6 ein Beispiel einer Stützstruktur.

In 1 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäß herstellbaren wärmedämmenden Isolationselements 1 gezeigt. Dabei ist die äußere Hülle 2 aus mehreren miteinander laminierten und versinterten Folien einer LTCC-Keramik gebildet. Die übereinander gestapelten Folien sind durch Schneiden oder Stanzen in eine Form gebracht worden, mit der im Inneren ein Hohlraum 4 ausgebildet worden ist. In den beiden oberen Folien wurde eine Öffnung 2.2 ausgebildet. Die Öffnung 2.2 kann mit einem Deckelelement 2.3, das ebenfalls mit einer Folie aus der LTCC-Keramik gebildet ist, verschlossen werden. Die die Hülle 2 bildenden Folien wurden vor dem Verschließen der Öffnung 2.2 genauso, wie das Deckelelement 2.3 gesintert.
Vor dem Verschließen der Öffnung 2.2 kann der Hohlraum 4 mit einem hochporösen Werkstoff, bevorzugt pyrogene Kieselsäure ausgefüllt werden.
Nach dem Befüllen wird an der Oberfläche der obersten LTCC-Folie um die Öffnung 2.2 herum ein Glaslot 2.4 in pastöser Konsistenz aufgetragen, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Einsatztemperatur des Isolationselements 1 liegt. Auf diesen mit dem Glaslot 2.4 beschichteten Bereich wird das gesinterte Deckelement 2.3 aufgelegt. Dabei kann auch das Deckelelement 2.3 mit dem Glaslot 2.4 beschichtet sein.
Durch den Einsatz von Keramikfolien können die verschiedensten Geometrien und Dimensionierungen für wärmedämmende Isolationselemente hergestellt werden.
Dann wird eine Wärmebehandlung bis zu einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Glaslots durchgeführt. Dabei wird im Ofen der Innendruck soweit als möglich reduziert. Günstig sind Innendrücke in der Nähe des Hochvakuums.
Nach einer Abkühlung ist die Öffnung 2.2 gasdicht durch das erstarrte Glaslot 2.4 verschlossen und der reduzierte Innendruck, der durch die Temperaturabsenkung weiter reduziert werden konnte, kann dauerhaft beibehalten werden. Die einzelnen LTCC-Keramikfolien hatten eine Dicke von 0,22 mm.
In 2 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements 1 mit mehreren im Inneren angeordneten flächigen wärmereflektierenden Elementen 3 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist die Hülle 2 aus synthetisch hergestelltem Cordierit C410 hergestellt worden. Dieses ist bei einer Sinterung selbstglasierend und daher in verbesserter Form dauerhaft gasdicht. Für die Hülle 2 wurden zwei gleiche Elemente in eine Form gebracht, bei der mit den zwei gefügten Elementen ein Hohlraum ausgebildet worden ist, wenn die beiden die Hülle bildenden Elemente entsprechend miteinander montiert und gefügt werden. Die äußeren Ränder der beiden Elemente bilden einen umlaufenden Flansch und damit den Fugenbereich 2.1.
Für die gasdichte Verbindung der beiden gesinterten Elemente, die die Hülle 2 bilden, wurde in den Fugenbereich 2.1 ein silberbasiertes Lot, in dem neben Silber und Kupfer auch 10 % TiH₂ enthalten war, eingebracht. Dabei waren Partikel des Lotes in einer Suspension enthalten. Das Lot hatte eine Löttemperatur von 900 °C. Die Verfestigungstemperatur lag bei 780 °C. Ein reines Silberlot mit 10 % TiH₂ hat eine Löttemperatur von 1000 °C und eine Verfestigungstemperatur von 960 °C.
Vor dem Verschließen der Hülle 2 mit dem Lot wurden flächige, übereinander gestapelt angeordnete 0.02 mm dicke Aluminiumplatten/-folien, die mit zwischen den Platten angeordneten Abstandshaltern versehen waren, in den Hohlraum 4 eingesetzt. Diese Platten bilden wärmereflektierende flächige Elemente 3. Dadurch kann nach dem Verschließen der Hülle 2 bei reduziertem Innendruck auch die durch Strahlung übertragene Wärme reduziert werden, da die Platten als Reflektoren für diese Strahlung wirken. Durch den reduzierten Innendruck, der auch zwischen den Platten herrscht, kann die Wärmeleitung reduziert werden, so dass die Gesamtwirkung des Isolationselements 1 verbessert werden kann. Die Abstandshalter hielten die reflektierenden flächigen Elemente 3 in einem Abstand von 0,02 mm. Die Hülle 2 hatte eine Dicke von 0,5 mm bis 1 mm.
In nicht dargestellter Form besteht die Möglichkeit in den verbliebenen Hohlraum 4, also auch zwischen wärmereflektierenden flächigen Elementen 3 einen hochporösen Werkstoff einzusetzen, mit dem die Isolationswirkung weiter verbessert werden kann.
Das gasdichte Verschließen der Hülle 2 und die Innendruckreduzierung kann, wie bereits zum Beispiel gemäß 1 erläutert, durchgeführt werden. Es ist dabei lediglich die Schmelztemperatur des Lotes zu beachten.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements 1 mit einem im Inneren angeordneten offenporigen keramischen Schaumkörper 5. Der Schaumkörper ist aus Siliciumdioxid oder Kieselsäure mit dem bekannten Schwarzwalder-Verfahren hergestellt worden und hatte eine Porosität von 90 %. Die Hülle 2 wurde mit dem Verfahren, wie es zum Beispiel nach 2 beschrieben worden ist, hergestellt und gasdicht verschlossen.
In 4 ist eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements 1 mit einem leeren Hohlraum 4 im Inneren gezeigt. Auch dieses Beispiel kann, wie die Beispiele nach den 2 und 3 hergestellt und gasdicht verschlossen werden.
Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäß herstellbaren Isolationselements 1 mit konvex gewölbter Wand der Hülle 2. An der inneren Wandung der Hülle 2 sind zur Verstärkung stegförmige Elemente 2.4 ausgebildet, mit denen neben der gewölbten Form die Festigkeit und Stabilität weiter erhöht werden kann.
Die 6 zeigt eine Stützstruktur 6, die durch Extrusion einer Keramik und anschließender Sinterung hergestellt werden kann. Die Stützstruktur 6 kann dann in den Hohlraum 4 einer Hülle 2 vor dem Verschließen eingesetzt werden und damit die Festigkeit und Stabilität erhöht werden. Dadurch kann die Wandstärke der Hülle 2 klein gehalten werden und die Kraftwirkung des erhöhten Umgebungsdruckes gegenüber dem reduzierten Innendruck innerhalb der Hülle 2 kompensiert werden. Die Stege 6.1 der Stützstruktur 6 sollten so schmal als möglich gehalten werden, so dass die thermische Leitfähigkeit klein gehalten werden kann. Die Freiräume innerhalb der Stützstruktur 6 können mit einem hochporösen Werkstoff ausgefüllt werden, der ebenfalls eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines wärmedämmenden Isolationselements (1)für Hochtemperaturanwendungen, das eine äußere gasdichte Hülle aufweist und im Inneren der Hülle ein Druck unterhalb des Atmosphärendrucks eingehalten ist, und die Hülle (2) aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist und die Hülle (2) mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffes in einem Fugenbereich (2.1) oder an einer Öffnung stoffschlüssig gasdicht verschlossen ist, bei dem in einem Verfahrensschritt a) ein oder mehrere die Hülle (2) bildende Elemente mit einem keramischen Formgebungsverfahren in eine Form gebracht werden, bei dem innerhalb der Hülle (2) ein Hohlraum (4) ausgebildet wird; b) das/die die Hülle (2) bildende(n) Element(e) gesintert wird/werden und c) eine Öffnung (2.2) der Hülle (2) mit einem Deckelelement (2.3) und einem temperaturstabilen Zusatzwerkstoff stoffschlüssig und gasdicht miteinander verbunden wird oder mehrere die Hülle (2) bildenden Elemente gefügt und im Fugenbereich zwischen den Elementen mittels eines temperaturstabilen Zusatzwerkstoffs eine stoffschlüssige gasdichte Verbindung hergestellt wird; wobei im Verfahrensschritt c) ein reduzierter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur eingehalten wird, so dass im Inneren der Hülle (2) ein gegenüber der Umgebung reduzierter Innendruck eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Verfahrensschritts c) der Hohlraum (4) innerhalb der Hülle (2) mit einem temperaturstabilen porösen Werkstoff befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während des Verfahrensschritts c) mindestens ein wärmereflektierendes flächiges Element (3) innerhalb der Hülle (2) angeordnet oder eine wärmereflektierende Beschichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Hülle (2) bildenden Elemente vor oder nach dem Fügen oder Verschließen einer Öffnung (2.2) mit einer gasdichten Beschichtung an der gesamten Oberfläche versehen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Formgebungsverfahren ausgewählt ist aus Tiefziehen, Schlicker-, Spritzguss und Extrudieren.