DE102013106396A1 - Process for producing a ceramic shielding part and ceramic shielding part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein keramisches Abschirmteil (1) mit zumindest einer ersten keramischen Lage (2) und zumindest einer zweiten keramischen Lage (3), die eine keramische Zwischenlage (5) einschließen, wobei die keramischen Lagen (2, 3) und die Zwischenlage (5) Kammern (4) innerhalb des Abschirmteils (1) begrenzen. Ferner beschreibt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des keramischen Abschirmteils (1) mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer ersten keramischen Lage (2) im Grünzustand; b) Aufbringen einer Kammern (4) aufweisenden oder Kammern ausbildenden keramischen Zwischenlage (5) im Grünzustand auf eine freie Seite (6) der ersten keramischen Lage (2); c) Bereitstellen einer zweiten keramischen Lage (3) im Grünzustand und Aufbringen der zweiten keramischen Lage (3) auf die Zwischenlage (5); d) Brennen des Verbundes aus erster Lage (2), Zwischenlage (5) und zweiter Lage (3).The invention relates to a ceramic shielding part (1) with at least a first ceramic layer (2) and at least a second ceramic layer (3), which include a ceramic intermediate layer (5), the ceramic layers (2, 3) and the intermediate layer ( 5) Limit chambers (4) within the shielding part (1). The invention also describes a method for producing the ceramic shielding part (1) with the following steps: a) providing a first ceramic layer (2) in the green state; b) applying a ceramic intermediate layer (5) having or forming chambers (4) in the green state to a free side (6) of the first ceramic layer (2); c) providing a second ceramic layer (3) in the green state and applying the second ceramic layer (3) to the intermediate layer (5); d) firing the composite of first layer (2), intermediate layer (5) and second layer (3).
Description
Die Erfindung betrifft ein keramisches Abschirmteil gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Abschirmteils gemäß Anspruch 1. The invention relates to a ceramic shielding part according to claim 11 and a method for producing a ceramic shielding part according to
Abschirmteile werden im Umfeld von Quellen thermischer Energie wie Verbrennungsmotoren, Turboladersystemen oder Abgasführungen eingesetzt. Der aktuelle Stand der Technik beschreibt mehrlagig ausgeführte Abschirmteile, wobei die beiden Decklagen aus Metall oder Blech ausgeführt sind. Die zwischen den metallischen Decklagen angebrachte Zwischenlage umfasst einen oder mehrere Dämmstoffe, die einen Transport der Wärme in Richtung hitzeempfindlicher Bauteile verhindert, so dass die Wärme im Abschirmverbund verbleibt. Je nachdem welche Temperatur die abzuschirmende Baueinheit aufweist, werden wahlweise technische Papiere, Glas- oder Silikatfaservliese als dämmende Zwischenlage eingesetzt. Herkömmliche Abschirmteile sind für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen, die beispielsweise in modernen Turboladersystemen herrschen, entweder als Direktabschirmung mit einem dämmenden Silikatfaservliesstoff oder als mehrlagiges Abschirmteil mit metallischen Decklagen ausgeführt, wobei die mehrlagigen Abschirmteilen mit einigem Abstand zur Hitzequelle angebracht werden müssen. Daher sind diese Abschirmteile von Nachteil, wenn die konstruktiv vorgegebenen Bauräume zu klein sind, um das Abschirmteil in einer vernünftigen Entfernung zur Hitzequelle anzuordnen. Direktabschirmungen haben den Nachteil, dass es bei deren Einsatz zu Hitzestaus oder einem stark erhöhten Verschleiß im Direktabschirmteil kommen kann. Außerdem besteht die Gefahr, dass diese Bauteile überhitzen. Shielding parts are used in the environment of sources of thermal energy such as internal combustion engines, turbocharger systems or exhaust ducts. The current state of the art describes multi-layer shielding parts, wherein the two cover layers are made of metal or metal. The interposed between the metallic cover layers intermediate layer comprises one or more insulating materials, which prevents transport of heat in the direction of heat-sensitive components, so that the heat remains in the shielding composite. Depending on the temperature of the unit to be shielded, either technical papers, glass or Silikatfaservliese be used as insulating intermediate layer. Conventional shielding parts are designed for use at very high temperatures, which prevail in modern turbocharger systems, for example, either as direct shielding with a silicate fiber fleece insulating layer or as a multilayer shielding element with metallic cover layers, the multilayer shielding parts having to be attached some distance from the heat source. Therefore, these shielding are disadvantageous when the design space given structurally are too small to arrange the shielding at a reasonable distance from the heat source. Direct shields have the disadvantage that, when used, heat build-up or greatly increased wear can occur in the direct shielding part. In addition, there is a risk that these components overheat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abschirmteil aus Keramik mit verbesserten Abschirmeigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Abschirmteils anzugeben. The invention has for its object to provide a shielding of ceramic with improved shielding properties and a method for producing such a shielding.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Abschirmteil nach Anspruch 11 bzw. durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind der Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved by the shielding part according to the invention according to claim 11 or by application of the method according to
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abschirmteils umfasst zumindest eine erste Lage und zumindest eine zweite Lage. Erfindungsgemäß wird auf den Einsatz von metallischen Lagen als Decklagen verzichtet. Vorteilhafterweise besteht die Zwischenlage ebenfalls aus Keramik. Zur Verbesserung der Wärmeabschirmeigenschaften sind innerhalb des erfindungsgemäßen Abschirmteils aus Keramik Kammern vorgesehen, die von den beiden keramischen Decklagen und der Stege bildenden, keramischen Zwischenlage begrenzt sind. An embodiment of a shielding part according to the invention comprises at least a first layer and at least one second layer. According to the invention, the use of metallic layers as cover layers is dispensed with. Advantageously, the intermediate layer is also made of ceramic. To improve the heat shielding properties, chambers are provided within the shielding part according to the invention of ceramic, which are bounded by the two ceramic cover layers and the webs forming, ceramic intermediate layer.
In einer Ausführungsform zur weiteren Optimierung des erfindungsgemäßen keramischen Abschirmteils ist vorgesehen, dass die Kammern mit einem Füllstoff versehen sind. Vorteilhafterweise ist dieser Füllstoff ein Aerogel, ein Granulat oder ein Pulver mit hoher Hitzebeständigkeit und optimalen Wärmeisolationseigenschaften. In an embodiment for further optimization of the ceramic shielding part according to the invention, it is provided that the chambers are provided with a filler. Advantageously, this filler is an airgel, granules or powder having high heat resistance and optimum heat insulating properties.
Der erfinderische Gedanke bei dem keramischen Abschirmteil erstreckt sich darauf, dass die erste Lage, die Zwischenlage und die zweite Lage nach dem Brennen einstückig fest miteinander verbunden sind, so dass eine stabile und kompakte Gestalt für das Abschirmteil gegeben ist und dieses nach dem Brennen verbaut oder eingebaut werden kann. The inventive idea in the ceramic shielding part extends to the fact that the first layer, the intermediate layer and the second layer are integrally connected to each other after firing, so that a stable and compact shape for the shielding is given and this built after firing or can be installed.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen dieses keramischen Abschirmteils umfasst folgende Schritte:
Eine erste keramische Lage wird im Grünzustand bereitgestellt. Anschließend wird die Zwischenlage auf einer freien Seite der ersten keramischen Lage generiert. Vorteilhafterweise erfolgt die Ausbildung der Zwischenlage ebenfalls im Grünzustand. Gemäß dem erfinderischen Gedanken bildet die Zwischenschicht auf der ersten Lage Kammern oder Becken aus, indem die Zwischenschicht Stege in Längsrichtung der ersten Lage und auch Stege in Querrichtung der ersten Lage bildet. Der abschließende Bearbeitungsschritt für das Abschirmteil im Grünzustand besteht darin, eine zweite keramische Lage im Grünzustand auf die durch die Zwischenschicht gebildete Becken aufgelegt wird, so dass die Becken nun zu geschlossenen Kammern werden. Zum Schluss wird der Verbund aus erster Lage, Zwischenlage und zweiter Lage zum keramischen Abschirmteil gebrannt. The method according to the invention for producing this ceramic shielding part comprises the following steps:
A first ceramic layer is provided in the green state. Subsequently, the intermediate layer is generated on a free side of the first ceramic layer. Advantageously, the formation of the intermediate layer also takes place in the green state. According to the inventive idea, the intermediate layer forms chambers or basins on the first layer, in that the intermediate layer forms webs in the longitudinal direction of the first layer and also webs in the transverse direction of the first layer. The final processing step for the shielding part in the green state is to place a second ceramic layer in the green state on the basin formed by the intermediate layer, so that the basins now become closed chambers. Finally, the composite of the first layer, intermediate layer and second layer is fired to the ceramic shielding part.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die erste und die zweite Lage vor dem Brennen aus präkeramischem Papier gebildet sind. Vorteilhaft dabei ist, dass präkeramisches Papier vor dem Sinterprozess flexibel bearbeitbar ist, so dass es einfach ist eine Zwischenlage aus Streifen präkeramischen Papiers gitterartig oder wabenartig vorkonfektioniert auszubilden. An embodiment of the method according to the invention includes that the first and second layers are formed from preceramic paper before firing. The advantage here is that pre-ceramic paper can be processed flexibly before the sintering process, so that it is easy to form an intermediate layer of strips of preceramic paper in a lattice-like or honeycomb-like prefabricated form.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Aufbringen der zweiten Lage die Waben bzw. die Kammern der Zwischenlage mit zumindest einem Füllstoff beschickt werden, so dass der durch die keramischen Decklagen vorgegebene Effekt der Wärmeisolation zusätzlich noch verbessert wird. According to the invention, before the application of the second layer, the honeycomb or the chambers of the intermediate layer are charged with at least one filler, so that the thermal insulation effect predetermined by the ceramic cover layers is additionally improved.
Die Erfindung sieht vor, dass ein Konturbeschnitt der ersten und zweiten Lage sowie der Zwischenlage im Grünzustand erfolgt. Außerdem ist zur Formgebung der keramischen Lagen vorgesehen, dass diese in ein eine insbesondere offene Kavität aufweisendes Formwerkzeug eingelegt werden. Vorteilhafterweise kann das Formwerkzeug als Stützstruktur für das keramische Abschirmteil beim Brennen verwendet wird. The invention provides that a contour cut of the first and second layer and the intermediate layer takes place in the green state. In addition, to the Shaping the ceramic layers provided that they are inserted into a mold having a particular open cavity. Advantageously, the molding tool can be used as a support structure for the ceramic shielding part during firing.
Günstig ist es, wenn die erste oder zweite Lage aus zwei oder mehreren Schichten unterschiedlicher keramischer Werkstoffe im Grünzustand laminiert werden oder die erste oder zweite Lage zumindest partiell beschichtet werden, so dass ein zusätzlicher Abschirmeffekt erzielt werden kann. Auf diese Weise können funktionelle Unterschiede in die Decklagen integriert werden bzw. eine Decklage fein graduiert exakt auf die Applikation und deren spezifische Anforderung abgestimmt werden. Eine Graduierung der Decklagen der Abschirmteile kann auch durch den sortenreinen Aufbau eines Kerns und nachfolgender Beschichtung, beispielsweise im Tauchbeschichtungsverfahren erfolgen und kostengünstig in Serienprozessen dargestellt werden It is advantageous if the first or second layer of two or more layers of different ceramic materials are laminated in the green state or the first or second layer are at least partially coated, so that an additional shielding effect can be achieved. In this way, functional differences in the cover layers can be integrated or a cover layer finely graduated exactly matched to the application and their specific requirements. A graduation of the cover layers of the shielding parts can also be carried out by the unmixed structure of a core and subsequent coating, for example in the dip coating process, and can be represented cost-effectively in series processes
Vorteilhafterweise kann die Verbindung der ersten Lage und der zweiten Lage mit der Zwischenlage im Grünzustand mittels eines Klebstoffs oder eines anderen geeigneten Bindemittels erfolgt. Advantageously, the connection of the first layer and the second layer with the intermediate layer in the green state by means of an adhesive or other suitable binder is carried out.
Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist, dass präkeramische Papiere im nicht gesinterten Zustand derart geformt und bearbeitet werden können, dass eine Oberlage und eine Unterlage zu einem Abschirmteil kombiniert werden können. Vorteilhafterweise bildet die Verwendung einer keramischen Stützstruktur Hohlräume, die mit einem sehr niedrig-wärmeleitenden Füllstoff beschickt werden können. Außerdem ist es von Vorteil, dass die Stützstruktur eine große Oberfläche aufweist, so dass der Isolationseffekt verstärkt ist. Diese im Inneren des erfindungsgemäßen Abschirmteils angeordnete Stützstruktur zeigt idealerweise eine sehr niedrige thermische Wärmeleitung bei einer hohen mechanischen Belastbarkeit. It is advantageous in the present invention that pre-ceramic papers in the non-sintered state can be shaped and processed in such a way that a top layer and a base can be combined to form a shielding part. Advantageously, the use of a ceramic support structure forms cavities that can be charged with a very low heat-conductive filler. In addition, it is advantageous that the support structure has a large surface, so that the insulation effect is enhanced. This support structure arranged in the interior of the shielding part according to the invention ideally shows a very low thermal heat conduction with a high mechanical load capacity.
Erfindungsgemäße Abschirmteile können in einem sehr hohen Temperaturbereich eingesetzt werden und bieten auch bei sehr geringen Bauräumen noch gute Abschirmleistungen. Durch die Darstellung einer Hohlstruktur mit Aerogelfüllung können außerdem Leichtbauaspekte verfolgt werden. Die Fertigung durch Zuhilfenahme präkeramischer Papiere kann mit konventionellen Werkzeugen und Methoden erfolgen und auch in einem großen industriellen Rahmen beispielsweise als Serienprozess dargestellt werden. Eine funktionsgraduierte Darstellung einzelner Decklagen oder gesamter Abschirmteile bzw. Abschirmsysteme erweitert das mögliche Anwendungsspektrum der keramischen Abschirmteile und kann insbesondere einen Kosten-Nutzen-Vorteil bringen, wenn einzelne Decklagen aus kostengünstigen Kernlagen mit dünnen, effizienteren und teureren Werkstoffen kombiniert werden, entweder durch Laminierung oder in nachgeschalteten Beschichtungsverfahren. Shielding parts according to the invention can be used in a very high temperature range and still offer good shielding performance even with very small installation spaces. By presenting a hollow structure with airgel filling lightweight construction aspects can also be tracked. The production by the aid of preceramic papers can be carried out with conventional tools and methods and also be represented in a large industrial setting, for example as a series process. A function-graded representation of individual cover layers or entire shielding or shielding extends the potential application of ceramic shielding and can bring a particular cost-benefit advantage when individual cover layers are combined from inexpensive core layers with thin, more efficient and expensive materials, either by lamination or in downstream coating process.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines keramischen Abschirmteils
- – Bereitstellen einer ersten
keramischen Lage 2 im Grünzustand; - – Anschließend wird eine Zwischenlage
5 beispielsweise aus keramischem Papier aufgebracht.Die Zwischenlage 5 weist Kammern 4 auf, welche aus Streifen7 gebildet werden. Dieaus den Kammern 4 und den Streifen7 gebildete Zwischenlage 5 kann auch als Stützstruktur bezeichnet werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Stützstruktur sortengleich ausgeführt werden, um einerseits eine gute Verbindung zur ersten keramischenLage 2 und zur zweiten keramischenLage 3 sicher zustellen und außerdem Spannungen im hitzebelasteten Bauteil durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist es günstig als Stützstruktur eine Honigwabenstruktur anzuwenden, die sowohl eine optimale mechanische Stabilität aufweist als auch Anforderungen im Hinblick auf Leichtbauweise erfüllen kann. - – Im dritten Schritt erfolgt das Bereitstellen einer zweiten keramischen
Lage 3 im Grünzustand, wobei die zweite keramischeLage 3 auf dieZwischenlage 5 aufgebracht wird, so dass dieKammern 4 dann geschlossen sind. Vor dem Aufbringen der zweiten keramischenLage 3 auf dieZwischenlage 5 können dieKammern 4 nochmit einem Füllmittel 8 gefüllt werden. - – Der abschließende Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Verbund aus erster keramischer
Lage 2 ,Zwischenlage 5 und zweiter keramischerLage 3 gebrannt wird, wodurch das erfindungsgemäße keramische Abschirmteil1 seine endgültige Gestalt bekommt.
- - Providing a first
ceramic layer 2 in the green state; - - Subsequently, an
intermediate layer 5 for example, applied from ceramic paper. Theliner 5 haschambers 4 on which strip7 be formed. The from thechambers 4 and the strip7 formedliner 5 can also be referred to as a support structure. In one embodiment of the invention, the support structure can be made identical in order, on the one hand, a good connection to the firstceramic layer 2 and to the secondceramic layer 3 ensure safe and also to avoid stresses in the heat-stressed component by different thermal expansion coefficients. In this context, it is advantageous to use as a support structure, a honeycomb structure, which has both an optimal mechanical stability and can meet requirements in terms of lightweight construction. - - In the third step, the provision of a second
ceramic layer 3 in the green state, the secondceramic layer 3 on theliner 5 is applied, leaving thechambers 4 then closed. Before applying the secondceramic layer 3 on theliner 5 can thechambers 4 still with a filler8th be filled. - - The final step of the method according to the invention is that the composite of the first
ceramic layer 2 ,Liner 5 and secondceramic layer 3 is fired, whereby the ceramic shielding according to theinvention 1 gets his final shape.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl die erste keramische Lage
Vor dem Aufbringen der zweiten keramischen Lage
Ein Konturbeschnitt
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die erste keramische Lage
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, eine hinsichtlich des Werkstoffes erste keramische Lage
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- keramisches Abschirmteil ceramic shielding part
- 2 2
- erste keramische Lage first ceramic layer
- 3 3
- zweite keramische Lage second ceramic layer
- 4 4
- Kammer chamber
- 5 5
- keramische Zwischenlage ceramic liner
- 6 6
- freie Seite free page
- 7 7
- Streifen strip
- 8 8th
- Füllstoff filler
- 9 9
- Konturbeschnitt Konturbeschnitt
- 10 10
- Überlappung im Grünzustand Overlap in the green state
- 10a 10a
- Überlappung im gebrannten Zustand Overlap in the fired state
Claims (14)
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