DE102014004138A1 - Process for the highly productive production of flow-through structures low component density of metallic, ceramic or metal-ceramic materials - Google Patents

Process for the highly productive production of flow-through structures low component density of metallic, ceramic or metal-ceramic materials Download PDF

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Abstract

Verfahren zur automatisierten und damit hochproduktiven Herstellung hochtemperaturstabiler und in mehrere Raumrichtungen gut durchströmbare Formkörper geringer Bauteildichte und geringer Wärmekapazität aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass a. zunächst ein- oder mehrlagige Grünfolien aus keramischen, metallischen oder metall-keramischen Werkstoffen hergestellt werden, b. die anschließend partiell mit einem für das Fügen der Grünfolien geeigneten Material beschichtet werden, c. danach gestapelt werden, d. an definierten Stellen mit Durchbrüchen versehen werden, e. anschließend in mehrlagige Streifen geschnitten werden, f. die wiederum gestapelt und partiell miteinander verbunden werden können, g. wobei die Verfahrensschritte b bis f auch in anderer Reihenfolge erfolgen können, h. bevor diese expandiert werden, um eine wabenförmige Struktur auszubilden, i. auf deren oberer und untere Deckfläche mit einem geeigneten Verfahren und den notwendigen Hilfsmitteln eine oder mehrere ein- oder mehrkomponentige Grünfolien aus metallischen und/oder keramischen und/oder metall-keramischen Werkstoffen laminiert werden, die eine Zusammensetzung aufweisen, die nach der Entbinderung und Sinterung dichte oder poröse Gefüge ausbilden, und die Durchbrüche aufweisen können, oder die an keramische Grünkörper angebracht werden, um z. B. freistehende Wände zu versteifen, j. und abschließend eine Wärmebehandlung, die das Entbindern und Sintern beinhaltet, erfolgt, um einen Stoffschluss zwischen allen Einzelkomponenten herzustellen.Method for the automated and thus highly productive production of high-temperature-stable molded articles of low component density and low heat capacity which can easily be flowed through in several spatial directions and made of metallic and / or ceramic materials, characterized in that a. initially single or multilayer green films are made of ceramic, metal or metal-ceramic materials, b. which are then partially coated with a suitable material for joining the green sheets, c. be stacked afterwards, d. be provided with openings at defined locations, e. then cut into multilayer strips, f. which in turn can be stacked and partially interconnected, g. wherein the method steps b to f can also take place in a different order, h. before being expanded to form a honeycomb structure, i. one or more single-component or multicomponent green films of metallic and / or ceramic and / or metal-ceramic materials are laminated on their upper and lower cover surfaces with a suitable process and the necessary auxiliaries which have a composition which seals after debindering and sintering or form porous structure, and may have the breakthroughs, or which are attached to ceramic green body to z. To stiffen freestanding walls, j. and finally, a heat treatment involving debindering and sintering is performed to make a material bond between all the individual components.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstofftechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen, metallischen oder metall-keramischen 3-dimensionalen Formkörpern, die sich durch eine geringe Dichte und eine gute Durchströmbarkeit in mindestens zwei Raumrichtungen auszeichnen. Diese Formkörper können z. B. als Brennhilfsmittel oder Strahlungsschilde bei einer Wärmebehandlung eingesetzt werden, bei der es sich im Wesentlichen um die Sinterung von keramischen oder metallischen Bauteilen handelt.The invention relates to the field of materials technology and relates to a method for the production of ceramic, metal or metal-ceramic 3-dimensional moldings, which are characterized by a low density and good flow through in at least two spatial directions. These moldings can, for. B. are used as kiln furniture or radiation shields in a heat treatment, which is essentially the sintering of ceramic or metallic components.

Die Formkörper müssen auch bei hohen Einsatztemperaturen eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um das darauf positionierte Brenngut sicher zu lagern bzw. zu transportieren. Zudem dürfen in diesen Formkörpern durch eine geeignete Werkstoffauswahl und geeigneter konstruktiver Lösungen nur geringe mechanische Spannungen thermisch induziert werden, um eine gute Temperaturwechselbeständigkeit zu gewährleisten. Für die Formkörper sollen Werkstoffe zum Einsatz kommen, die eine Kontamination des Brenngutes bzw. eine Beeinflussung der Eigenschaften des Brenngutes vermeidet. Aus ökonomischer Sicht sollen die Formkörper gegenüber vollkeramischen Formkörpern sowohl eine geringere Wärmekapazität aufweisen, die den Energieverbrauch beim Aufheizen sowie den Zeitbedarf beim Abkühlen reduziert, als auch einen homogeneren Wärmeeintrag in den Formkörper ermöglichen, um eine möglichst homogene Erwärmung und Abkühlung zu ermöglichen.The molded articles must have sufficient strength even at high operating temperatures in order to securely store or transport the firing material positioned thereon. In addition, only low mechanical stresses may be thermally induced in these moldings by a suitable choice of materials and suitable constructive solutions in order to ensure a good thermal shock resistance. For the moldings materials should be used, which avoids contamination of the fuel or influencing the properties of the fuel. From an economic point of view, the moldings should have a lower heat capacity compared to all-ceramic moldings, which reduces the energy consumption during heating and the time required for cooling, as well as a more homogeneous heat input into the molded body to allow the most homogeneous heating and cooling possible.

In DE 298 16 572 U1 wird vorgeschlagen, eine keramische Platte aus Cordierit bzw. cordierithaltigem Material mit Durchgangsöffnungen als Brennhilfsmittel einzusetzen. Ein Netzwerk aus miteinander verbundenen, senkrechten Stegen definiert eine Platte mit zwischen den Stegen liegenden, eindimensional durchströmbaren Hohlräumen. Das Brenngut wird für die Wärmebehandlung auf die Stege gelegt. Im Vergleich zu dichten Platten aus Vollmaterial zeichnet sich die Stegstruktur durch die signifikante Reduzierung der Masse und demzufolge auch der Wärmekapazität aus. Allerdings weisen diese Strukturen keine geschlossene Oberfläche auf, so dass die Lagerung des Brenngutes nicht flächig erfolgt. Des Weiteren ist die Durchströmbarkeit der Struktur nur in Dickenrichtung gewährleistet und dies auch nur dann, wenn das Brenngut den oberen Bereich des Hohlraumes nicht abdeckt.In DE 298 16 572 U1 It is proposed to use a ceramic plate made of cordierite or cordierithaltigem material with through holes as kiln furniture. A network of interconnected, vertical webs defines a plate with lying between the webs, one-dimensional flow-through cavities. The kiln is placed on the bars for the heat treatment. In comparison to dense panels made of solid material, the web structure is characterized by the significant reduction of the mass and consequently also of the heat capacity. However, these structures have no closed surface, so that the storage of the fuel is not flat. Furthermore, the through-flow of the structure is ensured only in the thickness direction and this only if the kiln does not cover the upper region of the cavity.

Die Handhabbarkeit stellt ein Problem bei dem in DE 199 31 306 A1 beschriebenen Bausatz dar. Dabei soll aus einer Vielzahl von Profilteilen ein Bauteil als Brennhilfsmittel gefügt werden. Die Profilteile sollen durch einen Kleber oder eine keramische Masse miteinander verbunden werden. Dies erfordert hohe Fertigkeiten an den Benutzer und ist im Vergleich zu monolithischen Bauteilen für einen Einsatz im Großindustriellen Maßstab nur bedingt geeignet.The handleability poses a problem in the DE 199 31 306 A1 This kit is to be added from a variety of profile parts a component as kiln furniture. The profile parts are to be connected by an adhesive or a ceramic mass. This requires a high level of skill for the user and is only of limited suitability for use on a large scale in comparison to monolithic components.

In DE 10 2011 120 547 A1 werden leichtgewichtige keramische Brennhilfsmittel beschrieben, die durch Umformen von keramischen Grünfolien zu Falt- oder Wellpappenstrukturen hergestellt werden. Dieser Prozess ist nur schwer automatisierbar und die Geometrie-Variationen der möglichen Stützstrukturen begrenzt. Stützstrukturen, die Wabenkörpern ähneln, gewährleisten zwar eine hohe Festigkeit, aber keine signifikante Durchströmbarkeit, wodurch höhere thermisch induzierte Spannungen – im Vergleich zu einer durchströmbaren Struktur – auftreten müssen. Stützstrukturen mit einer anderen Geometrie sind zwar gut durchströmbar, dies aber nur in eine Richtung, und weisen dabei eine geringere Festigkeit auf.In DE 10 2011 120 547 A1 describes lightweight ceramic kiln furniture, which are produced by forming ceramic green sheets into folded or corrugated cardboard structures. This process is difficult to automate and limits the geometry variations of the possible support structures. Although support structures resembling honeycomb bodies ensure high strength, they do not provide any significant flow through, which means that higher thermally induced stresses must occur in comparison to a flow-through structure. Although support structures with a different geometry can be flowed through well, but only in one direction, and have a lower strength.

In DE 20 2012 104 984 U1 werden hochfeste keramische Leichtbaustrukturen beschrieben, die durch das Ineinanderstecken von senkrecht angeordneten, partiell geschlitzten Streifen und darauf aufgebrachten Deckflächen aus pulvergefüllten Papieren oder keramischen Grünfolien hergestellt und anschließend gesintert werden. Der Herstellungsprozess ist durch das Ineinanderstecken der einzelnen Streifen sehr aufwendig und nur sehr schwer automatisierbar. Zudem sind die entstehenden Hohlräume durch die aufgebrachten Deckflächen nicht zugänglich, so dass eine homogene Erwärmung und Abkühlung nur bei geringen Heizraten gewährleistet werden kann.In DE 20 2012 104 984 U1 describes high-strength ceramic lightweight structures, which are produced by the nesting of vertically arranged, partially slit strips and top surfaces applied thereto made of powder-filled papers or ceramic green sheets and then sintered. The manufacturing process is very complicated and very difficult to automate by the nesting of the individual strips. In addition, the resulting cavities are not accessible by the applied top surfaces, so that a homogeneous heating and cooling can be ensured only at low heating rates.

Im Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben IGF 16485N: „Entwicklung neuartiger Formgebungsverfahren für die Herstellung von keramischen Leichtbaustrukturen unter Verwendung papiertechnologischer Formgebungsverfahren”, veröffentlicht von V. Beil, T. Schlordt, A. Hofenauer, N. Travitzky, F. Miletzky und P. Greil werden plattenförmige keramische Brennhilfsmittel aus präkeramischen Papieren beschrieben, die sandwichartig aus wellpappenähnlichen Elementen aufgebaut sind und eine geringe Dichte sowie eine gute Durchströmbarkeit, die allerdings nur in einer Richtung vorliegt, aufweisen. Da die Strukturen nach dem Ausbrand der Papierbestandteile und der anschließenden Sinterung der Keramikpartikel noch eine Porosität von mindestens 20 Vol.-% aufweisen, sind die mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu einem dichten Werkstoff signifikant reduziert.In the final report of the research project IGF 16485N: "Development of Novel Shaping Processes for the Production of Lightweight Ceramic Structures Using Papermaking Techniques", published by V. Beil, T. Schlordt, A. Hofenauer, N. Travitzky, F. Miletzky and P. Greil plate-shaped ceramic kiln furniture are described from pre-ceramic papers, which are sandwiched from corrugated board-like elements and a low density and good flow through, but which is present only in one direction, have. Since the structures still have a porosity of at least 20% by volume after the burn-out of the paper constituents and the subsequent sintering of the ceramic particles, the mechanical properties are significantly reduced in comparison to a dense material.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren darzustellen, mit dem hochtemperaturstabile und in mehrere Raumrichtungen gut durchströmbare, gesinterte Formkörper mit einer geringen Bauteildichte und geringer Wärmekapazität aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen automatisiert und damit hochproduktiv hergestellt werden können, die in einem Wärmebehandlungsschritt zu einem monolithischen Bauteil gesintert werden.It is therefore an object of the invention to provide a method, with the high-temperature stable and good in many directions through-flow, sintered molded body with a low component density and low heat capacity of metallic and / or ceramic materials automated and therefore highly productive can be produced, which are sintered in a heat treatment step to a monolithic component.

Die erzeugten Bauteile sollen dabei bei einer eingangsseitigen Gas-Durchströmung von 0,1 bis 10 m/min, gemessen bei Raumtemperatur und einem Absolutdruck von 900 bis 1100 mbar einen Druckabfall von 0,01 bis 1000 mbar/cm2, bevorzugt 0,1 bis 200 mbar/cm2 und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 20 mbar/cm2 hervorrufen.The components produced are intended to be at an input gas flow of 0.1 to 10 m / min, measured at room temperature and an absolute pressure of 900 to 1100 mbar a pressure drop of 0.01 to 1000 mbar / cm 2 , preferably 0.1 to 200 mbar / cm 2 and most preferably from 1 to 20 mbar / cm 2 cause.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.Advantageous embodiments and further developments can be achieved with features described in the subordinate claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Anforderungen bezüglich einer hohen Temperaturbeständigkeit durch den Einsatz von keramischen, metallischen und/oder metall-keramischen Werkstoffen erfüllt.In the method according to the invention, the requirements for high temperature resistance are met by the use of ceramic, metallic and / or metal-ceramic materials.

Die Anforderungen bezüglich einer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitiger geringer Dichte und Wärmekapazität des Bauteils werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Verwendung und Kombination dünner ein- oder mehrlagiger Grünfolien aus keramischen, metallischen und/oder metall-keramischen Werkstoffen, die partiell verbunden, zu Wabenkörpern expandiert und mit dünnen Deckflächen versehen werden, erfüllt. Da großvolumige Materialansammlungen vermieden und eine sehr gute Durchströmbarkeit gewährleistet werden können, wird eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit infolge geringer Wärmespannungen erzielt.The requirements for a high strength and rigidity while low density and heat capacity of the component are in the process of the invention by the use and combination of thin monolayer or multilayer green films of ceramic, metallic and / or metal-ceramic materials, which are partially connected to honeycomb bodies expanded and provided with thin cover surfaces, met. Since large-volume accumulation of material can be avoided and a very good flow through can be ensured, a high thermal shock resistance is achieved due to low thermal stresses.

Die Umformung der Grünfolien zur Expansion zu Wabenkörpern ist möglich, weil keramische und/oder pulvermetallurgische Grünfolien aufgrund der Ihnen eigenen Biegeschlaffheit und Flexibilität mittels papiertechnologischer Verfahren verarbeitbar sind. Aus US 3 493 450 ist die Verarbeitung von Papieren bzw. Pappen zu Wabenkörpern bekannt.The transformation of the green sheets for expansion into honeycomb bodies is possible because ceramic and / or powder metallurgical green sheets can be processed by means of paper technology due to their own bending slit and flexibility. Out US Pat. No. 3,493,450 is the processing of papers or cardboard to honeycomb bodies known.

Das Einbringen von Durchbrüchen in die einzelnen oder gestapelten Grünfolien verbindet alle Zellen miteinander, so dass die Wabenstruktur in alle drei Raumrichtungen durchströmbar ist.The introduction of openings in the individual or stacked green sheets connects all the cells with each other, so that the honeycomb structure can be flowed through in all three spatial directions.

Durch die Kombination von Grünfolien mit verschiedener Zusammensetzung können dichte Stützstrukturen mit einzelnen, definierten Durchbrüchen mit großen, durchströmbaren Hohlräumen sowie porösen und/oder durchbrochenen Deckflächen kombiniert werden. Die dichten Stützstrukturen weisen eine signifikant höhere Festigkeit als poröse Stützstrukturen auf. Die großen Hohlräume reduzieren die Gesamtmasse bzw. Gesamtdichte des Formteiles sowie dessen Gesamtwärmekapazität. Durch die Ausbildung poröser Deckflächen ist der Abtransport der Entbinderungsprodukte durch die Deckfläche der Formkörper möglich, so dass eine dichtere Ofenbelegung realisiert werden kann. Durch die Einbringung von Durchbrüchen in die Decklagen im Grünzustand, z. B. mittels Stanzen, kann die Durchströmbarkeit der Formkörper auch im gesinterten Zustand mit Deckflächen gesichert werden.The combination of green films with different composition dense support structures can be combined with individual, defined breakthroughs with large, permeable cavities and porous and / or openwork surfaces. The dense support structures have a significantly higher strength than porous support structures. The large cavities reduce the total mass or total density of the molded part and its total heat capacity. Due to the formation of porous cover surfaces, the removal of the debindering products by the cover surface of the molded bodies is possible, so that a denser furnace occupancy can be realized. By the introduction of breakthroughs in the cover layers in the green state, z. B. by punching, the flowability of the moldings can be secured in the sintered state with top surfaces.

Die partielle Verbindung der einzelnen Folienstreifen sowie die Verbindung der Decklagen mit der Wabenstruktur erfolgt durch den Auftrag eines Laminierhilfsmittels und/oder dem Einwirken von Druck und/oder Temperatur, wobei es sich bei dem Laminierhilfsmittel vorteilhafterweise um eine Suspension handelt, die ein sinterfähiges Pulver enthält, um einen stoffschlüssigen Verbund der einzelnen Lagen zu realisieren.The partial connection of the individual film strips and the connection of the cover layers with the honeycomb structure is effected by the application of a laminating assistant and / or the action of pressure and / or temperature, wherein the laminating assistant is advantageously a suspension containing a sinterable powder, to realize a cohesive bond of the individual layers.

Die Sinterung erfolgt vorzugsweise erst nach der Fügung aller Einzelkomponenten, um einen Stoffschluss zwischen allen Einzelkomponenten zu ermöglichen und einen monolithischen Formkörper zu erzeugen, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 1000 bis 2000°C.The sintering is preferably carried out only after the addition of all the individual components in order to allow a material bond between all individual components and to produce a monolithic molded body, preferably in a temperature range between 1000 to 2000 ° C.

Bevorzugtes Einsatzgebiet für die mit dem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 oder der Unteransprüche aufweist, hergestellten Formkörper ist die Wärmebehandlung. Die gefertigten Formteile können als leichtgewichtige Brennhilfsmittel mit hoher Steifigkeit und Festigkeit sowie mit geringer Wärmekapazität und Dichte eingesetzt werden. Dadurch können schnellere Aufheiz- und Abkühlraten realisiert werden, wodurch eine signifikante Zeit- und Energieeinsparung bei der Wärmebehandlung realisiert werden kann. Zudem verringert die geringe Wärmekapazität die für das Aufheizen des Ofenraumes notwendige Energie und verkürzt die für die Abkühlung notwendige Zeitspanne.Preferred field of use for the molded body produced by the method having the features of claim 1 or the subclaims is the heat treatment. The finished molded parts can be used as lightweight kiln furniture with high rigidity and strength and with low heat capacity and density. This allows faster heating and cooling rates can be realized, whereby a significant time and energy savings can be realized in the heat treatment. In addition, the low heat capacity reduces the energy required for heating the oven space and shortens the time required for cooling.

Durch die Verwendung von Grünfolienstreifen unterschiedlicher Dicke bzw. Breite, die auch über die Länge der einzelnen Streifen variieren kann, können wabenförmige Stützstrukturen mit einer oder zwei nicht-ebenen Oberflächen erzeugt werden. Auf diese Oberflächen werden nach der Expansion jeweils eine oder mehrere ein- oder mehrkomponentige Grünfolien aus metallischen und/oder keramischen und/oder metall-keramischen Werkstoffen aufgebracht, die entweder vor dem Fügeprozess schon durch ein geeignetes Verfahren umgeformt wurden oder während des Fügeprozesses defektfrei umgeformt werden können, um die Geometrie der Wabenstruktur abzubilden. Nach der abschließenden thermischen Prozessierung können diese Strukturen als Brennhilfsmittel mit einer an das Brenngut angepassten Geometrie eingesetzt werden, um z. B. rotationssymmetrische Brenngüter sicher zu lagern oder nicht-ebene Brenngüter nicht nur an einzelnen Auflagerpunkten zu stützen, um Deformationen während der Wärmebehandlung zu vermeiden.By using green film strips of varying thickness or width, which may also vary over the length of the individual strips, honeycomb support structures having one or two non-planar surfaces can be created. One or more single-component or multi-component green films of metallic and / or ceramic and / or metal-ceramic materials are applied to these surfaces after the expansion, which have already been reshaped before the joining process by a suitable method or are deformed defect-free during the joining process can be used to map the geometry of the honeycomb structure. After the final thermal processing, these structures can be considered as Brennhilfsmittel be used with a geometry adapted to the firing to z. B. rotationally symmetrical combustible goods to store or non-planar fuel not only at individual support points to prevent deformation during the heat treatment.

Die Formkörper mit ebener oder nicht-ebener Oberfläche können aber auch im gesinterten Zustand als Strahlungsschilde eingesetzt oder grün als durchströmbare Versteifungselemente mit einer geringen Dichte an andere Komponenten angebracht und mit diesen gemeinsam gesintert werden.However, the shaped bodies with a flat or non-planar surface can also be used as radiation shields in the sintered state or can be attached green as through-flowable stiffening elements with a low density to other components and be sintered together with them.

Figurenbeschreibungfigure description

1 zeigt eine trockene keramische Grünfolie (27) als ebenes Breit-Flach-Erzeugnis, die als Ausgangshalbzeug dient und auf metallischen, keramischen oder einer Mischungen aus metallischen und keramischen Werkstoffen basiert. 1 shows a dry ceramic green sheet ( 27 ) as a flat wide-flat product, which serves as a starting semi-finished product and based on metallic, ceramic or a mixture of metallic and ceramic materials.

In 2 ist diese Grünfolie (27) dargestellt, nachdem diese partiell mit einem Laminierhilfsmittel (26) beschichtet wurde.In 2 is this green foil ( 27 ) after being partially coated with a laminating aid ( 26 ) was coated.

Anschließend werden diese partiell beschichteten Grünfolien übereinander gestapelt, wobei die Bereiche, auf denen das Laminierhilfsmittel (22) aufgebracht wurde, für übereinander liegenden Folien in verschiedenen Bereichen liegen sollten, wie dies beispielhaft in 3 dargestellt ist.Subsequently, these partially coated green sheets are stacked on top of each other, with the areas where the laminating aid ( 22 ) should be for overlapping films in different areas, as exemplified in 3 is shown.

Nach der Lamination der verschiedenen, partiell mit Laminierhilfsmittel beschichteten Grünfolien, wird der wie in 4 dargestellte, entstandene Stapel in Stapelstreifen (25) geschnitten, die wie in 5 dargestellt z. B. mittels Stanzen mit Durchbrüchen (22) versehen werden, wobei das Einbringen der Durchbrüche auch vor dem Zuschnitt erfolgen kann und der Querschnitt der Durchbrüche nicht kreisförmig ausgeführt werden muss.After lamination of the various partially coated with laminating green sheets, the as in 4 illustrated, resulting stacks in stacking strips ( 25 ) cut like in 5 represented z. B. by punching with breakthroughs ( 22 ), wherein the introduction of the breakthroughs can also take place before cutting and the cross-section of the openings must not be made circular.

6 zeigt verschiedene, mit Durchbrüchen (22) versehene Stapelstreifen (25), die hintereinander angeordnet und mittels partiell aufgebrachten Laminierhilfsmittel (26) zu einem quasi-endlosen Verbund (24) aus einzelnen Grünfolien, die aber immer nur partiell miteinander verbunden sind, gefügt werden, der in 7 dargestellt ist. 6 shows different, with breakthroughs ( 22 ) provided stacking strips ( 25 ), which are arranged one behind the other and by means of partially applied laminating ( 26 ) into a quasi-endless compound ( 24 ) from individual green sheets, but which are always only partially connected with each other, be joined, the in 7 is shown.

In 8 ist eine wabenförmige Struktur (2) exemplarisch dargestellt, die entsteht, wenn die Bereiche, auf denen das Laminierhilfsmittel (26) aufgebracht wird, von Grünfolie (27) zu Grünfolie (27) mittig versetzt angeordnet sind und der quasi-endlose Verbund (24) in Dickenrichtung der Grünfolien (27) auseinander gezogen (expandiert) wird. Dabei erfolgt eine Umformung der Grünfolien (21), so dass dazwischen große Hohlräume ausgebildet werden, die über die Durchbrüche (22) auch durch die umgeformten Grünfolien (21) hindurch miteinander verbunden sind. Die Breite der Folienstreifen nach dem Zuschnitt zu Stapelstreifen (25) bleibt während der Umformung unverändert und definiert die Höhe der gebildeten Struktur.In 8th is a honeycomb structure ( 2 ), which arises when the areas on which the laminating assistant ( 26 ), of green sheet ( 27 ) to green film ( 27 ) are arranged centrally offset and the quasi-endless compound ( 24 ) in the thickness direction of the green sheets ( 27 ) is pulled apart (expanded). In this case, a transformation of the green sheets ( 21 ), so that between large cavities are formed, which are above the breakthroughs ( 22 ) also by the transformed green sheets ( 21 ) are interconnected. The width of the film strips after cutting into stack strips ( 25 ) remains unchanged during forming and defines the height of the formed structure.

Durch die in 9 dargestellte Lamination von jeweils einer oder mehrerer Grünfolien mit eingebrachten Durchbrüchen (31) als untere (4) und obere Deckfläche (3) auf die expandierte Wabenstruktur und der abschließenden, gemeinsamen Wärmebehandlung zur Entbinderung und Sinterung der eingesetzten Materialien entsteht ein hochtemperaturstabiler und in mehrere Raumrichtungen gut durchströmbare Formkörper geringer Bauteildichte und geringer Wärmekapazität (1), der exemplarisch in 10 dargestellt ist.By the in 9 illustrated lamination of one or more green sheets with introduced breakthroughs ( 31 ) as the lower (4) and upper ( 3 ) on the expanded honeycomb structure and the final, common heat treatment for debinding and sintering of the materials used, a high-temperature-stable and in many spatial directions well flow-through molding of low component density and low heat capacity ( 1 ), which is exemplary in 10 is shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims (8)

Verfahren zur automatisierten und damit hochproduktiven Herstellung hochtemperaturstabiler und in mehrere Raumrichtungen gut durchströmbare Formkörper geringer Bauteildichte und geringer Wärmekapazität aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass a. zunächst ein- oder mehrlagige Grünfolien aus keramischen, metallischen oder metall-keramischen Werkstoffen hergestellt werden, b. die anschließend partiell mit einem für das Fügen der Grünfolien geeigneten Material beschichtet werden, c. danach gestapelt werden, d. an definierten Stellen mit Durchbrüchen versehen werden, e. anschließend in mehrlagige Streifen geschnitten werden, f. die wiederum gestapelt und partiell miteinander verbunden werden können, g. wobei die Verfahrensschritte b bis f auch in anderer Reihenfolge erfolgen können, h. bevor diese expandiert werden, um eine wabenförmige Struktur auszubilden, i. auf deren oberer und untere Deckfläche mit einem geeigneten Verfahren und den notwendigen Hilfsmitteln eine oder mehrere ein- oder mehrkomponentige Grünfolien aus metallischen und/oder keramischen und/oder metall-keramischen Werkstoffen laminiert werden, die eine Zusammensetzung aufweisen, die nach der Entbinderung und Sinterung dichte oder poröse Gefüge ausbilden, und die Durchbrüche aufweisen können, oder die an keramische Grünkörper angebracht werden, um z. B. freistehende Wände zu versteifen, j. und abschließend eine Wärmebehandlung, die das Entbindern und Sintern beinhaltet, erfolgt, um einen Stoffschluss zwischen allen Einzelkomponenten herzustellen.Method for the automated and thus highly productive production of high-temperature-stable shaped articles which can be easily flowed through in several spatial directions, low component density and low heat capacity of metallic and / or ceramic materials, characterized in that a. initially single or multilayer green films are made of ceramic, metal or metal-ceramic materials, b. which are then partially coated with a suitable material for joining the green sheets, c. be stacked afterwards, d. be provided with openings at defined locations, e. then cut into multilayer strips, f. which in turn can be stacked and partially interconnected, g. wherein the method steps b to f can also take place in a different order, h. before being expanded to form a honeycomb structure, i. one or more single-component or multicomponent green films of metallic and / or ceramic and / or metal-ceramic materials are laminated on their upper and lower cover surfaces with a suitable process and the necessary auxiliaries which have a composition which seals after debindering and sintering or form porous structure, and may have the breakthroughs, or which are attached to ceramic green body to z. To stiffen freestanding walls, j. and finally, a heat treatment involving debindering and sintering is performed to make a material bond between all the individual components. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmig bzw. partiell beschichteten Fügestellen zweier benachbarter Folienstreifen versetzt angeordnet sind.A method according to claim 1, characterized in that the strip-shaped or partially coated joints of two adjacent film strips are arranged offset. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Grünfolien mit unterschiedlicher Zusammensetzung kombiniert werden können.A method according to claim 1 or 2, characterized in that green sheets can be combined with different compositions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Grünfolienstreifen mit unterschiedlicher Geometrie partiell miteinander verbunden werden und so eine Wabenstrukutur mit mindestens einer nicht ebenen Deckfläche realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that green foil strips with different geometry are partially connected to each other and so a honeycomb structure is realized with at least one non-planar top surface. Verfahren nach den Ansprüchen 1. bis 4. dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrensgemäß erzeugten Bauteile bei einer eingangsseitigen Gas-Durchströmung von 0,1 bis 10 m/min, gemessen bei Raumtemperatur und einem Absolutdruck von 900 bis 1100 mbar einen Druckabfall von 0,01 bis 1000 mbar/cm2, bevorzugt 0,1 bis 200 mbar/cm2 und ganz besonders bevorzugt von 1 bis 20 mbar/cm2 hervorrufen.Process according to claims 1 to 4, characterized in that the components produced according to the method with an input-side gas flow of 0.1 to 10 m / min, measured at room temperature and an absolute pressure of 900 to 1100 mbar a pressure drop of 0.01 to 1000 mbar / cm 2 , preferably 0.1 to 200 mbar / cm 2 and very particularly preferably from 1 to 20 mbar / cm 2 cause. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung metallischer Folien Pulver der refraktären Metalle eingesetzt werden, die hauptsächlich Elemente, wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Titan, Niob, Chrom u. a. enthalten oder Pulver von Legierungen auf Eisen-, Cobalt- oder Nickelbasis, die hinreichende mechanische und besondere thermische Eigenschaften besitzen, wie Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsstabilität.Method according to one of Claims 1-5, characterized in that, for the production of metallic foils, powders of the refractory metals are used which mainly contain elements such as tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, niobium, chromium, etc., or powders of alloys on iron, Cobalt or nickel base, which have sufficient mechanical and special thermal properties, such as oxidation resistance and corrosion resistance. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Folien keramische Oxid- oder Nichtoxidpulver eingesetzt werden, wie Aluminiumoxid, Calciumoxid, Calciumcarbonat, (teil-)stabilisiertes Zirkondioxid, zirkondioxidverstärktes Aluminiumoxid, aluminiumoxidverstärktes Zirkondioxid, Titandioxid, Aluminiumtitanat, Aluminiumnitrid, Aluminiumsilikat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Porzellan, Steatit, Cordierit, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Bornitrid, Borcarbid und Mischungen daraus, die hinreichend mechanische und besondere thermische Eigenschaften besitzen, wie Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsstabilität.Method according to one of claims 1-5, characterized in that the preparation of the films ceramic oxide or non-oxide powder are used, such as alumina, calcium oxide, calcium carbonate, (partially) stabilized zirconia, zirconia-reinforced alumina, alumina-reinforced zirconia, titania, aluminum titanate, aluminum nitride , Aluminum silicate, silicon carbide, silicon nitride, silicon dioxide, porcelain, steatite, cordierite, beryllium oxide, magnesium oxide, boron nitride, boron carbide and mixtures thereof, which have sufficiently mechanical and particular thermal properties, such as oxidation resistance and corrosion stability. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Folien einige der in den Ansprüchen 6 und 7 genannten metallischen und keramischen Pulver in Kombination eingesetzt werden, wie z. B. 17-4PH, 316L oder CroFer22APU in Verbindung mit Yttriumoxid teil- oder vollstabilisiertem Zirkondioxid.Method according to one of claims 1-5, characterized in that for the production of the films some of the mentioned in claims 6 and 7 metallic and ceramic powders are used in combination, such as. For example, 17-4PH, 316L or CroFer22APU in conjunction with yttria partially or fully stabilized zirconia.
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