DE102016115183A1 - Porous material, powder for producing a porous material, process for producing a porous material and component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein poröses Material, insbesondere eine Vergussmasse für einen Sensor, wobei das poröse Material, insbesondere die Vergussmasse, erfindungsgemäß einen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 105 Ω·cm, insbesondere von mindestens 106 Ω·cm, bei einer Temperatur von 1.000 °C aufweist.The invention relates to a porous material, in particular a potting compound for a sensor, wherein the porous material, in particular the potting compound according to the invention, a specific electrical resistance of at least 105 Ω · cm, in particular of at least 106 Ω · cm, at a temperature of 1000 ° C. having.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein poröses Material, insbesondere auf eine Vergussmasse für einen Sensor. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Pulver zur Herstellung eines porösen Materials, umfassend Metalloxidpartikel, insbesondere Aluminiumoxidpartikel (Al2O3) und/oder Magnesiumoxidpartikel (MgO) und/oder Berylliumoxidpartikel (BeO). Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials, insbesondere eines erfindungsgemäßen porösen Materials. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer Beschichtung und/oder eingebettet in eine Vergussmasse, wobei die Beschichtung und/oder die Vergussmasse ein erfindungsgemäßes poröses Material oder ein erfindungsgemäß hergestelltes poröses Material ist. The invention relates to a porous material, in particular to a potting compound for a sensor. The invention further relates to a powder for producing a porous material comprising metal oxide particles, in particular aluminum oxide particles (Al 2 O 3 ) and / or magnesium oxide particles (MgO) and / or beryllium oxide particles (BeO). Moreover, the invention relates to a method for producing a porous material, in particular a porous material according to the invention. Furthermore, the invention relates to a component with a coating and / or embedded in a potting compound, wherein the coating and / or the potting compound is a porous material according to the invention or a porous material produced according to the invention.
Sensoren müssen vor chemisch aggressiver Umgebung geschützt werden. Beispielsweise müssen Sensoren im Abgasstrang eines Automobils vor chemisch aggressiver Umgebung geschützt werden. Ein in ein Gehäuse eingebetteter Sensor muss des Weiteren Anforderungen an Korrosionsfestigkeit und/oder Thermoschockfestigkeit und/oder Vibrationsfestigkeit erfüllen.Sensors must be protected against chemically aggressive environments. For example, sensors in the exhaust line of an automobile must be protected from a chemically aggressive environment. A sensor embedded in a housing must also meet requirements for corrosion resistance and / or thermal shock resistance and / or vibration resistance.
Aus dem Stand der Technik sind Vergussmassen auf Basis von Phosphatzement bekannt. Derartige Vergussmassen weisen allerdings bei hohen Temperaturen eine steigende elektrische Leitfähigkeit auf. Zudem ist Phosphatzement chemisch reaktiv.Casting compounds based on phosphate cement are known from the prior art. However, such potting compounds have an increasing electrical conductivity at high temperatures. In addition, phosphate cement is chemically reactive.
Des Weiteren ist es bekannt, das Gehäuse, in dem sich der Sensor befindet, auszupulvern. Nachteil bei einer derartigen Ausführungsform eines Sensors ist die unzureichende Thermoschock- und Vibrationsfestigkeit. Furthermore, it is known to ausuberulvern the housing in which the sensor is located. Disadvantage of such an embodiment of a sensor is the insufficient thermal shock and vibration resistance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein weiterentwickeltes poröses Material, insbesondere eine Vergussmasse für einen Sensor, anzugeben. Das poröse Material, insbesondere die Vergussmasse ist derart weiterzubilden, dass das poröse Material, insbesondere die Vergussmasse bei hohen Temperaturen elektrisch isolierend wirkt. Des Weiteren soll das poröse Material, insbesondere die Vergussmasse, thermoschock- und vibrationsbeständig sein. Vorzugsweise soll das poröse Material, insbesondere die Vergussmasse, für eine Verwendung innerhalb eines Sensorgehäuses geeignet sein, wobei es sich bei dem Sensor vorzugsweise um einen Platin-Dünnfilm-Sensor handelt.The invention is based on the object of specifying a further developed porous material, in particular a potting compound for a sensor. The porous material, in particular the potting compound is to be developed such that the porous material, in particular the potting compound at high temperatures acts electrically insulating. Furthermore, the porous material, in particular the potting compound, should be resistant to thermal shock and vibration. Preferably, the porous material, in particular the potting compound, should be suitable for use within a sensor housing, wherein the sensor is preferably a platinum thin-film sensor.
Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Pulver zur Herstellung eines porösen Materials, insbesondere zur Herstellung einer Vergussmasse, anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials, insbesondere einer Vergussmasse für einen Sensor, anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes Bauteil mit einer Beschichtung und/oder eingebettet in eine Vergussmasse, anzugeben, wobei die Beschichtung und/oder die Vergussmasse erfindungsgemäß weiterentwickelt ist. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a powder for producing a porous material, in particular for producing a potting compound. Another object of the invention is to provide a further developed method for producing a porous material, in particular a potting compound for a sensor. It is another object of the present invention to provide a further developed component with a coating and / or embedded in a potting compound, wherein the coating and / or the potting compound is further developed according to the invention.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf ein poröses Material durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Im Hinblick auf ein Pulver zur Herstellung eines porösen Materials wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 7 gelöst. Im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 11 gelöst. Im Hinblick auf ein Bauteil mit einer Beschichtung und/oder eingebettet in eine Vergussmasse wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 18 gelöst.According to the invention this object is achieved with regard to a porous material by the features of claim 1. With regard to a powder for producing a porous material, the object is achieved by the features of claim 7. With regard to a method for producing a porous material, the object is achieved by the features of claim 11. With regard to a component with a coating and / or embedded in a potting compound, the object is achieved by the features of claim 18.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein poröses Material, insbesondere eine Vergussmasse für einen Sensor, anzugeben, wobei der spezifische elektrische Widerstand des porösen Materials, insbesondere der Vergussmasse für einen Sensor, mindestens 105 Ω·cm, insbesondere mindestens 106 Ω·cm, bei einer Temperatur von 1.000 °C beträgt.The invention is based on the idea of a porous material, particularly a sealing compound for a sensor to indicate the electrical resistivity of the porous material, in particular of the sealing compound for a sensor, at least 10 5 Ω · cm, especially at least 10 6 Ω · cm at a temperature of 1000 ° C.
Die Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands (RS) des porösen Materials, insbesondere der Vergussmasse für einen Sensor, erfolgt vorzugsweise mit einer 4-Punkt-Messung oder einer 2-Punkt-Messung entsprechend der
Im Fall der 4-Punkt-Messung wird mit zwei aufgedrückten Prüfspitzen und einem Potentiometer (Hewlett-Packard 4355A) der Potentialabfall zwischen den Metallstreifen gemessen und der Oberflächenwiderstand (SR) bestimmt. Die Schichtdicke (d) wird an einer parallel hergestellten Schicht bestimmt. Für den spezifischen elektrischen Widerstand gilt: RS = SR·d. In the case of the 4-point measurement, the potential drop between the metal strips is measured with two pressed test probes and a potentiometer (Hewlett-Packard 4355A) and the surface resistance (SR) is determined. The layer thickness (d) is determined on a layer produced in parallel. For the specific electrical resistance: RS = SR · d.
Der hohe spezifische elektrische Widerstand der Vergussmasse bei einer Temperatur von 1.000 °C bewirkt, dass ein Sensor auch bei beispielsweise im Abgasstrang herrschenden hohen Temperaturen exakte Messwerte liefert.The high electrical resistivity of the potting compound at a temperature of 1000 ° C causes a sensor even when supplied for example in the exhaust system high temperatures provides accurate readings.
Das poröse Material kann Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Magnesiumoxid (MgO) und/oder Berylliumoxid (BeO), aufweisen. The porous material may comprise metal oxide, in particular aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and / or magnesium oxide (MgO) and / or beryllium oxide (BeO).
Vorzugsweise ist das poröse Material dadurch gekennzeichnet, dass die Poren untereinander verbunden sind und ein perkulierendes System bilden. Derartige Metalloxide oder Mischungen derartiger Metalloxide sind beispielsweise chemisch neutral zu Platin, so dass das erfindungsgemäße poröse Material insbesondere als Vergussmasse für einen Platin-Sensor dienen kann.Preferably, the porous material is characterized in that the pores are interconnected and form a perculatory system. Such metal oxides or mixtures of such metal oxides are, for example, chemically neutral to platinum, so that the porous material according to the invention can serve in particular as a potting compound for a platinum sensor.
Das poröse Material kann hochreines Aluminiumoxid aufweisen, wobei der Reinheitsgrad des Aluminiumoxids (Al2O3) mindestens 99,99 % beträgt. Besonders bevorzugt besteht das poröse Material nur aus hochreinem Aluminiumoxid (Al2O3), wobei der Reinheitsgrad des Aluminiumoxids (Al2O3) mindestens 99,99 % beträgt. Ein derart reines Aluminiumoxid gewährleistet eine äußerst gute elektrische Isolation. The porous material may comprise high purity alumina, with the purity of the alumina (Al 2 O 3 ) being at least 99.99%. Particularly preferably, the porous material consists only of highly pure aluminum oxide (Al 2 O 3 ), wherein the degree of purity of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is at least 99.99%. Such a pure alumina ensures extremely good electrical insulation.
Vorzugsweise beträgt der Kohlenstoffgehalt (C) des porösen Materials weniger als 1.000 ppm, insbesondere weniger als 500 ppm, insbesondere weniger als 250 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm, bezogen auf die Gesamtmasse des porösen Materials. Preferably, the carbon content (C) of the porous material is less than 1,000 ppm, in particular less than 500 ppm, in particular less than 250 ppm, in particular less than 100 ppm, based on the total mass of the porous material.
Des Weiteren beträgt der Anteil eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Bor (B), Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Blei (Pb), Indium (In), Thallium (Tl), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi), Schwefel (S), Selen (Se), Tellur (Te), Zink (Zn), Kadmium (Cd), Silber (Ag) und Quecksilber (Hg)Furthermore, the proportion of an element selected from the group consisting of:
Lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), indium (In), thallium (Tl), Phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), zinc (Zn), cadmium (Cd), silver (Ag) and Mercury (Hg)
weniger als 100 ppm bezogen auf die Gesamtmasse des porösen Materials. Mehrere Elemente der genannten Gruppe weisen vorzugsweise einen Gesamtanteil von weniger als 1.000 ppm bezogen auf die Gesamtmasse des porösen Materials auf. Mit anderen Worten beträgt der Anteil einzelner Elemente ausgewählt aus der obenstehenden Gruppe weniger als 100 ppm. Sofern mehrere Elemente vorliegen, die aus der obengenannten Gruppe ausgewählt sind, beträgt der Anteil der Summe aller Elemente weniger als 1.000 ppm bezogen auf die Gesamtmasse des porösen Materials.less than 100 ppm based on the total mass of the porous material. Several elements of said group preferably have a total content of less than 1000 ppm based on the total mass of the porous material. In other words, the proportion of individual elements selected from the above group is less than 100 ppm. If there are several elements selected from the above-mentioned group, the proportion of the sum of all elements is less than 1,000 ppm based on the total mass of the porous material.
Die Porosität des D des Materials beträgt vorzugsweise 25 % bis 50 %. Das Porenvolumen des porösen Materials beträgt vorzugsweise 0,05 cm3/g bis 0,5 cm3/g. Besonders bevorzugt beträgt die Porosität 35 %, das Porenvolumen beträgt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform 0,14 cm3/g.The porosity of the D of the material is preferably 25% to 50%. The pore volume of the porous material is preferably 0.05 cm 3 / g to 0.5 cm 3 / g. Particularly preferably, the porosity is 35%, the pore volume is in a particularly preferred embodiment 0.14 cm 3 / g.
Die Porosität und/oder das Porenvolumen werden vorzugsweise mittels Quecksilberporosimetrie bestimmt. Zur Durchführung einer Quecksilberporosimetrie werden vorzugsweise Geräte der Firma Porotec (Pascal 140 im Niederdruckbereich, Pascal 440 im Hochdruckbereich) verwendet. Gemäß der
Das poröse Material kann des Weiteren eine Porengröße d50 von 50 bis 150 nm aufweisen. Mit anderen Worten kann die Porengröße einen d50-Wert (Median) von 50 bis 150 nm aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt ein d50-Wert für die Porengröße 88 nm.The porous material may further have a pore size d50 of 50 to 150 nm. In other words, the pore size may have a d50 value (median) of 50 to 150 nm. In a particularly preferred embodiment, a d50 value for the pore size is 88 nm.
Die Porengröße, insbesondere die Bestimmung des d50-Wertes (Median), wird vorzugsweise mittels Quecksilberporosimetrie, wie diese bereits beschrieben wurde, bestimmt. Des Weiteren ist es möglich, dass dieser Wert durch Mikroskopie bestimmt wird. The pore size, in particular the determination of the d 50 value (median), is preferably determined by means of mercury porosimetry, as has already been described. Furthermore, it is possible that this value is determined by microscopy.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des porösen Materials kann in einem Bereich von 6·10–6/K bis 15·10–6/K liegen. Mit anderen Worten beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient des porösen Materials vorzugsweise 6·106/K bis 15·106/K. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die thermische Ausdehnung 6,5·106/K bis 8,5·106/K betragen. Die thermische Ausdehnung wird beispielsweise mittels Dilatometrie bestimmt.The thermal expansion coefficient of the porous material may be in a range of 6 × 10 -6 / K to 15 × 10 -6 / K. In other words, the thermal expansion coefficient of the porous material is preferably 6 × 10 6 / K to 15 × 10 6 / K. In a further embodiment of the invention, the thermal Extension 6.5 · 10 6 / K to 8.5 · 10 6 / K amount. The thermal expansion is determined, for example, by means of dilatometry.
Des Weiteren beträgt die 3-Punkt-Biegefestigkeit des porösen Materials vorzugsweise mindestens 20 N/mm2. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die 3-Punkt-Biegefestigkeit 46 N/mm2. Furthermore, the 3-point bending strength of the porous material is preferably at least 20 N / mm 2 . In a particularly preferred embodiment of the invention, the 3-point bending strength is 46 N / mm 2 .
Das poröse Material, das insbesondere als Vergussmasse für einen Sensor ausgebildet ist, vereint mehrere Vorteile. Demnach weißt das poröse Material eine äußerst gute elektrische Isolation auf. Außerdem weist das poröse Material eine hohe Festigkeit auf. Die poröse Mikrostruktur des porösen Materials ermöglicht des Weiteren eine Sauerstoffzufuhr zum Sensor. Des Weiteren ist das poröse Material chemisch neutral zu Platin und absorbiert Metall und Metalloxiddämpfe, die beispielsweise von einer Schutzhülse ausgehen.The porous material, which is designed in particular as potting compound for a sensor, combines several advantages. Accordingly, the porous material has an extremely good electrical insulation. In addition, the porous material has a high strength. The porous microstructure of the porous material further allows for oxygen delivery to the sensor. Furthermore, the porous material is chemically neutral to platinum and absorbs metal and metal oxide vapors emanating, for example, from a protective sleeve.
Aufgrund der Reinheit des verwendeten Materials, insbesondere des verwendeten Aluminiumoxids, wird eine geringere Vergiftung eines Sensors, insbesondere eines Platin-Sensors, erreicht. Aufgrund der Porosität des Materials kann eine Filterfunktion erreicht werden.Due to the purity of the material used, in particular the alumina used, a lower poisoning of a sensor, in particular a platinum sensor is achieved. Due to the porosity of the material, a filter function can be achieved.
Bei dem porösen Material, insbesondere bei der Vergussmasse für einen Sensor, handelt es sich insbesondere um ein gebranntes oder gesintertes Material.The porous material, in particular the potting compound for a sensor, is in particular a fired or sintered material.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Pulver zur Herstellung eines porösen Materials. Insbesondere betrifft dieser Aspekt der Erfindung ein Pulver zur Herstellung eines erfindungsgemäßen porösen Materials. Das Pulver umfasst Metalloxidpartikel, insbesondere Aluminiumoxidpartikel (Al2O3) und/oder Magnesiumoxidpartikel (MgO) und/oder Berylliumoxidpartikel (BeO). Another aspect of the invention relates to a powder for producing a porous material. In particular, this aspect of the invention relates to a powder for producing a porous material according to the invention. The powder comprises metal oxide particles, in particular aluminum oxide particles (Al 2 O 3 ) and / or magnesium oxide particles (MgO) and / or beryllium oxide particles (BeO).
Erfindungsgemäß umfasst das Pulver mindestens zwei Partikelfraktionen, insbesondere mindestens drei Partikelfraktionen, wobei die Korngrößen d50 der jeweiligen Partikelfraktionen unterschiedliche Werte aufweisen. According to the invention, the powder comprises at least two particle fractions, in particular at least three particle fractions, the particle sizes d50 of the respective particle fractions having different values.
Bei der Korngröße d50 handelt es sich um einen Median-Wert.The grain size d50 is a median value.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Pulver hochreines Aluminiumoxid (Al2O3) auf, wobei der Reinheitsgrad des Aluminiumoxids (Al2O3) mindestens 99,99 % beträgt. In einer wiederum äußerst bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Pulver nur aus hochreinem Aluminiumoxid (Al2O3), wobei der Reinheitsgrad des Aluminiumoxids Al2O3 mindestens 99,99 % beträgt.In a particularly preferred embodiment, the powder has high-purity aluminum oxide (Al 2 O 3 ), wherein the degree of purity of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is at least 99.99%. In yet another highly preferred embodiment of the invention, the powder consists only of high-purity alumina (Al 2 O 3 ), wherein the degree of purity of the alumina Al 2 O 3 is at least 99.99%.
Der Kohlenstoffgehalt des Pulvers beträgt vorzugsweise weniger als 1.000 ppm, vorzugsweise weniger als 500 ppm, insbesondere weniger als 250 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm, bezogen auf die Gesamtmasse des Pulvers.The carbon content of the powder is preferably less than 1,000 ppm, preferably less than 500 ppm, in particular less than 250 ppm, in particular less than 100 ppm, based on the total mass of the powder.
Das Pulver kann weitere Elemente aufweisen, wobei der Anteil eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Bor (B), Silizium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Blei (Pb), Indium (In), Thallium (Tl), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb), Bismut (Bi), Schwefel (S), Selen (Se), Tellur (Te), Zink (Zn), Kadmium (Cd), Silber (Ag) und Quecksilber (Hg)The powder may have further elements, wherein the proportion of an element selected from the group consisting of:
Lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), indium (In), thallium (Tl), Phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), zinc (Zn), cadmium (Cd), silver (Ag) and Mercury (Hg)
weniger als 100 ppm bezogen auf die Gesamtmasse des Pulvers beträgt. Mehrere Elemente der genannten Gruppe weisen vorzugsweise einen Gesamtanteil von weniger als 1.000 ppm bezogen auf die Gesamtmasse des Pulvers auf. Mit anderen Worten beträgt der Anteil einzelner Elemente ausgewählt aus der obenstehenden Gruppe weniger als 100 ppm. Sofern mehrere Elemente vorliegen, die aus der obengenannten Gruppe ausgewählt sind, beträgt der Anteil der Summe aller Elemente weniger als 1.000 ppm.less than 100 ppm based on the total mass of the powder. Several elements of said group preferably have a total content of less than 1000 ppm based on the total mass of the powder. In other words, the proportion of individual elements selected from the above group is less than 100 ppm. If there are several elements selected from the above group, the proportion of the sum of all elements is less than 1,000 ppm.
Die Reinheit des Pulvers, insbesondere des Al2O3-Pulvers, wird mittels Emissionsspektrometrie bestimmt. Zur Messung werden ICP-Spektrometer der Typen iCAP 6500 duo oder iCAP 7400 duo des Herstellers ThermoFisher Scientific verwendet. The purity of the powder, in particular of the Al 2 O 3 powder, is determined by means of emission spectrometry. For measurement, ICP spectrometers of the type iCAP 6500 duo or iCAP 7400 duo from the manufacturer ThermoFisher Scientific are used.
Die Messungen werden entsprechend der
Die erste Partikelfraktion des erfindungsgemäßen Pulvers weist vorzugsweise eine Korngröße d50 von 10 nm bis 1.000 nm auf. Die zweite Partikelfraktion weist vorzugsweise eine Korngröße d50 von 0,5 µm bis 50 µm auf. Die Partikelgrößen werden vorzugsweise mittels Laserbeugung bestimmt. The first particle fraction of the powder according to the invention preferably has a particle size d50 of 10 nm to 1000 nm. The second particle fraction preferably has a particle size d50 of 0.5 μm to 50 μm. The particle sizes are preferably determined by means of laser diffraction.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Pulver eine dritte Partikelfraktion mit einer Korngröße d50 von 30 µm bis 120 µm.In a particularly preferred embodiment, the powder comprises a third particle fraction with a particle size d50 of 30 μm to 120 μm.
Die Metalloxidpartikel des erfindungsgemäßen Pulvers zur Herstellung eines porösen Materials kann somit eine Partikelgröße d50 von 0,001 µm bis 120 µm aufweisen. The metal oxide particles of the powder according to the invention for producing a porous material can thus have a particle size d50 of 0.001 μm to 120 μm.
Die Partikelfraktionen können in einem bestimmten Mischungsverhältnis vorliegen:
Aufgrund eines derartigen Mischungsverhältnisses, insbesondere aufgrund der Verwendung von Partikelfraktionen mit nanoskaligen Partikeln kann bereits bei niedrigen Temperaturen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pulvers ein gutes Sinterergebnis bei der Herstellung des porösen Materials erzielt werden. Bezüglich der Partikelgrößenverteilung wird auf ein Messverfahren nach der
Das erfindungsgemäße Pulver zur Herstellung eines porösen Materials kann auch zur Herstellung eines mineralisolierten Leiters, bzw. zur Herstellung einer mineralisolierten Leitung, verwendet werden.The powder according to the invention for producing a porous material can also be used for producing a mineral-insulated conductor, or for producing a mineral-insulated pipe.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen porösen Materials. Another subsidiary aspect of the invention relates to a method for producing a porous material, in particular a method for producing a porous material according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a) Herstellen einer Dispersion aus einem Pulver, das Metalloxidpartikel umfasst, insbesondere aus einem erfindungsgemäßen Pulver, und aus einem Lösungsmittel, insbesondere einem anorganischen Lösungsmittel, besonderes bevorzugt Wasser;
- b) Bereitstellen einer Form oder eines Trägers;
- c) Befüllen der Form mit der Dispersion oder Beschichten des Trägers mit der Dispersion.
- a) producing a dispersion from a powder comprising metal oxide particles, in particular from a powder according to the invention, and from a solvent, in particular an inorganic solvent, particularly preferably water;
- b) providing a mold or a carrier;
- c) filling the mold with the dispersion or coating the support with the dispersion.
Es ist möglich, dass die Dispersion weitere Komponenten, z.B. Additive und/oder Entschäumer und/oder Fließhilfsmittel und/oder Stabilisatoren umfasst.It is possible that the dispersion may contain other components, e.g. Additives and / or defoamers and / or flow aids and / or stabilizers.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann des Weiteren folgende Schritte umfassen:
- d) Erwärmen der befüllten Form/des beschichteten Trägers und anschließendes
- e) Abkühlen der befüllten Form/des beschichteten Trägers sowie optional
- f) Entfernen der Form/des Trägers.
- d) heating the filled form / carrier and then
- e) cooling the filled form / carrier and optional
- f) removing the mold / carrier.
Der Schritt c), insbesondere das Befüllen der Form, kann bei Unterdruck durchgeführt werden.The step c), in particular the filling of the mold, can be carried out under reduced pressure.
Sofern ein Bauteil mit einer Beschichtung versehen werden soll und/oder in eine Vergussmasse eingebettet werden soll, sollte dieses Bauteil in der Form zumindest vorübergehend fixiert werden. Das Fixieren eines Bauteils erfolgt im Schritt b).If a component is to be provided with a coating and / or embedded in a potting compound, this component should be at least temporarily fixed in the mold. The fixing of a component takes place in step b).
Insbesondere nach dem Schritt f), also nachdem die Form und/oder der Träger entfernt wurde, kann in einem weiteren Bearbeitungsschritt das poröse Material geschliffen und/oder poliert und/oder gebohrt und/oder gefräst und/oder geschweißt und/oder gelötet werden. In particular, after step f), ie after the mold and / or the carrier has been removed, the porous material can be ground and / or polished and / or drilled and / or milled and / or welded and / or soldered in a further processing step.
Der Festkörpergehalt der Dispersion beträgt vorzugsweise 70 Gew. %–90 Gew. %. Besonders bevorzugt beträgt der Festkörpergehalt der Dispersion 85 Gew. %. Der Festkörpergehalt kann in einem einfachen Wiegeverfahren bestimmt werden. The solids content of the dispersion is preferably 70% by weight -90% by weight. The solids content of the dispersion is particularly preferably 85% by weight. The solids content can be determined in a simple weighing process.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Viskosität der Dispersion 5 Pa·s–15 Pa·s beträgt. Die Viskosität der Dispersion wird vorzugsweise entsprechend der
Im Schritt d) erfolgt vorzugsweise eine Erwärmung der Form/des beschichteten Trägers auf eine Temperatur von 100 °C–1.400 °C, insbesondere von 400 °C–1.100 °C, insbesondere von 600 °C–900 °C. In step d), the mold / coated support is preferably heated to a temperature of 100 ° C.-1,400 ° C., in particular from 400 ° C.-1,100 ° C., in particular from 600 ° C.-900 ° C.
Vorzugsweise beträgt der Volumenschrumpf zwischen den Schritten c) und e) weniger als 5 %. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Volumenschrumpf zwischen den Schritten c) und e) weniger als 4 %. The volume shrinkage between steps c) and e) is preferably less than 5%. In a particularly preferred embodiment of the invention, the volume shrinkage between steps c) and e) is less than 4%.
Die Messung des Volumenschrumpfs des porösen Materials, insbesondere der Vergussmasse, zwischen den Schritten c) und e), insbesondere beim Ausheizen, wird wie folgt durchgeführt:
- 1. Ein Reagenzglas wird mit der Dispersion gefüllt.
- 2. Die Füllhöhe der Dispersion nach dem Befüllen (h1) wird bestimmt.
- 3. Die Dispersion wird im Reagenzglas bei Raumtemperatur mindestens 48 h getrocknet und danach aus dem Reagenzglas entnommen.
- 4. Der Grünkörper wird bei Temperaturen von 600 °C - 900 °C ausgeheizt.
- 5. Die Höhe (h2) des Festkörpers nach dem Ausheizen wird bestimmt.
- 1. A test tube is filled with the dispersion.
- 2. The filling level of the dispersion after filling (h1) is determined.
- 3. The dispersion is dried in the test tube at room temperature for at least 48 h and then removed from the test tube.
- 4. The green body is baked at temperatures of 600 ° C - 900 ° C.
- 5. The height (h2) of the solid after annealing is determined.
Für den Volumenschrumpf beim Ausheizen (DV) gilt: DV = (h1 – h2)/h1·100 %.For volume shrinkage during heating (DV) the following applies: DV = (h1 - h2) / h1 · 100%.
Die Form und/oder der Träger kann/können beispielsweise aus Metall und/oder einer Metalllegierung und/oder einer Keramik und/oder aus Glaskeramik und/oder aus Holz und/oder Papier und/oder Polymer und/oder Kunststoff bestehen. Die Form kann des Weiteren als Rohr oder als Hülse oder als Kasten oder als Kugel oder als Halbkugel ausgebildet sein. The mold and / or the support may be made, for example, of metal and / or a metal alloy and / or a ceramic and / or of glass ceramic and / or of wood and / or paper and / or polymer and / or plastic. The shape may further be formed as a tube or as a sleeve or as a box or as a ball or as a hemisphere.
Der Träger kann hingegen als Film oder Platte oder Substrat oder als Schicht ausgebildet sein.On the other hand, the carrier may be formed as a film or plate or substrate or as a layer.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Form eine verlorene Form sein. Des Weiteren ist es möglich, dass die Form nach dem Schritt c), insbesondere nach einem Trocknungsvorgang, der jedoch nicht in Zusammenhang mit einem Erwärmungsschritt gemäß Schritt d) steht, entfernt wird.In one embodiment of the invention, the mold may be a lost mold. Furthermore, it is possible that the mold after step c), in particular after a drying process, but which is not associated with a heating step according to step d) is removed.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass im Schritt b) in der Form oder auf dem Träger ein zu ummantelndes und/oder einzubettendes Bauteil, insbesondere ein elektrisches Bauteil und/oder ein elektronisches Bauteil und/oder ein Draht und/oder ein Rohr und/oder ein Sensor, insbesondere ein Platin-Sensor, und/oder ein Verbindungsstück und/oder eine Hülse und/oder ein einadriges oder mehradriges Koaxialkabel, angeordnet wird/werden.In the context of the method according to the invention, it is possible that in step b) in the form or on the support to be coated and / or embedded component, in particular an electrical component and / or an electronic component and / or a wire and / or a pipe and / or a sensor, in particular a platinum sensor, and / or a connector and / or a sleeve and / or a single-core or multi-core coaxial cable, is / are arranged.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines porösen Materials ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits im Zusammenhang mit dem porösen Material und/oder dem erfindungsgemäßen Pulver zur Herstellung eines porösen Materials angegeben sind.In connection with the method according to the invention for the production of a porous material, there are similar advantages to those already mentioned in connection with the porous material and / or the powder according to the invention for producing a porous material.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Beschichtung und/oder ein Bauteil, das in eine Vergussmasse eingebettet ist, wobei die Beschichtung und/oder die Vergussmasse ein erfindungsgemäßes poröses Material und/oder ein erfindungsgemäß hergestelltes poröses Material ist.A further subsidiary aspect of the invention relates to a component with a coating and / or a component which is embedded in a potting compound, wherein the coating and / or the potting compound is a porous material according to the invention and / or a porous material produced according to the invention.
Bei dem Bauteil kann es sich um einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, handeln. Das Bauteil ist vorzugsweise im Abgasstrom und/oder Motorsystem eines Fahrzeugs eingebaut. Bei dem Bauteil kann es sich außerdem um einen Draht und/oder ein Rohr und/oder ein Verbindungsstück und/oder eine Hülse und/oder ein einadriges Koaxialkabel und/oder ein mehradriges Koaxialkabel handeln.The component may be a sensor, in particular a temperature sensor. The component is preferably installed in the exhaust gas flow and / or engine system of a vehicle. The component can also be a wire and / or a tube and / or a connector and / or a sleeve and / or a single core coaxial cable and / or a multi-core coaxial cable.
Das erfindungsgemäße Bauteil, insbesondere der erfindungsgemäße Sensor, hält mindestens einer, vorzugsweise mehreren, der folgenden Belastungen stand:
- a) mindestens 30.000 Thermoschock-Zyklen zwischen 25 °C und 1.100 °C, Temperaturgradient mindestens 1.000 K/s;
- b) mindestens 1.000 h Auslagerung bei 1.100 °C;
- c) mindestens 150 h Hot-Shaker-Test mit einem Gleitsinus von maximal 5 kHz Vibrationsfrequenz;
- d) Pendelschlag-Test bei Raumtemperatur 10 mal mit einer Beschleunigung von mindestens 8.000 g;
- a) at least 30,000 thermal shock cycles between 25 ° C and 1,100 ° C, temperature gradient at least 1,000 K / s;
- b) at least 1,000 h aging at 1,100 ° C;
- c) at least 150 h hot shaker test with a maximum sliding frequency of 5 kHz vibration frequency;
- d) Pendulum impact test at room temperature 10 times with an acceleration of at least 8,000 g;
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Platin-Sensor hergestellt, der in eine Vergussmasse eingebettet ist. By means of the method according to the invention, a platinum sensor is produced, which is embedded in a potting compound.
Hierzu wird zunächst eine Dispersion aus einem hochreinen Aluminiumoxid(Al2O3)-Pulver und aus Wasser hergestellt. Das Aluminiumoxidpulver weist einen Reinheitsgrad von mindestens 99,99 % auf. Das Aluminiumoxidpulver weist drei Partikelfraktionen auf, wobei die Korngröße d50 der ersten Partikelfraktion 100 nm, die Korngröße d50 der zweiten Partikelfraktion 1 µm und die Korngröße d50 der dritten Partikelfraktion 70 µm ist. For this purpose, a dispersion of a high-purity alumina (Al 2 O 3 ) powder and water is first prepared. The alumina powder has a purity of at least 99.99%. The aluminum oxide powder has three particle fractions, the particle size d50 of the first particle fraction being 100 nm, the particle size d50 of the second particle fraction being 1 μm and the particle size d50 of the third particle fraction being 70 μm.
In eine Schutzhülse wird zunächst der Platin-Sensor positioniert und fixiert. In einem nächsten Schritt wird das beschriebene Pulver in die Schutzhülse eingefüllt. In a protective sleeve, the platinum sensor is first positioned and fixed. In a next step, the described powder is filled into the protective sleeve.
Es erfolgt ein Erwärmen der befüllten Schutzhülse. Der Festkörpergehalt der Dispersion beträgt 85 %. Das Erwärmen der Schutzhülse mit dem darin befindlichen Platin-Sensor und der Dispersion erfolgt bei einer Temperatur von 600 °C–900 °C. There is a heating of the filled protective sleeve. The solids content of the dispersion is 85%. The heating of the protective sleeve with the platinum sensor therein and the dispersion takes place at a temperature of 600 ° C-900 ° C.
Nach dem Erwärmen erfolgt ein Abkühlen der Schutzhülse mit dem darin befindlichen Sensor und der nunmehr vorliegenden Vergussmasse bzw. einem porösen Material. Der Volumenschrumpf zwischen dem Befüllen der Schutzhülse mit der Dispersion und dem endgültig hergestellten porösen Material bzw. der Vergussmasse liegt bei 4 %.After heating, the protective sleeve is cooled down with the sensor located therein and the potting compound or a porous material now present. The volume shrinkage between the filling of the protective sleeve with the dispersion and the finally produced porous material or potting compound is 4%.
Nach der Herstellung des Sensors, der in eine Vergussmasse eingebettet ist, liegt eine Vergussmasse mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 2,0·106 Ω·cm bei einer Temperatur von 1.000 °C vor. Der spezifische elektrische Widerstand kann mittels Voltamperometrie bestimmt werden.After the manufacture of the sensor, which is embedded in a potting compound, there is a potting compound with a specific electrical resistance of 2.0 · 10 6 Ω · cm at a temperature of 1000 ° C. The specific electrical resistance can be determined by means of voltammetry.
Die Porosität des porösen Materials bzw. der Vergussmasse beträgt 35 %. Das Porenvolumen der Vergussmasse liegt bei 0,14 cm3/g. Die Porengröße d50 liegt zwischen 78 und 98 nm. Die Porosität, das Porenvolumen und die Porengröße d50 wird mittels einer Quecksilberporosimetrie ermittelt. The porosity of the porous material or potting compound is 35%. The pore volume of the potting compound is 0.14 cm 3 / g. The pore size d50 is between 78 and 98 nm. The porosity, the pore volume and the pore size d50 are determined by means of a mercury porosimetry.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Vergussmasse beträgt 6,5–8,5·10–6/K. Die thermische Ausdehnung wird mittels Dilatometrie ermittelt. Die 3-Punkt-Biegefestigkeit beträgt hingegen 46 N/mm2. Es liegt somit eine Vergussmasse vor, die alle Anforderungen der Korrosions-, Thermoschock- und Vibrationsfestigkeit erfüllt. The thermal expansion coefficient of the potting compound is 6.5-8.5 · 10 -6 / K. The thermal expansion is determined by dilatometry. The 3-point bending strength, however, is 46 N / mm 2 . Thus, there is a potting compound that meets all requirements of corrosion, thermal shock and vibration resistance.
Außerdem wirkt die Vergussmasse auch bei hohen Temperaturen bis 1.100 °C elektrisch isolierend. Der Platin-Sensor unterliegt einer geringeren Vergiftung aufgrund des ausgewählten Aluminiumoxidpulvers.In addition, the potting compound acts electrically insulating even at high temperatures up to 1100 ° C. The platinum sensor is subject to less poisoning due to the selected alumina powder.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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