DE102018207143A1 - Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern mit wärmeleitfähiger Trägerstruktur - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern mit wärmeleitfähiger Trägerstruktur Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern, die eine Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material und wenigstens ein Funktionsmaterial aufweisen, wird eine Vielzahl an Formkörpern aus dem Funktionsmaterial mit dem gut wärmeleitfähigen Material beschichtet und eine feste Verbindung zwischen den beschichteten Formkörpern hergestellt, um die Trägerstruktur aus dem gut wärmeleitfähigen Material zu bilden. Die Beschichtung wird mit einer porösen Struktur erzeugt oder mit einer porösen Struktur versehen, die nach Herstellung der festen Verbindung einen Zugang für ein flüssiges oder gasförmiges Medium durch die Beschichtung hindurch zum Funktionsmaterial ermöglicht. Mit dem Verfahren lassen sich poröse Verbundkörper mit sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften preiswert fertigen.

Description

  • Technisches Anwendungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern, die eine Trägerstruktur aus einem gut leitfähigen Material und wenigstens ein Funktionsmaterial aufweisen, insbesondere zur Herstellung von Sorptionskörpern oder Katalysatoren. Die Erfindung betrifft auch poröse Verbundkörper, die mit dem Verfahren herstellbar sind.
  • Vor allem im Bereich Adsorptionstechnologie, beispielsweise bei Adsorptionskältemaschinen oder Adsorptionswärmepumpen, sind poröse Verbundkörper erforderlich, die eine gut wärmeleitfähige Trägerstruktur sowie geeignete Adsorbensmaterialien als Funktionsmaterial aufweisen. Die Trägerstruktur muss unter anderem gute thermische Ankopplungsbedingungen, einen guten internen Wärmetransport sowie eine mechanische Stabilität aufweisen. Weiterhin sollte die Trägerstruktur eine große Oberfläche für die Wärmeübertragungsvorgänge und die Fixierung des Funktionsmaterials, ein möglichst geringes Gewicht, einen geringen Bauraum und eine geringe thermische Masse aufweisen.
  • Stand der Technik
  • Die DE 101 59 652 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Verbundkörpers, bei dem eine schaumstoffartige Matrix aus einem Metallschaum bereitgestellt wird, in die das Sorptionsmaterial als Schüttung infiltriert wird. Allerdings ist bei einer derartigen Ausgestaltung der Wärmekontakt zwischen dem Funktionsmaterial und der wärmeleitfähigen Trägerstruktur nicht optimal.
  • Die DE 197 30 697 A1 beschreibt eine Adsorptionswärmepumpe, bei der das Adsorbens als Granulat auf die Oberfläche einer Wärmeaustauscherfläche aufgebracht und über einen Kleber mit dieser Wärmeaustauscherfläche verbunden wird. Die Nutzung eines Klebers zwischen dem Funktionsmaterial und der wärmeleitfähigen Trägerstruktur ist jedoch nachteilig, da derartige Kleber häufig eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die thermische Anbindung des Funktionsmaterials an die wärmeleitfähige Oberfläche ist daher gering.
  • Die DE 10 2008 023 481 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung wärmeleitfähiger Komposit-Adsorbentien, bei dem das Funktionsmaterial nicht nachträglich, sondern bereits bei der Herstellung einer hochporösen Metallstruktur in diese integriert wird. Hierbei wird in einer Ausgestaltung eine adsorbenshaltige Schmelze des wärmeleitfähigen Materials aufgeschäumt, um den Verbundkörper zu bilden. In einer anderen Ausgestaltung wird eine Mischung des Adsorbens und des wärmeleitfähigen Materials in eine vorgelegte poröse Vorform eingebracht, so dass nach dem Entfernen der Vorform eine schwammartige adsorbenshaltige Struktur erhalten wird.
  • Aus der DE 10 2005 001 056 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Verbundstruktur mit Funktionsmaterialien bekannt, bei dem eine Schüttung des Sorbensmaterials in granularer Form bereitgestellt und dann mit einer Aluminiumschmelze als wärmeleitfähigem Material infiltriert wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern mit einer Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material und wenigstens einem Funktionsmaterial bereitzustellen, welche mit geringem Materialeinsatz besonders gute Wärmeübertragungseigenschaften erreichen und preiswert zu fertigen sind.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem porösen Verbundkörper gemäß den Patentansprüchen 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des vorgeschlagenen Verbundkörpers sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern, die eine Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere einem metallischen Material, und wenigstens ein Funktionsmaterial aufweisen, wird eine Vielzahl an Formkörpern aus dem Funktionsmaterial bereitgestellt. Bei diesen Formkörpern handelt es sich vorzugsweise um ein Granulat oder um Röhrchen oder Stäbchen aus dem Funktionsmaterial. Diese Formkörper werden dann mit dem gut wärmeleitfähigen Material beschichtet und es wird eine feste Verbindung zwischen den beschichteten Formkörpern hergestellt, um die Trägerstruktur aus dem gut wärmeleitfähigen Material zu bilden. Bei dem Verfahren wird die Beschichtung entweder bereits mit einer porösen Struktur erzeugt oder nach Durchführung des Beschichtungsprozesses mit einer porösen Struktur versehen, die nach Herstellung der festen Verbindung einen Zugang für ein flüssiges oder gasförmiges Medium durch die Beschichtung hindurch zum Funktionsmaterial ermöglicht.
  • Im Gegensatz zu bekannten Verfahren des Standes der Technik wird beim vorgeschlagenen Verfahren somit nicht eine gut wärmeleitfähige Trägerstruktur mit Funktionsmaterialien beschichtet. Es werden vielmehr Formkörper aus dem Funktionsmaterial mit dem gut wärmeleitfähigen Material beschichtet. Die (poröse) Schicht aus dem wärmeleitfähigen Material liegt damit zwischen dem Funktionsmaterial und der umgebenden Atmosphäre. Der Stoffaustausch mit der Atmosphäre, z.B. Wasserdampftransport, erfolgt durch die wärmeleitfähige Trägerschicht hindurch. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Einstellung sehr großer Kontaktoberflächen zwischen dem wärmeleitfähigen Material und dem Funktionsmaterial. Durch die vorgeschlagene Vorgehensweise werden auch erweiterte Designfreiheiten für die Gesamtstruktur ermöglicht. Durch die Beschichtung der Formkörper aus dem Funktionsmaterial mit dem gut wärmeleitfähigen Material erfolgt der thermische Kontakt an der gesamten äußeren Oberfläche der Formkörper, an der auch die meiste Wärme bei den entsprechenden Prozessen, insbesondere Adsorptions- oder katalytischen Prozessen, entsteht. Die Wärmeableitung kann somit sehr effizient erfolgen.
  • Im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die Zwischenräume einer Schüttung aus einem Granulat des Funktionsmaterials mit dem gut leitfähigen Material aufgefüllt werden, erfordert das vorgeschlagene Verfahren bei vergleichbarer Wärmeableitung eine geringere Menge an wärmeleitfähigem Material. So trägt das meiste wärmeleitfähige Material in den Zwischenräumen einer Schüttung nicht zur thermischen Anbindung des Granulats bei und auch sein Beitrag zum Gesamtwärmetransport ist - bezogen auf die Masse - geringer als bei Schichten, die nahe an der Grenzfläche zum Granulat liegen. Damit lassen sich mit den vorgeschlagenen Verfahren mit geringem Materialeinsatz besonders gute Wärmeübertragungseigenschaften des Verbundkörpers erreichen und der Verbundkörper lässt sich daher auch preiswert fertigen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt die feste Verbindung der beschichteten Formkörper durch einen Sinterprozess. Weist die Beschichtung aus dem gut wärmeleitfähigen Material vor dem Sinterprozess noch nicht die erforderliche poröse Struktur auf, so kann diese poröse Struktur durch den Sinterprozess erreicht werden. Liegt die poröse Struktur bereits vor, so bleibt die Porosität der Beschichtung durch den Sinterprozess zumindest teilweise erhalten.
  • Die Beschichtung kann so erfolgen, dass sich durch den Beschichtungsprozess bereits die geforderten offenporösen Strukturen auf der Oberfläche der Funktionsmaterial-Formkörper ausbilden. Wird alternativ eine zusammenhängende geschlossene und nichtporöse Schicht aufgebracht bzw. abgeschieden, so muss diese Schicht nachträglich entsprechend strukturiert bzw. geöffnet werden, damit das Funktionsmaterial zugänglich wird. Das Öffnen kann durch Wärmebehandlung, beispielsweise auch durch den vorzugsweise durchgeführten Sinterprozess, durch Entfernen von in die Schicht eingebauten Platzhaltern, mechanisch oder auch chemisch, beispielsweise durch Ätzen, erfolgen.
  • Die Beschichtung der Formkörper mit dem gut wärmeleitfähigen Material kann beispielsweise durch einen Abscheideprozess erfolgen. So kann eine Abscheidung eines metallischen Materials auf den Formkörpern aus Funktionsmaterial mittels PVD (PVD: Physical Vapour Deposition) oder durch elektrochemische bzw. galvanische Abscheidung erfolgen, wobei falls erforderlich anschließend ein Sinterprozess durchgeführt werden kann. Die galvanische Abscheidung kann auch so erfolgen, dass durch den Abscheideprozess bereits ein poröses aber tragfähiges Netzwerk aus dem metallischen Material entsteht.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beschichtung der Formkörper unter Einsatz eines geeigneten Binders. Hierzu werden die Formkörper mit dem Binder und Partikeln oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials vermischt, um die Formkörper über den Binder mit den Partikeln oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials zu beschichten. Sowohl Partikel als auch Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials sollten hierbei Abmessungen aufweisen, die deutlich geringer als die Abmessungen der Formkörper sind, um eine Beschichtung der Formkörper zu erreichen. Vorzugsweise weisen die Partikel oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials daher Abmessungen auf, die in einer, zwei oder allen drei Dimensionen um einen Faktor 10 kleiner als die kleinsten Abmessungen der Formkörper sind.
  • Bei einem derartigen Beschichtungsprozess durch Vermischung der beteiligten Komponenten wird vorzugsweise ein Mischungsverhältnis zwischen dem Funktionsmaterial und dem wärmeleitfähigen Material gewählt, bei dem - bei einer Porosität der Beschichtung zwischen 5 und 25vol% - der Volumenanteil des Funktions- bzw. Aktivmaterials zwischen 40 und 70vol% und der Volumenanteil des wärmeleitfähigen Materials zwischen 10 und 30vol% beträgt. Die Summe der Volumenanteile und der Porosität beträgt dabei immer 100%. Die Schichtdicke des wärmeleitfähigen Materials auf den Formkörpern aus dem Funktions- bzw. Aktivmaterial kann bei typischen Größen des Aktivmaterial-Granulats (50 Mikrometer-3mm) sehr unterschiedliche Werte annehmen, die beispielsweise zwischen 1 und 200 µm betragen können.
  • Die Beschichtung und die Ausbildung einer tragfähigen Gesamtstruktur können in einem Schritt gleichzeitig erfolgen oder auch nacheinander. Weiterhin kann bei einem der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens, insbesondere bei Herstellung der festen Verbindung zwischen den beschichteten Formkörpern, bereits eine Verbindung zu Körpern oder Geweben aus einem Wärmeübertragungsmaterial wie beispielsweise einem metallischen Rohr oder einem metallbeschichteten Textilgewebe hergestellt werden.
  • Prinzipiell können bei dem vorgeschlagenen Verfahren unterschiedliche Schritte miteinander verbunden werden bzw. zeitgleich erfolgen. Im Folgenden werden hierzu einige Beispiele angeführt, bei denen als Funktionsmaterial Zeolith in Form eines Granulats und als wärmeleitfähiges Material Kupfer (Cu) eingesetzt werden. Die Beispiele lassen sich in dieser Form auch mit anderen Funktionsmaterialien und/oder anderen wärmeleitfähigen Materialien durchführen.
  • So kann beispielsweise durch elektrochemische Abscheidung von Cu direkt eine ausreichend poröse Cu-Schicht auf dem Zeolith-Granulat erzeugt werden. Diese poröse Struktur wird beim anschließenden Zusammensintern der beschichteten Granulate zu einer Gesamtstruktur beibehalten, die den Verbundkörper bildet. Rohre oder andere Wärmeübertragungskörper können durch den Sinterprozess gleich mit angesintert werden oder auch anschließend, beispielsweise mittels Löten, mit dem Verbundkörper verbunden werden. Dies gilt auch für die anderen Beispiele.
  • In einem weiteren Beispiel werden weitgehend geschlossene Cu-Schichten mittels PVD auf dem Zeolith-Granulat abgeschieden. Beim anschließenden Zusammensintern der beschichteten Granulate formen sich die Schichten um und bilden eine Art poröses Netzwerk.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine poröse Schicht aus Cu-Pulver mit Hilfe eines Binders auf das Zeolith-Granulat aufzubringen. Beim Zusammensintern der beschichteten Granulate bleibt die Porosität der Pulverschicht zumindest teilweise erhalten, so dass auch auf diese Weise der poröse Verbundkörper erhalten werden kann.
  • Der vorgeschlagene poröse Formkörper, der mit dem Verfahren herstellbar ist, weist entsprechend eine Vielzahl von mit dem gut wärmeleitfähigen Material beschichteten Formkörpern aus dem Funktionsmaterial auf, die über das gut wärmeleitfähige Material fest miteinander verbunden sind. Die Beschichtung weist eine poröse Struktur auf, die durch die Beschichtung hindurch einen Zugang für ein flüssiges oder gasförmiges Medium zum Funktionsmaterial ermöglicht.
  • Das vorgeschlagene Verfahren sowie die damit hergestellten porösen Verbundkörper lassen sich in vielen Bereichen einsetzen, in denen eine gute Wärmeabfuhr von Funktionsmaterialien erforderlich ist. Beispiele sind Sorptionswärmepumpen oder auch Anwendungen bei Gasspeichersystemen, Gastrennung oder Katalyse.
  • Figurenliste
  • Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung von gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren beschichteten und fest miteinander verbundenen Formkörpern;
    • 2 eine Darstellung des Zeolithanteils an der Gesamtstruktur in Abhängigkeit des Durchmessers eines kugelförmigen Zeolith-Granulats und der Beschichtungsdicke bei einer Porosität von 20vol%;
    • 3 eine weitere Darstellung des Zeolithanteils an der Gesamtstruktur in Abhängigkeit des Durchmessers des kugelförmigen Zeolith-Granulats und der Beschichtungsdicke bei einer Porosität von 20%;
    • 4 ein Foto der Struktur eines mit dem Verfahren hergestellten Verbundkörpers;
    • 5 eine Darstellung eines mit Kupfer beschichteten kugelförmigen Formkörpers aus Zeolith; und
    • 6 eine Darstellung eines mit Kupferfasern beschichteten röhrchenförmigen Formkörpers aus Zeolith.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine hoch wärmeleitfähige dünne Schicht, beispielsweise aus Kupfer, auf die Oberfläche von Formkörpern eines Funktionsmaterials wie beispielsweise Zeolith abgeschieden bzw. aufgebracht. Entweder bereits während der Beschichtung oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine poröse Struktur dieser Schicht erzeugt. Die beschichteten Formkörper werden anschließend zu einer Gesamtstruktur fest miteinander verbunden, die den porösen Verbundkörper bildet. Dies kann beispielsweise durch Sintern erfolgen. Auch eine Verbindung über ein eventuell bei der Beschichtung verwendetes Bindemittel kann genutzt werden. Vorzugsweise wird die Gesamtstruktur anschließend oder auch gleichzeitig mit dem Verbindungsprozess mit peripheren Elementen, beispielsweise Rohren, Gehäusen usw. verbunden.
  • 1 zeigt stark schematisiert vier beschichtete kugelförmige Formkörper 1 aus Zeolith, die mit einer dünnen Cu-Schicht 2 beschichtet und über diese dünne Schicht durch einen Sinterprozess miteinander verbunden sind. Die dünne Cu-Schicht weist dabei eine ausreichend poröse Struktur auf (in der Figur nicht erkennbar), um einen Zugang flüssiger oder gasförmiger Medien zum Zeolith zu ermöglichen. 1 zeigt mit den vier Formkörpern lediglich einen sehr kleinen Ausschnitt aus der Gesamtstruktur in schematischer Darstellung.
  • Beispielhafte Volumenverhältnisse für das Funktionsmaterial in der Gesamtstruktur, d.h. dem Verbundkörper, können den 2 und 3 entnommen werden, die jeweils am Beispiel des Zeoliths als Funktionsmaterial den Zeolith-Anteil an der Gesamtstruktur in Abhängigkeit des Durchmessers des in diesem Beispiel eingesetzten Zeolith-Granulats und der Beschichtungsdicke zeigen. 2 zeigt hierbei Granulat-Durchmesser zwischen 50 und 250 µm bei Beschichtungsdicken von 1, 3 und 5 µm mit Cu, 3 Granulat-Durchmesser zwischen 1000 und 3000 µm bei Beschichtungsdicken von 50, 100 und 150 µm. Die Volumenanteile des Zeoliths liegen jeweils vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 0,75. Besonders vorteilhaft sind Volumenanteile des Zeoliths von ca. 70 Vol.%.
  • Im Folgenden werden verschiedene Beispiele für die Herstellung poröser Verbundkörper mit dem vorgeschlagenen Verfahren beschrieben. Bei einem ersten Beispiel wird Y-Zeolith-Granulat mit einer Fraktion von 63-125 µm mit Wasser und einem organischen Binder (z.B. ExOne®) verrührt. Anschließend wird Cu-UF10-Pulver (< 10µm) zugegeben. Die Masse wird verrührt, in eine Form gegeben, beispielsweise eine Zylinderform, und getrocknet. Anschließend erfolgt eine Temperaturbehandlung von 420°C für 1h an Luft, um den Binder auszubrennen, und eine Sinterung unter Wasserstoffatmosphäre bei 600°C für 3h. Das Ergebnis ist ein Zylinder, der für eine einfache Handhabung stabil genug ist. Das Zeolith weist auch nach dem Sintern noch eine gute Wasseraufnahme auf. Die Sinterbedingungen haben nicht zu einer Degradation des Zeoliths geführt. 4 zeigt beispielhaft ein Foto einer Struktur des Zylinders. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass das Zeolith-Granulat nur oberflächlich mit einer porösen Schicht aus Cu-Partikeln bedeckt ist. Die Stabilität des gesamten Körpers wird durch die Sinterkontakte der Cu-Schichten untereinander hergestellt.
  • Es ist bei diesem Beispiel auch möglich, die Temperaturbehandlung von 420°C/1h an Luft einzusparen und das Ausbrennen des Binders durch Einhaltung einer Temperaturrampe bei der Sinterbehandlung zu bewirken.
  • Wird das erste Beispiel mit rundem Y-Zeolith-Granulat durchgeführt (Granulatdurchmesser ca. 2 bis 3mm), so ergeben sich gröbere Strukturen, wobei die poröse Kupferschicht auf den Zeolithpartikeln auch nach dem Sintern noch porös ist und zusätzlich Schwindungsrisse aufweist, die das Zeolith gut zugänglich machen.
  • In einem zweiten Beispiel wird Y-Zeolith-Granulat (Fraktion 63-125 µm) mit Wasser und einem geeigneten Binder gemischt. Cu-UF10-Pulver wird zugegeben und die Masse verrührt. Ein verkupfertes Polyamid-Gewebe wird flach ausgelegt und die Masse auf das Textil aufgestrichen. Anschließend erfolgt Trocknen an Luft, Ausbrennen von Binder und Polyamid und oxidieren bei 420°C für 1h. Zuletzt wird die Struktur für 3h bei 600°C in H2 gesintert. Die dünnen Schichten aus Kupferpulver sorgen beim Sintern für einen guten Zusammenhalt des Y-Zeoliths miteinander und zu einer Anbindung an das Gewebe. Das Gewebe dient sowohl einer mechanischen Stabilisierung der Gesamtstruktur als auch als gerichtete, wärmeleitende Struktur (stark gerichtete Wärmeleitfähigkeit). Derart beschichtete Textilien können sehr gut mit Kühlrohren verbunden werden. Das beschichtete Gewebe kann beispielsweise beim Sintern mit einem Kupfer-Flachrohr verbunden werden. Das Gewebe ist zum Flachrohr hin ausgerichtet und leitet dementsprechend die Wärme gut dorthin ab.
  • In einem dritten Beispiel wird Y-Zeolith-Granulat (Fraktion 63-125 µm) mit Wasser und silikonbasiertem Binder (z.B. P80X) verrührt. Anschließend wird Cu-UF10-Pulver zugegeben. Die Masse wird nochmals gerührt und anschließend getrocknet. Dann erfolgt eine Oxidationsbehandlung bei 420°C für 1h an Luft sowie das Sintern bei 600°C für 2h in Wasserstoffatmosphäre. Da der temperaturbeständige Binder auch nach der Sinterung noch eine gute Festigkeit aufweist, beruht die mechanische Festigkeit der Gesamtstruktur nicht ausschließlich auf der Festigkeit der Sinterkontakte in den bzw. zwischen den Kupferschichten. Der Kupferanteil kann daher auf ein Maß reduziert werden, welches für die thermischen Anforderungen (Wärmeleitfähigkeit) gerade ausreichend ist. Hierdurch können zusätzlich Kosten eingespart werden.
  • In einem vierten Beispiel wird Y-Zeolith-Granulat (Fraktion > 400µm) mit Wasser und einem geeigneten Binder verrührt. Hierbei werden nur so viel Wasser und Binder zugegeben, dass sich kein zusammenhängender Schlicker ausbildet, sondern die Granulat-Kugeln einzeln beschichtet werden und damit rieselfähig bleiben. Die beschichteten Kugeln werden dann getrocknet und können länger gelagert werden. Das beschichtete Granulat kann später in zu füllende Hohlstrukturen eingefüllt werden. Eine Sinterbehandlung, wie beispielsweise im ersten Beispiel beschrieben, führt dann zu einem Verbinden der Granulate miteinander und mit der umgebenden Hüllstruktur.
  • Eine weitere Möglichkeit der Herstellung des porösen Verbundkörpers nutzt Materialumlagerungen bei Sinterprozessen. Es ist bekannt, dass mittels Wirbelbett-PVD-Verfahren homogene Kupferschichten auf keramischen Granulaten, z.B. Cenosphären (Aluminiumsilikaten), abgeschieden werden können. Mit Hilfe derartiger Schichten können die Granulate zu festen Strukturen zusammengesintert werden. Ein bekannter aber bisher nicht genutzter Effekt ist, dass sich bei bestimmten Sinterbedingungen die kompakten Kupferschichten zu porösen flächigen Netzwerken umordnen. Dies wird in dem vorliegenden Beispiel genutzt, um die poröse Struktur zu erzeugen.
  • 5 zeigt schließlich noch ein Beispiel für einen mit Kupferpartikeln beschichteten kugelförmigen Formkörper aus Zeolith, 6 ein Beispiel für Zeolith-Röhrchen, die mit Fasern aus Kupfer beschichtet sind. Beim vorgeschlagenen Verfahren werden jeweils viele derartiger beschichteter Formkörper hergestellt und miteinander verbunden, um den porösen Verbundkörper zu bilden. Bei Nutzung von metallischem Material als gut wärmeleitfähigem Material wird bei dem Verfahren durch einen Sinterprozess jeweils eine stoffschlüssige, metallische und elektrisch leitfähige Verbindung zu einer Metallstruktur als wärmeleitfähiger Trägerstruktur erreicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10159652 A1 [0003]
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    • DE 102005001056 B4 [0006]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung von porösen Verbundkörpern, die eine Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material und wenigstens ein Funktionsmaterial aufweisen, insbesondere zur Herstellung von Sorptionskörpern oder Katalysatoren, bei dem - eine Vielzahl an Formkörpern (1) aus dem Funktionsmaterial bereitgestellt wird, - die Formkörper (1) mit dem gut wärmeleitfähigen Material beschichtet werden, und - eine feste Verbindung zwischen den beschichteten Formkörpern hergestellt wird, um die die Trägerstruktur aus dem gut wärmeleitfähigen Material zu bilden, - wobei die Beschichtung (2) der Formkörper (1) mit einer porösen Struktur erzeugt oder mit einer porösen Struktur versehen wird, die nach Herstellung der festen Verbindung einen Zugang für ein flüssiges oder gasförmiges Medium durch die Beschichtung (2) hindurch zum Funktionsmaterial ermöglicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Verbindung der beschichteten Formkörper durch einen Sinterprozess hergestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur der Beschichtung (2) durch den Sinterprozess erzeugt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) der Formkörper (1) durch einen Abscheideprozess aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) der Formkörper (1) durch PVD aufgebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) der Formkörper (1) durch elektrochemische Abscheidung einer porösen Schicht des gut wärmeleitfähigen Materials aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung der Formkörper (1) mit dem gut wärmeleitfähigen Material die Formkörper (1) mit einem Binder und Partikeln oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials vermischt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials Abmessungen aufweisen, die wenigstens in einer Dimension um einen Faktor 10 kleiner als Abmessungen der Formkörper (1) sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (1) und die Partikel oder Fasern des gut wärmeleitfähigen Materials in einem Mischungsverhältnis miteinander vermischt werden, bei dem - bei einer Porosität der Beschichtung (2) zwischen 5 und 25vol% - der Volumenanteil des Funktionsmaterials zwischen 40 und 70vol% und der Volumenanteil des gut wärmeleitfähigen Materials zwischen 10 und 30vol% beträgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmaterial als Granulat, in Form von Stäbchen oder in Form von Röhrchen bereitgestellt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (1) aus einem Adsorbensmaterial oder einem Katalysatormaterial als Funktionsmaterial bereitgestellt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Formkörper bei Herstellung der festen Verbindung auch mit einem wärmeleitfähigen Körper, insbesondere einem Rohr, einem Gehäuse oder einer Platte, verbunden werden.
  13. Poröser Verbundkörper, der eine Trägerstruktur aus einem gut wärmeleitfähigen Material und eine Vielzahl von Formkörpern (1) aus wenigstens einem Funktionsmaterial aufweist, die eine Beschichtung (2) aus dem gut wärmeleitfähigen Material tragen und über die Beschichtung (2) fest miteinander verbunden sind, wobei die Beschichtung (2) eine poröse Struktur aufweist, die durch die Beschichtung (2) hindurch einen Zugang für ein flüssiges oder gasförmiges Medium zum Funktionsmaterial ermöglicht.
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