DE1187535B

DE1187535B - Starres Bauelement aus einem gesinterten Material, insbesondere fuer Waermeaustauscher, Katalysatortraeger, Turbinenschaufeln und hitzebestaendige Koerper

Info

Publication number: DE1187535B
Application number: DEM41991A
Authority: DE
Inventors: James Robert Johnson; Donald Lincoln O'brien; Thomas Stout Reid
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1958-07-02
Filing date: 1959-06-30
Publication date: 1965-02-18
Also published as: CH384603A; GB931096A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b -8/13^£j<r \%v.> 7

Nummer: 1187 535

Aktenzeichen: M41991VIb/80b

Anmeldetag: 30. Juni 1959

Auslegetag: 18. Februar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein starres Bauelement aus einem gesinterten Material, insbesondere für Wärmeaustauscher, Katalysatorträger, Turbinenschaufeln und hitzebeständige Körper.

Erfindungsgemäß lassen sich leichtgewichtige Gegenstände, insbesondere mit großer wirksamer Oberfläche in sehr kleinen Abmessungen mit mehrfachen dünnwandigen Kanälen ohne Auftreten von Korrosion oder Anfressung bei hohen Temperaturen leicht herstellen; dies wurde bei alleiniger Verwendung bisher gängiger Metallfolien bisher nicht erreicht. Aus üblichen gesinterten Keramikwerkstoffen gefertigte Wärmeaustauscher, wie z. B. bei Ziegel-Rekuperatoren oder -Regeneratoren von Glaswannenöfen, sind nicht nur groß und dick, sondern verhalten sich entsprechend ihrer Masse mehr als Speicherungsoder Aufnahmeelemente für Wärme; diese sollte z. B. in Industrieanlagen aus in die Atmosphäre abziehenden Rauchgasen beim Streichen durch metallische Wärmeaustauscher abgefangen werden, die aber zur Vermeidung ihrer Zerstörung durch starke Hitze und korrodierende Dunstkreise aus deren Abbrand weit entfernt vom Ausgangspunkt angeordnet werden müßten. Dadurch wurde ein maximales Abfangen gegebenenfalls weiter zu verwertender Hitze und Wärme aus Abgasen- und -dämpfen stark beeinträchtigt. Diese Nachteile entfallen bei Verwendung des erfindungsgemäßen starren Bauelementes.

Dies gilt z. B. für den Einbau von für Automobilauspuffgase bestimmten katalytischen Oxydierern, die mit vielen engen Kanälen hoher wirksamer Oberfläche versehen, kompakt und relativ leicht im Gewicht sein und ohne erhebliche Korrosion bei den hohen Temperaturen solcher aus einem Zylinderblock ausgestoßenen heißen Ab- oder Auspuffgase arbeiten müssen.

Diese Voraussetzungen sind aber nicht bei den bisher verwendeten bekannten katalytischen Keramikoxydierern und -einheiten aus dünnen, gewellten Metallblechen oder -blättern infolge eines stets vorliegenden ausnehmend niedrigen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen oder Masse des Oxydierers gegeben.

Erfindungsgemäß erhält man schließlich mit den neuen starren Bauelementen leichtgewichtige gesinterte, hitze- und korrosionsbeständige Turbinenschaufeln, Füllungen von Feuerungen von Krackanlagen, Mehrfachkatalysatorbetten mit Wärmeaustauschern, Brennstoffelemente für Atomreaktoren und viele andere dünnwandige mehrteilige Konstruktionsgegenstände, z.B. gewellte Außenhüllen von Flugkörpern und Wurfgeschossen, um Isolier- und Starres Bauelement aus einem gesinterten
Material, insbesondere für Wärmeaustauscher,
Katalysatorträger, Turbinenschaufeln
und hitzebeständige Körper

Anmelder:

Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

James Robert Johnson, White Bear Lake, Minn.; Donald Lincoln O'Brien, South St. Paul, Minn.; Thomas Stout Reid,

Little Canada, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 2. Juli 1958 (746 263),

vom !.August 1958 (752470)

Kühlkanäle, gewellte Brennerblocks für Strahlgasbrenner und gerippte Rohre zu erstellen. Derartige dünnwandige und gewellte Strukturen ließen sich zwar bequem aus duktilen Metallen, aber nicht aus einem bisher als hierfür als unbrauchbar angesehenen Material entgegengesetzter Eigenschaften, wie z. B. aus spröder und zerbrechlicher Keramik, serienweise anfertigen.

Aus gewöhnlichen Metallen lassen sich Gegenstände zumeist nach Erweichen oder Erschmelzen direkt in einer Form herstellen, während auf keramischem Gebiete sich nach der Formgebung im allgemeinen für Verfestigung eine Brennstufe, bei deren Temperatur Metallwerkstoffe erfahrungsgemäß zerstört oder unter Erweichen deformieren würden, anschließt, mit der häufig eine Schwindung oder Schrumpfung des Formkörpers, der dann im Gegensatz zu einem metallischen nicht weiter verformbar ist, einhergeht.

Eine derartige, stets von einem Verziehen begleitete Schwingung oder Schrumpfung wirft ein Problem bei Herstellung äußerst dünner," flacher Bauelemente, z.B. Kondensatoren, auf; daher mußten diese Elemente gestapelt zwischen feuerfesten Platten für Ver-

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hinderung eines Verziehens oder Kräuseins während und 11 und den Bogen- oder Blatteilen 13 und 15

des Sintervorganges gebrannt werden. bzw. 14 und 16 geleitet. Durch die ausnehmend dün-

Begünstigt wird die Bildung dünner, besonders für nen Kanalwände wird hochwirksam der Wärmeaus-

Kondensatoren bestimmter Keramikfolien aus einem tausch begünstigt; bei katalytisch exothermer Über-

Ausgangsmaterialgemisch, bestehend aus gebunde- 5 tragung kann die Umsetzungswärme zur Erhitzung

nen oder plastizierteti sinterfähigen Partikeln in des anderen flüssigen Mediums dienen,

grünem Zustand, durch Zusatz eines zeitweiligen or- In F i g. 1 ist nur ein nach bekannten keramischen

ganischen. Binders, wobei Schwindung, Verziehen und Strang- oder Auspreßverfahren hergestelltes und an-

Kräuseln während des Brennens kontrolliert werden geschweißtes Übergangsanschlußstück 17 für die die

müssen. Aber bei einer Temperatur unter, jedoch bis io gewellte Folie 12 und die Bogen- oder Blatteile 13

zu etwa 500° C ist die Folie nach Verflüchtigen des durchströmenden flüssigen Medien wiedergegeben;

genannten Binders zunächst sehr spröde und neigt es kann aber auch am gegenüberliegenden Ende der

zum Abblättern und Zerfallen in winzig kleine Par- Kanäle für Aufnahme von aus Austauscherkanälen

tikeln, wie dies eingangs mit einem brennenden austretenden Medien oder für deren Leiten durch

Streichholz und Berühren mit einem Bleistift veran- 15 Kanäle von den gewellten Folien 10 und 11 und den

schauücht werden· kann. angrenzenden Bogen- oder Blatteilen angeordnet und,

Erst nach Abschluß nachfolgenden Sinterns (z. B. wie auch weitere derartigen Leitungen, an das erfin-Wiederhartwerden durch Erweichung oder Koales- dungsgemäße starre Bauelement angeschweißt werden, zieren unter Hitze) bei hohen Temperaturen, wie Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind die z. B. 1000° C oder darunter, erhält die Folie nun 20 Folie 20 und der Bogen- oder Blatteil 21 in der wieder eine ganz andere Festigkeit. Es war aber nicht Form einer Spirale oder Wendel, deren Umrißgestalt zu erwarten, durch Brennen vieler dünner, an sich sich einem Zylinder nähert, in Windungen gewickelt spröder Folien und Versteifungen in gekrümmter und in einem dicht festsitzenden Keramikzylinder 22, Verbundgestalt — übereinandergestapelt, mit einer dessen genügend dicke Wände Rißbildung oder ZerVielzahl von Kanälen durchsetzt und mit haltbar zu 25 reißen durch übermäßige Stoßeinwirkung im Gemachender, in der Struktur bedingter Gestalt — brauch verhindern, sinterverschweißt. Ein keramieinen dauerhaften, zusammenhängenden Verbund- scher Ring 23 wird mit einem Flansch 24 (vorzugsgegenstand als starres Bauelement mit fehlerfreien, weise abnehmbar) über jedes Ende des keramischen vorherbestimmbaren strukturellen Merkmalen und Zylinders 22 aufmontiert und eine Packung, wie eine Vollständigkeit zu erzeugen, wenn man bedenkt, daß 30 aus feuerfester Wolle bestehende stoßaufnehmende z. B. ungebrannte und dünne Keramikstäbe in grünem Schicht 25, um den Zylinder 22 zwischen die End-Zustand in. horizontaler Lage nur an den Enden ab- ringteile 23 gewickelt. Das Ganze wird in einer zygestützt beim Brennen bekanntlich durchbiegen. lindrischen Umhüllung eingekapselt, wobei die Diese Nachteile werden aber erfindungsgemäß völlig Enden wie bei 27 über jeden Endringteil 23 abge- * behoben. 35 schrägt oder verflanscht sind, so daß die Zubehör-

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tei- teile in ihrer Lage gehalten werden,

les von einem Wärmeaustauscher mit Querströmungs- Ein derartiger Geschoßhüllengegenstand mit en-

durchftiß; die gewellten Keramikfolien befinden sich gen, leichtgewichtigen und korrosionsbeständigen

zwischen dünnen Bogen- oder Platteneinzelteilen; Kanälen eignet sich wegen hoher Wärmetoleranz be-

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht von einem 4° sonders für Oxydierer für Ab- und Auspuffgase und

Kanister- oder Geschoßhüllengegenstand mit einer für Wärmeaustauscher, in denen sich eine Teilerplatte,

in der Form einer Spirale in Windungen gewickelten über die und unter der — gewöhnlich gegenläufig —

Folie aus siaterfähigem Material; flüssige Medien streichen, drehbarer großer zylindri-

F i g, 3 ist eine perspektivische Ansicht von einer scher Blockteil befindet; in diesem befinden sich Turbinenschaufel mit weggebrochener Außenschalen- 45 viele kleine, durch in parallel zur Drehachse laufende verkleidung, um die Verstrebung durch gewellte Kanäle für Aufnahme von Patronen- oder Einsatz-Folien aus sinterfähigem Material darzustellen; teilen, von denen jedes über oder unter der Teiler-

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht von einem platte hinweggleitet, wobei an einer ihrer Seite aus gesinterten Schichtstoff von gewellten Folien zwi- den durch die Kanäle streichenden Gasen oder flüssischen dünnes, flachen Bogen oder Blättern; 5° gen Medien Wärme aufgenommen wird, die dann

Fig. 5 ist eine Vergrößerung von dem einge- durch die durch die rotierende Patronenhülle strei-

- kreisten Teil von Fig. 4. chenden flüssigen Medien übertragen wird.

Bei dem Wärmeaustauscher mit Querdurchströ- Aus Fig. 3 ersieht man die besonderen Kennmung nach Fig. 1 sind für das wabenartige starre zeichen für eine Verstärkung oder Bewehrung von Gefüge drei dünne, gewellte und voneinander durch 55 hitzebeständigen, ganz leichten und im Bau fehlerzwei dünne, flache Bogen oder Plattenbogenteile 13, freien Gegenständen, wie einer Turbinenschaufel, 14 getrennte Folien 10, 11, 12 zwischen den Außen- deren Schale 31 durch gewellte Keramikfolien verwänden 15, 16 angeordnet und längs angrenzender strebt oder versteift ist, zwischen denen an angren-Rippeniämme sinterverschweißt, wobei die Wellun- zenden Kämmen benachbarter Rippen vorzugsweise gen der Folie 12 lotrecht zu denjenigen der gewellten 60 für zusätzliche Verfestigung der leichten Schaufel Folien 10 und 12 geführt sind. sinterverschweißte, gegebenenfalls auch gewellte

Im Betrieb wird ein fließendes Medium bestimmter Blatt- oder Bogenteile 32 eingesetzt sind.

Art und Temperatur durch die Kanäle zwischen den Bei den beispielsweisen Ausführungen nach F i g. 4

Rippen der gewellten Folie 12 und den Bogen-oder und 5 sind die gewellten Folien 40 durch dünne

Blatteilen 13 und 14 (Pfeil A") und quer zu diesem 65 Blatt- oder Bogenteile 41 getrennt und an diesen eng

Stoömumgsverlauf ein anderes, in seinen Eigenschaf- verschmolzen oder verwachsen angeschweißt oder

ten unterschiedliches flüssiges Medium durch die-Ka- angesintert. Die Schweißstellen 42 sind kaum erkenn-

Ü zwischen den Rippen der gewellten Folie 10 bar und können unter Verwendung intermediärer

»sinterfähiger«, nicht in jeden Folien oder Bogen vorhandener Bestandteile ausgebildet werden.

Bei Herstellung des starren Bauelementes wird ein Rohgemisch aus feinen sinterfähigen Partikeln, plastizierenden Bestandteilen (wie z. B. organischen Polymerharzen) und einem flüchtigen viskositätsregelnden Binder (Medium) zu einer dünnen Folie mit einer Dicke von 0,0250 mm, jedoch nicht über 3,175 mm, verarbeitet. Festigkeit und Gefüge ohne Sprödigkeits- und Bruchprobleme erstellt man mit Folien, die etwa 0,0508 bis 1,270 mm dick sind und aus mindestens 80 Gewichtsprozent sinterfähigen Partikeln und organischen plastizierten polymeren Bestandteilen für Erzielung guter Biegsamkeit bestehen; sie gewährleisten Temperaturwechselbeständigkeit des gebrannten Gefüges, d. h. Widerstandsfähigkeit ohne Zubruchgehen bei Temperatursehwankungen.

In der Stufe der Wellenausbildung stützt man die plastizierten Keramikfolien in grünem Zustand vorzugsweise auf einer z. B. aus Aluminium bestehenden dünnen Folie ähnlicher, jedoch 0,2540 mm nicht überschreitender Dicke ab oder schichtet sie beim Durchführen zwischen Riffelungswalzen, möglichst bei Raum- oder erhöhter Temperatur, zwischen zwei derartigen Metallfolienbahnen auf, die die Beanspruchungen beim Ausbilden der Wellungen verteilen und Rißbildung oder Zubruchgehen der Keramikfolien verhindern. Auch bei Keramikfolien, die mit Elastizität verleihenden Bestandteilen plastiziert sind, wird mindestens ein mit ihnen gewelltes Metallfolienblatt kurzzeitig in seiner Lage gehalten, so daß ihre Wellungen nicht verändert und sie nicht wieder abgeflacht werden.

Man arbeitet hierbei unter Benutzung einer Standard-Riffelungsvorrichtung unter Vermeidung unzulässigen Druckes bei niedrigen Temperaturen. Es entstehen Wellungen gleichförmiger Periodizität, z. B. in Reihen- und gleichmäßiger Wellenform, Amplitude und Steigung (vgl. die Figuren). Auch dort, wo z. B. unter Ausbildung einer Wendel ein gewelltes Blatt oder Bogen auf sich selbst in Form einer Spirale gewickelt ist, kann es abgestufte Steigungsabnahme oder auch abgestufte Amplitudenzunahme bei gleichbleibender Steigung oder beides aufweisen. Man benutzt oftmals Wellenformen von genormten bogenförmigen Kämmen und Rillen; geeignet sind jedoch auch andere Wellenformen oder Konfigurationen, wie solche, die die Summen aller geraden und ungeraden Oberwellen wie auch Kombinationen von diesen darstellen.

Die Amplitude, d. h. der Höhenabstand zwischen dem Kammscheitel und dem untersten Abschnitt einer angrenzenden Rille (Wellengrund) ist gleich der Dicke der gewellten Folie; d. h., der Höhenabstand zwischen dem Scheitel eines Kammes auf der einen Seite einer gewellten Folie und demjenigen auf deren gegenüberliegender Seite ist mindestens doppelt so groß wie die Dicke der Folie selbst. Dies ist eine Mindestforderung für die Amplitude. Die Mehrzahl der erfindungsgemäßen starren Bauelemente haben im allgemeinen Wellungen mit Amplituden, die zumindest fünffach größer als die Dicke der Folie sind.

Die sinterfähigen, biegsamen und plastizierten gewellten Folien werden in noch grünem, ungebranntem Zustand zersägt und zu mehrteiligen Stücken und Strukturen (vgl. die Figuren), wie für Verwendung für Verstrebung von Turbinenschaufeln oder Verschalungsplatten u. dgl., verarbeitet. Beim Verschweißen von Rippenkämmen auf einer Seite einer gewellten Folie an einen sinterfähigen Bogen- oder Blatteil kann das für das sinterfähige Folien- oder Blattmaterial verwendete Rohmaterialgemisch mit 5 organischen Lösemitteln oder Flüssigkeiten für Abstimmung der Viskosität verdünnt und dann über die Rippenkämme als Verleimungsmiitel für Anbringen eines sinterfähigen Bogen- oder Blattmaterials gestrichen werden. Die zeitweilige Bindung zwischen

ίο den Kämmen und Bogenteiien geht dann bei dem auf das Trocknen folgenden Brennen in eine starke und harte Bindung über. Auch kann diese durch Anschweißen erfolgen.
Beim Zusammenfügen mit einem Lösemittel wird nach Entfernen der flüchtigen, gegebenenfalls organischen Binder das Bauelement bei entsprechender Temperatur in bekannter Weise gesintert. Vorteilhaft ist eine rasche Brandführung, als »Schock-Brand bezeichnet, d. h. verbunden mit sofortigem Abkühlen des aus dem Ofen herausgenommenen Gegenstandes auf Raumtemperatur.

In die starren Bauelemente oder auf deren Oberflächen könnten nach bekannten Imprägnierungsverfahren für Pellets u. dgl. katalytisch© Reagenzien oder diese beim Calcinieren bildende Substanzlösungen ein- bzw. aufgebracht werden. Hierbei wird durch den Porositätsgrad des intermediären Baukörpers die nach dem Sintern katalytisch wirkende Menge des Reagenz bestimmt, die im unporösen Gegenstand am geringsten ist, aber auf Grund des großen Oberflächenbereiches trotzdem einen relativ großen Anteil vom Katalysatorgesamtgewicht ausmacht.

In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Teile auf Gewicht.

B eispiel 1

Ein rohes plastisches Grundmaterial wird aus 85 Teilen handelsüblicher Tonerde, die aus 96"h Al₂O₃, 2% Talk und 2«/o Ton und Flußmittel besteht, und eine Partikelgröße zwischen 1 und 44 Mikron aufweist, 15 Teilen eines Tetrapolymerisates in Form eines Organosols und etwa 40 Teilen eines Lösemittelgemisches aus 22,l»/o Äthylacetat, 38,95"/ο Cellosolveacetat (auch Äthyloxyäthylacetat genannt) und 38,95°/» Nitroäthan zubereitet, wobei das Tetrapolymerisat aus 30% Octadecylacrylat, 30 «/0 Acrylnitril, 33^e/o Cyclohexacrylat und 5^fl/o Acrylsäure, mischpolymerisiert in Äthylacetat, besteht.

Der aus dem zu empfehlenden etwa 8stündigen Vermählen in einer Porzellankugehnühle erhaltene Schlammbrei wird mit dem Messer in dünner Schicht auf eine Trägerbahn von mit Polyäthylen überzogenem Papier geringer Adhäsion für Bildung eines etwa 0,1270 mm dicken und lösemittelfreien Überzuges aufgetragen, nach dem anschließenden Trocknen bei Raumtemperatur und Abstreifen auf eine etwa 0,1270 mm dicke Aluminiumfolie aufgelegt und in einer entsprechenden Apparatur mit auf etwa 132,2° C erwärmten Walzen auf fünfzehn periodisch geschwungene Wellungen mit einer Amplitude von 0,7620 mm je 2,54 cm verarbeitet.

Danach werden frei liegende Kämme der gewellten Folie an einen 0,1270 mm dicken flachen Streifen von dem obengenannten plastizierten feuerfesten (hitzebeständigen) Keramikmaterial unter Führen über eine 132,2° C heiße Walze unter leichtem Druck sinterverschweißt und die Trägerbahn von der gewellten Folie abgetrennt. Daran schließt sich vor

raschem Abkühlen auf Raumtemperatur ein bis zu 4stündiges, zumeist ausreichend 15minütiges Brennen des Bauelementes in einem bei etwa 1650° C gehaltenen Ofen,

Das Aufwickeln der Folie in der Form einer Spirale oder Wendel (Fi g. 2) erfolgt bei Raumtemperatur unter Benutzung eines Überzuges von dem angegebenem Schlicker oder Schlammbrei für Bindung der Rippenkämme an den flachen Streifen. Für Herstellung des Gegenstandes nach Fig. 2 wird die Spirale in grünem Zustand in einen Zylinder aus strang- oder ausgepreßter »grüner« Tonerde eingesetzt. An das Brennen bei 1650° C, aber bei vorzugsweise Vsstündiger Haltezeit bei Höchsttemperatur, schließt sich esa etwa 1- bis 4stündiges Kühlen auf Raumtemperatur an.

Für ein katalytisches Oxydierelement (z. B. für Ab- TOd Auspuffgase) wird das Gefüge nach dem d anschließenden Eintauchen in eine

Lösung,«», verdünntem, etwa 1- bis 5%igen Palladiumchlorid oder Platinchlorid bei Raumtemperatur wasserfrei getrocknet und in einer Wasserstoffatmosphäre bis zu 800° C kurz gebrannt; dabei wird das Salz m Metall, ohne ausgedehnte Haltezeit bei 800° C in edaem 4stündigen Zyklus für das Brennen, reduziert Ein mit einem solchen oder mit mehreren Katalysatoren versehenes Element wie nach Fig.2 eignet sich für Dampfphasen-Dehydrierung von Decalin bei etwa 350° C.

Die unter Verwendung des angegebenen Materialgrundgemisches erhaltenen Verbundstrukturen eignen sich auch für Wärmeaustauscher verschiedentlicher Konfigurationen mit einem geschichteten Aufbau wie nach Fig. 1.

Beim Verschweißen von Rippenkämmen an Platten od. dgl. wie auch für Zusammenbau von anderen Einzelelementen kann eine dünne Überzugsschicht von einem lösemittelverdünnten Rohmaterialgrundgemisi^i zwischen die Rippenkämme und die Platte (oder andere zu verbindende Teile) eingebracht werden und das Ganze nach Versprühen, Durchdringen und Verdampfen des Lösemittels gebrannt werden.

Beispiel 2

Wie nach dem vorhergehenden Beispiel wird nach Aufstreichen und Trocknen des Grundrohmaterials die lösemittelfreie und etwa 0,5080 mm dicke Folie auf etwa zehn gleichmäßige Wellenrippen mit einer Amplitude von etwa 2,50 mm je 25,4 mm verarbeitet, in rechteckige Abschnitte geschnitten und zwischen 0,5080 mm dicken plastizierten, trennenden Blattoder Bogeateilen aus einem Material gleicher Zusammensetzung angeordnet; dann werden die Außenkämme auf jeder Seite der gewellten Abschnitte an die trennenden Bogen- oder Blatteile wie nach Beispiel 1 angeschweißt Das entstandene Bauelement nach Fig,4 zeigt mehrere gewellte und flache geschichtete Blatt- oder Bogenteile, die entsprechend weiterer Verwendung zu einer Konfiguration für Verstärkung einer Turbinenschaufel (F i g. 3) zugeschnitten und um die dann biegsame, plastizierte und vorgeschnittene .Schalenplatten in grünem Zustand mit einer Dicke von 0,5080 τητη und derselben Zusammensetzung mn die gewellten Abschnitte gewickelt werden.· Aa das Verschweißen der Verschalungsteile an die Kanten des gewellten Innenverstärkungsteiles wie nach Beispiel 1 schließt sich ein Erhitzen auf etwa J.650⁰ C über einen 12stündigen Brennzyklus bei der etwa IV2 Stunden gehaltenen Höchsttemperatur. Die Turbinenschaufel ist beständig gegen plötzliche Temperaturveränderungen ohne Auftreten von Rißbildung und verhält sich widerstandsfähig gegen Korrosion oder Beschädigung in Umgebungen hochgradiger Hitze (z. B. Rotglut).

Beispiel 3

Ein plastisches Ausgangsmaterialgemisch aus 80 Gewichtsteilen Beryllerde mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 1 Mikron, sowie 20 Gewichtsteilen Tetrapolymerisat aus Beispiel 1 und etwa 50 Gewichtsteilen eines Lösemittelgemisches nach Beispiel 1 wird mit etwa 1 Gewichtsteil konzentrierter Salpetersäure als Entflockungsmittel, die die alkalische Beryllerde unter Verhinderung ihrer Koagulation im Tetrapolymerisatschlamm verhindert, versetzt. Nach 8stündigem Vermählen in einer Kugelmühle wird der erhaltene, homogen untermischte

ao Brei etwa 0,2540 mm dick auf eine Oberfläche geringer Adhäsion (d. h. mit Polyäthylen verleimtes Papier) als Überzug aufgetragen und teilweise (d. h. bis zum Verbleiben von nur etwa 20% Lösemittel im Film) trocknen gelassen. Daran schließt sich das Auftragen einer zweiten 0,2540 mm dicken Schicht aus gleichem, jedoch noch mit etwa 3 Teilen angereichertem Uranoxyd (im wesentlichen U-235) versetztem Rohmaterial; nach gleichem Teiltrocknen kann in gleicher Weise eine dritte 0,2540 mm dicke Schicht der Zusammensetzung der ersten Schicht angebracht werden. Nach dem Trocknen in der Luft bei Raumtemperatur weist das ganze Gefüge eine Dicke von etwa 0,3810 bis 0,5080 mm auf.
Nach Abheben von dem mit Polyäthylen geleimten Papier wird die Hälfte des Schichtstreifens auf eine 0,2540 mm dicke Aluminiumfolie gelegt, mit dieser zusammen durch eine wellenbildende Apparatur mit Walzen mit einer Temperatur von etwa 132,2° C geführt und auf acht Wellungen mit einer Amplitude von 1,270 mm je 25,4 mm verarbeitet.

Der nicht gewellte Teil des Schichtgefüges von Beispiel 3 wird auf der einen Seite mit einem Überzug der Zusammensetzung desselben Beispiels durch Streichen oder Sprühen versehen und mit dieser Seite an frei liegende Rippenkämme der gewellten Folie gelegt; aus dem Schlammbrei dringt etwas von dem Lösemittel in die Oberfiächenteile der Kämme ein und dampft dann bei Raumtemperatur aus. Aus diesen aus dem zusammengefügten Blatt oder Bogen weggeschnittenen Vierecken entsteht der geschichtete oder gestapelte Gegenstand nach F i g. 4, wobei die frei liegenden Teile des flachen Bogenmaterials eines jeden Aufbaubogens mit einem dünnen Überzug aus dem Rohmaterialgrundgemisch bestrichen oder besprüht sind, so daß das Verbundgefüge an den Berührungsstellen zwischen den Rippenkämmen und den flachen Bogenteilen verkittet ist. Dann wird der ganze Gegenstand bei Raumtemperatur getrocknet und in einer Inertatmosphäre (z. B. Wasserstoff) in einem 16 V2Stündigen Brennzyklus und bei einer Höchstglühungstemperatur von etwa 1550° C, die in der Mitte des Brennzyklus gehalten wird, gebrannt. Dieser gesinterte Gegenstand mit Verbundstruktur eignet sich als Brennelement in Atomreaktoren.

Beispiel 4

Ein Gefüge auf keramischer Basis in Form einer Schnecke mit einem Durchmesser von 25,4 mm und

ίο

einer Länge von 101,6 mm wird nach Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß es etwa 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa 1300° C gebrannt und dann gekühlt wird. Die lineare Schwindung beträgt etwa 2%. Das Gefüge war poröser, und der Träger wies zu etwa 20% freien Raum auf, wobei die verlangten Durchgänge nicht einbegriffen sind.

Einen keramisch getragenen Einheitskatalysator erzeugt man aus dem keramischen Grundstoff durch

lungslampe und 15minütiges Brennen bei 850° C in einer Luftatmosphäre, damit das sechswertige Chrom

Chromtrioxyd und ausreichend 30%iger Lösung des Tetrapolymerisates von Beispiel 1 in einem Gemisch von 30 Volumprozent Äthylacetat, 35 Volumprozent Nitroäthan und 35 Volumprozent Äthoxyäthylacetat, um 42,72 Teile Tetrapolymerisat zu erhalten. Dieses Gemisch wird mit 220 Teilen eines Gemisches gleicher Volumina von Nitroäthan und Äthoxyäthylacetat verdünnt und vermählen; hierbei entsteht eine gleichförmige feine Dispersion, die als Film wie im

etwa lOminütiges Erhitzen bei 95° C in einer Lö- io Beispiel 1 versprüht und wie im Beispiel 1 für Fertisung von 20 Teilen Chromianhydrid in 80 Teilen gung eines gewellten Schichtgefüges verarbeitet wird, Wasser, Trocknen in Luft unter einer Infrarotstrah- das auf sich selbst für Herstellung eines grünen zylindrischen Formkörpers wie nach Fig. 2 aufgewickelt wird. Nach dem Trocknen, und Brennen bei

zu dreiwertigem grünem Oxyd reduziert wird. Der 15 etwa 800⁰C erhält man einen Einheitskatalysator, entstandene keramisch getragene Einheitskatalysa- BeiNichtbenutzung eines getrennt hergestellten kerator eignet sich gut für Durchführen von Oxydations- mischen Trägers wie im Beispiel 6 ist das Gefüge reaktionen in dynamischen Gassystemen bei Tempe- bei Vergleich z. B. mit denjenigen Gefügen der raturen von etwa 260° C und darüber, wobei die anderen Beispiele ziemlich zerbrechlich. So ist es Temperatur des Katalysators höher als diejenige des 20 nach Beispiel 6 im allgemeinen nicht ausreichend strömenden Gases auf Grund der Umsetzungshitze stabil für Verwendung in Kraftfahrzeugauspuffist. Bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 45720 m systemen, in denen es vielen Stoßeinwirkungen und je Minute, etwa entsprechend der eines Automobil- Vibration ausgesetzt ist; es eignet sich vollkommen auspuffs, beträgt das Druckgefälle durch diesen z. B. zur Verwendung in den Abzugskanälen von Einheitskatalysator etwa 5,08 cm Wasserdruck 25 Haushaltsmüllverbrennungsöfen zur Unterstützung (0,004916 Atm.). Etwa 80% der Querschnittsfläche der Oxydation übelriechender Produkte aus unvollständiger Verbrennung.

So lassen sich viele verschiedene sinterfähige Materialien zu welligen Formkörpern oder starren Bauelementen verarbeiten. Die angegebenen Beispiele dienen nur zur Erläuterung für einige ver-

des Katalysators bestehen aus geordneten Durchgängen und sind für Gasdurchströmung verfügbar. Der Katalysator bietet etwa 4516,14 cm² an geometrischer katalytischer Oberfläche.

Beispiel 5

Beispiel 4 wurde mit der Ausnahme einer unterschiedlichen Katalysatorbehandlung zur Bildung ^_
eines katalysatortragenden, gewellten starren Bau- 35 _sja₅ Samariumoxyd, Gadolinerde und Borcarbid. Für elementes wiederholt unter Benutzung eines Ge- Herstellung der genannten Gegenstände eignen sich misches aus je 20 Teilen Chromianhydrid und hydratisierter Tonerde in etwa 80 Teilen Wasser zum Im-

wendbare Materialien. Hierzu gehören als Feuerfestmaterialien auch Zirkonoxyd, Cordierit, Zirkon, Bariumtitanat, Porzellan, Thoroxyd, Steatit, Magne-

prägnieren der Grundwellenstruktur. Anscheinend

auch sinterfähige Keramik-Metall-Gemische, z. B. Chrom-Tonerde-Gemische, für Cermets. Möglich ist auch die Zugabe von nicht feuerfesten Materialien,

liegt hier ein Anteil der Tonerde in Lösung und im 40 wie z. B. Alkalioxyd in geringen Mengen, z. B. Rest in Suspension vor. Das Keramik-Grundgefüge einige Prozent, als Flußmittel in den erfindungsgewird in dem Gemisch 15 Minuten bei 95° C durchflutet, hierbei wird praktisch alles von der suspen

dierten Tonerde (das Gemisch wird klar) entfernt und

mäßen sinterfähigen Filmen. Herstellbar sind nach der Erfindung auch gewellte oder geriffelte Gegenstände aus nicht duktilen, nicht schmiedbaren, aber

auch etwa seinem Eigengewicht gleich Lösung ab- 45 sinterfähigen Metallen, wie z. B. gepulvertem sprösorbiert. Das gesättigte Grundgefüge wird aus der dem Wolfram und Beryllium, und intermetallischen restlichen Lösung herausgenommen, mit Hilfe von Verbindungen, wie z. B. Zirkondiborid und hitze-Infrarotstrahlen getrocknet und 15 Minuten bei beständige Gegenstände mit sinterverschweißten 850° C bis zu gleichmäßig grüner Farbtönung ge- Wellenstrukturen aus üblicheren Metallen unter ertrocknet. Das Gewicht nimmt etwa um 15% zu. Es 50 heblicher Kosteneinsparung.

entstand ein wirksamer Katalysator für Oxydierung viele verschiedene organische plastizierende Be-

von organischen Materialien, wie z. B. Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und Wasserstoff mit atmosphärischem Sauerstoff bei Temperaturen von

etwa 204,44° C und höher, und besonders von Ab- 55 dungsgemäße Ausbildung der grünen sinterfähigen und Auspuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen. Filme und Bogen- oder Plattenbauteile benutzbar.

Auch sind hierfür Gemische von Polyvinylbutyral und Polyalkylenglycolen mit oder ohne Benetzungsmitteln geeignet.

Man kann viele verschiedene katalytische Agenzien in die erfindungsgemäßen zusammengefügten, starren, keramisch getragenen Katalysatorartikel einarbeiten. Auch sind Kombinationen von diesen verwendbar; dies hängt von dem beabsichtigten Verbrauchszweck ab. So eignen sich z. B. Gemische

standteile, wie z. B. Polyvinylbutyral, Polyvinylchlorid, Phenolformaldehydharze, Nitrikautschuke und Kombinationen von diesen, sind für die erfin-

Für vollständige Verbrennung von allen Oxydationszwischenprodukten durch den Katalysator muß gegebenenfalls Luft dem Gasstrom gerade vor seinem Streichen über den Katalysator zugeführt werden. Auf Grund der hochfeuerfesten und anderen erwünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Katalysatorstrukturen kann Luftzuführung für Kühlung entfallen.

Beispiel 6

Es wurde eine Paste hergestellt aus 40,69 Teilen Zinkoxyd (Reagenzgüte), 76,05 Teilen grünem

von grünem Chromtrioxyd mit Nickeloxyd, Magnesiumoxyd oder Zinkoxyd wie Gemische von y-Tonerde mit grünem Chromtrioxyd. Zu anderen

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nützlichen Katalysatoren gehören Eisenvanadat, Vanadium, Molybdän, die Edelmetalle und Oxyde von Kupfer, Magnesum, Barium, Strontium, Ziak, Cadmium, Antimon, Titan, Zarkon, Thorium, Zinn, Blei, Vanadin, Tantal, Cobalt, Columbium, Molybdta, Mangan und Uran, wie auch Katalysatoren, die ihrer Natur nach sinterffihig und feuerfest sind; so könnea Gegenstände aus bis zu 100°/» an katalytischem Material zusammengesetzt werden und kann man z. B. Gemische aus Zinkoxyd und Chromtri-, axyei, wie Mer angaben, mit einem organischen ptestEatareodea Bestandteil plastiziert, zu dünnen, sich selbst-tragenden »grüaen« Folien ausgestalten und bei etswa 700° C brennen, um einen zusammengefligtÄKerfflmkgegetistand mit vielen angeordneten Durchgang« zu erzeugen, der im wesentlichen ganz eia aktiver Katalysator ist, von dem auf Grund der hohen geeiietrischeso. oberfläche der erfindungsgemäßen Stnjktam relativ große Mengen in den fertigen Gegenständen zugegen sind.

SeäbStver^findHch" körnen viele Veränderungen und Modifikationen; der in den Zeichnungen dargestellten straktoxellea Konfigurationen, wie z. B. die Verwendung ones mittigen Leitungsanschlußitockes oder -rohres in einem Gegenstand wie nach Fig. 2 oder die Ausgestaltung geschichteter Wellenstrukturen ia bogenförmigen Umrissen, vorgenommen werden, ohne von den wesentlichen strukturellen Merkmalen der neuen Artikel nach der Erfindung ateawKÄen.

Claims

Patentansprüche:

ί. Starres Bauelement aus einem gesinterten Material insbesondere für Wärmeaustauscher, Katalysatoartriger, Turbinenschaufeln und hitzebeständige Körper, dadurch gekennzeichnet, daß es aas einer oder mehreren gesinterten, geweHtett Folien besteht, die durch Sinterverschweißungen aneinander und/oder an eine oder an mehrere nicht gewellte Folien unter Ausbildung eines starren wabenartigen Gefüges aus einem hitzebeständigen feuerfesten Material verbunden, sind, wobei die Folien aus einem keramischen Material und/oder gesintertem anorganischem Oxyd, und/oder gesintertem Metall oder gesinterten Gemischen von keramischem Material und Metall bestehen,
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekenozeichnet, daß die gewellten Folien eine nicht über 3,175 mm liegende Dicke aufweisen.
3. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellten Folien eine nicht über 1,270 mm liegende Dicke aufweisen.
4. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch "gekennzeichnet, daß mindestens eine der TOJim aus einem Schichtstoff von mindestens zwei Stauchten besteht, die hinsichtlich ihrer Zusammensetzung verschieden sind.
5. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Folien einen Schichtstoff aufweist, der eine Innenschicht oder Kern aus gesinterten Partikeln besitzt, die verschieden von den gesinterten Partikefc. sind, die die frei liegenden Außenoberflächestefle bilden.
6. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr gewellte Folien miteinander durch Sintern längs angrenzender Rippenkämme verschweißt sind, so daß mehrfache Kanäle gebildet werden.
7. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenteil von mindestens zwei Folien, die miteinander durch Sinterverschweißungen verbunden sind, dieselbe Zusammensetzung hat und daß die Sinterschweißung, die die Verbindungsnaht dazwischen bildet, auch diese Zusammensetzung aufweist.
8. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine in Windungen gewickelte Folie (oder Folien) in der Form einer Spirale oder einer Wendel aufweist.
9. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der gewellten Folien versetzt zur Orientierung anderen gewellten Folien angeordnet sind, so daß eine Vielzahl von Kanälen in mehr als einer Richtung durch den Gegenstand vorgesehen ist.
10. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß einige der gewellten Folien zur Ausbildung von Kanälen angeordnet sind und daß die Kanten der Folien am Endpunkt mit einer weiteren Folie überdeckt sind, die an den Kanten sinterverschweißt ist und die die Endstelle der Kanäle überdeckt.
11. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die frei liegenden Stirnseiten der Folien, die die Kanäle ausbilden, ein katalytisches Mittel aufweisen.
12. Gegenstand nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß spaltbares Material in mindestens einer der Folien eingebettet ist.
13. Verfahren zum Herstellen eines starren Modells aus einem gesinterten Material, dadurch gekennzeichnet, daß sinterfähige Partikeln, die zeitweilig in Form von einer oder von mehreren Folien mit einer Dicke nicht über 3,175 mm miteinander gebunden sind, in grünem Zustand zu einer gewellten Folie verarbeitet werden, daß die Kanten der Wellungen von einer oder mehreren Folien zeitweilig aneinander und/oder an eine oder mehrere nicht gewellte Folien von sinterfähigen Partikeln unter Bildung eines wabenartigen grünen Formkörpers gebunden werden, wobei die zeitweiligen Bindungen zwischen den Folien gebildet werden entweder durch einen flüchtigen, flüssigen Binder, der in den Abschnitten der so zeitweilig verbundenen Teile zugegen war, oder durch thermoplastisches Verschweißen der Folien miteinander und Brennen des zusammengefügten grünen Formkörpers.
14. Verfahren zum Herstellen eines starren Bauelementes aus gesintertem Material, dadurch gekennzeichnet, daß gewellte, besondere Einzelteile des Bauelementes in grünem Zustand mit einem Schlicker praktisch der gleichen Zusammensetzung wie der Oberflächenschichten der Einzelteile überzogen werden und daß darauf die Einzelteile aneinandergedrückt und getrocknet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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