DE19510149C2 - Verbundkeramikstruktur, Verfahren zur Herstellung der Verbundkeramikstruktur und Verwendung von Abstandhaltern in dem Verfahren - Google Patents

Verbundkeramikstruktur, Verfahren zur Herstellung der Verbundkeramikstruktur und Verwendung von Abstandhaltern in dem Verfahren

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundkeramikstruktur gemäß dem Patentanspruch 1 und auf eine in dem Patentanspruch 2 offenbarte Verwendung von Abstandhaltern in dem Verfahren. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Verbundkeramikstruktur gemäß dem Patentanspruch 5.
Keramikwerkstoffe haben einen hohen Wärmewiderstand und wärmeisolierende Eigenschaften, elektrische und elektronische Charakteristiken, wie etwa Isolation, Leitfähigkeit, magnetische und dielektrische Eigenschaften, und hervorragende mechanische Eigenschaften, wie etwa Beständigkeit, und zwar unabhängig davon, ob die Zusammensetzung der Keramikwerkstoffe aus einem Monoxid oder einem anderen Oxid besteht. Diese Keramikwerkstoffe sind bereits für verschiedene Strukturen verwendet worden, wobei deren Erforschung und Entwicklung fortschritt.
Im Falle, daß die Keramikwerkstoffe für mechanische Teile und Strukturelemente verwendet werden, ist es erforderlich, daß diese mechanischen Teile und Strukturelemente verschiedene Formen haben, wobei Kombinationen dieser jeweiligen Teile und Elemente ebenso verlangt sind. Daher ist es, ausgenommen bei den einstückig gegossenen Keramikstrukturen, oftmals erforderlich, die keramischen Teile und Elemente an verschiedenen Abschnitten miteinander zu verbinden und zu befestigen.
Unter verschiedenen Arten von Teilen und Elementen sind Verbundstrukturen, von denen jede eine Kombination aus einem plattenartigen Element und einem weiteren Element mit unterschiedlicher Form aufweist, oftmals als mechanische Teile und Strukturelemente verwendet worden, wobei Strukturen, die durch Aufnehmen von Rohren in einer Vielzahl von Platten durchsetzenden Löchern geformt wurden, ebenso verwendet worden sind. Beispielsweise ist bei einem Wärmetauscher der Mantel- Rohr-Bauart oder dergleichen ein Element verwendet worden, welches durch Verbinden und Befestigen von Lochplatten mit einer Vielzahl von Löchern an den beiden Endabschnitten einer Vielzahl keramischer Rohre formbar ist.
Aus der GB 15 04 703 ist eine Dichtkonstruktion für eine Verbundkeramikstruktur bekannt.
Als Verfahren zur Herstellung einer Verbundkeramikstruktur, in dem die Lochplatten an beiden Endabschnitten jedes der Vielzahl von Keramikrohren verbunden werden, ist ein Verfahren bekannt, welches ein Aufnehmen der Endabschnitte der Rohre aus gesinterten Keramikwerkstoffen in Durchgangslöchern 3 derartiger Lochplatten 1 aus nicht gesinterten Keramikwerkstoffen, die gemäß Fig. 7 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 3 haben, und ein anschließendes Erhitzen dieser Elemente aufweist, um sie zu brennen. Dadurch werden beide Elemente aneinander einstückig gebunden, und zwar unter Ausnutzung des Unterschieds zwischen den Brennschrumpfverhältnissen von beiden Elementen (diese Verbundtechnik unter Ausnutzung der Differenz zwischen den Brennschrumpfverhältnissen ist nachstehend als "Brennverbinden" bezeichnet). Bei diesem Verfahren werden die Rohre aus gesinterten Keramikwerkstoffen mit geringer Brennschrumpfung, die kaum schrumpfen, mittels der Lochplatten aus nicht gesinterten Keramikwerkstoffen mit großer Brennschrumpfung gehalten, und zwar aufgrund der Schrumpfung der Durchgangslöcher durch das Brennen, wodurch beide Elemente nicht lösbar verbindbar sind.
In diesem Falle ist das Brennen in einem in Fig. 8 gezeigten Zustand gewöhnlicherweise durchführbar, wobei in einer Vertiefung mit einem Dichtungsaufbau, um die Verunreinigung mit Kohlenstoff und dergleichen von den Brennmaterialien zu verhindern und um die Atmosphäre einzudämmen, eine Stütze 4 angeordnet ist und Rohre 2 in dieser Stütze 4 aufgestellt sind, so daß sie sich zur Bodenfläche senkrecht befinden, wobei Lochplatten 1 unter Verwendung von stabförmigen Elementen 5 sowohl an den oberen als auch unteren Endabschnitten der Rohre 2 positioniert sind.
Hierbei sind die stabförmigen Elemente, die bei der Herstellung der vorhergehend erwähnten Verbundkeramikstruktur verwendbar sind, lediglich zwischen den oberen und unteren Lochplatten aufnehmbar, und weisen diese keine mittels der Lochplatten fixierbare Struktur auf. Daher tritt während des Brennschrittes leicht eine Positionsabweichung auf, wodurch die Lochplatten zerstört werden können und die Formgenauigkeit und Luftdichtheit der Verbundstruktur beeinträchtigt wird, und zwar aufgrund der Schrumpfung der Lochplatten durch das Brennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundkeramikstruktur und ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbundkeramikstruktur zu schaffen, in dem nahezu keine Positionsabweichung in der Verbundkeramikstruktur während eines Brennschritts auftritt.
Darüber hinaus sollen bei dem Verfahren Abstandhalter verwendet werden.
Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. In diesem Verfahren werden gemäß dem Patentanspruch 2 Abstandhalter verwendet und wird eine Verbundkeramikstruktur gemäß dem Patentanspruch 5 hergestellt. Weiterbildungen der Verwendung von Abstandhaltern sind in den Unteransprüchen 3 und 4 offenbart, während Weiterbildungen der Verbundkeramikstruktur in den Unteransprüchen 6 bis 8 offenbart sind.
In der vorliegenden Erfindung werden gegossene Stücke (Roherzeugnisse) oder kalzinierte Stücke (kalzinierte Erzeugnisse) als "nicht gesinterte Keramikwerkstoffe" bezeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Abstandhalters;
Fig. 2 eine detaillierte Schnittansicht eines Endabschnitts eines Abstandhalters, in dem eine Aussparung ausgebildet ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Verbundkeramikstruktur mit einem darin aufgenommenen Abstandhalter;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Verbundkeramikstruktur mit darin aufgenommenem Abstandhalter;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Abstandhalters;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines weiteren Abstandhalters;
Fig. 7 eine Draufsicht einer Lochplatte;
Fig. 8 eine Seitenansicht einer auf herkömmliche Weise hergestellten Verbundkeramikstruktur;
Fig. 9 eine Seitenansicht einer Verbundkeramikstruktur;
Fig. 10 eine Ansicht einer Luftdichtheit-Versuchsmaschine.
In Fig. 3 ist ein Abstandhalter 6 gezeigt, der in einer Verbundkeramikstruktur aufgenommen ist. Die Verbundkeramikstruktur hat Rohre 2, die in Durchgangslöcher 3 von Lochplatten 1 aufgenommen sind. Der Abstandhalter 6 besteht aus einem stabförmigen Element mit Endabschnitten 13. Diese Endabschnitte 13 sind in Öffnungen 12 einer jeden Lochplatte 1 der Verbundkeramikstruktur fixiert, so daß die Lochplatte 1 an einem Stufenabschnitt 15 gestützt ist, der mittels dem Endabschnitt 13 und einem Schaft 14 definiert ist. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den oberen und unteren Lochplatten 1 gehalten. Die Positionierung erfolgt in einem Zustand, in dem die Endabschnitte 13 der Abstandhalter 6 in den Lochplatten 1 festgehalten sind, wobei dieser Halterungszustand beim Brennverbindungsschritt aufrechterhalten wird. Nach dem Verbinden ist der Abstandhalter 6 in den Öffnungen 12 befestigt, und zwar aufgrund der Schrumpfung der Lochplatten 1 durch das Brennen, so daß der Abstandhalter 6 mit der Verbundstruktur nicht lösbar verbunden ist, wodurch mittels der Brennschrumpfung die Positionsabweichung der Lochplatten effektiv verhinderbar ist.
Der Außendurchmesser der Endabschnitte 13 des Abstandhalters 6 ist derart festgelegt, daß er etwas geringer als der Durchmesser der in den Lochplatten vorbereitend gebildeten Öffnungen 12 (der Öffnungsdurchmesser vor dem Brennen) ist, wobei "etwas geringer" eine derartige Außendurchmessergröße bedeutet, daß beim Schritt des Brennverbindens die Endabschnitte des Abstandhalters in den Lochplatten festgehalten sind und daß der Abstandhalter mit den Lochplatten mittels der Brennschrumpfung der Lochplatten unlösbar verbunden sind.
Die in den Lochplatten geformten Öffnungen 12 können Durchgangslöcher sein oder auch nicht, solange sie eine Tiefe aufweisen, die größer als die Länge der Endabschnitte des Abstandhalters ist, die in die Öffnungen aufgenommen werden.
Gemäß Fig. 1 ist der Abstandhalter 6 der vorliegenden Erfindung nicht einstückig geformt. Vielmehr sind der Endabschnitt 13 und der Schaft 14 abnehmbar ausgebildet und ist der Endabschnitt 13 mit einem Anlagesegment 16 des Schafts 14 in eine lose Verbindung bringbar. Durch diese lose Verbindung kann eine Beanspruchung des Abstandhalters 6, die während des Brennverbindungsschrittes beispielsweise aufgrund des Unterschieds zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Elemente ausgeübt wird, reduziert werden, wodurch ein Bruch und eine Verformung des Abstandhalters 6 verhinderbar ist.
Überdies haben gemäß Fig. 1 die Schäfte 14 der Abstandhalter 6 vorzugsweise einen Hohlraumaufbau zur Gewichtsverminderung.
Das Anlagesegment 16 des Schafts 14 hat beispielsweise gemäß Fig. 1 einen Innendurchmesser, der größer als der des Endabschnitts 13 ist, so daß der Endabschnitt 13 in dem Anlagesegment 16 des Schafts 14 lose aufnehmbar ist. Alternativ kann gemäß Fig. 5 das Anlagesegment des Endabschnitts 13 den gleichen Durchmesser wie der Endabschnitt 13 oder kann gemäß Fig. 6 das Anlagesegment des Endabschnitts 13 einen Durchmesser haben, der kleiner als der des Endabschnitts 13 ist.
Hinsichtlich der Leistungen des Abstandhalters, wie etwa Stützstabilität und Festigkeit ist eine Struktur der Anlagesegmente gemäß Fig. 1 vorzuziehen. Jedoch kann bei der Struktur aus Fig. 5 der Endabschnitt 13 mit seinem Anlagesegment in der Form einer Säule ohne Abstufung hergestellt werden, wobei es in der Struktur aus Fig. 6 nicht notwendig ist, den Innendurchmesser des Anlagesegments des Schafts auszuweiten, so daß der Schaft 14 in Rohrform ohne Abstufung herstellbar ist. Folglich hat der Endabschnitt 13 und der Schaft gemäß den Fig. 5 und 6 jeweils den Vorteil, daß sie leicht herstellbar sind.
Nach Abschluß des Brennverbindens können, falls erforderlich, die nicht mehr notwendigen stabförmigen Elemente herausgebrochen werden. Jedoch kann vorher gemäß Fig. 2 eine Aussparung 17 in dem Endabschnitt 13 gebildet werden. In diesem Falle kann nach Abschluß des Verbindens jedes stabförmige Element an der Aussparung 17 lediglich durch Ausübung einer relativ geringen Kraft auf das Element aus der Verbundstruktur herausgebrochen werden.
Das Material des Abstandhalters ist vorzugsweise solches, das bei Brenntemperatur während des Brennverbindens nicht aufweicht, wobei typische bevorzugte Beispiele des Abnstandhaltermaterials gesintertes SiC und Si3N4 einschließen, die einen Wärmewiderstand haben, der größer als der der zu verbindenden Strukturelemente ist. Weiterhin können der Endabschnitt und der Schaft aus einem oder unterschiedlichen Materialien sein, wobei beispielsweise der Schaft aus gesintertem SiC und der Endabschnitt aus gesintertem Si3N4 herstellbar ist.
Als Keramikwerkstoffe für die Verbundstruktur sind Keramikwerkstoffe aus Monoxid oder anderen Oxiden verwendbar, wobei die Keramikart unter Berücksichtigung der Art von Strukturelementen für die Verbundstruktur und zu verwendenden Zuständen passend auswählbar ist. Beispielsweise sind Siliziumnitrid und Siliziumcarbid von hoher Festigkeit und hohem Wärmewiderstand anwendbar, und zwar im Falle, daß die Keramikstruktur in einem Motor, einer Industriemaschine, einem Wärmetauscher oder dergleichen verwendet wird. Die Lochplatten und die Rohre können aus einer Keramikart oder unterschiedlichen Keramikarten hergestellt werden. Es besteht keine spezielle Beschränkung bezüglich der Form, Dicke und Größe der Lochplatten, der Anzahl und Anordnung von Löchern, die in jeder Lochplatte gebildet sind, und dergleichen, wobei sie in Übereinstimmung mit dem Verwendungszweck und den anzuwendenden Zuständen geeignet auswählbar sind. Die Löcher der Lochplatten können gleichzeitig mit dem Formen der Platten gebildet werden, die die Grundform der Lochplatten aufweisen, oder mittels Prägen oder Ultraschallbearbeitung nach dem Gießen gebildet werden.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand weiterer Ausführungsbeispiele beschrieben.
Zu 1000 g Siliziumnitridpulver wurden 10 g Y2O3, 10 g MgO, 5 g ZrO2 als Sinterhilfsstoffe beigefügt, wobei weiterhin 1 g von Polyvinylalkohol als organischer Binder und 1000 g Wasser beigefügt wurden. Danach wurde es für 4 Stunden unter Anwendung von Siliziumnitridkugeln (Durchmesser = 5 mm) und einem Schleifmittel gemahlen und gemischt. Das resultierende feingemahlene Gemisch wurde mittels eines Sprühtrockners getrocknet und granuliert, um ein Pulvermaterial zu erhalten. Anschließend wurden mittels Extrusion rohrartige Stücke aus dem derart erhaltenen Pulvermaterial geformt und danach für 10 Stunden bei 110°C getrocknet. Nach dem Trocknen wurde der Binder für 5 Stunden bei 500°C ausgebrannt, wobei das Brennen für eine Stunde bei 1650°C durchgeführt wurde, um Rohre zu erhalten, die einen Außendurchmesser von 8 mm, einen Innendurchmesser von 6 mm und eine Länge von 300 mm hatten.
Andererseits wurden plattenartige Stücke aus dem gleichen Material wie bei der Herstellung der Rohre unter einem Druck von 7 Tonnen/cm2 mittels hydrostatischem Druck-Preß-Gießen durchgeführt. Anschließend wurden diese Stücke getrocknet und der Binder unter gleichen Bedingungen wie bei der Herstellung der Rohre ausgebrannt, wobei für 3 Stunden bei 1350°C eine Kalzination in Stickstoffatmosphäre durchgeführt wurde. Die somit kalzinierten Artikel mit einer Größe von 350 × 170 mm und einer Dicke von 20 mm wurden mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern mit einem Durchmesser von 9,3 mm durchsetzt, in welche mittels Ultraschallbearbeitung die Rohre zum Verbinden aufgenommen wurden, wobei die Öffnungen 12 an vier Ecken jedes plattenartigen Stückes gebildet wurden, um Lochplatten zu erhalten.
Anschließend wurden Endabschnitte der Rohre in den Durchgangslöchern der somit erhaltenen Lochplatten aufgenommen, wobei die Rohre senkrecht zur Bodenfläche aufgestellt wurden. Danach wurden die Lochplatten sowohl an den oberen als auch unteren Endabschnitten der Rohre unter Verwendung von stabartigen Elementen derart positioniert, daß die Lochplatten zueinander parallel waren. Gemäß Fig. 1 hatten die stabartigen Elemente eine Struktur, in welcher Endabschnitte 13 mit einem etwas geringerem Außendurchmesser als der Durchmesser der in den Lochplatten gebildeten Öffnungen mit Schäften 14 lose verbindbar waren, die einen größeren Außendurchmesser als die der Öffnungen an Eingriffsabschnitten 16 hatten. Die Endabschnitte 13 wurden aus gesintertem Si3N4 angefertigt, das einen größeren Wärmewiderstand als das Rohrmaterial hatte, wobei die Schäfte 14 aus gesintertem SiC angefertigt wurden. Gemäß Fig. 3 wurde das Positionieren in einem Zustand durchgeführt, bei dem die Endabschnitte 13 der stabartigen Elemente in die Öffnungen 12 der Lochplatten 1 aufgenommen wurden, wobei sie für 3 Stunden bei 1600°C auf einer Stütze in Stickstoffatmosphäre gebrannt wurden, um eine Verbundkeramikstruktur zu erhalten, bei der die Lochplatten 1 an die oberen und unteren Abschnitte der Rohre 2 und der Abstandhalter 6 gemäß Fig. 4 verbunden wurden. In diesem Falle betrug die Überlagerung der Brennverbindung 0,2 mm.
Bei den Lochplatten der erhaltenen Verbundkeramikstruktur wurden keine Risse beobachtet. Überdies betrug untersuchungsgemäß die Flachheit der Lochplatte 0,1 mm, was bedeutete, daß kaum Formänderung auftrat. Zusätzlich wurde von dieser Verbundkeramikstruktur eine Probe herausgeschnitten, in welcher die Lochplatte lediglich mit dem oberen oder unteren Abschnitt eines Rohrs verbunden wurde, wobei die Luftdichtheit der Verbundabschnitte unter Verwendung einer Luftdichtheit- Versuchsmaschine aus Fig. 10 untersucht wurde. Die Probe 11 wurde mittels einer in einem Wassertank 8 aus Fig. 10 angeordneten Haltevorrichtung 7 gehalten, wobei ein Raum zwischen der Haltevorrichtung 7 und der Probe 11 mittels einem O-Ring 9 abgedichtet wurde. In diesem Zustand wurde Luft bei 7 kg/cm2 über einen Luftdurchlaß 10 eingeführt, um das Ausströmen von Luft aus den Verbundabschnitten zu untersuchen. Daraus resultierend wurde kein Ausströmen beobachtet. Überdies betrug der Parallelverlauf und die Torsion der oberen und unteren Lochplatten jeweils gute 0,5 mm und 0,7 mm.
Der gleiche Verfahrensablauf wie im obigen Beispiel wurde durchgeführt, ausgenommen, daß keine Öffnungen 12 in den Lochplatten gebildet wurden, um Rohre und die Lochplatten herzustellen.
Anschließend wurden Endabschnitte der Rohre in Durchgangslöcher der Lochplatten aufgenommen, wobei die Rohre 2 gemäß Fig. 8 senkrecht zur Bodenfläche aufgestellt wurden. Danach wurden Lochplatten 1 derart positioniert, daß sie unter Verwendung von stabförmigen Elementen miteinander an oberen und unteren Endabschnitten der Rohre 2 parallel waren. Jedes Element 5 war ein einstückiges rohrartiges Stück aus gesintertem SiC, welches beim Brennverbinden bei Brenntemperatur nicht aufgeweicht wurde. Gemäß der Zeichnung wurden die Elemente 5 in einem Zustand positioniert, bei dem sie lediglich zwischen den oberen und unteren Lochplatten aufgenommen wurden, wobei sie bei 1600°C auf einer Stütze 4 in Stickstoffatmosphäre gebrannt wurden, um eine Verbundkeramikstruktur zu erhalten, bei der die Lochplatten 1 gemäß Fig. 9 an obere und untere Endabschnitte der Rohre 2 verbunden wurden. In diesem Falle betrug die Überlagerung der Brennverbindung 0,2 mm.
In den Lochplatten der erhaltenen Verbundkeramikstruktur wurden einige Risse beobachtet. Weiterhin wurde die Luftdichtheit der Verbundabschnitte auf gleiche Weise wie im vorhergehend erwähnten Beispiel untersucht und daraus resultierend das Ausströmen einer beträchtlichen Menge an Luft beobachtet. Überdies war der Parallelverlauf und die Torsion der oberen und unteren Lochplatten jeweils groß, nämlich 3 mm und 7 mm.
Erfindungsgemäß können bei der Herstellung einer Verbundstruktur aus perforierten Keramikplatten und Keramikohren unter Ausnutzung der Differenz zwischen den Brennschrumpfverhältnissen Positionsabweichungen effektiv verhindert werden, wodurch eine Verbundkeramikstruktur mit hervorragender Formgenauigkeit und hervorragender Luftdichtheit bei Verbundabschnitten erreichbar ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbundkeramikstruktur, die eine Vielzahl von beidseitig in Lochplatten (1) gesteckten Rohren (2) aufweist, mit den Schritten
  • 1. - Ausbilden von Öffnungen (12) in den Lochplatten (1),
  • 2. - Einstellen von Abstandhaltern (6), bestehend aus über Anlagesegmente (16) lösbar miteinander verbundenem Schaft (14) und Endabschnitten (13), zwischen den Lochplatten (1), wobei die Endabschnitte (13) der Abstandhalter (6) durch die Öffnungen (12) aufgenommen werden und der Durchmesser des Schafts (14) der Abstandhalter (6) größer als der Durchmesser der Öffnungen (12) ist,
  • 3. - Einstellen der Rohre (2) aus gesinterter Keramik in Durchgangslöcher (3) der durch die Abstandhalter (6) an den oberen und unteren Enden der Rohre positionierten Lochplatten (1) aus ungesinterter Keramik,
  • 4. - Brennen der Struktur, so daß unter Ausnutzung der Brennschrumpfverhältnisse die Rohre (2) und die Abstandhalter (6) mit den Lochplatten (1) einstückig verbunden werden.
2. Verwendung von Abstandhaltern (6) in einem Verfahren zur Herstellung einer eine Vielzahl beidseitig in Durchgangslöcher (3) von Lochplatten (1) gesteckter Rohre (2) aufweisenden Verbundkeramikstruktur zum gegenseitigen Positionieren der Lochplatten (1), wobei die Abstandhalter (6) einen Schaft (14) und über Anlagesegmente (16) mit diesem lösbar verbundene Endabschnitte (13), aufweisen, so daß die Endabschnitte (13) in Öffnungen (12) der Lochplatten (1) aufgenommen werden, während der Schaftdurchmesser größer als der Durchmesser der Öffnungen (12) ist.
3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandhalter (6) verwendet werden, die aus gesintertem SiC oder gesintertem Si3N4 bestehen.
4. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abstandhalter (6) verwendet werden, die in einem der Endabschnitte (13) eine Aussparung (17) aufweisen.
5. Verbundkeramikstruktur, bestehend aus
  • 1. - einer Vielzahl von Rohren (2), deren obere und untere Enden in Durchgangslöcher (3) von
  • 2. - Lochplatten (1) befestigt sind sowie
  • 3. - Abstandhalter (6) bestehend aus einem Schaft (14) und Endabschnitten (13), wobei die Endabschnitte in Öffnungen der Lochplatten (1) positioniert sind, und die Schäfte (14) einen größeren Durchmesser als die Öffnungen aufweisen.
6. Verbundkeramikstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (13) und die Schäfte (14) derart aufgebaut sind, daß sie über Anlagesegmente (16) voneinander abnehmbar kombinierbar sind.
7. Verbundkeramikstruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (6) aus gesintertem SiC oder gesintertem Si3N4 bestehen.
8. Verbundkeramikstruktur nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (6) in einem der Endabschnitte (13) eine Aussparung (17) aufweisen.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100230081A1 (en) * 2008-01-09 2010-09-16 International Mezzo Technologies, Inc. Corrugated Micro Tube Heat Exchanger
US8177932B2 (en) * 2009-02-27 2012-05-15 International Mezzo Technologies, Inc. Method for manufacturing a micro tube heat exchanger
JP5199151B2 (ja) * 2009-03-05 2013-05-15 三井金属鉱業株式会社 セラミックス焼成体及びその製造方法
WO2013142828A1 (en) 2012-03-22 2013-09-26 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sinter-bonded ceramic articles
US9290311B2 (en) 2012-03-22 2016-03-22 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sealed containment tube
JP2015517969A (ja) 2012-03-22 2015-06-25 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド 長尺チューブ構造体

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1504703A (en) * 1974-05-13 1978-03-22 British Steel Corp Recuperators
DE2533895B2 (de) * 1974-07-29 1979-10-31 Bulten-Kanthal Ab, Hallstahammar (Schweden) Hitzebeständiges Werkstück und Ausbildungsformen desselben
DE3343577A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-07 Bethlehem Steel Corp., Bethlehem, Pa. Feuerfester, mit siliziumnitrid gebundener siliziumkarbidbaustoff und verfahren zu seiner herstellung
EP0158472A2 (de) * 1984-03-28 1985-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zur Herstellung eines gesinterten keramischen Körpers
EP0197548A2 (de) * 1985-04-10 1986-10-15 GTE Products Corporation Siliciumnitrid-Befestigungsteile
US4873208A (en) * 1985-06-10 1989-10-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Holder for sealing member
DE3931008A1 (de) * 1989-09-16 1991-03-28 Didier Werke Ag Verbindung eines bauteils mit einem keramischen rohr, insbesondere bei einem waermetauscher
DE3816025C2 (de) * 1987-05-13 1993-05-13 Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp
DE4410767A1 (de) * 1993-03-29 1994-10-06 Ngk Insulators Ltd Verfahren zur Herstellung eines Keramikverbundkörpers

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1591842A (en) * 1977-02-11 1981-06-24 Serck Industries Ltd Method of and apparatus for joining a tubular element to a support
JPS56133598A (en) * 1980-03-24 1981-10-19 Ngk Insulators Ltd Heat transfer type ceramic heat exchanger and its manufacture
JPS58209434A (ja) * 1982-05-28 1983-12-06 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 多管式熱交換器の組立方法
JPS6183897A (ja) * 1984-09-28 1986-04-28 Asahi Glass Co Ltd セラミツクス製の熱交換体
US4875712A (en) * 1985-02-05 1989-10-24 Asahi Glass Company, Ltd. Joint structure for a tube support plate and a tube
US5209525A (en) * 1990-03-28 1993-05-11 Ngk Insulators, Ltd. Bonded ceramic structure

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1504703A (en) * 1974-05-13 1978-03-22 British Steel Corp Recuperators
DE2533895B2 (de) * 1974-07-29 1979-10-31 Bulten-Kanthal Ab, Hallstahammar (Schweden) Hitzebeständiges Werkstück und Ausbildungsformen desselben
DE3343577A1 (de) * 1982-12-02 1984-06-07 Bethlehem Steel Corp., Bethlehem, Pa. Feuerfester, mit siliziumnitrid gebundener siliziumkarbidbaustoff und verfahren zu seiner herstellung
EP0158472A2 (de) * 1984-03-28 1985-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zur Herstellung eines gesinterten keramischen Körpers
EP0197548A2 (de) * 1985-04-10 1986-10-15 GTE Products Corporation Siliciumnitrid-Befestigungsteile
US4873208A (en) * 1985-06-10 1989-10-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Holder for sealing member
DE3816025C2 (de) * 1987-05-13 1993-05-13 Ngk Spark Plug Co., Ltd., Nagoya, Aichi, Jp
DE3931008A1 (de) * 1989-09-16 1991-03-28 Didier Werke Ag Verbindung eines bauteils mit einem keramischen rohr, insbesondere bei einem waermetauscher
DE4410767A1 (de) * 1993-03-29 1994-10-06 Ngk Insulators Ltd Verfahren zur Herstellung eines Keramikverbundkörpers

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Publication number Publication date
US5611877A (en) 1997-03-18
DE19510149A1 (de) 1995-09-28
JPH07257982A (ja) 1995-10-09
JP2882996B2 (ja) 1999-04-19

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