DE4033227A1 - Verfahren zur herstellung metallischen oder keramischen materials - Google Patents

Verfahren zur herstellung metallischen oder keramischen materials

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung metalllischen oder keramischen Materials, insbesondere in Sonderformen wie Folie, Filme, Membran, Sanitärkeramik oder dergleichen.
Bei bekannten Verfahren ist zu unterscheiden zwischen Verfahren zur Herstellung von metallischem Material in Sonderformen und Verfahren zur Herstellung von keramischem Material in Sonderformen. Verfahren zur Herstellung von metallischem Material in Sonderformen sind insbesondere Walzen, Schlagen und die Pulvermetallurgie. Die Pulver­ metallurgie wird insbesondere bei schwierig herzustellen­ den Oberflächen und/oder bei schwer kombinierbaren Materialien eingesetzt. Durch Walzen und Schlagen werden Metallfolien hergestellt.
Die Verfahren zur Herstellung metallischer Körper in Sonderformen wie Folien, Membranen oder dergleichen weisen den Nachteil auf, daß beim Walzen oder Schlagen der hier­ bei festen Ausgangsstoffe der erreichbaren Materialstärke der Vorform oder Endform nach unten Grenzen gesetzt sind, welche den Einsatzbereich derartiger Körper einschränken. So können beim Walzen Materialstärken nur bis zu 0,02 mm hinab realisiert werden und beim Schlagen maximal bis zu 0,018 mm hinab. In bestimmten Anwendungsfällen wie bei­ spielsweise als Membranen werden jedoch weitaus dünnere Materialstärken benötigt, um eine ausreichende Permeation zu gewährleisten. Für derartige Anwendungszwecke ebenso wie für die Herstellung von Körpern aus speziellen Legierungen muß auf die Pulvermetallurgie zurückgegriffen werden, also auf ein recht aufwendiges Verfahren. Auch mit der Pulvermetallorgie ist es aber nicht möglich, struktur­ stabile Körper wie Folie, Filme und Membranen mit einer geringeren Materialstärke als 0,1 mm herzustellen. Ein weiterer Nachteil der Pulvermetallurgie besteht in den hohen erforderlichen Drücken und in der Gefährlichkeit des Herstellungsverfahrens aufgrund der Toxizität der Metalle, welche aufgrund der Pulverform leicht in den menschlichen Organismus gelangen können.
Verfahren zur Herstellung keramischer Körper in Sonder­ formen wie Folien, Filme oder Membranen sind nicht be­ kannt. Bekannte Verfahren zur Herstellung von kermamischen Körpern wie das Schlickergußverfahren weisen den Nachteil auf, daß die Formung des keramischen Körpers nur über eine Gußform erfolgen kann, da nach Erhalt der Formstabilität durch thermische Behandlung wie Sintern eine Verformung des keramischem Körpers nicht mehr möglich ist. Es sind daher zum Teil sehr aufwendige und komplizierte Gußformen erforderlich, um Keramikkörper in der gewünschten Form zu erhalten, beispielsweise im Sanitärbereich und bei Geschirr.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren anzugeben, welches die obengenannten Nachteile bei der Herstellung metallischer Körper in Sonderformen wie Folien, Filmen und Membranen nicht aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, bei keramischen Körpern ohne auf­ wendige Gießformen auszukommen und die Herstellung von Sonderformen wie Folien, Filme und Membranen zu ermög­ lichen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch daß die Ausgangsstoffe des metallischen oder keramischen Körpers in einen fließfähigen, wasserfreien, hautbildenden Ausgangsstoff molekular eingebunden oder diesem beigemengt sind, ist es möglich, eine Vorform oder Endform auszuformen oder auszugießen, welche durch ver­ schiedene Formgebungsverfahren wie Tiefziehen oder Plis­ sieren zu einer Endform formbar sind, bevor im Falle der Keramik durch die thermische Behandlung die Verformbarkeit durch die entstehende keramische Struktur aufgehoben wird. Im Fall von metallischen Körpern ist es auf diese Art möglich, äußerst dünne Schichten als Folien oder Filme oder Membranen auszugießen oder auszuformen, bevor durch die thermische Behandlung die kristalline Struktur des Körpers ein solches Ausformen nur noch mittels Walzen oder Schlagen möglich macht, wo die obengenannten Nachteile auftreten.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich also die Möglichkeit, keramische Körper wie Sanitärkeramik oder Geschirr als Grünscherben beispielsweise durch Tiefziehen in die gewünschte Endform zu bringen und erst anschließend durch thermische Behandlung den keramischen Zustand her­ zustellen, in welchem der Körper nicht mehr verformbar ist. Bei der thermischen Behandlung des Grünscherbens werden die flüchtigen Bestandteile des Ausgangsstoffes freigegeben, während die Keramikgrundstoffe zur Keramik umgewandelt werden. Dasselbe gilt für das Verfahren zur Herstellung metallischer Körper, bei welchem ebenfalls die flüchtigen Stoffe freigegeben werden und die Metallanteile des Ausgangsstoffes zu einem Festkörper kristallisieren.
Die thermische Behandlung der Vorform kann entweder in neutraler, oxidierender oder reduzierender Atmosphäre stattfinden, so daß beispielsweise bei metallischen Bestandteilen des Ausgangsstoffes durch thermische Behandlung in reduzierender Atmosphäre ein metallischer Körper entsteht, während bei Behandlung in oxidierender Atmosphäre ein oxid- oder nichtoxidkeramischer Körper entsteht. Es kann zusätzlich auch reduzierend oder oxidierend oder neutral gebrannt werden. Zur Herstellung keramischer Körper kann zudem anstelle von sensibler ther­ mischer Energie oder zusätzlich zu dieser latente thermische Energie verwendet werden, d. h. also unter Verwendung von überhitztem Dampf. Durch die Behandlung mit latenter thermischer Energie kann die notwendige Sinter­ themperatur um einige 100° gesenkt werden, woraus eine große Energieeinsparung resultiert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorform durch Extrudieren gebildet, wobei die Vorform bevorzugt in Form von länglichen Hohlkörpern extrudiert wird. Gemäß dieser Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ein aus dem Kunststoffbereich bekanntes Verfahren ver­ wendet werden, um Sonderformen wie Folien, Filme und Membranen aus metallischem oder keramischem Material her­ zustellen. Die durch Extrudieren gebildeten länglichen Hohlkörper können vorteilhafterweise gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zu einem Wabenkörper zusammen­ gefügt werden. Hierdurch wird ein keramischer oder metallischer Wabenkörper erzielbar, welcher sich insbeson­ dere durch eine sehr große innere Oberfläche, sehr große Freiquerschnittsfläche und geringe Wandstärke der Waben auszeichnet. Keramische Wabenkörper haben zudem den Vor­ teil der hohen Hitzebeständigkeit, was im Bereich von Abgaskatalysatoren erforderlich ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale werden die beim Extrudieren hergestellten Hohlkörper ab­ wechselnd auf der einen und auf der anderen Seite beim Extrudieren verschlossen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß die so hergestellten Wabenkörper auf den beiden Freiquerschnittsseiten mit verschiedenen Medien­ strömen beaufschlagbar sind, welche nicht miteinander in Berührung kommen oder nur insoweit, als eine Permeation durch die Wabenwand vorgesehen ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorform durch ein Formgebungsverfahren wie Tiefziehen zu einer Endform geformt. Wie bereits oben ausgeführt, kann dadurch insbesondere im Bereich der Sanitärkeramik, aber auch bei Geschirr, vorteilhafterweise die Endform des keramischen Körpers bereits vor der thermischen Behandlung ausgeformt werden und zwar aufgrund der Eigenschaften des Ausgangsstoffes, nämlich daß dieser, gegebenenfalls nach vorheriger Trocknung, ausreichend stabil ist, um solche Formen zu gestalten. Eine derart hergestellte Endform wird dann durch thermische Behandlung zu dem keramischen oder metallischen Produkt umgewandelt. Hierdurch entfallen unter Umständen recht aufwendige Gußformen für die gewünschten Endprodukte.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dienen als Ausgangsstoff organische Metallver­ bindungen, organische Seltenerdenverbindungen, insbeson­ dere als Polymere, Metallgele oder Metallsolgele. Diese fließfähigen wasserfreien Stoffe sind zugleich hautbildend und enthalten neben flüchtigen Anteilen wie Alkohol, Metalle, oder keramische Grundstoffe entweder molekular eingebunden oder als Beimengung. Bei der thermischen Behandlung der Vorform, beispielsweise einer metall­ organischen Verbindung, wird der organische Rest als flüchtiger Anteil des Ausgangsstoffes verdampft, während das Metall entweder auskristallisiert oder in einen keramischen Werkstoff umgewandelt wird. Hierbei können auch verschiedene Metalle im Ausgangsstoff enthalten sein, beispielsweise Magnesium und Aluminium, bei welchen durch oxidierende thermische Behandlung MgAl2O4 (Spinell) gebildet wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung wird das Ausgangsmaterial für die Vorform im Ein­ topfverfahren hergestellt. Hierbei werden vorteilhafter­ weise alle für das Ausgangsmaterial notwendigen Stoffe in einem Dreihalskolben zusammengebracht. Dies ist insbe­ sondere bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung vorteilhaft, bei welcher als Ausgangsstoff Tetra­ hydrofuran dient, welchem Magnesiumchlorid und Silan bei­ gemengt werden. Aus diesen Ausgangsstoffen werden Magnesiumhydrid und Siliziumchlorid gebildet unter Frei­ setzung von Monosilan und Absetzen von Tetrahydrofuran. Das Tetrahydrofuran dient in dieser Reaktion als Kataly­ sator zur sanften Hydrierung von Magnesiumhydrid, wobei das nach beendeter Reaktion abgetrennte Tetrahydrofuran Silizium, Chlor und Magnesium enthalten kann und daher als Ausgangsmaterial für die Vorform eines metallischen oder keramischen Körpers verwendet werden kann, der gemäß Anspruch 1 durch thermische Behandlung dieser Vorform gebildet wird. In den Dreihalskolben können aber auch noch weitere Metalle oder keramische Grundstoffe gegeben werden, die zusammen mit dem Tetrahydrofuran als Ausgangs­ material für die Vorform dienen, um einen entsprechenden metallischen oder keramischen Körper zu bilden. Der Vor­ teil dieses Verfahrens besteht darin, daß neben einem Ausgangsstoff für die Bildung eines keramischen oder metallischen Körpers gleichzeitig zwei weitere Wertstoffe gewonnen werden, nämlich zum einen Magnesiumhydrid als Feststoffhydridspeicher und zum anderen Monosilan als gasförmiger Ausgangsstoff für die Herstellung von hoch­ reinem kristallinem Silizium.
Eine vorteilhafte Verwendung eines nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Körpers besteht in seiner Verwendung als Absorber für gasförmige oder aerosole Stoffe, insbesondere Schadstoffe wie HCl, HF, SOx, COx, NOx, NHx und Amalgam. Durch entsprechende Wahl der Aus­ gangsstoffe wird ein Körper erhalten aus einem die oben­ genannten Stoffe absorbierenden Stoff wie MgO, MgOH, CaO, CaOH etc. So kann beispielsweise der Ausgangsstoff, aus der die Vorform oder die Endform hergestellt wird, Magnesiumoxid enthalten, so daß der daraus gebildete Körper als Grünscherben ebenfalls Magnesiumoxid enthält oder durch thermische Behandlung ein keramischer Sinter­ körper aus Magnesium erhalten wird. Dieser Körper kann beispielsweise gasförmiges HCl absorbieren und in Form von Magnesiumchlorid sammeln. Ein keramischer Sinterkörper aus Magnesiumoxid kann aber auch dadurch erhalten werden, daß Magnesiumalkoholat als Ausgangsstoff für die Vorform oder Endform verwendet wird und der Körper in oxidierender Atmosphäre thermisch behandelt wird. Entsprechendes gilt für andere Ausgangsstoffe wie Al, Ca, etc.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung dient der erfindungsgemäße Körper als Adsorber, insbesondere von Wasser zur Gasbe- und/oder -entfeuchtung, indem die Ausgangsstoffe des Körpers an sich bekannte hygroskopische Materialien wie Magnesiumperchlorat, Phos­ phorpentoxid, Silikat, Zeolith, Alumosilikat, Karbonat­ kohlenstoff, Natriumchlorid, Polysaccharide und der­ gleichen enthalten. Das zu behandelnde Gas wird über den Körper geleitet und gibt an diesen entweder Wasser ab oder nimmt von diesem Wasser auf. Das abzugebende Wasser wird durch die hygroskopischen Stoffe des Körpers bzw. im Körper adsorbiert. Bei der Gasbefeuchtung wird durch den Körper adsorbiertes Wasser an das Gas abgegeben. Die hygro­ skopischen Materialien werden den Ausgangsstoffen bevor­ zugt als Pulver zugegeben, wobei erforderlichenfalls eine Aufoxidation bei der thermischen Behandlung stattfinden kann. Bei erfindungsgemäßen Wabenkörpern ist sowohl die große Freiquerschnittsfläche als auch die große Reaktions­ oberfläche von Vorteil, da hierdurch die Be- und Entladung mit dem zu adsorbierenden Stoff begünstigt wird. Dasselbe gilt selbstverständlich auch bei der Verwendung als Absorber.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Körper als Filter verwendet, beispiels­ weise als Metallschmelze- oder Schlacke-Schmelze-Filter in der Hüttenindustrie. Der erfindungsgemäße Körper weist hierbei den Vorteil auf, daß er hitzebeständig ist, und daß die erforderliche Porengröße des Filters durch den Herstellungsprozeß vorbestimmbar ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient der Körper für die selektive Stofftrennung von Gasen und/oder Flüssigkeiten. Der erfindungsgemäße Körper weist sowohl als Grünscherben als auch im gebrann­ ten Zustand hervorragende selektive Gastrenneigenschaften auf. Durch wechselseitiges Verschließen der Kanäle des als Wabenkörper ausgeformten Körpers wird so eine Gas- oder Flüssigkeitstrennschicht (Membran) äußerst großer Ober­ fläche zur Verfügung gestellt. Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Körpers können auch zur Anreicherung von Gasanteilen in einem Gasgemisch verwendet werden, ins­ besondere von O2 oder N2 in Luft.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung, dient der Körper als Gasspeicher. Ein erfindungs­ gemäßer Körper kann insbesondere zur Speicherung von Sauer­ stoff und/oder Kohlendioxid verwendet werden, indem der Körper aus Barium oder Bariumoxid besteht. Wiederum ist bei erfindungsgemäßen Wabenkörpern die große Reaktions­ oberfläche und die große Freiquerschnittsfläche besonders vorteilhaft. Ein solcher mit Sauerstoff beladener Wabenkör­ per kann vorteilhaft als Sauerstoffquelle in den verschie­ densten Anwendungsgebieten dienen, beispielsweise in der Sauerstofftherapie oder zur Aufoxidation der Reaktionspro­ dukte von Suspensionstrocknern.
Ebenso kann ein derartiger Wabenkörper als Feststoffhydrid­ speicher verwendet werden, indem er aus Magnesium und/oder Titan und/oder Eisen besteht oder diese auf den Wabenkör­ per, bevorzugt in einer Engobe, aufgebracht sind. Auch hier gelten die bereits obengenannten Vorteile der großen Reaktions- und Freiquerschnittsfläche. Hierdurch ist auch eine besonders große Speicherkapazität pro Volumen gegeben sowie eine schnelle und sichere Be- und Entladung des Fest­ stoffhydridspeichers.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung dient der erfindungsgemäße Körper als Katalysator für die selektive und nichtselektive katalytische Behandlung eines Gasstroms, indem der Körper aus katalytisch wirk­ samen Stoffen wie Anatas, Eisenoxid, Wolframtrioxid, Kobaltoxid, Vanadiumpentoxid, Kupferoxid, Chromoxid, Spi­ nell, Oxiden von Seltenen Erden besteht. Der Gasstrom wird über den Körper bzw. durch die Kanäle eines erfindungs­ gemäßen Wabenkörpers geleitet. Die große erzielbare Frei­ querschnittsfläche und die große Reaktionsoberfläche des Wabenkörpers sind auch hier besonders vorteilhaft.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung dient der erfindungsgemäß hergestellte Körper als Verpackungsmaterial. Metall- und Keramikfolien können auf diese Weise in besonders geringer Materialstärke als Verpackungsmaterial eingesetzt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient ein erfindungsgemäß hergestellter Körper als Geschirr oder Sanitärkeramik, zu welcher die Vorform vor der thermischen Behandlung geformt wird. Wie bereits oben erwähnt, kann die Vorform durch aus dem Kunststoff­ bereich bekannte Formgebungsverfahren wie Tiefziehen zu einer Endform geformt werden, beispielsweise einer Tasse oder einem Waschbecken, da der Grünscherben aufgrund der Eigenschaften der Ausgangsstoffe ausreichende Stabilität aufweist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung dient der erfindungsgemäß hergestellte Körper als Distanzring für zusammengesetzte Katalysatorkörper, wobei die Vorform bevorzugt durch Plissieren wellenartig ver­ formt und vor der thermischen Behandlung um ein Brenn­ hilfsmittel mit einem dem gewünschten Innendurchmesser des Distanzrings entsprechenden Außendurchmesser gelegt wird.
Hierdurch kann ein keramischer Distanzring gebildet, dessen Endform durch das Brennhilfsmittel vorbestimmt ist und welcher beim Brennvorgang aufgrund der wellenartigen Verformung Expansions- und Kontraktionsbewegungen unbe­ schadet übersteht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung dient der erfindungsgemäß hergestellte Körper als strukturelles Bauteil. Durch die äußerst dünnen erziel­ baren Materialstärken wird durch den erfindungsgemäßen Körper, insbesondere in der Wabenstruktur, ein sehr stabiles strukturelles Bauteil geringen Gewichts zur Verfügung gestellt, das beispielsweise im Flugzeugbau einsetzbar ist. Durch die bei entsprechendem Ausgangsstoff bestehenden Speichereigenschaften kann dieses Bauteil gleichzeitig als Feststoffhydridspeicher, beispielsweise in Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen, als Brennstoffquelle verwendet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale dient der erfindungsgemäße Wabenkörper als Einsatz in Flüs­ sigkeitsspeichern. Hierdurch wird die Bewegung der Flüssig­ keit in dem Speicher vorteilhafterweise eingeschränkt, wodurch ungünstige Schwankungen in der Gewichtsverteilung durch Hin- und Herbewegen der Flüssigkeit vermieden wer­ den. Dies ist beispielsweise bei Brennstofftanks in Flug­ zeugen wichtig.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung wird der erfindungsgemäße Wabenkörper als Schall­ dämpfer verwendet, gegebenenfalls kombiniert mit Abgas­ reinigungsfunktion. Der Wabenkörper kann hierbei entweder so in den Abgasweg eingesetzt werden, daß das Abgas die Kanäle durchströmt, oder aber er kann als Wandbeschichtung im Abgasweg verwendet werden, wobei die Kanäle des Waben­ körpers senkrecht zur Außenwand verlaufen. Bei Verwendung von Katalysatormaterial für den Wabenkörper kann gleich­ zeitig eine Abgasreinigungsfunktion erhalten werden. Der Vorteil besteht darin, daß beim Durchströmen eine sehr große Freiquerschnittsfläche gegeben ist, woraus ein sehr geringer Staudruck resultiert. Im zweiten Fall ist der Staudruck ebenfalls gering, wobei hier die Schalldämpfung aus der Resonatorwirkung der Kanäle in Verbindung mit der Porösität des Materials resultiert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung enthält der Wabenkörper Kalziumtriphosphat (Apatit) und ein mit der Applikationsstelle verträgliches Eiweiß, insbesondere Osteopoetin als Knochenersatz und -aufbaumit­ tel. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhafter­ weise zu medizinischen Zwecken eingesetzt werden. Hierbei wird die bekannte Eigenschaft von Osteopoetin ausgenutzt, knochenbildend zu wirken. Kalziumtriphosphat entspricht dem natürlichen Knochenmaterial, so daß besonders gute Ver­ träglichkeit gegeben ist und ein nahtloser Knochenersatz aus einheitlichem Material möglich ist, verbunden mit hoher Stabilität aufgrund der feinen Wabenstruktur.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung dient der erfindungsgemäße Wabenkörper als Brandab­ schluß mit Rauchabschluß durch Suspensionsabdichtung. Ein erfindungsgemäßer Wabenkörper wird als Einsatz für den Brandabschluß verwendet, wobei oberhalb des Wabenkörpers eine beispielsweise in Glas eingeschlossene mit kerami­ schen Ausgangsstoffen gebildete Suspension gelagert ist, welche bei Erreichen einer Grenztemperatur durch Zer­ störung des Glases freigesetzt wird und in die Kanäle des Wabenkörpers eindringt. Durch die durch den Rauch einge­ tragene Wärme wird die Suspension verfestigt und ver­ schließt die Kanäle des Wabenkörpers. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß ein sicherer Brandabschluß gegeben ist bei gleichzeitigem Rauchabschluß, während vor Frei­ setzung der Suspension ein Gasdurchtritt durch den Waben­ körper möglich ist, beispielsweise in Klimaanlagen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung wird der erfindungsgemäße Wabenkörper in einer Vor­ richtung mit rotierendem scheibenförmigen Wabenkörper ein­ gesetzt, dessen Sektoren abwechselnd verfahrenstechnisch unterschiedlichen Medienströmen ausgesetzt sind. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Gasbe- und/oder -entfeuchtungsanlagen, in Absorptionseinrichtungung, als Katalysatoren oder Wärmetauscher eingesetzt. Durch die Rotation des Wabenkörpers werden hierbei Segmente des Wabenkörpers abwechselnd unterschiedlichen Medienströmen ausgesetzt, beispielsweise Warm- und Kaltluft in Wärmetau­ schern von Klimaanlagen. Derartige Wabenkörper sind übli­ cherweise mit Innenantrieb und Innenlagerung ausgestattet, wobei diese nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestal­ tung der Erfindung durch einen Außenantrieb und vorzugswei­ se auch eine Außenlagerung des Wabenkörpers ersetzt sein können. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß Antrieb und Lager nicht möglicherweise aggressiven Gasströmen ausge­ setzt sind, die diese zerstören könnten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale ist die Wabenkörperscheibe fest installiert, während die An- und Abströmhauben für die unterschiedlichen Medienströme relativ zu dieser drehbar sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung wird der erfindungsgemäße Wabenkörper in einer Luftaufbereitungs- und -konditionierungsanlage eingesetzt. Hierbei können die verschiedenen Eigenschaften des Waben­ körpers einzeln oder in Kombination vorteilhaft eingesetzt werden, so beispielsweise katalytische Eigenschaften und Filter- bzw. Gastrenneigenschaften zur Reinigung von lösungsmittelhaltiger Abluft, Adsorptions- und Wärme­ tauscheigenschaften in Klimaanlagen usw.. Ebenso kann das erfindungsgemäße Halbzeug in Gasaufbereitungsanlagen zur Kühlung von Gasen durch Entfeuchtung dienen, wodurch sonst benötigte, unschöne Kühltürme entfallen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung besteht der Wabenkörper aus anorganischem, vorzugs­ weise keramischem, durchscheinendem oder transparentem Material und wird als Wärmestrahlungsabsorber verwendet, indem das Halbzeug auf einer oberflächlich oder durch­ gehend dunkel eingefärbten Grundplatte, bevorzugt eben­ falls aus keramischem Werkstoff, angeordnet ist. Derartige Wärmestrahlungsabsorber, die auf dem Prinzip des Eisbär­ felles beruhen, sind an sich bekannt. Diese sind jedoch nicht hitzebeständig oder nicht wetterfest, da sie ent­ weder aus Kunststoff oder aus Glas bestehen. Durch den er­ findungsgemäßen Wabenkörper aus keramischem Material ist ein solcher Wärmestrahlungsabsorber jedoch hitzebeständig, wetterfest und vergleichsweise leicht. Durch die dunkle, insbesondere schwarze Grundfläche ist eine hohe Wärme­ absorption gegeben, während die Kanäle des Wabenkörpers die Wiederabstrahlung der aufgenommenen Wärme vermindern. Durch die Transparenz des Keramikmaterials ist Strahl­ absorption bei beliebigem Einstrahlungswinkel möglich. Die dunkle Grundplatte ersetzt hierbei die Haut des Eisbären, während der Wabenkörper die Haare des Eisbärfelles ersetzt.
Ein solcher Wärmestrahlungsabsorber kann vorteilhafterwei­ se als Focus-Receiver in Sonnenenergieanlagen verwendet werden, da er hitzebeständig ist und daher nicht gekühlt werden muß. Er kann daher auch zur direkten Ölraffinierung im Focus-Receiver einer Sonnenenergieanlage eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung nichtoxi­ discher Keramik, da diese besonders große Hitzebständig­ keit aufweist.
Eine solcher Wärmestrahlungsabsorber kann vorteilhafterwei­ se auch in Kombination mit einer Wärmekraftmaschine betrie­ ben werden. Eine solche Wärmekraftmaschine kann beispiels­ weise ein Stirlingmotor sein, der direkt oder indirekt erwärmt wird, oder eine Dampfturbine oder sonstige dampfbe­ triebene Maschine, wobei im Focus-Receiver der Dampf er­ zeugt wird oder eine Wärmeübertragungsmittel erwärmt wird, welches andernorts Dampf erzeugt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung wird ein solcher Wärmestrahlungsabsorber als Fassaden­ verkleidung von Gebäuden verwendet. Hierbei dient der Wärmestrahlungsabsorber bevorzugt gleichzeitig als Wärme­ isolierung und zur Wärmeenergiegewinnung.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist ein solcher Wärmestrahlungsabsorber quer zur Fassade eines Gebäudes eingebaut. Hierbei dient dieser ausschließlich zur Wärmeenergiegewinnung und zwar bei­ spielsweise, indem die Grundplatte und/oder der Wabenkör­ per ins Innere des Gebäudes verlängert sind, wo diese als Heizelement, beispielsweise Kochplatte, dienen. Selbstver­ ständlich kann diese Ausgestaltung auch zur sonstigen Wärmeenergiegewinnung verwendet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung dient ein solcher Wärmestrahlungsabsorber zur Wärme­ isolierung, indem der Wabenkörper zwischen zwei oberfläch­ lich oder durchgehend dunkel eingefärbten Platten ange­ ordnet ist. Der Wabenkörper tritt hierbei an die Stelle von sonst üblicher Mineralwolle, die physiologisch bedenklich ist. Durch die Wabenstruktur ergibt sich neben der Isolatorwirkung auch eine hohe mechanische Festigkeit, insbesondere wenn die Kanäle des Wabenkörpers senkrecht zu den dunkel eingefärbten Platten verlaufen. Hierbei gründet sich die Wärmeisolation auf die hohe Reflexion in den Kanälen des Wabenkörpers, die noch dadurch erhöht werden kann, daß diese, ebenso wie die Innenseiten der Grundplat­ ten, mit einer wärmestrahlungsreflektierenden Schicht ver­ sehen sind. Hierdurch wird eine solche Wärmeisolierung auch besonders geeignet für den Einsatz als Hitzeschild bei Raumfahrzeugen, wo eine besonders hohe mechanische Sta­ bilität gefordert ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung dient der erfindungsgemäße Wabenkörper als Feststoff­ hydridspeicher in einem Kreisprozeß mit Metallhydriden un­ terschiedlicher Bildungs- und Zersetzungstemperatur, auch in Verbindung mit einer Wärmekraftmaschine. In einem sol­ chen Kreisprozeß wird Wasserstoff aus einem Metallhydrid­ speicher durch Erwärmung ausgetrieben und einem zweiten Feststoffhydridspeicher zugeführt, welcher den Wasserstoff bindet. Der Feststoffhydridspeicher hoher Bildungs- und Zersetzungstemperatur, beispielsweise Magnesiumwabenkör­ per, wird, bevorzugt in Verbindung mit einem erfindungsge­ mäßen Wärmestrahlungsabsorber, insbesondere durch Sonnen­ energie erwärmt und der Wasserstoff ausgetrieben. Dieser Wasserstoff wird einem zweiten Feststoffhydridspeicher mit niedriger Bildungs- und Zersetzungstemperatur, beispiels­ weise Titaneisenwabenkörper, zugeführt, wo er wiederum gebunden wird. Der hierin gespeicherte Wasserstoff kann bereits bei niederer Temperatur, beispielsweise durch Abwasserwärme, ausgetrieben werden und in den Feststoffhy­ dridspeicher hoher Bildungstemperatur zurückgeführt wer­ den. Die bei der Adsorption freigesetzte Wärmeenergie kann entweder Wärmekraftmaschinen zugeführt werden oder direkt als Heizwärme verwendet werden. Der Vorteil des erfindungs­ gemäßen Wabenkörpers besteht darin, daß eine große Reaktionsoberfläche zur Verfügung gestellt wird und der Speicher besser be- und entladbar ist als herkömmliche Speicher.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung dient der erfindungsgemäße Wabenkörper als Wärme­ speicher, indem der Wabenkörper aus Zeolith besteht. Durch Zugabe von Wasser oder Feuchtigkeit zum bzw. in den Wabenkörper wird Wärme freigesetzt, welche für eine Ver­ wertung zur Verfügung steht. Andererseits kann durch Zu­ fuhr von Wärme das Wasser aus dem Wabenkörper wieder ausgetrieben werden, so daß der Wabenkörper als Wärme­ speicher dienen kann. Durch die große Reaktionsoberfläche und die große Freiquerschnittsfläche ist die Be- und Entladung des Wabenkörpers mit Wasser besonders begün­ stigt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Merkmale dient der Wabenkörper aus Zeolith zur Wasserentsalzung, indem der Wabenkörper mit einer Destillationseinrichtung für den bei der Wasserzugabe entstehenden Wasserdampf kombiniert ist. Meerwasser oder Brackwasser kann auf diese Weise durch Destillation gereinigt und entsalzt werden, wobei die gerade in trockenen Gebieten zur Verfügung stehende Sonnenenergie zum Austreiben im Wabenkörper absorbierten Wassers dienen kann, welcher dann beispiels­ weise in der Nacht wieder für die Entsalzung von Brack­ wasser zur Verfügung steht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient der erfindungsgemäße Körper als Bremsbelag oder Bremsscheibe, wobei die Vorform bevorzugt durch Plissieren wellenartig verformt und vor der thermischen Behandlung mehrere solcher Vorformen aufeinander gepreßt oder auf andere Art fest miteinander verbunden werden. Hierdurch werden besonders hitzebeständige und stabile Bremsbeläge herstellbar, die insbesondere nach einer Weiterbildung der Erfindung durch eingelagertes hitze­ beständiges Fasermaterial sowohl in ihrer Bremswirkung als auch in ihrer Stabilität noch verbessert werden. Der Vorteil der wellenförmigen Ausgestaltung der Vorformen liegt darin, daß beim Abschleifen der Bremsscheiben oder Bremsbeläge keine langen Fasern aus dem Material gelöst werden können, da diese längs der Folienebene eingelagert sind und beim Abschleifen in kurze Stücke aufgeteilt werden. Als Fasermaterial kann daher vorteilhafterweise Cordierit, Asbest oder Kohle dienen, wobei auch bei Asbest keine gesundheitsschädigende Wirkung auftreten kann, da diese nur bei Asbestfäden bestimmter Mindestlänge gegeben ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die auch für sich beansprucht wird, dient ein erfindungsgemäßer Wabenkörper als Auskleidung oder Brenn­ hilfsmittel von thermischen Behandlungsräumen. Eine derartige Auskleidung hat den Vorteil geringen Gewichts bei gleichzeitig großer Hitzbeständigkeit, wodurch eine schnelle Aufheizung und damit Energieeinsparung bei der thermischen Behandlung gewährleistet ist.

Claims (46)

1. Verfahren zur Herstellung metallischer oder kerami­ scher Körper in Sonderformen wie Folien, Filme, Membranen, Sanitärkeramik oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem fließfähigen, wasser­ freien, hautbildenden Ausgangsstoff eine Vorform oder Endform ausgeformt oder ausgegossen wird, daß der Ausgangsstoff für diese Vorform oder Endform Metalle oder anorganische Keramikgrundstoffe molekular ein­ gebunden enthält und/oder diese dem Ausgangsstoff beigemengt sind, und daß diese Vorform oder Endform, erforderlichenfalls nach vorheriger Trocknung, mit sensibler und/oder latenter thermischer Energie in neutraler, reduzierender oder oxidierender Atmosphäre behandelt wird, wobei die molekular eingebundenen und/oder beigemengten Stoffe unter Freigabe der flüchtigen organischen Anteile des Ausgangsstoffes zu einem metallischen Körper oder zu einer oxidischen oder nichtoxidischen Keramik umgewandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform durch Extrudieren gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform in Form von länglichen Hohlkörpern ex­ trudiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper zu einem Wabenkörper zusammengefügt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite beim Extrudieren verschlossen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorform durch ein Formgebungs­ verfahren wie Tiefziehen oder Plissieren zu einer Endform geformt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff organi­ sche Metallverbindungen, organische Seltenerdenver­ bindungen, insbesondere als Polymere, Metallgele oder Metallsolgele dienen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für die Vorform oder die Endform im Eintopfverfahren her­ gestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff Tetrahydrofuran dient, welchem Magnesiumchlorid und Silan beigemengt sind, daß hieraus Magnesiumhydrid und Siliziumchlorid gebildet werden unter Freisetzung von Monosilan sowie Tetra­ hydrofuran, gegebenenfalls plus Silizium, gegebenen­ falls plus Chlor, gegebenenfalls plus Magnesium als Ausgangsmaterial für die Vorform oder Endform.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsstoff weitere Metalle oder Keramikgrund­ stoffe beigemengt werden.
11. Nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Ab­ sorber für gasförmige und/oder aerosole Stoffe, ins­ besondere Schadstoffe wie HCl, HF, SOx, COx, NOx, NHx, Amalgam, indem durch entsprechende Wahl der Ausgangs­ stoffe ein Körper aus einem die Stoffe absorbierenden Stoff wie MgO(H), CaO(H), NHx, Zeolith oder Aktivkohle gebildet wird.
12. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Adsorber, insbesondere von Wasser zur Gasbe- und/oder -entfeuch­ tung, indem die Ausgangsstoffe des Körpers an sich bekannte hygroskopische Materialien wie Magnesiumper­ chlorat, Phosphorpentoxid, Silikat, Zeolith, Alumo­ silikat, Karbonatkohlenstoff, Natriumchlorid, Poly­ saccharid und dergleichen enthalten.
13. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Filter, ins­ besondere als Metallschmelzefilter und/oder Schlacke­ schmelzefilter in der Hüttenindustrie.
14. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung zur selektiven Stofftrennung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, ins­ besondere zur Anreicherung von Gasanteilen in einem Gasgemisch wie O2 oder N2 in Luft.
15. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Gasspeicher, insbesondere zur Speicherung von Sauerstoff, Kohlen­ dioxid oder Wasserstoff, indem die Ausgangsstoffe des Körpers entsprechende Speicherstoffe wie Barium für Sauerstoff, Bariumoxid für Kohlendioxid, Magnesium, Eisen oder Titan für Wasserstoff enthalten oder diese bei der thermischen Behandlung gebildet werden.
16. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Katalysator für die selektive oder nichtselektive katalytische Behandlung eines Gasstroms, indem ein Körper aus kata­ lytisch wirksamen Stoffen wie Anatas (TiO2), Eisen­ oxid, WO3, V2O5, Kupferoxid, Kobaltoxid, Spinell oder Oxiden von SeltenenErden gebildet wird.
17. Nach einem der Ansprüche 1-10 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Verpackungs­ material.
18. Nach Anspruch 6 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Geschirr oder Sanitärkeramik, zu welcher die Vorform vor der thermischen Behandlung geformt wird.
19. Nach Anspruch 6 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Distanzring für zusammen­ gesetzte Katalysatorkörper, wobei die Vorform bevor­ zugt durch Plissieren wellenartig verformt und vor der thermischen Behandlung um ein Brennhilfsmittel mit einem dem gewünschten Innendurchmesser des Distanz­ rings entsprechenden Außendurchmesser gelegt wird.
20. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als strukturelles Bauteil.
21. Wabenkörper nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Einsatz in Flüssigkeitsspeichern.
22. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Schalldämpfer, gegebenen­ falls kombiniert mit Abgasreinigungsfunktion.
23. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Knochenersatz und -aufbau­ mittel, indem der Wabenkörper Kalziumtriphosphat (Apathit) und ein mit der Applikationsstelle ver­ trägliches Einweiß enthält, insbesondere Osteopoetin.
24. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als Brandabschluß mit Rauchab­ schluß durch Suspensionsabdichtung, wobei eine mit keramischen Ausgangsstoffen gebildete Suspension bei Überschreiten einer Grenztemperatur freigesetzt wird und durch die Hitzeeinwirkung, die Kanäle des Waben­ körpers abdichtend, keramisiert.
25. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Vorrichtung mit rotierendem scheibenförmigen Wabenkörper, dessen Sektoren abwechselnd verfahrenstechnisch unterschied­ lichen Medienströmen ausgesetzt sind.
26. Wabenkörper nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Wabenkörper Außenantrieb auf­ weist.
27. Wabenkörper nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der scheibenförmige Wabenkörper in der Vorrichtung außengelagert ist.
28. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Vorrichtung mit Sektoren, welche abwechselnd verfahrenstechnisch unterschiedlichen Medienströmen ausgesetzt sind, wobei der Wabenkörper scheibenförmig ausgebildet und fest installiert ist und die An- und Abströmhauben der Vorrichtung relativ zum Wabenkörper drehbar sind.
29. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 20-28, gekenn­ zeichnet durch die Anwendung in einer Luftaufberei­ tungs- und -konditionierungsanlage.
30. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 20-29, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung in Gasaufbereitungs­ anlagen zur Kühlung von Gasen durch Entfeuchtung.
31. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5 aus anorganischem, vorzugsweise keramischem, durchscheinendem oder transparentem Material, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Wärmestrahlungsabsorber, indem der Wabenkörper auf einer oberflächlich oder durchgehend dunkel eingefärbten Grundplatte, bevorzugt aus keramischem Werkstoff, angeordnet ist.
32. Wabenkörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß er als Focus-Receiver in Sonnenenergieanlagen verwendet wird.
33. Wabenkörper nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er in Kombination mit einer Wärmekraft­ maschine verwendet wird.
34. Wabenkörper nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Fassadenverkleidung von Gebäuden.
35. Wabenkörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß er quer zur Fassade eines Gebäudes verwendet wird.
36. Wabenkörper nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Wärmeisolierung, indem der Waben­ körper zwischen zwei oberflächlich oder durchgehend dunkel eingefärbten Platten angeordnet ist.
37. Wabenkörper nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle des Wabenkörpers senkrecht zu den Platten verlaufen.
38. Wabenkörper nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenoberfläche mit einer wärme­ strahlungsreflektierenden Schicht versehen ist.
39. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 36-38, gekenn­ zeichnet durch seine Verwendung als Hitzeschild bei Raumflugzeugen.
40. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Feststoffhydridspeicher in einem Kreisprozeß mit Metallhydriden unterschiedlicher Bildungs- und Zersetzungstemperatur, auch in Ver­ bindung mit einer Wärmekraftmaschine.
41. Wabenkörper nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als Wärmespeicher, indem der Wabenkörper aus Zeolith besteht, wobei die Wärme durch Zugabe von Wasser bzw. Feuchtigkeit freisetzbar ist.
42. Wabenkörper nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Wasserentsalzung, indem der Wabenkörper mit einer Destillationseinrichtung für den bei der Wasserzugabe entstehenden Wasserdampf kombiniert ist.
43. Nach Anspruch 6 hergestellter Körper, gekennzeichnet durch die Verwendung als Bremsbelag oder Bremsscheibe, wobei die Vorform bevorzugt durch Plissieren wellen­ artig verformt und vor der thermischen Behandlung mehrere solcher Vorformen aufeinander gepreßt oder auf andere Art fest miteinander verbunden werden.
44. Körper nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangsstoff vor dem Ausformen oder Ausgießen hitzebeständiges Fasermaterial beigegeben wird.
45. Körper nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial Cordierit, Asbest oder Kohle ver­ wendet wird.
46. Wabenkörper, insbesondere nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung als Auskleidung oder Brennhilfsmittel von thermischen Behandlungs­ räumen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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