DE60133124T2

DE60133124T2 - Poröses schallschluckendes material und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE60133124T2
Application number: DE60133124T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Nishi-Tama-gun OISHI; Yoshiya Nishi-Tama-gun NAKAMURA; Yoshizumi Ube-shi TANAKA; Mitsuhiko Ube-shi SATO
Original assignee: IHI Corp; Ube Industries Ltd
Current assignee: IHI Corp; Ube Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: JP2002167290A; EP1340736A1; WO2002044105A1; US20030183799A1; US6911158B2; EP1340736A4; EP1340736B1; DE60133124D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein poröses schalldämmendes Material, das bei einer Auslassdüse und dergleichen eines Strahltriebwerkes verwendet wird, und insbesondere ein poröses schalldämmendes Material mit starker schalldämmender Wirkung in einem breiten Frequenzbereich sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmliche poröse schalldämmende Materialien, die in der Auslassdüse und dergleichen eines Strahltriebwerkes Verwendung finden, werden von einer Wabenstruktur gebildet, wie die partielle isometrische Ansicht eines schalldämmenden Materials für Hochtemperaturanwendungen gemäß 1 zeigt.
Das in 1 gezeigte wabenartige schalldämmende Material setzt sich aus einer Wabe 1, die aus einer wärmebeständigen Legierung besteht, einer perforierten Platte 2 und einer Rückplatte 3 zusammen. Das Material weist eine reaktive Struktur entsprechend einem Helmholtz-Resonator auf und verteilt Schallenergie mittels Reibung an der Wandfläche sowie kinetische Energie, die bei einer Bewegung der Medien entsteht.
Bei dem vorstehend beschriebenen wabenartigen schalldämmenden Material treten Probleme dahingehend auf, dass die perforierte Platte 2, die innere Wabe 1 und die zugehörige Rückplatte 3 durch Wärme von dem Hochtemperaturabgas (mit beispielsweise 700 bis 800 K oder mehr) überhitzt oder stark verformt wird. So kann beispielsweise, wenn die perforierte Platte 2 aus einer Platte aus rostfreiem Stahl oder einer Platte aus Aluminium besteht, die Platte beschädigt oder thermisch verformt werden, und es kann der hartgelötete Abschnitt zwischen der Platte und der Wabe 1 abplatzen.
Darüber hinaus stellt das schalldämmende Material mit vorstehend beschriebener Struktur nur einen schmalen Frequenzbereich zur Dämmung des Schalls bereit, weshalb ein breiter Schallbereich wie derjenige, der von einem Strahltriebwerk erzeugt wird (beispielsweise zwischen 1000 und 3000 Hz), nicht in zufriedenstellendem Umfang gedämmt werden kann.
Eingedenk des Vorbeschriebenen sind geschäumte schalldämmende Materialien vorgeschlagen worden, die wärmebeständig sind und einen breiten Schalldämmungsfrequenzbereich aufweisen. Diese geschäumten schalldämmenden Materialien sind von einem Widerstandstyp, der aus porösen Keramiken besteht, wie in der vergrößerten Fotografie von 2 gezeigt ist (siehe hierzu beispielsweise die nichtgeprüften japanischen Patentveröffentlichungen mit den Nummern 10-187163 , 1998 und 10-194864 , 1998).
Entsprechend dem vorbeschriebenen herkömmlichen „geringes Gewicht aufweisenden schalldämmenden Keramikmaterial und dem zugehörigen Herstellungsverfahren" aus der nichtgeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nummer 10-187163 , 1998 werden die Beständigkeit gegenüber Wärmeschocks wie auch das Schalldämmungsleistungsvermögen eines schalldämmenden Materials dadurch erhöht, dass eine dichte Schicht mit Keramikfasern an der Oberfläche einer porösen geschäumten Keramik laminiert wird. Da dieses Material aus mehreren Schichten verschiedener Typen eines schalldämmenden Materials zusammengesetzt ist, tritt ein Problem dahingehend auf, dass dessen Herstellungskosten hoch sind. Da das schalldämmende Material zudem durch Schäumen einer Keramik hergestellt wird, ist dessen Porosität nicht konstant. Daher besteht, wie in den Frequenzkennwertgraphen gemäß 3A und 3B gezeigt ist, ein weiteres Problem dahingehend, dass die schalldämmende Wirkung nicht ohne Weiteres auf einen breiten Bereich von Schallfrequenzen erweitert werden kann.
„Das geringes Gewicht aufweisende schalldämmende CMC-Material und das zugehörige Herstellungsverfahren" aus der nichtgeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nummer 10-194864 , 1998 offenbart ein poröses Material, das aus einer Keramik auf Aluminiumbasis mit SiC-Fädchen mit einer Porosität von 80% bis 92% besteht, wobei das akustische Absorptionsvermögen durch Hinzufügen von Siliziumkarbidfasern ohne Änderung der spezifischen Schüttdichte und Einstellen der Fließbeständigkeit erhöht wird. Da jedoch auch dieses schalldämmende Material durch Schäumen einer Keramik hergestellt ist, ist dessen Porosität ebenfalls nicht konstant, sodass sich auch hier ein Problem dahingehend ergibt, dass eine zufriedenstellende schalldämmende Wirkung nicht über einen breiten Schallfrequenzbereich erzielbar ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auf die Lösung dieser Probleme ab. Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen darin, ein poröses schalldämmendes Material bereitzustellen, das bei Anwendung an einer Auslassdüse und dergleichen eines Strahltriebwerkes leicht und hochgradig wärmebeständig ist und eine hochgradig schalldämmende Wirkung gegenüber Schall in einem breiten Bereich von Schallfrequenzen, wie dies bei einem Strahltriebwerk gegeben ist, aufweist, sowie darin, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen porösen schalldämmenden Materials wie dem oben beschriebenen mit stabilem Leistungsvermögen und schwankungsfreier Porosität bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein poröses schalldämmendes Material bereit, das ein Gerüst aus Aggregaten (5) mit Leerräumen (6) umfasst, worin die Leerräume (6) der Aggregate (5) kleiner als Leerräume (4) zwischen den Aggregaten sind.
Die Porosität des erfindungsgemäßen porösen schalldämmenden Materials liegt bei 75 bis 85%.
Insbesondere liegen die Durchmesser der Leerräume (6) des Aggregates (5) bei annähernd 50 μm bis 100 μm, während die Durchmesser der Leerräume (4) zwischen den vorgenannten Aggregaten bei etwa 100 μm bis 600 μm liegen.
Entsprechend der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist, wie vorstehend beschrieben worden ist, das schalldämmende Material aus porösen Keramiken mit Porositäten von 75% bis 85% zusammengesetzt, sodass das Material die für ein schalldämmendes Material erforderliche Festigkeit beibehält, während die vorgeschriebene schalldämmende Wirkung weiterhin besteht. Darüber hinaus kann das Material Schall aus einem breiten Bereich von Schallfrequenzen, so beispielsweise denjenigen aus einem Strahltriebwerk, hochgradig effizient dämmen, da das Material eine riesige Anzahl an Leerräumen (4) und (6) enthält, wobei eine Mehrzahl von kapselartigen Leerräumen (4) mit Durchmessern von annähernd 100 μm bis 600 μm miteinander über kettenartige Aggregate (5) in Wegverbindung stehen kann und zudem zahlreiche Leerräume (6) mit Durchmessern von etwa 50 μm bis 100 μm vorhanden sind, die kleiner als die Durchmesser der kapselartigen Leerräume (4) in jedem Aggregat (5) sind.
Die vorliegende Erfindung bietet insbesondere labyrinthartige Durchgänge für Schall, der innerhalb des porösen schalldämmenden Materials übertragen wird, und zwar vermöge der kapselartigen Leerräume (4) zwischen den kettenartigen Aggregaten (5) und zahlreichen anderen kleinen Leerräumen (6), die in diesen Aggregaten (5) selbst ausgebildet sind, wodurch die scheinbare Schallgeschwindigkeit in dem schalldämmenden Material in Abhängigkeit vom Ort verschieden ist, sodass Schall über einen breiten Frequenzbereich effizient gedämmt werden kann. Darüber hinaus werden, wenn Schallenergie durch diese großen und kleinen Leerräume (4, 6) übertragen wird, Schwingungen erzeugt, die einen Schallwiderstand erzeugen. Da die Anzahl der Durchlässe für den Schall durch die Leerräume (4, 6) stark erhöht ist, ist der Gesamtwiderstand groß.
Entsprechend dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen des porösen schalldämmenden Materials bereitgestellt, bei dem ein erster Prozess, bei dem ein Keramikkörner enthaltendes Ausgangsmaterial und ein Leerräume bildendes Material zu einer vorgegebenen Form geformt werden, und ein nach dem ersten Prozess folgender zweiter Prozess, bei dem das vorerwähnte Leerräume bildende Material entfernt wird, durchgeführt werden.
Die vorbeschriebenen Keramikkörner setzen sich aus Keramiken auf Glasbasis zusammen, wobei das vorerwähnte Leerräume bildende Material ein Aktivkohlematerial oder Kohlekörner ist.
Bei dem ersten Prozess des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung werden gemischte Ausgangskörner in eine Form gegossen und gesintert oder gebacken, bis sie fest sind. Zudem kann, falls erforderlich, ein Zwischendeckel aufgesetzt werden, um die Ausgangskörner mit einem Druck zu beaufschlagen, damit sich ein gleichmäßiger und fester poröser Körper ergibt. In diesem Fall können aufgrund dessen, dass sogar bei der Sinterungs- oder Backtemperatur verhindert wird, dass Sauerstoff durch Spalten in der Form und dem Zwischendeckel in die Ausgangskörner eintritt, entweder Kohlekörner oder ein Aktivkohlematerial als Leerräume bildendes Material verwendet werden. Dabei nehmen die Volumina der Kohlekörner und des Aktivkohlematerials nicht in einem Umfang zu, dass die Durchmesser der Leerräume merklich beeinträchtigt würden.
Das vorbeschriebene Herstellungsverfahren erzeugt einen Abschnitt von Leerräumen (4) durch Entfernen des gemischten Leerräume bildenden Materials mittels Sintern und dergleichen, was sich von herkömmlichen Verfahren unterscheidet, bei denen Keramiken geschäumt werden. Daher kann ein poröses schalldämmendes Material mit konstanter Porosität hergestellt werden. Darüber hinaus kann entsprechend dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ein poröses schalldämmendes Material mit Leerräumen (4) vorgeschriebener Form und Größe einfach hergestellt werden. Infolgedessen kann das poröse schalldämmende Material für einen bestimmten Verwendungszweck als schalldämmendes Material einfach derart hergestellt werden, dass es eine bevorzugte Porosität und eine starke schalldämmende Wirkung in einem breiten Frequenzbereich aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine isometrische Ansicht eines herkömmlichen schalldämmenden Materials für Hochtemperaturanwendungen.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines herkömmlichen geschäumten schalldämmenden Materials.
3A und 3B sind Frequenzkennwertdiagramme eines herkömmlichen geschäumten schalldämmenden Materials.
4 ist eine Konzeptansicht zur Darstellung eines porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung des Zustandes eines Ausführungsbeispieles des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung.
6A und 6B sind Frequenzkennwertdiagramme des in 5 gezeigten porösen schalldämmenden Materials.
7 ist eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung des Zustandes einer Implementierung eines weiteren Ausführungsbeispieles des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung.
8A und 8B sind Frequenzkennwertdiagramme des porösen schalldämmenden Materials gemäß 7.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen durchweg dieselben Komponenten, wobei keine doppelte Beschreibung erfolgt.
4 ist eine Mosaikansicht des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine vergrößerte Fotografie zur Darstellung des Zustandes bei einem Ausführungsbeispiel des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung. 6A und 6B sind Frequenzkennwertgraphen für das poröse schalldämmende Material von 5, und 7 ist eine vergrößerte Fotografie zur Darstellung des Zustandes eines weiteren Ausführungsbeispieles des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung. 8A und 8B sind Frequenzkennwertdiagramme des in 7 gezeigten porösen schalldämmenden Materials.
Das poröse schalldämmende Material der vorliegenden Erfindung ist ein schalldämmendes Material, das aus einem Ausgangsmaterial mit porösen Keramiken mit einer Porosität von 75% bis 85% besteht. Der Grund für die Wahl einer Porosität von 75% bis 85% besteht darin, dass die Festigkeit des Materials, das in einer Hochtemperaturumgebung angewendet werden soll, bestehen bleiben soll, während die nachstehend noch beschriebene schalldämmende Wirkung erhalten bleiben soll.
Ein Beispiel für poröse Keramiken entsprechend der vorliegenden Erfindung sind Keramiken auf Glasbasis. Die Keramiken auf Glasbasis weisen eine Zusammensetzung wie BMAS (BaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂) und MAS-Basen (Glas auf Basis von MgO-Al₂O₃-SiO₂ oder MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-ZnO) auf.
Die porösen Keramiken enthalten eine ungeheure Anzahl von kapselartigen Leerräumen 4 mit Durchmessern von 100 μm bis 600 μm und sind mit ein-, zwei- oder dreidimensionalen kettenartigen Aggregaten 5 gebildet, in denen Leerräume 4 ein-, zwei- oder dreidimensional miteinander in Wegverbindung stehen. Wird beispielsweise das poröse schalldämmende Material entsprechend der vorliegenden Erfindung als schalldämmendes Material für Schall in einem breiten Frequenzbereich verwendet, so beispielsweise bei demjenigen aus einem Strahltriebwerk, so werden die durch die Aggregate 5 gebildeten Leerräume 4 vorzugsweise mit einem Durchmesser von etwa 500 μm ausgebildet.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die Aggregate 5 ebenfalls mit einer großen Anzahl von Leerräumen 6 mit Durchmessern von 50 μm bis 100 μm ausgebildet. Die Anzahl dieser Leerräume 6 beträgt ein Mehrfaches derjenigen der vorbeschriebenen kapselartigen Leerräume 5. Als solches arbeiten die Leerräume 6, die in den Aggregaten 5 mit Durchmessern von 50 μm bis 100 μm ausgebildet sind, mit den vorerwähnten kapselartigen Leerräumen 4 mit Durchmessern von 100 μm bis 600 μm zusammen. Durchgänge für Schall, der innerhalb des porösen schalldämmenden Materials übertragen wird, sind durch die kapselartigen Leerräume 4 labyrinthartig ausgebildet, die ein, zwei oder dreidimensional in kettenartigen Aggregaten miteinander in Verbindung stehen, sowie die kleinen Leerräume 6, die in diesen Aggregaten 5 selbst ausgebildet sind. Eine schalldämmende Struktur wie die vorbeschriebene variiert die scheinbare Schallgeschwindigkeit in dem schalldämmenden Material und kann die schalldämmende Wirkung für Schall in einem breiten Frequenzbereich, so beispielsweise demjenigen aus einem Strahltriebwerk, verbessern.
Tritt Schall durch die großen und kleinen Leerräume 4 und 6 des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung, so wird ein akustischer Widerstand durch darin erzeugte Schwingungen erzeugt. Gleichwohl ist, da die Anzahl der Durchlässe durch die Leerräume 4, 6 stark erhöht ist, der Gesamtwiderstand erhöht. Daher kann das poröse schalldämmende Material eine starke schalldämmende Wirkung bereitstellen. Wie in dem Frequenzkennwertdiagrammen des porösen schalldämmenden Materials gemäß 6A und 6B wie auch 8A und 8B gezeigt ist, sind die schalldämmenden Wirkungen in einem breiten Frequenzbereich höher als diejenigen, die in den Frequenzkennwertdiagrammen des herkömmlichen geschäumten schalldämmenden Materials gemäß 3A und 3B angegeben sind.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst werden die vorerwähnten Keramikkörner auf Glas- oder Aluminiumoxidbasis mit einem Dispergiermittel, einem organischen Bindemittel und dergleichen gebildet, damit sich ein gängiges Ausgangsmaterial bildet. Anschließend wird das Ausgangsmaterial mit einem Leerräume bildenden Material gemischt, um eine Ausgangsaufschläm mung zu bilden. Alternativ werden Keramikkörner gleichförmig mit dem Leerräume bildenden Material in einem Trockensystem gemischt, um die gemischten Körner zu bilden. Entsprechend dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird das gemischte Leerräume bildende Material durch Sintern oder dergleichen entfernt, wodurch nicht nur eine Porosität von 75% bis 85% erreicht werden kann, sondern auch Leerräume 4 mit bevorzugter Form und Größe genau hergestellt werden können.
Diese Ausgangsaufschlämmung oder die trockenen gemischten Körner werden in eine Form gegossen, dehydriert und getrocknet, zur Bildung eines Gerüstes gesintert und aus der Form entfernt (erster Prozess). Bei dem ersten Prozess wird das Ausgangsaggregatsmaterial gesintert oder gebacken, wobei dem Gerüst eine formwahrende Festigkeit verliehen wird. Die Form ist entsprechend einer vorgegebenen Form für einen speziellen Zweck im Zusammenhang mit dem zu dämmenden Schall geformt.
Abschließend wird das Leerräume bildende Material durch Oxidierung, Lösungsmittelextraktion und dergleichen entfernt (zweiter Prozess). Das Leerräume bildende Material, das hierbei Verwendung findet, bildet einen Abschnitt von Leerräumen 4 in den Aggregaten 5, wobei die Formen hiervon kapselartig oder kugelartig gemacht werden können. In der Praxis kann das Leerräume bildende Material beispielsweise Aktivkohle sein. Bei dem ersten Prozess wird, wenn ein Zwischendeckel verwendet wird, um eine Druckbeaufschlagung der Ausgangskörner zu bewirken, das Eintreten von Sauerstoff aus den Spalten zwischen der Form und dem Zwischendeckel verhindert, weshalb körnerartige Kohle oder Aktivkohle ebenfalls als Leerräume bildendes Material verwendet werden können. Der Grad der Volumenabnahme ist bei der körnerartigen Kohle oder der Aktivkohle nicht derart groß, dass die Durchmesser der Leerräume beeinträchtigt würden.
Zur Bildung der Leerräume muss das Leerräume bildende Material entfernt werden. Jeder Rückstand des Leerräume bildenden Materials wirkt sich nach dem Sintern oder Backen nachteilig auf die Schalldämmungseigenschaften aus. Bei einigen wenigen Rückständen treten noch keine Probleme auf. Bei vielen Rückständen jedoch verschlechtern sich die Schalldämmungskennwerte. Insbesondere wenn die Rückstände 10 Gew.-% überschreiten, werden die Schalldämmungskennwerte merklich niedrig. Sind sie bei weniger als 10%, so treten keine Probleme auf. Eingedenk der Betriebsumgebung des schalldämmenden Materials sollte dessen Inhalt vorzugsweise bei nicht mehr als 1 Gew.-% liegen.
Bei der Herstellung des Leerräume bildenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Zwischendeckel bei dem ersten Prozess derart verwendet, dass er eine Druckbeaufschlagung der unteren Körner bewirkt. Dabei soll das Leerräume bildende Material eine derartige Sauerstoffbeständigkeit aufweisen, dass das Volumen des Materials geringfügig abnimmt und das Verhältnis der Rückstände von 10 Gew.-% oder weniger beim zweiten Prozess zum Tragen kommt. Es können beispielsweise Kohlekörner und Aktivkohle verwendet werden.
Andere Kennwerte, die für das Leerräume bildende Material erforderlich sind, bewirken, dass bei dem ersten Prozess das Volumen des Materials nicht merklich abnimmt, dass der Koeffizient der thermischem Expansion hiervon größer als derjenige der Aggregate ist und dass bei dem zweiten Prozess das Verhältnis der Rückstände bei 10 Gew.-% oder weniger liegt. Es können beispielsweise NaU, NaF, KCl, und KF verwendet werden.
Die Porositäten des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung können infolge des Herstellungsprozesses zwischen 75% und 85% schwanken. Die Porositäten können durch Einstellen der grundlegenden Ausgangsmaterialien, so beispielsweise der Keramikkörner des Dispergiermittels und des organischen Bindemittels sowie des Mischverhältnisses aus der Aktivkohle als Leerräume bildendes Material eingestellt werden. Die Porosität wird beispielsweise mittels nachstehender Formel 1 berechnet. Porosität φ = [1 – (Schüttdichte des porösen Materials)/Dichte des Ausgangsmaterials (dichter Körper)] × 100 (%)
Die Durchmesser der Leerräume 4 des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung können ebenfalls auf dieselbe Porosität, die in der nachfolgenden Tabelle 1 (Herstellungsparameter für Teststücke aus porösen Keramiken) gezeigt ist, eingestellt werden. So kann der mittlere Durchmesser der Aktivkohlekörner beispielsweise zwischen 100 μm und 150 μm und 550 μm bis 600 μm schwanken, und die Durchmesser der Leerräume können trotz gleicher Porositäten verschieden sein.

Eine große Anzahl von Leerräumen 6, die in den Aggregaten 5 ausgebildet sind, stellt solche Abschnitte dar, dass, wenn die Keramiken gesintert werden, Feuchtigkeit, feine Leerräume bildende Materialkörner und dergleichen, die ursprünglich in der Aus gangsaufschlämmung oder den trockenen gemischten Körnern enthalten waren, ausgedampft werden. Tabelle 1

		Leerräume		Porosität
Material	Zusammensetzung	Schäumungsmaterial	mittlerer Durchmesser	Schalldämmung bei Teststück	Festigkeit bei Teststück
BMAS	Keramik auf Basis von BaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ (α = 2,0 × 10^–8/°C)	kugelförmige Kohle	150 μm	75%	80%	-		-
		kugelförmige Kohle	600 μm	75%	80%	85%		85%
		körnerförmige Kohle	100 μm	75%	80%	-		-
		körnerförmige Kohle	550 μm	75%	80%	85%		85%
MAS	Keramik auf Basis von MgO-Al₂O₃SiO₂ (α = 5,4 × 10^–8/°C)	kugelförmige Kohle	150 μm	-	-			-
		kugelförmige Kohle	600 μm	-	-		85%	85%
		körnerförmige Kohle	100 μm	-	-			-
		körnerförmige Kohle	550 μm	-	-		85%	85%
MAS-Gruppe	Keramik auf Basis von Glas mit MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃-ZnO (α = 5,0 × 10^–6/°C)	kugelförmige Kohle	150 μm	-	-			-
		kugelförmige Kohle	600 μm	-	-		85%	85%
		körnerförmige Kohle	100 μm	-	-			-
		körnerförmige Kohle	550 μm	-	-		85%	85%
Aluminiumoxid	Al₂O₃(+ AlPO4 + MgO) (α = 6 ~ 7 × 10^–6/°C)	kugelförmige Kohle	150 μm	-	-			-
		kugelförmige Kohle	600 μm	-	-		85%	85%
		körnerförmige Kohle	100 μm	-	-			-
		körnerförmige Kohle	550 μm	-	-		85%	85%

Die Durchmesser dieser feinen Leerräume 6 können während der Herstellung derart eingestellt werden, dass sie eine vorgeschriebene Größe aufweisen, und zwar dadurch, dass das Mischverhältnis der Keramikkörner auf Glas- oder Aluminiumoxidbasis, des Dispergiermittels, des organischen Bindemittels, des Leerräume bildenden Materials und dergleichen eingestellt wird.
Das gesinterte poröse schalldämmende Material kann ebenfalls in eine erforderliche Form geschnitten werden, damit es in Anpassung an die vorgeschriebene Form der Auslassdüse und dergleichen mehr eines Strahltriebwerkes verwendet werden kann.
Ausführungsbeispiel 1
Praktische Ausführungsbeispiele 1 und 2 des Herstellungsverfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
Bei Ausführungsbeispiel 1 werden Aggregate aus Ausgangskörnern, das heißt 100 g BMAS und 60 g eines Leerräume bildenden Materials aus Aktivkohle mit einem mittleren Körnerdurchmesser von 100 μm gleichmäßig in einem Trockensystem gemischt, anschließend in eine Aluminiumoxidform von 9 cm mal 9 cm mal 4 cm gegeben, woraufhin die Form mit einem Zwischendeckel aus Aluminiumoxid mit 8,5 cm mal 8,5 cm mal 1,0 cm geschlossen wird. In diesem Zustand wird das BMAS durch Sintern des Gemisches an der Atmosphäre bei 1300°C für zwei Stunden kristallisiert. Das Werkstück wird anschließend aus der Form herausgenommen und bei 900°C für zehn Stunden zur Entfernung der Aktivkohle gebacken. Des Weiteren wird der gebackene Körper umgedreht und ein weiteres Mal bei 900°C für zehn Stunden gebacken. Im Ergebnis liegt die Porosität des porösen Körpers bei 80%.
Ausführungsbeispiel 2
Bei Ausführungsbeispiel 2 werden Aggregate aus Ausgangskörnern aus 100 g BMAS und 360 g eines Leerräume bildenden Materials aus NaF mit einem mittleren Körnerdurchmesser von 600 μm gleichmäßig in einem Trockensystem gemischt und sodann in eine aus Aluminium bestehende Form mit 9 cm mal 9 cm mal 4 cm gegossen, woraufhin die Form mit einem Zwischendeckel aus Aluminiumoxid mit 8,5 cm mal 8,5 cm mal 1 cm geschlossen wird. In diesem Zustand wird das Werkstück an der Atmosphäre bei 1300°C für zwei Stunden gesintert, wobei das BMAS kristallisiert wird. Anschließend wird das Werkstück aus der Form entfernt, mit Wasser abgespült, und es wird das NaF entfernt. Die Porosität des porösen Körpers lag bei 85%.
Gleichwohl sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die Gegebenheiten bei den vorerwähnten Anwendungen und Ausführungsbeispielen beschränkt werden, die im Zusammenhang mit den Implementierungsgegebenheiten des porösen schalldämmenden Materials mit Porositäten von 75% bis 85% beschrieben worden sind. Diese Porositäten unterliegen vielmehr keinerlei Beschränkungen, sondern können niedriger als 75% oder auch höher als 85% sein, was vom Verwendungszweck des schalldämmenden Materials oder den Arten der Keramiken abhängt. Es sollte einsichtig sein, dass viele Abwandlungen möglich sind, solange sie innerhalb der Ansprüche der vorliegenden Erfindung liegen.
Mögliche gewerbliche Anwendungen
Das poröse schalldämmende Material der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das aus porösen Keramiken mit einer vorbestimmten Porosität, siehe vorherige Beschreibung, zusammengesetzt ist, sodass das Material eine vorgeschriebene Biegefestigkeit aufweist und Anforderungen des schalldämmenden Materials erfüllt sind, während es seine spezifische schalldämmende Wirkung beibehält. Darüber hinaus kann aufgrund dessen, dass das Material aus kettenartigen Aggregaten mit Leerräumen vorgegebener Größen zusammengesetzt ist, in denen andere Leerräume mit Durchmessern, die kleiner als die Durchmesser der vorgenannten Leerräume sind, ausgebildet sind, das Material vorteilhaft Schall in einem breiten Frequenzbereich dämmen, so beispielsweise demjenigen, der von einem Strahltriebwerk erzeugt wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die Durchgänge für Schall, der innerhalb des porösen schalldämmenden Materials übertragen wird, durch kapselartige Leerräume in kettenartigen Aggregaten und in jedem Aggregat ausgebildete Leerräume labyrinthartig gemacht, sodass die scheinbare Schallgeschwindigkeit in dem schalldämmenden Material lokal geändert wird, während die Effizienz bei der Schalldämmung in einem breiten Frequenzbereich verbessert wird. Tritt Schall durch die großen und kleinen Leerräume, so wird daher ein akustischer Wiederstand aufgrund der Materialschwingungen erzeugt. Da jedoch die Anzahl der Durchlässe durch die Leerräume stark erhöht ist, wird auch der akustische Gesamtwiderstand erhöht.
Möglich wird darüber hinaus entsprechend dem Verfahren zur Herstellung des porösen schalldämmenden Materials entsprechend der vorliegenden Erfindung eine einfache Herstellung des porösen schalldämmenden Materials mit Leerräumen, die bevorzugte Formen und Größen aufweisen, indem das gemischte Leerräume bildende Material durch Backen und dergleichen entfernt wird. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Herstellungsverfahren, bei dem die Keramiken geschäumt werden, bietet die vorliegende Erfindung ein stabiles Verfahren zum Herstellen des porösen schalldämmenden Materials mit einer vorgegebenen Porosität, weshalb das Herstellungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung weitreichende praktische Vorteile mit sich bringt, so beispielsweise die einfache Herstellung des porösen schalldämmenden Materials mit einer starken schalldämmenden Wirkung in einem breiten Frequenzbereich.

Claims

Poröses schalldämmendes Material, das ein Gerüst aus Aggregaten (5) mit Leerräumen (6) umfasst, wobei Leerräume (6) der Aggregate (5) kleiner sind als Leerräume (4) zwischen den Aggregaten.
Poröses schalldämmendes Material nach Anspruch 1, wobei die Porosität des porösen schalldämmenden Materials zwischen 75% und 85% beträgt.
Poröses schalldämmendes Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Durchmesser von Leerräumen (6) der Aggregate (5) ungefähr 50 μm bis 100 μm betragen und die Durchmesser von Leerräumen (4) zwischen den Aggregaten 100 μm bis 600 μm betragen.
Verfahren zum Herstellen eines schalldämmenden Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das umfasst: einen ersten Prozess, in dem ein Ausgangsmaterial, das wenigstens Keramikkörner enthält, und ein Leerräume bildendes Material in eine vorgegebene Form gebracht werden, und einen zweiten Prozess, in dem das Leerräume bildende Material entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Keramikkörner Keramik auf Glasbasis umfassen und das Leerräume bildende Material Aktivkohle oder Kohlekörner umfasst.