WO2011144598A1 - Bauteil mit einer katalytischen oberfläche, verfahren zu dessen herstellung und verwendung dieses bauteils - Google Patents

Bauteil mit einer katalytischen oberfläche, verfahren zu dessen herstellung und verwendung dieses bauteils Download PDF

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Christian Doye
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Definitions

  • the coating produced can have a metallic layer on which an only partially covering layer of Mn0 2 and Ce0 2 is applied.
  • the metallic layer forms ⁇ with the additional metallic area of the surface, the at the locations where the layer of Mnu 2 does not cover, for pre ⁇ translucent comes.
  • this component design advantageously only a comparatively small range of MnÜ 2 and CeÜ 2 is necessary.
  • the metallic layer can be galvanically produced and the only partially covering layer of MnÜ 2 and CeC> 2 injected by cold gas ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Katalysator-Oberfläche (12). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Oberfläche (12) Bereiche (13b) aus CeO2 und erstere berührende Bereiche aus MnO2 (13a) aufweist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass diese Werkstoffpaarungen im Vergleich zu den reinen Oxiden eine stark verbesserte katalytische Wirkung erzielen. Diese Oberflächen können beispielsweise auch in der Raumluftreinigung zur Verringerung des Ozongehaltes Verwendung finden. Die Oberfläche kann beispielsweise durch eine Beschichtung (15) des Bauteils aufgebracht werden, durch Kaltgasspritzen beispielsweise Partikel (21) aus MnO2 auf die CeO2 aufgebracht ist, verarbeitet werden.

Description

Beschreibung
Bauteil mit einer katalytischen Oberfläche, Verfahren zu des¬ sen Herstellung und Verwendung dieses Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Katalysator- Oberfläche. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Katalysator-Oberfläche auf einem Bauteil durch Kaltgasspritzen. Zuletzt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Bauteils.
Eine Katalysatoroberfläche auf einem Bauteil ist beispiels¬ weise gemäß der US 2003/0228414 AI bekannt. Diese Katalysa¬ tor-Oberfläche kann durch ein direktes Abscheiden einer kata- lytisch wirksamen Substanz auf dem Bauteil erzeugt werden.
Hierzu wird ein Kaltgasspritzen verwendet, bei dem die Parti¬ kel des katalytischen Schichtwerkstoffes in einen sogenannten Kaltgasstrahl, einem mit Überschallgeschwindigkeit strömenden Prozessgas, eingespeist werden. In dem Kaltgasstrahl werden diese Partikel zur Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils hin beschleunigt und bleiben unter Umwandlung ihrer kinetischen Energie auf dieser Oberfläche haften.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Bauteil mit einer Katalysator-Oberfläche, ein Verfahren zu dessen Herstellung bzw. eine Verwendung dieses Bauteils anzugeben, wobei die Ka¬ talysator-Oberfläche eine vergleichsweise hohe katalytische Aktivität aufweisen soll. Diese Erfindung wird mit dem eingangs genannten Bauteil bzw. mit einem Kaltpritzverfahren dadurch gelöst, dass die Katalysator-Oberfläche Bereiche aus Ce02 und erstere Bereiche be¬ rührende Bereiche des Mn02 aufweist. Die Bereiche des Mn02 und Ce02 stellen eine keramische Katalysatoroberfläche dar und werden in diesem Zusammenhang im Folgenden auch als keramische Bereiche bezeichnet.
Um die erfindungsgemäße Schicht herzustellen, ist vorzusehen, dass bei dem Kaltgasspritzen die Katalysatoroberfläche durch Spritzen von Oxidpartikeln, aufweisend ein Gemisch aus Mn02~ Partikeln und Ce02~Partikeln oder Partikel aus MnC>2 und CeC>2, erzeugt wird, wobei das MnÜ2 nur Bereiche der Katalysator- Oberfläche bildet und außerdem gemäß einer besonderen Ausge- staltung der Erfindung metallische Bereiche der Katalysator- Oberfläche zur Verfügung gestellt werden, die jeweils an die Bereiche des Mn02 angrenzen. Die metallischen Bereiche kön¬ nen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, durch die zu beschichtende metallische Oberfläche des Bauteils oder durch Zumischung metallischer Partikel in den Kaltgasstrahl zur
Verfügung gestellt werden. Sollen die oben angegebenen Legierungen erzeugt werden, so kann dies entweder durch Verwendung von Pulvern aus der gewünschten Legierung geschehen, oder es werden Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung miteinander gemischt, um zu der gewünschten Legierungszusammensetzung zu kommen, beispielsweise Partikel aus reinem Co, Sn, Zn, Cu, Ag oder Ni . Letzteres Verfahren wird auch als mechanisches Le¬ gieren bezeichnet. Durch die Verwendung von Mn02 als Paarung mit Ce02 und insbe¬ sondere auch mit metallischen Bereichen lässt sich erfindungsgemäß eine besonders hohe katalytische Aktivität der ge¬ bildeten Katalysator-Oberfläche erreichen. Es hat sich über¬ raschenderweise gezeigt, dass sich die katalytische Aktivität von Mn02, die an sich bekannt ist, durch Bereiche aus Ce02 an der Oberfläche erhöhen lässt, obwohl insgesamt die zur Verfü¬ gung stehende katalytische Oberfläche des Mn02 verringert wird. Dies widerspricht dem an sich zu erwartenden Ergebnis, dass mit einer Verringerung der real zur Verfügung stehenden Oberfläche an MnÜ2 bei nicht vollständiger Bedeckung der Oberfläche des Bauteils ein hierzu proportionaler Verlust an Katalysatoraktivität einhergehen sollte. Die Verbesserung der katalytischen Wirkung lässt sich dadurch erklären, dass das Ce02 fähig ist, Sauerstoff einfach ab¬ zugeben und aufzunehmen. Dies lässt sich stark vereinfacht mit folgender Reaktionsgleichung ausdrücken.
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Diese Eigenschaft ist insbesondere bei der Ozonzersetzung in Sauerstoff von besonderem Vorteil, da die Sauerstoffbindungen des Ozons aufgespalten werden müssen. Hierbei entsteht 02 und atomarer Sauerstoff, wobei durch die Eigenschaft, dass Ce02 atomaren Sauerstoff aufnehmen kann, die benötigte Energie zur Bindungsspaltung des Ozons herabgesetzt wird. Im Zusammenwirken mit Mn02 wird damit ein beschleunigter Abbau von Ozon bewirkt .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mn02 zumindest teilweise in der γ-Modi- fikation vorliegt. Die γ-Modifikation ist ein Gefügeaufbau des durch das Mn02 gebildeten Kristalls, welcher vorteilhaft eine besonders starke katalytische Wirkung zeigt. Allerdings liegt das reale Gefüge des Mn02 im Allgemeinen nicht aus¬ schließlich in der γ-Modifikation, sondern teilweise auch in anderen Modifikationen vor (z. B. der ß-Modifikation des Mn02) . Allerdings sollte nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung der Gefügeanteil des Mn02 in der γ-Modifikation bei über 50 Gew.-% liegen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil eine Beschichtung aufweist, welche die Bereiche aus CeÜ2 und die Bereiche aus Mn02 der Katalysator-Oberfläche zur Verfügung stellt. Eine solche Beschichtung lässt sich vorteilhaft mit vergleichsweise geringem Materialaufwand auf unterschiedlichen Oberflächen herstellen, so dass das Bauteil aus einem Material hergestellt werden kann, welches bei¬ spielsweise im Hinblick auf dessen Verwendungszweck ausgewählt werden kann. Als Beschichtungsverfahren eignet sich vorteilhaft beispielsweise das Kaltgasspritzen (hierzu im Folgenden mehr) . Auch kann beispielsweise ein PVD-Verfahren angewendet werden.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil aus einem einen metallischen Bereich zur Verfügung stellenden Metall besteht und eine nur teil- weise deckende keramische Schicht aus Mn02 und Ce02 auf die¬ ses Bauteil aufgebracht ist. Hierbei handelt es sich bei¬ spielsweise um Bauteile aus Cu, Sn oder Zn, die aufgrund ih¬ rer Materialzusammensetzung den einen für die Herstellung der katalytischen Oberfläche erforderlichen Bestandteil bereits zur Verfügung stellen. Auf diesen Bauteilen ist eine Herstellung der erfindungsgemäßen Oberfläche vorteilhaft besonders einfach möglich, indem eine nicht deckende Schicht, die ande¬ ren Bereiche der Oberfläche (nämlich Mn02 und Ce02) zur Ver¬ fügung stellt, aufgebracht wird.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil eine Beschichtung aufweist, welche me¬ tallische, katalytisch wirksame Bereiche und die Bereiche des Mn02 und des Ce02 der Oberfläche zur Verfügung stellt. Bei dieser Variante können Bauteile verschiedener Materialien beschichtet werden, wobei die erfindungsgemäßen katalytischen Eigenschaften der Schicht vorteilhaft alleine durch die Be¬ schaffenheit der Schicht bzw. der durch diese gebildeten ka¬ talytischen Oberfläche hervorgerufen wird. Hierbei muss je- weils für den betreffenden Werkstoff des Bauteils ein geeig¬ netes Beschichtungsverfahren ausgewählt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorge- sehen werden, dass die Beschichtung aus einer einen zusätzlichen metallischen Bereich für die Katalysator-Oberfläche zur Verfügung stellenden metallischen Matrix, insbesondere aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle, besteht, in die Partikel aus MnÜ2 und CeÜ2 eingebettet sind. Als Legierungen dieser Me¬ talle sind alle Legierungen zu verstehen, die Ag und/oder Ni und/oder Co und/oder Cu und/oder Sn und/oder Zn als Legierungsbestandteile enthalten, wobei die Gesamtanteile dieser Metalle (unabhängig davon, ob eines oder mehrere dieser Me- talle in der Legierung enthalten sind) bei über 50 Gew-% liegt. Weitere Legierungsbestandteile wie zum Beispiel andere Metalle können somit mit einem Anteil von unter 50 Gew-~6 ver treten sein. Um die erforderliche Berührung zwischen MnÜ2 und CeÜ2 zu ge¬ währleisten, können die Partikel entweder in einer Dichte in die Matrix eingebettet werden, bei der aufgrund der statisti¬ schen Verteilung eine Berührung wahrscheinlich ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Partikel verwendet wer- den, deren Oberfläche sowohl aus Mn02 als auch aus Ce02 be¬ stehen. Derartige Partikel können beispielsweise im Wesentli¬ chen aus Mn02 gebildet werden, wobei Ce02 mittels eines PVD- Verfahrens (physical vapour deposition) auf den Partikeln aus Mn02 abgeschieden wird. Der Aufbau der Katalysatoroberfläche aus einem Metall mit keramischen Partikeln hat den Vorteil, dass sich die schwer verformbaren keramischen Partikel beispielsweise durch Kaltgasspritzen einfach in eine sich aus metallischen Partikeln aufbauende Matrix einbauen lassen. Bei der richtigen Wahl des Metalls wird überdies die katalytische Wirkung der Katalysator-Oberfläche günstig beeinflusst.
Damit lassen sich vorteilhaft Bauteile mit vergleichsweise effizienten Katalysator-Oberflächen herstellen, indem zumindest Bereiche der Katalysator-Oberfläche statt allein mit Mn02 und Ce02 zusätzlich auch mit einem Metall belegt werden. Die Oberfläche des Bauteils darf also nicht vollständig mit den katalytisch wirksamen metallischen Bereichen oder den Be- reichen des Mn02 und Ce02 bedeckt sein. Es genügt bereits ei¬ ne partielle Beschichtung, um die katalytische Wirkung zu er¬ zielen. Diese ist in Abhängigkeit vom Anwendungsfall so groß zu wählen, dass die zur Verfügung stehende katalytische Ober¬ fläche für den gewünschten Effekt zur Umwandlung bei- spielsweise von Ozon ausreicht. Der Bereich des Mn02 im Ver¬ hältnis zu der durch beide Bereiche gebildeten Gesamtfläche soll mindestens 10 %, bevorzugt 30 bis 70 %, insbesondere 50 betragen . Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass das Bauteil oder eine auf dieses aufgebrachte Schicht aus einem von Ce02 und von Mn02 verschiedenen Material besteht (welches nicht metallisch ist) und in diesem und/oder auf diesem Partikel vorhanden sind, welche jeweils die Bereiche aus Ce02 und die Bereiche aus Mn02 an ihrer Oberfläche zur Verfügung stellen. Hierbei können vorteilhaft beliebige Materialien ausgewählt werden, wobei Voraussetzung ist, dass diese sich mit Ce02 und/oder Mn02 beschichten lassen bzw. sich dieses keramische Material in diese Materialien einbauen lässt. Beispielsweise können Kunststoffbauteile auf diesem Wege mit katalytischen Oberflächen versehen werden. Hierbei ist, wie bereits erwähnt, Ce02 und Mn02 mit einem direkten Kontakt zueinander zu verwenden, damit die erfindungsgemäße Optimierung der kataly¬ tischen Wirkung genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft kann das Bauteil eine gitterförmige Struktur aufweisen. Dies kann ein Gitter mit einer zweidimensionalen Ausrichtung sein, also ein im Wesentlichen flach ausgebildetes Bauteil. Es ist aber auch möglich, dreidimen¬ sionale Gitterstrukturen auszubilden, die sich beispielsweise mittels Rapid Prototyping Technologien herstellen lassen. Die gitterförmigen Strukturen bieten den wesentlichen Vorteil, dass einerseits die für die Aufbringung der katalytischen Wirkpartner zur Verfügung stehenden Oberfläche vergrößert wird, andererseits allerdings der durch die Gitterstruktur erzeugte Strömungswiderstand vergleichsweise gering ausfällt. Gitterförmige Bauteile können daher vorteilhaft in Lüftungs¬ kanälen angewendet werden. Besonders vorteilhaft ist die An- wendung beispielsweise bei Dunstabzugshauben, wobei die git- terförmige Struktur deren Auslassgitter für gereinigte Abluft bildet. Diese Anwendung wird bei sogenannten Umlufthauben verwendet, bei denen im Gegensatz zu Ablufthauben die angesaugte Luft nicht aus dem Gebäude abgeführt wird, sondern in diesem verbleibt.
Um bei Dunstabzugshauben nach dem Umluftprinzip nicht nur eine Reinigung der Luft von Feststoffen, Aerosolen und Kleinstpartikeln zu erreichen, wie diese beispielsweise im Kochdunst enthalten sind, sondern auch eine Reinigung von Gerüchen zu erreichen, werden nach dem Stand der Technik Plasmageneratoren verwendet, die eine Hochspannungs-Entladungs- quelle aufweisen, mit der die Luft mit atomarem Sauerstoff angereichert wird. Dieser bewirkt einen Zersetzungs- bzw. Oxidationsprozess , der die für die Geruchsentstehung verant¬ wortlichen KohlenstoffVerbindungen aufspaltet und die Gerüche auf diese Weise eliminiert. Bei diesem Prozess entsteht je¬ doch auch Ozon, welches durch die erfindungsgemäßen Bauteile auf katalytischem Wege in zweiatomigen Sauerstoff umgewandelt werden kann. Hierdurch können vorteilhaft Aktivkohlefilter eingespart werden, welche der Luftströmung der Dunstabzugs¬ haube nachteilhaft einen vergleichsweise hohen Luftwiderstand entgegensetzen und außerdem in regelmäßigen Abständen ausge- tauscht werden müssen.
Als Verfahren zur Herstellung der Schicht auf dem Bauteil kann beispielsweise ein Kaltgasspritzen verwendet werden, wobei die katalytische Oberfläche durch Spritzen von Oxidparti- kein, aufweisend ein Gemisch aus Mn02-Partikeln und Ce02~Par- tikeln oder aufweisend Partikel aus MnÜ2 und CeÜ2, erzeugt wird. Dabei bilden das MnÜ2 und das CeÜ2 jeweils nur Bereiche der katalytischen Oberfläche. Vorzugsweise werden zusätzlich katalytisch wirksame metallische Bereiche aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle gebildet. Die metallischen Bereiche können, wie bereits beschrieben, entweder durch das Bauteil selbst zur Verfügung gestellt werden, oder sie werden als Partikel dem Kaltgasstrahl zugegeben, so dass die metallischen Berei- che der Oberfläche durch die sich ausbildende Schicht mitge¬ bildet werden. Hierdurch lässt sich die katalytische Oberflä¬ che vorteilhaft noch besser an den entsprechenden Anwendungsfall anpassen Insbesondere können auch Mn02-Partikel verwendet werden, die zumindest teilweise die γ-Modifikation des Mn02~Gefüges auf¬ weisen. Dabei muss das Kaltgasspritzen mit Betriebstemperatu¬ ren auf jeden Fall unterhalb der Zersetzungstemperatur der γ- Modifikation betrieben werden. Diese Temperatur liegt bei 535°C. Prozesstechnisch kann bei der Wahl der Temperatur des Kaltgasstrahls ein gewisser Sicherheitsabstand zu dieser Zer¬ setzungstemperatur eingehalten werden. Dagegen hat es sich gezeigt, dass ein kurzzeitiges Überschreiten dieser Tempera¬ tur beim Auftreffen der Mn02-Partikel auf die Oberfläche ge- fügetechnisch keine Auswirkungen hat, weil diese Temperaturerhöhung extrem lokal nur im Oberflächenbereich der verarbeiteten Mn02-Partikel auftritt. Der jeweilige Kern der Parti¬ kel, der in einem unkritischen Temperaturbereich bleibt, ver- mag die γ-Modifikation des Partikelgefüges anscheinend genü¬ gend zu stabilisieren, so dass die γ-Modifikation des Mn02~ Gefüges auch auf der katalytisch wirksamen Oberfläche der Partikel erhalten bleibt. Außerdem führt eine Erwärmung des Mn02 über 450 °C an sich zu einer Umwandlung des Mn02 in Μη2θ3. Dieser Prozess schreitet jedoch nur langsam voran, so dass eine kurzfristige Überschreitung der Temperatur, wie sie beim Kaltgasspritzen auftritt, unschädlich ist.
Um die hervorragenden katalytischen Eigenschaften des Mn02 zu erhalten, muss die γ-Modifikation des Gefüges zumindest teil¬ weise in den Mn02-Partikeln enthalten sein. Dies kann durch ein Gemisch der Mn02-Partikel mit Manganoxidpartikeln anderer Modifikationen (z. B. ß-Modifikation des Mn02) verwirklicht sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Parti¬ kel aus Phasengemischen bestehen, so dass die γ-Modifikation des Mn02 nicht als einzige in den Partikeln vorliegt. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn als Oxidpartikel (also
Partikel aus Mn02 und Ce02 oder Partikelgemische aus Mn02~Par- tikeln und Ce02-Partikeln) Nanopartikel mit einem Durchmesser > 100 nm verarbeitet werden. Unter Nanopartikel im Sinne die¬ ser Erfindung sind Partikel zu verstehen, die < 1 ym im
Durchmesser sind. Es hat sich nämlich überraschenderweise ge¬ zeigt, dass sich derart kleine Oxidpartikel aus Mn02 mit ei¬ nem hohen Abscheidewirkungsgrad auf der katalytischen Oberfläche abscheiden lassen. Normalerweise wird demgegenüber davon ausgegangen, dass sich Partikel von weniger als 5 ym durch Kaltgasspritzen nicht abscheiden lassen, da aufgrund der geringen Masse dieser Partikel die durch den Kaltgasstrahl eingeprägte kinetische Energie zur Abscheidung nicht ausreicht. Warum dies speziell für Mn02~Partikel bzw. Ce02 ~ Partikel nicht gilt, kann nicht genau begründet werden. An¬ scheinend sind neben dem Effekt der kinetischen Deformation auch andere Haftungsmechanismen bei dem Schichtbildungspro- zess im Spiel. Die Verarbeitung von Nanopartikeln des MnÜ2 hat den Vorteil, dass mit vergleichsweise wenig Material eine vergleichsweise hohe spezifische Oberfläche und damit eine starke Ausprägung der katalytischen Wirkung erreicht werden kann. Auch die Grenzlinien zwischen den Bereichen des Mn02 , des Ce02 und evtl. metallischen Bereichen der katalytischen Oberfläche werden auf diese Weise vorteilhaft stark verlängert, was sich ebenfalls auf eine hohe Ausprägung der katalytischen Eigenschaften auswirkt. Von Vorteil ist es, wenn ein Gemisch aus Mn02-Partikeln und metallischen Partikeln aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle für die metallischen Bereiche der katalytischen Oberfläche verwendet wird. Insbesondere kann dann durch geeignete Wahl von Temperatur und Partikelgeschwindigkeit im Kaltgasstrahl der Energieeintrag in die Partikel so gesteuert werden, dass die die katalytische Oberfläche bildende spezifische (oder in¬ nere) Oberfläche der hergestellten Schicht gesteuert wird. Durch eine höhere Porosität der hergestellten Schicht lässt sich nämlich die innere Oberfläche vergrößern, um eine vergrößerte katalytische Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Hierdurch kann die katalytische Wirkung also vergrößert wer¬ den. Demgegenüber kann es aber auch von Vorteil sein, wenn die Oberfläche möglichst glatt ausgebildet ist, um einer Ver¬ schmutzungsneigung entgegenzuwirken .
Neben der Abscheidung durch Kaltgasspritzen sind selbstver- ständlich auch andere Herstellungsverfahren denkbar. Beispielsweise kann die katalytische Oberfläche elektrochemisch hergestellt werden, wenn ein zusätzlicher metallischer Bereich der katalytischen Oberfläche vorgesehen ist. Dabei wird der metallische Bereich der katalytischen Oberfläche als Schicht elektrochemisch aus einem Elektrolyt abgeschieden, in dem die Oxidpartikel (Mn02 und Ce02) suspendiert sind. Diese werden während des elektrochemischen Abscheideprozesses dann in die sich ausbildende Schicht eingebaut und bilden damit auch die Bereiche des Mn02 und des Ce02 an der Oberfläche der Schicht.
Ein weiteres Verfahren kann dadurch erhalten werden, dass die Schicht aus einer Mn02 und Ce02 zumindest enthaltenden Keramik hergestellt wird. Zu diesem Zweck kann eine Mischung aus prä- keramischen Polymeren, die Vorstufen der gewünschten Keramik bilden, und optional auch Metallpartikeln in einer Lösung auf das zu beschichtende Bauteil aufgetragen werden. Zunächst wird das Lösungsmittel verdampft, anschließend kann durch ei¬ ne Wärmebehandlung, die vorteilhaft unterhalb der Zerset- zungstemperatur der γ-Modifikation des Mn02 (535°C) liegt, zur Keramik umgewandelt werden. Besser noch bleibt die Temperatur unter 450 °C, um die Bildung von
Figure imgf000012_0001
zu verhindern.
Mit den genannten Verfahren lassen sich u. a. auch die fol- genden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils erzeugen. So kann die hergestellte Beschichtung eine metallische Lage aufweisen, auf der eine nur teilweise deckende Lage aus Mn02 und Ce02 aufgebracht ist. Die metallische Lage bildet da¬ mit den zusätzlichen metallischen Bereich der Oberfläche, die an den Stellen, wo die Schicht aus MnÜ2 nicht deckt, zum Vor¬ schein kommt. Bei dieser Bauteilgestaltung ist vorteilhaft nur ein vergleichsweise geringer Bereich aus MnÜ2 und CeÜ2 notwendig. Es ist hierbei auch denkbar, die oben aufgeführten Fertigungsverfahren in Kombination anzuwenden. Beispielsweise lässt sich die metallische Lage galvanisch herstellen und die nur teilweise deckende Lage aus MnÜ2 und CeC>2 durch Kaltgas¬ spritzen . Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Beschichtung eine die Bereiche aus MnÜ2 und CeÜ2 zur Verfügung stellende keramische Lage aufweist, auf der eine nur teilweise deckende metallische Lage aufgebracht ist. Diese Gestaltung des Bau¬ teils ist von Bedeutung, wenn die Eigenschaften der kerami- sehen Schicht konstruktiv bedingt für das Bauteil von Vorteil sind (beispielsweise Korrosionsschutz) .
Auch ist es möglich, dass die Beschichtung aus einer die Bereiche aus MnÜ2 und CeÜ2 zur Verfügung stellenden Keramik be- steht, in die metallische Partikel als zusätzlicher metalli¬ scher Bereich eingebettet sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die keramische Schicht verschleißbean¬ sprucht ist und bei fortschreitendem Verschleiß, d. h. Abtrag der Schicht, ihre katalytischen Eigenschaften beibehalten soll. Letzteres wird dadurch gewährleistet, dass beim Abtrag der Keramikschicht immer wieder metallische Partikel freige¬ legt werden. Natürlich ist es auch denkbar, dass die Schicht eine metallische Matrix aufweist, in die die Oxidpartikel eingebettet sind. Auch für diese Schicht gilt das Argument, dass bei einem Schichtabtrag die katalytischen Eigenschaften derselben erhalten bleiben.
Das Bauteil kann auch so ausgeführt sein, dass dieses oder eine auf dieses aufgebrachte Schicht aus einer vom Mn02 und Ce02 verschiedenen (bevorzugt auch von dem weiteren metalli¬ schen Bereich verschiedenen) Material besteht und in diesem (bei Verschleißbeanspruchung, s. oben) und/oder auf diesem Partikel vorhanden sind, welche jeweils die Bereiche des MnC>2 und des CeC>2 (optional auch die metallischen Bereiche mit ka¬ talytischen Eigenschaften) an ihrer Oberfläche (gemeint ist die Oberfläche der Partikel) zur Verfügung stellen. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um maßgeschneiderte Partikel mit katalytischen Eigenschaften, welche universell auf jede Ober- fläche oder in jede Matrix eingebracht werden können. Hierbei muss jeweils das zur Einbringung bzw. Aufbringung geeignete Verfahren gewählt werden. Mit dieser Maßnahme lassen sich beispielsweise auch Bauteile aus Kunststoff mit katalytischen Eigenschaften herstellen. Die in die Schicht oder das Bauteil eingebrachten Partikel werden entweder bei einer Verschleißbeanspruchung freigelegt bzw. können bei einer porösen Struktur des Bauteils auch an der katalytischen Wirkung beteiligt sein, wenn diese die Wände der Poren bilden. Zuletzt betrifft die Erfindung eine Verwendung des bereits beschriebenen Bauteils zur Verringerung des Ozon-Gehaltes eines die Katalysator-Oberfläche überstreichenden Gases. Dieses Gas kann vorrangig durch die Erdatmosphäre zur Verfügung gestellt werden. Unter bestimmten Bedingungen ist die Luft mit Ozon angereichert, z. B. an heißen Sommertagen im Innenstadtbereich oder auch in höheren Atmosphärenschichten, die durch den Flugverkehr genutzt werden. Da Ozon gesundheitsschädlich auf den menschlichen Organismus wirkt, kann die Atemluft, die aus der Atmosphäre in den Innenraum von KFZ oder auch in die Fahrgastkabine eines Flugzeugs gepumpt wird, mittels der erfindungsgemäßen Katalysator-Oberfläche weitge¬ hend von Ozon befreit werden. Außerdem ist der Ozongehalt beispielsweise im Abluftbereich von Dunstabzugshauben mit sogenannten Plasma-Reinigungseinheiten für die Abluft erhöht. Selbstverständlich sind auch Anwendungen in der chemischen Verfahrenstechnik denkbar.
Die Katalysatoroberfläche kann beispielsweise als Innenaus- kleidung von Luft führenden Leitungssystemen ausgestaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass durch Vorsehen der Kataly¬ sator-Oberfläche kein zusätzliches Strömungshindernis in die Luft führenden Kanäle eingebaut werden muss. Um die zur Ver¬ fügung stehende Katalysator-Oberfläche zu vergrößern, kann das Luftführungssystem auch mit einem luftdurchlässigen Einsatz versehen werden, welcher durch die angesaugte Luft umströmt werden muss.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen die Figuren 1 bis 4 unterschiedliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Bauteils mit verschiedenen katalytischen Oberflächen und Die Figuren 1 bis 4 zeigen jeweils ein Bauteil 11 mit einer Oberfläche 12, die katalytische Eigenschaften aufweist (auch Katalysator-Oberfläche genannt) . Diese Eigenschaften werden dadurch erzeugt, dass die Oberfläche jeweils einen Bereich 13a hat, der aus Mn02 besteht und weiterhin ein Bereich 13b aus C0O2 zur Verfügung gestellt wird (zusammen als Bereich 13 bezeichnet) . Das Bauteil könnte beispielsweise ein Luftfüh¬ rungskanal sein, dessen Innenwände die besagte Oberfläche bilden . Der Aufbau der Bauteile 11, der jeweils im Schnitt darge¬ stellt ist, weist jedoch Unterschiede auf. Das Bauteil gemäß Figur 1 besteht selbst aus einem katalytisch wirkenden Metall, wie z. B. Ni, so dass dessen Oberfläche 12 automatisch einen metallischen Bereich 14 zur Verfügung stellt. Auf der Oberfläche 12 sind weiterhin inselartige Bereiche aus Mn02 gebildet, die den Bereich 13a zur Verfügung stellen. Die inselartigen Bereiche tragen wiederum nicht deckende Bereiche 13b aus Ce02, so dass sich zwischen diesen Bereichen gemein- same Grenzlinien in der katalytischen Oberfläche 12 ergeben. Diese Bereiche 13a, 13b können beispielsweise als nicht de¬ ckende Beschichtung durch Kaltgasspritzen aufgebracht werden.
Gemäß Figur 2 ist ein Bauteil 11 dargestellt, welches aus ei- nem zur Erzeugung der katalytischen Eigenschaften der Oberfläche ungeeigneten Material besteht. Daher wird auf dieses Bauteil 11 eine katalytisch wirksame Schicht 15 aufgebracht. Die Schicht 15 besteht aus zwei Lagen 19, 20. Die Lage 19 ist aus Mn02 gebildet. Diese Lage stellt, wie aus Figur 2 deut- lieh wird, Anteile der katalytischen Oberfläche 12 zur Verfü¬ gung, die die Bereiche des Mn02 der katalytischen Oberfläche bilden. Auf der Lage 19 ist weiterhin eine nicht deckende La¬ ge 20 aus einem Metall aufgebracht, welches selbst eine ka- talytische Wirkung aufweist, die in den betreffenden metalli- sehen Bereichen zur Verfügung gestellt wird. Diese metalli¬ schen Bereiche 14 grenzen direkt an die katalytischen Bereiche 13 an, die durch die Bereiche des Mn02 13a und Bereiche des Ce02 13b gebildet sind. Die Bereiche des Ce02 sind insel¬ artig auf der Lage 19 aus Mn02 gebildet, so dass zwischen diesen genannten Bereichen gemeinsame Grenzlinien in der Katalysator-Oberfläche 12 entstehen.
In Figur 3 wird die Beschichtung 15 durch eine keramische Matrix 21 aus Mn02 gebildet, wobei diese Poren 22 aufweist, welche die innere Oberfläche im Vergleich zur äußeren Oberfläche 12 des Bauteils vergrößern und so auch einen katalyti¬ schen Effekt verstärken. In der keramischen Matrix 21 sind Partikel 23 aus Ce02 vorgesehen, die sowohl an der Oberfläche 12 den Bereich 13b (Ce02) zur Verfügung stellen, als auch in den Poren katalytisch wirksam werden können. Die keramische Matrix 21 stellt den Bereich 13a (Mn02) zur Verfügung. Wie auch bei Figur 2 kann das Bauteil 11 gemäß Figur 3 aus einem beliebigen Material bestehen, wobei nur die Haftung der Be- Schichtung 15 auf dem Bauteil 11 sichergestellt werden muss.
Das Bauteil 11 gemäß Figur 4 weist eine Matrix aus einem be¬ liebigen Material 24, z. B. Kunststoff auf. In dieses sind Partikel 25 eingebracht, deren jeweilige Oberfläche sowohl metallische die Bereiche 13b aus Ce02 wie auch die Bereiche
13a aus Mn02 aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi¬ gur 4 bestehen die Partikel selbst aus Mn02 und Bereiche 13b aus Ce02 sind auf der Oberfläche der Partikel ausgebildet. Denkbar ist selbstverständlich auch der umgekehrte Fall. Die Partikel liegen an der Oberfläche 12 des Bauteils 11 teil¬ weise frei, wodurch die Bereiche 13b und die Bereiche 13a ge¬ bildet werden. Weiterhin gibt es Bereiche 26 der Oberfläche 12 aus Kunststoff, welche nicht katalytisch wirksam sind. Das Verhältnis der genannten Bereiche kann direkt durch den Füll- grad von Partikeln 25 in dem Material 24 beeinflusst werden.
Nicht dargestellt in den Figuren, kann besonders vorteilhaft auch ein Pulver aus Partikeln zur Verfügung gestellt werden, welche metallisch sind. Diese können mit Bereichen 13a, 13b aus Mn02 und Ce02 beschichtet sein, wobei sich diese Bereiche unter Ausbildung gemeinsamer Grenzlinien berühren. Auf diese Weise erhält man ein Pulver, welches die erfindungsgemäßen katalytischen Eigenschaften besitzt und beispielsweise durch Kaltgasspritzen verarbeitet werden kann. Beispielsweise ließe sich eine KunststoffOberfläche beschichten, so dass sich ein Aufbau der katalytischen Oberfläche entsprechend der Oberflä¬ che in Figur 4 ergeben würde. Auch kann mit den Partikeln selbst ein Schichtaufbau durch Kaltgasspritzen erfolgen, wo- bei sich ein Schichtaufbau gemäß Figur 3 ergeben würde, mit dem Unterschied, dass die Matrix 21 selbst metallisch wäre und die Beschichtung der Partikel sowohl den Bereich 13a, als auch den Bereich 13b zur Verfügung stellen würde. Bei Wahl eines geeigneten Metalls für die Partikel kann auch dieses an den ablaufenden katalytischen Reaktionen beteiligt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil mit einer Katalysator-Oberfläche (12)
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Katalysator-Oberfläche (12) Bereiche (13b) aus Ce02 und diese Bereiche berührende Bereiche (13a) aus Mn02 auf¬ weist.
2. Bauteil nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Manganoxid zumindest teilweise in der γ-Modifikation des Mn02 vorliegt.
3. Bauteil nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der in der γ-Modifikation vorliegende Gefügeanteil des Manganoxids bei über 50 Gew.-% liegt.
4. Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass dieses eine Beschichtung (15) aufweist, welche die Be¬ reiche (13b) aus Ce02 und die Bereiche (13a) aus Mn02 der Ka¬ talysator-Oberfläche (12) zur Verfügung stellt.
5. Bauteil nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass dieses aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Ag oder Ni oder Cu oder Co oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle, besteht, wobei die Be- Schichtung (15) als teilweise deckende keramische Schicht aus Ce02 und Mn02 auf dieses Bauteil aufgebracht ist, so dass das Bauteil zusätzlich einen metallischen Bereich (14) für die Katalysator-Oberfläche zur Verfügung stellt.
6. Bauteil nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Beschichtung (15) eine die Bereiche aus MnÜ2 (13a) und CeC>2 (13b) zur Verfügung stellende keramische Lage (19) aufweist, auf der eine nur teilweise deckende metallische La¬ ge (20), insbesondere aus Ag oder Ni oder Cu oder Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle, aufgebracht ist, die einen zusätzlichen metallischen Bereich (14) für die Katalysator-Oberfläche zur Verfügung stellt.
7. Bauteil nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Beschichtung aus einer einen zusätzlichen metalli- sehen Bereich für die Katalysator-Oberfläche zur Verfügung stellenden metallischen Matrix, insbesondere aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle, besteht, in die Partikel aus Mn02 und Ce02 eingebettet sind.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Oberflächenanteil der Bereiche (13a) aus Mn02 und der Bereiche (13b) aus Ce02 im Verhältnis zu der Gesamtfläche der Katalysator-Oberfläche bei mindestens 10 %, bevorzugt zwischen 30 und 60 % und insbesondere bei 50 % liegt.
9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass dieses oder eine auf dieses aufgebrachte Schicht aus ei¬ ner von Ce02 und von Mn02 verschiedenen Material (24) besteht und in diesem und/oder auf diesem Partikel (25) vorhanden sind, welche jeweils die Bereiche (13b) aus Ce02 und die Be- reiche (13a) des MnÜ2 an ihrer Oberfläche zur Verfügung stel¬ len .
10. Bauteil nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Bauteil eine gitterförmige Struktur aufweist.
11. Bauteil nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Bauteil als Lüftungsgitter, insbesondere als Aus¬ lassgitter einer Dunstabzugshaube oder eines durchströmbaren Plasmagenerators ausgebildet ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Katalysator-Oberfläche (12) auf einem Bauteil durch Kaltgasspritzen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Katalysator-Oberfläche (12) durch Spritzen von Oxid¬ partikeln, aufweisend ein Gemisch aus Mn02-Partikeln und Ce02-Partikeln oder Partikel aus Ce02 und Mn02, erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Oxidpartikel nur Bereiche (13) der Katalysator-Ober¬ fläche (12) abdecken und außerdem metallische Bereiche (14) aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle der Katalysator-Oberflä¬ che zur Verfügung gestellt werden, die jeweils an die Berei¬ che (13) des Mn02 angrenzen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass Mn02-Partikel verwendet werden, die zumindest teilweise die γ-Modifikation des Mn02~Gefüges aufweisen und das Kalt- gasspritzen mit Betriebstemperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur von Manganoxid betrieben wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein Gemisch aus den Oxidpartikeln und metallischen Partikeln aus Ag oder Ni oder Co oder Cu oder Sn oder Zn oder Legierungen mindestens eines dieser Metalle für die metalli¬ schen Bereiche (14) der Katalysator-Oberfläche verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die die Katalysator-Oberfläche bildende spezifische Oberfläche der hergestellten Schicht durch den Energieeintrag in den Kaltgasstrahl gesteuert wird.
17. Verwendung eines Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Verringerung des Ozon-Gehaltes eines die Katalysator- Oberfläche überstreichenden Gases.
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