WO2013026742A1 - Ceramic composition - Google Patents

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Martin Schubert
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic composition and to the use of a ceramic composition.
  • the present invention relates to a ceramic composition for producing a ceramic component, such as an electrode, by a plastic
  • a carrier material is advantageous, which gives the electrodes the necessary mechanical stability.
  • the highest possible strength of the carrier material is advantageous in order to be able to absorb operational mechanical stresses, otherwise a
  • a required prolongation of a gas may occur.
  • a required prolongation of a gas is useful for the carrier material used, in particular when used for gas-active electrodes, so that the gas can be implemented on the reactive electrode side.
  • the slurry system may further include a burn-out placeholder, namely graphite or carbon fibers, to adjust the porosity.
  • a slip system used herein further comprises zirconia powder and
  • Nickel oxide powder said stabilized zirconia powder being a wide
  • the present invention is a ceramic composition for a plastic molding process, comprising
  • composition comprises at least one organic compound as
  • Pore-forming component comprises.
  • a ceramic composition may, in particular, be a composition that can be further processed to form a ceramic body or component.
  • the ceramic composition may be formed by a molding process and sintered in a firing process at elevated temperature to the ceramic body. Consequently, the ceramic composition
  • a ceramic body may in particular be a body which is essentially of an inorganic and non-metallic nature.
  • the ceramic composition may in particular comprise at least one ceramic component.
  • the ceramic component can therefore serve in particular as the actual ceramic raw material.
  • Ceramic component can in the sense of the present invention
  • Ceramic materials may include, for example, silicate-based materials, oxides, such as metal oxides, nitrides or carbides.
  • Ceramic components which can be used in the context of the invention include, for example, forsterite, a magnesium silicate, or zirconium dioxide.
  • the ceramic composition may comprise one or a suitable plurality of ceramic components.
  • the ceramic composition of the invention further comprises at least one binder component.
  • a binder component may serve in the ceramic composition in particular to those in the
  • composition components to bind together are only a single binder component, ie a single substance serving as a binder, may be provided in the ceramic composition.
  • a suitable mixture of two or more than two different substances serving as binders may be provided.
  • the ceramic composition may comprise one or more water-insoluble and, additionally or alternatively, one or more water-soluble binders.
  • water-soluble binder component for example, polyethylene glycols or polyvinylpyrrolidone are suitable, whereas as water-insoluble
  • Binder component for example polyvinyl butyral, polyamide or polyethylene are suitable.
  • the ceramic composition further comprises at least one
  • a pore-forming component may be a material which is intended in particular to form a suitable and desired, in particular, defined porosity in the ceramic component or body to be produced from the ceramic composition.
  • a desired gas permeability of the produced ceramic body can be achieved, which is suitable, for example, for use as a gas-active electrode or for its carrier substrate.
  • porosity can be understood in particular to mean open porosity.
  • the pore-forming component is not present exclusively in the interior of the material, but likewise at the outer region or at the interface to the outer side.
  • the contacting individual structures of the pore-forming component in the interior of the structure As a result, preferably a continuous channel
  • Pore forming components may be provided so that can set in a later burnout continuous gas channels.
  • a pore-forming component is an organic compound which is thermally decomposable or becomes gas in particular during a burning process or sintering process of the ceramic compound for producing the ceramic body. It can be in the ceramic
  • Composition be provided only a Porenchannerkomponente or a suitable plurality of Porenchannerkomponenten.
  • an organic pore-forming component or an organic component as such can be understood in particular to mean a component which, or whose molecular structure, comprises or can consist of carbon, hydrogen and oxygen.
  • a component which or whose molecular structure consists of carbon, hydrogen and oxygen may also comprise a component which consists of> 90%, in particular> 95%, for example> 99%, of these materials. In this case, for example, ⁇ 10%, in particular ⁇ 5%,
  • the organic pore-forming component can preferably be removed from the microstructure in a sintering process in a secure and substantially residue-free manner so as to set the desired porosity.
  • the pore-forming component component can preferably be removed from the microstructure in a sintering process in a secure and substantially residue-free manner so as to set the desired porosity.
  • Pore-forming component which is purely based on a carbon material, such as graphite or carbon fibers. Such compounds are Not according to the invention comprises an organic material or an organic pore-forming component.
  • a dispersant component especially a dispersant component.
  • Dispergatorkomponente can serve in the context of the present invention, in particular to homogenize the ceramic composition according to the invention or to produce a sufficient miscibility, in particular for a plastic molding process.
  • a particularly homogeneous process of the corresponding shaping method can thus be achieved, which can produce particularly qualitatively homogeneous and therefore particularly advantageous ceramic components.
  • This may be particularly suitable in particular for use in plastic molding processes.
  • none, one or a suitable plurality of dispersant components can be present. Suitable substances which as
  • Dispergatorkomponente for the purposes of the present invention can be used particularly advantageously comprise, for example, oleic acid or under the trade name EFKA 5207 from BASF, Ludwigshafen, available hydroxyl-functionalized, unsaturated, modified carboxylic acids.
  • oleic acid or under the trade name EFKA 5207 from BASF, Ludwigshafen, available hydroxyl-functionalized, unsaturated, modified carboxylic acids.
  • polyalkylene glycol ethers such as those available under the trade name Brij, such as Brij72 (polyoxyethylene (2) stearyl ether), from Uniqema Americas LLC, Wilmington Del., US.
  • a plastic shaping method may in particular be a method in which the organic ceramic compound undergoes a primary molding process via the molten phase.
  • Suitable plastic molding methods for which the ceramic composition of the present invention is particularly suitable may include, for example, extrusion methods, injection molding methods, roller molding methods, or plate press techniques.
  • the ceramic composition of the invention is in a particularly advantageous manner, especially in combination with a plastic
  • a ceramic member having a suitable porosity for generating the gas permeability can be produced.
  • the organic pore-forming component leaves behind after their burn-out, in particular during a sintering process, cavities which are not closed again during or after the burn-out or sintering process. If the individual structures of the pore-forming agent component and thus also the individual cavities produced during the further course of the production of a ceramic component touch, an open porosity can be generated by which a permeability for gas can be generated.
  • the composition may comprise at least one polymer as an organic compound.
  • organic compound in particular organic
  • Polymers can provide structures of the pore-forming component which, in the further course of the production of a ceramic component, create cavities and thus porosity which are particularly suitable for gas permeability.
  • polymers are in their structure usually well adapted to the respective field of application or the polymers to be used well selectable. As a result, particularly reproducible gas permeability results can be achieved in this embodiment.
  • composition may comprise an organic compound as pore-forming component, which consists of
  • the presence of the corresponding substances may in particular mean presence on the molecular level, that is to say in the molecular structure of the organic compound.
  • the temperatures may be so low that removal of the pore-forming component begins already at a temperature which is far below the maximum to be reached
  • the pore-forming component may be selected from the group consisting of resins, in particular
  • Phenolic resins especially cellulose and starch, and / or
  • Pore-forming component particularly advantageous gas permeabilities can be achieved, which are suitable for a large number of applications.
  • such materials are particularly advantageous processable.
  • the aforementioned materials can be shaped or provided in suitable structures.
  • composition may comprise:
  • homogeneous ceramic components can be produced particularly advantageously in the production, which have the desired gas permeabilities with a simultaneously high mechanical stability.
  • the composition may be solvent-free. This allows the ceramic composition to be processed as desired without the insertion and removal of another component. In this embodiment, therefore, materials and work steps can be saved, which is particularly the use of the ceramic composition for producing a ceramic component
  • composition means, in particular, that there is no component which is used conventionally, for example in film casting processes, as a solvent.
  • component which is used conventionally, for example in film casting processes, as a solvent.
  • it may be meant that there is no component in the composition, in particular, no step of processing the ceramic composition which is liquid at temperatures below 40 ° C.
  • the pore-forming component can be designed like a fiber.
  • Pore-forming component can be improved in comparison to, for example, spherical Porensentnem at comparable volume fractions of the pore-forming component used, ie, higher gas permeabilities can be achieved.
  • spherical pore-forming components are also in the
  • a fibrous structure may in particular be a structure which may have a greater length compared to the diameter, that is to say has a particularly elongate extent as maximum dimension.
  • the fibrous Porensentnerkomponenten may have approximately a rice-shaped or tubular structure, which of course deviations from this form are within the meaning of the invention mitumutzt. It may be advantageous in one embodiment, when the fiber
  • compositions can be produced easily, in which the
  • Gas can flow through the pores largely unhindered. Consequently, a particularly advantageous gas permeability can be achieved.
  • the present invention further relates to the use of a
  • thermoforming a ceramic composition according to the invention for the production of a ceramic component, in particular a gas-permeable electrode, using a plastic molding method, wherein the plastic molding method can be selected in particular from the group consisting of extrusion process, injection molding,
  • the inventive ceramic composition in a particularly advantageous manner simple and inexpensive shapes.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view through a ceramic component made of an embodiment of a ceramic composition according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view through a ceramic component produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention showing pores of a spherical pore-forming component;
  • FIG 3 shows a schematic sectional view through a ceramic component produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention showing pores of a fibrous pore-forming component.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration through a ceramic component 1, produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention.
  • the ceramic component 1 comprises a ceramic matrix or basic structure 2, in which a plurality of cavities
  • pores 3 are arranged.
  • the pores 3 according to FIG. 1 have a tubular structure.
  • the ceramic component 1 can be produced from a ceramic composition according to the invention using a plastic
  • the ceramic composition according to the invention in particular as starting material for the ceramic component 1, comprises at least one ceramic component, at least one binder component, at least one organic compound as pore-forming component, and in particular at least one dispersant component.
  • the pore-forming component may comprise or be at least one polymer as organic compound.
  • the pore-forming component may comprise or be at least one polymer as organic compound.
  • Composition comprising an organic compound as a pore-forming agent, which is formed from carbon and oxygen, from carbon and hydrogen or from carbon, oxygen and hydrogen.
  • the pore-forming component may be selected from the group consisting of resins, especially phenolic resins, carbohydrates, especially cellulose and starch, and / or coconut husk, or any combination thereof.
  • the pore-forming component may further decompose at a temperature of ⁇ 450 ° C, especially ⁇ 300 ° C, for example ⁇ 200 ° C, or pass into the gas phase.
  • a typical recipe for a ceramic composition may include ceramic powder as a ceramic component (32.4% by volume); Pore forming agent component (21, 6 vol.%); Binder (43 vol .-%, wherein, for example, a mixture of two different water-insoluble binders (each 9.5 vol .-%) and a water-soluble binder (24 vol .-%) may be provided) and a Dispergatorkomponente (3 vol. %).
  • forsterite (magnesium silicate) or alumina (Al 2 0 3) may be about as a ceramic component of zirconia (Zr0 2), are used.
  • binder polyvinyl butyral polyethylene glycol (PEG) or polacrylates
  • Suitable pore formers are, for example, phenolic resin fibers and oleic acid dispersants or, under the trade name EFKA 5207, BASF, Ludwigshafen, available hydroxyl-functionalized, unsaturated, modified carboxylic acids.
  • polyalkylene glycol ethers such as, for example, those sold under the trade name Brij, for example Brij72
  • Composition can completely dispense with solvents, so
  • the ceramic composition of the present invention may be first formed by a suitable plastic molding method such as an injection molding method or an extrusion method. Following this, the resulting blank can be debinded by removing the binder, for example, by exposure to heat or by a solvent. Subsequently, the debindered blank can be sintered, the
  • Pore-forming component is removed by burning out of the ceramic structure.
  • the basic structure 2 shown in FIG. 1 can be formed comprising the pores 3 or cavities.
  • a typical composition may include: Ceramic: Zr0 2 32.4 Vol%
  • Pore Former Phenolic Resin Fibers 21, 6 Voi%
  • the numbers 1 to 3 are fibrous
  • Pore former components whereas Nos. 4 and 5 show spherical pore-forming components. Particularly good values with smooth, geometrically uniform, artificially produced
  • Phenolharzfasem be achieved. It can be seen that the fibrous pore-forming components, especially phenolic resins, can produce very high gas permeabilities of up to 8.0E-10 cm 2 using a plastic molding process, extrusion or injection molding. But even with spherical pore-forming components, such as starch or coconut shell, good gas permeabilities of 1, 1-10 cm 2 or 6.0E-11 cm 2 can be achieved.
  • FIGS. 2 and 3 The generated gas permeability is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the pores 3 in a ceramic component 1, which are arranged in the ceramic basic structure 2 are shown in FIGS. 2 and 3.
  • figure 2 shows the pores 3 or cavities produced by a spherical pore-forming component
  • FIG. 3 the pores 3 or cavities produced by a fibrous pore-forming component are shown.
  • Gas permeability can rather be decisive, whether the gas must flow through many small bottlenecks to flow through the ceramic component 1.
  • bottlenecks may be, in particular, former contact points of the pore-forming component or of its individual structures. Such contact points are therefore especially in spherical
  • Pore formers present, whereas fibrous
  • Pore forming components resulting tubular cavities already constructively have wide areas without bottlenecks that affect a gas flow significantly less.
  • Figure 2 shows the path of a gas molecule, represented by the arrow 4, through a ceramic component 1 with pores 3, which were produced by a spherical pore-forming component.
  • the gas molecules flow through many small ports formed by the former points of contact of the spherical pore-forming component.
  • Figure 3 shows the path of a gas molecule, represented by the arrow 5, through a ceramic component 1 with pores 3, which were produced by a fibrous pore-forming component.
  • the gas molecules can also flow long distances without much resistance through the tubular pores 3 formed by the fibrous pore-forming component.
  • Pore formers further material can be saved, which offers a further advantage of fibrous pore formers.

Abstract

The present invention relates to a ceramic composition for a plastic shaping process, which comprises at least one ceramic component, at least one binder component, at least one pore former component and in particular at least one dispersant component, where the composition comprises at least one organic compound as pore former component. The use of such a ceramic composition makes it possible to produce mechanically very stable ceramic components which additionally have good gas permeability. The present invention further relates to the use of a ceramic composition according to the invention for producing a ceramic component (1), in particular a gas-permeable electrode, using a plastic shaping process, where the plastic shaping process is, in particular, selected from the group consisting of extrusion processes, injection moulding processes, roller shaping processes and plate pressing processes.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Keramische Zusammensetzung  Ceramic composition
Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Zusammensetzung sowie die Verwendung einer keramischen Zusammensetzung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine keramische Zusammensetzung zum Herstellen eines keramischen Bauteils, wie etwa einer Elektrode, durch ein plastisches The present invention relates to a ceramic composition and to the use of a ceramic composition. In particular, the present invention relates to a ceramic composition for producing a ceramic component, such as an electrode, by a plastic
Formgebungsverfahren. Molding process.
Stand der Technik State of the art
Zur Herstellung von Elektroden, wie beispielsweise von gasaktiven For the production of electrodes, such as gas-active
Hochtemperaturelektroden, ist ein Trägermaterial vorteilhaft, welches den Elektroden die notwendige mechanische Stabilität verleiht. Insbesondere ist eine möglichst hohe Festigkeit des Trägermaterials von Vorteil, um betriebsbedingte mechanische Spannungen aufnehmen zu können, da ansonsten eine High temperature electrodes, a carrier material is advantageous, which gives the electrodes the necessary mechanical stability. In particular, the highest possible strength of the carrier material is advantageous in order to be able to absorb operational mechanical stresses, otherwise a
Bauteilbeschädigung auftreten kann. Dabei ist für das verwendete Trägermaterial insbesondere bei einer Verwendung für gasaktive Elektroden eine geforderte Mindestdurchlässigkett für Gase von Nutzen, damit das Gas auf der reaktiven Elektrodenseite umgesetzt werden kann. Component damage may occur. In this case, a required Mindestdurchlässigkett for gases is useful for the carrier material used, in particular when used for gas-active electrodes, so that the gas can be implemented on the reactive electrode side.
Üblicherweise werden für derartige Trägermaterialien keramische Materialien verwendet, welche grundsätzlich nicht dicht sintern und deshalb gasdurchlässig sind. Diese nicht dicht sinterfähigen Materialien haben jedoch oftmals geringe Festigkeiten, was dann zu schnellen Funktionsverlusten des Bauteils mit dem Trägersubstrat, also insbesondere der Elektrode, führen kann. Usually ceramic materials are used for such support materials, which in principle do not sinter dense and therefore are gas permeable. However, these non-densely sinterable materials often have low strengths, which can then lead to rapid loss of function of the component with the carrier substrate, ie in particular the electrode.
Aus der Druckschrift DE 100 31 123 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen durchgehend poröser Substrate bekannt, bei dem die Substrate durch Foliengießen keramischer Schlickersysteme hergestellt werden. Das From the document DE 100 31 123 A1 a method for producing continuous porous substrates is known in which the substrates Film casting ceramic slip systems are produced. The
Schlickersystem kann ferner einen ausbrennbaren Platzhalter, nämlich Graphit oder Kohlenstofffasern, enthalten, um die Porosität einzustellen. Ein hier verwendetes Schlickersystem umfasst femer Zirkondioxid-Pulver und The slurry system may further include a burn-out placeholder, namely graphite or carbon fibers, to adjust the porosity. A slip system used herein further comprises zirconia powder and
Nickeloxidpulver, wobei das stabilisierte Zirkondioxid-Pulver eine weit Nickel oxide powder, said stabilized zirconia powder being a wide
auseinander liegende bimodale Verteilung in Form einer Mischung aus einem Grobkorn und Feinkomanteil aufweist. Dadurch soll der Sinterprozess in der Weise verändert werden, dass ein hoher Anteil an offener Porosität erhalten wird. having a discrete bimodal distribution in the form of a mixture of a coarse grain and Feinkomanteil. This is intended to change the sintering process in such a way that a high proportion of open porosity is obtained.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine keramische Zusammensetzung für ein plastisches Formgebungsverfahren, umfassend The present invention is a ceramic composition for a plastic molding process, comprising
mindestens eine Keramikkomponente,  at least one ceramic component,
mindestens eine Binderkomponente,  at least one binder component,
mindestens eine Porenbildnerkomponente, und  at least one pore-forming component, and
insbesondere mindestens eine Dispergatorkomponente, wobei die Zusammensetzung mindestens eine organische Verbindung als  in particular at least one dispersant component, wherein the composition comprises at least one organic compound as
Porenbildnerkomponente umfasst. Pore-forming component comprises.
Eine keramische Zusammensetzung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Zusammensetzung sein, die zu einem keramischen Körper beziehungsweise Bauteil weiterverarbeitbar ist. Insbesondere kann die keramische Zusammensetzung durch ein Formgebungsverfahren geformt und in einem Brennprozess unter erhöhter Temperatur zu dem keramischen Körper gesintert werden. Folglich kann die keramische Zusammensetzung For the purposes of the present invention, a ceramic composition may, in particular, be a composition that can be further processed to form a ceramic body or component. In particular, the ceramic composition may be formed by a molding process and sintered in a firing process at elevated temperature to the ceramic body. Consequently, the ceramic composition
beispielsweise als Keramikrohmaterial dienen. Ein keramischer Körper kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Körper sein, welcher im Wesentlichen anorganischer und nicht metallischer Natur ist. for example, serve as a ceramic raw material. In the context of the present invention, a ceramic body may in particular be a body which is essentially of an inorganic and non-metallic nature.
Die keramische Zusammensetzung kann dabei insbesondere mindestens eine Keramikkomponente umfassen. Die Keramikkomponente kann demzufolge insbesondere als eigentlicher keramischer Rohstoff dienen. Die The ceramic composition may in particular comprise at least one ceramic component. The ceramic component can therefore serve in particular as the actual ceramic raw material. The
Keramikkomponente kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung Ceramic component can in the sense of the present invention
insbesondere ein Material umfassen welches aus einem anorganischen, nichtmetallischen Werkstoff gebildet ist beziehungsweise diesen umfasst. in particular comprising a material which consists of an inorganic, non-metallic material is formed or includes this.
Keramische Materialien können dabei beispielsweise silikatbasierte Materialien, Oxide, wie etwa Metalloxide, Nitride oder Carbide umfassen. Beispielhafte Keramikkomponenten, welche im Sinne der Erfindung beispielsweise verwendet werden können, umfassen beispielsweise Forsterit, ein Magnesiumsilikat, oder Zirkoniumdioxid. Dabei kann die keramische Zusammensetzung eine oder eine geeignete Mehrzahl an Keramikkomponente umfassen. Ceramic materials may include, for example, silicate-based materials, oxides, such as metal oxides, nitrides or carbides. Examples of ceramic components which can be used in the context of the invention include, for example, forsterite, a magnesium silicate, or zirconium dioxide. In this case, the ceramic composition may comprise one or a suitable plurality of ceramic components.
Die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung umfasst ferner mindestens eine Binderkomponente. Eine Binderkomponente kann in der keramischen Zusammensetzung insbesondere dazu dienen, die in der The ceramic composition of the invention further comprises at least one binder component. A binder component may serve in the ceramic composition in particular to those in the
Zusammensetzung enthaltenen Komponenten aneinander zu binden. Dabei kann nur eine einzige Binderkomponente, also eine einzige als Binder dienende Substanz, in der keramischen Zusammensetzung vorgesehen sein. Ferner kann eine geeignete Mischung aus zwei oder mehr als zwei verschiedenen, als Binder dienenden Substanzen vorgesehen sein. Beispielsweise kann die keramische Zusammensetzung einen oder mehrere wasserunlösliche und zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere wasserlösliche Binder umfassen. Als Composition components to bind together. In this case, only a single binder component, ie a single substance serving as a binder, may be provided in the ceramic composition. Furthermore, a suitable mixture of two or more than two different substances serving as binders may be provided. For example, the ceramic composition may comprise one or more water-insoluble and, additionally or alternatively, one or more water-soluble binders. When
wasserlösliche Binderkomponente sind beispielsweise Polyethylenglykole oder Polyvinylpyrrolidon geeignet, wohingegen als wasserunlösliche water-soluble binder component, for example, polyethylene glycols or polyvinylpyrrolidone are suitable, whereas as water-insoluble
Binderkomponente beispielsweise Polyvinylbutyral, Polyamid oder Polyethylene geeignet sind. Binder component, for example polyvinyl butyral, polyamide or polyethylene are suitable.
Die keramische Zusammensetzung umfasst ferner mindestens eine The ceramic composition further comprises at least one
Porenbildnerkomponente. Eine Porenbildnerkomponente kann dabei ein Material sein, welches insbesondere dazu dienen soll, in dem aus der keramischen Zusammensetzung zu fertigenden keramischen Bauteil beziehungsweise Körper eine geeignete und gewünschte insbesondere definierte Porosität auszubilden. Auf diese Weise kann eine gewünschte Gasdurchlässigkeit des erzeugten keramischen Körpers erzielt werden, was beispielsweise für eine Verwendung als gasaktive Elektrode beziehungsweise für deren Trägersubstrat geeignet ist. Es ist somit für den Fachmann ersichtlich, dass unter dem Begriff Porosität insbesondere eine offene Porosität verstanden werden kann. Dadurch ist die Porenbildnerkomponente in einer vorteilhaften Ausgestaltung nicht ausschließlich im Inneren des Materials vorhanden, sondern ebenfalls an dem äußeren Bereich beziehungsweise an der Grenzfläche zu der Außenseite. Ferner können sich die einzelnen Strukturen der Porenbildnerkomponente im Inneren der Struktur berühren. Dadurch kann vorzugsweise ein durchgehender Kanal an Porenbildnerkomponente. In this case, a pore-forming component may be a material which is intended in particular to form a suitable and desired, in particular, defined porosity in the ceramic component or body to be produced from the ceramic composition. In this way, a desired gas permeability of the produced ceramic body can be achieved, which is suitable, for example, for use as a gas-active electrode or for its carrier substrate. It is thus obvious to the person skilled in the art that the term porosity can be understood in particular to mean open porosity. As a result, in an advantageous embodiment, the pore-forming component is not present exclusively in the interior of the material, but likewise at the outer region or at the interface to the outer side. Furthermore, the contacting individual structures of the pore-forming component in the interior of the structure. As a result, preferably a continuous channel
Porenbildnerkomponenten vorgesehen sein, so dass sich bei einem späteren Ausbrennen durchgehende Gaskanäle einstellen können. Um dies zu erreichen, ist eine Porenbildnerkomponente eine organische Verbindung, die insbesondere bei einem Brennprozess beziehungsweise Sintervorgang der keramischen Verbindung zur Erzeugung des keramischen Körpers thermisch zersetzbar ist oder in den Gaszustand übergeht. Dabei kann in der keramischen Pore forming components may be provided so that can set in a later burnout continuous gas channels. In order to achieve this, a pore-forming component is an organic compound which is thermally decomposable or becomes gas in particular during a burning process or sintering process of the ceramic compound for producing the ceramic body. It can be in the ceramic
Zusammensetzung nur eine Porenbildnerkomponente oder eine geeignete Mehrzahl an Porenbildnerkomponenten vorgesehen sein. Composition be provided only a Porenbildnerkomponente or a suitable plurality of Porenbildnerkomponenten.
Unter einer organischen Porenbildnerkomponente beziehungsweise einer organischen Komponente als solcher kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Komponente verstanden werden, welche beziehungsweise wessen Molekülstruktur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff umfassen beziehungsweise daraus bestehen kann. Dabei kann von einer Komponente, welche beziehungsweise wessen Molekülstruktur aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff besteht auch eine Komponente umfasst sein, welche zu > 90%, insbesondere zu > 95 %, beispielsweise zu > 99 % aus diesen Materialien besteht. Dabei können beispielsweise < 10 %, insbesondere < 5 %, In the context of the present invention, an organic pore-forming component or an organic component as such can be understood in particular to mean a component which, or whose molecular structure, comprises or can consist of carbon, hydrogen and oxygen. In this case, a component which or whose molecular structure consists of carbon, hydrogen and oxygen may also comprise a component which consists of> 90%, in particular> 95%, for example> 99%, of these materials. In this case, for example, <10%, in particular <5%,
beispielsweise < 1 % an anderen Substanzen, beispielsweise auf molekularer Ebene oder als Verunreinigung, etwa von Stickstoff oder Schwefel, in der organischen Porenbildnerkomponente vorliegen. Auf diese Weise kann die Porenbildnerkomponente zum Einen bei einem Sintervorgang vorzugsweise sicher und im Wesentlichen rückstandsfrei aus dem Gefüge entfernt werden, um so die gewünschte Porosität einzustellen. Darüber hinaus kann bei dem For example, <1% of other substances, for example, at the molecular level or as an impurity, such as nitrogen or sulfur, are present in the organic pore-forming component. In this way, on the one hand, the pore-forming component component can preferably be removed from the microstructure in a sintering process in a secure and substantially residue-free manner so as to set the desired porosity. In addition, at the
Vorsehen einer derartigen organischen Porenbildnerkomponente insbesondere bei den bei einem Sintervorgang herrschenden Bedingungen die Bildung störender oder sogar toxischer Verbindungen beziehungsweise Schadstoffe, beispielsweise schädlicher Schwefel- oder Stickstoffverbindungen, wesentlich reduziert oder sogar verhindert werden. Provision of such an organic pore-forming component, especially in the conditions prevailing in a sintering conditions, the formation of interfering or even toxic compounds or pollutants, such as harmful sulfur or nitrogen compounds, significantly reduced or even prevented.
Dem Fachmann ist somit verständlich, dass eine auf einem organischen Material basierende Porenbildnerkomponente insbesondere keine The person skilled in the art will thus understand that a pore-forming component based on an organic material is in particular not
Porenbildnerkomponente ist, welche rein auf einem Kohlenstoffmaterial basiert, wie beispielsweise Graphit oder Kohlenstofffasern. Derartige Verbindungen sind erfindungsgemäß nicht von einem organisches Material beziehungsweise einer organischen Porenbildnerkomponente umfasst. Pore-forming component which is purely based on a carbon material, such as graphite or carbon fibers. Such compounds are Not according to the invention comprises an organic material or an organic pore-forming component.
Femer kann die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung Furthermore, the inventive ceramic composition
insbesondere eine Dispergatorkomponente umfassen. Eine especially a dispersant component. A
Dispergatorkomponente kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere dazu dienen, die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung zu homogenisieren beziehungsweise eine ausreichende Mischbarkeit insbesondere für ein plastisches Formgebungsverfahren zu erzeugen. Durch die Zugabe einer Dispergatorkomponente kann somit ein besonders homogener Prozess des entsprechenden Formgebungsverfahrens erzielt werden, was qualitativ besonders homogene und damit besonders vorteilhafte keramische Bauteile erzeugen kann. Dies kann dabei insbesondere für eine Verwendung bei plastischen Formgebungsverfahren besonders geeignet sein. Dabei kann im Sinne der vorliegenden Erfindung keine, eine oder eine geeignete Mehrzahl an Dispergatorkomponenten vorliegen. Geeignete Substanzen, welche als Dispergatorkomponente can serve in the context of the present invention, in particular to homogenize the ceramic composition according to the invention or to produce a sufficient miscibility, in particular for a plastic molding process. By adding a dispersant component, a particularly homogeneous process of the corresponding shaping method can thus be achieved, which can produce particularly qualitatively homogeneous and therefore particularly advantageous ceramic components. This may be particularly suitable in particular for use in plastic molding processes. For the purposes of the present invention, none, one or a suitable plurality of dispersant components can be present. Suitable substances which as
Dispergatorkomponente im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft Verwendung finden können, umfassen beispielsweise Ölsäure oder unter dem Handelsnamen EFKA 5207 von der Firma BASF, Ludwigshafen, erhältliche Hydroxyl-funktionalisierte, ungesättigte, modifizierte Carboxylsäuren. Weiter geeignet sind Polyalkylenglycolether, wie beispielsweise solche, die unter dem Handelsnamen Brij, etwa Brij72 (Polyoxyethylen(2)stearylether), von der Firma Uniqema Americas LLC, Wilmington Del., US, erhältlich sind. Dispergatorkomponente for the purposes of the present invention can be used particularly advantageously comprise, for example, oleic acid or under the trade name EFKA 5207 from BASF, Ludwigshafen, available hydroxyl-functionalized, unsaturated, modified carboxylic acids. Also suitable are polyalkylene glycol ethers, such as those available under the trade name Brij, such as Brij72 (polyoxyethylene (2) stearyl ether), from Uniqema Americas LLC, Wilmington Del., US.
Ein plastisches Formgebungsverfahren kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Verfahren sein, bei welchem der Organik- Keramikcompound über die schmelzflüssige Phase ein Urformverfahren erfährt. Geeignete plastische Formgebungsverfahren, für welche die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung besonders geeignet ist, können beispielsweise umfassen Extrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, Rollerformgebungsverfahren oder Plattenpresstechnikverfahren. In the context of the present invention, a plastic shaping method may in particular be a method in which the organic ceramic compound undergoes a primary molding process via the molten phase. Suitable plastic molding methods for which the ceramic composition of the present invention is particularly suitable may include, for example, extrusion methods, injection molding methods, roller molding methods, or plate press techniques.
Die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung ist in besonders vorteilhafter Weise insbesondere in Kombination mit einem plastischen The ceramic composition of the invention is in a particularly advantageous manner, especially in combination with a plastic
Formgebungsverfahren geeignet, hochfeste Keramikmaterialien Shaping process suitable, high strength ceramic materials
beziehungsweise hochfeste Keramikbauteile zu erzeugen. Diese können dabei eine Gasdurchlässigkeit aufweisen, die für eine Vielzahl an Anwendungen geeignet ist. Im Detail kann durch das Vorsehen von organischen Zusätzen beziehungsweise der organischen Porenbildnerkomponente in der keramischen Zusammensetzung ein keramisches Bauteil hergestellt werden, das eine geeignete Porosität zur Erzeugung der Gasdurchlässigkeit aufweist. Die organische Porenbildnerkomponente hinterlässt dabei nach ihrem Ausbrennen insbesondere während eines Sintervorgangs Hohlräume, die bei oder nach dem Ausbrennen beziehungsweise Sintervorgang nicht wieder geschlossen werden. Berühren sich die einzelnen Strukturen der Porenbildnerkomponente und damit im weiteren Verlauf der Herstellung eines keramischen Bauteils auch die einzelnen erzeugten Hohlräume, so kann eine offene Porosität erzeugt werden, durch welche eine Permeabilität für Gas erzeugbar ist. or to produce high-strength ceramic components. They can do this have a gas permeability suitable for a variety of applications. In detail, by providing organic additives or the organic pore-forming component in the ceramic composition, a ceramic member having a suitable porosity for generating the gas permeability can be produced. The organic pore-forming component leaves behind after their burn-out, in particular during a sintering process, cavities which are not closed again during or after the burn-out or sintering process. If the individual structures of the pore-forming agent component and thus also the individual cavities produced during the further course of the production of a ceramic component touch, an open porosity can be generated by which a permeability for gas can be generated.
Darüber hinaus lassen sich aus einer erfindungsgemäßen keramischen In addition, can be made from a ceramic according to the invention
Zusammensetzung insbesondere unter Verwendung plastischer Composition in particular using plastic
Formgebungsverfahren besonders einfach und kostengünstig die gewünschten keramischen Bauteile herstellen.  Shaping process particularly simple and inexpensive to produce the desired ceramic components.
Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die Zusammensetzung mindestens ein Polymer als organische Verbindung umfassen. Insbesondere organischeIn one embodiment, the composition may comprise at least one polymer as an organic compound. In particular organic
Polymere können Strukturen der Porenbildnerkomponente bereitstellen, welche im weiteren Verlauf der Herstellung eines keramischen Bauteils Hohlräume und damit eine Porosität schaffen, welche für eine Gasdurchlässigkeit besonders geeignet sind. Dabei sind Polymere in ihrer Struktur meist gut an das jeweilige Anwendungsgebiet anpassbar beziehungsweise die zu verwendenden Polymere gut auswählbar. Dadurch lassen sich in dieser Ausgestaltung besonders reproduzierbare Ergebnisse der Gasdurchlässigkeit schaffen. Polymers can provide structures of the pore-forming component which, in the further course of the production of a ceramic component, create cavities and thus porosity which are particularly suitable for gas permeability. In this case, polymers are in their structure usually well adapted to the respective field of application or the polymers to be used well selectable. As a result, particularly reproducible gas permeability results can be achieved in this embodiment.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Zusammensetzung eine organische Verbindung als Porenbildnerkomponente umfassen, welche ausIn a further embodiment, the composition may comprise an organic compound as pore-forming component, which consists of
Kohlenstoff und Sauerstoff, aus Kohlenstoff und Wasserstoff oder aus Carbon and oxygen, carbon and hydrogen or off
Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ausgebildet ist beziehungsweise besteht. Insbesondere bei derartigen Porenbildnerkomponenten wurde überraschenderweise gefunden, dass diese bei der Verwendung in einem plastischen Formgebungsverfahren besonders bevorzugte Poren Carbon, oxygen and hydrogen is formed or exists. In particular, with such pore-forming components, it has surprisingly been found that these are particularly preferred pores when used in a plastic molding process
beziehungsweise Hohlräume ausbilden können, um hohe Gasdurchlässigkeiten, beispielsweise bei einer Verwendung des geformten keramischen Bauteils als gasaktive Elektrode, zu ermöglichen. Dabei können diese in einem weiteren Herstellungsprozess eines keramischen Bauteils, insbesondere bei einem Sintervorgang beziehungsweise Ausbrennen, aus dem keramischen Gefüge entfernt werden, ohne schädigende oder sogar toxische Verbindungen, wie beispielsweise Schwefel- oder Stickstoffverbindungen, insbesondere Oxide, zu bilden. Dabei kann unter einem Vorliegen der entsprechenden Substanzen insbesondere ein Vorliegen auf molekularer Ebene, also in der Molekülstruktur der organischen Verbindung gemeint sein. or cavities can form to high gas permeability, for example, when using the molded ceramic component as a gas-active electrode. These can be removed from the ceramic structure in a further manufacturing process of a ceramic component, in particular in a sintering process or burnout, without damaging or even toxic compounds, such as sulfur or nitrogen compounds, in particular oxides to form. In this case, the presence of the corresponding substances may in particular mean presence on the molecular level, that is to say in the molecular structure of the organic compound.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Porenbildnerkomponente sich bei einer Temperatur von < 450X, insbesondere < 300 °C, beispielsweise < 200 °C zersetzen oder in die Gasphase übergehen. In dieser Ausgestaltung kann somit ein Entfernen der Porenbildnerkomponente schon bei bei einem In a further embodiment, the Porenbildnerkomponente at a temperature of <450X, in particular <300 ° C, for example, decompose <200 ° C or go into the gas phase. In this embodiment, therefore, a removal of the pore-forming component already in a
herkömmlichen Sintervorgang herrschenden Temperaturen aus dem conventional sintering process prevailing temperatures from the
keramischen Gefüge realisiert werden. Dabei können die Temperaturen derart gering sein, dass ein Entfernen der Porenbildnerkomponente bereits bei einer Temperatur beginnt, die weit unterhalb der maximalen zu erreichenden ceramic structure can be realized. In this case, the temperatures may be so low that removal of the pore-forming component begins already at a temperature which is far below the maximum to be reached
Temperatur liegt. Auf diese Weise kann besonders sicher gestellt werden, dass die Porenbildnerkomponente vollständig aus dem keramischen Gefüge entfernt wird, wodurch sich die gewünschte Gasdurchlässigkeit sicher einstellt. Temperature is. In this way, it can be made particularly certain that the pore-forming component is completely removed from the ceramic structure, as a result of which the desired gas permeability is reliably established.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Porenbildnerkomponente ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Harzen, insbesondere Within the scope of a further embodiment, the pore-forming component may be selected from the group consisting of resins, in particular
Phenolharzen, Kohlenhydraten, insbesondere Cellulose und Stärke, und/oderPhenolic resins, carbohydrates, especially cellulose and starch, and / or
Kokosnussschale, oder einer beliebigen Mischung aus den vorgenannten Substanzen. Bei der Verwendung derartiger Materialien als Coconut shell, or any mixture of the aforementioned substances. When using such materials as
Porenbildnerkomponente können besonders vorteilhafte Gasdurchlässigkeiten erzielt werden, die für eine Großzahl an Anwendungsgebieten geeignet sind. Darüber hinaus sind derartige Materialien besonders vorteilhaft verarbeitbar. ImPore-forming component particularly advantageous gas permeabilities can be achieved, which are suitable for a large number of applications. In addition, such materials are particularly advantageous processable. in the
Detail lässt sich eine sehr homogene Mischung der keramischen Detail can be a very homogeneous mixture of ceramic
Zusammensetzung etwa auch ohne das Zugeben einer Dispergatorkomponente erzeugen, was zu einem homogenen keramischen Bauteil führen kann. Darüber hinaus sind derartige Materialien auch bei bei einem herkömmlichen Even without adding a dispersant component, which can lead to a homogeneous ceramic component. In addition, such materials are also in a conventional
Sintervorgang herrschenden Temperaturen problemlos und vollständig aus dem keramischen Gefüge entfern bar, was die gewünschte Gasdurchlässigkeit sicherstellt. Ferner lassen sich vorgenannte Materialien in geeigneten Strukturen ausformen beziehungsweise bereitstellen. Sintering process prevailing temperatures easily and completely removed from the ceramic structure bar what the desired gas permeability ensures. Furthermore, the aforementioned materials can be shaped or provided in suitable structures.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Zusammensetzung umfassen: In another embodiment, the composition may comprise:
- ä 17 Vol.-% bis £ 48 Vol.-% an Keramikkomponente; und/oder  - 17% by volume to 48% by volume of ceramic component; and or
- > 28 Vol.-% bis < 58 Vol.-% an Binderkomponente; und/oder  -> 28 vol .-% to <58 vol .-% of binder component; and or
- ä 6 Vol.-% bis .5 37 Vol.-% an Porenbildnerkomponente; und/oder  from 6% by volume to .5% by volume of pore-forming component; and or
Insbesondere > 1 Vol.-% bis < 7 Vol.-% an Dispergatorkomponente, wobei sich die vorgenannten Bestandteile zusammen insbesondere zu 100 Vol.- % addieren können.  In particular> 1% by volume to <7% by volume of dispersant component, it being possible for the aforementioned constituents in particular to add up to 100% by volume in particular.
Dies ist eine besonders vorteilhafte keramische Zusammensetzung, die insbesondere im Zusammenhang mit einem plastischen Formgebungsverfahren verarbeitbar ist. Mit einer derartigen Zusammensetzung lassen sich besonders vorteilhaft in der Herstellung homogene keramische Bauteile herstellen, die die gewünschten Gasdurchlässigkeiten bei einer gleichzeitig großen mechanischen Stabilität aufweisen. This is a particularly advantageous ceramic composition that can be processed in particular in connection with a plastic shaping process. With such a composition, homogeneous ceramic components can be produced particularly advantageously in the production, which have the desired gas permeabilities with a simultaneously high mechanical stability.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Zusammensetzung lösungsmittelfrei sein. Dadurch lässt sich die keramische Zusammensetzung ohne das Einfügen und Entfernen einer weiteren Komponente wie gewünscht verarbeiten. In dieser Ausgestaltung können somit Materialien und Arbeitsschritte gespart werden, was die Verwendung der keramischen Zusammensetzung insbesondere zum Herstellen eines keramischen Bauteils besonders In the context of a further embodiment, the composition may be solvent-free. This allows the ceramic composition to be processed as desired without the insertion and removal of another component. In this embodiment, therefore, materials and work steps can be saved, which is particularly the use of the ceramic composition for producing a ceramic component
kostengünstig und einfach gestaltet. Darüber hinaus wird die Umwelt durch den Verzicht auf Lösungsmittel entlastet. Dabei kann eine lösungsmittelfreie inexpensive and simply designed. In addition, the environment is relieved by the absence of solvents. In this case, a solvent-free
Zusammensetzung im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass keine Komponente vorliegt, die beispielsweise bei Foliengießverfahren als Lösungsmittel in herkömmlicher Weise verwendet wird. Im Detail kann in dieser Ausgestaltung gemeint sein, dass in der Zusammensetzung keine Komponente vorliegt, insbesondere zu keinem Schritt der Verarbeitung der keramischen Zusammensetzung, die bei Temperaturen unterhalb von 40°C flüssig ist. For the purposes of the present invention, composition means, in particular, that there is no component which is used conventionally, for example in film casting processes, as a solvent. In detail, in this embodiment, it may be meant that there is no component in the composition, in particular, no step of processing the ceramic composition which is liquid at temperatures below 40 ° C.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Porenbildnerkomponente faserartig ausgestaltet sein. Durch eine faserartige Ausgestaltung der Porenbildnerkomponente beziehungsweise der einzelnen Strukturen der In the context of a further embodiment, the pore-forming component can be designed like a fiber. By a fibrous configuration of Pore forming component or the individual structures of
Porenbildnerkomponente können insbesondere im Vergleich zu beispielsweise sphärischen Porenbildnem bei vergleichbaren Volumenanteilen der eingesetzten Porenbildnerkomponente verbesserte, also höhere, Gasdurchlässigkeiten erzielt werden. Zwar sind grundsätzlich auch sphärische Porenbildnerkomponenten imPore-forming component can be improved in comparison to, for example, spherical Porenbildnem at comparable volume fractions of the pore-forming component used, ie, higher gas permeabilities can be achieved. Although in principle spherical pore-forming components are also in the
Sinne der vorliegenden Erfindung möglich und werden hier nicht Scope of the present invention possible and will not be here
ausgeschlossen, jedoch sind faserartige Porenbildnder aufgrund der excluded, however, are fibrous pore-forming due to
verbesserten zu erreichenden Gasdurchlässigkeit bevorzugt. Unabhängig davon, ob sphärische oder faserartige Porenbildnerkomponenten vorliegen, können die einzelnen Strukturen der Porenbildnerkomponenten noch unterschiedlichsteimproved gas permeability to be achieved is preferred. Irrespective of whether spherical or fibrous pore-forming components are present, the individual structures of the pore-forming components can still be very different
Gestalt aufweisen. Beispielsweise können diese eine glatte, zerklüftete oder eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen. Eine faserartige Struktur kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Struktur sein, welche eine größere Länge verglichen mit dem Durchmesser aufweisen kann, also eine insbesondere längliche Ausdehnung als maximale Dimension aufweist. Dabei können die faserartigen Porenbildnerkomponenten etwa eine reiskomförmige oder röhrenförmige Struktur aufweisen, wobei selbstverständlich Abweichungen von dieser Form in Sinne der Erfindung mitumfasst sind. Dabei kann es in einer Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn die Faser einHave shape. For example, they may have a smooth, ragged or irregular surface. In the context of the present invention, a fibrous structure may in particular be a structure which may have a greater length compared to the diameter, that is to say has a particularly elongate extent as maximum dimension. In this case, the fibrous Porenbildnerkomponenten may have approximately a rice-shaped or tubular structure, which of course deviations from this form are within the meaning of the invention mitumfasst. It may be advantageous in one embodiment, when the fiber
Verhältnis von Durchmesser zu Länge von < 1 :30, insbesondere von < 1 :15, beispielsweise von < 1 :10 aufweist, und/oder wenn die Faser eine Länge von < 40Όμιη, insbesondere < 30Όμηι, aufweist. Insbesondere bei derartigen Fasern sind Zusammensetzungen problemlos herstellbar, bei welchen sich die Ratio of diameter to length of <1: 30, in particular of <1: 15, for example, of <1: 10, and / or if the fiber has a length of <40Όμιη, in particular <30Όμηι having. In particular, in such fibers compositions can be produced easily, in which the
Porenbildnerstrukturen berühren, wodurch eine Porosität erzielbar ist, bei der einContact pore-forming structures, whereby a porosity can be achieved, in which a
Gas weitestgehend ungehindert durch die Poren fließen kann. Folglich ist eine besonders vorteilhafte Gasdurchlässigkeit erzielbar. Gas can flow through the pores largely unhindered. Consequently, a particularly advantageous gas permeability can be achieved.
Die vorliegende Erfindung betrifft femer die Verwendung einer The present invention further relates to the use of a
erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung für die Herstellung eines keramischen Bauteils, insbesondere einer gasdurchlässigen Elektrode, unter Verwendung eines plastischen Formgebungsverfahrens, wobei das plastische Formgebungsverfahren insbesondere ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Extrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, ceramic composition according to the invention for the production of a ceramic component, in particular a gas-permeable electrode, using a plastic molding method, wherein the plastic molding method can be selected in particular from the group consisting of extrusion process, injection molding,
Rollerformgebungsverfahren oder Plattenpresstechnikverfahren. Insbesondere durch derartige Formgebungsverfahren lässt sich die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung in besonders vorteilhafter Weise einfach und kostengünstig formen. Im Detail lassen sich beispielsweise inertgeträgerte Brennstoffzellen oder das inerte Trägersubstrat für Elektroden von Roller forming method or plate press method. In particular, by such shaping methods, the inventive ceramic composition in a particularly advantageous manner simple and inexpensive shapes. In detail, for example, inert-supported fuel cells or the inert carrier substrate for electrodes of
Brennstoffzellen herstellen. Produce fuel cells.
Zeichnungen und Beispiele Drawings and examples
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein keramisches Bauteil, hergestellt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung; Fig. 1 is a schematic sectional view through a ceramic component made of an embodiment of a ceramic composition according to the invention;
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung durch ein keramisches Bauteil, hergestellt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung zeigend Poren von einer sphärischen Porenbildnerkomponente; und  2 is a schematic sectional view through a ceramic component produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention showing pores of a spherical pore-forming component; and
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch ein keramisches Bauteil, hergestellt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung zeigend Poren von einer faserigen Porenbildnerkomponente.  3 shows a schematic sectional view through a ceramic component produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention showing pores of a fibrous pore-forming component.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein keramisches Bauteil 1 , hergestellt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung. Das keramische Bauteil 1 umfasst eine keramische Matrix beziehungsweise Grundstruktur 2, in der eine Vielzahl an Hohlräumen FIG. 1 shows a schematic sectional illustration through a ceramic component 1, produced from an embodiment of a ceramic composition according to the invention. The ceramic component 1 comprises a ceramic matrix or basic structure 2, in which a plurality of cavities
beziehungsweise Poren 3 angeordnet sind. Die Poren 3 gemäß Figur 1 weisen eine röhrenartige Struktur auf. or pores 3 are arranged. The pores 3 according to FIG. 1 have a tubular structure.
Das keramische Bauteil 1 lässt sich herstellen aus einer erfindungsgemäßen keramischen Zusammensetzung unter Verwendung eines plastischen The ceramic component 1 can be produced from a ceramic composition according to the invention using a plastic
Formgebungsverfahrens, wobei das plastische Formgebungsverfahren insbesondere ausgewählt sein kann aus der Gruppe bestehend aus Shaping process, wherein the plastic forming process in particular may be selected from the group consisting of
Extrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, Rollerformgebungsverfahren oder Plattenpresstechnikverfahren. Dabei kann das keramische Bauteil 1 Extrusion process, injection molding, roller molding or Plattenpresstechnikverfahren. In this case, the ceramic component 1
beispielsweise eine gasdurchlässige Elektrode beziehungsweise deren For example, a gas-permeable electrode or their
Trägersubstrat sein. Be carrier substrate.
Die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung, insbesondere als Ausgangsmaterial für das keramische Bauteil 1 , umfasst mindestens eine Keramikkomponente, mindestens eine Binderkomponente, mindestens eine organische Verbindung als Porenbildnerkomponente, und insbesondere mindestens eine Dispergatorkomponente. The ceramic composition according to the invention, in particular as starting material for the ceramic component 1, comprises at least one ceramic component, at least one binder component, at least one organic compound as pore-forming component, and in particular at least one dispersant component.
Dabei kann die Porenbildnerkomponente mindestens ein Polymer als organische Verbindung umfassen oder sein. In einer Ausführungsform kann die In this case, the pore-forming component may comprise or be at least one polymer as organic compound. In one embodiment, the
Zusammensetzung eine organische Verbindung als Porenbildner umfassen, welche aus Kohlenstoff und Sauerstoff, aus Kohlenstoff und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ausgebildet ist. Rein beispielhaft kann die Porenbildnerkomponente ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Harzen, insbesondere Phenolharzen, Kohlenhydraten, insbesondere Cellulose und Stärke, und/oder Kokosnussschale, oder einer beliebigen Composition comprising an organic compound as a pore-forming agent, which is formed from carbon and oxygen, from carbon and hydrogen or from carbon, oxygen and hydrogen. By way of example only, the pore-forming component may be selected from the group consisting of resins, especially phenolic resins, carbohydrates, especially cellulose and starch, and / or coconut husk, or any
Mischung aus den vorgenannten Substanzen. Mixture of the aforementioned substances.
Um das Entfernen der Porenbildnerkomponente wie später beschrieben zu verbessern, kann die Porenbildnerkomponente sich ferner bei einer Temperatur von < 450 °C, insbesondere < 300 °C, beispielsweise < 200 °C zersetzen oder in die Gasphase übergehen. In order to improve the removal of the pore-forming component as described later, the pore-forming component may further decompose at a temperature of <450 ° C, especially <300 ° C, for example <200 ° C, or pass into the gas phase.
Die keramische Zusammensetzung kann im Detail umfassen: The ceramic composition may include in detail:
- > 17 Vol.-% bis < 48 Vol.-% an Keramikkomponente; und/oder  -> 17% by volume to <48% by volume of ceramic component; and or
- > 28 Vol.-% bis < 58 Vol.-% an Binderkomponente; und/oder  -> 28 vol .-% to <58 vol .-% of binder component; and or
- > 6 Vol.-% bis < 37 Vol.-% an Porenbildnerkomponente; und/oder -> 6 vol .-% to <37 vol .-% of pore-forming component; and or
- Insbesondere > 1 Vol.-% bis < 7 Vol.-% an Dispergatorkomponente, wobei sich die Anteile zu 100 Gew.-% addieren können. In particular> 1% by volume to <7% by volume of dispersant component, it being possible for the proportions to add up to 100% by weight.
Dabei kann eine typische Rezeptur für eine keramische Zusammensetzung umfassen Keramikpulver als Keramikkomponente (32,4 Vol.-%); Porenbildnerkomponente (21 ,6 Vol.-%); Binder (43 Vol.-%, wobei beispielsweise ein Gemisch aus zwei verschiedenen wasserunlöslichen Bindern (jeweils 9,5 Vol.-%) und einem wasserlöslichen Binder (24 Vol.-%) vorgesehen sein kann) sowie eine Dispergatorkomponente (3 Vol.-%). Dabei kann etwa als Keramikkomponente Zirkondioxid (Zr02), Forsterit (Magnesiumsilikat) oder Aluminiumdioxid (Al203) verwendet werden. Als Binder können Polyvinylbutyral (PVB), Polyethylenglykol (PEG) oder Polacrylate Verwendung finden. Als Porenbildner eignen sich beispielsweise Phenolharzfasern und als Dispergatoren Ölsäure oder unter dem Handelsnamen EFKA 5207 von der Firma BASF, Ludwigshafen, erhältliche Hydroxyl-funktionalisierte, ungesättigte, modifizierte Carboxylsäuren. Weiter geeignet sind Polyalkyiengiycolether, wie beispielsweise solche, die unter dem Handelsnamen Brij, etwa Brij72 Here, a typical recipe for a ceramic composition may include ceramic powder as a ceramic component (32.4% by volume); Pore forming agent component (21, 6 vol.%); Binder (43 vol .-%, wherein, for example, a mixture of two different water-insoluble binders (each 9.5 vol .-%) and a water-soluble binder (24 vol .-%) may be provided) and a Dispergatorkomponente (3 vol. %). In this case, forsterite (magnesium silicate) or alumina (Al 2 0 3) may be about as a ceramic component of zirconia (Zr0 2), are used. As binder polyvinyl butyral (PVB), polyethylene glycol (PEG) or polacrylates can be used. Suitable pore formers are, for example, phenolic resin fibers and oleic acid dispersants or, under the trade name EFKA 5207, BASF, Ludwigshafen, available hydroxyl-functionalized, unsaturated, modified carboxylic acids. Also suitable are polyalkylene glycol ethers, such as, for example, those sold under the trade name Brij, for example Brij72
(Polyoxyethylen(2)stearylether), von der Firma Uniqema Americas LLC, (Polyoxyethylene (2) stearyl ether), from Uniqema Americas LLC,
Wilmington Del., US, erhältlich sind. Wilmington Del., US.
Aus dem Vorhergehenden wird ersichtlich, dass die keramische From the foregoing it will be seen that the ceramic
Zusammensetzung gänzlich auf Lösungsmittel verzichten kann, also Composition can completely dispense with solvents, so
lösungsmittelfrei sein kann. Die erfindungsgemäße keramische Zusammensetzung kann beispielsweise zunächst durch ein geeignetes plastisches Formgebungsverfahren, wie etwa ein Spritzgussverfahren oder ein Extrusionsverfahren, geformt werden. Im Anschluss daran kann der erhaltene Rohling entbindert werden, indem der Binder beispielsweise durch Hitzeeinwirkung oder durch ein Lösungsmittel entfernt wird. Folgend kann der entbinderte Rohling gesintert werden, wobei die can be solvent-free. For example, the ceramic composition of the present invention may be first formed by a suitable plastic molding method such as an injection molding method or an extrusion method. Following this, the resulting blank can be debinded by removing the binder, for example, by exposure to heat or by a solvent. Subsequently, the debindered blank can be sintered, the
Porenbildnerkomponente durch Ausbrennen aus dem keramischen Gefüge entfernt wird. Auf diese Weise kann die in Figur 1 gezeigte Grundstruktur 2 umfassend die Poren 3 beziehungsweise Hohlräume gebildet werden.  Pore-forming component is removed by burning out of the ceramic structure. In this way, the basic structure 2 shown in FIG. 1 can be formed comprising the pores 3 or cavities.
Eine typische Zusammensetzung kann dabei umfassen: Keramik: Zr02 32,4 Vol%A typical composition may include: Ceramic: Zr0 2 32.4 Vol%
Binder: PVB (wasserunlöslich) 8,7 Vol% Binder: PVB (water insoluble) 8,7 Vol%
Polyacrylate (wasserunlöslich) 9,0 Vol%  Polyacrylates (water-insoluble) 9.0% by volume
PEG (wasserlöslich) 24,0 Vol%  PEG (water soluble) 24.0% by volume
Porenbildner: Phenolharzfasern 21 ,6 Voi%  Pore Former: Phenolic Resin Fibers 21, 6 Voi%
Dispergatoren: Ölsäure 2,2 Vol%  Dispersants: oleic acid 2.2% by volume
EFKA5207 2,1 Vol%  EFKA5207 2.1% by volume
Mit der vorbeschriebenen Zusammensetzung erreichte Gasdurchlässigkeiten unter Verwendung unterschiedlicher Porenbildnerkomponenten sind in Tabelle 1 gezeigt. Gas permeabilities achieved using the above composition using different pore-forming components are shown in Table 1.
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
Gemäß Tabelle 1 sind unter den Nummern 1 bis 3 faserartige According to Table 1, the numbers 1 to 3 are fibrous
Porenbildnerkomponenten gezeigt, wohingegen die Nummern 4 und 5 sphärische Porenbildnerkomponenten zeigen. Dabei konnten besonders gute Werte mit glatten, geometrisch gleichmäßigen, künstlich hergestellten Pore former components, whereas Nos. 4 and 5 show spherical pore-forming components. Particularly good values with smooth, geometrically uniform, artificially produced
Phenolharzfasem erreicht werden. Es ist zu erkennen, dass die faserartigen Porenbildnerkomponenten, insbesondere Phenolharze, unter Verwendung eines plastischen Formgebungsverfahrens, Extrusion beziehungsweise Spritzguss, sehr hohe Gasdurchlässigkeiten von bis zu 8.0E-10 cm2 erzeugen können. Aber selbst mit sphärischen Porenbildnerkomponenten, wie beispielweise Stärke oder Kokosnussschale, können noch gute Gasdurchlässigkeiten von 1 ,1-10 cm2 beziehungsweise 6.0E-11 cm2 erreicht werden. Phenolharzfasem be achieved. It can be seen that the fibrous pore-forming components, especially phenolic resins, can produce very high gas permeabilities of up to 8.0E-10 cm 2 using a plastic molding process, extrusion or injection molding. But even with spherical pore-forming components, such as starch or coconut shell, good gas permeabilities of 1, 1-10 cm 2 or 6.0E-11 cm 2 can be achieved.
Die erzeugte Gasdurchlässigkeit wird in den Figuren 2 und 3 dargestellt. In den Figuren 2 und 3 sind dabei insbesondere die Poren 3 in einem keramischen Bauteil 1 gezeigt, die in der keramischen Grundstruktur 2 angeordnet sind. Figur 2 zeigt dabei die durch eine sphärische Porenbildnerkomponente erzeugten Poren 3 beziehungsweise Hohlräume, wohingegen in Figur 3 die durch eine faserartige Porenbildnerkomponente erzeugten Poren 3 beziehungsweise Hohlräume gezeigt sind. The generated gas permeability is shown in FIGS. 2 and 3. In particular, the pores 3 in a ceramic component 1, which are arranged in the ceramic basic structure 2, are shown in FIGS. 2 and 3. figure 2 shows the pores 3 or cavities produced by a spherical pore-forming component, whereas in FIG. 3 the pores 3 or cavities produced by a fibrous pore-forming component are shown.
Es konnte gezeigt werden, dass neben der Gesamtporosität für die It could be shown that in addition to the total porosity for the
Gasdurchlässigkeit vielmehr entscheidend sein kann, ob das Gas durch viele kleine Engpässe fließen muss, um das keramische Bauteil 1 zu durchströmen. Derartige Engpässe können dabei insbesondere ehemalige Berührungspunkte der Porenbildnerkomponente beziehungsweise ihrer einzelnen Strukturen sein. Derartige Berührungspunkte sind daher insbesondere bei sphärischen Gas permeability can rather be decisive, whether the gas must flow through many small bottlenecks to flow through the ceramic component 1. Such bottlenecks may be, in particular, former contact points of the pore-forming component or of its individual structures. Such contact points are therefore especially in spherical
Porenbildnern vorhanden, wohingegen aus faserartigen Pore formers present, whereas fibrous
Porenbildnerkomponenten entstandene röhrenförmige Hohlräume bereits konstruktiv weite Bereiche ohne Engpässe aufweisen, die einen Gasstrom deutlich weniger beeinflussen. Pore forming components resulting tubular cavities already constructively have wide areas without bottlenecks that affect a gas flow significantly less.
Demgemäß zeigt Figur 2 den Weg eines Gasmoleküls, dargestellt durch den Pfeil 4, durch ein keramisches Bauteil 1 mit Poren 3, die durch eine sphärische Porenbildnerkomponente erzeugt wurden. In Figur 2 strömen die Gasmoleküle durch viele kleine Pforten, welche durch die ehemaligen Berührungspunkte der sphärischen Porenbildnerkomponente gebildet werden. Accordingly, Figure 2 shows the path of a gas molecule, represented by the arrow 4, through a ceramic component 1 with pores 3, which were produced by a spherical pore-forming component. In Figure 2, the gas molecules flow through many small ports formed by the former points of contact of the spherical pore-forming component.
Entsprechend zeigt Figur 3 den Weg eines Gasmoleküls, dargestellt durch den Pfeil 5, durch ein keramisches Bauteil 1 mit Poren 3, die durch eine faserartige Porenbildnerkomponente erzeugt wurden. In Figur 3 können die Gasmoleküle auch lange Strecken ohne größeren Widerstand durch die von der faserigen Porenbildnerkomponente gebildeten röhrenartigen Poren 3 strömen. Accordingly, Figure 3 shows the path of a gas molecule, represented by the arrow 5, through a ceramic component 1 with pores 3, which were produced by a fibrous pore-forming component. In Figure 3, the gas molecules can also flow long distances without much resistance through the tubular pores 3 formed by the fibrous pore-forming component.
Darüber hinaus wurde gefunden, dass für eine gegebene In addition, it was found that for a given
Gasdurchströmungsstrecke tendenziell ein größerer Anteil an sphärischen Porenbildnem benötigt werden, als bei der Verwendung von faserigen Gas flow path tends to require a larger proportion of spherical Porenbildnem, as in the use of fibrous
Porenbildnern. Dadurch kann bei der Verwendung von faserartigen Entraining agents. This may result in the use of fibrous
Porenbildnern ferner Material eingespart werden, was einen weiteren Vorteil faserartiger Porenbildner bietet. Pore formers further material can be saved, which offers a further advantage of fibrous pore formers.

Claims

Ansprüche claims
1. Keramische Zusammensetzung für ein plastisches Formgebungsverfahren, umfassend A ceramic composition for a plastic molding process, comprising
mindestens eine Keramikkomponente,  at least one ceramic component,
mindestens eine Binderkomponente,  at least one binder component,
mindestens eine Porenbildnerkomponente, und  at least one pore-forming component, and
insbesondere mindestens eine Dispergatorkomponente, wobei die Zusammensetzung mindestens eine organische Verbindung als Porenbildnerkomponente umfasst.  in particular at least one dispersant component, wherein the composition comprises at least one organic compound as pore-forming component.
2. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1 , wobei die 2. A ceramic composition according to claim 1, wherein the
Zusammensetzung mindestens ein Polymer als organische Verbindung umfasst.  Composition comprises at least one polymer as an organic compound.
3. Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die 3. A ceramic composition according to claim 1 or 2, wherein the
Zusammensetzung eine organische Verbindung als  Composition an organic compound as
Porenbildnerkomponente umfasst, welche aus Kohlenstoff und Sauerstoff, aus Kohlenstoff und Wasserstoff oder aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ausgebildet ist.  Pore forming component comprises, which is formed of carbon and oxygen, of carbon and hydrogen or of carbon, oxygen and hydrogen.
4. Keramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Porenbildnerkomponente sich bei einer Temperatur von < 450 °C, insbesondere < 300 °C, beispielsweise < 200 °C zersetzt oder in die Gasphase übergeht. 4. The ceramic composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the Porenbildnerkomponente decomposes at a temperature of <450 ° C, in particular <300 ° C, for example <200 ° C or passes into the gas phase.
5. Keramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Porenbildnerkomponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Harzen, insbesondere Phenolharzen, Kohlenhydraten, insbesondere Cellulose und Stärke, und/oder Kokosnussschale, oder einer beliebigen Mischung aus den vorgenannten Substanzen. Keramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zusammensetzung umfasst: 5. A ceramic composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the Porenbildnerkomponente is selected from the group consisting of resins, in particular phenolic resins, carbohydrates, in particular cellulose and starch, and / or coconut shell, or any mixture of the aforementioned substances. A ceramic composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the composition comprises:
- > 17 Vol.-% bis < 48 Vol.-% an Keramikkomponente; und/oder  -> 17% by volume to <48% by volume of ceramic component; and or
- > 28 Vol.-% bis < 58 Vol.-% an Binderkomponente; und/oder  -> 28 vol .-% to <58 vol .-% of binder component; and or
- ä 6 Vol.-% bis < 37 Vol.-% an Porenbildnerkomponente; und/oder  from 6% by volume to <37% by volume of pore-forming component; and or
Insbesondere > 1 Vol.-% bis < 7 Vol.-% an Dispergatorkomponente.  In particular> 1% by volume to <7% by volume of dispersant component.
Keramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zusammensetzung lösungsmittelfrei ist. A ceramic composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the composition is solvent-free.
Keramische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Porenbildnerkomponente faserartig ausgestaltet ist. A ceramic composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the pore-forming component is fibrous.
Keramische Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Faser ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von < 1 :30, insbesondere von < 1 :15, beispielsweise von < 1 :10 aufweist, und/oder wobei die Faser eine Länge von < 400 m, insbesondere < 300pm, aufweist. Ceramic composition according to claim 8, wherein the fiber has a diameter to length ratio of <1: 30, in particular of <1: 15, for example of <1: 10, and / or wherein the fiber has a length of <400 m, in particular <300pm.
Verwendung einer keramischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Herstellung eines keramischen Bauteils (1 ), insbesondere einer gasdurchlässigen Elektrode, unter Verwendung eines plastischen Formgebungsverfahrens, wobei das plastische Use of a ceramic composition according to any one of claims 1 to 9 for the manufacture of a ceramic component (1), in particular a gas-permeable electrode, using a plastic molding process, wherein the plastic
Formgebungsverfahren insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Extrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, Shaping process is in particular selected from the group consisting of extrusion processes, injection molding,
Rollerformgebungsverfahren oder Plattenpresstechnikverfahren. Roller forming method or plate press method.
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