DE102009026322A1 - Method for producing a heat exchanger and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers, umfassend Kanäle aufweisende oder begrenzende Formteile aus keramischen Material. Um bei einfacher Herstellung eine gute Wärmeleitung sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass aus zumindest Zellulosefasern und zumindest einen Füllstoff enthaltendem Papier Preformen hergestellt und sodann die Papierpreformen zur Bildung der Formteile oder Abschnitte dieser carbonisiert werden.The invention relates to a method for producing a heat exchanger, comprising molded parts made of ceramic material and having channels or delimiting them. In order to ensure good heat conduction with simple production, it is proposed that preforms be produced from at least cellulose fibers and at least one filler-containing paper and then the paper preforms are carbonized to form the molded parts or sections thereof.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragers umfassend insbesondere Fluide führende Kanäle aufweisende oder begrenzende Formteile aus keramischem Material. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Wärmeübertrager mit insbesondere Fluide führenden Kanäle aufweisende oder begrenzende Formteile aus keramischem Material, insbesondere Wärmetauscher wie Kreuzstromwärmetauscher oder Rektifiziereinrichtung.The The invention relates to a method of manufacturing a heat exchanger comprising in particular fluid-carrying channels having or limiting shaped parts made of ceramic material. Furthermore, the invention relates to a heat exchanger having in particular fluids leading channels or limiting shaped parts made of ceramic material, in particular Heat exchangers such as cross-flow heat exchanger or Rektifiziereinrichtung.
Der
Wärmetauscher dienen dem Zweck, Wärme von einem Stoffstrom höherer Temperatur auf einen Stoffstrom niedriger Temperatur zu übertragen. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es dabei erforderlich, dass die die Stoffströme trennenden Bauteile eine gute Wärmeleitung aufweisen. Eine solche ist auch bei Rektifiziereinrichtungen bzw. -apparaten nötig, mit denen flüssige Gemische getrennt werden. Dabei werden z. B. die Flüssigkeit und der Dampf eines zu trennenden Gemisches im Gegenstrom zueinander geführt, dass sich beide Phasen zum Stoff- und Wärmeaustausch möglichst innig berühren. Die Einrichtungen bestehen daher hierzu grundsätzlich aus einem senkrechten rohrförmigen Apparat, der Einbauten in Form von in Abständen angeordneten Plattenelementen mit Durchbrüchen oder Füllkörpern, enthält.heat exchangers serve the purpose of heat from a flow of material higher Temperature to transfer to a stream of low temperature. In order to achieve optimum efficiency, it is necessary that the components separating the streams a good Have heat conduction. Such is also in rectification facilities or -apparaten necessary, with which liquid mixtures be separated. This z. B. the liquid and the vapor of a mixture to be separated in countercurrent to each other, that both phases for material and heat exchange possible touch intimately. The facilities therefore exist basically from a vertical tubular apparatus, the internals in the form of spaced plate elements with breakthroughs or packing, contains.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei einfacher Herstellung eine gute Wärmeleitung sichergestellt ist. Dabei soll auch die Möglichkeit gegeben sein, aggressive Stoffe durch den Wärmeübertrager zu leiten.Of the The present invention is based on the object, a method and a heat exchanger of the aforementioned To develop a way so that with simple production a good Heat conduction is ensured. It should also be given the opportunity be, aggressive substances through the heat exchanger to lead.
Erfindungsgemäß wird verfahrensmäßig vorgeschlagen:
- – Herstellen von aus zumindest Zellulosefasern und zumindest einem Füllstoff enthaltendem Papier bestehenden Preformen und
- – Pyrolysieren der Papierpreformen zur Bildung der Formteile oder Abschnitte dieser.
- - Preparing consisting of at least cellulose fibers and at least one filler paper containing preforms and
- - Pyrolyzing the paper preforms to form the moldings or sections thereof.
Dabei können die die Formteile und somit die Abschnitte des Wärmeübertragers bildenden Papierpreformen nach oder bevorzugterweise vor dem Pyrolysieren bzw. Carbonisieren zusammengesetzt werden. Es können folglich die Preformen vor dem Pulverisieren verbunden wie verklebt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die pyrolisierten Preformen zu verbinden und zu verkleben, und zwar vor einem Silicierprozessschritt.there can the the moldings and thus the sections of the heat exchanger forming Papierpreformen after or preferably before pyrolysis or carbonizing be assembled. It can therefore the preforms are connected as before gluing. It is also possible to use the pyrolyzed preforms connect and bond, before a Silicierprozessschritt.
Das Verbinden der Papierpreformen vor dem Pyrolysieren kann mittels Kleber mit hoher Kohlenstoffausbeute erfolgen. Werden die Papierpreformen nach dem Pyrolysieren und damit Carbonisieren verbunden, so erfolgt dies vorzugsweise im Rahmen des Silicierens der pyrolysierten Preformen.The Connecting the Papierpreformen before pyrolysis can by means of Glue with high carbon yield done. Will the Papierpreformen after connected to the pyrolysis and thus carbonization, this is done preferably in the context of siliciding the pyrolyzed preforms.
Als Füllstoffe kommen solche in Frage, die carbonisierbar sind. Aber auch Keramikfüllstoffe wie Al2O3 oder ZiO2 können benutzt werden, um das Papier entsprechend zu beladen. Ein weiterer bevorzugter Füllstoff ist Ruß.Suitable fillers are those which are carbonizable. But ceramic fillers such as Al 2 O 3 or ZiO 2 can be used to load the paper accordingly. Another preferred filler is carbon black.
Des Weiteren können dem zu pyrolysierenden Papier Additive in Form von Bindemitteln wie Phenolharz und/oder Zellulose beigegeben werden.Of Further, additives can be added to the paper to be pyrolyzed in the form of binders such as phenolic resin and / or cellulose added become.
Bevorzugterweise beträgt der Gewichtsanteil des Füllstoffs 30 Gew.-% bis 95 Gew.-% bezogen auf die aus Zellulosefasern des Papiers und Füllstoff bestehende Trockensubstanz des Papiers, wobei Additive miteinbezogen sind.preferably, the weight fraction of the filler is 30% by weight to 95 wt .-% based on the cellulose fibers of the paper and Filler existing dry matter of the paper, wherein Additives are involved.
Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass das pyrolysierte, d. h. das carbonisierte Papier siliciert wird. Dies kann mit Reinstsilicium erfolgen, wobei im Überschuss oder Unterschuss gearbeitet wird. Das Silicieren ist mit üblichen Verfahren durchzuführen. Insbesondere wird jedoch das pyrolisierte Papier zum Silicieren mit einer Siliciumschmelze in Kontakt gebracht, z. B. durch Dochte, Transferplatten oder ähnliche Techniken.According to the invention in particular provided that the pyrolyzed, d. H. the carbonized paper is silicified. This can be done with hyperpure silicon, with excess or deficit is worked. Silicating is standard Perform procedure. In particular, however, the pyrolyzed Paper for siliconizing brought into contact with a silicon melt, z. B. by wicks, transfer plates or similar techniques.
Das pyrolisierte Papier wird in einem Reaktionsraum vorzugsweise bei Unterdruck siliciert, der in einem Bereich von 50 mbar bis 0,05 mbar, insbesondere im Bereich von 0,1 mbar liegen sollte. Nach der Reaktion des C mit dem Si zu SiC wird sodann der Reaktionsraum mit Inertgasatmosphäre belüftet, um die Möglichkeit zu bieten, dass sich überschüssiges Silicium auf dem silicierten Keramiksubstrat als Si-Schicht ausbilden kann.The Pyrolized paper is preferably added in a reaction space Sub-atmospheric silicates in a range of 50 mbar to 0.05 mbar, in particular in the range of 0.1 mbar should be. After the reaction of the C with the Si to SiC then becomes the reaction space with inert gas atmosphere ventilated to provide the opportunity for excess silicon on the siliconized ceramic substrate can form as Si layer.
Wird eine entsprechende Si-Schicht gewünscht, sollte der Prozess derart gesteuert werden, dass die Si-Schicht eine Dicke d mit 0,5 μm ≤ d ≤ 50 μm, insbesondere 10 μm ≤ d ≤ 20 μm aufweist.Becomes a corresponding Si layer desired, the process should be controlled such that the Si layer has a thickness d of 0.5 μm ≦ d ≦ 50 μm, in particular 10 μm ≤ d ≤ 20 μm having.
Das Silicieren findet in einem Temperaturbereich mit 1350°C ≤ T ≤ 2000°C, insbesondere im Bereich von 1650°C ≤ T ≤ 1700°C statt.The Siliciding takes place in a temperature range of 1350 ° C ≤ T ≤ 2000 ° C, in particular in the range of 1650 ° C ≤ T ≤ 1700 ° C instead of.
Als Preform werden insbesondere eine oder mehrere eine Wellpappengeometrie aufweisende Papierlagen verwendet. Dabei kann als Preform eine solche benutzt werden, die drei Lagen mit einer inneren ersten Lage, einer mit dieser verbundenen wie verklebten eine Wellengeometrie aufweisenden Zwischenlage und einer mit dieser verbundenen wie verklebten und die Zwischenlage abdeckenden ebenen dritten Lage umfasst. Dabei werden die ersten und die zweiten Lagen über die Zwischenlage beabstandet.As preform, in particular one or more corrugated board having paper layers are used. It can be used as a preform one, the three layers with an inner first layer, one associated with this as bonded bonded a wave geometry intermediate layer and a connected with this as glued and covering the intermediate layer third layer comprises. In this case, the first and the second layers are spaced over the intermediate layer.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, als Preform geprägte Papierlagen zu wählen, die derart einander zugeordnet und aufeinander abgestützt sowie miteinander verbunden werden, dass die gewünschte Kanalausbildung vorliegt, sofern eine solche benötigt wird. Andere Geometrien, die insbesondere für Plattenelemente als Formteil für Rektifizierapparate benötigt werden, können gleichfalls hergestellt wie geprägt werden.It However, there is also the possibility of being shaped as a preform To select paper layers, the so assigned to each other and supported and interconnected, that the desired channel training exists, if one such is needed. Other geometries, in particular for plate elements as a molding for rectification can be required, can also be produced how to be shaped.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass die pyrolysierte und ggf. silicierte Zwischenlage eine Dicke dz mit 50 μm ≤ dz ≤ 1000 μm aufweist. Die im eigentlichen Sinne die erste und zweite Lage verbindenden Stege zur Verfügung stellende Zwischenlage bietet bei entsprechender Dicke einen guten Wärmeübergang, wobei die durch die Kanäle strömenden Medien eine Temperatur bis 1400°C aufweisen können, ohne dass Beschädigungen auftreten. Sofern siliciumfreie pyrolysierte Preformen als Formteile für den Wärmeübertrager verwendet werden, können die Fluide noch höhere Temperaturen aufweisen.Furthermore, the invention provides that the pyrolyzed and possibly siliconized liner has a thickness d z with 50 microns ≤ d ≤ z 1000 microns. The webs which provide the webs in the actual sense, the first and second layer provides a good heat transfer with a corresponding thickness, wherein the media flowing through the channels can have a temperature up to 1400 ° C, without causing damage. If silicon-free pyrolyzed preforms are used as molded parts for the heat exchanger, the fluids may have even higher temperatures.
Unabhängig hiervon sollte als Material für die Preform ein solches verwendet werden, das während des Pyrolysierens bis zu 60% schrumpft und/oder nach dem Carbonisieren einen Koksanteil im Bereich zwischen 20% und 55% aufweist.Independently This should be used as a material for the preform used during the pyrolysis up to 60% shrinks and / or after carbonization a coke content in the Range between 20% and 55%.
Abschlussplatten und/oder Trichter des Wärmeübertragers oder ggf. zwischen einzelnen Lagen der Formteile verlaufende Stabilisierungsplatten können aus Zellulose und/oder lignozellulosehaltigen Partikeln bestehenden plattenförmigen Formteilen hergestellt werden, die unter Luftausschluss bei einer Temperatur T mit 400°C ≤ T ≤ 2000°C, insbesondere 800°C ≤ T ≤ 1600°C pyrolysiert werden. Dabei sollten insbesondere Formteile zum Einsatz gelangen, die aus Holzfasern und/oder Pflanzenfasern wie Flachs, Hanf, Sisal, Miscanthus oder Nessel hergestellt werden und nach dem Pyrolysieren eine Dichte zwischen 500 kg/m3 und 900 kg/m3 aufweisen. Hierzu werden vorzugsweise als Ausgangsformteile, die zu pyrolysieren sind, mitteldichte Faserplatten oder hochdichte Faserplatten verwendet.End plates and / or funnels of the heat exchanger or possibly between individual layers of the moldings extending stabilizing plates can be made of cellulose and / or lignocellulose particles existing plate-shaped moldings, the exclusion of air at a temperature T with 400 ° C ≤ T ≤ 2000 ° C, in particular 800 ° C ≤ T ≤ 1600 ° C are pyrolyzed. In particular moldings should be used, which are made of wood fibers and / or vegetable fibers such as flax, hemp, sisal, miscanthus or nettle and after pyrolysis have a density between 500 kg / m 3 and 900 kg / m 3 . For this purpose, medium density fibreboards or high density fiberboards are preferably used as starting moldings to be pyrolyzed.
Insoweit
wird auf Kohlenstoff- bzw. Keramikbauteile zurückgegriffen,
wie diese der
Ein Wärmeübertrager der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Formteile aus keramisierten Papierpreformen bestehen. Standardpapiere oder Pappe als Ausgangsmaterial für die Preform sind eingeschlossen. Dabei ist das Zellulosefasern und zumindest einen Füllstoff enthaltende Papier carbonisiert. Der Füllstoff sollte aus der Gruppe Ruß, SiC, Si, Keramikfüllstoff wie Al2O3 oder ZiO2 ausgewählt sein. Carbonisierbare Füllstoffe sind gleichfalls geeignet.A heat exchanger of the type mentioned above is characterized in that the molded parts consist of ceramized Papierpreformen. Standard papers or paperboard as starting material for the preform are included. In this case, the cellulose fibers and at least one filler-containing paper is carbonized. The filler should be selected from the group of carbon black, SiC, Si, ceramic filler such as Al 2 O 3 or ZiO 2 . Carbonizable fillers are also suitable.
Die keramisierte Papierpreform kann aus einem in SiC umgewandeltes und mit dem Füllstoff und/oder SiC beladenen Papier bestehen.The ceramized Papierpreform can be converted from a SiC and consist of the filler and / or SiC loaded paper.
Insbesondere weist die Preform eine Wellpappengeometrie auf, wobei die Preform drei Lagen mit einer ebenen ersten Schicht, einer mit dieser verbundenen gewellten Zwischenschicht und einer diese abdeckenden und mit dieser verbundenen ebenen zweiten Schicht umfassen kann, wobei die Zwischenschicht mit der ersten und zweiten Schicht die Kanäle begrenzt.Especially the preform has a corrugated cardboard geometry, wherein the preform three layers with a flat first layer, one connected to this corrugated intermediate layer and one of these covering and with this may include interconnected planar second layer, wherein the intermediate layer limited with the first and second layer, the channels.
Die Zwischenschicht kann aus Abschnitten bestehen, die im Schnitt eine S-förmige, V-förmige, U-förmige oder kreisabschnittförmige Geometrie aufweisen. Auch besteht die Möglichkeit, geprägtes Papier zur Ausbildung der Formteile zu benutzen, ohne dass zwingend die erste und zweite Lage vorgesehen sind. In diesem Fall sind die geprägten Papiere derart zueinander ausgerichtet, dass diese die gewünschte Kanalausbildung bieten.The Intermediate layer can consist of sections, which in average a S-shaped, V-shaped, U-shaped or have circular section geometry. Also exists the possibility of embossed paper for training to use the moldings, without necessarily the first and second Location are provided. In this case, the embossed Papers aligned with each other so that they are the desired Provide channel training.
Des Weiteren kann der Wärmeübertrager Zwischen– oder Endplatten sowie Fluideinlass- bzw. Auslasselemente in Form von jeweils einem Keramikbauteil aufweisen, das durch Pyrolyse eines zellulosehaltigen Halbzeugformteils hergestellt ist. Als zellulosehaltiges Halbzeugformteil kommt insbesondere eine mitteldichte- Faserplatte mit einer Ausgangsdichte zwischen 600 kg/m3 und 850 kg/m3 oder eine hochdichte Faserplatte mit einer Ausgangsdichte zwischen 850 kg/m3 und 1050 kg/m3 in Frage, die nach dem Pyrolysieren eine Dichte zwischen 500 kg/m3 und 700 kg/m3 bzw. 700 kg/m3 und 900 kg/m3 aufweisen. Auch das Halbzeugformteil sollte nach dem Pyrolysieren bzw. Carbonisieren siliciert werden.Furthermore, the heat exchanger can have intermediate or end plates as well as fluid inlet or outlet elements in the form of a respective ceramic component, which is produced by pyrolysis of a cellulose-containing semi-finished molded part. The cellulosic semi-finished molded part is in particular a medium density fiberboard with an initial density between 600 kg / m 3 and 850 kg / m 3 or a high density fiberboard with an initial density between 850 kg / m 3 and 1050 kg / m 3 in question, which after pyrolysis have a density between 500 kg / m 3 and 700 kg / m 3 or 700 kg / m 3 and 900 kg / m 3 . The semifinished product should also be silicided after pyrolysis or carbonization.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the features to be taken from them - for themselves and / or in combination but also from the description below to be taken from the drawing preferred embodiments.
Es zeigen:It demonstrate:
Die erfindungsgemäße Lehre wird nachstehend anhand eines Kreuzstromwärmetauschers bzw. Formteilen beschrieben, die zum Herstellen des Kreuzstromwärmetauschers verwendet werden, ohne dass hierdurch eine Einschränkung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt. Vielmehr kann diese auch für sonstige Wärmeübertrager benutzt werden, die auch Rektifizierapparate einschließen, die nicht zwingend Kanäle begrenzende Formteile enthalten, die von Fluiden durchströmt sind. Vielmehr gilt die erfindungsgemäße Lehre für alle Wärme übertragenden Formteile.The The teaching according to the invention is described below a cross-flow heat exchanger or molded parts described, used to make the crossflow heat exchanger be, without thereby limiting the inventive Teaching takes place. Rather, this can also be used for other heat exchangers which also include rectifiers, which does not necessarily contain channels delimiting molded parts, the are flowed through by fluids. Rather, the invention applies Teaching for all heat-transferring moldings.
In
den
Die
Strömungsrichtungen der Fluide, die durch den Kreuzstromwärmetauscher
Die
einzelnen Kanäle des Kreuzstromwärmetauschers
Als Materialien für die Papierpreformen kommen auch Standardpapiere und Pappe infrage.When Materials for paper preforms are also standard papers and cardboard in question.
Bei
den Papierpreformen kann es sich um solche unterschiedlicher Geometrien
handeln, von denen Abschnitte den
Eine
entsprechende Preform
In
Aber
auch andere Geometrien zur Ausbildung der Formteile bzw. der die
Fluide führenden Kanäle sind möglich.
Dies sei anhand der
Neben den drei beispielhaft angegebenen Geometrien von Preformen bzw. Abschnitten dieser sind jedoch z. B. auch U-Geometrien oder eine offene Ovalform bildende geprägte Papiere bzw. Papierbahnen oder -streifen möglich, um Formteile eines Wärmeübertragers zu bilden.Next the three exemplified geometries of preforms and However, sections of these are z. B. also U-geometries or a open oval shaped embossed papers or paper webs or strip possible to moldings of a heat exchanger to build.
Die die Kanäle bildenden Formteile bestehen erfindungsgemäß aus zumindest Zellulosefasern enthaltendem Papier wie Standardpapier oder Pappe sowie zumindest einem Füllstoff. Hierbei kann es sich um Ruß, einen carbonisierbaren Füllstoff, einen reaktiven Füllstoff wie Bor oder Si oder einen Keramikfüllstoff handeln. Als bevorzugte Füllstoffe sind Ruß oder A2O3 bzw. ZiO2 als Keramikfüllstoffe zu nennen.According to the invention, the moldings forming the channels consist of at least cellulose-containing paper, such as standard paper or paperboard, and at least one filler. This may be carbon black, a carbonizable filler, a reactive filler such as boron or Si or a ceramic filler. Preferred fillers are carbon black or A 2 O 3 or ZiO 2 as ceramic fillers.
Das Papier kann auch mit SiC bzw. Si + SiC beladen sein.The Paper can also be loaded with SiC or Si + SiC.
Unabhängig
hiervon sollte der Gewichtsanteil des Füllstoffes 30 Gew.-%
bis 95 Gew.-% bezogen auf die aus Zellulosefasern des Papiers und
Füllstoff bestehende Trockensubstanz des Papiers betragen.
Auch können weitere Additive wie z. B. Bindemittel wie
Phenolharz oder Zellulose beigegeben werden.Regardless, the weight should be part of the
Eine
entsprechende Preform, wie sie der
Die Preformen, die auch die geprägten Papiere wie Papierabschnitte bzw. -bahnen oder -streifen begrifflich einschließen, können vor dem Pyrolysieren oder nach dem Pyrolysieren zusammengefügt werden. Erfolgt letzteres, werden die Preformen beim Silicieren miteinander verbunden.The Preforms, which include the embossed papers such as paper sections conceptually include or orbits or strips be assembled prior to pyrolysis or after pyrolysis. If the latter happens, the preforms become silicified with each other connected.
Werden die Preformen vor dem Pyrolysieren miteinander verbunden, so erfolgt dies mittels vorzugsweise eines Klebstoffes mit hoher C-Ausbeute.Become the preforms connected before pyrolysis, so takes place this by means of preferably a high-yield C adhesive.
Wie
sich aus den
Sowohl
die Trichter
Zu der Dimensionierung der Formteile ist anzugeben, dass diese eine flächige Erstreckung von ohne Weiteres 1 m2 aufweisen können, also den Längs- bzw. Querschnitt des Kreuzstromwärmetauschers vorgeben können. Die Wandstärken der die Kanäle begrenzenden Formteile kann aufgrund der aus Papier bestehenden. Preform unter 100 μm liegen, so dass ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Bevorzugte Stärken der Papierlagen liegen zwischen 50 μm und 1000 μm nach dem Carbonisieren und ggf. Silicieren.For the dimensioning of the molded parts is to indicate that they can have a planar extension of readily 1 m 2 , so the length or cross section of the cross-flow heat exchanger can pretend. The wall thicknesses of the channels delimiting moldings may be due to the existing paper. Preform below 100 microns, so that a good heat transfer is ensured. Preferred thicknesses of the paper layers are between 50 μm and 1000 μm after carbonization and optionally siliconizing.
Die Papierlage selbst sollte ein Gewicht von 50 g/m2 bis 1000 g/m2 aufweisen.The paper layer itself should have a weight of 50 g / m 2 to 1000 g / m 2 .
Die Erfindung wird nachstehend anhand von drei Beispielen weitergehend erläutert, aus denen sich für sich Merkmale und/oder Merkmalskombinationen ergeben, die die Erfindung prägen.The The invention will be further described below with reference to three examples explains which make up for themselves characteristics and / or Feature combinations that characterize the invention.
Beispiel 1:Example 1:
Es wird eine Papierbahn mit einem Flächengewicht von 200 g/m2 benutzt, die mit einem aus Ruß bestehenden Füllstoff beladen ist. Der Gewichtsanteil des Füllstoffes beträgt ca. 75% bezogen auf die aus Cellulosefasern und Füllstoff bestehende Trockensubstanz des Papiers. Das so beladene Papier wird sodann zu einem Papierhalbzeug weiterverarbeitet, das eine Wellpappengeometrie aufweist und zu einer Preform aufgewickelt und verklebt. Die entstehende Preform wird in inerter Atomsphäre bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1400°C pyrolisiert. Sodann erfolgt ein Silicieren des carbonisierten Papiers mittels eines Dochtes mit einer Siliciumschmelze, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1650°C und 1700°C. In dem Reaktionsraum selbst herrscht ein Unterdruck im Bereich zwischen 1650°C und 1700°C. In dem Reaktionsraum selbst herrscht ein Unterdruck im Bereich von 0,1 mbar. Das Silicieren erfolgt dabei mit Überschuss von Silicium. Nach erfolgter Reaktion des Siliciums mit Kohlenstoff zu SiC wird der Reaktionsraum belüftet, um zu vermeiden, dass das überschüssige Silicium ausgetragen wird. Hierdurch bildet sich auf dem Keramiksubstrat eine Si-Schicht, wobei der Prozess derart gesteuert wird, dass die Dicke im Bereich zwischen 10 μm und 20 μm liegt. Die erstarrte Schicht wird sodann bei einer Temperatur kurz oberhalb des Schmelzpunktes von Silicium erneut aufgeschmolzen und rekristallisiert. Für das Silicieren selbst wird Reinstsilicium verwendet.It is used a paper web with a basis weight of 200 g / m 2 , which is loaded with a carbon black filler. The proportion by weight of the filler is about 75%, based on the existing of cellulose fibers and filler dry matter of the paper. The thus loaded paper is then further processed into a paper semi-finished product, which has a corrugated cardboard geometry and wound into a preform and glued. The resulting preform is pyrolyzed in an inert atmosphere at a temperature between 800 ° C and 1400 ° C. Then, the carbonized paper is siliconized by means of a wick with a silicon melt at a temperature in the range between 1650 ° C and 1700 ° C. In the reaction space itself, there is a negative pressure in the range between 1650 ° C and 1700 ° C. In the reaction space itself, there is a negative pressure in the range of 0.1 mbar. The siliconizing takes place with excess of silicon. After reaction of the silicon with carbon to form SiC, the reaction space is vented to avoid that the excess silicon is discharged. As a result, an Si layer is formed on the ceramic substrate, the process being controlled such that the thickness is in the range between 10 .mu.m and 20 .mu.m. The solidified layer is then remelted at a temperature just above the melting point of silicon and recrystallized. For the silicization itself hyperpure silicon is used.
Es ergab sich eine dünnwandige hochstabile Struktur. Schliffbilder zeigen, dass das Substrat im Wesentlichen aus freiem Silicium umgebendem SiC besteht. Nicht reagiertes C im verschwindenden Umfang kann enthalten sein.It resulted in a thin-walled highly stable structure. Micrographs show that the substrate consists essentially of free silicon surrounding SiC. Unreacted C in the vanishing um catch can be included.
Die Keramik kann als Wärmetauscher wie Kreuzstromwärmetauscher oder Rektifiziereinrichtung eingesetzt werden.The Ceramics can be used as heat exchangers such as cross-flow heat exchangers or rectification device.
Beispiel 2:Example 2:
Es wird eine Papierbahn mit einem Flächengewicht von 200 g/m2 benutzt, die mit einem aus SiC-Pulver bestehenden Füllstoff beladen ist. Der Gewichtsanteil des Füllstoffes beträgt ca. 75% bezogen auf die aus Cellulosefasern und Füllstoff bestehende Trockensubstanz des Papiers. Das so beladene Papier wird sodann zu einem Papierhalbzeug weiterverarbeitet, das eine Wellpappengeometrie aufweist und zu einer Preform aufgewickelt und verklebt. Die entstehende Preform wird in inerter Atmomosphäre bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1400°C pyrolisiert. Sodann erfolgt ein Silicieren des carbonisierten Papiers mittels eines Dochtes mit einer Siliciumschmelze, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1650°C und 1700°C. In dem Reaktionsraum selbst herrscht ein Unterdruck im Bereich von 0,1 mbar. Das Silicieren erfolgt dabei mit Überschuss von Silicium. Nach erfolgter Reaktion des Siliciums mit Kohlenstoff zu SiC wird der Reaktionsraum belüftet, um zu vermeiden, dass das überschüssige Silicium ausgetragen wird. Hierdurch bildet sich auf dem Keramiksubstrat eine Si-Schicht, wobei der Prozess derart gesteuert wird, dass die Dicke im Bereich zwischen 10 μm und 20 μm liegt. Die erstarrte Schicht wird sodann bei einer Temperatur kurz oberhalb des Schmelzpunktes von Silicium erneut aufgeschmolzen und rekristallisiert. Für das Silicieren selbst wird Poly-Silicium in Solar-Qualität verwendet.A paper web with a weight per unit area of 200 g / m 2 is used, which is loaded with a filler consisting of SiC powder. The proportion by weight of the filler is about 75%, based on the existing of cellulose fibers and filler dry matter of the paper. The thus loaded paper is then further processed into a paper semi-finished product, which has a corrugated cardboard geometry and wound into a preform and glued. The resulting preform is pyrolyzed in an inert atmosphere at a temperature between 800 ° C and 1400 ° C. Then, the carbonized paper is siliconized by means of a wick with a silicon melt at a temperature in the range between 1650 ° C and 1700 ° C. In the reaction space itself, there is a negative pressure in the range of 0.1 mbar. The siliconizing takes place with excess of silicon. After reaction of the silicon with carbon to form SiC, the reaction space is vented to avoid that the excess silicon is discharged. As a result, an Si layer is formed on the ceramic substrate, the process being controlled such that the thickness is in the range between 10 .mu.m and 20 .mu.m. The solidified layer is then remelted at a temperature just above the melting point of silicon and recrystallized. For siliconizing itself, solar grade poly-silicon is used.
Es ergab sich eine dünnwandige hochstabile Struktur. Schliffbilder zeigen, dass das Substrat im Wesentlichen aus freiem Silicium umgebendem SiC besteht. Nicht reagiertes C im verschwindenden Umfang kann enthalten sein.It resulted in a thin-walled highly stable structure. micrographs show that the substrate is essentially surrounded by free silicon SiC exists. Unreacted C in the vanishing extent may contain be.
Die Keramik kann als Wärmetauscher wie Kreuzstromwärmetauscher oder Rektifiziereinrichtung eingesetzt werden.The Ceramics can be used as heat exchangers such as cross-flow heat exchangers or rectification device.
Beispiel 3:Example 3:
Es wird eine Papierbahn mit einem Flächengewicht von 100 g/m2 benutzt, die mit einem aus Ruß bestehenden Füllstoff beladen ist. Der Gewichtsanteil des Füllstoffes beträgt ca. 50% bezogen auf die aus Cellulosefasern und Füllstoff bestehende Trockensubstanz des Papiers. Das so beladene Papier wird sodann zu einem Papierhalbzeug weiterverarbeitet, das eine Wellpappengeometrie aufweist und zu einer Preform aufgewickelt und verklebt. Die entstehende Preform wird in inerter Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1400°C pyrolisiert. Sodann erfolgt ein Silicieren des carbonisierten Papiers mittels eines Dochtes mit einer Siliciumschmelze, bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1650°C und 1700°C. In dem Reaktionsraum selbst herrscht ein Unterdruck im Bereich von 0,1 mbar. Das Silicieren erfolgt dabei mit Überschuss von Silicium. Nach erfolgter Reaktion des Siliciums mit Kohlenstoff zu SiC wird der Reaktionsraum belüftet, um zu vermeiden, dass das überschüssige Silicium ausgetragen wird. Hierdurch bildet sich auf dem Keramiksubstrat eine Si-Schicht, wobei der Prozess derart gesteuert wird, dass die Dicke im Bereich zwischen 10 μm und 20 μm liegt. Die erstarrte Schicht wird sodann bei einer Temperatur kurz oberhalb des Schmelzpunktes von Silicium erneut aufgeschmolzen und rekristallisiert. Für das Silicieren selbst wird Poly-Silicium in Solar-Qualität verwendet.It is used a paper web with a basis weight of 100 g / m 2 , which is loaded with a filler consisting of carbon black. The proportion by weight of the filler is about 50% based on the consisting of cellulose fibers and filler dry matter of the paper. The thus loaded paper is then further processed into a paper semi-finished product, which has a corrugated cardboard geometry and wound into a preform and glued. The resulting preform is pyrolyzed in an inert atmosphere at a temperature between 800 ° C and 1400 ° C. Then, the carbonized paper is siliconized by means of a wick with a silicon melt at a temperature in the range between 1650 ° C and 1700 ° C. In the reaction space itself, there is a negative pressure in the range of 0.1 mbar. The siliconizing takes place with excess of silicon. After reaction of the silicon with carbon to form SiC, the reaction space is vented to avoid that the excess silicon is discharged. As a result, an Si layer is formed on the ceramic substrate, the process being controlled such that the thickness is in the range between 10 .mu.m and 20 .mu.m. The solidified layer is then remelted at a temperature just above the melting point of silicon and recrystallized. For siliconizing itself, solar grade poly-silicon is used.
Es ergab sich eine dünnwandige hochstabile Struktur. Schliffbilder zeigen, dass das Substrat im Wesentlichen aus freiem Silicium umgebendem SiC besteht. Nicht reagiertes C im verschwindenden Umfang kann enthalten sein.It resulted in a thin-walled highly stable structure. micrographs show that the substrate is essentially surrounded by free silicon SiC exists. Unreacted C in the vanishing extent may contain be.
Die Keramik kann als Wärmetauscher wie Kreuzstromwärmetauscher oder Rektifiziereinrichtung eingesetzt werden.The Ceramics can be used as heat exchangers such as cross-flow heat exchangers or rectification device.
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| Pat. Abstr. JP & JP 2005047014 A * |
| Pat. Abstr. JP zu JP 2005047014 A |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3050862A2 (en) | 2015-02-02 | 2016-08-03 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for producing a carbide ceramic component with sandwich structure and carbide ceramic component with sandwich structure |
| DE102015101481A1 (en) * | 2015-02-02 | 2016-08-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Process for producing a sandwiched carbide ceramic component and sandwiched carbide ceramic component |
| EP3050862A3 (en) * | 2015-02-02 | 2016-11-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for producing a carbide ceramic component with sandwich structure and carbide ceramic component with sandwich structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2462082A1 (en) | 2012-06-13 |
| WO2011015571A1 (en) | 2011-02-10 |
| CN102803182A (en) | 2012-11-28 |
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