Hochfeste makroporöse Sinterkörper aus Keramik, Glas oder Metall, hergestellt aus Kapillarsuspensionen

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde ein neues, einfaches und potentiell sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von makroporösen Sinterkörpern entwickelt. Es beruht auf der Nutzung von Kapillareffekten in dreiphasigen Suspensionen aus nano- bis mikropartikulären Feststoffpartikeln. Im Gegensatz zum Basispatent weist die Erfindung eine bimodale Partikelgrößenverteilung in der festen Phase auf. Die mechanische Festigkeit der aus Kapillarsuspension hergestellten makroporösen Erzeugnisse (z. B. Filter, Katalysatorträger, Scaffolds, Elektroden) kann hierdurch signifikant gesteigert werden.

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde ein neues, einfaches und potentiell sehr wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von makroporösen Sinterkörpern ausgehend von Kapillarsuspensionen entwickelt. Es beruht auf der Nutzung von Kapillareffekten in dreiphasigen Suspensionen aus nano- bis mikro-partikulären Feststoffpartikeln.
Die beiden flüssigen Phasen einer solchen Kapillarsuspension sind von unterschiedlicher Polarität und daher nicht miteinander mischbar. Je nach Mengenverhältnis dieser flüssigen Phasen nimmt das fest-flüssig-flüssig-System eine dünnflüssige bis pastenartige Konsistenz an (s. Abbildung 1). Aufgrund dieses rheologischen Effekts können Kapillarsuspensionen auch zur Stabilisierung disperser Systeme genutzt werden. Auch bei großen Dichteunterschieden zwischen fester und flüssiger Phase wird Sedimentation weitgehend unterdrückt.
Durch anschließendes Entfernen der beiden flüssigen Phasen aus der Kapillarsuspension, z. B. mittels Extraktion oder thermischen Entbinderns und anschließendem Sinterns wird der hochporöse Festkörper erhalten. Auf diese Weise lassen sich aus verschiedensten Materialien makroporöse Erzeugnisse herstellen, deren Porengrößen im Makroporenbereich mit Porendurchmessern größer als 50 nm liegen. Das zu diesem Verfahren bestehende Basispatent wurde in Deutschland bereits erteilt.

Die mechanische Festigkeit der aus Kapillarsuspension hergestellten makroporösen Erzeugnisse (z. B. Filter, Katalysatorträger, Scaffolds, Elektroden) kann durch die Verwendung einer bimodalen Partikelgrößenverteilung in der festen Phase signifikant gesteigert werden.
In diesem Fall muss das fest-flüssig-flüssig-System der Kapillarsuspension so gewählt werden, dass sich die kleineren Feststoffpartikel in den Kapillarbrücken zwischen den größeren Feststoffpartikeln anreichern.
Hierdurch kann der Energieaufwand für das Sintern reduziert werden, vor allem aber werden rundere Poren erzeugt. Dies erhöht die mechanische Festigkeit der Bauteile und der Filtrationswiderstand von entsprechend hergestellten Membranen reduziert sich. 

• Universelle Einsetzbarkeit (z. B. keramische Metalloxide, Glas oder auch Metall)
• Makroporöse Sinterkörper mit erhöhter Festigkeit
• Gezielte Einstellung der Porengröße
• Variation der Porengrößenverteilung möglich
• Gezielte Einstellung der offenen Porosität
• In Kombination mit typischen Formgebungsverfahren (Siebdruck, Spritzguss, etc.) können einfach Formteile hergestellt werden
• Auch Bauteile mit komplizierter Geometrie oder filigrane Formteile herstellbar
• Wirtschaftliches Potential gegenüber herkömmlichen Verfahren: einfach, kostengünstiger, effizient
• Es fallen keine toxischen Pyrolysegase an
• Verfahren ist kombinierbar mit herkömmlichen Verfahren für hochporöse Werkstoffe
• Organische Bulk-Phase rückführbar
• Die mechanische Festigkeit kann durch gezielte Auswahl der feinen Partikel gezielt erhöht werden

Herstellung makroporöser Erzeugnisse (z. B. Filter, Katalysatorträger, Scaffolds, Elektroden) mit hoher mechanischer Festigkeit