Energiearme Keramiken für industrielle Katalyse

Die Herausforderung

Die traditionelle Keramikherstellung erfordert energieintensives Hochtemperatursintern. Für Anwendungen in Katalyse und Filtration bei Temperaturen bis 1000°C werden alternative Ansätze benötigt, die den Energieverbrauch bei der Herstellung reduzieren und gleichzeitig die Hochtemperaturleistung aufrechterhalten. Geopolymergebundene Verbundwerkstoffe aus recyceltem Cordieritpulver aus Abfällen der Automobilindustrie bieten einen vielversprechenden energiearmen Weg, aber das Verständnis, wie sich diese Materialien während des Hochtemperaturbetriebs entwickeln, ist entscheidend für die industrielle Einführung.

Die Lösung

Die Forschung entwickelte aus Cordierit abgeleitete Materialien, die aus recyceltem Cordieritpulver hergestellt wurden, das mit Metakaolin-Kaliumsilikat-Geopolymer bei Temperaturen unter 100°C gebunden wurde. Der GrindoSonic MK7 in Kombination mit einem Hochtemperaturofen ermöglichte die In-situ-Messung der Entwicklung des Elastizitätsmoduls während der Erwärmung auf 1000°C. Dies erlaubte dem Team, das K/Al-Verhältnis und den Cordierit-Anteil mit der Dimensionsstabilität, Porositätsentwicklung und den endgültigen mechanischen Eigenschaften einschließlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten zu korrelieren.

Ergebnisse

Ein K/Al-Verhältnis von 0,75 oder 1 erwies sich als günstig für die Porositätsstabilität um 25–30%, wobei die Verbundwerkstoffe einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4 bis 4,5 × 10⁻⁶ K⁻¹ und einen Elastizitätsmodul von 40 bis 45 GPa nach der Wärmebehandlung erreichten. Höhere K/Al-Verhältnisse verursachten problematische Kristallisation und Kaliumdiffusion in die Cordieritstruktur. Diese Forschung demonstriert eine tragfähige energiearme Alternative zu traditionellen gesinterten Keramiken für Katalyse- und Filtrationsanwendungen.