Keramische Massen für den Niederdruckspritzguss zur Herstellung von Komponenten für die Mikroverfahrenstechnik

In der vorliegenden Arbeit wurden für die endformnahe Fertigung von keramischen Mikrobauteilen auf der Basis von Aluminiumoxid der Einfluss der Feedstock-Zusammensetzung und deren Aufbereitung auf das Abform- und Sinterverhalten untersucht. Neben der Herstellung und rheologischen Bewertung der Feedstocks für die Formgebung keramischer Mikrobauteile konnte in der vorliegenden Arbeit zum ersten Mal ein mehrschichtig und ausschließlich aus Keramik aufgebauter, funktionsfähiger Mikrowärmeübertrager gefertigt werden, dessen Leistungsfähigkeit in experimentellen Versuchsreihen untersucht und bewertet wurde. <br>Die materialspezifischen Voraussetzungen zur Herstellung komplexer, mikrofluidischer Keramikbauteile wurden systematisch erarbeitet. Es wurden Feedstocks bestehend aus drei Al2O3-Pulvern bzw. Al2O3-Pulvermischungen und verschiedenen Bindersystemen (Siliplast LP65 und Brij 72/Paraffin) mit sehr hohen Feststoffgehalten hergestellt und rheologisch bewertet. Auf die rheologischen Eigenschaften der Feedstocks konnte durch Verwendung verschiedener Ausgangspartikelgrößen, durch Einsatz verschiedener organischer Bindersysteme, durch die Änderung des Feststoffanteils und durch Temperaturänderung Einfluss genommen werden. <br>Aus den Feedstocks beider Bindersysteme wurden mikrostrukturierte Bauteile und filigrane Teststrukturen mit vergleichbar hoher Abformgenauigkeit bei Aspektverhältnissen bis zu fünf hergestellt. Die Bauteileigenschaften wie lineare Schwindung, Sinterdichte und Gefüge wurden an gesinterten Referenzbauteilen untersucht. Dabei konnten Bauteile mit Dichten bis zu 98% hergestellt werden. Die ermittelten Schwindungen betrugen bei einem Feststoffgehalt von 74,8 Vol.-% nur 8,2%, bei 65,0 Vol.-% Feststoffgehalt 11,0 &#8211; 12,5%. <br>Der komplex aufgebaute, keramische Gegenstrom-Mikrowärmeübertrager wurde geometrisch ausgelegt, und anhand von vereinfachten Simulationsrechnungen wurde der theoretische Wärmeübertrager-Wirkungsgrad abgeschätzt. Die Einzelkomponenten für die Mikrowärmeübertrager wurden über das Heißgießen bzw. das Niederdruckspritzgießen gefertigt. <br>Zum Aufbau komplexer, mikrofluidischer Keramikbauteile wurden das Fügen von Grünbauteilen und das Fügen auf der Basis gesinterter Bauteile erarbeitet. Bei der Entwicklung einer Grünfügetechnik erwies sich ein Bindersystem als ungünstig, während mit dem zweiten eine Grünfügemethode entwickelt wurde. In Tests zum Druckaufbau der grüngefügten Mikrowärmeübertrager hielten die Fügestellen einem maximalen Druck von 5 bar stand. Mikrowärmeübertrager, die aus gesinterten Bauteilen mit Hilfe von Glaslot gefügt wurden, konnten als Prototypen eingesetzt und bei einem Systemdruck von 8 bar auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht werden. Zur Integration der Mikrowärmeübertrager in die Versuchsanlage wurde die Anschlusstechnik für die Medienzuführung und &#8211;abführung erarbeitet. Der Mikrowärmeübertrager Typ 1, der aus zwei Kanalplatten pro Passage aufgebaut wurde, konnte zur Abkühlung von 95°C warmem Wasser eingesetzt werden. Dabei wurden für einen Kaltwasser-Massenstrom von 12,6 kg/h ein Wärmeübertragerwirkungsgrad von 0,19 und maximale Wärmedurchgangskoeffizienten bis 15 kW/m2 K erreicht.

Author dc:creator

• Alm, Birgit

Contributors dc:contributor

• Haußelt, Jürgen

• Heißgießen
• Niederdruckspritzgießen
• Feedstock
• Fließgrenze
• Mikrowärmeübertrager
• low-pressure injection moulding
• alumina
• yield stress
• micro heat exchanger
• overall heat transfer coefficient

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