Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines offenporösen Formkörpers, der mit einem Metall gebildet ist und einen mit dem Verfahren hergestellten Formkörper.

Dabei ist es bekannt, metallische poröse Formkörper an ihrer Oberfläche zu beschichten, um insbesondere die Eigenschaften zu verbessern. Dazu werden üblicherweise pulverförmige Werkstoffe genutzt, die mittels eines Binders oder einer Suspension auf Oberflächen des Formkörpers aufgebracht und bei einer Wärmebehandlung organische Bestandteile entfernt und bei höheren Temperaturen dann an Oberflächen des Formkörpers eine Beschichtung oder ein Oberflächenbereich ausgebildet werden, die eine andere chemische Zusammensetzung als der Werkstoff, mit dem der Formkörper gebildet war, aufweisen. Mit diesen bekannten Möglichkeiten kann auch die spezifische Oberfläche eines Formkörpers vergrößert werden, was mit den bekannten Möglichkeiten aber nur begrenzt möglich war.

Für viele technische Anwendungen sind aber sehr große spezifische Oberflächen vorteilhaft, wie dies beispielsweise bei katalytisch unterstützten Prozessen, der Filtration oder auch bei Elektroden in elektrochemischen Anwendungen sehr wünschenswert ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung offenporöse Formkörper aus einem metallischen Werkstoff zur Verfügung zu stellen, die eine vergrößerte spezifische Oberfläche aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Anspruch 10 betrifft einen mit dem Verfahren hergestellten Formkörper. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.

Bei der Erfindung werden offenporöse Körper aus einem metallischen Werkstoff als Halbzeug eingesetzt. Dabei kann es sich um ein Metallgitter, ein Metallnetz, ein Metallgewebe, einen Metallschaum, ein Metallgewöll oder ein mit metallischen Fasern gebildetes Halbzeug handeln.

Es kann sich aber bei dem Halbzeug auch um einen offenporösen Formkörper handeln, bei dem ein Polymerwerkstoff galvanisch (elektrochemisch) mit einem Metall beschichtet worden ist. Ein so hergestelltes Halbzeug kann einer thermischen Behandlung unterzogen werden, bei der die organischen und flüchtigen Bestandteile dieses Polymers infolge Pyrolyse entfernt werden. Diese Entfernung der organischen Bestandteile eines Polymers kann aber auch später bei einer gleichzeitigen Entfernung anderer organischer oder flüchtiger Komponentenerfolgen, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden soll.

Vor oder nach dieser thermischen Behandlung erfolgt in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Beschichtung des offenporösen Körpers mit metallischen Partikeln aus dem gleichen Metallwerkstoff, aus dem das offenporöse Halbzeug hergestellt ist. Dabei sollen die Partikel auch in das Innere des Formkörpers, also in die Poren oder Freiräume des Halbzeugs eingebracht werden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden vor oder nach dieser thermischen Behandlung Partikel einer chemischen Verbindung des chemischen Elements, mit dem der offenporöse Formkörper als Halbzeug gebildet ist, beschichtet. Die genannten Partikel bestehen aus einer chemischen Verbindung, die bei einer thermischen Behandlung in das jeweilige chemische Element, mit dem das Halbzeug gebildet ist, durch chemische Reduktion, thermische oder chemische Zersetzung umgewandelt werden kann.

Die metallischen Partikel aus dem gleichen Metallwerkstoff, mit dem das offenporöse Halbzeug hergestellt worden ist, oder die Partikel einer chemischen Verbindung des chemischen Elements, die in das chemische Element umgewandelt werden kann, mit dem der offenporöse Formkörper als Halbzeug gebildet ist, können für den Vorgang der Beschichtung als Pulver, als Pulvergemisch, als Suspension oder als Dispersion eingesetzt werden. Die Beschichtung der Oberfläche des Halbzeugs mit einem Pulver, einem Pulvergemisch und/oder einer Suspension/Dispersion kann durch Tauchen, Sprühen, druckunterstützt, elektrostatisch und/oder magnetisch erfolgen.

In weiteren erfindungsgemäßen Alternativen können die für die Beschichtung des offenporösen Halbzeugs verwendeten Pulver, Pulvergemische, Suspensionen oder Dispersionen neben metallischen Partikeln oder Partikeln einer chemischen Verbindung eines Metalls einen anorganischen und/oder organischen Binder enthalten, der dem Pulver, dem Pulvergemisch, der Suspension oder Dispersion feinverteilt in Form eines festen Pulvers beigemengt ist, oder in einer flüssigen Phase einer Lösung, einer Suspension/Dispersion von metallischen Partikeln oder Partikeln einer chemischen Verbindung eines Metalls, gelöst vorliegt.

Die Beschichtung der Oberfläche des Halbzeugs mit einem Binder in Form einer Lösung oder einer Suspension/Dispersion kann durch Tauchen oder Sprühen erfolgen. Das mit Binder benetzte offenporöse Halbzeug wird nachfolgend mit einem Pulver oder einem Pulvergemisch von metallischen Partikeln beschichtet.

Durch Einwirkung mechanischer Energie, insbesondere einer Vibration kann die Verteilung von Pulverpartikeln auf mit dem flüssigen Binder benetzen Oberflächen sowie deren Haftung an der Oberfläche verbessert werden.

Der Auftrag von Partikeln als Pulver, Pulvergemisch und/oder Suspension/Dispersion kann mehrfach, bevorzugt mindestens dreifach, besonders bevorzugt fünffach wiederholt werden. Dies betrifft auch die jeweils durchzuführende Vibration und ggf. die Applikation eines Binders.

Die Beschichtung der Oberfläche des Halbzeugs kann weiterhin vor der thermischen Behandlung, bei der die organischen Bestandteile des polymeren Werkstoffs, mit dem das Halbzeug hergestellt worden ist, entfernt werden, durchgeführt werden. Im Anschluss an den Auftrag des partikelhaltigen Werkstoffs wird eine thermische Behandlung durchgeführt, bei der organische und flüchtige Bestandteile des polymeren Werkstoffs, und zugleich eines ggf. verwendeten Binders entfernt werden.

Nach thermischer Behandlung und Partikelauftrag wird eine Sinterung durchgeführt, bei der Sinterhälse bzw. Sinterbrücken zwischen den Metallpartikeln oder von nach thermischer oder chemischer Zersetzung, z.B. einer chemischen Reduktion, erhaltenen metallischen Partikeln und der metallischen Oberfläche des offenporösen metallischen Formkörpers ausgebildet werden.

Dabei soll die spezifische Oberfläche des so beschichteten und gesinterten offenporösen Formkörpers auf mindestens 30 m ² /l jedoch mindestens um das 5-fache im Vergleich zum Ausgangswerkstoff des unbeschichteten metallischen Formkörpers als Halbzeug erhöht werden.

Dabei sollte das poröse Grundgerüst mit einer Porengröße zwischen 450 pm und 6000 pm und einer spezifischen Oberfläche von 1 m ² /l - 30 m ² /l mit Partikeln (Partikelgröße d ₅₀ zwischen 0,1 μιη bis 250 μητι) je nach Anwendungsfall entweder ausgehend von einer Seite (Porositätsgradient) oder vollständig gefüllt oder die Stege des porösen metallischen Formkörpers oberflächlich beschichtet worden sein.

Die Beschichtung mit Partikeln kann an unterschiedlichen Seiten der Oberfläche, insbesondere an sich gegenüberliegend angeordneten Oberflächen des Halbzeugs, mit unterschiedlicher Menge durchgeführt werden, um dort jeweils eine unterschiedliche Porosität, Porengröße und/oder spezifische Oberfläche zu erhalten. Dies kann beispielsweise durch eine unterschiedliche Anzahl des Auftrags von Partikeln als Pulver, Pulvergemisch oder in Suspension/Dispersion, mit oder ohne Bindereinsatz, an den an unterschiedlichen Seiten angeordneten Oberflächen erreicht werden. So kann auch eine gradierte Ausbildung eines erfindungsgemäß hergestellten Formkörpers erreicht werden.

Die Porengröße innerhalb der aufgebrachten Partikelschicht des beschichteten und gesinterten offenporösen Formkörpers sollte dabei maximal dem 10.000-fachen der eingesetzten Partikelgröße entsprechen. Dies kann durch die maximale Höhe der Sintertemperatur und deren Haltezeit zusätzlich be- einflusst werden, da mit steigender Temperatur und Haltezeit der diffusionsbedingte Stofftransport und damit die Versinterung, welche mit einer Verringerung des Porenvolumens einhergeht, gefördert wird.

Der Werkstoff, mit dem der erfindungsgemäß hergestellte Formkörper gebildet ist, sollte maximal 3 Masse-%, bevorzugt maximal 1 Masse-% 0 ₂ enthalten. Dazu wirkt sich bevorzugt eine inerte oder reduzierende Atmosphäre während der Durchführung der thermischen Behandlung für die Entfernung organischer Komponenten, der ggf. durchzuführenden chemischen Reduktion und/oder der Sinterung aus.

Für eine thermische oder chemische Zersetzung sollte eine geeignete Atmosphäre bei der dazu genutzten thermischen Behandlung gewählt werden. Dies kann bei einer thermischen Zersetzung eine inerte Atmosphäre, beispielsweise eine Argonatmosphäre sein. Bei einer Reduktion kann man beispielsweise eine Atmosphäre nutzen, die mit Wasserstoff gebildet ist.

Für eine chemische Zersetzung mittels Oxidation sind besonders Atmosphären geeignet, die Sauerstoff, Fluor, Chlor, beliebige Mischungen dieser Gase als auch beliebige Mischungen mit inert Gasen, zum Beispiel Stickstoff, Argon oder Krypton enthalten.

Bei einer chemischen Zersetzung können Metallkationen für die Bildung elementarer Metalle reduziert werden. Der Anionenbestandteil kann aber oxi- diert werden. Eine chemische Zersetzung einer Verbindung edlerer Metalle in die elementaren Metalle (Au,Pt,Pd) ist auch unter Luft, also eher oxidierender Atmosphäre, denkbar. Auch Disproportionierungen nach dem Vorbild der Gleichung: 2 Gel <-> Ge (s) + Gel (g) sind für Aluminium, Titan, Zirkonium und Chrom möglich. Es können auch kristalline, metallorganische Komplexe oder deren Salze eingesetzt werden, bei denen das Metallzentrum bereits in Oxida- tionsstufe 0 vorliegt.

Anwendung kann ein solcher erfindungsgemäß hergestellter offenporöser Formkörper im Bereich der (i) Filtration, als (ii) Katalysator (z.B. bei

Ethylenoxidsynthese - mit Ag-Partikeln beschichteter Ag-Schaumkatalysator), als (iii) Elektrodenmaterial oder als (iv) Träger einer katalytischen Aktivsubstanz finden.

Die Erhöhung der spezifischen Oberfläche führt bei Anwendung (i) zu einer besseren Filtrationsleistung, da Adsorptionsneigung und Aufnahmekapazität deutlich gesteigert werden.

Bei Anwendung (ii) führt die Erhöhung der spezifischen Oberfläche zu einer überproportionalen Steigerung der katalytischen Aktivität, da nicht nur die Anzahl an aktiven Zentren steigt, sondern die Oberfläche eine deutlich facettiertere Struktur aufweist. Die dadurch erhöhte Oberflächenenergie führt zusätzlich zu einer signifikanten Steigerung der katalytischen Aktivität im Vergleich zu der unfacettierten Oberfläche des offenporösen Ausgangsformkörpers.

Im Anwendungsfall (iii) führt die Erhöhung der spezifischen Oberfläche ebenfalls zu einem Anstieg an aktiven Zentren, was in Kombination mit der facettierten Struktur der Oberfläche zu einer signifikanten Reduzierung der elektrischen Überspannung im Vergleich zu handelsüblichen Elektroden (z.B. Nickel oder Kohlenstoff) führt. Als spezieller Anwendungsfall sei weiterhin die Elekt- rolyse erwähnt - z.B. mit Ni-Partikeln oder Mo-Partikeln beschichteter Ni- oder Mo-Schaum. Insbesondere bei dieser Anwendung kann vorteilhaft auch ein einseitig mit metallischen Partikeln beschichteter, gesinterter metallischer offenporöser Formkörper eingesetzt werden, da hier die Gradierung der Porengröße eine gute Abführung der Gasblasen gewährleistet.

Im Falle von Anwendung (iv) führt die Vergrößerung der spezifischen Oberfläche zu einer verbesserten Anhaftung der Aktivkomponente, z.B eines katalyti- schen Washcoats, an die Trägeroberfläche, welche die mechanische, thermische und chemische Beständigkeit eines Katalysatormaterials signifikant erhöht.

Geeignete Metalle für erfindungsgemäß hergestellte Formkörper sind: Ni, Fe, Cr, AI, Nb, Ta, Ti, Mo, Co, B, Zr, Mn, Si, La, W, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Bi, Ce oder Mg. Es können demzufolge beim erfindungsgemäßen Verfahren für die Beschichtung eines Halbzeugs Partikel dieser Elemente, entsprechend dem jeweiligen chemischen Element, mit dem das Halbzeug gebildet ist, eingesetzt werden.

Als chemische Verbindungen der Metalle Ni, Fe, Cr, AI, Nb, Ta, Ti, Mo, Co, B, Zr, Mn, Si, La, W, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Bi, Ce, Mg, V, die durch thermische oder chemische Zersetzung bei einer thermischen Behandlung in Partikel des jeweiligen Metalls umgewandelt werden können, können insbesondere deren Oxide,, Nitride, Hydride, Karbide, Sulfide, Sulfate,Phosphate, Fluoride, Chloride, Bromide, lodide, Azide, Nitrate, Amine, Amide, metallorganische Komplexe, Salze metallorganischer Komplexe oder zersetzbare Salze für den mit Partikel gebildeten Werkstoff, mit dem die Oberfläche des als Halbzeug vorliegenden offenporösen Formkörpers bei der zweiten erfindungsgemäßen Alternative beschichtet werden sollen, eingesetzt werden. Besonders geeignet als chemische Verbindungen sind sind chemische Verbindungen von: Ni, Fe, Ti, Mo, Co, Mn, W, Cu, Ag, Au, Pd oder Pt.

Bei der thermischen oder chemischen Zersetzung einer chemischen Verbindung in das jeweilige Metall wird bis zur erfolgten thermischen oder chemischen Zersetzung der chemischen Verbindung in das Metall eine für die Zersetzung geeignete Atmosphäre, die inert, oxidierend oder reduzierend sein kann, eingehalten. Für die chemische Reduktion einer chemischen Verbindung in das jeweilige Metall kann bei der thermischen Behandlung, die zur chemischen Reduktion führen soll, die thermische Behandlung bevorzugt zumindest zeitweise, bis die chemische Reduktion durchgeführt worden ist, in einer reduzierenden Atmosphäre, insbesondere einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden.

Porosität, Porengröße und spezifische Oberfläche können durch die Morphologie der für die Beschichtung verwendeten Partikel wesentlich beeinflusst werden. Für die Erzielung einer hohen spezifischen Oberfläche und einer feinporösen Struktur sind Partikel mit geringer Größe und dendritischer Form, z.B. Elektrolytpulver, vorteilhaft. Benachbarte Partikel bilden in Folge ihrer unregelmäßigen Geometrie, die keine lückenfreie Anordnung erlaubt, zwischen Kontaktstellen und Partikelkörper Freiräume, die teilweise zu Kanälen verbunden sind. Des Weiteren entsteht bei der Verwendung von Partikeln einer chemischen Verbindungbei der thermischen Zersetzung oder chemischen Zersetzung ein zusätzlicher Mikroporenraum, den die flüchtige Komponente hin- terlässt. Der Anteil des Mikroporenraums am Gesamtporenraum ist umso höher, je größer der Anteil der flüchtigen Komponente der chemischen Verbindung ist. Für die Beschichtung mit - Metalloxidpartikeln ist daher die Verwendung eines Oxides mit hoher Oxidationsstufe, und folglich einem hohen Sauerstoffanteil, von Vorteil. Da die Sinteraktivität von Strukturen mit Erhöhung der spezifischen Oberfläche zunimmt, wird die stoffabhängige Sintertemperatur nur so hoch gewählt, dass die Partikel untereinander und an das Halbzeug mechanisch stabil ansintern, aber die feinen Poren nicht wesentlich verdichtet werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Ausführungsbeispiel 1

Als Halbzeug wurde ein offenporöser Formkörper aus Silber, mittlere Porengröße 450 pm, mit einer Porosität von ca. 95 %, den Abmaßen 70 mm x 63 mm, Dicke 1,6 mm (hergestellt durch elektrolytisches Abscheiden von Ag auf Polyurethanschaum) wird einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von mindestens 400 °C unterzogen, um die organischen Komponenten, insbesondere die des Polyurethans zu entfernen, durchgeführt.

Zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche wird ein metallisches Pulver: - Ag-Metallpulver mit einer Partikelgröße d ₅ o im Bereich 3 μιτι bis 9 μιη, mit einer Gesamtmasse von 2 g eingesetzt.

Für die Beschichtung der Oberfläche des metallischen offenporösen Formkörpers als Halbzeug werden 0,6 g Steramidwachs mit einer Partikelgröße < 80 μηι und eine 1 %-ige wässrige Lösung von Polyvinylpyrrolidon mit einem Vo- lumen von 6 ml als Binder eingesetzt. Die Oberfläche des Halbzeugs wird dabei mit der Binderlösung auch im Inneren von Poren besprüht, bevor das Silberpulver auf die mit dem Binder beschichtete Oberfläche aufgebracht wird.

Silberpulver und das Steramidwachs wurden 10 min mit einem Turbula- Mischer gemischt.

Anschließend an diese Beschichtung mit Binder wurde der offenporöse beschichtete Formkörper in einer Vibrationseinrichtung fixiert und beidseitig mit dem Silberpulver bestreut. Durch die Vibration wird das Pulver gleichmäßig in dem offenporösen Netzwerk verteilt. Dabei bleiben die Partikel nur an der

Stegoberfläche haften, so dass die Stege vollständig mit Pulverpartikeln bedeckt sind und die Offenporigkeit des Schaums erhalten bleibt. Der Vorgang wird viermal wiederholt. Im Anschluss daran wird eine weitere thermische Behandlung zur

Entbinderung und Sinterung in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Dazu wird der Ofen mit einer Aufheizrate von 5K/min aufgeheizt. Die

Entbinderung beginnt bei ca. 300 °C und ist bei 600° C und einer Haltezeit von ca. 30 min abgeschlossen. Der Sinterprozess findet im Temperaturbereich von 550 °C bis 850 °C bei einer Haltezeit von 1 min bis 60 min statt.

Während der weiteren thermischen Behandlung diffundiert das Ag aus den Pulverpartikeln in das Stegmaterial ein, bis die Pulverpartikel über sich ausbildende Sinterhälse oder Sinterbrücken fest mit den Stegen der Oberfläche des Halbzeugs verbunden sind. Nach der weiteren thermischen Behandlung Bestand der offenporöse Formkörper zu 100 % aus Silber. Die Porosität betrug ca. 94%.

Die Oberfläche der Stege ist durch eine hohe Rauheit geprägt. Ursache dafür ist, dass die aufgebrachten Pulverpartikel nur über Sinterhälse oder Sinterbrücken mit dem metallischen Trägerschaum des Halbzeugs verbunden sind, so dass die ursprüngliche Partikelmorphologie erhalten bleibt. Die spezifische innere Oberfläche (gemessen mit der BET-Methode) des fertig hergestellten offenporösen Formkörpers konnte durch den durchgeführten Prozess von vorher (unbeschichteter Zustand) 10,8 m ² /l auf nachher (beschichteter Zustand) 99,3 m ² /l erhöht werden.

Ausführungsbeispiel 2

Es wurde ein durch galvanische Beschichtung eines porösen Schaums aus Polyurethan erhaltener offenporöser Formkörper aus Silber als Halbzeug mit einer mittleren Porengröße von 450 μιη, einer Porosität von 95 %, den Abmaßen 70 mm x 63 mm, Dicke 1,6 mm einer thermischen Behandlung zum Entfernen der organischen Komponenten, wie beim Ausführungsbeispiell unterzogen.

Anschließend erfolgte eine Beschichtung von Oberflächen des von organischen Komponenten befreiten Halbzeugs mit einer Suspension folgender Zusammensetzung:

48% Ag ₂ 0-Metalloxidpulver <5 μιτι,

1,5% Binder Polyvinylpyrrolidon (PVP)

49,5 % Lösemittel Wasser

1 % Dispergiermittel

durch Besprühen.

Dazu wurde zunächst der pulverförmige Binder in Wasser gelöst und dann alle anderen Komponenten hinzugegeben und in einem Speedmixer2 x 30 s bei 2000 U/min zu einer Suspension gemischt.

Das Halbzeug wurde über ein Nasspulversprühverfahren mit der vorbereiteten Pulversuspension beidseitig mehrfach besprüht. Dabei wird die Suspensi- on in einer Sprühvorrichtung zerstäubt und auf Oberflächen des Halbzeugs beidseitig aufgetragen. Durch den Austrittsdruck aus der Sprühdüse wird die Suspension gleichmäßig in dem porösen Netzwerk des Halbzeugs verteilt. Dabei bleibt die Suspension nur an der Stegoberfläche haften, so dass die Stege vollständig mit der Suspension bedeckt sind und die Offenporigkeit des Halbzeugs weitgehend erhalten bleibt. Das so beschichtete Halbzeug wurde anschließend bei Raumtemperatur unter Luft getrocknet.

Zur Entbinderung, Reduktion und Sinterung wurden unter Wasserstoffatmosphäre sowie anschließend in einem Ofen eine thermische Behandlung durchgeführt. Dazu wird der Ofen mit einer Aufheizrate von 5K/min aufgeheizt. Die Reduktion des Silberoxids beginnt schon bei unter 100 °C und ist bei 200° C und einer Haltezeit von ca. 30 min unter Wasserstoff abgeschlossen. Der noch verbleibende Entbinder- und Sinterprozess kann dann in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, z.B. Luft im Temperaturbereich von 200 °C bis 800 °C bei einer Haltezeit von 1 min bis 180 min durchgeführt werden.

Während der weiteren thermischen Behandlung wurde zunächst das Silberoxid zu metallischem Silber reduziert, das nanokristallin vorliegt. Durch die restliche Entbinderung und Ansinterung der dann metallischen Silberpartikel an die Silberschaumstege wachsen einerseits die Partikel zu größeren und grobkristallineren Konglomeraten, andererseits diffundiert das Ag aus den Pulverpartikeln auch in das Stegmaterial ein, bis die Pulverpartikel über sich ausbildende Sinterhälse bzw. Sinterbrücken fest mit den Stegen der Oberfläche des offenporösen Formkörpers verbunden sind.

Nach der weiteren thermischen Behandlung liegt ein homogener offenporöser Formkörper vor, der mit 100% Silber gebildet ist.

Die Porosität beträgt ca. 93%.

Die Oberfläche der Stege ist durch eine hohe Rauheit geprägt. Ursache dafür ist, dass die aufgebrachten Pulverpartikel nur über Sinterhälse/Sinterbrücken mit den Oberflächen des Halbzeugs verbunden sind, so dass die ursprüngliche Partikelmorphologie erhalten bleibt. Die spezifische innere Oberfläche (gemessen mit der BET-Methode) des fertig hergestellten offenporösen Formkörpers konnte durch den durchgeführten Prozess von vorher

(unbeschichteter Zustand) 10,8 m ² /l auf nachher (beschichteter Zustand) 82,5 m ² /l erhöht werden. Ausführungsbeispiel 3

Als Halbzeug wurde ein offenporöser Formkörper aus Kupfer, mit einer mittleren Porengröße von 800 μιη, mit einer Porosität von ca. 95 %, den Abmaßen 200 mm x SO mm, Dicke 1,6 mm (hergestellt durch elektrolytisches Abscheiden von Cu auf PU-Schaum eingesetzt.

Als Pulver für die Beschichtung von Oberflächen des Halbzeugs wurde Elektrolytkupferpulver Typ FFL, mit dendritischer Form, einer mitteleren Partikelgröße < 63 μηι, einer Masse 20 g eingesetzt.

Als Binder wurde eine 1 %-ige wässrige Lösung aus Polyvinylpyrrolidon mit einem Volumen von 20 ml eingesetzt.

Das aus Kupfer gebildete Halbzeug wurde beidseitig mit der Binderlösung besprüht. Anschließend wurde das mit Binder beschichtete Halbzeug in einer Vibrationseinrichtung fixiert und beidseitig mit dem Kupferpulver bestreut. Durch die Vibration wird das Pulver in dem porösen Netzwerk des Halbzeugs verteilt. Die Binder- und Pulverbeschichtung wurde dreimal wiederholt, so dass der Porenraum vollständig gefüllt worden ist.

Entbinderung und Sinterung wurde bei einer thermischen Behandlung unter Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Dazu wird der Ofen mit einer Aufheizrate von 5K/min aufgeheizt. Die Entbinderung beginnt bei ca. 300 °C und ist bei 600 °C und einer Haltezeit von ca. 30 min abgeschlossen. Danach wird bis zu einer Sintertemperatur von 950 °C aufgeheizt und diese Temperatur wurde über 30 min gehalten.

Während der thermischen Behandlung sintern die Pulverpartikel aus Kupfer untereinander und an das Stegmaterial an, bis die Pulverpartikel über sich ausbildende Sinterhälse oder Sinterbrücken fest mit der Oberfläche des Halbzeugs verbunden sind, wobei eine hohe Porosität erhalten bleibt und eine Erhöhung der spezifischen Oberfläche erreicht wird. Die Porosität des so behandelten offenporösen Formkörpers beträgt 54 % und die spezifische Oberfläche 67 m ² /l. Ausführungsbeispiel 4

Als Halbzeug wurde ein offenporöser Formkörper aus Kobalt, mit einer mittleren Porengröße von 580 μιη, mit einer Porosität von ca. 95 %, mit den Abmaßen 70 mm x 65 mm, Dicke 1,9 mm (hergestellt durch elektrolytisches Abscheiden von Co auf PU-Schaum, als Pulver wurde Co-Metallpulver mit einer mittleren Partikelgröße < 45 μιη und einer Masse von 10 g sowie

Steramidwachs mit einer Partikelgröße < 80 μηι einer Masse von 0,1 g und als Binder eine 1 %-ige wässrige Lösung aus Polyvinylpyrrolidon mit einem Volumen von 6 ml eingesetzt.

Cobaltpulver und Steramidwachs wurden 10 min mit einem Turbula-Mischer gemischt.

Das Halbzeug aus Kobalt wurde einseitig mit der Binderlösung besprüht. Anschließend wurde es in einer Vibrationseinrichtung fixiert und beidseitig mit dem Kobaltpulver bestreut. Durch die Vibration wird das Pulver gleichmäßig in dem porösen Netzwerk des Halbzeugs verteilt. Dabei bleiben die Partikel nur an der Stegoberfläche haften, so dass die Stege vollständig mit Pulverpartikeln bedeckt sind und zunächst die Offenporigkeit des Schaums erhalten bleibt. In einem zweiten Schritt wird die Oberfläche des Halbzeugs an einer ersten Seite so stark mit Binderlösung besprüht, dass die vorher offenen Poren durch den Binder einseitig verschlossen werden, wobei durch den anschließenden weiteren Pulverauftrag der oberflächennahe Porenraum komplett verfüllt wird. An der gegenüberliegend angeordneten Seite des Halbzeugs sind nur die Stege oberflächlich beschichtet. Dadurch ist die Pulverbeladung und somit die Porosität im Schaum von der ersten Seite zur gegenüberliegend angeordneten Seite des Halbzeugs gradiert.

Zur Entbinderung und Sinterung wurde in einer Wasserstoffatmosphäre eine thermische Behandlung durchgeführt. Dazu wurde der Ofen mit einer Aufheizrate von 5K/min aufgeheizt. Die Entbinderung beginnt bei ca. 300 °C und ist bei 600° C und einer Haltezeit von ca. 30 min abgeschlossen. Danach wird bis zu einer Sintertemperatur von 1300 °C aufgeheizt und diese Temperatur für 30 min gehalten. Während der thermischen Behandlung diffundiert das Co aus den Pulverpartikeln in das Stegmaterial des Halbzeugs ein, bis die Pulverpartikel über sich ausbildende Sinterhälse oder Sinterbrücken fest mit den Stegen aber auch (in den komplett verfüllten Bereichen) untereinander verbunden sind.

Zusammensetzung des fertig hergestellten offenporösen Formkörpers an Co lag bei 100 %. Die Porosität ist über die gesamte Dicke des Formkörpers ausgehend von der ersten Seite bis zur dieser gegenüberliegend angeordneten Seite gradiert und beträgt auf der einen Seite ca. 54 % und auf der anderen Schaumseite ca. 93 %. Die spezifische Oberfläche des fertigen offenporösen Formkörpers beträgt 69 m ² /L

Ausführungsbeispiel 5 (Ni-Streckgitter + Ni-Pulver - gleichmäßige Beschich- tung + sintern

1. Werkstoff

Als Halbzeug wurde ein offenzelliges Nickelstreckmetallgitter, mit einer Zellgröße von ca. 0,7 mm x 2 mm, mit den Abmaßen 75 mm x 75 mm, Dicke ca. 1 mm (hergestellt durch Streckziehen eines original 0,25 mm dicken geschlitzten Ni-Bleches), als Pulver Ni-Metallpulver mit einer mittleren Partikelgröße < 10 μηι, mit einer Masse von 8 g, ein Steramidwachs mit einer mittleren

Partikelgröße < 80 μιη, einer Masse von 0,2 g und als Binder eine 1 %-ige wässrige Lösung aus Polyvinylpyrrolidon mit einem Volumen von 4 ml eingesetzt.

Pulver und Steramidwachs wurden 10 min mit einem Turbula-Mischer gemischt.

Das Nickelstreckmetallgitter wurde von zwei gegenüberliegenden Seiten mit der Binderlösung besprüht. Anschließend wurde das Gitter in einer Vibrationseinrichtung fixiert und beidseitig mit dem Nickelpulver bestreut. Durch die Vibration wird das Nickelpulver gleichmäßig auf dem Gitternetzwerk verteilt. Dabei bleiben die Partikel nur an der Gitterstegoberfläche haften, so dass die Gitterstege vollständig mit Pulverpartikeln bedeckt sind und die Offenporig- keit des Streckmetallgitters erhalten bleibt. Der Vorgang wurde fünfmal wie- derholt.

Die Entbinderung und Sinterung wurden unter Wasserstoffatmosphäre bei einer thermischen Behandlung durchgeführt. Dazu wurde der Ofen mit einer Aufheizrate von 5K/min aufgeheizt. Die Entbinderung beginnt bei ca. 300 °C und ist bei 600° C und einer Haltezeit von ca. 30 min abgeschlossen. Danach wurde bis zu einer Sintertemperatur von 1280 °C aufgeheizt und diese Temperatur für 30 min gehalten.

Während der thermischen Behandlung diffundiert das Ni aus den Pulverpartikeln in das Gitterstegmaterial ein, bis die Pulverpartikel über sich ausbildende Sinterhälse oder Sinterbrücken fest mit den Gitterstegen verbunden sind.

Der so erhaltene offenporöse Formkörper bestand zu 100 % aus Nickel.

Die Oberfläche der Stege ist durch eine hohe Rauheit geprägt, da die aufgebrachten Pulverpartikel nur über Sinterhälse oder Sinterbrücken mit dem Trägergitter des Halbzeugs und untereinander verbunden sind, so dass die ursprüngliche Partikelmorphologie weitgehend erhalten bleibt. Die aufgebrachte hochporöse Nickelschicht auf den Stegen ist zwischen 1 μιη und 300 μιη dick. Die Porosität innerhalb der aufgebrachten Schicht beträgt 40 %.