Projekt

Das Verbundvorhaben hat zum Ziel, die Machbarkeit der Fertigung von Hochleistungskeramiken auf Basis von Holzfaserplatten zu demonstrieren. Sinnvoll ist dabei nicht nur die umweltschonende Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen. Durch die hohen Kohlenstoff (C)-Gehalte sowie die hierarchische Mikrostruktur pflanzlicher Gewebe ergeben sich auch produktionstechnische Vorteile. Das Pflanzenmaterial wird in einem ersten pyrolytischen Konvertierungsprozess in kohleähnliche Strukturen umgewandelt. In diese kann in einem zweiten Konvertierungsprozess Flüssigmetall infiltrieren, so dass es innerhalb des Karbon-Halbzeugs zur Bildung von Siliciumcarbid (SiC) und damit zur Keramisierung kommt.

Das VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH (BFI) war mit dem Entwurf und der Auslegung eines prototypischen WT-Moduls sowie praktischen Anwendungstests im Industriemaßstab betraut. Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz der Abgaswärmerückgewinnung z.B. an Industrieöfen ist eine chemische sowie mechanische Resistenz der Bauteile gegenüber Abgasen und Rußpartikeln sowie den hohen Temperaturen bis 1200°C. 

Innerhalb des Teilvorhabens wurden vier verschiedene keramische Würfel getestet, die sich in der Geometrie der durchströmten und wärmeübertragenden Flächen unterschieden. Es wurden pro Versuch jeweils zwei Würfelelemente der gleichen Geometrie getestet. Die Anordnung der Elemente entsprach einem Kreuzgegenstrom.

Ergebnisse:

• Die Eignung der bionisch geprägten Hochkeramiken konnte im Industriemaßstab nachgewiesen werden.
• Bei gleichen Randbedingungen nimmt die Wärmeübertragungsleistung der unterschiedlichen im Kreuzstrom getesteten Geometrien in folgender Reihenfolge ab: Würfel mit schmalen Schlitzen > Würfel mit breiten Schlitzen > Würfel mit Zwischenstegen > Würfel mit großen Waben.
• Mit den Projektdemonstratoren konnte an Prototypen die technische Umsetzbarkeit der Fertigungskette nachgewiesen werden.