Materialien mit maßgeschneiderten Strahlungstransporteigenschaften zur Energieeinsparung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde ein wesentlicher Beitrag zur Analyse der Abhängigkeit des Emissionsgrades von Struktur- und Materialeigenschaften geleistet, um niedrigemittierende Keramiken mit einem Gesamtemissionsgrad bei 800 "C von kleiner als 0,2 zu entwickeln. Es wurden neben mehreren Reinoxidkeramiken auch Kompositkeramiken hergestellt. Dies ist sowohl durch Pressen der Pulver als auch mit dem Schlickergussverfahren und anschließendem Sintern gelungen. Es konnten so Kriterien für die mittlere Porengröße und die Porosität ermittelt werden, die zur Erzielung von niedrigen Gesamtemissionsgraden erfüllt sein müssen. Untersuchungen mittels Röntgen-Refraktion und der Quecksilberintrusionsmethode zeigen, dass bei ersterer mit der Bestimmung der Gesamtporosität (offene und geschlossene Poren) die Messwerte etwas höher liegen. Ein maßgeblicher Einfluss der Kristallitgröße der Kompositproben auf den Gesamtemissionsgrad konnte nicht gefunden werden. Aber ein Anteil von über 50 % der kristallinen Yttriumtitanatphase im T-Y-Komposit bewirkt eine Erniedrigung des Gesamtemissionsgrades. Von ausgewählten Oxidkeramiken und Kompositkeramiken mit Porositäten unter 1 %, die über heißisostatisches Pressen hergestellt wurden, erfolgte die Bestimmung des komplexen Brechungsindex. Vor allem in der Modellierung des Strahlungstransportes innerhalb der Keramik konnten weitere Fortschritte erzielt werden. Durch die Berücksichtigung des wellenlängenabhängigen komplexen Brechungsindex ist es bereits gelungen, den Extinktionskoeffizienten über einen größeren Wellenlängenberelch mittels der T-Matrix Methode zu berechnen. Er stimmt mit den aus der Messung von gerichtet-hemisphärischem Reflexions- und Transmissionsgrad mittels Drei-Fluss-Rechnung erhaltenen Werten hinreichend genau überein. Darüber hinaus können auch die optimalen Porendurchmesservertellungen für unterschiedliche Materialien bzw. Komposite berechnet werden. Dadurch ist zum einen eine Modellierung des Strahlungstransportes und damit des Emissionsgrades möglich. Zum anderen können damit gezielt Proben mit theoretisch ermitteltem Mischungsverhältnis, Porosität und Porengrößen hergestellt werden, welche die gewünschten infrarot-optischen Eigenschaften aufweisen. Im Rahmen dieses Projektes wurde an beiden Instituten jeweils eine Promotionsarbeit durchgeführt. Weiterhin konnten am ZAE Bayern bisher zwei Diplomarbeiten abgeschlossen werden; eine weitere befindet sich derzeit in Bearbeitung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Development and Characterization of Low-Emitting Ceramics, Int. J. of Thermophysics 28 (2007), 1628-1645
J. Manara, M. Reidinger, S. Korder, M. Arduini-Schuster, J. Fricke
- Porous composite materials from nano-powders with customised radiative transport characteristics; 10th European Ceramic Society Conference, Berlin, 2007
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. H. Keller, J. Manara
- Poröse Nanokompositmaterialien mit spezifischen infrarot-optischen Eigenschaften; Jahrestagung der deutschen Keramischen Gesellschaft, Dresden, 2007
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. H. Keller, J. Manara
- Correlation between structural and infrared-optical properties of nano-composite materials; Junior-Euromat, Lausanne, 2008
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. P. Hentschel, A. Lange, M. H. Keller, J. Manara
- Determining the transmittance and omittance of transparent and semitransparent materials at elevated temperatures; Tagungsbeitrag Eurotherm 2008, Eindhoven
J. Manara, M. H. Keller, D. Kraus, M. Arduini-Schuster
- Porous Ceramics with Optimized Infrared-Optical Properties; Tagungsbeitrag Eurotherm 2008, Eindhoven
M. H. Keller, J. Manara, G. Tzschichholz, G. Steinborn
- Porous nano-composite materials with low omittance for reducing energy consumption; Nanofair 2008 - New Ideas for Industry, 6th International Nanotechnology Symposium, VDl-Berichte 2027, p231-236, VDI Verlag GmbH Düsseldorf 2008, 978-3-18-092027-6
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. H. Keller, J. Manara
- Porous nano-composite materials with low omittance for reducing energy consumption; Nanofair, Dresden 2008
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. H. Keller, J. Manara
- Röntgenrefraktion als eine Methode zur Charakterisierung poröser Keramiken; Jahrestagung der deutschen Keramischen Gesellschaft, Höhr-Grenzhausen, 2008
G. Tzschichholz, G. Steinborn, M. P. Hentschel, A. Lange, M. H. Keller, J. Manara
- Einsatz verschiedener Porenbildner zur Herstellung poröser Kompositkeramiken aus Nanopulvern; Jahrestagung der deutschen Keramischen Gesellschaft, Aachen, 2009
G. Tzschichholz, G. Steinborn, P. Klobes, A. Zimathies
