Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Als bevorzugtes Verfahren zur keramischen Formgebung setzt die Arbeitsgruppe die steifplastische Extrusion wässrig plastifizierter Versätze ein, die auf Geräten wie dem in Bild 1 dargestellten Extruder erfolgt. Es werden vor allem mischleitende Funktionsmaterialien (z.B. Sr0,5Ca0,5Mn0,8Fe0,2O3-δ, Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-δ), dotierte Oxidionenleiter (z.B. ZrO2:Y, CeO2:Gd), katalytisch aktive Mischoxide (LaCoO3, La1-xSxMn1-yFeyO3-δ) zu Membranen, Granulaten und Waben verarbeitet. Dabei sind je nach Einsatzfall spezifische Anforderungen zu realisieren, z. B. geringe Wandstärke bei hoher Gasdichtigkeit, hohe offene Porosität bei ausreichender Festigkeit, maximale Kontaktfläche bei minimalem Druckverlust. Um die funktionalen Eigenschaften der eingesetzten Mischoxide auch für das realisierte keramische Bauteil zu gewährleisten, unterliegen die eingesetzten Additive ebenso wie die Verarbeitungsbedingungen strengen Auswahlkriterien.
Der Aufbau strömungstechnisch optimierter keramischer Komponenten erfordert eine enge Abstimmung zwischen den Anforderungen der Anwendung und den Möglichkeiten und Einschränkungen der Formgebungstechnologie. So werden für MIEC-Membranen (Mixed Ionic Electronic Conductor) z. B. minimale Wandstärken bei möglichst großer Oberfläche bzw. Packungsdichte gefordert, dies steht jedoch im Widerspruch zur Sensitivität dünnwandiger Bauteile und zur erforderlichen Konstanz der Querschnittsgeometrie. Deshalb sind häufig weitere Fertigungsschritte zum Aufbau komplexer Bauteile erforderlich, z. B. manuelle oder halbautomatische Verschlusstechniken, Fügeverfahren oder die Kombination verschiedener Extrudate zu einem Modul. Bild 2 zeigt exemplarisch unterschiedliche Membrankomponenten und Schutzrohre, die zu einem Modul kombiniert werden können.