View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2.5 Fertigungsverfahren
Grundlagen und theoretische Methoden
Die Herstellung der Membranen erfolgte über verschiedene Fertigungsrouten. Membranen
aus Vollmaterial wurden über uniaxiales Trockenpressen hergestellt. Vorteilhaft ist die einfache
Handhabung. Nachteilig ist die inhomogene Dichteverteilung über die Probenhöhe, die
bei der Sinterung zum Verzug oder Riss der Probe führen können.
Wie in Kapitel 2.3.1 erläutert, ist mit der Reduzierung der Membranschichtdicke eine Erhöhung
der Sauerstoffpermeation durch die Membranschicht zu erwarten. Um den Effekt einer
dünnen gasdichten Membranschicht nutzen zu können, wird ein poröser Träger benötigt, der
die Membranschicht stützt. Um solche geträgerten, planaren Membranen herzustellen, wurden
entsprechend Abb. 2.16 zwei unterschiedliche Fertigungsrouten verfolgt.
Route 1: Folienguss Träger – Siebdruck Membran
Foliengeguss
Träger
Foliengeguss
Membranschicht
Zuschneiden
Träger
Route 2: Sequenzieller Folienguss
Folienguss
Träger
Vorsinterung
Träger
Zuschneiden
Verbund
Siebdruck Schicht
auf Träger
Sinterung
Verbund
Abb. 2.16 Routen zur Herstellung asymmetrischer Membranen.
Sinterung Verbund
In Route 1 wird der poröse Träger über Folienguss im Doctor Blade Verfahren hergestellt.
Die Membranschicht wird nach der Entbinderung und Vorsinterung des Trägers mittels Siebdruck
aufgebracht. Durch die Vorsinterung des Trägers können Krümmungen durch Verbundspannungen
reduziert werden. Jedoch ist die zusätzliche Schichtverdichtung durch die
Trägerschwindung geringer als bei Siebdruck auf einem nicht vorgesinterten Träger. In Route
2 wird zuerst die Membranschicht mittels Folienguss abgegossen. Auf die getrocknete,
defektfreie Membranschicht wird anschließend der Träger ebenfalls im Foliengussverfahren
aufgebracht. Nach dem Trocknen können Membranen der gewünschten Abmessungen aus
der Folie herausgeschnitten werden. Im Anschluss muss der Verbund entbindert und gesintert
werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich große, defektfreie, planare Membranflächen
kostengünstig herzustellen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist das unterschiedliche Sinterverhalten
von porösem Träger und dichter Membranschicht. Dieses führt bei der Sinterung
des Verbundes zu Spannungen, die in einer Krümmung der gesinterten, asymmetrischen
Membran resultieren können.
Um diese Krümmungen zu vermeiden, muss die Sinteraktivität der beiden Schichten angepasst
werden. Die treibende Kraft der Sinterung ist der Abbau von freier Enthalpie G.
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