View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
dass bei der Methode der Hg-Porosimetrie Porenwände aufgrund des Drucks bersten können
und die erfasste offene Porosität somit überschätzt werden kann.
Neben der Erhöhung der Gasamtporosität bei Steigerung des Porenbildneranteils, nimmt
auch die Vernetzung der Poren untereinander zu. Dies schlägt sich in einem Anstieg der
offenen Porosität nieder. Die höchsten offenen Porositäten zeigen Proben mit dem Porenbildner
Maisstärke (M-Träger). Ursache ist jedoch nicht die gute Vernetzung der Poren, sondern
die höhere Gesamtporosität. Die R-Träger zeigen eine niedrigere Gesamtporosität und
geringere offene Porosität als die entsprechenden M-Träger.
Für die Anwendung als Träger sind sowohl die Gesamtporosität, als auch die offene Porosität
von entscheidender Bedeutung. Während sich aus der Gasamtporosität die offene Membranfläche
für die Sauerstoffpermeation ergibt, sorgt offene, durchgängige Porosität für einen
Gasaustausch. Dieser Gasaustausch zwischen Membranoberfläche und Gasraum wird für
das aufrechterhalten der Triebkraft benötigt. Beide Werte müssen hinsichtlich eines Gastransportes
maximiert werden.
Tab. 3.2 Mikrostrukturparameter der bei 1100°C für 3h gesinterten Träger.
Trägerbezeichnung
Gesamtporosität
(graphisch)
offene Porosität
(Hg-Porosimetrie)
Anteil der offenen
Porosität an Gesamtporosität
Durchmesser der
Porenöffnung
50
R15 R20 R25 R30 M15 M20 M25 M30 K15 K20 K25 K30
26% 27% 29% 32% 28% 34% 38% 41% 27% 38% 37% 35%
19% 24% 25% 30% 24% 30% 34% 35% 19% 28% 30% 36%
70% 89% 86% 94% 86% 88% 89% 85% 70% 74% 81% -
0,88
µm
1,09
µm
1,09
µm
1,35
µm
1,35
µm
Zur genaueren Charakterisierung der Porenstrukturen und Bewertung der offenen Porosität
wurden alle Träger hinsichtlich der Gasdurchströmbarkeit untersucht. In Abb. 3.17 ist der
Gasdurchfluss durch den Träger in Abhängigkeit vom entstehenden Druckverlust bei der
Durchströmung aufgetragen. Bei Porenbildneranteilen von 15m% zeigen R15 Träger, trotz
weniger offener Porosität, eine bessere Durchströmbarkeit als M15 Proben. Hierbei ist der
mittlere Porenöffnungsradius entscheidend. Ist dieser viel kleiner als der eigentliche Porendurchmesser,
wirkt die Porenöffnung wie eine Drossel. M-Träger besitzen hier ein deutlich
schlechteres Verhältnis von Porenradius zu Porenöffnungsradius als die R-Träger. K15 Träger
zeigen keine Durchströmbarkeit, trotz mittels Hg-Porosimetrie bestimmter offener Porosität.
Da die in Abb. 3.16 abgebildeten Mikrogefüge keine offene Porosität zeigen, ist zu vermuten,
dass Porenwände bei der Messung mittels Hg-Porosimetrie zerstört und somit offene
Porositäten falsch erfasst wurden.
1,67
µm
2,07
µm
1,67
µm
1,35
µm
3,18
µm
3,18
µm
3,95
µm