用于制造陶瓷吸收体的方法，陶瓷吸收体及其应用与流程

本发明涉及一种用于制造陶瓷吸收体的方法，其中提供陶瓷粉末，制造浆料并且将浆料发泡以产生泡沫。此外，本发明涉及一种用于衰减，特别是用于吸收优选燃气轮机中的振荡，特别是燃烧振荡的陶瓷吸收体，所述陶瓷吸收体具有泡沫结构。本发明的另一方面涉及陶瓷吸收体的应用。

背景技术：

在本发明的上下文中将振荡理解为在燃气轮机中的呈声波的形式的压力波动，特别是燃烧振荡。气态预混物的燃烧在当量比接近稀燃极限时倾向于燃烧引起的不稳定性。如果在燃烧系统中可能的不稳定性的始终存在的声激励超过了内部衰减，那么系统将发生共振。引起共振的燃烧因此成为其放大器。在这种情况下，伴随于此的振荡会共振地放大到相当大的值，而不会进一步提高功率，并且损坏燃气轮机。因此，需要衰减燃气轮机中的这种热声学不稳定性。

吸收体应当衰减以这种方式产生的声波。同时，吸收体必须能够持续地经受燃气轮机中的条件，因为燃气轮机的燃烧室中的衰减必须在高温和高压下进行。继续升高的燃烧温度对吸收体的材料提出新的挑战。

例如从de69736104t2中已知一种陶瓷消音器。在那里描述的陶瓷消声器由基于氧化铝的陶瓷材料构成，其包含碳化硅(sic)晶须。陶瓷消声器构成为多孔陶瓷体。陶瓷体的前侧附近的孔的平均直径在五十微米到四百五十微米的范围内，其中孔直径朝陶瓷体的后侧增加到在五百到三千四百微米的范围内的平均直径。多孔陶瓷体的前侧的特征在于密度较大的层，其具有在十微米至五十微米的范围内的孔。

然而，已知的具有减音特性的多孔陶瓷结构，不仅在衰减方面而且也在要吸收的频率范围方面，都无法满足充分减音所需的要求。因此，通常使用已知的亥姆霍兹共振器。

在此，然而缺点是，必须耗费地用冷却空气冲洗迄今已知的金属的亥姆霍兹共振器，以确保金属的充分冷却。但是，为了提高效率，需要减少冷却空气的量。另一缺点由于亥姆霍兹共振器仅窄带地吸收而引起。因此，必须使用许多不同的窄带的亥姆霍兹共振器来衰减所有相关频率。

同样已知通电的亥姆霍兹共振器的使用。这种亥姆霍兹共振器更宽带地工作，但效率较低。

此外，已知控制阀的使用，其周期性地接入小的附加的气体质量流。在此，借助于识别产生的强度并测量其频率的传感器，使开关频率在闭环控制回路中匹配于产生的共振的频率，其中相位旋转180度以衰减振荡。然而，这些控制阀的使用也伴随着低的效率。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是，改进开头提到类型的用于制造陶瓷吸收体的方法和开头提到类型的陶瓷吸收体，使得可以限定地设定吸收体的吸声能力并且可以改善效率。

本发明所基于的目的在用于制造陶瓷吸收体的方法中通过如下方式实现：为了提供陶瓷粉末，仅使用至少一种硅酸盐类的组分，仅使用一种或多种氧化物类的组分或使用由至少一种硅酸盐类的组分和至少一种氧化物类的组分构成的组合，并且在泡沫结构中产生均匀的孔分布。在开头提到类型的陶瓷吸收体中，本发明所基于的目的通过如下方式实现：泡沫结构基于陶瓷粉末，所述陶瓷粉末具有氧化物类的组分或硅酸盐类的组分或由硅酸盐类的组分和氧化物类的组分构成的组合，其中泡沫结构具有均匀的孔分布。

在制造陶瓷吸收体时，陶瓷粉末可以仅由硅酸盐构成，仅由氧化物构成或由材料组合构成，所述材料组合包含至少一种硅酸盐类的组分和至少一种氧化物类的组分。这些可能性中的每一种都提供适合于应用目的的最终产品，但是可以个性化地通过匹配地选择材料或材料组合中的组分的重量份额来调整各个参数。特别地，当使用氧化物类的多种组分时，所述组分的粒度可以彼此不同。特别地，陶瓷粉末可以不具有碳化硅。为了产生浆料，可以将陶瓷粉末加入到分散介质(dispersionsmittel)中。附加地，可以将分散剂(dispergiermittel)、发泡剂和可选的粘合剂作为添加剂加入到浆料中。

吸收体的孔结构能够实现，传播的声波破坏性地干扰和分散。孔吸收体衰减宽的频率范围进而具有比迄今使用的金属共振器明显更宽带的吸收的优点，其中所述金属共振器作为亥姆霍茨共振器仅非常窄带地吸收。流动阻力，即多孔陶瓷泡沫的流阻，与其孔隙率直接相关联。经由开头的泡沫密度能够有针对性地设定流动阻力，使得实现在预定的频率范围内的良好的吸收。

与金属结构相比，陶瓷吸收体具有提高的耐腐蚀性和提高的热稳定性。另外，吸声泡沫陶瓷具有非常低的热导率，由此所述吸声泡沫陶瓷也非常适合作为热绝缘体。相对于金属结构的另一优点是，陶瓷材料不需要冷却。因此，可以在不降低功率地冷却共振器的情况下使燃烧稳定。同时，可以通过节省冷却空气来提高效率。

在该方法的改进方案中，将陶瓷粉末以在五十重量％至六十重量％的范围内的份额的硅酸盐类的一种或多种组分，和相应地以在四十重量％至五十重量％的范围内的份额的氧化物类的一种或多种组分提供。这种材料成分的使用可以结合限定的孔分布以有利的方式造成非常好的耐热冲击性能。

在该方法的一个改进方案中，当使用多于一种组分时，硅酸盐和/或氧化物具有不同的粒度。具有较粗颗粒的组分与具有较细颗粒的组分的质量比例为:六十至八十质量％相应地与四十至二十质量％之比，特别是七十质量％与三十质量％之比。尤其地，当陶瓷粉末仅由氧化物构成时，可以存在具有较细颗粒的组分与具有较粗颗粒的组分的这种质量比。特别是，氧化物类的两种组分是氧化铝并且具有不同的粒度。特别是，作为较粗粒的组分可以使用具有小于四十五微米的粒度的氧化铝而作为较细粒的组分可以使用具有在0.5微米至0.8微米的范围内的粒度的氧化铝。

替选地，具有较粗颗粒的组分与具有较细颗粒的组分的质量比例可以为五十至七十质量％相比于相应地五十至三十质量％，特别是六十质量％相比于四十质量％。特别是，当陶瓷粉末由包含硅酸盐类的组分和至少两种氧化物类的组分的材料组合构成时，会存在具有较细颗粒的组分与具有较粗颗粒的组分的这种质量比。特别是，氧化物类的两种组分是氧化铝并且具有不同的粒度。特别是，作为较粗粒的组分可以使用具有小于四十五微米的粒度的氧化铝并且作为较细粒的组分可以使用具有在0.5微米至0.8微米的范围内的粒度的氧化铝。

在方法的一个改进方案中，使用硅酸盐类的莫来石。莫来石具有高的热学稳定性。特别是可以使用硅酸盐类的熔化莫来石。优选地，可以使用制造商treibacher的熔化莫来石alodurwfm(whitefusedmullite，白色熔化莫来石)。特别优选地，莫来石可以具有四十微米的粒度。使用氧化物类的氧化铝。氧化铝具有高的热学稳定性。特别是可以使用粗粒的氧化铝。优选地，可以使用制造商almatis的粗粒氧化铝tabularaluminat60，li。特别优选地，粗粒氧化铝可以具有小于四十五微米的粒度。还可以使用细粒氧化铝。优选地，可以使用制造商alcoa的细粒氧化铝ct-3000sg。特别优选地，细粒氧化铝可以具有在0.5微米至0.8微米的范围内的粒度和/或球形颗粒。

在该方法的一个改进方案中，将陶瓷粉末、分散剂和发泡剂加入到分散剂中以制造浆料。如果需要，当使用包含至少一种、优选两种或更多种仅氧化物类的组分的陶瓷粉末时，可以将粘合剂添加给浆料。在该方法的一个改进方案中，基于硅溶胶制造浆料，所述浆料具有陶瓷粉末，所述陶瓷粉末具有硅酸盐类的组分或由硅酸盐类的组分与至少一种氧化物类的组分构成的组合。在该方法的一个替选的改进方案中，水基地制造浆料，所述浆料具有陶瓷粉末，所述陶瓷粉末具有特别是仅氧化物类的组分。

在该方法的一个改进方案中，作为分散剂使用有机的和/或无碱的试剂。特别是，作为分散剂使用基于羧酸的试剂。优选地，作为分散剂可以使用制造商zschimmer&schwartz的试剂dolapixce64。通过添加分散剂可以实现至少两相的分散或稳定至少两相的分散。

在该方法的一个改进方案中，作为发泡剂使用阴离子表面活性剂。特别是使用基于脂肪醇硫酸酯的表面活性剂作为发泡剂。制造商zschimmer&schwartz的起泡剂w53优选可以用作为发泡剂。通过添加发泡剂可以使浆料发泡。通过发泡至不同的体积，可以产生不同密度的泡沫。特别是，将浆料借助于搅拌器发泡。可以提出，附加地将密度更大的层施加在外表面上。

泡沫的固化可以通过自固结来进行，只要发泡的浆料是基于硅溶胶制造的。替选地，泡沫的固化可以通过可水合的粘合剂来进行，只要发泡的浆料是水基制造的。

在该方法的一个改进方案中，为制造的包含至少一种、优选两种或更多种仅氧化物类的组分的陶瓷粉末添加粘合剂。粘合剂用于泡沫的固化/固结，只要泡沫是水基制造的。粘合剂可以直接在击打浆料之前加入到浆料中。特别是，作为粘合剂使用氧化铝。作为粘合剂可以使用可水合的氧化铝。优选地，作为粘合剂可以使用制造商almatis的氧化铝alphabond300。特别是，制造商almatis的氧化铝alphabond300的颗粒的百分之五十小于四至八微米(d50:4μm至8μm)。

在该方法的一个改进方案中，将泡沫为了成形和/或固化加入到优选不吸收的模具中，所述模具特别是具有光滑的表面。以这种方式形成的新鲜浇注件可以保留在模具中，直到其具有足以脱模的强度为止。由于光滑的表面，可以容易地将浇注件从模具中取出。特别是，固化可以通过自固结进行。

在该方法的一个改进方案中，将泡沫烧结。为此，将泡沫加热到最高温度，然后再次冷却。烧结在1500℃至1750℃的范围内的最高温度下进行。优选地，烧结在1600℃至1750℃的范围内的最高温度下进行。特别优选地，烧结在1700℃的最高温度下进行。在烧结时可以将固化的泡沫加热到高的温度。所述温度低于相应组分的熔化温度。以这种方式，在烧结时保持泡沫的构型。最高烧结温度的选择限定了随后的应用温度的上限。如果烧结例如在1700℃的最高温度下进行，那么以这种方式产生的工件可用于环境温度直至1700℃的应用。

在该方法的一个改进方案中，在最高温度下在六十分钟到一百八十分钟的范围内的时间段中进行烧结。优选地，在最高温度下在九十分钟到一百五十分钟的范围内的时间段中进行烧结。特别优选地，在最高温度下在一百二十分钟的时间段中进行烧结。总体上，将近似二十四小时的时间段用于加热、在最高温度下的保持和随后的冷却。

陶瓷吸收体根据本发明具有泡沫结构，所述泡沫结构基于陶瓷粉末，所述陶瓷粉末具有硅酸盐类的组分、氧化物类的组分或由硅酸盐类的组分和氧化物类的组分构成的组合，其中泡沫结构具有均匀的孔分布。

在一个有利的改进方案中，硅酸盐是莫来石和/或氧化物是氧化铝。莫来石还有氧化铝都具有高的热学稳定性。特别是，莫来石和氧化铝的组合可以提供具有高的耐热冲击性能的材料组合。

在一个改进方案中，硅酸盐类的组分的份额在五十重量％至六十重量％的范围内，并且氧化物类的组分的份额相应地在四十重量％至五十重量％的范围内。这种材料成分，特别是莫来石和氧化铝的组合，结合孔分布以有利的方式造成非常好的耐热冲击性能。材料特性、如e模量、热膨胀系数或热导率在此可以通过选择的成分根据具体要求改变和/或调整。

在一个改进方案中，泡沫结构是尤其朝向所有外表面开孔的结构。通过这种开孔孔隙度可限定流阻。优选地，泡沫结构具有在六十％至九十％的范围内的孔隙度和/或七十％至八十％的表面孔隙度。由于吸声泡沫陶瓷的高的孔隙度，所述吸声泡沫陶瓷可以非常简单地再加工。特别是，陶瓷泡沫的孔隙度可以借助于设定泡沫密度来确定，因为引入到泡沫中的空气体积和烧结的陶瓷体的孔隙度相互关联。孔分布在整个陶瓷吸收体上可以是均匀的。在外表面上可以设有密度更大的层。

在一个有利的改进方案中，孔构成为球形孔和/或基质孔。球形孔优选具有在六十微米至六百微米的范围内的直径。球形孔尤其具有在七十微米至三百微米的范围内的直径。基质孔优选具有小于三十微米的孔径。基质孔特别是具有小于十微米的孔径。通过孔几何形状和孔径可限定流阻。

在一个改进方案中，球形孔具有孔窗。孔窗的直径优选在四十微米至六十微米的范围内。孔窗的直径尤其是五十微米。通过孔窗的大小可限定流阻。

在一个有利的改进方案中，陶瓷吸收体具有在0.55g/cm³至0.70g/cm³的范围内的密度。特别是，可以经由尤其开孔的泡沫结构来设定密度。密度有利地在整个陶瓷吸收体上可以是均匀的。

在一个有利的改进方案中，陶瓷吸收体具有在二十赫兹至两万赫兹的频率范围内的吸声效果。所述频率范围包括例如燃气轮机中的燃烧振荡的频率进而可以用于衰减优选燃气轮机中的这种燃烧振荡。

在一个有利的改进方案中，陶瓷吸收体具有在10kpas/m²至3000kpas/m²的范围内的流阻。优选地，陶瓷吸收体具有在50kpas/m²至100kpas/m²的范围内的流阻。特定流阻的确定能够实现吸声度的计算。流阻可以经由初始的泡沫密度有针对性地设定，使得能够实现在特定的频率范围内的良好的吸收。

陶瓷吸收体在燃气轮机、高炉、催化器、多孔燃烧器或飞行器发动机中使用。优选地，前述陶瓷吸收体在燃气轮机、高炉、催化器、多孔燃烧器或飞行器发动机中使用。优选地，陶瓷吸收体根据前述方法制造。

附图说明

下面，根据附图阐述用于制造陶瓷吸收体的方法。附图示出：

图1示出用于制造陶瓷吸收体的方法的进程的流程图。

具体实施方式

图1示出用于制造陶瓷吸收体的方法的进程的流程图。方法步骤s10表示方法的开始，方法步骤s17表示方法的结束。

在方法步骤s11中提供陶瓷粉末。特别是，只要陶瓷粉末由多于一种组分构成，设定陶瓷粉末中的不同组分相对于彼此的比例。

下面示例性地描述用于制造陶瓷吸收体的方法的进程，其中陶瓷粉末由材料组合构成：

为了制造由硅酸盐和氧化物的材料组合构成的陶瓷粉末，在方法步骤s11中，将一种硅酸盐类的组分和两种氧化物类的组分结合。在本实施例中，作为硅酸盐使用莫来石。特别是制造商treibacher的熔化莫来石alodurwfm(whitefusedmullite，白色熔化莫来石)，其具有四十微米的粒度。氧化物类使用氧化铝。特别是氧化物类的两种组分是氧化铝。在此，使用粗粒的氧化铝和细粒的氧化铝。作为粗粒的氧化铝使用制造商almatis的氧化铝tabularaluminat60，li，其具有小于四十五微米的粒度。作为细粒的氧化铝使用制造商alcoa的氧化铝ct-3000sg，其具有在0.5微米至0.8微米的范围内的粒度和球状颗粒。具有较粗颗粒的氧化铝与具有较细颗粒的氧化铝的比例为六十质量％相比于四十质量％。莫来石和氧化铝的份额在本实施例中分别为五十重量％。可以提出莫来石与氧化铝的不同比例。陶瓷粉末可以具有在五十重量％至六十重量％的范围内的份额的莫来石和在四十重量％至五十重量％的范围内的份额的氧化铝。

在方法步骤s12中制造浆料。作为分散介质使用硅溶胶。硅溶胶是由二氧化硅构成的水性胶体悬浮液。在本实施例中，使用具有百分之三十的二氧化硅和具有八纳米的初级胶体大小的硅溶胶。为硅溶胶添加陶瓷粉末以及分散剂。借助于添加分散剂进行分散。作为分散剂在本实施例中使用制造商zschimmer&schwartz的试剂dolapixce64。

在方法步骤s13中将浆料发泡。在泡沫结构中产生均匀的孔分布。为此，首先为浆料添加发泡剂。作为发泡剂在本实施例中使用制造商zschimmer&schwartz的起泡剂w53。在添加发泡剂之后，将浆料借助于搅拌器发泡。发泡至不同体积能够实现产生不同密度的泡沫。所产生的泡沫密度在此处于0.4g/cm³至1.5g/cm³的范围内。由于非常好的泡沫稳定性，构成均匀的泡沫。

在方法步骤s14中进行泡沫成形。为此，将新鲜发泡的泡沫浇注到不吸收的模具中。特别是，不吸收的模具具有光滑的内壁。以这种方式形成的新鲜的浇注件留在模具中，直至所述浇注件通过自固结而具有足以脱模的强度。

在方法步骤s15中借助于自固结进行泡沫的固化。自固结通过溶胶基于由于氧化铝颗粒的水合作用引起的ph值下降的积聚或沉淀进行。以这种方式潮湿的陶瓷泡沫自己固化。接着，将固结的泡沫逐步地干燥。

在方法步骤s16中进行泡沫的烧结。在本实施例中，在1700℃的温度下和在两小时的时间段中进行烧结。可以提出在其他温度下和/或在其他时间段中的烧结。在烧结时出现收缩。借助于设定泡沫密度，确定在烧结之后的陶瓷泡沫的孔隙度，因为引入的空气体积和烧结的陶瓷的孔隙度相互关联。在烧结之后，陶瓷体具有在0.55g/cm³至0.70g/cm³的范围内的密度。

下面，同样示例性地描述用于制造陶瓷吸收体的方法的进程，其中陶瓷粉末由硅酸盐构成或由氧化物构成：

为了制造仅由硅酸盐构成的陶瓷粉末，作为陶瓷粉末在步骤s11中使用莫来石。特别是使用制造商treibacher的熔化莫来石alodurwfm(whitefusedmullite，白色熔化莫来石)，其具有四十微米的粒度。其他方法步骤s12至s16对应于之前所描述的方法步骤。

为了制造仅由氧化物构成的陶瓷粉末，在方法步骤s11中将氧化物类的两种组分结合。在本实施例中，作为氧化物使用氧化铝。特别是，两种氧化物类的组分都是氧化铝。在此，不仅使用粗粒氧化铝而且使用细粒氧化铝。作为粗粒氧化铝使用制造商almatis的氧化铝tabularaluminat60，li，其具有小于四十五微米的粒度。作为细粒氧化铝使用制造商alcoa的氧化铝ct-3000sg，其具有在0.5微米至0.8微米的范围内的粒度和球形颗粒。具有较粗的颗粒的氧化铝与具有较细的颗粒的氧化铝的比值为七十质量％相比于三十质量％。

在方法步骤s12中，水基地制造浆料。浆料包含仅由氧化物构成的陶瓷粉末以及分散剂。借助于添加分散剂进行分散。作为分散剂在本实施例中使用制造商zschimmer&schwartz的试剂dolapixce64。在方法步骤s13中跟随的浆料发泡之前为悬浮液附加地添加用于随后的固结的粘合剂。

在方法步骤s13中，将浆料发泡。在泡沫结构中产生均匀的孔分布。为此首先将发泡剂添加到浆料中。作为发泡剂在本实施例中使用制造商zschimmer&schwartz的起泡剂w53。随后将浆料借助于搅拌器发泡。发泡到不同体积能够实现产生不同密度的泡沫。所产生的泡沫密度在此在0.75g/cm³至0.9g/cm³的范围内。

在方法步骤s14中进行泡沫的成形。为此将新鲜发泡的泡沫浇注到不吸收的模具中。特别是，不吸收的模具具有光滑的内壁。以这种方式形成的新鲜的浇注件留在模具中，直至其通过固结而具有足以脱模的强度。

在方法步骤s15中借助于固结进行泡沫的固化。固结借助于在方法步骤s12中添加的粘合剂的水合作用进行。以这种方式，潮湿的陶瓷泡沫自己固化。接着，将固结的泡沫逐步干燥。

在方法步骤s16中进行泡沫的烧结。在本实施例中，在1700℃的温度下和在两小时的时间段中进行烧结。可以提出在其他温度下和/或在其他时间段中的烧结。在烧结时出现收缩。借助于泡沫密度的设定确定在烧结之后的陶瓷泡沫的孔隙度，因为引入的空气体积和烧结的陶瓷的孔隙度相互关联。在烧结之后，陶瓷体具有在0.55g/cm³至0.70g/cm³的范围内的密度。