Manufacture, properties and application of open-pore sintered glasses and open-pore sintered glass-ceramics

Abstract

A new process was developed for the manufacture of open-pore sintered glass and glass-ceramics with defined porosity according to the filler principle. Fine-grained glass powder is homogeneously mixed with an inorganic salt of specified grain size and sintered. The salt is washed out, its grain size allowing the adjustment of the mean pore diameter between 5 and 350 μm accompanied by a sharp pore size distribution. The quantity of inorganic salt determines the open pore volume between 20 and 80 vol%. The manufacture of an open-pore sintered glass-ceramic requires a crystallizable glass powder. Depending on the choice of glass powder and inorganic salt compositions inert behavior can be maintained, or ion exchange takes place leading to new compositions and properties. Properties are a consequence of defined porosity and the microstructure of the skeleton material. Maximum working temperatures may reach about 750 °C in the case of sintered glasses and up to 1400 °C in the case of sintered glass-ceramics. The application of the open-pore materials results from their selectively adjustable porosity: filtration of gases and liquids; separating processes; storage, conduction and distribution of liquids; electric and thermal insulation; catalyst carriers; biotechnology. Für die Herstellung offenporiger Sintergläser und Sinterglaskeramiken mit definierter Porosität wurde ein neues Herstellungsverfahren auf der Basis des Füllstoff-Prinzips entwickelt. Feingemahlenes Glaspulver wird mit einem anorganischen Salz vorgegebener Körnung homogen vermischt und versintert. Das Salz wird herausgewaschen, und seine Körnung erlaubt es, den mittleren Porendurchmesser zwischen 5 und 350 μm einzustellen, wobei eine enge Porengrößenverteilung erreicht wird. Durch die Menge des anorganischen Salzes läßt sich das offene Porenvolumen zwischen 20 und 80 Vol.-% variieren. Die Herstellung offenporiger Sinterglaskeramiken geht von einem kristallisierbaren Glaspulver aus. Durch die Wahl der Zusammensetzungen von Glaspulver und anorganischem Salz läßt sich inertes Verhalten erreichen, oder es findet ein lonenaustausch statt, der zu neuen Zusammensetzungen und Eigenschaften führt. Die Eigenschaften leiten sich aus der definierten Porosität und dem Gefüge des Gerüstmaterials ab. Die Anwendungstemperaturen betragen bis zu 750 °C im Fall der Sintergläser und bis etwa 1400 °C für Sinterglaskeramiken. Die Anwendungen offenporiger Materialien ergeben sich aus der gezielt einstellbaren Porosität: Filtration von Gasen und Flüssigkeiten; Trennprozesse; Speichern, Leiten und Verteilen von Flüssigkeiten; elektrische und thermische Isolation; katalytisches Trägermaterial; Biotechnologie.