AT528252A1 - CERAMIC INSULATOR-CONDUCTOR COMPOSITE MATERIAL - Google Patents

CERAMIC INSULATOR-CONDUCTOR COMPOSITE MATERIAL

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AT528252A1 ATA50387/2024A AT503872024A AT528252A1 AT 528252 A1 AT528252 A1 AT 528252A1 AT 503872024 A AT503872024 A AT 503872024A AT 528252 A1 AT528252 A1 AT 528252A1
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Abstract

Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter Verbundwerkstoff (1) mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats, 9 bis 38 Vol.% eines Carbids und mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers Elektroden (3) in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind.Electrically conductive ceramic insulator conductor composite material (1) with a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body (2), wherein the honeycomb body (2) comprises at least 60 vol% of an insulating silicate, 9 to 38 vol% of a carbide and at least 2% of a sinter additive, wherein electrodes (3) in the form of metallic layers are applied to two opposite lateral surfaces of the cuboid honeycomb body.

Description

KERAMISCHER ISOLATOR-LEITER-VERBUNDWERKSTOFF CERAMIC INSULATOR-CONDUCTOR COMPOSITE MATERIAL

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoffs mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper. Weiters betrifft die Erfindung einen elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoffs mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper. Schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen dieses Verbundwerkstoffs. The present invention relates to a method for producing an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material comprising a silicate ceramic conductive, cuboid honeycomb structure. The invention further relates to an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material comprising a silicate ceramic conductive, cuboid honeycomb structure. Finally, the invention relates to uses of this composite material.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Die Struktur und Eigenschaften von Wabenkörpern, insbesondere deren großes Oberflächenzu-Volumen-Verhältnis, das einen effizienten Stoff- und Wärmeübergang begünstigt, erlauben eine Vielzahl von Anwendungen. Wabenkörper finden daher z.B. in der Abgasreinigung oder in chemischen Reaktoren Einsatz. In der Abgasreinigung von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kommen beispielsweise seit Jahrzenten keramische Wabenkörper aufgrund des limitierten Platzangebots zum Einsatz. Die Wabenkörper weisen in der Regel eine kreiszylindrische Form auf. Der runde OQuerschnitt ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung, was zu einer verbesserten mechanischen Stabilität führt vor allem im Zusammenhang mit Druckbelastungen. Auch die Einhausung von Wabenkörpern mit rundem Querschnitt in ein metallisches Gehäuse und die Verbindung mit zu- und abführenden Rohrleitungen ist gegenüber anderen Formen einfacher. Cordierit, ein kristallines Material aus der Gruppe der Silikatkeramiken, zeichnet sich durch seine geringe Wärmeausdehnung, hohe Temperaturbeständigkeit und geringe Dichte aus, wodurch es ideal für Anwendungen als Wabenkörper geeignet ist. Zur effizienten Reduzierung von Schadstoffen, wie auch für jeden anderen chemischen Prozess, wird jedoch eine bestimmte Reaktionstemperatur benötigt, welche für gewöhnlich deutlich über der Umgebungstemperatur liegt. Cordierit bzw. Silikatkeramiken im Allgemeinen weisen isolierende Eigenschaften auf und eignen sich somit nicht für eine Widerstandsbeheizung. Im Stand der Technik werden deshalb diese Wabenstrukturen indirekt beheizt, beispielsweise über externe Gasbrenner, mittels Durchströmung von Gas mit erhöhter Temperatur, über eingebettete Heizelemente oder durch Infrarotstrahler. Eine direkte Beheizung der Wabenstruktur, vor allem in Form von Widerstandsbeheizung, ermöglicht eine Optimierung der Energieeffizienz. Das dafür nötige Material muss eine gute elektrische Leitfähigkeit, sowie hohe thermische und chemische The structure and properties of honeycomb cores, particularly their large surface-to-volume ratio, which promotes efficient mass and heat transfer, allow for a wide range of applications. Honeycomb cores are therefore used, for example, in exhaust gas purification and chemical reactors. In the exhaust gas purification of vehicles with combustion engines, ceramic honeycomb cores have been used for decades due to the limited space available. These cores typically have a circular cylindrical shape. The round cross-section enables even load distribution, resulting in improved mechanical stability, especially under pressure. Enclosing honeycomb cores with a round cross-section in a metallic housing and connecting them to inlet and outlet pipes is also simpler compared to other shapes. Cordierite, a crystalline material from the group of silicate ceramics, is characterized by its low thermal expansion, high temperature resistance, and low density, making it ideally suited for honeycomb core applications. For the efficient reduction of pollutants, as with any other chemical process, a specific reaction temperature is required, which is usually significantly higher than the ambient temperature. Cordierite, or silicate ceramics in general, exhibit insulating properties and are therefore unsuitable for resistance heating. In the prior art, these honeycomb structures are thus heated indirectly, for example, via external gas burners, by flowing through them with elevated-temperature gas, via embedded heating elements, or by infrared radiators. Direct heating of the honeycomb structure, especially in the form of resistance heating, allows for optimization of energy efficiency. The material required for this must have good electrical conductivity as well as high thermal and chemical resistance.

Beständigkeit aufweisen. exhibit durability.

den Umfang verteilt und über die gesamte Länge des Substrats vorgesehen. distributed around the circumference and provided over the entire length of the substrate.

Des Weiteren beschreibt US 2012/0076699 A1 eine kreiszylindrische Wabenstruktur mit einem Paar Elektroden, die auf einer äußeren Umfangsfläche so ausgebildet sind, dass die Elektroden einander in Richtung des Durchmessers des Wabenkörpers gegenüberliegen und einen Elektrodenanschluss aufweisen, der in einem zentralen Teil jeder Elektrode ausgebildet ist, Furthermore, US 2012/0076699 A1 describes a circular cylindrical honeycomb structure with a pair of electrodes formed on an outer circumferential surface such that the electrodes are opposite each other in the direction of the diameter of the honeycomb body and have an electrode connection formed in a central part of each electrode.

wobei die Dicke jeder Elektrode vom Zentrum nach Außen abnimmt. where the thickness of each electrode decreases from the center outwards.

WO 2020/102536 A1 offenbart leitfähige keramische Körper mit einer Carbidphase und einer Silizidphase, wobei in diese Phasen jeweils ein Metall eingelassen ist. Die Carbidphase besteht aus SiC zu einem Anteil von 45 bis 90 Gew.% und die Silizidphase besteht aus MoSiz und MosSiz zu 10 bis 55 Gew.%. WO 2020/102536 A1 discloses conductive ceramic bodies with a carbide phase and a silicide phase, each phase containing a metal. The carbide phase consists of SiC in a proportion of 45 to 90 wt.% and the silicide phase consists of MoSiz and MosSiz in a proportion of 10 to 55 wt.%.

AT 525.295 Al offenbart leitfähige, silikatkeramische Körper, umfassend mindestens 50 Gew.% eines Silikats und mindestens 5 Gew.% eines Borids, sowie gegebenenfalls Carbide AT 525.295 Al discloses conductive silicate ceramic bodies comprising at least 50 wt.% of a silicate and at least 5 wt.% of a boride, and optionally carbides.

und Silizide. and silicides.

EP 2 140 927 A1 beschreibt einen quaderförmigen Wabenkörper aus isolierender Keramik, insbesondere Silikatkeramik, Porzellan oder Aluminium-Magnesiumsilikat, zur thermischen und katalytischen Abgasreinigung, mit mehreren, von einem Fluid durchströmbaren EP 2 140 927 A1 describes a cuboid honeycomb body made of insulating ceramic, in particular silicate ceramic, porcelain or aluminium-magnesium silicate, for thermal and catalytic exhaust gas purification, with several channels through which a fluid can flow.

Fluidkanälen, mit einer Beschichtung aus katalytisch wirkenden Nanopartikeln. Fluid channels with a coating of catalytically active nanoparticles.

Die in dem Stand der Technik beschriebenen leitfähigen keramischen Wabenkörper basieren zum größten Teil auf einem Verbund von ausschließlich leitfähigen Keramiken, welche im Gegensatz zu Silikatkeramiken Nachteile in den Materialeigenschaften aufweisen: Z.B. sind sie spröde oder sie weisen eine geringe Temperaturwechselstabilität auf. Des Weiteren ist geometriebedingt, zylindrischer Wabenkörper, eine homogene Stromeinbringung und somit The conductive ceramic honeycomb structures described in the prior art are largely based on a composite of exclusively conductive ceramics, which, unlike silicate ceramics, have disadvantages in their material properties: for example, they are brittle or exhibit low thermal shock stability. Furthermore, due to their cylindrical honeycomb geometry, homogeneous current flow is limited, and therefore...

Temperaturgleichverteilung erschwert. Temperature distribution becomes more difficult.

Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen, keramischen Verbundkörpers, welcher trotz effektiver elektrischer Leitfähigkeit die vorzüglichen Materialeigenschaften von Silikatkeramiken beibehält und eine homogene The object of the present invention is therefore a method for producing a conductive ceramic composite body which, despite effective electrical conductivity, retains the excellent material properties of silicate ceramics and exhibits a homogeneous

Temperaturverteilung gewährleistet, bereitzustellen. To ensure temperature distribution.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoffs mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper, wobei der Wabenkörper ° mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats ° 9 bis 38 Vol.% eines Carbids und ° mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers Elektroden in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst a) Bereitstellung einer Mischung des Silikats, des Carbids und des Sinteradditivs mit einem Bindemittel, b) Extrudieren der Mischung aus Schritt a) zu einem quaderförmigen Wabenkörper, c) Trocknen der geformten Mischung aus Schritt b), d) Erwärmen der geformten Mischung aus Schritt c) auf 200°C — 400°C, e) Sintern in kontrollierter Atmosphäre bei 1150°C bis 1300°C, The problem is solved by a method for producing an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material with a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body, wherein the honeycomb body comprises at least 60 vol% of an insulating silicate, 9 to 38 vol% of a carbide, and at least 2% of a sintering additive, wherein electrodes in the form of metallic layers are applied to two opposing lateral surfaces of the cuboid honeycomb body, the method comprising the steps of: a) providing a mixture of the silicate, the carbide, and the sintering additive with a binder; b) extruding the mixture from step a) into a cuboid honeycomb body; c) drying the formed mixture from step b); d) heating the formed mixture from step c) to 200°C–400°C; and e) sintering in a controlled atmosphere at 1150°C to 1300°C,

f) Mechanisch und/oder chemisches Reinigen der für die Elektroden vorgesehenen Flächen, g) Aktivieren der für die Elektroden vorgesehenen Flächen, f) Mechanical and/or chemical cleaning of the surfaces intended for the electrodes, g) Activation of the surfaces intended for the electrodes,

h) Aufbringen der Elektroden durch Metallisieren der gereinigten Flächen. h) Applying the electrodes by metallizing the cleaned surfaces.

Das Silikat, Carbid und Sinteradditiv liegen vorzugsweise pulverförmig vor. Die Partikelgrößen des Pulvers liegen bevorzugt zwischen 1 um und 40 um. Als Bindemittel und Hilfsstoffe, um die gewünschten rheologischen Eigenschaften für die Extrusion zu erhalten, kommen beispielsweise Wasser, Methylcellulose, PEG, PVA, Bentonit, Tenside und Trennöle zum The silicate, carbide, and sinter additive are preferably in powder form. The particle sizes of the powder are preferably between 1 µm and 40 µm. Binders and additives used to achieve the desired rheological properties for extrusion include, for example, water, methylcellulose, PEG, PVA, bentonite, surfactants, and release agents.

Einsatz. Als Silikat kommen vorzugsweise Cordierit, Steatit und / oder Mullit zum Einsatz. Application. Cordierite, steatite and/or mullite are preferably used as silicates.

aufgebracht. upset.

Das Extrudieren der Mischung in Schritt b) zu einem quaderförmigen Wabenkörper kann durch Extrusion der Mischung aus a) durch ein rechteckiges oder quadratisches Werkzeug zu einem quadratischen oder rechteckigen Strang erfolgen. Der Strang wird dann an den Enden aus dem The extrusion of the mixture in step b) into a cuboid honeycomb body can be achieved by extruding the mixture from a) through a rectangular or square die into a square or rectangular strand. The strand is then cut at the ends from the

Werkzeug durch Schneidemittel in die gewünschte Länge gebracht. The tool is brought to the desired length using a cutting agent.

Der Schritt des Trocknens der geformten Mischung aus Schritt b) in Schritt c) erfolgt unter kontrollierten Bedingungen (Luftfeuchtigkeit, Temperatur), vorzugsweise in einer Klimakammer, um die Feuchtigkeit des keramischen Körpers langsam zu reduzieren und The drying step of the shaped mixture from step b) in step c) takes place under controlled conditions (humidity, temperature), preferably in a climate chamber, to slowly reduce the moisture content of the ceramic body and

Rissbildung zu vermeiden. To avoid cracking.

Bevorzugt erfolgt Schritt d) bei 250 — 300 °C mit einer geringen Heizrate während des Aufheizens von Raum- auf Prozesstemperatur von maximal 1,5 K/min‘!. Dieser Schritt dient dem Entfernen organischer Zusatzstoffe im Bindemittel. Preferably, step d) is carried out at 250–300 °C with a low heating rate of a maximum of 1.5 K/min during the heating from room to process temperature. This step serves to remove organic additives from the binder.

Das Sintern in Schritt e), erfolgt in kontrollierter, sauerstofffreier Atmosphäre. The sintering in step e) takes place in a controlled, oxygen-free atmosphere.

Bevorzugt erfolgt Schritt f) durch Sandstrahlen und anschließender chemischer Entfettung z.B. mit einer Lösung aus Dinatriuummetasilikat, Natronlauge, Natriuumcarbonat und ggf. einem Tensid bei 50°C — 80°C für 5 — 15 min. Preferably, step f) is carried out by sandblasting followed by chemical degreasing, e.g. with a solution of disodium metasilicate, sodium hydroxide, sodium carbonate and, if necessary, a surfactant at 50°C — 80°C for 5 — 15 min.

Schritte d) und e) werden bevorzugt in einer Ofenfahrt durchgeführt. Steps d) and e) are preferably carried out in one furnace run.

Schritt g) findet vorzugsweise durch Kontaktierung mit in Wasser gelöster Zitronensäure für Step g) preferably takes place by contact with citric acid dissolved in water for

ca. 60 s bei Raumtemperatur statt. Das Metallisieren der Flächen in Schritt h), erfolgt vorzugsweise durch Galvanisieren, approximately 60 s at room temperature. The metallization of the surfaces in step h) is preferably carried out by electroplating.

chemisches Beschichten, durch das Aufbringen eines flüssigen oder pulverförmigen chemical coating, by applying a liquid or powdered coating

Beschichtungsstoffs, Lot- oder Druckverfahren (z.B. Siebdruck). coating material, soldering or printing processes (e.g. screen printing).

Elektroden in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind. Electrodes are applied in the form of metallic layers.

Die Elektroden in Form von metallischen Schichten sind vorzugsweise über die gesamte Länge oder sektoral auf den gegenüberliegenden Flächen des quaderförmigen Wabenkörpers The electrodes, in the form of metallic layers, are preferably arranged over the entire length or sectorally on the opposite surfaces of the cuboid honeycomb body.

aufgebracht. upset.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Summe aus Carbid und Sinteradditiv mindestens 18 Vol.% betragen und der Anteil an Carbid in der Mischung Carbid- Sinteradditiv mindestens 50 Vol.% beträgt. Preferably, the sum of carbide and sinter additive is at least 18 vol.% and the proportion of carbide in the carbide-sinter additive mixture is at least 50 vol.%.

Das Silikat ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cordierit, Steatit, Mullit oder Mischungen daraus. Bevorzugt umfasst das Silikat Cordierit. Das Carbid ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiC und/oder TiC. Das Sinteradditiv ist vorzugsweise The silicate is preferably selected from the group consisting of cordierite, steatite, mullite, or mixtures thereof. Preferably, the silicate comprises cordierite. The carbide is preferably selected from the group consisting of SiC and/or TiC. The sintering additive is preferably

Kohlenstoff oder Borid, besonders bevorzugt TiB2, ZrB2 oder Mischungen daraus. Carbon or boride, especially preferably TiB2, ZrB2 or mixtures thereof.

Der Wabenkörper weist vorzugweise einen rechteckigen Querschnitt oder einen quadratischen The honeycomb structure preferably has a rectangular or square cross-section.

Querschnitt auf. Beim elektrisch leitenden Körper besteht die Maßgabe, dass die Metallschicht der Elektrode einen geringeren elektrischen Widerstand als die Keramik aufweist. Die Dicke der Cross-section. For electrically conductive bodies, the requirement is that the metal layer of the electrode has a lower electrical resistance than the ceramic. The thickness of the

Metallschicht beträgt maximal 500 um, vorzugsweise zwischen 20 und 200 um. The metal layer is a maximum of 500 µm, preferably between 20 and 200 µm.

Die Elektroden in Form von metallischen Schichten sind teilweise oder ganzflächig The electrodes, in the form of metallic layers, are partially or completely covered.

aufgebracht. upset.

welcher durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, z.B. Löten, hergestellt wird. which is produced by a material-joining process, e.g. soldering.

Der keramische, leitfähige Wabenkörper mit Metallisierung weist eine dauerhafte thermische Stabilität bis 1000 °C, kurzfristig bis 1100 °C auf. Das erfindungsgemäße keramische Material weist einen spezifischen Widerstand bei 30 °C zwischen 1:10? bis 1:10* Qm auf. Außerdem weist der leitfähige Körper eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit auf, d.h. bei The ceramic, conductive honeycomb body with metallization exhibits permanent thermal stability up to 1000 °C, and up to 1100 °C for short periods. The ceramic material according to the invention has a specific resistance at 30 °C between 1:10⁻⁵ and 1:10⁻⁵ m. Furthermore, the conductive body exhibits excellent thermal shock resistance, i.e.,

einer schlagartigen Abkühlung von 800 auf 0°C ist der Körper stabil. The body remains stable after a sudden cooling from 800 to 0°C.

Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung des leitfähigen Körpers der vorgenannten Art als Träger für die Abgasreinigung. Finally, the invention relates to the use of the conductive body of the aforementioned type as a carrier for exhaust gas purification.

Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung des leitfähigen Körpers der vorgenannten Art The invention further relates to the use of the conductive body of the aforementioned type.

als chemischen Reaktor. as a chemical reactor.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des leitfähigen Körpers der vorgenannten Art The invention also relates to the use of the conductive body of the aforementioned type.

als Träger für Temperaturwechsel-Ad- oder Absorptionen. as a carrier for temperature change adsorption or absorption.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Anhand von Beispielen und Figuren wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. The invention will be explained in more detail below using examples and figures.

Es zeigt in den Figuren: It shows in the figures:

Fig. 1 zeigt einen elektrisch leitfähigen, keramischen —Isolator-LeiterVerbundwerkstoffs nach Stand der Technik im Querschnitt. Fig. 1 shows a cross-section of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite material according to the state of the art.

Fig. 2 zeigt einen elektrisch leitfähigen, keramischen —Isolator-LeiterVerbundwerkstoff gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to the invention.

Fig. 3bis6 zeigen Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoffe im Schrägriss. Figures 3 to 6 show embodiments of electrically conductive ceramic insulator-conductor composite materials according to the invention in oblique projection.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff. Fig. 7 shows a cross-section through an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to the invention.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen elektrisch Fig. 8 shows a cross-section through another electrical device according to the invention.

leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff. conductive, ceramic insulator-conductor composite material.

Schrägriss. Oblique crack.

Die Entwicklung eines elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoffs mit einer Silikatkeramik als Grundlage in Form eines quaderförmigen Wabenkörpers bietet die Möglichkeit, ein Material zu schaffen, das die ausgezeichneten Eigenschaften von Silikatkeramiken und deren vergleichsweise niedrige Sintertemperatur, mit zusätzlichen Materialeigenschaften wie guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit kombiniert. Die Verbindung unterschiedlicher Materialien zu einem elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-Leiter- Verbundwerkstoff setzt ähnliche Oberflächenenergien für eine ausreichende Benetzung, ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten für eine gemeinsame Verarbeitungen, The development of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite with a silicate ceramic base in the form of a cuboid honeycomb structure offers the possibility of creating a material that combines the excellent properties of silicate ceramics and their comparatively low sintering temperature with additional material properties such as good electrical and thermal conductivity. The combination of different materials into an electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite requires similar surface energies for sufficient wetting and similar coefficients of thermal expansion for joint processing.

sowie eine ausreichende Verdichtung des Keramik-Komposits während des Sinterns voraus. as well as sufficient compaction of the ceramic composite during sintering.

Eine hohe Porosität des Verbundmaterials würde ein durchgängiges leitfähiges Netzwerk im Wabenkörper und somit eine effektive Leitfähigkeit verhindern. Der Umschlag von isolierend zu leitfähig für einen Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff tritt bei einer kritischen Volumenskonzentration an leitfähiger Phase in der isolierenden Silikatkeramik schlagartig (Perkolationsschwelle) auf. Bei niedrigen Konzentrationen ist der Abstand zwischen den elektrisch leitfähigen Partikeln, die über die isolierende Matrix verteilt sind, groß und es besteht kaum oder keine Verbindung. Die Möglichkeit ein verbundenes Netzwerk zu bilden, steigt mit High porosity of the composite material would prevent a continuous conductive network within the honeycomb structure and thus effective conductivity. The transition from insulating to conductive for an insulator-conductor composite occurs abruptly (percolation threshold) at a critical volume concentration of the conductive phase in the insulating silicate ceramic. At low concentrations, the distance between the electrically conductive particles distributed across the insulating matrix is large, and there is little or no connection. The possibility of forming a connected network increases with

zunehmenden Volumenanteil leitfähiger Partikel. increasing volume fraction of conductive particles.

Aufgrund des volumenmäßig größten Anteils an Silikatkeramik liegt die Sintertemperatur des Verbundmaterials, welches die vorliegende Erfindung betrifft, im Bereich von Silikatkeramiken (-1200°C), welche deutlich niedriger ist als die Sintertemperatur für Carbide (>1900 °C). Um trotzdem eine ausreichende Verdichtung des Verbundwerkstoffes zu erzielen, wird zusätzlich ein Sinteradditiv mit mindestens 2 Vol.% beigemengt, beispielsweise Kohlenstoff, Borid oder Aluminium, können die Verdichtung von Carbid bzw. /dem Due to the largest volume fraction of silicate ceramic, the sintering temperature of the composite material relating to the present invention is in the range of silicate ceramics (-1200°C), which is significantly lower than the sintering temperature for carbides (>1900°C). To nevertheless achieve sufficient densification of the composite material, a sintering additive of at least 2 vol.% is added, for example, carbon, boride, or aluminum.

Verbundwerkstoff positiv beeinflussen. Im Vergleich zu metallischen Wabenkörper haben keramische Wabenkörper den Vorteil, dass Composite materials have a positive influence. Compared to metallic honeycomb structures, ceramic honeycomb structures have the advantage that

auf keramische Wabenkörper aufgrund einer erhöhten Oberflächenrauheit vergleichsweise on ceramic honeycomb bodies due to a comparatively increased surface roughness

einfach eine funktionelle Beschichtung, welche die innere Oberfläche erhöht, aufgebracht simply a functional coating that increases the inner surface area was applied.

bis zu 1100 °C auf. up to 1100 °C.

Die meisten keramischen und elektrisch leitenden Materialien weisen jedoch einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, der elektrische Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab. Im Vergleich zu metallischen Wabenkörpern, bestehen hier keine selbstregulierenden Eigenschaften. Mit steigender Temperatur sinkt der Widerstand weiter, was zu einem erhöhten Stromfluss und einer weiteren Erwärmung und schließlich zu einer Überhitzung führen kann. Aus diesem Grund ist die in dieser Erfindung beschriebene Kontaktierung und homogene Stromeinbringung (Vermeidung von Spitzenkontakten und Hot Spots) in ein keramisches, Most ceramic and electrically conductive materials, however, exhibit a negative temperature coefficient; their electrical resistance decreases with increasing temperature. In contrast to metallic honeycomb structures, these materials lack self-regulating properties. As the temperature rises, the resistance decreases further, which can lead to increased current flow, further heating, and ultimately overheating. For this reason, the contacting and homogeneous current introduction (avoiding point contacts and hot spots) described in this invention into a ceramic,

leitfähiges Verbundmaterial ausschlaggebend für dessen Funktionalität. Conductive composite material is crucial for its functionality.

Aufgrund der vergleichsweise hohen Oberflächenrauheit keramischer Oberflächen und teilweisen Oxidation an der Oberfläche ergibt sich ein großer Übergangswiderstand. Dies kann dazu führen, dass bei punktueller Kontaktierung der leitfähigen Keramik beim Stromdurchtritt ein sehr großer Widerstand auftritt, was eine hohe Leistung an der Kontaktstelle und damit verbunden eine lokale Erwärmung der Kontaktierung bis hin zum Versagen als Folge hat. Für eine verlustarme und gleichmäßige Stromeinbringung in den keramischen, leitfähigen Wabenkörper ist aus diesem Grund eine flächige Metallisierung (=Elektrode) der Keramik am Ort der Stromeinbringung notwendig. Diese Elektrode muss einerseits einen stoffschlüssigen Kontakt mit der Keramik garantieren, um eine Oxidation zwischen Keramik und Metall zu verhindern. Andererseits ist für eine gleichmäßige Stromeinbringung notwendig, dass die Elektrode einen geringeren Widerstand als die Keramik aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Elektrode und Keramik ist es weiters notwendig, dass die Metallschicht (Elektrode) eine gewisse Dicke (ca. 500 um) nicht überschreitet, um bei raschen Auf- und Abkühlvorgängen einen Bruch des keramischen Wabenkörpers aufgrund von Schub- bzw. Zugspannungen zu vermeiden. Für die Güte der Due to the comparatively high surface roughness of ceramic surfaces and partial surface oxidation, a high contact resistance results. This can lead to very high resistance when current flows through the conductive ceramic at a single point, resulting in high power at the contact point and consequently local heating of the contact, potentially leading to failure. Therefore, for low-loss and uniform current application into the ceramic, conductive honeycomb structure, a surface metallization (electrode) of the ceramic at the point of current application is necessary. This electrode must, on the one hand, guarantee a metallurgical bond with the ceramic to prevent oxidation between the ceramic and the metal. On the other hand, for uniform current application, the electrode must have a lower resistance than the ceramic. Due to the different coefficients of thermal expansion of the metallic electrode and the ceramic, it is also necessary that the metal layer (electrode) does not exceed a certain thickness (approx. 500 µm) in order to prevent breakage of the ceramic honeycomb structure due to shear or tensile stresses during rapid heating and cooling processes. For the quality of the

stoffschlüssigen Verbindung ist eine vorherige mechanisch und chemische Reinigung der A material-bonded connection requires prior mechanical and chemical cleaning of the

mittels Lots oder Druck von metallischen Pasten (z.B. Siebdruckverfahren). by means of solder or printing of metallic pastes (e.g. screen printing process).

Eine weitere Herausforderung in diesem Zusammenhang stellt der normalerweise runde Querschnitt des Wabenkörpers 2 bei Verbundköpern 1 dar. Der runde Querschnitt ermöglicht eine gleichmäßigere Lastverteilung, was zu einer verbesserten mechanischen Stabilität führt vor allem im Zusammenhang mit Druckbelastungen. Auch die Einhausung von Wabenkörpern 2 mit rundem Querschnitt gemäß Stand der Technik (Fig. 1) in ein metallisches Gehäuse und Verbindung mit zu- und abführenden Rohrleitungen ist gegenüber anderen Formen einfacher. Erfolgt die Stromeinbringung bei einem runden Querschnitt über Elektroden 3 an der Kreiszylindermantelfläche, führt dies jedoch dazu, dass sich der Strom den kürzesten Leiterpfad sucht. In Kombination mit dem negativen Temperaturkoeffizienten keramischer Leiter, werden dadurch nur einzelne, kurze Pfade stark erwärmt, während längere Pfade entlang des Querschnitts stromlos bleiben. Es hat sich gezeigt, dass ein runder Querschnitt eine inhomogene Strom- und Leistungsdichte liefert, da die Strompfade (angedeutet durch die unterschiedlich schattierten Pfeile) unterschiedlich lang sind. Bei einem quaderförmigen Wabenkörper 2 bewirkt der rechteckige Querschnitt eine homogene Strom- und Leistungsdichte, da der Strom stets dieselbe Länge zurücklegen muss (Fig. 2). Dabei sind die Elektroden 3 als metallische Another challenge in this context is the typically round cross-section of the honeycomb structure 2 in composite bodies 1. The round cross-section allows for a more uniform load distribution, leading to improved mechanical stability, especially under compressive loads. Enclosing honeycomb structures 2 with a round cross-section, as per the prior art (Fig. 1), in a metallic housing and connecting them to inlet and outlet pipes is also simpler compared to other shapes. However, if the current is introduced via electrodes 3 on the cylindrical surface of a round cross-section, the current seeks the shortest path. In combination with the negative temperature coefficient of ceramic conductors, this results in only a few short paths being heated significantly, while longer paths along the cross-section remain currentless. It has been shown that a round cross-section provides an inhomogeneous current and power density because the current paths (indicated by the differently shaded arrows) are of varying lengths. In a cuboid honeycomb structure 2, the rectangular cross-section results in a homogeneous current and power density, since the current always has to travel the same distance (Fig. 2). The electrodes 3 are metallic.

Schichten an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen aufgebracht. Layers applied to two opposite surfaces of the hull.

Durch das vollflächige oder partielle Aufbringen der Elektroden 3 kann der silikatkeramische Wabenkörper 2 vollständig (Fig. 4), annähernd vollständig (Fig. 3 und 5) oder nur partiell (sektoral, Fig. 6) beheizt werden. By applying the electrodes 3 over the entire surface or partially, the silicate ceramic honeycomb body 2 can be heated completely (Fig. 4), almost completely (Figs. 3 and 5) or only partially (sectoral, Fig. 6).

Eine Kontaktierung der Stirnseiten scheidet aus, da dadurch ein direkter Kontakt zwischen Elektrode 3 und durchströmenden Fluids entstehen würde, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko sowie eine mögliche Korrosion der Elektrode 3 mit sich bringt. Um eine gleichmäßige Stromund Temperaturverteilung entlang des Querschnitts sicherzustellen und trotzdem den Kontakt zwischen Elektrode 3 und durchströmenden Fluids zu vermeiden, wurde das hier vorgestellte Design mit rechteckigem, vorzugsweise quadratischem, Querschnitt des Wabenkörpers und Kontaktierung (Fig. 2), ganzflächig oder teilweise über die Länge (Fig. 3 bis 5), an zwei Contacting the end faces is not possible, as this would create direct contact between electrode 3 and the flowing fluid, posing a significant safety risk and potentially leading to corrosion of electrode 3. To ensure a uniform current and temperature distribution along the cross-section while still avoiding contact between electrode 3 and the flowing fluid, the design presented here, with a rectangular, preferably square, cross-section of the honeycomb body and contacting (Fig. 2), either across the entire surface or partially along its length (Figs. 3 to 5), was implemented on two

gegenüberliegende Mantelflächen entworfen. opposite lateral surfaces designed.

Des Weiteren ermöglicht die Kontaktierung an den Mantelflächen im Vergleich zur Stirnseite eine möglichst effiziente Beheizung des Wabenkörpers. Dadurch kann eine sektorale Beheizung über die Länge des Wabenkörpers realisiert werden, wodurch entweder nur einzelne Segmente beheizt werden können (Fig. 6) oder die Heizleistung in den einzelnen Segmenten über die Länge des Wabenkörpers angepasst werden kann. Mithilfe intelligenter Steuerungssysteme kann so zu jedem Zeitpunkt die Leistung dem Bedarf (z.B. Reaktionsenthalpie abhängig von der Geschwindigkeit) angepasst werden, was eine drastische Energiereduktion im Vergleich zu konventionellen Systemen mit Beheizung des gesamten Furthermore, contacting the lateral surfaces, as opposed to the end face, enables the most efficient heating of the honeycomb structure. This allows for sectoral heating along the length of the honeycomb, enabling either the heating of individual segments (Fig. 6) or the adjustment of the heating power in individual segments along the length of the honeycomb. With the aid of intelligent control systems, the power can thus be adjusted to the demand at any given time (e.g., reaction enthalpy depending on the rate), resulting in a drastic energy reduction compared to conventional systems with heating of the entire honeycomb.

Wabenkörpers erlaubt. Honeycomb structure allowed.

Die Stromzuführung zur Elektrode 3 kann beispielsweise über ein mechanisch angepresstes metallisches Geflecht oder Gestrick 4 erfolgen, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen keramischen Wabenkörper, Elektrode 3 und elektrischen Anschluss 5 zu kompensieren (Fig. 7). Eine weitere Möglichkeit für die Stromzuführung besteht in einem The current supply to electrode 3 can be effected, for example, via a mechanically pressed metallic mesh or knitted fabric 4 in order to compensate for different thermal expansions between the ceramic honeycomb body, electrode 3, and electrical connection 5 (Fig. 7). Another possibility for the current supply is a

punktuellen Anschluss, welcher durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren 6 hergestellt wird point connection, which is produced by a material-bonded joining process 6

(Fig. 8). (Fig. 8).

Zusätzlich zu einer homogenen Stromeinbringung, ermöglicht der quaderförmige Wabenkörper im Vergleich zu anderen Formen die vergleichsweise einfache Anordnung mehrerer In addition to homogeneous current flow, the cuboid honeycomb structure allows for the comparatively simple arrangement of multiple elements compared to other shapes.

Wabenkörper 1 nebeneinander oder hintereinander (Fig. 9). In den nachfolgenden Tabellen 1-2 sind unterschiedliche keramische, Ileitfähige Verbundwerkstoffe beschrieben, welche im Rahmen der Erfindung untersucht wurden. Honeycomb bodies 1 side by side or one behind the other (Fig. 9). Tables 1-2 below describe various ceramic, conductive composite materials that were investigated within the scope of the invention.

Ebenfalls sind nicht erfindungsgemäße Beispiele zu Vergleichszwecken angeführt. Examples not in accordance with the invention are also provided for comparison purposes.

Tabelle 1: Zusammensetzung von erfindungsgemäßen Proben Table 1: Composition of samples according to the invention

art TiC Vol.% SIC Vol.% CVol.% TiBz Vol.% ZıB2 Vol.% MI1 72,0 - 25,5 - 2,5 7 M2 72,0 - 25,5 2,5 - 7 M3 70,0 14,0 14,0 2,0 - 7 M4 72,0 - 14,0 - 14,0 M5 72,0 12,5 12,5 - 3,0 7 M6 72,0 26,0 - - 2,0 7 type TiC Vol.% SIC Vol.% CVol.% TiBz Vol.% ZıB2 Vol.% MI1 72.0 - 25.5 - 2.5 7 M2 72.0 - 25.5 2.5 - 7 M3 70.0 14.0 14.0 2.0 - 7 M4 72.0 - 14.0 - 14.0 M5 72.0 12.5 12.5 - 3.0 7 M6 72.0 26.0 - - 2.0 7

M7 70,0 - 16,0 - 14,0 M8 75,0 - 15,0 - - 10,0 M9 72,0 - 14,0 - 10,0 4,0 M7 70.0 - 16.0 - 14.0 M8 75.0 - 15.0 - - 10.0 M9 72.0 - 14.0 - 10.0 4.0

M10 75,0 - 15,0 - 8,0 2,0 M10 75.0 - 15.0 - 8.0 2.0

MI11 80,0 - 10,0 - 10,0 -MI11 80.0 - 10.0 - 10.0 -

MI12 65,0 - 33,0 2,0 - -MI12 65.0 - 33.0 2.0 - -

M13 76,0 - 12,0 - 12,0 -M13 76.0 - 12.0 - 12.0 -

Tabelle 2: Zusammensetzung von Vergleichsbeispielen Table 2: Composition of comparative examples

Silikat Carbid Silizid Graphit Silicate carbide silicide graphite

Vol.% Vol.% Vol.% Vol.% VI 57,0 33,0 10,0 V2 60,0 24,0 16,0 v3 64,0 13,0 23,0 V4 70,0 - 30,0 V5 50,0 50,0 - V6 77,0 - - 23,0 Vol.% Vol.% Vol.% Vol.% VI 57.0 33.0 10.0 V2 60.0 24.0 16.0 v3 64.0 13.0 23.0 V4 70.0 - 30.0 V5 50.0 50.0 - V6 77.0 - - 23.0

Der spezifische elektrische Widerstand der erfindungsgemäßen Muster als auch der Vergleichsbeispiele befindet sich bei 30 °C zwischen 1:10 bis 1:10* Qm. Im Unterschied zu den Vergleichsbeispielen weisen die erfindungsgemäßen Proben jedoch eine dauerhafte thermische Stabilität bis 1000 °C, kurzfristig bis 1100 °C, auf. Die Vergleichsbeispiele V1-V4 weisen hingegen unter oxidierenden Bedingungen eine thermische Stabilität bis maximal 300 The specific electrical resistance of the samples according to the invention, as well as the comparative examples, is between 1:10 and 1:10* m² at 30 °C. In contrast to the comparative examples, however, the samples according to the invention exhibit continuous thermal stability up to 1000 °C, and up to 1100 °C for short periods. The comparative examples V1-V4, on the other hand, exhibit thermal stability up to a maximum of 300 °C under oxidizing conditions.

°C und V5 und V6 eine Beständigkeit bis lediglich 400 °C auf. °C and V5 and V6 have a resistance only up to 400 °C.

ANSPRÜCHE REQUIREMENTS

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-LeiterVerbundwerkstoffs (1) mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) ° mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats, ° 9 bis 38 Vol.% eines Carbids und ° mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, 1. Method for producing an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material (1) comprising a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body (2), wherein the honeycomb body (2) comprises ° at least 60 vol% of an insulating silicate, ° 9 to 38 vol% of a carbide and ° at least 2% of a sintering additive,

wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers Elektroden (3) in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst a) Bereitstellung einer Mischung des Silikats, des Carbids und des Sinteradditivs mit einem Bindemittel, b) Extrudieren der Mischung aus Schritt a) zu einem quaderförmigen Wabenkörper (2), c) Trocknen der geformten Mischung aus Schritt b), d) Erwärmen der geformten Mischung aus Schritt c) auf 200°C — 400°C, e) Sintern in kontrollierter Atmosphäre bei 1150°C bis 1300°C, f) Mechanisch und/oder chemisches Reinigen der für die Elektroden vorgesehenen Flächen, g) Aktivieren der für die Elektroden (3) vorgesehenen Flächen, h) Aufbringen der Elektroden (3) durch Metallisieren der gereinigten Flächen. wherein electrodes (3) in the form of metallic layers are applied to two opposite lateral surfaces of the cuboid honeycomb body, the process comprising the steps a) providing a mixture of the silicate, the carbide and the sinter additive with a binder, b) extruding the mixture from step a) into a cuboid honeycomb body (2), c) drying the formed mixture from step b), d) heating the formed mixture from step c) to 200°C - 400°C, e) sintering in a controlled atmosphere at 1150°C to 1300°C, f) mechanically and/or chemically cleaning the surfaces intended for the electrodes, g) activating the surfaces intended for the electrodes (3), h) applying the electrodes (3) by metallizing the cleaned surfaces.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) und e) in einer 2. The method of claim 1, characterized in that steps d) and e) are performed in a

Ofenfahrt durchgeführt werden. Oven operation will be carried out.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt f) 3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that step f)

Sandstrahlen und anschließende chemische Entfettung umfasst. This includes sandblasting and subsequent chemical degreasing.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt g) 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that step g)

die Behandlung mit Zitronensäure für ca. 60 s bei Raumtemperatur umfasst. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt h) the treatment with citric acid for approximately 60 seconds at room temperature. 5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that step h)

durch Galvanisieren, chemisches Beschichten, durch das Aufbringen eines flüssigen oder by electroplating, chemical coating, by applying a liquid or

pulverförmigen Beschichtungsstoffs oder ein Lot- oder Druckverfahren erfolgt. powdered coating material or a soldering or printing process is used.

6. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff (1) mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) e mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats, e 9bis38 Vol.% eines Carbids und e mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers 6. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material (1) with a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body (2), wherein the honeycomb body (2) comprises at least 60 vol.% of an insulating silicate, 9 to 38 vol.% of a carbide and at least 2% of a sinter additive, wherein on two opposite lateral surfaces of the cuboid honeycomb body

Elektroden (3) in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind. Electrodes (3) are applied in the form of metallic layers.

7. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 7. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 6, characterized in that the silicate is selected from the group consisting of

Cordierit, Steatit, Mullit oder Mischungen daraus. Cordierite, steatite, mullite or mixtures thereof.

8. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbid ausgewählt ist aus der Gruppe 8. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 6 or claim 7, characterized in that the carbide is selected from the group

bestehend aus SiC und/oder TiC. consisting of SiC and/or TiC.

9. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinteradditiv aus Kohlenstoff oder einem 9. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 8, characterized in that the sintering additive consists of carbon or a

Borid aus der Gruppe bestehend aus TiB2, ZrB2 oder Mischungen daraus besteht. Boride from the group consisting of TiB2, ZrB2 or mixtures thereof.

10. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Carbid und Sinteradditiv mindestens 18 Vol.% beträgt und dass der Anteil an Carbid in der Mischung Carbid-Sinteradditiv mindestens 50 Vol.% beträgt. 10. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 9, characterized in that the sum of carbide and sinter additive is at least 18 vol.% and that the proportion of carbide in the carbide-sinter additive mixture is at least 50 vol.%.

11. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper einen rechteckigen 11. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 10, characterized in that the honeycomb body has a rectangular shape.

Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt aufweist. 12. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der 12. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of the

Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) in Form von metallischen Claims 6 to 10, characterized in that the electrodes (3) are in the form of metallic

Schichten teilweise oder ganzflächig aufgebracht sind. Layers are applied partially or completely.

13. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) einen Anschluss aufweist, 13. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 12, characterized in that the electrode (3) has a connection,

welcher ein metallisches Geflecht oder Gestrick (4) umfasst. which comprises a metallic mesh or knitted fabric (4).

14. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) einen Anschluss aufweist, 14. Electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 12, characterized in that the electrode (3) has a connection,

welcher durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren (6) angefügt ist. which is attached by a material-bonding joining process (6).

15. Anordnung, umfassend mehrere elektrisch leitfähige, keramische Isolator-LeiterVerbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei die Verbundwerkstoffe seriell 15. Arrangement comprising several electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite materials according to any one of claims 6 to 14, wherein the composite materials are arranged serially

oder parallel verschalten sind. or are connected in parallel.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Verbundwerkstoffe nebeneinander und zumindest zwei Verbundwerkstoffe hintereinander 16. Arrangement according to claim 15, characterized in that at least two composite materials are arranged side by side and at least two composite materials are arranged one behind the other.

angeordnet sind. are arranged.

17. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-17. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor

Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als Träger für die Abgasreinigung. 18. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-LeiterVerbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als Träger für Temperaturwechsel-Ad-Composite material according to one of claims 6 to 14 as a support for exhaust gas purification. 18. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 14 as a support for temperature-changing ad-

oder Absorptionen. or absorptions.

19. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-19. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor

Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als chemischen Reaktor. composite material according to one of claims 6 to 14 as a chemical reactor.

Claims (19)

ANSPRÜCHEREQUIREMENTS 1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen, keramischen Isolator-LeiterVerbundwerkstoffs (1) mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) ° mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats, ° 9 bis 38 Vol.% eines Carbids und ° mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, 1. Method for producing an electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material (1) comprising a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body (2), wherein the honeycomb body (2) comprises ° at least 60 vol% of an insulating silicate, ° 9 to 38 vol% of a carbide and ° at least 2% of a sintering additive, wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers Elektroden (3) in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst a) Bereitstellung einer Mischung des Silikats, des Carbids und des Sinteradditivs mit einem Bindemittel, b) Extrudieren der Mischung aus Schritt a) zu einem quaderförmigen Wabenkörper (2), c) Trocknen der geformten Mischung aus Schritt b), d) Erwärmen der geformten Mischung aus Schritt c) auf 200°C — 400°C, e) Sintern in kontrollierter Atmosphäre bei 1150°C bis 1300°C, wherein electrodes (3) in the form of metallic layers are applied to two opposite lateral surfaces of the cuboid honeycomb body, the process comprising the steps a) providing a mixture of the silicate, the carbide and the sinter additive with a binder, b) extruding the mixture from step a) into a cuboid honeycomb body (2), c) drying the formed mixture from step b), d) heating the formed mixture from step c) to 200°C - 400°C, e) sintering in a controlled atmosphere at 1150°C to 1300°C, f) Mechanisch und/oder chemisches Reinigen der für die Elektroden vorgesehenen Flächen, g) Aktivieren der für die Elektroden (3) vorgesehenen Flächen mittels einer Säure, f) Mechanical and/or chemical cleaning of the surfaces intended for the electrodes, g) Activation of the surfaces intended for the electrodes (3) using an acid, h) Aufbringen der Elektroden (3) durch Metallisieren der gereinigten Flächen. h) Applying the electrodes (3) by metallizing the cleaned surfaces. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) und e) in einer 2. The method of claim 1, characterized in that steps d) and e) are performed in a Ofenfahrt durchgeführt werden. Oven operation will be carried out. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt f) 3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that step f) Sandstrahlen und anschließende chemische Entfettung umfasst. This includes sandblasting and subsequent chemical degreasing. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt g) 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that step g) die Behandlung mit Zitronensäure für ca. 60 s bei Raumtemperatur umfasst. The treatment includes applying citric acid for approximately 60 seconds at room temperature. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt h) durch Galvanisieren, chemisches Beschichten, durch das Aufbringen eines flüssigen oder 5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that step h) is carried out by electroplating, chemical coating, by applying a liquid or pulverförmigen Beschichtungsstoffs oder ein Lot- oder Druckverfahren erfolgt. powdered coating material or a soldering or printing process is used. 22/24 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE 22/24 LAST CLAIMS SUBMITTED 6. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff (1) mit einem silikatkeramischen, leitfähigen, quaderförmigen Wabenkörper (2), wobei der Wabenkörper (2) e mindestens 60 Vol.% eines isolierenden Silikats, e 9bis38 Vol.% eines Carbids und e mindestens 2 % eines Sinteradditivs umfasst, wobei an zwei gegenüberliegenden Mantelflächen des quaderförmigen Wabenkörpers 6. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material (1) with a silicate ceramic conductive cuboid honeycomb body (2), wherein the honeycomb body (2) comprises at least 60 vol.% of an insulating silicate, 9 to 38 vol.% of a carbide and at least 2% of a sinter additive, wherein on two opposite lateral surfaces of the cuboid honeycomb body Elektroden (3) in Form von metallischen Schichten aufgebracht sind. Electrodes (3) are applied in the form of metallic layers. 7. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 7. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 6, characterized in that the silicate is selected from the group consisting of Cordierit, Steatit, Mullit oder Mischungen daraus. Cordierite, steatite, mullite or mixtures thereof. 8. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbid ausgewählt ist aus der Gruppe 8. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 6 or claim 7, characterized in that the carbide is selected from the group bestehend aus SiC und/oder TiC. consisting of SiC and/or TiC. 9. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinteradditiv aus Kohlenstoff oder einem 9. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 8, characterized in that the sintering additive consists of carbon or a Borid aus der Gruppe bestehend aus TiB2, ZrB2 oder Mischungen daraus besteht. Boride from the group consisting of TiB2, ZrB2 or mixtures thereof. 10. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Carbid und Sinteradditiv mindestens 18 Vol.% beträgt und dass der Anteil an Carbid in der Mischung Carbid-Sinteradditiv mindestens 50 Vol.% beträgt. 10. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to claim 9, characterized in that the sum of carbide and sinter additive is at least 18 vol.% and that the proportion of carbide in the carbide-sinter additive mixture is at least 50 vol.%. 11. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper einen rechteckigen 11. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 10, characterized in that the honeycomb body has a rectangular shape. Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt aufweist. cross-section or has a square cross-section. 12. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3) in Form von metallischen 12. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 10, characterized in that the electrodes (3) are in the form of metallic Schichten teilweise oder ganzflächig aufgebracht sind. Layers are applied partially or completely. 23/24 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE 23/24 LAST CLAIMS SUBMITTED 13. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) einen Anschluss aufweist, 13. Electrically conductive ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 12, characterized in that the electrode (3) has a connection, welcher ein metallisches Geflecht oder Gestrick (4) umfasst. which comprises a metallic mesh or knitted fabric (4). 14. Elektrisch leitfähiger, keramischer Isolator-Leiter Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (3) einen Anschluss aufweist, 14. Electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 12, characterized in that the electrode (3) has a connection, welcher durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren (6) angefügt ist. which is attached by a material-bonding joining process (6). 15. Anordnung, umfassend mehrere elektrisch leitfähige, keramische Isolator-LeiterVerbundwerkstoffe nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei die Verbundwerkstoffe seriell 15. Arrangement comprising several electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite materials according to any one of claims 6 to 14, wherein the composite materials are arranged serially oder parallel verschalten sind. or are connected in parallel. 16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Verbundwerkstoffe nebeneinander und zumindest zwei Verbundwerkstoffe hintereinander 16. Arrangement according to claim 15, characterized in that at least two composite materials are arranged side by side and at least two composite materials are arranged one behind the other. angeordnet sind. are arranged. 17. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-17. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als Träger für die Abgasreinigung. Composite material according to one of claims 6 to 14 as a carrier for exhaust gas purification. 18. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-LeiterVerbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als Träger für Temperaturwechsel-Ad-18. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor composite material according to one of claims 6 to 14 as a support for temperature-changing ad- oder Absorptionen. or absorptions. 19. Verwendung eines elektrisch Ileitfähigen, keramischen Isolator-Leiter-19. Use of an electrically conductive, ceramic insulator-conductor Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 6 bis 14 als chemischen Reaktor. composite material according to one of claims 6 to 14 as a chemical reactor. 24/24 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE 24/24 LAST CLAIM SUBMITTED
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