Quarz-Sinterwerkstoff bietet ein großes Anwendungspotenzial

Grenzenlos in Form

Bei dem Quarz-Sintermaterial handelt es sich um einen Werkstoff mit universellem Charakter, der in nahezu jede zweidimensionale Form gebracht werden kann
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Der Glasfilter-Spezialist Robu hat einen neuen porösen Quarz-Sinterwerkstoff entwickelt. Das Material auf der Basis von amorphem Siliziumdioxid verspricht interessante Möglichkeiten für elektrochemische und elektrokinetische Anwendungen. Aber auch für fluidtechnische Aufgaben in der Verfahrenstechnik kommt es in Frage.

Das vielfältig nutzbare Quarz-Sintermaterial überzeugt vor allem durch die gelungene Kombination seiner werkstofftechnischen Eigenschaften. Seine Temperaturfestigkeit reicht bis über 1000 °C und seine Beständigkeit gegen häufige Temperaturwechsel gilt als besonders gut. Gleichzeitig zeigt sich das auf der Basis von amorphem Siliziumdioxid hergestellte Material hart im Nehmen gegenüber aggressiven Medien. Allein diese Merkmale machen den innerhalb der Produktlinie Vitrapor angebotenen Keramik-Werkstoff für eine Fülle innovativer Anwendungen in Industrie und Forschung interessant.

In Form von feinen Quarzmembranen vermag dieses Sintermaterial beispielsweise fluidtechnische Funktionen in elektroosmotischen Pumpen zu übernehmen. Neben der hohen chemischen und thermischen Resistenz wirken sich hier auch seine Offenporigkeit von über 50 %, die hohe Oberflächenladung (Zeta-Potential) und die Existenz von Makroporen im Bereich von 0,5 bis 1,0 µm positiv aus. Da sich an der Oberfläche des Materials kein Natrium löst, eignet es sich auch hervorragend für geschlossene Medienkreisläufe (Closed Loops), bei denen eine schleichende Vergiftung des Mediums unbedingt verhindert werden muss.
Grundsätzlich bietet sich dieses Sintermaterial für den großen Anwendungsbereich der Filtrationstechnik an. Insbesondere, wenn Stabilität und Formfestigkeit gefordert sind, ist es eine echte Alternative zu herkömmlichen Fasergeweben oder -gelegen. Das gilt auch für die Sterilfiltrationsklasse 0,45 µm. Als großer Vorteil ist in diesem Zusammenhang zu sehen, dass sich der Grad der Porosität im Rahmen des Herstellungsprozesses durch Veränderung der Porengröße bedarfsgerecht einstellen lässt. Hier reicht das Spektrum von mono- und mehrmodalen Porendurchmessern von 0,5 bis über 5 µm.
Breites Einsatzspektrum
Robu-Geschäftsführer Stephan Curland sieht für den in seinem Haus entwickelten Werkstoff überdies zahlreiche Einsatzgebiete im allgemeinen Maschinen- und Anlagenbau. „Auf der diesjährigen Achema etwa zeigten industrielle Mikrowellen-Hersteller und Ofenbauer großes Interesse an unserem Quarz-Sintermaterial. Diese Anwender beeindruckte vor allem seine enorme Temperaturwechselbeständigkeit.“ Da die spezifische Ausdehnung von Quarz – also reinem Siliziumdioxid – ausgesprochen gering ist, verträgt der neue Werkstoff innerhalb weniger Sekunden Temperaturwechsel von bis zu 1000 °C. Unterstützt wird diese Eigenschaft durch die poröse Struktur des Materials. Berücksichtigt man an dieser Stelle noch dessen hohe chemisch-thermische Resistenz, so kommt der Werkstoff sogar für die Brennstoffzellentechnik in Betracht. Und mit Blick auf seine sehr niedrige elektrische Leitfähigkeit, die hohe Durchschlagsfeldstärke und die geringe dielektrische Verlustrate bietet er sich auch für diverse Aufgaben in Mikroelektronik und Elektrotechnik an. So kann sich Stephan Curland das Material beispielsweise in Pumpsystemen zur Kühlung von Hochleistungsprozessoren vorstellen.
Darüber hinaus deutete sich bereits während der Entwicklungsarbeit an, dass der Werkstoff für zahlreiche labor- und analysetechnische Anwendungen in Medizin- und Biotechnik prädestiniert ist.
Universeller Charakter
Allein diese wenigen Beispiele deuten bereits an, dass es sich bei dem Quarz-Sintermaterial um einen Werkstoff mit universellem Charakter handelt. Großen Einfluss auf diese anwendungstechnische Vielseitigkeit haben sowohl das Produktionsverfahren als auch die Bearbeitungsmethode. Denn die Foliengießtechnik einerseits und der Einsatz moderner Lasertechnik andererseits versetzen Robu in die Lage, je nach Anforderungsprofil und Anwenderwunsch nahezu jede gewünschte Abmessung oder Oberflächenstruktur zu erzielen. „Durch die Bearbeitung mit leistungsfähigen CO2-Schneidlasern ist der zweidimensionalen Formgebung der Folie fast keine Grenze gesetzt“, sagt Stephan Curland. Konkret bedeutet das: Es lassen sich Folienstärken von weniger als 1,0 bis über 10 mm sowie sehr filigrane Geometrien und fein detaillierte Oberflächen realisieren. Dabei ermöglichen Schnittbreiten von gerade mal 0,05 mm die hochpräzise Formgebung – selbst kleinster Elemente. Je nach Anwendungsfall können also gelochte Platten, dickere Scheiben, hauchdünne Membranen, miniaturisierte Probenträger und vieles andere mehr produziert werden. Und weil dazu keinerlei Formwerkzeug benötigt wird, können sowohl Einzelteile (Prototypen) als auch größere Serien kostengünstig gefertigt werden.
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