Gefrierschäume - Entwicklung von zellularen Strukturen für vielfältige Anwendungen

Gegenstand der hier vorgestellten Arbeit ist die Entwicklung zellularer keramischer Strukturen über das Gefrier-Direktschäumverfahren. Bei der Gefrierschäumung handelt es sich um eine Direktschäumung pulverförmiger Ausgangsmaterialien aus einer wässrigen Suspension heraus, bei der als Porenbildner lediglich Wasserdampf, prozesstechnisch eingebrachte Luft und Sublimation gefrorenen Wassers fungieren. Als Folge des angelegten Vakuums in einem Gefriertrockner, kommt es durch den Aufstieg prozesstechnisch eingerührter Luft, vor allem aber durch aufsteigenden Wasserdampf, zu einer Schäumung der eingesetzten Suspension. Weitere Druckabsenkung bewirkt am sogenannten Tripelpunkt ein plötzliches Einfrieren und somit die Stabilisierung des „Protoschaumes“. Nach der direkt anschließenden Gefriertrocknung liegt eine wasserfreie, poröse Struktur vor, die nach der Wärmebehandlung ihre typischen keramischen Eigenschaften erhält. Durch gezielte Einstellung von Suspensionsparametern und Auswahl bestimmter Ausgangsmaterialien (HAp, ZrO2, Mullit) ließen sich so gezielt poröse Strukturen herstellen, die entweder nachweislich für einen möglichen Einsatz als bspw. Knochenersatzmaterialien oder als Feuerfesterzeugnisse Verwendung finden können.