Kinetic Investigation of the Chemical Vapor Infiltration and Reaction (CVI-R) Process for the Production of SiC and TiC Biomorphic Ceramics from Paper Preforms

Kinetische Untersuchung der chemischen Gasphaseninfiltration und Reaktion zur Hertsellung von SiC und TiC biomorphen Keramiken aus Papier Vorformen

  • The primary goal in this study has been the preparation of biomorphic SiC and TiC ce-ramics by the chemical vapor infiltration and reaction technique. Keeping this goal in mind, several investigations have been performed previously to obtain a profound understanding of the ceramization process by the chemical vapor infiltration method with the applied reaction systems. The applied reaction systems for the preparation of SiC ceramic are: CH3SiCl3 – H2, SiCl4 – H2 and SiCl4 – CH4 – H2, and for the production of TiC ceramics are: TiCl4 – H2 and TiCl4 – CH4 – H2. The procedure for the investigation of each system starts with the basic experiments on non-porous graphite substrates of each reactioThe primary goal in this study has been the preparation of biomorphic SiC and TiC ce-ramics by the chemical vapor infiltration and reaction technique. Keeping this goal in mind, several investigations have been performed previously to obtain a profound understanding of the ceramization process by the chemical vapor infiltration method with the applied reaction systems. The applied reaction systems for the preparation of SiC ceramic are: CH3SiCl3 – H2, SiCl4 – H2 and SiCl4 – CH4 – H2, and for the production of TiC ceramics are: TiCl4 – H2 and TiCl4 – CH4 – H2. The procedure for the investigation of each system starts with the basic experiments on non-porous graphite substrates of each reaction system to obtain an optimal deposition regime as well as the kinetic data for a simplified power law model. The following investigations include the simulation of the deposition process with different models. And the final investigation is the preparation and characterization of the SiC and TiC biomorphic ce-ramics. This procedure has been applied throughout this study for all investigated precursor systems. The investigations in this study have shown that it is possible to produce high quality porous ceramics with the chemical vapor infiltration and reaction technique, obtaining better mechanical properties than with other ceramization methods. The chemical vapor deposition as well as the ceramization process for the production of SiC and TiC ceramics by the CVI –R technique are now well understood and optimized. The optimal conditions necessary to obtain biomorphic SiC and TiC ceramic with specific properties can be defined from the gained knowledge from the investigations performed. The primary application of the biomorphic SiC ceramics is as catalyst supports in the automotive industry, but its applications can be ex-panded to any other field were porous SiC or TiC ceramics can be applied, such as catalysts supports in chemical and biochemical reactors or as noise insulation materials. These and other applications are planned for these novel ceramic materials.show moreshow less
  • Das Hauptziel in dieser Arbeit war die Herstellung von biomorphen SiC und TiC Ke-ramiken. Um ein gründliches Verständnis des Keramisierungsprozesses zu erreichen wurden mehrere Voruntersuchungen mit den verwendeten Reaktionssystemen mittels chemischer Gasphaseninfiltration durchgeführt. Die verwendeten Reaktionssysteme sind CH3SiCl3 – H2, SiCl4 – H2 und SiCl4 – CH4 – H2 für die Herstellung von biomorphen SiC Keramiken, und TiCl4 – H2 und TiCl4 – CH4 – H2 für die Herstellung von biomorphen TiC Keramiken. Die Vorgehensweise für die Untersuchungen für jedes Reaktionssystem beginnt mit den grundle-genden Untersuchungen auf porenfreien Graphitsubstraten und die daraus folgende Ermitt-lung der kinDas Hauptziel in dieser Arbeit war die Herstellung von biomorphen SiC und TiC Ke-ramiken. Um ein gründliches Verständnis des Keramisierungsprozesses zu erreichen wurden mehrere Voruntersuchungen mit den verwendeten Reaktionssystemen mittels chemischer Gasphaseninfiltration durchgeführt. Die verwendeten Reaktionssysteme sind CH3SiCl3 – H2, SiCl4 – H2 und SiCl4 – CH4 – H2 für die Herstellung von biomorphen SiC Keramiken, und TiCl4 – H2 und TiCl4 – CH4 – H2 für die Herstellung von biomorphen TiC Keramiken. Die Vorgehensweise für die Untersuchungen für jedes Reaktionssystem beginnt mit den grundle-genden Untersuchungen auf porenfreien Graphitsubstraten und die daraus folgende Ermitt-lung der kinetischen Daten für einen vereinfachten Potenzansatz. Danach wird der Abschei-dungsprozess mit zwei verschiedenen Modellen simuliert. Letztendlich folgt die Herstellung und Charakterisierung der biomorphen SiC und TiC Keramiken. Diese Vorgehensweise wur-de während der ganzen Arbeit beibehalten. Die Untersuchungen in dieser Arbeit haben gezeigt, dass es möglich ist hochwertige poröse Keramiken mit der Methode der chemischen Gasphaseninfiltration herzustellen. So-wohl die chemische Gasphasenabscheidung als auch der Keramisierungsprozess für die Her-stellung von SiC und TiC Keramiken mit der CVI – R Methode werden dank der durchge-führten Untersuchungen besser verstanden. Als Hauptanwendung der biomorphen SiC Kera-miken sind derzeit Katalysatorträger in der Automobilindustrie zu nennen. Die porösen SiC oder TiC Keramiken können auch als Katalysatorträger in chemischen oder biochemischen Reaktoren oder als Lärmisolierungen verwendet werden.show moreshow less

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Metadaten
Author:Daniela Almeida Streitwieser
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-1348
Advisor:Nadejda Popovska
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2004
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2004/12/13
Release Date:2005/03/14
Tag:SiC; TiC; biomorph; chemische Gasphaseninfiltration
CVI; SiC; TiC; biomorph; ceramics
SWD-Keyword:Abgaskatalysator; CVD-Verfahren; Keramik <Technik>; Reaktionskinetik; Trägersubstanz / Katalyse
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Chemische Verfahrenstechnik / Chemische Verfahrenstechnik
open_access (DINI-Set):open_access

$Rev: 13581 $