Metallfasern zu Filtern verbacken

Die Anforderungen an einen Kaffeefilter sind einfach: Er muss das Pulver zurückhalten und das heiße Wasser darf ihn nicht zersetzen. Im Abgasstrom industrieller Prozesse herrschen rauere Bedingungen: Mehrere hundert Grad und aggressive Gase sind keine Seltenheit. Hier benötigen Hersteller andere Filtermaterialien als Cellulose oder Textilien, um Partikel und Schadstoffe zu entfernen. Eine Lösung sind Filter aus Metall, wie sie Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM herstellen. Die Basis sind kleine metallische Fasern – wenige Millimeter lang und lediglich ein zehntel Millimeter dick. Je nach Anwendung lassen sie sich zu Halbzeugen wie Ringen, Rohren oder Scheiben verbacken.

Bei der gängigen Faserherstellung jedoch muss das Metall umformbar sein. »Hochtemperaturbeständige Legierungen, die viel Aluminium enthalten, sind dafür zu spröde«, weiß Olaf Andersen vom Institutsteil für Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe in Dresden. »Wir können Fasern aus nahezu jedem Metall und jeder Legierung herstellen. Nur so lassen sich besonders hitzebeständige oder katalytisch aktive Filter nach Maß schneidern.« Grund für die Materialvielfalt ist ein neues Verfahren, das Andersen und seine Kollegen anwenden. Umformbarkeit setzt es nicht voraus, denn die Fasern werden direkt aus geschmolzenem Metall gezogen. Über der Schmelze dreht sich eine gekühlte Walze, die mit einem feinen Profil versehen ist. Die erhabenen Stellen entsprechen in Größe und Breite den späteren Fasern. Dort, wo sie das flüssige Metall berühren, kühlt es ab. Es erstarrt, zieht sich zusammen und springt schließlich als dünne Faser von der Walze. Im zweiten Schritt füllen die Forscher die fertigen Fasern in eine Art Backform, bedecken sie mit einer Platte und erhitzen alles bis knapp unter den Schmelzpunkt. Beim Sintern sinkt die Abdeckplatte allmählich bis zu einem Abstandshalter herunter. Das verbleibende Volumen und die Fasergröße bestimmen, wie groß die Hohlräume im fertigen Filter sind.

Die porösen Metallfilter dienen zum Beispiel als Explosionsschutz an Elektromotoren. Brennt oder explodiert der Motor gar, strömen die heißen Gase durch den Filter ins Freie. Sie kühlen an der großen inneren Metalloberfläche stark ab, wodurch Gefahren abgewendet werden. In einem EU-Projekt entwickeln die IFAM-Forscher gemeinsam mit der französischen Firma LECES bei Metz einen Filter für Schmelzöfen. Da deren Abgase mit Dioxinen belastet sind, müssen die Filter zusätzlich katalytisch aktiv sein, um die Giftstoffe wirkungsvoll zu zerstören.