Highly heat conductive open‐porous aluminium fibre based parts for advanced heat transfer applications

Due to their oxygen affinity, aluminium alloys are difficult-to-sinter materials. Either mechanical destruction or the action of a liquid phase can be used to break oxide layers and thus achieve the desired diffusion bonds between the individual particles. In the present work, a liquid phase sintering approach is used in conjunction with high-purity particulates and controlled processing conditions in order to obtain high-purity, high-porosity (up to 90 %) parts with an exclusively open porosity. Appropriate sinter conditions were determined with the help of thermodynamic calculations using the PANDAT software package. Bonding of the sintered fibre structures to tubes, sheets and other massive structures may be achieved by co-sintering or brazing. The resulting metallic contacts allow for excellent heat transfer between the fibre structure and heat-carrying fluids. These advantageous properties may be exploited in applications such as adsorption cooling devices or very fast phase-change material (PCM) heat-storage devices. The present study reports on the manufacturing of such PCM-aluminium fibre compounds and their performance measured on a PCM storage demonstrator run in a laboratory environment. Aluminium-Legierungen sind bedingt durch die hohe Sauerstoff-Affinitat des Aluminiums nur schwer sinterbar. Die storenden Oxidschichten auf den Pulverteilchen konnen mechanisch oder durch das Vorhandensein einer flussigen Phase aufgebrochen werden. In der vorliegenden Arbeit wird letzterer Weg in Verbindung mit der Verwendung hochreiner Partikulate beschritten, um hochporose (bis zu 90 %) Bauteile mit einer ausschlieslich offenen Porenstruktur zu erhalten. Geeignete Sinterbedingungen wurden durch thermodynamische Berechnungen mit dem Programmpaket PANDAT ermittelt. Die stoffschlussige Anbindung dieser Strukturen an Rohre, Bleche oder andere massive Strukturen kann schon wahrend des Sinterns oder durch anschliesendes Loten erfolgen. Die resultierenden metallischen Kontakte sorgen fur einen sehr guten Warmeubergang zwischen der Faserstruktur und einem Warmetrager-Medium. Diese vorteilhaften Eigenschaften lassen sich fur Adsorptions-Kaltemaschinen oder sehr schnelle Phasenwechselmaterial-Warmespeicher (PCM-Speicher) nutzen. Die vorliegende Arbeit berichtet uber die Herstellung von PCM-Aluminiumfaser-Verbunden und zeigt Testergebnisse, die an solchen PCM-Speicherdemonstratoren unter Laborbedingungen erhalten wurden.