SIPERM® B 

Werkstoffgrundlage und Positionierung

SIPERM® B ist ein poröser Sinterwerkstoff auf Basis der Kupfer-Zinn-Legierung CuSn10. Er wird in industriellen Anwendungen eingesetzt, die definierte Strömungs-, Verteilungs- oder Filtereigenschaften erfordern und gleichzeitig eine gute Bearbeitbarkeit, thermische Leitfähigkeit und hohe Reproduzierbarkeit voraussetzen. Das Material entsteht durch Sintern von Bronzegranulaten spezifischer Kornfraktionen. Während der Sinterung verbinden sich die Partikel metallisch miteinander, sodass ein stabiles Gefüge entsteht, in dem sich ein durchgängig offenes Porennetzwerk bildet.

Die Struktur unterscheidet sich deutlich von Drahtgeflechten oder Polymerfiltern: SIPERM® B besitzt ein dreidimensional verteiltes Porennetz, das über die gesamte Materialdicke hinweg aktiv ist. Die Porosität ist nicht zufällig, sondern per Kornfraktion und Pressdichte definiert. Dadurch entstehen reproduzierbare Permeabilitäten und Druckverlustkennwerte. Die Werkstoffauswahl ist besonders geeignet für Anwendungen, in denen Strömungsführung, Gasverteilung oder Dämpfungseffekte gefordert sind und gleichzeitig moderate mechanische und thermische Lasten auftreten.

Gefügeaufbau und Charakteristik des Porennetzwerks

Das offene Porensystem von SIPERM® B entsteht durch kontrolliertes Verschmelzen der Kontaktpunkte zwischen den Bronzegranulaten. Die Zwischenräume bleiben als vernetzte Hohlräume erhalten. Die Poren sind offen und miteinander verbunden. Dadurch wird eine homogene Durchströmung über die gesamte Fläche ermöglicht.

Verteilung und Größe der Poren

Die Porengröße hängt unmittelbar von der Kornfraktion ab. SIPERM® B deckt – abhängig von der gewählten Qualität – Porenbereiche von etwa 8 bis 160 µm ab. Die Permeabilitätswerte und Bubble-Point-Kennzahlen werden gemäß den relevanten Prüfnormen ermittelt und dienen der technischen Auslegung.

Die Homogenität des Gefüges sorgt dafür, dass Druckverluste nicht lokal variieren, sondern gleichmäßig über die gesamte Bauteilgeometrie auftreten. Dies ist insbesondere dort relevant, wo definierte Verteilung, Entlüftung oder Strömungsberuhigung notwendig sind.

Werkstofftypische Eigenschaften durch das Bronzegefüge

Bronze besitzt aufgrund seiner Zusammensetzung spezifische Eigenschaften, die sich im porösen Zustand fortsetzen:

• gute thermische Leitfähigkeit

• hohe Zähigkeit im Vergleich zu spröden porösen Werkstoffen

• stabile Porenstrukturen ohne Gefügeversprödung

• hohe Formstabilität bei kontinuierlicher Belastung

Die offene Porenstruktur kombiniert die physikalischen Eigenschaften von CuSn10 mit einer definierten Strömungsfunktionalität.

Strömungsverhalten und Funktionscharakteristik

Das Strömungsverhalten von SIPERM® B folgt – analog zu SIPERM® R – einem Zusammenspiel aus laminar und turbulent dominierten Anteilen. Die spezifischen Koeffizienten werden werkstoffbezogen angegeben, sodass Druckverlustverläufe berechenbar bleiben.

Laminare Strömung

Bei unteren Volumenströmen überwiegt die laminare Strömung. Der Druckverlust steigt proportional zum Durchfluss. Dies ist insbesondere für Anwendungen relevant, bei denen ein reproduzierbares und störungsarmes Strömungsprofil gefordert ist.

Turbulente Strömung

In höheren Durchflussbereichen nimmt der turbulente Anteil zu. Die Porenkanäle erzeugen Umlenkungen, Mikroverwirbelungen und lokale Druckabbauzonen. Dadurch steigt der Druckverlust überproportional an. Die entsprechenden Koeffizienten werden im technischen Datenblatt geführt und dienen der Auslegung.

Funktionale Wirkung im Prozess

SIPERM® B wirkt strömungstechnisch als:

• Verteilmedium für Gase und Flüssigkeiten

• Beruhigungselement, das Druckspitzen reduziert

• Filterstufe mit definierter Partikelrückhaltung

• Dämpfungselement für strömungsinduzierte Schwankungen

• Poröser Widerstand, der Energie in Reibungswärme umwandelt

Das Material übernimmt damit in vielen Prozessen gleichzeitig mehrere Funktionen, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind.

Mechanische Eigenschaften und Festigkeitsverhalten

SIPERM® B besitzt aufgrund der metallurgischen Struktur von CuSn10 eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit. Obwohl das Material porös ist, bietet das Sintergefüge eine hohe Stabilität gegenüber mechanischen Belastungen. Die Festigkeit entsteht durch die Vielzahl der metallischen Kontaktpunkte zwischen den Partikeln, die beim Sintern dauerhaft miteinander verschmelzen.

Im Vergleich zu anderen porösen Werkstoffen, etwa keramischen Sinterkörpern oder polymeren Filtern, zeigt Bronze eine geringere Sprödbruchneigung. Dies erhöht die Sicherheit bei dynamischen oder lokal wechselnden Belastungen. Zug-, Biege- und Scherfestigkeiten sind werkstoffspezifisch definiert und bilden eine wesentliche Grundlage für die konstruktive Auslegung. Die Festigkeit nimmt mit zunehmender Porosität moderat ab, bleibt jedoch auch in gröberen Qualitäten ausreichend für typische technisch-strömungsbezogene Anwendungen.

Bronze verfügt zudem über eine höhere Duktilität als Edelstahl-Sinterwerkstoffe. Dadurch können Lastspitzen oder leichte plastische Verformungen besser aufgenommen werden, ohne dass ein strukturelles Versagen der Porenkanäle eintritt. Gleichzeitig bleibt die Formstabilität bei typischen Betriebstemperaturen vollständig erhalten.

Thermisches Verhalten und Temperaturbeständigkeit

SIPERM® B ist thermisch belastbar und besitzt eine für Bronze typische hohe Wärmeleitfähigkeit. Diese Eigenschaft ermöglicht eine schnelle Wärmeverteilung innerhalb des Bauteils, wodurch lokale Temperaturspitzen reduziert werden. Die thermische Belastbarkeit bleibt stabil, solange die Anwendung unterhalb der Legierungstemperaturen von CuSn10 erfolgt.

Das Material ist für Temperaturen geeignet, bei denen polymerbasierte oder organische Filtermedien nicht mehr einsetzbar sind. Es zeigt auch bei kontinuierlicher Erwärmung oder thermischer Zyklisierung keine Gefügeversprödung. Die Porenstruktur bleibt stabil, da die metallische Bindung im Sintergefüge sich thermisch nicht abbaut oder aufweicht.

Die gute Wärmeleitfähigkeit wirkt sich auch funktional aus: Bei strömungsinduzierten Energieeinträgen oder Reibverhalten im Porensystem wird Wärme effizient abgeführt. Dies ist in Anwendungen vorteilhaft, in denen thermische Belastung durch Druckabfälle oder Reibung entsteht.

Chemische Beständigkeit und Medienverträglichkeit

Die chemische Resistenz von SIPERM® B entspricht den Eigenschaften der Kupfer-Zinn-Legierung CuSn10. Das Material ist gegenüber vielen industriellen Medien beständig, insbesondere:

• zahlreichen Alkoholen

• organischen Lösungsmitteln

• neutralen und schwach alkalischen Flüssigkeiten

• technischen Gasen

Die offene Porenstruktur führt zu einer erhöhten inneren Oberfläche, wodurch Medien intensiver mit dem Material in Kontakt treten können. Dies ist bei aggressiveren Stoffen zu berücksichtigen. Unter normalen industriellen Bedingungen bleibt die Materialstruktur stabil und zeigt keine Korrosionsneigung, sofern die Medien bronzeverträglich sind.

Aufgrund der Materialzusammensetzung sollte SIPERM® B nicht mit stark oxidierenden Säuren oder chlorhaltigen Medien in Kontakt gebracht werden, da dies zu Korrosion führen kann. Für viele Standardanwendungen im Bereich Gasverteilung, Entlüftung oder Strömungsführung ist die chemische Stabilität jedoch ausreichend hoch.

Verarbeitungseigenschaften und Integration in technische Systeme

SIPERM® B ist gut mechanisch bearbeitbar. Die Porenstruktur erfordert jedoch, dass Bearbeitungsschritte so ausgeführt werden, dass die funktionalen Durchströmungsflächen nicht verschlossen oder verdichtet werden.

Mechanische Bearbeitung

• Bohren, Drehen und Fräsen sind möglich, sollten jedoch auf massive Randbereiche beschränkt bleiben.

• Eine Bearbeitung der aktiven porösen Fläche führt zu Porenverschluss und muss vermieden werden.

• Für präzise Konturen eignen sich Wasserstrahlschneiden und Funkenerosion, da diese Verfahren die Porenstruktur nicht beeinträchtigen.

Umformung

Bronze besitzt eine höhere Duktilität als Edelstahl. Dadurch sind begrenzte Umformvorgänge – etwa leichtes Biegen oder Anpassen an Gehäusegeometrien – möglich, sofern die Bauteilstärke und Porenstruktur dies zulassen.

Verbindungstechnik

SIPERM® B kann mit massiven Bronzeteilen oder CuSn10-kompatiblen Legierungen gefügt werden. Thermische Fügeverfahren müssen angepasst werden, um lokale Überhitzung oder Verdichtung der Poren zu verhindern.

Diese Verarbeitbarkeit ermöglicht es, SIPERM® B in komplexe technische Baugruppen zu integrieren, die strömungsaktive Bereiche mit massiven Struktur- oder Anbindungselementen kombinieren.

Reinigung und Erhalt der Funktionsfähigkeit

Die poröse Struktur von SIPERM® B verfügt über eine ausgeprägte innere Oberfläche, in der sich Medienbestandteile ablagern können. Für den langfristigen Einsatz ist die Reinigbarkeit daher ein wesentlicher Faktor. Die geeignete Reinigungsmethode hängt vom Verschmutzungsgrad und vom eingesetzten Medium ab.

Mechanische Reinigung

Die mechanische Gegenstromreinigung ist in vielen Fällen ausreichend. Dabei wird ein geeignetes Gas oder eine Flüssigkeit entgegen der Betriebsrichtung durch das Material geleitet. Dadurch lösen sich lose gebundene Partikel und werden aus dem Porensystem ausgetragen. Dieses Verfahren kann häufig ohne Ausbau des Bauteils eingesetzt werden und ist für die regelmäßige Wartung geeignet.

Physikalische Reinigung

Für tiefer sitzende oder stärker haftende Ablagerungen bieten sich Ultraschallreinigung oder Heißdampfverfahren an. Bronze besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit, wodurch thermische Reinigungsverfahren effizient wirken können, ohne das Material lokal zu überhitzen oder zu schädigen. Voraussetzung ist jedoch eine vollständige Trocknung nach dem Reinigungsvorgang.

Chemische Reinigung

Chemische Reinigungsmittel – beispielsweise Alkohole, Aceton oder geeignete neutralere Lösungsmittel – können genutzt werden, wenn Ablagerungen mechanisch nicht lösbar sind. Die Einwirkzeit muss sorgfältig begrenzt werden, da die innere Oberfläche des Materials deutlich größer ist als bei massivem Bronze.

Stark korrosive Medien, insbesondere oxidierende Säuren, sollten nicht eingesetzt werden, da diese die Bronzelegierung angreifen können.

Insgesamt ist SIPERM® B gut regenerierbar. Mit der richtigen Reinigungsmethode kann die ursprüngliche Permeabilität nahezu vollständig wiederhergestellt werden.

Funktionsvorteile im industriellen Umfeld

SIPERM® B wird in technischen Prozessen verwendet, in denen definierte Strömungs-, Verteilungs- oder Rückhaltefunktionen unter moderaten mechanischen und thermischen Belastungen gefordert sind. Die Kombination aus Porenstruktur und Bronzegefüge bietet mehrere funktionale Vorteile.

Homogene Strömungsführung

Das vernetzte Porennetzwerk sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Mediums über die gesamte Bauteilquerschnittsfläche. Dadurch werden Strömungsgradienten reduziert und Prozesse stabilisiert.

Reproduzierbares Druckverlustverhalten

Die strömungstechnischen Kennwerte von SIPERM® B sind definiert und können in der Auslegung berücksichtigt werden. Die Druckverlustentwicklung bleibt auch bei wechselnden Betriebsbedingungen stabil, solange die Porenstruktur nicht verstopft ist.

Gute thermische Eigenschaften

Die Wärmeleitfähigkeit der Bronzelegierung sorgt dafür, dass Wärme, die durch Druckabfall oder Reibung entsteht, effizient verteilt wird. Dies schützt Bauteile und Medien vor lokalen Überhitzungen.

Mechanisch stabile, aber zugleich duktile Struktur

SIPERM® B ist weniger spröde als viele alternative poröse Werkstoffe. Die Kombination aus Festigkeit und Duktilität erhöht die Betriebssicherheit, insbesondere in Umgebungen mit Vibrationen oder geringen Stoßbelastungen.

Langfristige Nutzbarkeit durch Reinigbarkeit

Die Fähigkeit, das Porensystem über verschiedene Reinigungsverfahren zu regenerieren, verlängert die Einsatzdauer erheblich. Damit bleibt das Material über zahlreiche Betriebszyklen hinweg zuverlässig.

SIPERM® B Zusammenfassung

SIPERM® B ist ein poröser Bronze-Sinterwerkstoff, der durch seine definierte Porosität, reproduzierbaren Strömungskennwerte und gute thermische sowie mechanische Eigenschaften vielseitig einsetzbar ist. Das offene Porennetzwerk ermöglicht die gleichmäßige Verteilung von Gasen und Flüssigkeiten, die kontrollierte Reduktion von Druckspitzen und die definierte Rückhaltung von Partikeln.

Die Materialstruktur ist stabil gegenüber mechanischen Lasten und zeigt eine höhere Duktilität als viele metallische oder keramische poröse Alternativen. Die Wärmeleitfähigkeit des Bronzegefüges unterstützt thermisch belastete Anwendungen, während die chemische Beständigkeit ausreichend hoch ist, um SIPERM® B in einer Vielzahl technischer Prozesse sicher einzusetzen.

Durch die gute Bearbeitbarkeit und die Möglichkeit der Integration in metallische Konstruktionen lässt sich SIPERM® B flexibel in Baugruppen einbinden. Die Reinigbarkeit stellt eine langfristige Nutzung sicher, sodass die Funktionsparameter über viele Betriebszyklen hinweg erhalten bleiben.

Insgesamt ist SIPERM® B ein widerstandsfähiger, funktional vielseitiger Werkstoff, der in technischen Anwendungen eine stabile und reproduzierbare Grundlage für Strömungs-, Verteilungs- und Rückhaltefunktionen bietet.