AT406350B - Poröser metallischer werkstoff mit anisotropen eigenschaften - Google Patents

Description

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   Die Erfindung   betrifft   ein Verfahren zur Herstellung poröser, metallischer Werkstoffe mit anisotropen thermischen und   elektrischen Leitfähigkeiten   durch Aufschäumen von aufschäumbaren Materialien
Hochporose Metallschaumwerkstoffe besitzen als heterogene Gas-Metall-Verbundwerkstoffe gegenüber Massivmetallen stark reduzierte thermische und elektrische   Leitfähigkeiten Die Lelt-   fähigkeiten sind von der relativen Dichte (Anteil der Poren im Werkstoff) und von den Leitfähigkeiten der metallischen Komponente abhängig.

   Die elektnschen und thermischen Leitfähigkeiten hängen grundsatzlich von den   Leitfähigkeiten   des   Matrixmaterials   und des In den Poren befindlichen Gases ab Die Wärmeleitung kann   zusätzlich   durch Konvektion und Wärmestrahlung Innerhalb des Metallschaumstoffes   beeinflusst   werden Bel den metallischen Schaumwerkstoffen Ist die Warmeleitfahigkelt durch das In den Poren befindliche Gas   vemachlässigbar   klein gegenüber der Warmeleitung über die metallischen Zellstege.

   Auch die WÅarmeleltung durch Konvektion und Warmestrahlung erreicht Werte, die Im Vergleich zur Warmeleitung durch das metallische Gerust   vemachlassigbar klein sind   Bei der Betrachtung der elektrischen Leitfähigkeit ist der   Leitungseinfluss   des Gases in den Poren um viele Grossenordnungen kleiner als der des metallischen Gerüstes und kann daher vernachlässigt werden. 



   Es sind mehrere Verfahren bekannt, nach denen porose Metallwerkstoffe hergestellt werden Eine Methode zur Herstellung dieser Werkstoffe ist die Einmischung von sich zersetzenden, gasabspaltenden Stoffen oder direkte Gaseinblasung In Metallschmelzen. 



   Aus der DE-PS 40 18 360 und der DE-PS 41 01 630 sind Verfahren bekannt, nach denen die Herstellung eines porösen Metallkorpers auf der Basis von Mischungen von Metallpulver und gas-   abspaltenden   Treibmitteln möglich ist Bel diesen Verfahren liegt nach einem Helsskompaktierungsschritt der Pulvermischung ein aufschaumbares Material vor Dieses Material kann in einem   anschliessenden   Aufschaumvorgang durch Temperatureinwirkung zu einem   hochporbsen Metallschaumkörper aufgeschaumt   werden.

   Die Porengrösse und Form der Poren der so hergestellten porösen Materialien ist weitgehend   isotroop   und einheitlich Nach dem In der DE 41 01 630 beschriebenen Verfahren werden während des Aufschäumvorganges   die äusseren   Schichten, d h. die   Körperoberfläche   gekühlt, um eine erhöhte Dichte des Werkstoffes zu erhalten. 



   Aus der DE 1 164 102   B ist ein   Verfahren zur Herstellung von   Metallschaumkörpern   bekanntgeworden, bei welchem In ein geschmolzenes Metall ein Stoff, der In Hitze unter Gasbildung zerfällt, während so kurzer Zeit oder bei so hohem Druck oder bel so niederer Temperatur intensiv eingemischt wird, dass keine wesentliche Gasbildung auftritt Die eigentliche Schaumbildung erfolgt in einer zweiten Anordnung durch eine entsprechende Verweildauer oder Druckemiedrigung oder Temperaturerhöhung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen metallischen Werkstoffes anzugeben, der anisotrope, thermische und elektrische Leitfähigkeiten bei ausgezeichneter   Warmebeständigkeit   sowie guten Festigkeit-un   schalldämmenden   Eigenschaften aufweist. 



   Es hat sich herausgestellt, dass diese Aufgabe dadurch gelöst wird, dass der durch Temperatureinwirkung stattfindende Schäumvorgang abgebrochen wird. Dies führt zu flachen, stark   elonglerten   Poren mit hohem   UD-Verhältnis.   Dabei liegt die längere Hauptachse der Poren während der Expansion des aufschäumbaren Materials stets senkrecht zur Kompaktierungsrichtung Bel Flachmaterial liegt sie dann stets In der Blechebene.

   Insbesondere bel der Herstellung von Flachmatenal ordnen sich   die Gefügebestandteile zellig   an Diese Gefügestruktur führt dazu, dass bei einer unvollständigen Expansion des aufschäumbaren Materials d. h bel einem frühen Abbruch des Schäumvorganges keine isotrope Porenstruktur entsteht, sondern sich stark   elonglerte   Porenstrukturen ausbilden Derartige Werkstoffe welsen In Richtung der Langsachse der Poren eine erhöhte   Leitfähigkeit   und stark reduzierte Leitfähigkeiten m Richtung der Querachse der   elongierten   Poren auf gegenüber Werkstoffen mit isotropen Leit-   fahtgkoten,   d. h. gegenüber Werkstoffen mit einer gleichmässigen Porengrösse. 



   Im Anspruch 2 ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Werkstoffes angegeben, nach dem das Aufschäumen des aufschäumbaren Materials unterhalb der   Solidustemperatur   stattfindet,   d. h   die SchÅaumtemperatur ist sehr niedrig Bei diesem Verfahren sind die gleichen Vorgänge massgebend wie beim oben angegebenen Verfahren mit dem frühen Abbruch des Schäumvorganges
Es wurde herausgefunden, dass die   erfindungsgemässen   Werkstoffe aus hochporosen   Metallschäumen mit Isotropen   Eigenschaften in einem Formgebungsprozess, in dem der Werkstoff 

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 plastisch verformt wird, hergestellt werden   konnen.   Der Formgebungsprozess kann ein Walz-, Press- ,   Stauch- oder ein   Schmiedevorgang sein,   d.

   h   es sind alle herkömmlichen Formgebungsverfahren In denen der Werkstoff plastisch verformt wird geeignet. Bei diesen Vorgängen wird der zelluläre Körper so verformt, dass die Hauptverformungsrichtung parallel zur Werkstoffausdehnung mit der gewünschten niedrigeren Leitfähigkeit liegt. Senkrecht zur Umformnchtung tntt eine erhöhte Leitfähigkeit auf, da die Zahl der   leitfähigen   Membrane oder Zellstege pro Flächeneinheit durch den Umformvorgang erhöht wird. Dagegen bleibt die Leitfähigkeit parallel zur   Umformnchtung Im   Vergleich zu dem porösen Ausgangswerkstoff mit isotropen Eigenschaften nahezu unverandert bleibt.

   Während des Umformvorganges werden die ursprünglich parallel zur Verformungsrichtung orientierten Zellwände der Poren aufgrund ihrer geringen Dicke nicht gestaucht, sondern sie knicken, bzw falten sich senkrecht zur Leitrichtung ein. Die ursprüngliche effektive Leitstrecke parallel zur Verformungsrichtung bleibt trotz der erhöhten Dichte annähernd erhalten Em maximaler Verformungsgrad, der sowohl von der Ausgangsdichte und der Porenmorphologie als auch vom   Matnxmaterial   des zu verformenden metallischen Schaumwerkstoffes abhanglg ist, darf jedoch nicht überschritten werden, um zu   gewährleisten,   dass sich die   Zellwnde   nach der Verformung nicht berühren und keine leitenden Brücken bilden.

   Daneben können die ursprünglich parallel zur Stauchnchtung orientierten Zellstege bei der Verformung brechen oder reissen Dies führt dazu, dass die Anzahl der für die Leitung durchgängig zur Verfügung stehenden Stege reduziert wird und die   Leitfähigkeit   weiter abnimmt. Als verstärkend für diesen Effekt wirkt die Integration von Komponenten (z B   Keramik- oder Hartmetallpartikeln, Kurzfasem   etc. ), die als Rissstarter während der Deformation dienen können. Nichtleitende, in das metallische Gerust Integnerte Partikel bieten weiterhin den Vorteil, dass der spezifische Widerstand der Stege noch erhöht und somit die Gesamtleitfähigkeit des Werkstoffes weiter reduziert wird
Der erfindungsgemässe Werkstoff ist in verschiedenen Verwendungsbereichen einsetzbar
Er kann   z.

   B.   im Automobilbereich als Hitzeschutzschild eingesetzt werden, um temperaturempfindliche Teile vor der Hitzeeinwirkung zu schützen. Solche   Hitzeschutzschilder   können mit einem gezielt einstellbaren Wärmedurchgang in Dickenrichtung hergestellt werden Generell finden die erfindungsgemässen Werkstoffe auch dort Anwendung, wo eine gleichmässige Temperaturverteilung an der   Oberfläche   von Gegenständen oder Wandungen erwünscht ist. Wird das Material beispielsweise in Kochgeräten verwendet, so führt die stark unterschiedliche 
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 verteilt wird, wodurch ein Anbrennen des Gargutes verhindert wird
Die Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Werkstoffes werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

   Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schäumvorganges in einer Form und Einformung der Poren unter Formzwang,
Fig 2'eine schematische Darstellung der Porenstruktur nach Abbruch des Schäumvorganges eines aufschäumbaren Materials,
Flg 3 eine Darstellung einer expandierten Porenstruktur nach dem Stauchen von schematisierten kubischen Einheitszellen. 



   In Fig 1 ist schematisch ein Schäumvorgang in einer Form 1 dargestellt, wobei die freie Expansion des Schaumes 2 durch die Formwandungen, insbesondere in vertikaler Richtung behindert wird. Durch den sich dadurch aufbauenden Druck werden die Poren 3 oval eingeformt
In Fig. 2 ist eine ovale Struktur der Poren 4 dargestellt, welche durch einen frühen Abbruch des Schäumvorganges eines aufschäumbaren Materials 5 zustande gekommen ist. 

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Claims (7)

1. In Fig 3 ist schematisch eine expandierte Porenstruktur eines geschäumten Materials nach dem Stauchen anhand von schematisierten kubischen Einheitszellen dargestellt. Eine ellipsoidarbge Einformung der Zellen 6 verläuft so, dass die kürzere Hauptachse parallel zur geringeren Leitfähigkeltsnchtung liegt.

   Einige der Zellen 7 können auch genssene oder gebrochene Zellstege 8 aufweisen, wodurch die Leitfähigkeit in diese Richtung weiter abnimmt Patentansprüche : 1 Verfahren zur Herstellung poröser, metallischer Werkstoffe mit anisotropen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten durch Aufschäumen von aufschäumbaren Materialien dadurch gekennzeichnet, dass der durch Temperatureinwirkung stattfindende Schäumvorgang abgebrochen wird. <Desc/Clms Page number 3>
2. 2 Verfahren zur Herstellung poroser, metallischer Werkstoffe mit anisotropen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten durch Aufschäumen von aufschäumbaren Materialien dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumvorgang unterhalb der Solidustemperatur stattfindet.
3. 3 Verfahren zur Herstellung poröser, metallischer Werkstoffe mit anisotropen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten durch Aufschäumen von aufschäumbaren Materialien dadurch gekennzeichnet, dass das bereits geschäumte, poröse Material In einem Formgebungsprozess plastisch verformt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung durch Walzen, Pressen oder Schmieden erfolgt.
5. 5 Poröser, metallischer Werkstoff mit anisotropen Eigenschaften hergestellt im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren elonglert sind
6. 6 Verwendung des Werkstoffes nach Anspruch 5 als Hitzeschutzschild In Automobilen
7. 7. Verwendung des Werkstoffes nach Anspruch 5 In Wandungen von Geräten mit einer gleichmässigen Temperaturverteilung an deren Oberfläche.