[0001] A presente invenção se refere a um híbrido metáli- co/plástico eletricamente condutor o qual compreende uma matriz de um material polimérico, uma rede embutida na matriz e feita de um metal, o metal tendo uma primeira temperatura de fusão, e partículas de metal dentro da rede tendo uma segunda temperatura de fusão, a segunda temperatura de fusão, sendo maior do que a primeira temperatura de fusão. Além disso, a invenção se refere a um método de produção de tal híbrido metálico/plástico.
[0002] Híbridos metálico/plásticos do tipo acima mencionado são conhecidos da técnica anterior, porém, a fim de atingir uma alta condu- tividade elétrica, contêm percentagens elevadas de partículas de metal de fusão mais elevada. Conforme estes metais de fusão mais elevada são geralmente muito densos, todo o híbrido metálico/plástico também é muito denso. Além disso, os metais utilizados para as partículas metálicas de fusão mais elevada podem ser caros, o que aumenta o preço para o híbrido metálico/plástico. Além disso, estes metais geralmente têm uma alta capacidade térmica, que faz com que o híbrido metálico/plástico resultante seja difícil de processar, em particular, em um processo de moldagem.
[0003] Assim, o objetivo da invenção é proporcionar um híbrido metálico/plástico, que apresente uma densidade menor. Um objetivo adicional da invenção é proporcionar um híbrido metálico/plástico que seja mais barato. Mais um objetivo adicional da invenção é proporcionar um híbrido metálico/plástico que seja fácil de processar, em particular em um processo de moldagem.
[0004] De acordo com a invenção, o objetivo é alcançado através da utilização de partículas metálicas que contêm alumínio como as partículas metálicas de fusão mais elevada.
[0005] Ao utilizar alumínio como material para as partículas metálicas, a densidade do híbrido metálico/plástico resultante pode ser reduzida consideravelmente. Além disso, o alumínio é geralmente mais barato do que os metais frequentemente utilizados para as partículas metálicas, como por exemplo: cobre, níquel, ferro ou prata. Além disso, como o alumínio tem uma baixa capacidade térmica, híbridos metáli- co/plásticos contendo alumínio são fáceis de processar e estruturas mais finas podem ser produzidas devido à capacidade térmica volumétrica menor do híbrido metálico/plástico resultante. Em particular, os processos em duas etapas podem ser realizados mais facilmente, bem como os efeitos negativos do calor podem ser minimizados. Especialmente se estruturas delicadas e pequenas se supõe que serão criadas, a capacidade térmica mais baixa pode permitir resultados melhores.
[0006] Como o alumínio e compostos contendo alumínio são menos tóxicos do que os materiais geralmente utilizados em híbridos me- tálico/plásticos, podendo resultar um benefício para a saúde e meio ambiente.
[0007] A solução de acordo com a invenção pode ser combinada de qualquer maneira com uma ou várias das seguintes concretizações adicionais vantajosas, respectivamente.
[0008] Em um primeiro desenvolvimento vantajoso da invenção, as partículas de metal contêm principalmente alumínio, isso significa que, o alumínio é o componente principal.
[0009] Em um desenvolvimento da invenção, as partículas de metal consistem somente de alumínio e impurezas inevitáveis. A percentagem de impurezas é de preferência inferior a 3%, mais preferivelmente menos do que 1% do peso.
[00010] As partículas de metal contendo alumínio podem ser revestidas com um segundo metal. De preferência, o revestimento das partículas de metal ocorre antes de as partículas serem misturadas no metal de baixo ponto de fusão. Tal revestimento pode ajudar a fazer um melhor contato entre as partículas de metal e o metal de baixo ponto de fusão, por exemplo, pela redução ou remoção de camadas de óxido, as quais poderiam estar presentes no exterior das partículas de metal. Em particular, o revestimento pode conter metais, que também podem ser encontrados no metal de baixo ponto de fusão. Em um caso muito especial, o revestimento das partículas de metal contém apenas um elemento e o metal de baixo ponto de fusão é uma mistura deste elemento e outros elementos.
[00011] O revestimento das partículas de metal contendo alumínio pode ser conseguido utilizando vários métodos. Preferencialmente, as partículas de metal são revestidas com um método químico, por exemplo, por galvanização. No entanto, outros métodos de revestimento, por exemplo, Deposição Física de Vapor (PVD), Deposição de Camada Atômica (ALD) ou pulverização catódica, também podem ser usados.
[00012] Em um desenvolvimento preferencial da invenção, o revestimento para as partículas de metal contendo alumínio pode ser zinco. O zinco é um material de revestimento comum para muitos metais, em particular para o alumínio. Portanto, vários processos para a produção de tal revestimento de zinco são amplamente conhecidos e substâncias ou dispositivos correspondentes estão facilmente disponíveis. Além disso, um conjunto de conhecimentos, por exemplo, os parâme-tros do processo para atingir certas espessuras, já estão disponíveis. Tal revestimento pode, por exemplo, ser conseguido através de métodos químicos por via úmida ou por métodos físicos. Tal como o alumínio e o zinco tendem a formar cristais mistos, uma ligação íntima entre os dois, e uma boa aderência do zinco à partícula de metal contendo alumínio pode ser obtida.
[00013] Em um outro desenvolvimento vantajoso da invenção, o estanho é usado como um material de revestimento para as partículas de metal. Alumínio e estanho não se misturam na fase sólida, de modo que a difusão do metal de revestimento na partícula de alumínio pode ser evitada pelo uso de estanho. O estanho é frequentemente utilizado como um componente de metal de baixo ponto de fusão. Assim, utilizando estanho como material de revestimento pode ajudar a fazer um bom contato entre as partículas e o metal de baixo ponto de fusão. A camada de estanho pode ser aplicada por vários métodos, por exemplo, quimicamente ou fisicamente.
[00014] Em um outro desenvolvimento vantajoso da invenção, as partículas de metal contendo alumínio podem conter duas ou ainda mais camadas de revestimento. Por exemplo, as partículas de metal contendo alumínio podem ser revestidas com zinco em uma primeira etapa, e com estanho em uma segunda etapa. Devido à mistura de alumínio e zinco na fase sólida, o zinco vai aderir facilmente às partículas de alumínio. Como o zinco e o estanho podem formar um sistema eutético, o tratamento posterior de tais partículas, a temperaturas tão baixas quanto aproximadamente 200° C, pode ser possível. Devido ao baixo ponto, a produção do híbrido metálico/plástico é ainda mais facilitada, é ainda mais facilitada, em especial se estanho for utilizado como um componente do metal de baixo ponto de fusão. Além disso, o estanho não irá difundir-se para as partículas de alumínio.
[00015] Em uma outra concretização vantajosa da invenção, as partículas metálicas são revestidas com estanho em uma primeira etapa e com zinco em uma segunda etapa. Em particular, se o híbrido metálico/plástico for processado a uma temperatura mais elevada, tal combinação pode ser vantajosa. Caso o metal de baixo ponto de fusão contenha estanho, utilizando zinco como a segunda camada ajuda a fazer um bom contato entre a partícula de metal e o metal de baixo ponto de fusão.
[00016] Ao utilizar um material que é empregado em soldas, por exemplo, estanho, como um material de revestimento, é facilitado que o contacto seja feito, por exemplo, por soldadura, a este híbrido de metal/plástico, como a solda adicional para contatar prontamente fará contato com o material de revestimento.
[00017] Em um desenvolvimento adicional da invenção, uma camada de revestimento de partículas de metal contem o metal de baixo ponto de fusão. Se quantidade suficiente do metal de baixo ponto de fusão for aplicada sobre as partículas de metal, a etapa de adição de mais metal de baixo ponto de fusão em outra etapa pode ser evitada e as partículas metálicas podem ser misturadas diretamente com o material polimérico.
[00018] Em um outro desenvolvimento vantajoso da invenção, cobre pode ser usado como um primeiro material de revestimento ou adicional para as partículas de metal contendo alumínio. Como pode ser difícil aplicar cobre por meio de métodos químicos, uma deposição por métodos físicos, é preferida neste caso.
[00019] Em um desenvolvimento ainda mais vantajoso da invenção, o material polimérico pode ser um termoplástico e o primeiro metal pode fundir no intervalo de 100°C a 400°C.
[00020] Em um desenvolvimento vantajoso da invenção, em particular, se as partículas de metal contendo alumínio não são revestidas, a adição de fundente ao híbrido metálico/plástico pode ajudar a fazer um bom contato entre as partículas de metal que contêm alumínio e o metal de baixo ponto de fusão, já que tal fundente pode remover as camadas de óxido que podem estar presente nas partículas de metal contendo alumínio e pode, adicionalmente, melhorar as propriedades de escoamento do metal de baixo ponto de fusão na fase líquida.
[00021] Corpos moldados, especialmente elementos elétricos ou eletrônicos, composto, pelo menos, em parte, do híbrido metáli-co/plástico de acordo com a invenção, pode ser usado para uma gran-de variedade de aplicações. Em particular, eles podem ser usados em circuitos elétricos, como blindagens elétricas ou eletromagnéticas, co-mo moldáveis plugues, caixas, conectores de rádio frequência (RF) ou antenas.
[00022] A invenção será descrita doravante em maior detalhe e de uma forma exemplificativa utilizando concretizações vantajosas e com referência aos desenhos. As concretizações descritas são a única con-figuração possível na qual, contudo, as características individuais con-forme descritas acima, podem ser fornecidas de forma independente uma da outra ou podem ser omitidas. Nos desenhos: A Fig. 1 é uma vista esquemática em corte transversal de uma primeira concretização de um híbrido metálico/plástico de acordo com a invenção; A Fig. 2 é uma vista esquemática em corte transversal de uma segunda concretização de um híbrido metálico/plástico de acordo com a invenção.
[00023] Na Fig. 1 um híbrido metálico/plástico 1 de acordo com a invenção é descrito em uma vista em corte. Partículas de metal 2 de acordo com a invenção são formadas como partículas de metal con-tendo alumínio 3, as quais são incorporadas em um metal de baixo ponto de fusão 4. As partículas de metal 2 podem ter uma forma es-sencialmente esférica. Contudo, elas podem ter qualquer outra forma, em particular, elas podem ser filamentos, cubos, escamas, barras, moedas ou artigos semelhantes. As partículas de metal 2, juntamente com o metal de baixo ponto de fusão 4 formam uma fase eletricamente condutora e podem formar uma rede eletricamente condutora dentro do híbrido metálico/plástico 1, de tal forma que todo o híbrido metáli-co/plástico 1 é eletricamente condutor. Neste documento, como é habi-tual, os metais são definidos, sendo eletricamente condutores. Deste modo, um metal pode ser elementar, uma liga, um composto ou uma mistura com metal. O híbrido metálico/plástico 1 também pode com-preender um material polimérico 5 o qual pode compreender um ou mais materiais de plástico que podem ser plasticamente deformáveis a altas temperaturas, por exemplo, termoplásticos ou resinas.
[00024] De acordo com a invenção, as partículas de metal 2 contêm alumínio, em especial o alumínio pode ser o principal ou o único com-ponente. Contudo, outros elementos também podem estar presentes nas partículas de metal. Ao utilizar o alumínio como um dos compo-nentes das partículas de metal 2, a densidade das partículas de metal 2 pode ser reduzida. Uma vantagem adicional do alumínio é, de que é geralmente mais barato do que os outros metais utilizados para a pro-dução de híbridos metálico/plásticos, como, por exemplo, cobre, níquel, ferro ou prata.
[00025] Como vantagem adicional, o alumínio tem uma baixa capa-cidade térmica, o que pode ajudar a facilitar a produção de peças que incluem tal híbrido metálico/plástico 1. Em particular, se outros compo-nentes da parte forem afetados negativamente pelo calor, utilizando um híbrido metálico/plástico 1 de acordo com a invenção pode ajudar a tornar mais fácil a fabricação desta parte, com menos esforço e tempo, deste modo poupando dinheiro e, adicionalmente, poupando energia, já que menos energia é necessária para aquecer o híbrido metáli-co/plástico 1 de acordo com a invenção. Além disso, estruturas muito finas podem ser produzidas com o híbrido metálico/plástico de acordo com a invenção, devido à sua baixa capacidade térmica. Em particular, os processos nos quais uma segunda parte pode ser afetada negati-vamente pelo calor ou pela temperatura, ou nos quais o uso de uma temperatura mais baixa ou menos calor é vantajoso, podem ser reali-zados de forma mais eficiente, com menos descarte, mais rapidamente e com menos energia.
[00026] Em uma forma de realização vantajosa da invenção, o híbrido metálico/plástico também pode conter um fundente. O fundente pode ajudar a remover as camadas de óxido as quais podem estar sobre as partículas de alumínio e as quais podem tornar difícil ou impossível estabelecer uma ligação entre as partículas de metal 2 e o metal de baixo ponto de fusão 4. Além disso, tal fundente pode dar uma vis-cosidade mais elevada ao metal de baixo ponto de fusão 4, o que me-lhora ainda mais a interconexão entre as partículas de metal 2 e o me-tal de baixo ponto de fusão 4.
[00027] Os tamanhos das partículas de metal 2 podem, em uma concretização preferencial, ser menores do que 200 pm. No caso de estruturas muito finas que devam ser fabricadas, o tamanho das partí-culas de metal 2 pode ser reduzido ainda mais. Contudo, se, por exemplo, uma proporção maior volume para superfície for desejado, o tamanho das partículas contendo alumínio 3 pode ser aumentado. Para a embalagem mais eficiente e, portanto, uma maior carga de partículas metálicas e/ou processamento mais fácil, também misturas de diferentes tamanhos de partículas, por exemplo, finas e grossas, po-dem ser usadas.
[00028] Embora na Fig. 1 as partículas de metal contendo alumínio 3 não são cobertas por uma camada de revestimento 6 em torno da partícula em seu estado final no híbrido metálico/plástico 1, pode ser vantajoso revestir as partículas de metal contendo alumínio 3 durante o processo de fabricação. Por exemplo, as partículas de metal contendo alumínio 3, as quais podem apresentar camadas de óxido sobre no exterior, podem ser revestidas com estanho. Tal revestimento pode, por exemplo, ser conseguido com métodos químicos por via úmida como galvanização ou por meio de métodos físicos, como Deposição Física de Vapor (PVD). Como estanho é frequentemente contido no metal de baixo ponto de fusão 4 do híbrido metálico/plástico 1, a camada de revestimento 6 de estanho pode misturar-se com o estanho no metal de baixo ponto de fusão 4. Tal etapa de revestimento pode ajudar a fazer um melhor contato entre as partículas de metal que contêm alumínio 3 e o metal de baixo ponto de fusão 4.
[00029] Em uma concretização vantajosa da invenção, uma das camadas de revestimento 6 contem o metal de baixo ponto de fusão 4, de preferência em grandes quantidades. Assim, a adição de metal de baixo ponto de fusão 4 ou mistura de partículas de metal 2 com o metal de baixo ponto de fusão 4 pode ser evitada, já que a camada de revestimento 6 fornece bastante metal de baixo ponto de fusão 4. Por isso, estas partículas revestidas podem ser misturadas com o material polimérico, ou dentro dele, pulando-se uma etapa no processo de fa-bricação.
[00030] Ao usar material de baixo ponto de fusão como soldas de brasagem ou chumbo como material de revestimento, a conexão do material às partes externas é facilitada.
[00031] Na Fig. 2 uma outra concretização vantajosa da invenção está representada. Nesta vista esquemática em corte o híbrido metáli-co/plástico 1 de acordo com a invenção compreende partículas de me-tal que contêm alumínio 3 com uma camada de revestimento adicional 6 localizada na interface entre as partículas de metal contendo alumínio 3 e o metal de baixo ponto de fusão 4. Além disso,um material de polímero 5, por exemplo, um material termoplástico ou uma resina po-dem ser vistos.
[00032] Mais uma vez, o intervalo de tamanho preferido das partículas metálicas contendo alumínio 3 é inferior a 200 pm. Todavia, através da variação do tamanho das partículas de metal contendo alumí- nio 3 com uma espessura constante da camada de revestimento 6, a proporção entre o material de revestimento e o material da partícula metálica contendo alumínio 3 pode ser variada.
[00033] Na primeira concretização da invenção, o alumínio é o componente principal das partículas de metal, reduzindo ainda mais a densidade das partículas de metal.
[00034] Em uma concretização preferencial da invenção, o alumínio é o único componente nas partículas metálicas 2. Tais partículas simples podem ser facilmente fabricadas ou ser compradas rapidamente, o que reduz o tempo de produção e custos.
[00035] Em uma concretização preferencial da invenção, as partículas de metal contendo alumínio 3 têm uma camada de revestimento 6 que contém zinco. Tal revestimento de zinco pode ser conseguido por vários métodos, por exemplo, por métodos químicos por via úmida como galvanização ou por meio de métodos físicos. Tais métodos já são conhecidos e amplamente utilizados, de modo que existe um grande conhecimento destes processos e substâncias para este pro-cesso são facilmente disponíveis. Tal como o alumínio e o zinco podem se misturar facilmente através da formação de cristais mistos, um contato apertado e íntimo entre o alumínio nas partículas de metal e a camada de revestimento 6 é gerada.
[00036] Em muitos casos, o estanho é um componente do metal de baixo ponto de fusão, que torna o uso de zinco como uma camada de revestimento 6 ainda mais vantajoso, já que o zinco e o estanho podem formar um sistema eutético com um ponto de fusão tão baixo como de aproximadamente 200° C. Tal ponto de fusão ajuda a minimizar a energia usada no processo de produção do híbrido metálico/plástico. Além disso, o tempo e esforço de fabricação também são diminuídos pelo tal baixo ponto de fusão.
[00037] Em outra concretização vantajosa da invenção, o estanho é usado como uma camada de revestimento 6, para as partículas de metal contendo alumínio 3. Tal como o alumínio e o estanho não se misturam na fase sólida, uma difusão do estanho no alumínio da partí-cula metálica contendo alumínio 3 ao longo do tempo é evitada. Assim, propriedades constantes do híbrido metálico/plástico 1 durante a vida útil de uma peça fabricada a partir deste híbrido metálico/plástico 1 podem ser esperadas. Além disso, como o estanho é usado como um componente metálico de baixo ponto de fusão 4, em muitos casos, um contato fácil das partículas de metal contendo o alumínio 3 com o metal de baixo ponto de fusão pode ser facilitado. O revestimento das partículas de metal contendo alumínio 3 com estanho pode ser reali-zado com uma variedade de métodos, como métodos químicos ou mé-todos físicos.
[00038] Em uma concretização ainda mais vantajosa da invenção, as partículas de metal contendo alumínio 3 podem ser revestidas com mais do que uma camada de revestimento 6. Por exemplo, a primeira camada de revestimento pode ser o zinco, que forma cristais mistos com o alumínio e, assim, um bom contato com os outros componentes é estabelecido. Uma segunda camada pode ser feita de estanho, o qual pode formar um sistema eutético com zinco, tendo um ponto de fusão baixo e dando uma boa conexão do zinco com a camada de estanho. Como estanho é frequentemente utilizado como um componente do metal de baixo ponto de fusão 4, um bom contacto entre a segunda camada e o metal de baixo ponto de fusão 4 Também é proporcionado pelo uso de estanho como uma segunda camada de revestimento 6. A segunda camada de revestimento 6 só poderia existir no processo de fabricação do híbrido metálico/plástico, em especial se o metal de baixo ponto de fusão 4 contiver estanho como um componente.
[00039] O cobre também pode ser usado como uma camada de re- vestimento 6. Se o cobre for utilizado como um material de revestimen-to, um processo de revestimento físico como Deposição Física de Va-por (PVD) pode ser preferido, pode ser preferida, já que aplicação de cobre por métodos químicos como métodos químicos por via úmida pode ser difícil.
[00040] As peças ou corpos moldados fabricados a partir de, ou in-cluindo pelo menos parcialmente, um híbrido metálico/plástico 1 de acordo com a invenção poderiam ser usados em uma variedade de aplicações. Devido à condutividade elétrica de tal híbrido metáli-co/plástico 1 ele pode ser usado facilmente em circuitos elétricos, em particular, se circuitos elétricos ou componentes elétricos devem ser fabricados por métodos que incluem a moldagem de plástico, especi-almente a temperaturas elevadas, destes circuitos ou partes elétricas, especialmente a temperaturas elevadas, destes circuitos ou partes elé-tricas. Além disso, este método é muito vantajoso em processos de 2 etapas como um processo de moldagem por 2K ou 2 injeções, já que o híbrido metálico/plástico 1 de acordo com a invenção tem uma baixa capacidade térmica, o que permite um processamento mais rápido e mais eficiente, com menos energia e mais precisão. Peças feitas a partir deste híbrido metálico/plástico 1 também podem ser usadas como blindagens de campos elétricos ou eletromagnéticos. Um outro exemplo de aplicação de uma peça feita a partir de tal híbrido metáli-co/plástico 1 poderia ser um plugue moldado sobre um elemento con-dutor de um circuito elétrico, um conector de radiofrequência (RF), uma antena ou um revestimento.