CN101184862B - 多孔金属泡沫体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属泡沫体，其可通过将一层或多层熔融金属涂覆于开孔非金属基材并允许所述熔融金属渗透进入所述非金属基材的开孔中 以形成金属泡沫体而得到，其金属组分至少部分渗透进入所述开孔非金属基材。所述开孔金属泡沫体由如下方法生产：制备开孔非金属基材并提供熔融金属，和使所述熔融金属渗透进入所述开孔非金属基材的开孔中。所述金属泡沫体可应用于许多技术领域。

Description

多孔金属泡沫体

本发明涉及一种多孔金属泡沫体、所述多孔金属泡沫体的制备过程及其应用。

金属泡沫和它们的制备是已知的。因此，金属泡沫是由粉体或利用熔体冶金方法通过在成核剂和气体中进行搅拌而制备。

DE10238284A1描述了一种多步过程，其中将导电颗粒涂覆在具有泡沫结构(如PU泡沫)的非导电基材上作为通过电沉积进行后续涂覆的基底，随后实施电沉积。任何具有开孔泡沫结构的材料都可以用作基材。该基材用作骨架。

DE-A-10013378描述了一种用金属填充的多孔陶瓷。此处，整个多孔空腔都用金属填充，而非仅仅为孔表面提供金属层。

虽然DE-A-3522287公开了用于过滤和/或气体或液体的催化处理的开孔体及其制备过程，但应指出如同DE10238284一样，非金属基材的孔必须在表面金属化之前通过导电层的方式制备以用于电沉积，因为根据前述文件的金属层是通过电沉积施加的。

FR-A-2679925也公开了通过多孔有机基材表面的三层金属化制备多孔金属结构。

由现有技术所知的金属泡沫或者具有封闭孔，使得并非金属泡沫的所有表面区域都可以进入；或者是开孔金属泡沫，其只能以高成本来制备且具有至少两个金属层。

本发明的一个目的是提供一种金属泡沫体，尤其是开孔金属泡沫体，其可应用于广泛领域，以及提供一种简单且成本低廉的制备该金属泡沫体的方法。

所述目的可通过可由以下步骤得到的多孔金属泡沫体实现：将熔融金属涂覆于开孔非金属基材，并允许熔融金属渗透进入所述非金属基材的开孔中，从而形成金属泡沫体，其中所述熔融金属沉积在至少一部分孔的表面以获得金属化的孔表面。特别地，该金属组分至少部分渗透进入所述开孔非金属基材中。

根据本发明的多孔金属泡沫体具有其内腔至少部分具有金属表面的孔群。该群也可以仅部分地以表面具有金属的部分孔群的形式来建立，特别是所述部分孔群的位置在所述非金属基材的外部区域。因此，这样的多孔金属泡沫体在外部区域具有表面金属化的孔，而在内部区域没有金属化的孔。根据制备方法，从金属化到非金属化的孔表面没有突然转变，但是朝向所述多孔金属泡沫体的体积内部，完全具有金属化表面的孔的量逐渐减少。当对所述多孔金属泡沫体的制备进行合适的过程控制或者使用适宜的厚度时，几乎所有熔融金属可以进入的孔都可以成功地具有金属化表面。

所述熔融金属的涂覆可通过涂覆熔融金属液滴例如通过热喷雾、通过熔融金属雾化例如熔融金属旋转雾化来进行，也可以通过将基材浸入合适的熔融金属中来进行。根据本发明，铁、锌、铝、铜、镍、金、银、铂、锡或者它们的合金可以用作基底金属。

另外，在本发明的金属泡沫体中，可以涂覆几层相同或不同的金属来得到金属层的多层结构。特别是锌基材料适合用作所述非金属基材的第一层，因为它们保证了对基材和覆盖金属层都具有良好粘合。

例如，根据本发明的金属泡沫体具有5ppi到150ppi(每英寸的孔)的孔隙率，但是也可以选择其他范围的孔隙率。

形成开孔非金属基材的孔并通过“网状物”将其封闭。基材的表面或网状物例如通过热喷涂或者雾化如空气雾化而由层覆盖。该层的厚度可以根据金属液滴涂覆方法的参数进行调节。结果得到包含喷涂材料的泡沫体。开孔泡沫体和具有封闭覆盖层的开孔泡沫体均可制备。泡沫体可包含任何可以被加工的材料，例如通过热喷涂加工的材料(铁、锌、铝、铜、镍、金、银、铂、锡或者它们的合金)。但是，也可以例如特别是通过热喷涂来涂覆陶瓷颗粒(碳化钨、氧化铝、碳化硅)。

该基材可以完全由上述材料提供，也可以仅在部分区域由上述材料提供。

根据本发明，用于制备金属泡沫体的过程从开孔非金属基材开始，然后用熔融金属液滴进行涂覆，其中熔融金属液滴至少部分渗透进入非金属基材的开孔中。

根据本发明，熔融金属的涂覆可通过热喷涂、熔融金属雾化或者熔融金属旋转雾化进行。熔融金属的渗透可以通过本领域技术人员已知的方法促进。这些方法具体包括改变基材上孔的尺寸、形状和结构；改变金属液滴的尺寸、速度和温度、喷涂距离、喷涂时间、基材和涂覆装置之间的工作角度；多层喷涂；在基材背面产生负压；或者这些方法的组合。

可用于根据本发明的方法的开孔非金属基材可以选自多孔的无机或有机材料。

可以使用的无机材料具体选自分子筛、硅胶、玻璃料、陶瓷材料、矿物纤维毛或者它们的组合。

有机材料具体选自开孔泡沫材料，其包括塑料，如泡沫聚氨酯、聚酯、聚醚、泡沫聚苯乙烯；开孔的天然或人工海绵；木丝；或者它们的组合。

金属液滴可以包括：例如熔融的铁、锌、铝、铜、镍、金、银、铂、锡或它们的合金。

在根据本发明的方法的一个实施方案中，基材可以通过热或者化学方法除去，例如，在有机基材情况下，在已经提供有熔融金属液滴后，通过燃烧除去。根据本发明的金属泡沫体可以具有两个主表面，其中一个或者两个主表面由封闭孔材料层或者非封闭孔材料层形成。

后一种情况是夹层结构。例如，用作基材的泡沫聚氨酯可在其一面上提供锌合金的开孔层，其中锌合金不完全渗透入基材。另一面具有包含锌层和覆盖铜层的多层结构，该覆盖铜层的渗透深度同样不完全延伸穿过基材。如果在泡沫聚氨酯中的中间区域保持未处理，则得到包括锌合金金属泡沫体、基材聚氨酯和锌/铜金属泡沫体的三组分复合物。根据设计，可以调节在完成的夹层中各组分的性质(如基材/锌层/铜层)。例如，可以制备具有硬金属“壳”的软PU泡沫。因此，可以调节例如特定的阻尼性能或挠曲强度，同时表面具有光学设计。

例如，根据本发明的金属泡沫体可应用于结构，尤其是用于轻量结构、发动机结构、汽车工程、化学工业、医药工程、电气工程，即应用于节省重量但是坚固或坚硬材料仍然重要的基本上所有领域。因此，根据本发明的金属泡沫体可以用于例如绝缘板、覆盖物、隔音、电磁屏蔽的建构元件、减震、碰撞吸收、过滤、催化剂、电池单元、半导体。

也可以通过用不同材料喷涂来获得多层结构。也可以将不同材料的并置应用。

泡沫体的形状通常由基材限定，因此在喷涂前可容易地制备并且保持形状(如基材的板、球、棒、立体复合结构；基材也可以在涂覆前进行预成型并且在涂覆过程中保持该状态)。

该泡沫也可以用作复合材料的芯，例如，该金属泡沫可设计为轻质金属覆盖盘与加热至焊接温度的焊接材料接合并任选插入加强筋的复合材料。

本发明还涉及将根据本发明的金属泡沫体用作基体材料，所述基体材料用于通过电沉积方法、气相或液相沉积、或粉末涂覆来进一步涂覆金属材料。在一个优选实施方案中，根据本发明的金属泡沫体用作填充聚合物或金属铸件的基质。

实施例

实施例1

将厚度为20mm且每英寸孔隙率为10ppi的聚氨酯泡沫形式的基材通过丝电弧喷涂来涂覆锌层。获得的开孔金属泡沫体具有0.06到0.45g/cm³的密度和16到220kPa的抗压强度。

实施例2

根据实施例1制备的金属泡沫可作为基质嵌入聚合物或金属结构中。

该开孔金属泡沫可以用液体聚合物进行填充来获得具有材料组合的金属/聚合物复合材料。该材料可以被用作例如碰撞吸收体。

实施例3

将厚度为20mm且每英寸孔隙率为10ppi的聚氨酯泡沫板形式的基材通过丝电弧喷涂来涂覆锌层。获得的开孔金属泡沫体具有0.06到0.45g/cm³的密度和16到220kPa的抗压强度。通过丝电弧喷涂涂覆第二黄铜或铜层以形成具有高挠曲强度和优良吸声性能的板，并且具有黄铜或铜设计中具有美感的表面外观。

Claims (20)

1.一种多孔金属泡沫体，其通过将熔融的锌、铝、锡或它们的合金涂覆于开孔有机基材并允许所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金渗透进入所述有机基材的开孔中以形成金属泡沫体而得到，其中所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金通过热喷涂来涂覆熔融金属液滴或者通过熔融金属雾化而沉积在至少部分所述孔的表面上以获得金属化的孔表面。

2.根据权利要求1所述的金属泡沫体，其中所述熔融金属雾化是熔融金属旋转雾化。

3.根据权利要求1或2所述的金属泡沫体，其中其表面上具有锌、铝、锡或它们的合金的所述部分孔位于所述有机基材的外部区域而非所述有机基材的内部区域。

4.根据前述权利要求1或2所述的金属泡沫体，其中所述有机基材的所有孔都是其表面被锌、铝、锡或它们的合金金属化的孔。

5.根据前述权利要求1或2所述的金属泡沫体，其具有5ppi到150ppi的孔隙率。

6.根据权利要求1或2所述的金属泡沫体，其具有两个主表面，其中一个或两个主表面由封闭孔材料层形成。

7.根据权利要求6所述的金属泡沫体，其为夹层结构。

8.一种制备根据权利要求1-5中任一项的金属泡沫体的方法，其中提供开孔有机基材并通过热喷涂来涂覆熔融金属液滴或者通过熔融金属雾化而对其涂覆一层或多层熔融的锌、铝、锡或它们的合金，并且所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金渗透进入所述开孔有机基材的开孔中。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述熔融金属雾化是熔融金属旋转雾化。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金的液滴的渗透是通过以下方法促进的：改变所述基材中的孔的尺寸、形状和结构；改变所述液滴的尺寸、速度和温度；改变喷涂距离；改变喷涂时间；改变所述基材和涂覆装置之间的工作角；多层喷涂和/或在所述基材背面产生负压。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述有机基材选自塑料构成的开孔泡沫材料、开孔的天然或人造海绵、木丝、织物、纺织品或它们的组合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述塑料构成的开孔泡沫材料选自泡沫聚氨酯、聚酯、聚醚和泡沫聚苯乙烯。

13.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金含有加入的陶瓷颗粒。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述陶瓷颗粒选自碳化钨、氧化铝和碳化硅。

15.根据权利要求11所述的方法，其中在用所述熔融的锌、铝、锡或它们的合金涂覆所述有机基材后，除去所述有机基材。

16.根据权利要求1到5中任一项所述的金属泡沫体在结构、汽车工程、化学工业、医药工程和/或电气工程中的应用。

17.根据权利要求16所述的应用，其中所述金属泡沫体用于轻量结构和/或发动机结构。

18.根据权利要求16或17所述的应用，用于绝缘板、覆盖物、隔音、电磁屏蔽、减震、碰撞吸收、过滤、催化剂、电池单元和/或半导体的组件。

19.根据权利要求1到5中任一项所述的金属泡沫体作为基体材料的应用，所述基体材料用于通过电沉积方法、气相或液相沉积或粉末涂覆来进一步涂覆金属材料。

20.根据权利要求1到5中任一项所述的金属泡沫体作为用于填充聚合物和金属铸件的基质的应用。