CN1700965A - 开孔膜塑体及其生产方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造开孔模塑体的方法，其中该模塑体由镍或铁和形成固溶体或金属间相的至少另一元素形成，以及相应制造的模塑体和它们的用途。在制造过程中，然后接着用有机粘结剂将具有形成固溶体或金属间相的金属粉末的涂层沉积在由镍或铁制成的开孔体上。随后，将具有涂层的开孔体形成保持最小弯曲半径的所需形状，随后在第一次热处理步骤中除去有机组分。利用第二次热处理，将开孔模塑体烧结，以及形成固溶体或金属间相。

Description

开孔模塑体及其生产方法和用途

本发明涉及制造开孔模塑体的方法，它由镍或铁以及形成固溶体或金属间相，或者在它的表面上形成了这种固溶体或金属间相的至少另一种元素形成。尤其，由于用镍形成的这种固溶体或金属间相的热性能，根据本发明的开孔模塑体还在至少超过700℃的高温范围内是热稳定的，并且可以没有任何问题地使用。因此，根据本发明的模塑体能够作为颗粒过滤器用于排气系统。另外，在这里，在特定情况下的良好导热性和导电性也对其具有有利的效果。

因此，例如，在此类颗粒过滤器中含有的有机颗粒能够通过加热再生方法转化为气体组分，并且能够从这种颗粒过滤器中去除。这样所需的温度升高原则上对所使用的材料无害。然而，这种温度升高还能够通过这样设计的颗粒过滤器的电阻加热方法来获得。

开孔镍类模塑体属于现有技术，并且例如可以作为具有不同孔隙率和不同数目的孔的商品从INCO公司获得。

然而，迄今可获得的泡沫结构局限于规定的形成几何形状，尤其，如果有的话，这种沿至少一个轴球形弯曲的几何结构仅以有限的程度获得。

另外，成问题的是，如果进一步加工这种由镍或铁制成的开孔泡沫结构，固溶体或金属间相的形成要用各自适合于此的其它金属来获得。

在该情况下，通常继续将各种附加材料以包含有机粘结剂的粉末形式沉积在粉状开孔泡沫结构的表面上。此后，粘结剂的有机组分借助相应的热处理来脱除，以及在第二步中，在升高的温度下，在非常类似烧结的方法中形成了金属间相和固溶体。

显而易见，应用分别的包含有机粘结剂的金属粉末构成了限制，尤其，因为不容易为具有这种由粘结剂和金属粉末组成的涂层的开孔体均匀地提供大的位移，如果可能的话。

当这种开孔体也以三维方式成型，并且具有难以达到的表面区域或难以进行涂层时，更尤其成问题。

然而，用在DE 37 29 126A1中所述的溶液也不能解决这些问题。

在该公开物中，例如，以类似方式将铁铬铝合金沉积在金属泡沫体上，在它之上再形成催化起作用的金属氧化物层。

在该公开物中，所使用的金属泡沫体没有进一步规定，它仅仅用来形成后续沉积的层体系的实际载体。

至少就其热性能来说，所提出的铁铬铝合金具有缺点。此外，这种合金层不太容易地以充分持久的粘合强度沉积在形成不同泡沫体的金属上。

因此，本发明的目的是提出怎样能够提供耐热以及耐机械性的开孔几何结构形状的可能性。

该目的根据本发明用包括权利要求1的特征的方法来解决。各开孔模塑体在权利要求20中定义，以及有利的应用相应地由权利要求34获得。

本发明的有利实施方案和改进能够用分别在从属权利要求中指定的特征来获得。

在制造根据本发明的开孔模塑体的时候，用有机粘结剂以及另外用可以与开孔体的镍或铁形成固溶体或金属间相的金属粉末在如购买到的由镍或铁制成的开孔体的表面上以及在内部孔的表面上形成涂层。

在该开孔体的涂覆之后，可以将这样的预处理体成型。在该成型过程中，必须保持规定的最小弯曲半径，以便避免开孔体的断裂。最小弯曲半径一般通过开孔体的孔隙率以及在弯曲半径范围内的各自厚度来决定。

还应该使由涂覆的开孔体成型的方式预处理开孔结构可充分变形，以便形成所需形状的根据本发明的模塑体。在形成固溶体或金属间相之后，由于它的脆性，无破坏变形不再可能。

在该成型之后，进行两阶段热处理。因此，保持了模塑体的预定形状，以及如果有的话，体积仅仅轻微改变，其中视情况而定，然后可以扩大体积，这能够有利地使用。

在该情况下，在第一次热处理过程中，不需要主要是粘结剂组分的有机组分，以及同时形成各固溶体或金属间相的烧结在随后进行的第二次热处理中进行。

原则上，在第二次热处理之后，完成了根据本发明的模塑体。

然而，视情况而定，还可以进行另外的附加处理步骤，以便获得前面已经制造的开孔模塑体的所需表面改性。

有利的是，应用有机粘结剂和应用金属粉末各自还要求彼此分开进行。

因此，在由镍或铁制成的开孔体的表面上涂施有机粘结剂例如能够通过浸渍和/或喷涂来进行。

接着，各有机粘结剂本身应该单独具有充分的低粘度或者应该在优选的具有相应的较低粘度的水溶液中使用。

在由镍或铁制成的开孔体的表面上施涂粘结剂的情况下，应该遵守只有各表面被涂覆，以及保持开孔结构。

这例如能够通过压挤和/或排出过量粘结剂来达到。

提供了粘结剂涂层的开孔体然后可以用各金属粉末涂覆，其中如果可能的话，该粉末涂布方法应该确保可以在开孔体的内部体积区域的表面上形成均匀涂层。这例如可以通过在用各金属粉末涂布期间或之后造成开孔体振动来实现。为此，优选的是，进行具有低幅度的高频振动是有效的。

尤其有利的是使用铝粉，因为在第二次热处理之后形成的铝化镍或铝化铁达到了高热和高机械稳定性，并且还是导电的和耐腐蚀的。

在任何情况下，能够将其它粉状金属加入到形成各固溶体或各金属间相的金属粉末中，以进一步有利地影响所需性能。然而，使用相应减低份额的附加金属。因此，少量的其它粉状元素能够加入到金属粉末，例如铝粉中，或能够使用预合金粉末。因此，根据本发明的模塑体的耐腐蚀性能够比如用铬增强。能够用硼或钽有利地影响其它性能。

可以将用如上所述的粘结剂和金属粉末预处理的由镍或铁制成的开孔体成型，使得可以由优选的板状开孔体预形成中空圆柱体，随后进行上述两个热处理阶段，从而能够制造根据本发明的中空圆柱体。在该场合下，能够借助相应形成的缠绕心轴来支持成型。

采纳该主意，那么可以制造中空圆柱体形状的具有相等的内和外径的多个这种模塑体，使它们结合在一起，这样可以总是获得多重壳结构。

将仍然没有进行热处理的一个或多个这样制备的模塑体插入到另外的圆柱体中，然后至少使之形成根据本发明的完全模塑体的外周表面。然后，能够在该圆柱体内进行热处理。在热处理过程中，圆柱体那么也形成了该形状，并且能够同时履行模具的功能。

用于此的圆柱体能够作为具有彼此相对的开口端面的中空圆柱体形成。

尤其，为了去除有机粘结剂组分，并且视情况而定，还为了根据本发明的模塑体的最终应用，有利地提供穿孔，这意味着在相应的圆周表面上，至少在这种圆柱体的外周表面上形成孔穴。

大多数不同的材料能够用于该圆柱体。因此，不同的金属是适合的，尤其是借此可以获得具有形成固溶体或金属间相的封闭形式的连接的那些。

然而，在某些情况下，陶瓷也能够适合作为圆柱体材料。氧化铝就是这样的例子。

然而，形成根据本发明的模塑体的外周表面的圆柱体的这种成型用在以下描述的实施方案也是有用的。

然而，还能够以使得作为开孔体的板状起始产品围绕连续纵轴以螺旋形式缠绕许多次的方式来成型。因此，它产生了用不含除了孔以外的空穴的开孔体制造根据本发明的实心圆柱型模塑体的可能性。

用这种实施方案，进一步可以将柔性薄膜放置在开孔结构的单独螺旋缠绕层之间，在这类成型中，它被一起缠绕，以及用这种薄膜让各层彼此分开。

这种薄膜还能够由金属或陶瓷形成。在陶瓷片材的情况下，它们应该具有允许这种变形的原始强度。

还有，成螺旋地布置于各层之间的薄膜能够被穿孔，相应地使之具有孔穴。在该情况下，对于不同流体的薄膜的渗透性应该低于具有开孔结构的情况。

用于最终制造根据本发明的开孔模塑体的开孔体在参考平面中应该不超过100mm，优选60mm的最大厚度，以便能够在全部体积上获得具有有机粘结剂和金属粉末的至少几乎均匀的表面涂层。

在该情况下，作为开孔结构的起始开孔体不必要在各参考平面上具有恒定的厚度。因此，还能够使用具有楔形或在轴向上具有连续增加的厚度的开孔体。

尤其，在其中根据本发明的模塑体已经由许多中空圆柱体形成的上述情况下，开孔模塑体能够以有利的方式制造，由中心内纵轴起始，它包括向外放射具有不同孔隙率和/或孔径的不同孔结构。这例如可以根据各个中空圆柱体来改变。

然而，还可以获得几乎连续的分度，其中在这种情况下，由镍或铁制成的开孔体的厚度以及在开孔结构的表面上的金属粉末和/或有机粘结剂的沉积量的选择是根据本发明的模塑体的这种成型的适合参数。根据本发明制造的开孔模塑体然而获得了85％的最低孔隙率，其中还能够获得90％或95％以上的孔隙率。

孔径和孔的数目基本上能够通过用于制造的开孔体的选择来预定。在该情况下，采用根据本发明的工序，如此形成了固溶体或金属间相，孔径和孔隙率各自受影响的程度很低。

在下文中，通过实施例来更详细地说明本发明。

为了根据本发明制造开孔模塑体，使用具有大约94％的孔隙率的由镍制成的开孔体，该开孔体测得具有300mm*150mm的尺寸和1.5mm的厚度。

使用聚(乙烯基吡咯烷酮)作为粘结剂。在该情况下，制备1％水溶液，以及将由镍制成的开孔体浸渍于50ml的该含有有机粘结剂的低粘性溶液中，随后在吸收垫上压缩，这样能够从由镍制成的开孔体的孔中除去粘结剂，只有它的脊(ridge)保持被粘结剂润湿。

使用质量2g的片状颗粒形式的铝粉和8g的球形铝粉作为金属粉末，并且在搅拌器中干混10分钟的时间。

将该铝粉由至少两面沉积在涂有粘结剂的由镍制成的开孔体上，其中该施涂在固定了由镍制成的开孔体的振动设备中完成。因此，在由镍制成的开孔体的孔内也能够获得几乎均匀的表面涂层。

以螺旋形式将这样制备的具有粘结剂和铝粉涂层的由镍制成的开孔体卷绕成圆柱体，其中粘结剂的粘合力还确保了铝粉颗粒在镍表面上的附着。

在该成型之后，在烘箱中在氮气氛围下完成上述第一次热处理阶段。在该第一次热处理阶段中，250℃的最低温度应该保持至少15分钟的时间，以便能够除去有机组分。

用该实施方案，以5K/min的加热速率加热到300℃的温度，再继续增加到600℃来完成第一次热处理阶段。在该温度范围内，考虑大约30分钟的保持时间。

随后，进行第二次热处理阶段，其中应该保持600℃，优选至少650℃的最低温度达至少15分钟。

用实际的实施方案，该热处理阶段在900-1000℃的温度范围内进行30分钟的时间。

因此，可以看出，在显著低于镍的熔融温度的温度下能够形成铝化镍。

在烧结的第二次热处理阶段之后，这样制造的具有300mm的长度的模塑体完全地由铝化镍组成。它的孔隙率达到91％。放置在空气中的这样制造的模塑体在高达1050℃的温度下是耐氧化的。除了该热稳定性以外，它还获得了充分的机械强度，这使它可以用于汽车用途的颗粒过滤器。

以类似的方式，还能够使用由铁制成的开孔体，通过它用铝可以形成铝化铁。这里，应该仅仅采用在第二次热处理阶段中的温度。

Claims (34)

1.制造由镍或铁和形成固溶体或金属间相，或者在其表面上形成这种固溶体或金属间相的至少另一金属形成的开孔模塑体的方法，

其中由镍或铁制成的开孔体利用有机粘结剂涂布形成固溶体或金属间相的金属粉末，

随后，将所述由镍或铁制成的开孔体形成保持最小弯曲半径的所需形状，

然后，在第一次热处理步骤中除去有机组分；和

用在所述第一次热处理之后的第二次热处理，所述开孔模塑体被烧结和形成了所述固溶体或所述金属间相。

2.根据权利要求1的方法，特征在于先后将所述有机粘结剂和所述各金属粉末沉积在所述由镍或铁制成的开孔体的表面上，然后首先进行成型。

3.根据权利要求1或权利要求2的方法，特征在于沉积纯铝粉，含有其它金属元素或预合金的铝粉。

4.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于涂有所述粘结剂或所述金属粉末的由镍或铁制成的所述模塑体被变形为中空圆柱体。

5.根据权利要求4的方法，特征在于这种中空圆柱体的至少两个彼此连接，具有分别匹配的外径和内径。

6.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于所述涂有所述粘结剂的由镍或铁制成的模塑体以成螺旋形围绕纵轴的许多层的包裹形状变形。

7.根据权利要求1-6的任何一项的方法，特征在于所述由镍或铁制成的一个或多个变形涂覆模塑体用形成外周表面的圆柱体包封。

8.根据权利要求7或权利要求8的方法，特征在于所述圆柱体的外周表面被穿孔。

9.根据权利要求7或权利要求8的方法，特征在于使用由金属或陶瓷制成的圆柱体。

10.根据权利要求6的方法，特征在于在螺旋形缠绕的层之间缠绕也以螺旋形缠绕的薄膜。

11.根据权利要求10的方法，特征在于使用穿孔薄膜。

12.根据权利要求10或权利要求11的方法，特征在于使用由金属或陶瓷制成的薄膜。

13.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于通过浸渍和/或喷涂将所述具有低粘度的有机粘结剂沉积在所述开孔体的表面上，使得保持开孔结构，以及仅仅涂布所述孔的脊。

14.根据权利要求13的方法，特征在于通过挤压在一起，从所述由镍或铁制成的模塑体中吹走和/或排出来除去过量粘结剂。

15.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于在施涂所述金属粉末期间和/或之后，使所述由镍或铁制成的模塑体振动。

16.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于使用在涂布和成型之前在参考平面上具有100mm的最大厚度的由镍或铁制成的开孔体。

17.根据前述权利要求的任一项的方法，特征在于在第一次热处理步骤过程中达到250℃的最低温度，以及该温度保持至少15分钟的时间。

18.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于在第二次热处理过程中，600℃的最低温度保持至少15分钟的时间。

19.根据前述权利要求的任何一项的方法，特征在于另外将粉末形式的至少一种其它金属加入到所述各金属粉末中。

20.用根据权利要求1-19的任何一项的方法制造的开孔模塑体，特征在于它由镍或铁和固溶体形式或作为金属间相的金属形成，或者所述表面作为分别由这些固溶体或金属间相得到的层形成；以及所述模塑体包括具有保持最小弯曲半径的至少一个弯曲区域。

21.根据权利要求15的模塑体，特征在于它由通过后续成型获得的由镍或铁制成的至少一个通常板状的开孔体形成。

22.根据权利要求20或权利要求21的模塑体，特征在于它以中空圆柱体的形状形成。

23.根据权利要求22的模塑体，特征在于彼此套入的至少两个中空圆柱体形成所述模塑体。

24.根据权利要求20或权利要求21的模塑体，特征在于它具有围绕纵轴形成的螺旋形。

25.根据权利要求20-24的任何一项的模塑体，特征在于所述孔隙率从所述内部纵轴起始向外放射逐步或以分级形式改变。

26.根据权利要求20-25的任何一项的模塑体，特征在于它由铝化镍或铝化铁形成，或者在表面上涂有铝化镍或铝化铁。

27.根据权利要求20-26的任何一项的模塑体，特征在于获得了85％的最小孔隙率。

28.根据权利要求20-27的任何一项的模塑体，特征在于形成外周表面的至少一个圆柱体包封所述开孔模塑体。

29.根据权利要求28的模塑体，特征在于所述圆柱体被穿孔。

30.根据权利要求28或权利要求29的模塑体，特征在于所述圆柱体由金属或陶瓷形成。

31.根据权利要求20-30的任何一项的模塑体，特征在于在螺旋形缠绕的开孔模塑体的各层之间布置分隔的薄膜。

32.根据权利要求20-31的任何一项的模塑体，特征在于所述薄膜由金属或陶瓷形成。

33.根据权利要求20-32的任何一项的模塑体，特征在于所述薄膜是穿孔的。

34.根据权利要求20-33的任何一项的模塑体作为颗粒过滤器的用途。