CS225120B2 - The production of substrates with coating - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby substrátu s povlakem z částic s vysokým poměrem plochy povrchu k hmotě. '

Způsob výroby substrátů, na kterých jsou zakotveny tvrdé kovové částice jsou známé, např. z brisského patentového spisu č. 1 139 135. Až dosud však existoval názor, že takové způsoby jsou pro^i^ddteJ^r^é jen tehdy, pcožije-li se čássic, které jsou tvrdší než эдЬь^1И. Tato skutečnost podstatně zužuje moonost volby matteiálu tvrdých čááUc, i když uvedené známé postupy maj mnohé výhody, jako je nepříoomnost pojivá, moonost provádět takové postupy při teplotě místnoosi a možnost snížžt opotřebení válců, jakož i možnost vytvářet struktury s vyšším poměrem plochy povrchu..ke hmotě.

Uve^den^é nedootatky odstraňuje v^ynález, ee^hs^{* i} ^dstatou je z^půso^b výro^by su^t^tu majícího povlak z částic s vysokým poměrem plochy povrchu k hmotě, při kterém se podle vynálezu mezi здЬь^¹ o tvrdossi podle Vlckerse o^d 9,-81 ^do ^{3 920} ИЯ/ш² a př^ožné těleso o tvrdossi podle Vickerse od 98,07 ^do 5 ⁸⁸⁰ MN/m² ukl^ádá tшёs^, obsa^ící tvrdé Wstice z mmaee^lu o tvrdossi podle Vickerse ^{981 d}o ^{29 420} WVm² a velitosti částic ^{od 25} μ do

2 ' ¹50/1 a měkk^é částice z kovu o tvrdossi ^podle Victors od ^0,98 Ш^ш do ¹ 9⁶⁰ a v^elibosti částic od 0,015 V do 50/i, přieemž jednotlivé hodnoty se volí v uvedených rozmezích tak, že tvrdost přiopilého tělesa je vždy vyšší než tvrdost ^ϊ^γΙ^, tvrdost tvrdých ^^í^s^zic je vyšší než tvrdost ^bb^á^ a p^opného lehlého tělesa a tvrdost měklých čásUc je nižší než tvrdost ^bb^át^ .příoPného tělesa a tvrdých č^s^s^ric, přieemž a příoožné těleso s částicemi smmsi jsou dále stlačovány a tvrdé částice jsou vtaseovány příopým tělesem do tubstгáeu a měkké částice jsou působením příoPného ' tělesa nuceny přilnout k ^bb^át^ načež se konečně odstraní příoožné těleso ze styku s - částicemi a tvrdé částice zůstanou zatlačeny do s^l^s^l^rátu a měkké částice zůstanou přilnuty na suЬstrát.

Příložné těleso má s výhodou tvrdost podle Vickerse o 492 MN/m² nižší než tvrdé částice. Substrát má s výhodou tvrdost podle Vickerse nejméně o 392 MN/m nižší než příložné těleso. Velikost měkkých částic je podle dalšího znaku vynálezu 1/2 až 1/10 000 tvrdých částic.

Jako kov měkkých částic se s výhodou použije katalytický kov, například stříbro.

Jako materiál tvrdých částic o tvrdosti podle Vickerse 981 až 29 420 MN/m se s výhodou použije nekov, například kysličník hlinitý.

Uvedený způsob podle vynálezu umožňuje na rozdíl od známého stavu techniky rozšířit materiály částic, které se mají zhotovit do substrátu, i na materiály o menší tvrdosti néý má substrát, a to i při zachování ostatních výhod řešení dle známého stavu techniky.

Princip zakotvování měkkých částic na povrchu tvrdšího substrátu při současném dosahování vysokého poměru plochy, povrchu ke hmotě povlaku, tj. pórovitosti, lze vysvětlit následovně. Je-li výše uvedená soustava prvků, tj. substrát, příložné těleso a mezilehlá vrstva tvrdých částic a měkkých částic, stlačována například průchodem dvojicí svěrných válců, tlačí příložné těleso na částice obou typů a zčásti zatlačuje tvrdé Částice do substrátu v důsledku výše definovaného vztahu tvrdostí obou materiálů. Jelikož však jsou tvrdé částice tvrdší, než příložné těleso, dochází sočasně к jejich nepatrnému zatlačování i do povrchu příložného tělesa. S ohledem na jejich tvrdost však i přes toto částečné zatlačování tvrdé Částice oddělují substrát i příložné těleso od sebe.

To znamená, že měkké částice, vytlačované do prostoru mezi jednotlivými tvrdými částicemi, jsou stlačovány pouze částečně. Toto částečné stlačování má za následek, Že plastickou deformací měkkých částic dochází к jejich svařování za studená a částice přilnou к sobě navzájem, к substrátu, a zřejmě též к tvrdým částicím а к příložnému tělesu. Přítomnost tvrdých částic jako distančních tělísek však zajištuje, že slinutá hmota měkkých částic zůstává porézní.

S ohledem na vzájemný poměr tvrdosti a větší zatlačení tvrdých částic do substrátu než do příložného tělesa zůstává takto vytvořený povlak přilnutý na substrátu a při oddělování příložného tělesa se překoná adheze plynoucí z určitého zatlačení tvrdých částic do příložného tělesa i přilnutí za studená svařených měkkých částic. Napomáhá tomu zřejmě i skutečnost, že měkké částice lnou к substrátu a tvrdým čisticím v podstatně větší ploše, než к příložnému tělesu.

Účinku vynálezu se tedy dosahuje především tím, že se tvrdých částic využívá současně jako zprostředkující látky, zajištující adhezi povlaku měkkých částic к substrátu při oddělování příložného tělesa, a zlepšující přilnutí měkkých částic к podkladu v důsledku mechanického zakotvení v povrchu substrátu, a současně jako distančního prostředku, umožňujícího slinutí měkkých částic bez jejich nadměrného stlačení na nepcrézní vrstvu. Tato skutečnost až dosud bránila kotvit povlaky z částic měkčích, než je substrát, čistě mechanickou cestou t:použití pojiv, nebot omezení přítlaku distanční vrstvou tvrdých částic docházelo vždy ke slisování měkkých částic na neporézní hmotu.

Vynález je blíže vysvětlen v náslooujícím popise na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých představuje obr. 1 schematické znázornění zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu a obr. г řez rovinou 2-2 z obr. 1 při přibližně třistanásobném zvětšení struktury vyrobené způsobem podle vynálezu.

Na výkresech a zvláště na obr. 1 je znázorněno zařízení IQ к provádění způsobu podle vynálezu. Při provádění tohoto způsobu se směsi měkkých a tvrdých částic a 12 uloží mezi substrát 13 a horní příložné těleso 14 a mezi substrát 13 a dolní příložné těleso 15» Nejvýhodnější je, klade-li se směs měkkých Částic 1.1 na substrát 1 3, a směs tvrdých Částic se klade na dolní příoožná těleso £5· Vytvořená sestava se nechá projít mezi dvěma válci 16. 17· které se otáčeeí ve směru Šipek 18 a £2.

Zařízení £0 je opatřeno prostředky na udržování menší vzdálenooSi mezi oběma válci 16. 17· než je kombinovaná tlouštka sestavy subsSrátu £3. vrstev směsi měkkých a tvrdých čássic 11 a příoožných těles 14 a'£2· Ve výhodném provedení, kde příoožná tělesa 1 4 a 15 jsou meehhnicky zpevnooveelná, tlačí válce 16 a 17 na příoožná tělesa 14 a 15 takovou silou, že se tato příoožná tělesa plasticky deformují se současným mechanickým zpevněním a při.oom vtlačuuí tvrdé částice směsí měkkých a tvrdých částic .11 a 12 proti ploše £3, aniž v podstatě dochází k redukování celkové plochy, kterou zauuímaaí částice ve 'směsích 11 a £2.

Celá sestava opouutí štěrbinu meei válci 16 a 17 spolu s příoožnými tělesy ££ a £5. ležícími na směěích částic 11 a £2. ' které přilnuly na subssrát. Příoožná tělesa . £4a 15., se pak sejmou a zůstává pak výsledný výrobek 20. tvořený substráeem 13 a povlakem. V důsledku zde popisovaného vztahu ' tvrdostí mezi částicemi ve směěích Ц a 12 , substráeem e příoožiými tělesy 14 a 12, přinnou tvrdé i měkké částice na subssrát £3. a to spíše než na příoožná těOesa 14 a 12· Tento vztah tvrdostí'má rozhodujeí význam pro úspěšné provádění způsobu podle vynálezu. Když maaí ' například příoožná tělesa 14 a 15 stejnou tvrdost jako subssrát £3, tvrdé částice ve směsích 11 a 12'by se v nepředvídaném mnnoživí za- ko ovily do subbsrátu 13 právě tak jako do příoožných těles 14 a 12, zatímco ' v případě, že subbsrát 13 je tvrdší než příoožná tělesa 14 e 12, tvrdé čábtice by se zakotvovaly především do příoožrých těles 14 a 15.

Na obr. 2 je znázorněn subbsrát 13 mající zakotvené velké tvrdé částice 1 1 a menší měkké částice 11 Ze složené struktury je patrné, že struktura je vysoce porézní s výsledkem, že celková plocha povrchu měklých čássic 11, prakSicky redukována prooi původní ploše jejich povrchu před upevněním čásSic na suóssrátu.'TaSo struktura je chaaraterrssická pro výrobky, vyrobené postupem podle vynálezu, při němž se pouužje příoožných těles a 12· Spodní strana subbtrátu 13 obdobně obsahuje tvrdé částice ' 12' a měkké částice . V jednom provedení vynálezu ' jsou tvrdé částice 11 ' a 1 2' tvořeny kyslčCnkeem hlinttým a měkké částice 11 a 112 jsou vytvořeny s^bram.

Tvrdé částice mohou mít značně proměnlivé včelkossi, avšak obecně jde o částice, které projdou normalizovarým sítem o počtu 3,94 ok na 1 cm/10 mesh/ a s výhodou jsou to částice, které projdou skrze síto 39,37 ok/cm (100 a které jsou zadrženy na sítu 23(5,22 ok/cm (600 meehh. Měkké částice musí pr<oít sítem 19,69 ok/cm (50 meeh), s výhodou projdou sítem

3,94 ok/cm (10 mesh) a ideálně projdou síeem 7,88 ok/cm (2Θ meeh). Jsou však obecně menší než tvrdé částice

Zásadně ne^:í' stanovena minimální velikost měklých čássic. Ve skutečnns! čím menší jsou tyto částice, tím je větší jejich plocha povrchu. To je zvláště výhodné, když výsledná Struktura má tvcHé katalyzátor. Obvyklá velikost měkkých čássic však činí 1/2 až 1/10 000 a s výhodou 1/10 až 1/5 000 velikosti tvrdých čássic. Během sissovávání sestavy se tím umožní aby tvrdé částice zajišťovaly odstup mezi příoožnými tělesy a substrátem, takže nedojde ke stlačení měkkých čássic, které by mělo za následek nežádoucí snížení jejích plochy povrchu.

Široké i výhodné hranice tvrdost podle Vickerse pri příoožná tělesa, částice a substrát jsou uváděny v následuuící tabulce:

čLožka	Široké rozmezí MNO2	Výhodné rozmezí MN/m2
příložné těleso	•98,07 až 5 880	981 až ' 2 940
tvrdé částice	981 až 9 810	1 960 až 7 850
měkké částice .	0,98 až 1 960	.9,81 až 981
	9,81 až 3 920	98,07 až 1 960

Uddrž-li se výše uvedené poměry tvrdosti, nemají hodnoty uváděné v tabulce omezující význam v tom, seslu, že by ee musely volit specCfické hodnoty v uvedených rozmezích. Ve výhodném provedení vynálezu má příložné těleso'tvrdost podle Vickerse nejméně o 490 a s výhodou nejm^éně o ' 981 MN/m² nižěí než je tvrdost tvi^dýc^h částic. Subbtoát má “tvrdost ^podle Victarse nejm^én^ě o ³⁹² a s výhodou $eím^én^ě o 785 MVm² ni^í ne^ž příložné toleso. Měkké částice nejsou tvrdě:- než subssrát a obvykle jsou měkčí než subssrát. '

Měkké částice mohou být částice u íakéhokoU kovu nebo látky. Ve výhodném provedení, při němž vzniklé - struktury jsou katalytické struktury, jsou měkké částice u katalytcckých kovů. Kjalytický kov se ovšem volí se zřeteeem na úvahu připadající chemickou reakci, což není předmětem vynálezu. Typickými příklady vhodných'katalytcckých kovů . jsou zejména stříbro, zlato, platina, jejich směsi a slitiry mezi nimi a jnrými kovy.

Z nejširších hledisek vynálezu mohou tvrdé částice být bu3.kový nebo nekovy, ovšem výhodné jsou nekovy. V případě, že výsledná struktura má být určena pro katalýzu, neamměl tvrdé částice bráint průběhu chemické reakce. Příklady vhodných kovů jsou mezi jniý^m zirkon, vanad, tantal a titan. Příklady vhodných nekovů jsou karbid- křemíku, nitrid křemíku, nitrid boru, kysličník křemičitý a kysličník hlinitý, jenž je zvlášť výhodný. Nejvýhodněěší podskupinou mateeiálů pro nekovové tvrdé částice jsou žáruvzdorné kysličníky.

Hmmtový - poměr tvrdých částic k měkkým se může v širokých mezích ob^mríc^o^e^t., - pokud se dosahuje výhodného účinku vynálezu· Tento pomšr je však obvykle mezi - 1:20 až 1:4 a s výhodou 1:10 a 1:1. Při pode statně nižších pommrech je nedostatek tvrdých částic potřebných pro zajištění odstupu mezi přísným tělesem a substrátem. V takovém případě by došlo k nežádoucímu zploštění - nebo stlačení měkkých . . částic a s tím i ke snížení jejich úhrnné povrchové plochy. Dilší nežádoucí důsledek nízkých vzájemných poměrů je snížení adheze .mělkých částic na subssrát. U vyšších vzájemných poměrů je celková plocha povrchu mělkých částic nízká jednoduše proto, že je jich přítomno - menší mon^tv!.

čubettrát a příUžná tělesa mohou být - vytvořeny z jakéhož И kovu, který vykazuje zde požadovanou tvrdost. Příklady vhodných kovů jsou mimo jiné měkké Železo, ocel, hliník a nerezavějící - ocel. Je - třeba zdůrazznt, - že chemická povaha prvků tvořících slittou, jíž se použije na subestrát, nemá rozho^ujcí význam. Je zřejmá, že pro subestrát i příložné těleso mohou být pouuity i slitiny, avěak za předpokladu, že mají rozdílnou tvrdost. č^t^e^tt^i^it však nesmí mít inhibující účinek na katalytcekou reakci.

Odborníkům je zřejmé, že rozdílné tvrdosti mohou být dosaženy za pooužtí běžných mcealurgických technických postupů jako tepeltým zpracováním, válcováním za studená a podobně.

Vynález je dále vysvětlován na následnících příkladech provedení, kde díly a - procenta jsou hmotové díly a procenta, pokud není uvedeno jinak. Příklady nejmaí omenjc! význam pro rozsah pooužtí vynálezu a slouží pouze pro - jeho bližší vysvéělení.

P ř i k 1 e d 1

Příklad vysvětluje způsob podle vynálezu, kde vznikající struktura je zařízeni pro katalýzu.

S odkazem na obr. 1 se připraví směs jemně rozmělněných čásSic kysličníku hlintého a stříbra v hmotovém poměru 3:7 a uloží se na každou stranu hinníovvého. subssrátu o'tloušťce 0,025 cm. Kysičník hlinitý projde sítem o 39,37 ok/cm (100 mesh) a zadrží se ' na sítu s počtem 236,2t ok/cm (600 mesh). Stříbro projde sítem 157,48 ok/cm (400 mesh). Sutbtrát má tvrdost ^podle Vic^rse 883 ^Vm^{1 2}. Ke kaž^dé straní opatřené směsí 'částic se ^přiloží po jednom přHotaěm tělese ze ^železa ma^cí tvrdost ^podle Victerse ^{1 * * * 770} Ж/m² a tlouát^ 0,025 cm a vzniklá sestava se nechá pro^t štěrbinou meei dvěma otáčejícími se válci. Příložná tělesa se pak odstraní a tvrdé částice, tj. kysličníku hlinitého, zůstanou zakotveny do subbtrátu a měkké částice, tj. stříbra, na subbtrátu ulpíváJí.

Příklad 2

Tento příklad má vy^ěě^vat poožžtí zařízení pro katalýzu podle vyaálezu. Zařízení pro katalýzu podle příkladu 1 vytvořené pracuje uspokooivě ke zvýšení reakční rychlosti u reakce ethylenu s kyslkkem ke vzniku ethylenoxid.

Příklad 3

Tento příklad znázorňuje způsob podle vynálezu, při němž výsledná struktura je jné zařízení pro katalýzu.

Směs jemně rozmělněných částic karbidu křemíku (kerborunda) e mědi v ' hmotovém poměru 3:7 se uloží ne každou stranu ^srátu z nízkou^-tkové oceli o tooušťce 0,025 cm. Karbid křemíku projde sítem o počtu 39,37 ok/cm (100 mesh)' a zadrží se na sítu o počtu ok 15⁷,48 na 1 cm (400 meeh). Měá projde sítem 15⁷,48 ok/cm (400 meehh. Suubsrát má tvrdost podle Vickerse 9^¹ x Ю² MN/m². Na ka^ždou stranu subb^^u opatřenou p^ovlake^m Mstíc se přiloží ^po jednom přHel^ém tělese o tvr^dos^si ^3,92 GlVm² a tlouštice ⁰,⁰25 ' cm a výsledn^á soustava se nechá projít svěrnou štěrbinou mezi dvěma otáčejícími se válci. Příložná tělesa se potom odstraní a tvrdé částice, tj. karbidu křemíku, zůstanou zakotveny do suss^-u a měkké čásSicl, tj. mměd, na su^^átu ulpívají.

ř říkl a d 4

Výsledné zařízení pro katalýzu pracuje úspěšně pro zvýšení reakční rychlossi kysličníku uhelnatého s vodní párou za účelem vyvíjení vodíku.

Claims (8)

1 · Způsob výroby s^bs^tu s povlakem z částic s vysokým poměrem plochy povrchu k hmo2 tě, vyznačený tím, že e mezi tubstrát o tvrdost podle Vickerse od 9,81 do 3 920 MN/m

8 přHožrté těleso o tvrdost ' podle ^c^rse od ^98,07 do 5 ⁸⁸⁰ Wm² ukládá směs, obsáhnuli tvrd^é částce z mmateiftu o t-vrtossi podle ^Vic^kerse 981 do ²⁹ 420 MN/m² a ve^tossi Matic od 25 /1 do 150yu a'měkké částice z kovu o tvrdossi podle Vickerse od 0,98 MN/m' do ¹ 9^{60 MN/}m² a velifossi Msí-ic od 0,°^15/1 ^úo ^{50/1 p}ři^eemž je^dno^oliv^é hodnoS^y se voH v uvedených rozmezích tak, že tvrdost pří^nného tělesa je ' vždy vyšší než tvrdost substrátu, tvrdost tvrdých částic je vyšší než tvrdost substrátu a přiměného tělesa a tvrdost měkkých čássic je nižší než tvrdost substrátu, pří^nného tělesa a tvrdých čássic, přieemž substrát a příložné těleso в částicemi směsi jsou dále stlačovány a tvrdé částice jsou vtlečovány příložným tělesem do substrátu a měkké částice jsou působením příložného tělesn nuceny přilnout к substrátu, načež se konečně odstraní příložné těleso ze styku s částicemi a tvrdé částice na substrát· zůstanou zatlačeny do substrátu a měkké částice zůstanou přilnuty

2. Způsob podle Vickerse podle o 490 bodu 1, vyznačený tím, že se používá příložné těleso, které má tvrdost MN/m² nižší než tvrdé částice.

podle bodu 1j vyznačený

3. Způsob

Vickeree nejméně o 392 MN/m^ nižší než tím, že s užívá příložné těleso.

substrát ₃ který má tvrdost podle

4. Způsob je 1/2 až 1/10 podle.bodu 1, vyznačený 000 tvrdých částic.

tím, že se užívá měkkých částic, jejichž velikost

5. Způsob tický kov· podle bodu vyznačený tím, že jako kov měkkých částic se použije kataly

6· Způsob podle bodu

5, vyznačený tím, že se použije jako katalytický kov stříbro

7. Způsob podle Vickeree podle 981-29 420 bodu vyznačený . 2 tím, že

1,

MN/m* se použije nekov jako materiál tvrdých částic o tvrdosti

8. Způsob podle bodu 7, vyznačený tím, že se použije kov jako je kysličník hlinitý.