CZ302242B6 - Zpusob výroby odlehcených konstrukcních prvku - Google Patents

Abstract

Zpusob výroby odlehcených konstrukcních prvku, v nichž slinuté anorganické duté kulicky, které jsou potaženy funkcní vrstvou vytvorenou za použití polymeru, organických pojiv nebo práškovitého kovu a nadouvadla, jsou zavedeny do tvarového telesa (2) nebo do útvaru, vytvárejícího vnejší obal odlehceného konstrukcního prvku (1), pricemž po procesu vyplnení se provádí úprava rozpouštedlem, nadouvacím cinidlem a/nebo tepelná úprava, vedoucí k plastické tvarovatelnosti materiálu funkcní vrstvy. Plastická tvarovatelnost zpusobí, že se duté kulicky se sousedními kulickami spojují k sobe alespon jedním trvalým zpusobem pomocí svých kontaktních bodu, které se fixují vuci sobe navzájem prímo pomocí svých skorepin, címž se vytvárí dotykový kontakt.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby odlehčených konstrukčních prvků vyrobených z dutých kuliček se skořepinami ze slinutého anorganického materiálu, jako jsou kovy, oxidy kovů, sklo nebo keramika.

Dosavadní stav techniky

Ve spisech EP 0 300 543 Al a US 4 917 857 je popsán způsob výroby kovových a keramických dutých kuliček. Při něm se na kulovité jádro z pěnového polymeru nanáší vodná suspenze kovo15 vého nebo keramického prášku s organickým pojivém a pri teplotě zpracování (400 až 500 °C) se polymer, tvořící jádro, podrobí pyrolýze, přičemž plynné složky uniknou a získá se tak zvané surové těleso s postačující stabilitou.

Toto surové těleso se následně dále ohřívá, aby se vypudily i zbývající organické částice pojivá a prachové částice se spolu spekly na uzavřenou kulovou skořepinu.

Dále je ve spisu DE 197 50 042 C2 popsáno zejména nanášení práškovitého výchozího materiálu s kapalným pojivém na jádro pomocí cirkulace s rotorem.

Takto získané duté kuličky se skořepinou, která může v podstatě sestávat z práškovitého materiálu, se mohou použít pro různé případy použití.

Jedna aplikace pro odlehčené prvky je popsána ve spisu DE 198 17 959 Cl. Podle ní se mají takové samo o sobě známé duté kuličky smíchat s polymerovým lepidlem na „kaši z kuliček“ a tato „kaše z kuliček“ se před vytvrzením lepidla zavede do formy, popřípadě mezi dvě povrchové desky. K tomu účelu je pro vytvrzování lepidla k dispozici určitý omezený časový interval, ve kterém musejí být příslušným způsobem připravené kuličky zpracovány.

Kromě toho dochází při plnění tvarových těles se složitými geometriemi, popřípadě takovými, které mají zářezy, k problémům pri úplném naplnění celého objemu tvarového tělesa takovou „kaší z kuliček“.

Po vytvrzení lepidla (polyuretanová nebo polyesterová báze, epoxidové lepidlo nebo PMMA) vytvoří lepidlo pevné spojení pro duté kuličky, tvořící takový odlehčený prvek, což se jednak kvůli možné segregaci ne vždy zcela podaří, a jednak pro některé případy použití je také nežádoucí.

Jestliže se do tvarového tělesa ale zavedou napřed duté kuličky, a v následujícím kroku se k nim přidá více nebo méně viskózní lepidlo, nemůže se v tvarovém tělese dosáhnout homogenního rozdělení lepidla.

Proto je úkolem vynálezu vylepšit duté kuličky se skořepinami ze slinutého anorganického materiálu do té míry, že se rozšíří jejich oblast použití, technologicky se zjednoduší zpracování na konstrukční prvky, a z hlediska specifiky použití se zlepší vlastnosti dutých kuliček, jakož i s nimi zhotovených konstrukčních prvků.

-1 CZ 302242 B6

Podstata vynálezu

Podle vynálezu se tento úkol řeší způsobem výroby odlehčených konstrukčních prvků, v nichž slinuté anorganické duté kuličky, které jsou potaženy funkční vrstvou vytvořenou za použití polymerů, organických pojiv nebo práškovítého kovu a nadouvadla, jsou zavedeny do tvarového tělesa nebo do útvaru, vytvářejícího vnější obal odlehčeného konstrukčního prvku, přičemž po procesu vyplnění se provádí úprava rozpouštědlem, nadouvacím činidlem a/nebo tepelná úprava, vedoucí k plastické tvarovatelnosti materiálu funkční vrstvy, přičemž plastická tvarovatelnost způsobí, že se duté kuličky se sousedními kuličkami spojují k sobě alespoň jedním trvalým způii) sobem pomocí svých kontaktních bodů, které se fixují vůči sobě navzájem přímo pomocí svých skořepin, čímž se vytváří dotykový kontakt.

Duté kuličky se vytvářejí podle obvyklých řešení a mají na sférické skořepině, která sestává ze slinutého, alespoň převážně anorganického materiálu, alespoň jednu dodatečnou, funkční vrstvu, is Materiál funkční vrstvy, v ní obsažené nebo na funkční vrstvu nanesené složky, pomocí fyzikálního a/nebo chemického zpracování schopné tečení, mohou být plasticky a/nebo elasticky tvarovány. Tím mohou být skořepiny a v důsledku toho i sousední duté kuličky spolu adhezně a/nebo tvarově fixovány.

2o Skořepiny mohou sestávat z kovu, slitiny kovu, oxidu kovu nebo keramiky. Mohou být úplně bez organických částic. Vhodnými kovy jsou kupříkladu železo, nikl, jakož i lehké kovy, kupříkladu titan, hliník, nebo těžké kovy s vysokou teplotou tání, jako je kupříkladu wolfram nebo molybden jejich slitiny.

Fyzikální a/nebo chemické zpracování a volba materiálu by se měly provést tak, aby alespoň skořepiny dutých kuliček nebyly během zpracování nestabilní.

Může být také vytvořeno na způsob cibule více funkčních vrstev nad sebou, přičemž příslušná volba materiálu může pokrýt různá použití. Přitom může být zpracování takových dutých kuliček .to prováděno i ve více krocích, specificky pro příslušné použití.

Dutá kulička s další pevnou funkční vrstvou, která se dodatečně, kupříkladu nanesením suspenze na skořepinu, nanese a usuší, popřípadě vy tvrdí, představuje lépe a snadněji zpracovatelný předběžný produkt než obvyklé duté kuličky, a tyto duté kuličky šetří finálním producentům kon35 stru kčn ích prvků technologické způsobové kroky.

Mohou se používat duté kuličky bez funkční vrstvy s vnějším průměrem 0,1 až 20 mm, výhodně 0,5 až 5 mm. Přitom může mít skořepina tloušťku, která odpovídá 0,1 až 50 %, výhodně až 10 % vnějšího průměru dutých kuliček.

Funkční vrstva, popřípadě funkční vrstvy podle vynálezu, by měly mít tloušťku, která může po fyzikálním, popřípadě chemickém zpracování dutých kuliček zajistit příslušný funkční účinek, kupříkladu ochranu proti korozi nebo adhezní spojení sousedních dutých kuliček. Tloušťku je však třeba výhodně volit alespoň tak velkou, že při plastickém a/nebo elastickém tvarování může být dosaženo tvarového fixování sousedních dutých kuliček.

Zpravidla postačí, žeje tloušťka funkční vrstvy menší než tloušťka skořepiny. Tloušťka funkční vrstvy by neměla být větší než 0,9násobek, výhodně 0,1 až 0,5násobek tloušťky skořepiny příslušné duté kuličky. Tím může být dosaženo funkcí, jako je kupříkladu spojování sousedních dutých kuliček na odlehčený konstrukční prvek, ochrana proti korozi kovových skořepin, elektrické a magnetické vlastnosti.

Kromě toho by neměla hmotnost alespoň jedné funkční vrstvy, popřípadě více funkčních vrstev, překročit hmotnost skořepiny.

_ 9 CZ 302242 B6

Pro tvarové fixování sousedních dutých kuliček pomocí materiálu funkční vrstvy může být postačující, zeje pokryto maximálně 80 % povrchu skořepiny.

Tím může být hmotnost odlehčeného prvku, zhotoveného z dutých kuliček, zredukována.

Duté kuličky podle vynálezu by měly být schopné se volně sypat a neměly by se na sebe lepit, tak aby mohly být po skladování a přepravě bez problému zpracovávány.

io Na funkční vrstvě může být nanesena dodatečná plombovací vrstva, zejména pro dočasnou ochranu během přepravy a skladování, aby se vytvořily velmi hladké, nelepivé povrchy. K tomu účelu se mohou nastříkat rychleschnoucí, vodou ředitelné laky, nebo jiné, více nebo méně viskózní kapaliny. Vhodnými příklady jsou celulózové nebo pektinové roztoky, popřípadě polyvinylalkohol.

Funkční vrstvy mohou být vytvořeny z homogenního materiálu, ale také z kompozitu.

Do funkční vrstvy mohou být pro určité případy použití (kupříkladu za účelem detekce) vloženy feromagnetické Částice a/nebo Částice sestávající z permanentních magnetů.

Funkční vrstva může být ale také dopována nebo tvořena katalyticky působícími prvky nebo sloučeninami. Tak se může kupříkladu galvanicky, bez použití proudu, vylučovat na skořepině nebo funkční vrstvě platina a/nebo rhodium.

Jestliže se pro funkční vrstvy použijí organické materiály nebo složky, jsou obzvláště vhodné takové polymery, které jsou zvoleny z kopolymerů etylenvinylacetátu (EVA), polyamidů nebo polyesterů, ale také fenolové pryskyřice, kresolové pryskyřice, furanové pryskyřice nebo epoxidové pryskyřice, popřípadě pojivá na latexové nebo kaučukové bázi. Vhodnou epoxidovou pryskyřicí je kupříkladu pryskyřice známá pod obchodním označením Terokal 5051 LV, a jako mateno riál na bázi kaučuku může být komerčně získán materiál pod obchodním označením Terostat 5190. Oba produkty mohou být nanášeny při teplotách nad 55 °C a následně vytvrzovány za přívodu energie. Jsou potom vysoce pevné a velmi tuhé. Materiál na kaučukové bázi může být také vytvrzen jen částečně. Oba uvedené produkty mají elektrickou vodivost cca 10⁶ Qcm.

Obzvláště vhodné jsou látky tak zvané „hot melts'\ které jsou často kopolymery etylenvinylacetátu.

Složení těchto materiálů může být nastaveno tak, že jejich nanášení může být prováděno při relativně nízkých teplotách (kupříkladu < 60 °C) v kapalné fázi, a po vysušení může být později provedena aktivace, kupříkladu pomocí ohřátí. Přitom může být při určité volbě, popřípadě složení, zcela cíleně nastavena určitá teplota měknutí, popřípadě teplota tání, která by měla výhodně ležet nad 80 °C, zcela výhodně nad 100 °C.

Jako materiál funkční vrstvy se však také mohou použít samy o sobě známé práškové laky, kupříkladu na bázi fenolové nebo epoxidové pryskyřice. Ty se mohou ve tvaru prášku nanášet na ohřáté duté kuličky, kupříkladu ve fluidním loži, přičemž by měly být dodrženy teploty, při kterých prášek ulpívá na skořepinách dutých kuliček, avšak nedochází k tavení práškového laku, vedoucího ke splývání. Přitom mohou jednotlivé práškové částice více nebo méně rovnoměrně rozděleně ulpívat na povrchu skořepin, a po ochlazení mohou být duté kuličky ihned přepravo50 vány a skladovány, aniž by se spolu slepily. Teprve při zhotovování odlehčených prvků se teplota zase zvýší, až do doby kdy prášek změkne nebo se nataví. Při tavení se může přes celý povrch vytvářet rovnoměrný povlak laku, přičemž však při adekvátně hustém rozmístění dutých kuliček, popřípadě při vytváření tlaku (zhutňování) na duté kuličky, mohou být povrchové oblasti

- j CZ 302242 B6 bezprostředně se dotýkajících dutých kuliček udrženy bez materiálu funkční vrstvy (kupříkladu bez laku).

Funkční vrstva může být kupříkladu vytvořena z organického nebo anorganického pojivá, ve > kterém a/nebo na kterém jsou adhezně drženy částice, výhodně kovy nebo polymery. Tyto částice se mohou tvarovat při tepelném konečném zpracování.

Polymery mohou také obsahovat práškovité anorganické prvky a sloučeniny, a plnit potom zejména pro tyto prvky, popřípadě sloučeniny, vazebnou funkci, a to vedle jiných funkcí, jako je id ochrana proti korozi a/nebo izolace.

Vhodnými anorganickými prvky nebo sloučeninami jsou kupříkladu kovy, barevné pigmenty, kovové sloučeniny, slitiny kovů, popřípadě takovéto materiály s magnetickými nebo feromagnetickými vlastnostmi.

Jestliže se pro funkční vrstvy použijí práškovité prvky nebo sloučeniny, mohou být tyto naneseny na skořepiny jako suspenze s pojivém. Vedle organických pojiv se také mohou používat anorganická pojivá. Tak se mohou kupříkladu používat roztoky solí kovů nebo vodní sklo, aby alespoň dočasně vytvořily kovový prášek, prášek oxidu kovu, keramický nebo skleněný prášek. Vhod2o nými skly jsou kupříkladu smalty nebo skelné pájky, kupříkladu skla, obsahující olovo nebo bór, přičemž ty mají relativně nízkou teplotu měknutí a teplotu tání.

Výhodně může funkční vrstva sestávat z kovu nebo obsahovat takový kov, který může s kovovým materiálem skořepiny nebo materiálem druhé funkční vrstvy tvořit íntermetalický materiál.

To je možné kupříkladu se zinkem a mědí. Také tak mohou být tvořeny různé alumtnidy.

Mohou se však také použít kovové slitiny, jestliže jsou vhodné kovy obsaženy ve funkční vrstvě, popřípadě ve funkční vrstvě a skořepině.

so Zejména u porézních skořepin může být výhodné zvolit kombinaci materiálů, která umožní infiltraci. Přitom se může materiál funkční vrstvy infiltrovat do porézní skořepiny, nebo materiál skořepiny do funkční vrstvy, aby se získal uzavřený obal. Tím se může ovlivnit vnější průměr duté kuličky.

ís Kromě toho mohou být porézní, obtížně sintrovatelná keramika nebo kovy opatřeny kompaktním povrchem.

Ve funkční vrstvě mohou být také obsažena různá aditiva. Kupříkladu to jsou pájky, tavící přísady, pomocné prostředky pro slinování, nadouvadla nebo prostředky vyvolávající bobtnání.

Jako příklad muže být funkční vrstva také vytvořena z práškového kovu, nebo může obsahovat takový kov a dodatečně nadouvadlo. Při ohřátí se pomocí funkční vrstvy vytvoří kovová pěna, která může alespoň částečně vyplnit dutiny v násypu dutých kuliček.

Mohou se také použít nejrůznější kovové prášky čistých kovů (kupříkladu SÍ, Al nebo Cu), ale i slitiny, kupříkladu s Mn.

Vhodnými nadouvadly jsou hydridy kovů, karbonáty nebo hydráty. Výhodně se může použít práškový hydrid titanu.

Koncentrace nadouvadla ve funkční vrstvě by měla být uvnitř funkční vrstvy ve vnitřní stěně větší než vně, aby se výhodně ovlivňovalo vytváření pěny.

-4 CZ 302242 B6

Zejména při více nad sebou vytvořených různých vrstvách může být vhodná kombinace fyzikálního a chemického zpracování. Tak může být chemickou cestou kupříkladu prováděno odstraňování nebo aktivace, a následně tepelným zpracováním plastické tvarování.

Duté kuličky se skořepinou, vytvořenou v podstatě z kovu, mohou být oproti známým řešením zhotovovány výhodně tím, že se při ohřátí těkavá nosná látka, kupříkladu styropor, opatří obalovou vrstvou. Tato obalová vrstva se vytvoří z kapaliny, která obsahuje pojivá a práškové části základního kovu, přičemž se po vysušení provádí slinování. U obvyklých způsobů vznikají problémy tím, že takto připravené kuličkovité předběžné produkty nemají během slinování postačum jící pevnost, protože se stoupající teplotou vazebný účinek zpravidla silně klesá. Použité pojivo se vypuzuje pomocí vypařování, popřípadě pyrolýzou, takže je snížena pevnost. Vytvořené slinuté zesílení stěn může být již při malých tlacích a silách poškozeno a stlačeno, takže se jednotlivé, takto připravené duté kuličky zničí. Takovéto poškozené, popřípadě zničené duté kuličky je nákladné vytřídit. Této nevýhodě se může čelit tím, že se do směsi, obsahující pojivo a prášek i5 základního kovu, přidá přísada rozkládající se při ohřívání. Taková přísada se může rozpustit v kapalině směsi nebo může být obsažena v koloidním stavu.

Rozklad přísady se může provádět během slinování, přičemž vytvořené dodatečné produkty rozkladu přísady během časového průběhu tepelného zpracování vytvářejí při slinování dodatečné

2o částice pojivá pro prášek základního kovu ve tvaru pevných tělísek. Tento proces probíhá opačným směrem ke sníženému vazebnému účinku vlastního pojivá se stoupající teplotou, a vazebná funkce se postupně přebírá od dodatečných produktů rozkladu, vytvořených z přísady.

Dutá kulička, tak, jak se vyskytuje po slinování, s kovovou skořepinou, může být v následujícím kroku opatřena alespoň jednou funkční vrstvou, jak již bylo dříve popsáno u různých příkladů podob.

Přísadou, která se vyskytuje jako suspenze společně s kapalinou, pojivém a práškem základního kovu, může být výhodně sůl kovu nebo hydroxid kovu, nebo může obsahovat i více takových solí a/nebo hydroxidů kovu. Zvýšením teploty v časovém průběhu tepelného zpracování pro slinování se ze soli kovu vytváří oxid kovu, (přičemž vytváření oxidu může být výhodně prováděno v oxidační atmosféře). Oxid kovu ze soli kovu, vytvořený ve tvaru pevných tělísek jako doplňující produkt rozkladu, působí potom jako pojivo mezi práškovými částicemi základního kovu a zvyšuje pevnost vytvářející se skořepiny duté kuličky, zatímco se pojivo, složené v podstatě z orga35 nických složek, pyrolýzou rozkládá.

Slinování lze také provádět v inertní atmosféře, jako např. dusíku nebo argonu.

Vhodné jsou kupříkladu acetát měďnatý, acetát nikelnatý, šťavelan železa, karbonát nikelnatý, acetylacetonát nikelnatý nebo acetylacetonát měďnatý. Tyto sloučeniny by měly být výhodně rozředěny až k příslušné hranici nasycení v kapalině. Během vysoušení, prováděného před slinováním, se uvolněné přísady na základě jejich povrchového napětí koncentrují v kapalině na dotykových místech práškových částic základního kovu a po vysušení se společně s organickými částicemi pojivá, které byly obsaženy v kapalině, přivádějí zpět jako pevná substance, a na základě nárůstu objemu zvyšují na dotykových místech práškových částic základního kovu odolnost skořepin duté kuličky proti tlaku a otřesům.

Odolnost dutých kuliček se také zvýší tím, že dodatečné produkty rozkladu, vytvořené při sl inovacím procesu a zůstávající jako pevná tělíska, která byla získána z přísady, se koncentrovaně hromadí na všech vzájemných dotykových místech práškových částic základního kovu. Tato akumulace probíhá na základě povrchového napětí kapaliny na dotykových místech jednotlivých práškových částic základního kovu před vysoušením.

- 5 CZ 302242 B6

Přebírání vazebné funkce během ohřívání produktu rozkladu, vytvořených z přísady, při současně opačném snižování vazebné funkce pojivá pro práškové částice základního kovu, se obzvláště výhodně projevuje u tenko stěn ných dutých kuliček.

Výhodně mohou být jako přísada použily soli kovu organických kyselin, protože při rozkládání takové přísady a pojivá se kromě toho uvolňují jen uhlík, kyslík a/nebo vodík, a ty odcházejí do atmosféry, a takové látky jsou zpravidla pro člověka, okolní prostředí a techniku neškodné.

Soli kovů se výhodně volí ze snadno redukovatelných kovů, jako je měď, železo, nikl, kobalt, κι eín, molybden, wolfram a/nebo stříbro, a podle toho se u prášku základního kovu na kovové bázi dobře hodí ke spékání, přičemž těmito kovy jsou i vhodné slitinové prvky, protože mohou být použity i u spékaných ocelí.

Pro výrobu suspenze, ze které může být vytvořena obalová vrstva, která může později po slinoH vání vytvořit opěrnou vrstvu duté kuličky, se může jako rozpouštědla použít kupříkladu vody, alkoholu nebo obdobných kapalin. Jestliže se kupříkladu použije jako kapaliny alkohol, hodí se tento alkohol obzvláště výhodně, protože je zpravidla organické pojivo v alkoholech dobře rozpustné.

?(i Provedení obalové vrstvy může být pomocí způsobu vstřikováni mokrého prášku nebo lití břečky v předpěněné podobě naneseno na kulovitém nosiči ze styroporu nebo styrenu, přičemž se nosné těleso po vysušení a slinování pomocí odplynění a pyrolýzy zcela rozloží, a vytvořené plynné složky uniknou směrem ven, takže vytvořená kovová skořepina může být uvnitř zcela dutá.

Jako organické pojivo může být použito pojivo sestávající z jednoho nebo více organických pojiv, které je společně s práškovými částicemi základního kovu a prísadoLi obsaženo v kapalině.

Při již zmíněné akumulací přísady na dotykových místech práškových částic základního kovu se přísada nachází v kapalině uvolněná na úrovni atomární a/nebo molekulární velikosti, a/nebo to homogenně rozdělená. Při vysoušení vytváří přísada, obsažená v kapalině, mezi dotykovými místy práškových částic základního kovu pevnou substanci. Ta se však během vysoušení ještě nerozkládá. Akumulace pevné substance, vytvořené z přísady, na dotykových místech práškových částic základního kovu zůstává po vysušení zachována, a vazba práškových částic základního kovu mezi sebou tím může být zesílena, takže pevnost vysušené obalové vrstvy může být zvýts sena již na základě vznikajícího nárůstu objemu na dotykových místech práškových částic základního kovu. Dutá kulička, vytvořená v podstatě z vysušené obalové vrstvy, je již před slinováním značně méně citlivá na rázy, otřesy a vibrace, nežje tomu li známých řešení.

Zcela obzvláště výhodně se mohou použít soli kovů, jejichž oxidy mohou být snadno redukoK) vány. Takovými kovy jsou kupříkladu měď, železo, nikl, kobalt, cín, molybden, wolfram, popřípadě stříbro. Mohou tak být příznivým způsobem použity soli kovů, které jsou zvoleny, z hydroxidů, karbonátů, acetátů, mravenčanů, šťavelanů a/nebo acetylacetonátů.

Vysušená dutá kulička, opatřená obalovou vrstvou, může být pri dalším tepelném zpracování v okysličující atmosféře při teplotách cca 600 °C zbavena pojívá. Přitom se veškeré organické částice pojivá a také přidaná přísada rozkládají, přičemž se z ní vytváří dodatečný produkt rozkladu, vytvořený jako pevné tělísko, zpravidla oxidy kovů a/nebo hydroxidy kovů. Přitom může přísada, vyskytující se nyní jako pevné tělísko, převzít roli organických částic pojivá, které vlivem převážně pyrolýzy ztrácí svou molekulární strukturu organické vazební substance, a orga50 nické molekuly z větší části uniknou jako plyn. Často zůstává na základě termodynamické stability jednotlivých organických produktů, podrobených pyrolýze, zbytek pojivá, který nejdříve sestává z aromatických uhlovodíkových sloučenin, a tedy může ještě převzít vazebnou funkci mezi práškovými částicemi základního kovu. Snížení vazebního účinku může být vyrovnáno

-6CZ 302242 B6 vytvořenými produkty rozkladu přísady, protože jako pojivo mohou působit kupříkladu jako produkty rozkladu vytvořené oxidy kovů.

Při slinování se s narůstající teplotou stává nejdříve pojivo, až na zbytky pojivá a následně použitou nosnou látku, těkavým. Teploty rozkladu nosné látky a přísady leží přitom normálně pod teplotou tání přísady a příslušných práškových částic základního kovu.

Vazební účinek oxidů kovů, zejména na základě jejich malé velikosti částic, pri slinování se stoupající teplotou narůstá, naproti tomu se vazební účinek těkavého pojivá až na málo zbývajících zbytků pojivá, během časového průběhu slinování naopak snižuje.

U jednoho provedení způsobu podle vynálezu výroby dutých kuliček s kovovými skořepinami mohou být pri slinování v redukční atmosféře vytvářeny z dodatečných produktů rozkladu přísady částice slitiny pro práškové částice základního kovu, které se rovněž vyskytují v pevné formě jako meziprodukt. Přitom by měla být teplota tání dodatečného produktu, vytvořeného z přísady, menší, nežje teplota tání příslušného prášku základního kovu.

Jak již bylo zmíněno, může být po slinování na nyní vytvořenou kovovou, stabilní skořepinu, nanášena alespoň jedna funkční vrstva, kupříkladu v reaktoru s fluidním ložem.

Existuje ale také možnost bezprostředně na kovovou skořepinu, popřípadě na vřazenou, vhodnou funkční vrstvu, bez použití proudu galvanicky vyloučit kovovou vrstvu, přičemž k tomu účelu mohou být jako katalyzátor doporučeny vhodné kovy, V tomto případě je výhodné vytvořit povrch skořepiny, popřípadě funkční vrstvu s relativně velkou drsností, popřípadě pórovitostí, aby se povrch adekvátně zvětšil.

Funkční vrstvy mohou být ale také nanášeny a vytvářeny ve fluidním loži nebo zařízení, jaké je kupříkladu popsáno ve spisu DE 197 50 042 C2.

Za účelem výroby odlehčených prvků s dutými kuličkami podle vynálezu se tvarové těleso nebo obrazec, vytvářející vnější obal odlehčeného prvku, těmito dutými kuličkami plní, a vyplňuje co možná nejvíce celý vnitřní objem.

Po naplnění a popřípadě zhutnění jinak nezpracovaných dutých kuliček probíhá v alespoň jednom dalším způsobovém kroku fyzikální a/nebo chemické zpracování, při kterém materiál funkční vrstvy změkne alespoň natolik, zeje plasticky a/nebo elasticky tvarovatelný.

Zhutňování může být výhodněji prováděno pomocí jednoduchého zhutňování tlakem, avšak i pomocí vibračního zhutňování, přičemž zhutňování může být alespoň časově výhodně také prováděno při následujícím fyzikálním a/nebo chemickém zpracovávání.

Fyzikálním zpracováním může být ohřátí materiálu funkční vrstvy, způsobené přívodem energie, přičemž by teplota měknutí a popřípadě i teplota tání tohoto materiálu měla být menší než u materiálu, tvořícího skořepinu.

Ohřátý kapalný materiál se přizpůsobí povrchovému tvaru v co možná hustém rozmístění u sebe ležících a vzájemně se téměř bodově dotýkajících dutých kuliček. Po ochlazení, při kterém může materiál funkční vrstvy také zase ztuhnout, se sousední duté kuličky alespoň tvarově fixují, přičemž pevné lepivé spojení není nutně potřebné.

Tečením materiálu funkční vrstvy mohou být duté prostory, zbývající mezi dutými kuličkami, alespoň částečně tímto materiálem vyplněny. Tím mohou být ovlivněny síly, působící na dutou kuličku, a zabráněno nežádoucím napětím vc skořepinách.

-7CZ. 302242 B6

Kromě toho se může dosáhnout toho, že mezi dotykovými body, popřípadě plochami sousedních dutých kuliček, se materiál funkční vrstvy zcela stlačí, a skořepiny leží bezprostředně u sebe, čímž se muže zvýšit stabilita a pevnost odlehčeného prvku.

Ohřátí může být kupříkladu realizováno konvekcí horkými plyny nebo kapalinami, které jsou vedeny ložem dutých kuliček, nebo pomocí tepelného záření, indukčně, nebo přes adekvátně ohřátou stěnu formy.

Chemické zpracování muže být výhodně prováděno rozpouštědlem, vhodným pro materiál io funkční vrstvy, které může být dáváno do plněné formy ve tvaru kapaliny nebo páry. Takovým rozpouštědlem se dosáhne změknutí materiálu funkční vrstvy, takže materiál se zase stane dočasně plasticky tvarovatclným. Po odvedení, popřípadě odpaření rozpouštědla, což může být provedeno pomocí odsátí a/nebo ohřátí, může materiál funkční vrstvy zase ztuhnout a zachovat tvar, jenž zaujímal.

U směsi více složek, z nichž byla vytvořena funkční vrstva, může postačovat, aby změkla pomocí rozpouštědla a/nebo přívodu energie jedna složka natolik, aby se stala plasticky tvarovateinou.

Mohou se použít organická rozpouštědla, aby se mohly polymery, nebo funkční vrstvy obsahující

2o polymery, popřípadě v nich obsažené organické složky, alespoň narušit a změknout.

Obzvláště výhodné jsou materiály funkční vrstvy, které v důsledku zpracování zvyšují svůj objem, kupříkladu napěň ují. Tím mohou být kompenzovány tolerance průměru skořepin dutých kuliček, a popřípadě také výhodně ovlivňovány vlastnosti, zejména izolace a elasticita odlehče25 ného prvku.

Takovými materiály mohou být pěnové polymery, polymery obsahující nadouvadla, kovy obsahující práškovitá nadouvadla, nebo skla.

ío Tak může být popřípadě použit dodatečně s vhodným prásko v i tým nadouvadlem kovový prášek, vázaný organickým pojivém, takže se při příslušném ohřátí vytvoří kolem skořepin kovová pěna. Vhodnými nadouvadly jsou kupříkladu hydridy kovů, karbonáty nebo hydráty. Pro hliník se může kupříkladu použít prášek hydridu titanu.

is Pří chemickém zpracování se také mohou ke zvětšení objemu materiálu funkční vrstvy použít prostředky podporující bobtnání.

Tak mohou být na skořepiny naneseny jako materiál funkční vrstvy bobtnatelné polymery, a po naplnění obrazce, tvořícího vnější obal odlehčeného prvku, přidány organický nebo anorganický prvek podporující bobtnání. V návaznosti na zvětšení objemu, vyvolaného bobtnáním, dojde k plynetěsnému uzavření obrazce, a duté kuličky sc materiálem funkční vrstvy stabilizují.

Jako tyto polymery se mohou použít kupříkladu polymery známé pod pojmem „superabsorbery“. Tyto polymery mohou nabobtnávat vodou nebo vodnými roztoky, přičemž dojde ke značnému zvětšení jejich objemu. Tento stav se udrží tak dlouho, jak je voda v polymeru akumulována.

Jestliže se kupříkladu použije takový odlehčený prvek s plynotčsným nebo vodotěsným obalem, může nabobtnaný polymer fixovat jednotlivé duté kuličky, popřípadě vyplní dutiny.

Po otevření obalu a odstranění vody pomocí vysoušení, může být podle potřeby toto spojení zase uvolněno, a pokud je to požadováno, mohou být duté kuličky rovněž zase odstraněny.

Jako materiál opěrné vrstvy se mohou ale také použít kovy, slitiny nebo skla bez nadouvadla, přičemž však alespoň teplota měknutí, a pokud možno i teplota tání, by měly ležet pod hodnotami

-8CZ 302242 B6 těchto teplot, příslušných materiálu skořepiny. U slitin by měla tento požadavek splňovat alespoň jedna podstatná složka slitiny.

Tepelné zpracování může přitom pokračovat až do doby, kdy dojde k roztavení materiálu funkční vrstvy a duté kuličky se spolu spájí. V tomto případě může být ve funkční vrstvě výhodně také obsažena alespoň jedna pájka a popřípadě v ní také zapuštěna jedna vhodná taviči přísada. Taková funkční vrstva může přitom kupříkladu sestávat z čistého cínu, popřípadě vázaného cínového prášku.

io Železná, nebo z nerezové, vysoce pevné, a vůči vysokým teplotám odolné ušlechtilé oceli sestávající skořepina, může být kupříkladu potažena měděnou slitinou, tvořící funkční vrstvu.

Zejména u materiálů skořepin, relativně přístupných reakci, jako je kupříkladu železo nebo hliník, působí výhodně funkční vrstvy jako ochrana proti oxidaci. Ty vytvářejí i u konstrukčních i5 dílů, zhotovených z dutých kuliček, ochranu proti korozi.

Jestliže má být při tepelném zpracování sousedních skořepin nebo materiálu funkční vrstvy dosaženo slinování, mohou být v materiálu funkční vrstvy obsaženy, popřípadě v něm být zapuštěny, i vhodné pomocné prostředky pro slinování.

Jestliže mají být spolu spečeny na dotykových bodech sousední skořepiny, musí být materiál funkční vrstvy buď vypuzen, nebo dostatečně vytlačen plastickým tvarováním, a vnější stěny skořepin se při, popřípadě od dosažení teploty slinování bezprostředně dotýkají.

Výhodné může být také to, jestliže je vnitřní stěna tvarového tělesa před plněním dutými kuličkami potažena separační m prostředkem, nebo vnitřní stěna tvarového tělesa, popřípadě obrazce, tvořícího vnější obal odlehčeného prvku, materiálem vhodným i pro funkční vrstvu.

Tím může být zajištěno i usnadněné vyjímání odlehčeného prvku nebo hladší povrch takového so prvku, popřípadě pevnější spojení rozmístění dutých kuliček s vnějším obalem.

Je možné použít kovové skořepiny, kovová nebo jiná tělesa jako obrazce, tvořící vnější obal, které jsou plnitelné dutými kuličkami podle vynálezu.

Jestliže se odlehčený prvek zhotovuje ve tvarovém tělese, tak je povrch odlehčeného prvku vyjmutého z formy v podstatě tvořen skořepinami vnějších dutých kuliček, přičemž velikost skořepin dutých kuliček v podstatě určuje drsnost povrchu. Tento povrch může být kašírován, potažen nebo opatřen krycí vrstvou.

4o Z formy vyjmutý odlehčený prvek může být jako surový odlehčený prvek podroben dalšímu, popřípadě konečnému zpracování. Dobře ovladatelný hrubý odlehčený prvek může být slinován, dodatečně slinován, nebo za účelem vyplnění zbývajících dutin infiltrován.

Takto připravený předběžný produkt může být použit kupříkladu jako jádro do tvarovacího nástroje ke stroji pro vstřikové lití plastu, a plastem být obstříknut. Jako alternativa k plastu může být vnější obal kolem takového předběžného produktu také vhodným způsobem vytvořen z kovu nebo slitiny kovu. Toho se může kupříkladu dosáhnout ponořením do taveniny nebo navařováním, nebo samo o sobě známým způsobem vstřikování kovů.

Odlehčený prvek, popřípadě hrubý odlehčený prvek, může být popřípadě také tvarován pomocí ohýbání nebo lisování. Může být ale také zpracováván třískovým způsobem. V těchto případech by však mělo být zajištěno pevné spojení dutých kuliček, čehož se dá kupříkladu dosáhnout pomocí materiálu funkční vrstvy, který může odolávat tvarování, aniž by se odlehčený prvek při tvarování zlomil.

- 9 .

Výhodně může být pro tyto případy použit materiál funkční vrstvy, který je bud’ vytvrzen ve více stupních, neboje po delší časový interval přes známý rozsah teplot plasticky tvarovatelný, takže tvarování odlehčeného prvku může být prováděno před jeho zpracováváním, před popřípadě se * realizujícím úplným vytvrzením.

Výroba odlehčených prvků může být prováděna po dávkách, kupříkladu ve tvarových tělesech, ale také plynule, popřípadě zpola plynule. Tento způsob je zejména příznivý pro výrobu polotovarů.

II)

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže popsán a objasněn na příkladu jeho provedení podle připojeného výkresu, i5 který znázorňuje na obr. 1 řez ohřívatelným tvarovým tělesem, ve kterém může být zhotovován jako odlehčený prvek tlumič vibrací, vytvořený z dutých kuliček.

Příklady provedení vynálezu

Tlumič vibrací se jako odlehčený prvek 1 zhotovuje podle obr. 1 v podstatě z dutých kuliček, jejichž skořepiny jsou vytvořeny ze slinutého kovu, kupříkladu železa. Mohou být, tak, jakje to ve stavu techniky známo, zhotoveny předem. U tohoto příkladu by měly mít použité duté kuličky s vnějším průměrem cca 1 mm, přičemž průměr všech dutých kuliček by měl být co možná stejný.

Duté kuličky potom mohou být, kupříkladu pomocí zařízení známého ze spisu DE 19750042 C2, potaženy vrstvou práškovité měděné slitiny. Přitom se vytvoří funkční vrstva o tloušťce cca 0,3 mm.

Po vytvrzení, popřípadě vysušení, funkční vrstvy, skladování, a popřípadě po požadované přepravě, mohou být jako volný sypký materiál se vyskytující, spolu neslepené duté kuličky naplněny do děleného tvarového tělesa 2. Tvarové těleso 2 je vytvořeno množstvím spolu spojených jednotlivých částí zachovávajících úseky, které mohou být po zhotovení tlumiče vibrací, jako příklad pro odlehčený prvek X, od sebe zase odděleny.

Tvarové těleso 2 má dále plnicí otvor 4 a elektrické topné prvky 5. Pro zhutnění naplněných dutých kuliček je tvarové těleso 2 u tohoto příkladu uloženo na vibračním zařízení 6.

Po naplnění tvarového tělesa 2 dutými kuličkami plnicím otvorem 4 se aktivuje vibrační zařízení 6, takže se duté kuličky rozmístí těsné vedle sebe a vyplní všechna vytvarování tvarového tělesa 2.

Následně nebo současně s tím se topné prvky 5 spojí s elektrickým napěťovým zdrojem, a tím se tvarové těleso 2 a v důsledku toho i vnitřní povrch tvarového tělesa 2 ohřívají. Tím dochází ke změknutí a při dalším zvýšení teploty k roztavení mědi ve funkční vrstvě. Roztavená měď teče, obklopuje přitom povrch skořepin dutých kuliček, a ty mezi sebou natavenou mědí sousedních dutých kuliček spojuje. Po empiricky zjištěném časovém intervalu a/nebo pomocí regulace teploty se topné prvky 5 od napěťového zdroje odpojí, a při relativně rychlém ochlazení tvarového so tělesa 2 se teplota adekvátně sníží pod teplotu tání mědi, takže ta ztuhne.

Ochlazování může být urychlováno kupříkladu chladným vzduchem, zaváděným do tvarového tělesa 2 skrz porézní odlehčený prvek i.

- io CZ 302242 B6

Není bezpodmínečně nutné natavit všechnu měď funkční vrstvy. Může stačit natavit jen vnější oblasti povrchu funkčních vrstev.

Může ale také postačit i to, aby se natavila měď dutých kuliček, které jsou uspořádány ve vnějších okrajových oblastech odlehčeného prvku i, a duté kuličky, uspořádané uvnitř, ponechat téměř neovlivněné, takže je na odlehčeném prvku 1 vytvořen určitý druh vnější, relativně stabilní skořepiny, která postačuje k tomu, že se dá s odlehčeným prvkem 1 manipulovat alespoň do té míry, aby mohl být odebrán z tvarového tělesa 2.

Takový odlehčený prvek 1 může být potom v dalším způsobovém kroku podroben ve slinovací peci dalšímu tepelnému zpracování, aby se dosáhlo úplného natavení veškeré mědi.

Pro použití odlehčeného prvku 1 jako tlumiče vibrací se může k tomu účelu zvolit obzvláště vhodná slitina mědi o postačující stabilitě a pevnosti spolu spojených dutých kuliček.

Claims (26)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby odlehčených konstrukčních prvků, v nichž slinuté anorganické duté kuličky, které jsou potaženy funkční vrstvou vytvořenou za použití polymerů, organických poj i v nebo práškovitého kovu a nadouvadla, jsou zavedeny do tvarového tělesa (2) nebo do útvaru, vytvářejícího vnější obal odlehčeného konstrukčního prvku (1), přičemž po procesu vyplnění se provádí úprava rozpouštědlem, nadouvacím činidlem a/nebo tepelná úprava, vedoucí k plastické tvarovatelnosti materiálu funkční vrstvy, přičemž plastická tvarovatelnost způsobí, že se duté kuličky se sousedními kuličkami spojují k sobě alespoň jedním trvalým způsobem pomocí svých kontaktních bodů, které se fixují vůči sobě navzájem přímo pomocí svých skořepin. Čímž se vytváří dotykový kontakt.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se krok ohřátí provádí až alespoň ke změknutí funkčních vrstev.
3. 3. Způsob podle některého z nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že se pomocí úpravy objem plasticky tvarované funkční vrstvy trvale zvětší.
4. 4. Způsob podle nároku 1 nebo 3, vyznačující se tím, že se materiál funkční vrstvy napění nebo nabobtná.
5. 5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se zaplněné duté kuličky před a/nebo během úpravy zhutní.
6. 6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, žeu materiálu funkční vrstvy se do tvarového tělesa (2) nebo útvaru zavede kapalné nebo plynné rozpouštědlo.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že se rozpouštědlo po úpravě odvede a/nebo ohřátím vypudí.
8. 8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že se před naplněním vnitřní stěna tvarového tělesa (2) nebo útvaru potáhne separaČním prostředkem, povlakovým prostředkem nebo materiálem funkční vrstvy.

   - 11 CZ 302242 B6
9. 9. Způsob podle některého z nároků I až 8, vyznačující se tím, že se v tvarovém tělese (2) provede úprava až do vzájemného spojení dutých kuliček do té míry, že se získá hrubý odlehčený konstrukční prvek (I), jímž lze manipulovat a lze jej vyjmout.

   5
10. 10. Způsob podle nároku 9. vyznačující se tím, že se odlehčený konstrukční prvek (I) tvaruje.
11. 11. Způsob podle nároku I nebo 10, vyznačující sc tím, že se povrch odlehčeného konstrukčního prvku (I) laminuje, potahuje nebo pokrývá.

    II)
12. 12. Způsob podle některého z nároků I až I I, v y z n a č u j í c í se t í m , že se duté kuličky plynule nebo kvazi plynule umísťují do formy a odlehčené konstrukční prvky (1) se po úpravě plynule nebo kvazi plynule odebírají.

    is
13. 13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že se pro funkční vrstvu používá materiál nebo materiál s obsahem složky, jehož/jejíž teplota měknutí je nižší než teplota měknutí materiálu slupky, nebo teplota, při které se skořepina stane nestabilní.
14. 14. Způsob podle některého z nároků I až 13, vyznačující se tím, že se pro funkční jo vrstvu používá materiál nebo materiál s obsahem složky, jehož/jejíž teplota taní je nižší než teplota tání materiálu skořepiny, nebo teplota, při které se skořepina stane nestabilní.
15. 15. Způsob podle některého z nároků Iažt4, vyznačující se tím, že pro funkční vrstvu se použije organický polymer, který lze rozpouštět za použití rozpouštědla.

    ·>
16. 16. Způsob podle některého z nároků I až 15, vyznačující se tím, že pro funkční vrstvu se použije polymer, zvolený z etylenvinylacetátových kopolymerů, polyamidů, polyesterů, epoxidové pryskyřice, fenolové pryskyřice nebo pojiv na bázi kaučuku.

    .to
17. 17. Způsob podle některého z nároků I až 16, vyznačující se tím, že pro funkční vrstvu se použije pojivo, které je použito k adhezivnímu držení částic.
18. 18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že použitým polymerem je práškový lak na bázi epoxidové pryskyřice.
19. 19. Způsob podle některého z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že pro funkční vrstvu se použije materiál zahrnující kov, oxid kovu, sklo nebo keramiku.
20. 20. Způsob podle některého z nároků 1 až 19, vyznačující se tím, že funkční vrstva

    40 obsahuje tavící přísadu, pomocný prostředek pro slinování nebo nadouvadlo.
21. 21. Způsob podle některého z nároků 1 až 20, v y z n a č u j í c í se tím, že jako nadouvadlo se použije práškový kovový hydrid, karbonát nebo hydrát.

    45
22. 22. Způsob podle některého z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že ve funkční vrstvě jsou zapuštěny feromagnetické částice a/nebo částice sestávající z permanentního magnetu.
23. 23. Způsob podle některého z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že funkční vrstva

    50 je vytvořena za použití katalyticky působícího prvku nebo sloučeniny, neboje takovou sloučeninou nebo prvkem dopována.

    - 12 CZ 302242 B6
24. 24. Způsob podle některého z nároků I až 23, vyznačující se tím, že skořepina nebo funkční vrstva se vytvoří za použití kovu, nebo ze slitiny kovů infiltrovatelných vždy jiným materiálem.
25. 25. Způsob podle některého z nároků 1 až 24, vyznačující se tím, že na funkční vrstvě je vytvořena plombovací vrstva.
26. 26. Způsob podle nároku 25, vyznačující se tím, že plombovací vrstva je vytvořena io z celulózy, pektinu nebo polyvinylalkoholu.