DE10115230A1 - Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben - Google Patents

Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben

Info

Publication number
DE10115230A1
DE10115230A1 DE10115230A DE10115230A DE10115230A1 DE 10115230 A1 DE10115230 A1 DE 10115230A1 DE 10115230 A DE10115230 A DE 10115230A DE 10115230 A DE10115230 A DE 10115230A DE 10115230 A1 DE10115230 A1 DE 10115230A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
metal
temperature
blowing agent
alloy
lead
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10115230A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10115230C2 (de
Inventor
John Banhart
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE10115230A priority Critical patent/DE10115230C2/de
Publication of DE10115230A1 publication Critical patent/DE10115230A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10115230C2 publication Critical patent/DE10115230C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/04Metals or alloys
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56Porous materials, e.g. foams or sponges
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14Electrodes for lead-acid accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper, bei dem eine Mischung, die ein pulverförmiges metallisches Material, welches mindestens ein Metall und/oder eine Metalllegierung enthält und ein gasabspaltendes treibmittelhaltiges Pulver umfasst, zu einem Halbzeug kompaktiert wird und das derart hergestellte Halbzeug unter Temperatureinwirkung aufgeschäumt wird. Das Treibmittel bzw. das Treibmittelgemisch wird dabei so ausgewählt, dass die Temperatur der maximalen Zersetzung des Treibmittels weniger als 120 K unter der Schmelztemperatur des Metalls bzw. der Solidustemperatur der Legierung liegt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung.
Stand der Technik
Die DE 41 01 630 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Verfahren, bei dem eine Mischung aus einem oder mehreren Metallpulvern und einem oder mehreren gasabspaltenden Treibmittelpulvern hergestellt wird, die anschließend durch Einwirkung von Druck und/oder Wärme zu einem kompakten gasdichten Halbzeug verdichtet wird. Die Art der Verdichtung kann je nach Erfordernis gewählt werden und erfolgt durch axiales Heißpressen, Strangpressen, heißisostatisches Pressen oder Walzen. Bei dem Kompaktierungsvorgang wird die Temperatur so hoch gewählt, dass die Verbindung zwischen den einzelnen Metallpulverteilchen überwiegend durch Diffusion erfolgt. Der Druck wird so hoch gewählt, dass die Zersetzung des Treibmittels verhindert wird. Die Metallteilchen befinden sich in einer festen Verbindung untereinander und bilden einen gasdichten Abschluss für das Treibmittel. Die Treibmittelpartikel werden zwischen den miteinander verbundenen Metallteilchen eingeschlossen, so dass sie erst bei einem späteren Schritt des Aufschäumens Gas freisetzen. Da der hohe Druck eine Zersetzung des Treibmittels unterbinden kann, lassen sich auch Treibmittel einsetzen, deren Zersetzungstemperatur unter der Kompaktie­ rungstemperatur liegt. Weiterhin wird dadurch, dass das Treibgas zwischen den Metallteilchen eingeschlossen bleibt, verhindert, dass es vorzeitig aus dem kompaktierten Halbzeug entweicht. Da das Treibgas aus dem kompaktierten Halbzeug vor dem Aufschäumen nicht entweichen kann, muss nur die Menge Treibmittel zugegeben werden, die zur Herstellung der Schaumstruktur notwendig ist. Als Ergebnis des Kompaktierungs­ vorganges liegt ein Metallkörper vor, der durch Erwärmung vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels zu einem hochporösen metallischen Körper aufgeschäumt wird. Der so hergestellte metallische Hohlkörper besteht aus einem metallischen Gerüst und einer Vielzahl von gasgefüllten Poren. Das Aufschäumen des Halbzeugs erfolgt frei, wenn keine Endform vorgegeben ist. Das Aufschäumen kann aber auch in einer Form erfolgen. In diesem Fall nimmt der fertige poröse Metallkörper die vorgegebene Gestalt an. Es ist daher möglich, auch Formteile aus porösem metallischen Werkstoff herzustellen.
In der DE 41 01 630 A1 werden als Metallpulver Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Kupferlegierungen eingesetzt und als Treibmittel Natriumhydrogencarbonat, Aluminium­ hydroxid bevorzugt aber Titanhydrid gewählt. Titanhydrid zersetzt sich oberhalb von etwa 400°C und spaltet große Volumina an Wasserstoff ab. Nach dem Schäumen verbleibt das weitgehend wasserstofffreie Titan im aufgeschäumten Metall und bildet mit diesem eine Legierung.
Das eingangs beschriebene Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die damit hergestellten Metallschäume bezüglich Form und Größenverteilung der Gasporen sowie der Regelmäßig­ keit der Dicke der Zellwände zwischen den einzelnen Gasporen unregelmäßige Strukturen aufweisen und die Wände der Metallschaumblasen Risse aufweisen. Dies führt zu einer verminderten Stabilität aufgrund der schlechteren elastischen und plastischen Eigenschaften der Metallschäume und der daraus herstellbaren Formteile. Durch die Risse werden die Metallschaumblasen durchlässig für Gase und Flüssigkeiten. Ein weiterer Nachteil ist, dass Gasporen mit einem durchschnittlichen Durchmesser kleiner als etwa 3 mm nach dem Stand der Technik nur bedingt herstellbar sind. Kleinere Poren sind nur erhältlich, wenn der Schäumvorgang mit sehr großen Aufheizraten, die größer als 8 K pro Sekunde sind, durchgeführt wird. Solche Aufheizraten sind jedoch nur möglich, wenn der Aufschäum­ prozess nicht in einer Form durchgeführt wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren anzugeben, nach dem poröse Metallkörper hergestellt werden können, die bezüglich Form, Größe und Verteilung der Gasporen eine gleichmäßigere Struktur aufweisen.
Dieses technische Problem wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. Vorteilhafte Verwendungen der derart hergestellten Metallschäume lehren die Ansprüche 9 bis 11.
Erfindungsgemäß wird das oben genannte technische Problem durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine Mischung, die ein pulverförmiges metallisches Material, welches mindestens ein Metall und/oder eine Metalllegierung enthält und ein gasabspaltendes treibmittel­ haltiges Pulver umfasst, zu einem Halbzeug kompaktiert wird, und das derart hergestellte Halbzeug unter Temperatureinwirkung aufgeschäumt wird, wobei ein treibmittelhaltiges Pulver ausgewählt wird, bei dem die Temperatur der maximalen Zersetzung weniger als 120 K unter der Schmelztemperatur des Metalls oder der Solidustemperatur der Metall­ legierung liegt. Die Temperatur der maximalen Zersetzung und die exakte Solidustemperatur wird hierbei durch Differentialthermoanalyse bestimmt. Untersuchungen der Anmelderin haben nämlich ergeben, dass für den Fall eines Temperaturunterschieds von weniger als 120 K ein Metallschaum entsteht, dessen Hohlräume eine wesentlich einheitlichere Größe besitzen. Außerdem fällt die räumliche Verteilung der Hohlräume im Metallschaum gleichmäßiger aus und die Zellwände zwischen den einzelnen Gasporen weisen eine regelmäßige Dicke auf. Risse in den Gasporen werden mit diesem Verfahren vermieden. Man erhält daher einen Metallschaum mit hoher Stabilität und Festigkeit in allen Raumrichtungen. Es wurde erkannt, dass bei Treibmitteln, die sich bei zu niedrigen Temperaturen zersetzen, schon in der festen Phase, also unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls bzw. der Solidustemperatur der Legierung, ein Gasdruck entwickelt. Dies führt zu schichtförmigen Aufreissungen und zur Schädigung der Struktur des Metalles. Beim nachfolgenden Schäumen entwickelt sich daher kein Schaum mit regelmäßiger Porenstruktur mehr. Das üblicherweise zum Schäumen verwandte Titanhydrid ist somit für Metalle und Legierungen mit Schmelz- bzw. Solidustemperaturen, die unter 350°C oder wesentlich über 520°C liegen, nur schlecht geeignet.
Aufgrund des geringen Temperaturunterschieds zwischen dem Zersetzungsmaximum des Treibmittels und der Schmelz- bzw. Solidustemperatur des Metalls bzw. der Legierung ist es weiterhin möglich, durch eine Verkleinerung der Treibmittelmenge und ohne die Anwendung sehr großer Aufheizraten die Struktur des gebildeten Metallschaums so zu beeinflussen, dass mit abnehmender Treibmittelmenge auch eine feinporigere Schaum­ struktur gebildet wird. Es ist somit möglich, den Aufschäumprozess ohne große Aufheizraten und/oder in einer Form durchzuführen und somit Schäume herzustellen, die einen durchschnittlichen Blasendurchmesser von unter 3 mm und besonders bevorzugt von unter 2 mm bis unter 0,5 mm aufweisen.
Zum Aufschäumen einer Metalllegierung ist die Auswahl eines treibmittelhaltigen Pulvers, bei dem die Temperatur der maximalen Zersetzung im Temperaturintervall zwischen Solidus- und Liquidustemperatur dieser Legierung liegt besonders bevorzugt. In diesem Fall tritt während des Schäumvorgangs keine Rissbildung auf. Dies führt zu besonders regelmäßigen Strukturen. Liegt bei einem Aufschäumprozess das Zersetzungsmaximum des treibmittelhaltigen Pulvers zwischen Solidustemperatur der Legierung bzw. Schmelz­ temperatur des Metalls und einer Temperatur bis zu 120 K unter der Schmelz- bzw. Solidustemperatur, so tritt zunächst eine leichte Rissbildung auf. Die Länge der Risse ist dabei kleiner als der durchschnittliche Porendurchmesser des Metallschaums nach dem Aufschäumen. Diese Risse werden im weiteren Verlauf des Aufschäumens, sobald der Zustand der Schmelze erreicht ist, im Rahmen der Schaumblasenbildung geheilt.
Metallische Materialien im Sinne dieser Erfindung sind nicht nur die reinen metallischen Elemente selbst sondern ganz allgemein Materialien die metallische Eigenschaften aufweisen wie insbesondere Legierungen und intermetallische Verbindungen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufschäumen von Blei, Bleilegierungen und Magnesiumlegierungen, insbesondere Magnesium-Kalzium- und Magnesium- Strontium-Legierungen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden als Treibmittel bevorzugt Salze verwendet, die ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Acetaten, Hydraten, Hydroxiden, Hydriden und Carbonaten sowie Mischsalzen hieraus. Diese sind besonders effiziente Gasbildner. Besonders bevorzugt sind Treibmittel, die bei der Zersetzung Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser und/oder Methan bilden.
Wie das vorbekannte Verfahren kann auch das erfindungsgemäße Verfahren mit Treibmitteln durchgeführt werden, deren Zersetzungstemperatur unter der Kompaktierungstemperatur liegt. Der Druck bei der Kompaktierung wird hierbei derart gewählt, dass eine Zersetzung des Treibmittels unterbunden wird.
Ein vorteilhaft einsetzbares Treibmittel ist handelsübliches (PbCO3)2.Pb(OH)2. Dieses zersetzt sich oberhalb von 260°C und weist ein Zersetzungsmaximum von 309°C auf, das nur wenig unterhalb des Schmelzpunkts von Blei (327°C) sowie vieler Bleilegierungen liegt. Es ist damit insbesondere zum Schäumen von Blei und Bleilegierungen verwendbar.
Als Treibmittel kann Magnesiumhydrid eingesetzt werden und dieses insbesondere zum Aufschäumen von magnesiumhaltigen Verbindungen wie Magnesium-Kalzium-Legierungen und Magnesium-Strontium-Legierungen. Freies ungebundenes Magnesiumhydrid zersetzt sich oberhalb von 370°C. Wird dieses jedoch zum Aufschäumen von Magnesium oder Magnesium-Legierungen verwandt, so zeigt sich, dass das Zersetzungsmaximum stark ansteigt; es liegt beispielsweise für das System Mg/8 Gew.-% Ca/1 Gew.-% MgH2 bei 420°C, wie mittels Differentialthermoanalyse feststellbar ist. Die Solidustemperatur der entstehenden Legierung liegt bei 516°C. Das Magnesiumhydrid liegt im Metall einkompaktiert vor; beim Aufschäumen von Magnesium und Magnesiumegierungen tritt daher eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts: MgH2 ⇆ Mg + H2 ↑ auf. Dagegen kann Titan mit Titanhydrid nicht aufgeschäumt werden. Im System Ti/TiHx erfolgt lediglich eine Umlagerung des Wasserstoffs auf freie Zwischengitterplätze.
Wird als Treibmittel eine Metallverbindung eingesetzt, deren Metallkomponente ausschließlich aus einem oder mehreren Metallen des pulverförmigen metallischen Materials besteht, so hat dies den Vorteil, dass durch das Treibmittel keine metallischen Verunreini­ gungen verursacht werden. Nach dem Aufschäumen verbleibt der Metallrest, der auch in oxidischer Form vorliegen kann, im artgleichen Metall während sich der Rest des Treib­ mittels zersetzt und Poren bildet. Es kann somit nicht zur Bildung von Legierungen an den Grenzflächen zwischen Gasporen und Metallkörper kommen. Diese können unerwünschte Materialeigenschaften wie Sprödigkeit und Korrosionsanfälligkeit hervorrufen. Eine Verunreinigung des Metalls mit Fremdmetallen ist für viele Anwendungen störend. In vielen elektrochemischen Prozessen ist die Beimengung fremder Metalle zu limitieren und ein mit Fremdmetallen verunreinigter Schaum schlecht geeignet. Schaummetalle als Werkstoffe für medizinische Anwendungen insbesondere für Implantate in der Human- oder Veterinär­ medizin müssen biokompatibel und/oder bioresorbierbar sein; vom Treibmittel herrührende Verunreinigungen durch Fremdmetalle können auch hier äußerst störend wirken und sogar Allergien auslösen. Treibmittel wie beispielsweise Titanhydrid, das nicht resorbierbares Titan enthält, sind daher ungeeignet.
Zur Stabilisierung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Metallschäu­ me können gezielt Treibmittel verwendet werden, die nach dem Aufschäumen Metalloxide bilden. Dies hat den Vorteil, dass die oxidischen Partikel im Metallschaum fein verteilt werden. Somit wird die Benetzungsproblematik beim Zumischen von Oxiden zum pulver­ förmigem metallischem Material, d. h. ein Aufschwimmen des Oxids in der Metallschmelze vermieden. Bei der Verwendung solcher Treibmittel wird die Viskosität des geschmolzenen Metalls durch das entstandene Oxid erhöht, und die in der Schmelze vorliegende Blasen­ struktur dadurch besser konserviert.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Treibmittel eine Metallverbindung eingesetzt, deren Metallkomponente als Legierungselement verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass das zu schäumende pulverförmige metallische Material beim Aufschäumen gezielt mit einem weiteren Metall legiert wird, ohne dass teure Legierungspulver oder zusätzliche Legierungselemente in reiner Form zugesetzt werden müssen.
Bleischäume können in elektrochemischen Prozessen, insbesondere als Elektrodenplatten in Blei-Säure-Akkumulatoren verwendet werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bleischäume hergestellt, die einen durchschnittlichen Porendurchmesser bis unter 0,5 mm aufweisen und die keine Fremdmetalle enthalten welche als Akkumulatorgifte wirken. Der Bleischaum kann weiterhin so eingesetzt werden, dass er als Elektrode wirkt. Bevorzugt werden hierbei die Poreninnenräume des Schaumes mit einer elektrisch aktiven Masse insbesondere mit einer Bleioxidmasse pastiert. Bei Bleischäumen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, bietet sich daher der Vorteil, dass diese nicht nur eine elektrische Funktion sondern auch eine mechanische Stützfunktion für die elektrisch aktive Masse erfüllen. Die Struktur der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bleischäume bietet gegenüber den üblicherweise für Elektroden verwendeten Streckmetallgittern aufgrund einer rauheren Porenoberfläche und einer teilweise verwundenen Porenform den Vorteil einer besseren Haftung der elektrisch aktiven Masse.
Durch die kleinporige Struktur ergibt sich aufgrund kurzer Wege als Vorteil ein niedrigerer Innenwiderstand des Akkumulators.
Schäume aus Magnesium-Kalzium- und Magnesium-Strontium-Legierungen oder eine weiterverarbeiteten Form hiervon können als bioresorbierbare Implantate im menschlichen oder tierischen Körper verwendet werden. Sie verleihen dem Körper mechanische Stabilität und werden während des Heilungsprozesses vom Körper nach und nach aufgelöst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Magnesium-Kalzium- oder Magnesium- Strontium-Schäume sind hierfür aufgrund ihrer besonderen mechanischen Stabilität besonders geeignet. Des weiteren enthalten Magnesium-Legierungen, die mit dem Treibmittel Magnesiumhydrid aufgeschäumt wurden, keine metallischen Verunreinigungen.
Bester Weg zur Realisierung des Verfahrens Beispiel 1 Vergleichsbeispiel
Ein Metallschaum der Legierung AlSi7 wird nach dem Stand der Technik mit Titanhydrid als Treibmittel durch Aufschäumen in einer zylindrischen Form hergestellt. Fig. 1 zeigt einen ca. 2fach vergrößerten Ausschnitt aus dem entstandenen AlSi7-Schaum. Man erkennt ein Muster von kleinen bis sehr großen Poren; die äußere Form der Poren nimmt von rund bis langgezogen jede beliebige Gestalt an. Die Struktur ist mithin sehr unregelmäßig. Fig. 2 zeigt ein 7.5fach vergrößertes Detail aus dem entstandenen AlSi7-Schaums. Die Risse in den Wänden der Metallschaumblasen sind zu erkennen.
Beispiel 2 Vergleichsbeispiel
Ein Metallschaum der Legierung AA6061 (AlMgSi) wird nach dem Stand der Technik mit Titanhydrid als Treibmittel durch Aufschäumen in einer zylindrischen Form hergestellt. Fig. 3 zeigt einen ca. 10fach vergrößerten Ausschnitt aus einem Aluminiumschaum, in einem frühen Expansionsstadium des Aufschäumprozesses. Die Expansion erfolgte in vertikaler Richtung (y-Richtung). Die schichtförmigen Aufreissungen in horizontaler Richtung (x- Richtung) sind zu erkennen.
Beispiel 3
Bleipulver wird mit 2 Gewichtsprozenten Bleicarbonat (PbCO3)2.Pb(OH)2 intensiv vermischt. Die Mischung wird bei 250°C mit einem Pressverhältnis von 1 : 14 zu einem Strang stranggepreßt. Ein Abschnitt des Drahtes wird in einen auf 450°C vorgeheizten Ofen gelegt. Nach kurzer Zeit fängt der Bleidraht, dessen Schmelzpunkt bei 327°C liegt, an zu schäumen. Sein Volumen steigt um den Faktor 6. In seinem Inneren zeigt das Metall eine gleichmäßige Anordnung von polyedrischen Zellen. Der resultierende Schaum besteht aus reinem Blei sowie Bleioxid und ist frei von Fremdmetallen. Fig. 4 zeigt einen ca. 4fach vergrößerten Ausschnitt aus dem entstandenen Bleischaum. Die regelmäßigen Strukturen der Gasporen bezüglich Form und der Größenverteilung sind zu erkennen. In den Wänden der Metallschaumblasen sind keine Risse zu erkennen.
Beispiel 4
Eine Mischung aus 70 Gewichtsprozenten Bleipulver und 30 Gewichtsprozenten Zinnpulver wird mit 2 Gewichtsprozenten Bleicarbonat (PbCO3)2.Pb(OH)2 intensiv vermischt. Die Mischung wird bei 200°C stranggepresst. Der Draht wird in einem auf 350°C vorgeheizten Ofen geschäumt. Die entstehende Legierung, PbSn30 (Bleilot), hat eine Solidustemperatur von 183°C und eine Liquidustemperatur von 270°C und fängt im Temperaturintervall zwischen Solidus und Liquidus an zu schäumen. Das Volumen der Ausgangsprobe steigt um den Faktor 6. Der resultierende Schaum ist frei von Fremdmetallen.
Beispiel 5
Eine Mischung aus 90 Gewichtsprozenten Bleipulver und 10 Gewichtsprozenten Antimonpulver wird mit 1 Gewichtsprozent Bleicarbonat (PbCO3)2.Pb(OH)2 intensiv vermischt. Die Mischung wird bei 220°C stranggepresst. Der resultierende Draht wird in einem auf 380°C vorgeheizten Ofen geschäumt. Die entstehende Legierung, PbSb10 (Hartblei), hat eine Solidustemperatur von 252°C und eine Liquidustemperatur von 270°C und fängt im Temperaturintervall zwischen Solidus und Liquidus an zu schäumen. Das Volumen der Ausgangsprobe steigt um den Faktor 4,5. Der resultierende Schaum ist frei von Fremdmetallen.
Beispiel 6
Magnesiumpulver wird mit 8 Gewichtsprozent Kalziumpulver und einem Gewichtsprozent Magnesiumhydrid MgH2 vermischt. Die Mischung wird unter einer Argonatmosphäre bei 300°C und 100 MPa Druck zu einer Tablette verpresst. Die Tablette wird unter einer Argonatmosphäre in einem auf 600°C vorgeheizten Ofen geschäumt. Während des Schäumvorgangs bildet sich die Mg-Ca Legierung mit einer Solidustemperatur von 516°C. Die Liquidustemperatur liegt bei 595°C. Als Treibmittelrest bleibt nur Magnesium zurück. Man erhält einen Mg-Ca Schaum, der frei von Fremdmetallen ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper, bei dem eine Mischung, die ein pulverförmiges metallisches Material, welches mindestens ein Metall und/oder eine Metalllegierung enthält, und ein gasabspaltendes treibmittelhaltiges Pulver umfasst zu einem Halbzeug kompaktiert wird, und das derart hergestellte Halbzeug unter Temperatureinwirkung aufgeschäumt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein treibmittelhaltiges Pulver ausgewählt wird, bei dem die Temperatur der maximalen Zersetzung weniger als 120 K unter der Schmelztemperatur des Metalls oder der Solidustemperatur der Metalllegierung liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein treibmittelhaltiges Pulver ausgewählt wird, bei dem die Temperatur der maximalen Zersetzung zwischen Solidustemperatur und Liquidustemperatur der Metalllegierung liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel das Bleicarbonat {(PbCO3)Z.Pb(OH)2} und/oder Magnesiumhydrid verwendet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das als Treibmittel eine Metallverbindung eingesetzt wird, deren Metallkomponente ausschließlich aus einem oder mehreren Metallen des zu schäumenden pulverförmigen metallischen Materials besteht.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel eine Metallverbindung eingesetzt wird, deren Metallkomponente als Legierungselement verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Hydriden, Carbonaten, Acetaten, Hydroxiden und Hydraten.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Kompaktierung derart gewählt wird, dass das zu kompaktierende Material über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erhitzt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzuschäumende pulverförmige metallische Material ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Blei, Bleilegierungen und Magnesiumlegierungen.
9. Verwendung eines im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten porösen Metallkörpers oder einer weiterverarbeiteten Form dieses Metallkörpers für elektrochemische Prozesse.
10. Verwendung eines porösen Metallkörpers nach Anspruch 9 als Elektrode oder Bestandteil einer Elektrode insbesondere in Blei-Säure-Akkumulatoren.
11. Verwendung eines im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 hergestellten porösen Metallkörpers, insbesondere aus einer Magnesium-Kalzium- Legierung, oder einer weiterverarbeiteten Form dieses Metallkörpers in der Medizin, insbesondere als Implantat im menschlichen oder tierischen Körper.
DE10115230A 2000-03-28 2001-03-28 Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben Expired - Fee Related DE10115230C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10115230A DE10115230C2 (de) 2000-03-28 2001-03-28 Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10015409 2000-03-28
DE10115230A DE10115230C2 (de) 2000-03-28 2001-03-28 Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10115230A1 true DE10115230A1 (de) 2001-11-08
DE10115230C2 DE10115230C2 (de) 2002-11-28

Family

ID=7636711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10115230A Expired - Fee Related DE10115230C2 (de) 2000-03-28 2001-03-28 Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10115230C2 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10242559A1 (de) * 2002-09-13 2004-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kühlkörper zur Beeinflussung der Abkühlung bei Gussteilen
DE102008027798A1 (de) 2008-06-11 2009-12-24 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Aluminiumlegierung für Metallschäume, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung
WO2010127668A2 (de) 2009-05-05 2010-11-11 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum
US8562904B2 (en) 2005-08-02 2013-10-22 Helmholtz-Zentrum Berlin Fuer Materialien Und Energie Gmbh Method for the powder-metallurgical production of metal foamed material and of parts made of metal foamed material
DE102013015395A1 (de) * 2013-09-17 2015-03-19 Daimler Ag Gussbauteil mit wenigstens einem durch einen Gießkern gebildeten porösen Metallkörper
CN104593659A (zh) * 2014-12-17 2015-05-06 北京科技大学 一种制备多孔金属铁的方法
US9700652B2 (en) 2005-01-20 2017-07-11 Biotronik Vi Patent Ag Absorbable medical implant made of fiber-reinforced magnesium or fiber-reinforced magnesium alloys

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031213B3 (de) * 2006-07-03 2007-09-06 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Verfahren zur Herstellung von Metallschäumen und Metallschaum
DE102008000100B4 (de) 2008-01-18 2013-10-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Grünkörpers, danach hergestellter leichtgewichtiger Grünkörper und Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen Formkörpers
DE102009049175A1 (de) * 2009-10-13 2011-04-21 Bjarne Geiges Vorrichtung zum Verabreichen von Arzneimitteln und zum Beeinflussen von Arzneimittelwirkungen
DE102013005827A1 (de) 2013-04-04 2014-10-09 Bae Innovation Gmbh Elektrode und Elektrodenanordnung für einen Blei-Säure-Akkumulator
CN104498761B (zh) * 2014-12-17 2017-07-28 北京科技大学 一种制备多孔金属铁的方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10242559A1 (de) * 2002-09-13 2004-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kühlkörper zur Beeinflussung der Abkühlung bei Gussteilen
US9700652B2 (en) 2005-01-20 2017-07-11 Biotronik Vi Patent Ag Absorbable medical implant made of fiber-reinforced magnesium or fiber-reinforced magnesium alloys
US8562904B2 (en) 2005-08-02 2013-10-22 Helmholtz-Zentrum Berlin Fuer Materialien Und Energie Gmbh Method for the powder-metallurgical production of metal foamed material and of parts made of metal foamed material
DE102008027798A1 (de) 2008-06-11 2009-12-24 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Aluminiumlegierung für Metallschäume, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung
EP2143809A1 (de) 2008-06-11 2010-01-13 Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH Aluminiumlegierung für Metallschäume, ihre Verwendung und Verfahren zur Herstellung
WO2010127668A2 (de) 2009-05-05 2010-11-11 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum
DE102009020004A1 (de) 2009-05-05 2010-11-11 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von Metallschaum
WO2010127668A3 (de) * 2009-05-05 2011-03-24 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum
DE102013015395A1 (de) * 2013-09-17 2015-03-19 Daimler Ag Gussbauteil mit wenigstens einem durch einen Gießkern gebildeten porösen Metallkörper
US10300524B2 (en) 2013-09-17 2019-05-28 Daimler Ag Casting component having at least one porous metal body formed by a casting core
CN104593659A (zh) * 2014-12-17 2015-05-06 北京科技大学 一种制备多孔金属铁的方法
CN104593659B (zh) * 2014-12-17 2017-01-18 北京科技大学 一种制备多孔金属铁的方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE10115230C2 (de) 2002-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69801492T2 (de) Verfahren zur herstellung von einem nichtverdampfbaren getter sowie damit hergestellte getter
EP0460392B1 (de) Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper
EP0884123B1 (de) Schäumbarer Metallkörper
EP1915226B1 (de) Verfahren zur pulvermetallurgischen herstellung von metallschaumstoff und von teilen aus metallschaumstoff
DE69006359T2 (de) Verfahren zur herstellung eines dispersionsverfestigten metallschaumes sowie verfahren zu seiner herstellung.
DE10115230C2 (de) Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper und Verwendung derselben
WO2005080618A1 (de) Verfahren zur herstellung einer molybdän-legierung
EP2044230B1 (de) Verfahren zur herstellung von metallschäumen
EP1017864B1 (de) Legierung zum herstellen von metallschaumkörpern unter verwendung eines pulvers mit keimbildenden zusätzen
AT406649B (de) Verfahren zur herstellung von porösen matrixmaterialien, insbesondere formkörpern, auf basis von metallen, und von halbzeug dafür
EP2427284B1 (de) Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung von metallschaum
AT406349B (de) Verfahren zur herstellung eines metallpulvers mit einem sauerstoffgehalt von weniger als 300 ppm und verfahren zur herstellung geformter pulvermetallurgischer metallprodukte aus diesem metallpulver
EP1000690A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines aufschäumbaren Halbzeuges sowie Halbzeug
DE102017121513A1 (de) Verfahren zum Schäumen von Metall im Flüssigkeitsbad
DE10215086B4 (de) Aufschäumbarer Metallkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
DE102014214502A1 (de) Verfahren zum Herstellen von porösem Aluminium
DE102017121512A1 (de) Verfahren zum Schäumen von Metall mit Wärmekontakt
EP0868956B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Metallkörpern mit innerer Porosität
DE19810979C2 (de) Aluminiumlegierung zum Herstellen von Aluminiumschaumkörpern unter Verwendung eines Pulvers mit keimbildenden Zusätzen
DE2411324A1 (de) Verfahren zum herstellen von dispersionsverfestigtem knetnickel
EP1409407A2 (de) Herstellung von mg2-si und ternärer verbindungen mg2 (si,e); (e=ge, sn, pb sowie übergangsmetalle; kleiner als 10 gew.%) aus mgh2 und silizium sowie von magnesiumsilicidformkörpern mittels puls-plasma-synthese
DE2160202C3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Wasserstoffspeicherelektrode
WO2005011901A1 (de) Schäumbares halbzeug und verfahren zur herstellung von metallteilen mit innerer porosität
DE1201559B (de) Verfahren zur Herstellung von Schaummetallkoerpern
WO2019053181A1 (de) Verfahren zum schäumen von metall mit wärmekontakt

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: HAHN-MEITNER-INSTITUT BERLIN GMBH, 14109 BERLI, DE

8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: HELMHOLTZ-ZENTRUM BERLIN FUER MATERIALIEN UND , DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20121002