DE1621079B2 - Dreidimensionales durchbrochenes Metallgefüge und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Dreidimensionales durchbrochenes Metallgefüge und Verfahren zu seiner Herstellung

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Bernard Octavius Whitchurch Bristol Brooks
John Spurgeon Winchcombe Cheltenham Brooks
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Foam Metal Ltd., London
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dreidimensionales durchbrochenes Metallgefüge, bestehend aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Röhren, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Metallgefüges.
Es ist ein durchlässiges, im wesentlichen kompaktes Metallmaterial für Filterzwecke bekannt (DT-PS 181 671), bei dem ungeordnet verlaufende, ineinandergreifende, lange und dünne hohle Metallröhrchen mehr oder weniger flach zu einem kompakten Metallgefüge zusammengedrückt sind, wobei die Metallröhrchen an ihren Berührungspunkten zusammengesintert sind. Zur Herstellung werden unter anderem synthetische Fasern durch Aufdampfen mit Metall überzogen, worauf die Fasern zerstört werden. Infolge dieser Sinterverbindung besitzt dieses Metallgefüge nur eine beschränkte Stabilität.
Des weiteren ist es bekannt, zur Herstellung von Elektrodenplatten Polystyrolschaum mit einem Metall zu überziehen, was auf galvanoplastischem Wege geschehen kann. Auf diese Weise ergeben sich verhältnismäßig dünne Platten von beispielsweise 0,8 oder 1,5 mm Dicke, die ebenfalls eine verhältnismäßig geringe Stabilität haben.
Des weiteren ist es bekannt, Oberflächen vor dem galvanischen Aufbringen von Metallüberzügen dadurch vorzubehandeln (BE-PS 537 558), daß ein feinverteiltes Metallpulver aufgebracht wird, das in der Lösung eines synthetischen Harzes suspendiert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallgefüge der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das bei einem vorgegebenen Metallaufwand eine vergleichsweise hohe Stabilität hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils mehrere auf galvanoplastischem Wege hergestellte Röhren an ihren Enden miteinander verbunden sind und ihre Hohlräume untereinander in Verbindung stehen.
Auf diese Weise ergibt sich ein Gefüge, bei dem die Röhren an Knotenpunkten miteinander verbunden sind und eine durchgehende metallische Phase bilden. Infolgedessen ergibt sich ein Gefüge mit geringem Gewicht und hoher Stabilität.
ίο Derartige Metallgefüge eignen sich beispielsweise als Filterelemente oder zur Bildung des Gerüsts für Filter, die z. B. Asbest oder andere unzusammenhängende fasrige Materialien aufweisen. Sie eignen sich auch beispielsweise für die Verwendung in der Luftfahrt-Industrie, wo ihre hohe Tragkraft, bezogen auf ihr Gewicht, von Vorteil ist. Außerdem können sie zu katalytischen Verwendungszwecken von Nutzen sein.
Die Röhren können überwiegend in willkürlichen
Richtungen verlaufen, d. h., die Richtungen sind entweder vollkommen willkürlich im statistischen Sinn, oder sie weisen zumindest keine stark bevorzugte Orientierungsrichtung auf. Auch können die Röhren einen solchen Querschnitt haben, daß ihre Querschnittsabmessungen in allen Richtungen etwa die gleiche Größe aufweisen.
Mit besonderem Vorteil weist das Metallgefüge Zonen unterschiedlichen Abstands der Röhren auf. Hiermit lassen sich verschiedene Eigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf die Tragfähigkeit, erzielen.
Insbesondere kann das Metallgefüge in Form einer Platte ausgebildet sein, bei welcher die Abstände zwischen den Röhren in den Oberflächenzonen größer sind als im Innern. Damit erreicht man es, daß der galvanische Niederschlag im Innern des Gefüges ähnlieh gut wie im Oberflächenbereich erfolgt.
Für die meisten Verwendungszwecke liegt die Anzahl der Zwischenräume zwischen zwei Röhren im Metallgefüge bei 4 bis 40 pro cm. Die Dicke des Gefüges beträgt normalerweise zumindest 0,5 cm, kann aber auch sehr viel größer sein. So ist die Anzahl der in einer Richtung hintereinanderliegenden Röhren beträchtlich, sie liegt typischerweise nicht unter 4, gewöhnlich bei 10, und kann auch viel größer sein, beispielsweise 50 oder mehr betragen.
Ein Verfahren zur Herstellung des Metallgefüges besteht erfindungsgemäß darin, daß das Metall auf einem Kunststoffschaum galvanisch abgeschieden wird, der im wesentlichen aus dünnen Fasern besteht, die miteinander verbunden sind, und daß anschließend der Kunststoff thermisch zersetzt wird.
Auf diesen untereinander verbundenen Fasern scheidet sich das Metall galvanisch ab und bildet die miteinander verbundenen Röhren. Durch thermische Zersetzung des Kunststoffes können die Hohlräume der Röhren ganz oder teilweise freigemacht werden. Die für diesen Zweck verwendbaren Kunststoffschäume sind handelsüblich. Bevorzugt werden Polyurethanschäume. Es kommt jeder Schaum in Betracht, bei welchem die organische Phase ganz oder hauptsächlich aus dünnen Fasern besteht, bei dem also keine stetigen Wandteile vorhanden sind, welche Zellen teilweise einschließen.
Um ein Metallgefüge herzustellen, bei welchem die Zwischenräume zwischen den Röhren unterschiedlich ausgebildet sind, können Schichten von Schäumen mit relativ großen Abständen und relativ kleinen Abständen der Fasern aufeinandergeschichtet und dann der Galvanisierung unterworfen werden.
Das galvanisch niedergeschlagene Metall ist für die meisten Verwendungszwecke vorzugsweise Kupfer oder Nickel, obgleich andere Metalle, beispielsweise Chrom oder Kadmium, verwendet werden können. Im übrigen kann jedes Metall, welches elektrolytisch niedergeschlagen werden kann, verwendet werden.
Es ist oft vorteilhaft, die Fasern des Schaums durch Aufbringen von Phenol-Formaldehyd-Harz zu verfestigen und auf das noch klebrige Harz elektrisch leitendes Pulver aufzubringen. Hierbei können auch andere Aldehyd-Harze, beispielsweise Harnstoff-Aldehyd-Harze oder Melamin-Aldehyd-Harze, verwendet werden. Das elektrisch leitende Pulver kann beispielsweise Graphit, Kupfer oder Kupferbronze sein.
Der Schaum kann auch auf eine andere Weise vor der Galvanisierung leitend gemacht werden. Die hierfür erforderlichen Maßnahmen werden von der Industrie beherrscht.
Man hat festgestellt, daß ein Schaum, welcher durchgehend gleichmäßig mit einer leitenden Schicht von beträchtlichem Widerstand überzogen ist, auf fortschreitende Art durch und durch in seiner ganzen Tiefe auf galvanoplastischem Wege mit Metall überzogen werden kann.
In den folgenden Beispielen wird auf die Zeichnung Bezug genommen.
Beispiel 1
Ein 1 cm dickes Stück Polyurethanschaum, der 4 Zwischenräume zwischen zwei Röhren pro cm aufweist, wurde in eine Phenol-Formaldehyd-Harzlösung mit 34 Gewichtsprozent festen Bestandteilen, berechnet vom Gewicht der Lösung, eingetaucht. Nach Entfernung der überschüssigen Lösung durch Abfließen wurde das Harz 1 Stunde lang bei 15O0C ausgehärtet. Eine Scheibe von 7 cm Durchmesser wurde von dem auf diese Weise verfestigten Schaum abgeschnitten und in einem heißen Reinigungsmittel gereinigt, bis sie vollständig durchfeuchtet war, und dann durch ein mindestens 1 Minute dauerndes Eintauchen in eine wäßrige Zinn(II)-chloridlösung mit der Konzentration von 20 g/l, welche pro Liter 5 bis 40 ml konzentrierte Salzsäure enthielt, sensibilisiert. Die Platte wurde dann in einem konventionellen Bad von ammoniakalischem Silbernitrat, welches ein Reduktionsmittel enthielt, 20 Minuten lang bei 26,7 bis 29,40C versilbert und getrocknet.
In die versilberte Platte wurden Stromzuführungsdrähte eingelassen. Die Galvanisierung erfolgte in einem sauren Kupferbad, welches durch Auflösung von 200 g Kupfersulphat und 12 g Kaliumaluminiumsulphat, K2A12(SO4)4 · 24 H2O, in 1 Liter Wasser, das mit 31 ml schwefliger Säure mit dem spezifischen Gewicht von 1,84 angesäuert war, vorbereitet war. Es wurden Kupferanoden verwendet und die Spannung so eingestellt, daß ein Strom von 3 bis 5 A floß. Der Zutritt der Lösung in das Innere der Scheibe wurde sichergestellt durch Bewegung der Kathode oder durch Bewegung des Elektrolyten. Es wurde eine gute Gleichmäßigkeit der Dicke erzielt.
Auf dem kupferüberzogenen Schaum wurde anschließend in einem konventionellen Nickelgalvanisierbad Nickel niedergeschlagen.
Das galvanisch gefällte Metallgefüge hatte eine dreidimensionale durchbrochene Struktur, von welcher ein Teil der Oberfläche in vergrößertem Maßstab in F i g. 1 gezeigt wird. Durch Erhitzen konnte das Harz herausgetrennt werden, wobei es eine kleine Menge Asche in den Röhren, aus welchen das Metallgefüge aufgebaut war, zurückließ.
5
Beispiel 2
Eine Platte mit 7,5 cm Durchmesser aus Polyurethanschaum von 2 cm Dicke mit 24 Fasern pro cm
ίο wurde sensibilisiert durch 5 Minuten langes Eintauchen in einen handelsüblichen Polyelektrolyten und anschließend in Wasser durchgespült. Sie wurde dann 15 Minuten lang in eine dünnflüssige kolloidale Graphitlösung eingetaucht, was ausreichte, um den Graphit sich niederschlagen zu lassen und den Schaum elektrisch leitend zu machen, ihm aber einen hohen elektrischen Widerstand zu geben. Nach Spülung und Trocknung wurde der Schaum bis zu einer Tiefe von 0,5 cm von einer Stirnfläche der Scheibe aus durch eine Methode, wie sie im Beispiel 1 beschrieben wurde, versilbert. Stromzuführungsdrähte wurden in den versilberten Teil eingelassen.
Die Scheibe wurde dann in eine Apparatur, die schematisch in F i g. 2 dargestellt ist, eingebaut und mit Kupfer galvanisiert. Es wurde ein zufriedenstellend gleichmäßiger Niederschlag über die ganze Dicke der Platte erreicht.
Die Apparatur in F i g. 2 besteht aus einem großen Rohr 1 aus Isoliermaterial, welches sich an seinen beiden Enden 2 und 3 verjüngt zur Verbindung mit einem Elektrolytkreislauf, welcher von den Leitungen 4 und 5 aus Isoliermaterial und der Pumpe 6 gebildet wird. Um die Scheibe 7 aus Kunststoffschaum einbauen zu können, ist das Rohr 1 aus zwei durch eine Rohrmuffe 8 verbundenen Teilen hergestellt. Eine Anode 9 hat die Form eines Gitters aus dem Metall, welches niedergeschlagen werden soll, und ist durch die Wand des Rohres mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Der negative Pol der Spannungsquelle ist verbunden mit dem versilberten Teil 10 der Scheibe 7. Ein regelbarer Widerstand 11 erlaubt es, den Galvanisierungsstrom einzustellen. Galvanisierungsstrom und -spannung können am Amperemeter A bzw. am Voltmeter M abgelesen werden.
Mit Hilfe der Pumpe 6 wird der Elektrolyt kontinuierlich durch die Scheibe 7 gedruckt. Der Schaum hat die Form der Hohlräume der erstrebten Röhren, die durch galvanischen Niederschlag geformt werden sollen. Die Scheibe füllt den Querschnitt des Rohres 1 vollständig aus und ist in einiger Entfernung von der Anode angeordnet. Die versilberte Schicht der Scheibe befindet sich auf der der Anode abgewandten Seite der Scheibe. Die Apparatur kann Entlüftungsstutzen zur Beseitigung von irgendwelchen Gasen aufweisen. Der Galvanisierungsvorgang beginnt gleichmäßig an dem hochleitenden Ende der Scheibe 7 und schreitet langsam durch die Scheibe auf die Anode zu vorwärts in einem Ausmaß, welches von einer Anzahl von Faktoren abhängt, hauptsächlich von der angelegten Spannung und dem elektrischen Widerstand des Graphitüberzugs. Immer erfolgt die Galvanisierung in einer dünnen Schicht auf dem Schaum, welche sich fortschreitend auf die Anode zubewegt, wobei kein merklicher Niederschlag auf der Stromzuführungsseite dieser Schicht stattfindet.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Dreidimensionales durchbrochenes Metallgefüge, bestehend aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Röhren, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere auf galvanoplastischem Wege hergestellte Röhren an ihren Enden miteinander verbunden sind und ihre Hohlräume untereinander in Verbindung stehen.
2. Metallgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Zonen unterschiedlichen Abstands der Röhren aufweist.
3. Metallgefüge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form einer Platte ausgebildet ist, bei welcher die Abstände zwischen den Röhren in den Oberflächenzonen größer sind als im Innern.
4. Verfahren zur Herstellung des Metallgefüges nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall auf einem Kunststoffschaum galvanisch abgeschieden wird, der im wesentlichen aus dünnen Fasern besteht, die miteinander verbunden sind, und daß anschließend der Kunststoff thermisch zersetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern des Schaums durch Aufbringen von Phenol-Formaldehyd-Harz verfestigt werden und daß auf das noch klebrige Harz elektrisch leitendes Pulver aufgebracht wird.
DE1621079A 1966-07-12 1967-07-11 Dreidimensionales durchbrochenes Metallgefüge und Verfahren zu seiner Herstellung Expired DE1621079C3 (de)

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