DE2057474A1

DE2057474A1 - Poroese Platte aus Metallfasern

Info

Publication number: DE2057474A1
Application number: DE19702057474
Authority: DE
Inventors: Hironobu Honda; Eiji Isobe; Yoshihiro Kuniyasu; Akio Matsumoto
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1970-11-23
Publication date: 1971-06-09
Also published as: DE2057474C3; GB1328365A; US3713787A; FR2072554A5; DE2057474B2; CA919954A

Description

Tokyo / Japan

Poröse Platte aus Metallfasern

Ii¹Ur diese Anmeldung wird die Priorität -vom 28. Nov. 1969 der japanischen Patentanmeldung No. 95559/1969 in Anspruch genommen^ _'_

Die -vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine poröse Platte aus Metallfasern, die als Trägermaterial für Katalysatoren bei der Durchführung chemischer Reaktionen, ferner als Elektrode für elektrische Zellen oder Batterien, ferner als schallschluckendes Material bei Bauten und Konstruktionen und schließlich als Piltermedium zum filtrieren von !Flüssigkeiten und Gasen verwendbar ist.

Eine filzartiga Platte aus Metallfasern, die lediglich in einem mechanischen Verfahren hergestellt wird, besitzt nicht genügend mechanische Festigkeit, um sie für die oben

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genannten Zwecke verwenden zu können, obwohl ihr Vorteil darin besteht, daß sie eine große überfläche besitzt und sehr porös ist. Da die Gestalt einer filzartigen Platte lediglich durch ineinandergreifen der Metallfasern aufrechterhalten wird, ist sie Veränderungen unterworfen, wenn die Platte Beanspruchungen, z.B. Biegungen, Dehnungen und dergleichen, unterworfen wird. Um eine solche filzartige Platte vor Deformierungen zu schützen, kann die Platte durch Anwendung eines Bindemittels oder durch Anwendung eines Lötvorgangs an' ihrem Umfang verstärkt werden. Der Platte kann auch eine entsprechende Festigkeit durch Zusammensintern der ineinandergreifenden Metallfasern unter Verwendung eines geeigneten Heizofens verliehen werden. Die so mit Hilfe eines Klebmittels oder dergleichen gemäß dem ersterwähnten Verfahren verfestigte Platte aus Metallfasern besitzt eine fleckige Oberfläche und läßt sich nicht gut als Trägermaterial für Katalysatoren, Elektroden, Filter oder dergleichen verwenden; während Platten, die mit Hilfe einer Sinterung nach dem zweiten oben erwähnten Verfahren verfestigt sind, den Nachteil aufweisen, daß sie eine außerordentlich starke Dimensionsveränderung erfahren haben, die mit einer merklichen Abnahme an wirksamer Oberfläche verbunden ist, so daß sie den größten Teil ihrer Porosität verloren hat. Es ist auch bekannt, daß in solchen Fällen, in denen die Platte aus Metallfasern von Blei, Zink und dergleichen hergestellt ist, das gewöhnliche pulvermetallergische Verfahren kaum beim Siiitern einer solchen Platte anwendbar ist.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer porösen Platte aus Metallfasern, die hohe mechanische Festigkeit aufweist. Gemäß der Erfindung ist eine poröse Platte erhältlich, deren mechanische Festigkeit erheblich vergrößert ist, ohne eine Abnahme der Porosität der porösen aus Metallfasern hergestellten Platte, welche gleichzeitig frei von jeder Fleckenbildung ist.

Eine poröse Platte gemäß der Erfindung wird nach folgendem

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Verfahren hergestellt.

Metallfasern werden in Schichten derart angeordnet, daß sie die Gestalt einer Platte aufweisen. Dann wird die äußere Fläche und/oder ein Teil der inneren Fläche der so erhaltenen Platte zusammengepreßt und eine zsit-lang erhitzt, so daß am äußeren Umfang und/oder einem Teil der inneren Fläche eine Sinterung erfolgt und ein gebundener Teil hohar Dichte gebildet ist (Heisspressverfahren).

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird es möglich, die mechanische Festigkeit einer porösen Platte aus Metallfasern, wie Blei, Zink oder auch Kupfer und dergleichen, in starkem Masse zu erhöhen, ohne die oben erwähnten Metallfasern zu beschmutzen oder die Dimensionen der Platte zu ändern.

Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen einige Ausführungsformen. Die Figuren 1 und 2 stellen perspektivische Ansichten dar, die eine bevorzugte Ausführungsform der porösen Platte zeigen, welche gemäß vorliegender Erfindung hergestellt ist.

Unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen sollen die Einzelheiten der vorliegenden Erfindung weiter wie folgt näher erläutert werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung, bei der die äußere umgebende Fläche des Plattenkörpers, die aus in Schichten angeordneten Metallfasern besteht, gemäß der vorher beschriebenen Methode behandelt ist, um die ineinandergreifenden Fasern zu hoher Dichtigkeit zu verbinden.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die äußere umge-

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bende fläche und ein Teil der Innenfläche des Plattenkörpers, die aus in Schichten angeordneten Metallfasern bestehen, nach dem oben beschriebenen Verfahren behandelt sind, um die ineinandergreifenden Fasern zu hoher Dichtigkeit zu verbinden.

In den figuren stellen die Ziffern 1 und 1' den gebundenen Teil hoher Dichtigkeit und die Ziffern 2 und 2' den porösen Teil dar. Im einzelnen sind die Teileiund 1^! von hoher Dichtigkeit der in diesen !Figuren dargestellten porösen Platte nicht nur besonders dicht weil die ineinandergreifenden Metallfasern physikalisch und metallurgisch gebunden sind, vielmehr sind auch die betreffenden Teile gegenüber der Einwirkung äußerer Kräfte, wie Biegekräfte, otreckkräi'te und dergleichen, sehr widerstandsfähig. Demgegenüber sind in den internen

al ,s flächen 2 und 2 der porösen Platte anders an den gebundenen Teilen hoher Dichtigkeit die Metallfasern in Form von Schichten miteinander verzahnt und behalten so ihre hohe Porosität.

Was die Herstellung der porösen Platte gemäß Figur 1 nach der vorliegenden Erfindung anlangt, so kann die erforderliche Platte durch Pressen eines Plattenkörpers hergestellt werden, der aus schichtenartig angeordneten Metallfasern besteht und derart in eine !Form eingesetzt wird, daß man erwarten kann, daß seine äußere !Fläche und ein Teil der inneren Fläche gebunden wird, nachdem man ihn auf den erhabenen Teil der Metallform gelegt und dann auf eine Temperatur erhitzt hat, die hoch genug ist, damit die Metallfasern unter Druck sintern. Eine gebundene Platte kann auch ohne Erhitzen in einer Pressform erhalten werden, indem man den Plattenkörper in einer Metallform verpresst, unmittelbar nachdem er in einem geeigneten Heizofen erhitzt ist. Um eine poröse Platte gemäß !Figur 2 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu erhalten, soll die Metallform so ausgebildet sein, daß ihr erhöhter Teil ein Gitterwerk darstellt. Es ist schwierig, bestimmte Grenzen für die Beziehungen zwischen der Erhitzungstempe-

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ratur des schachtförmig angeordneten Plattenkörpers und dem Druck der Metallform anzugeben. Es kann Jedoch gesagt werden, daß die Erhitzung bei einer Temperatur erfolgen soll, die nicht so hoch ist, als daß sie eine Dimensionsänderung des in Schichten angeordneten Plattenkörpers hervorruft. Dabei kann der Druck hoher sein, wenn die Erhitzungstemperatur niedriger ist und umgekehrt. Es ist jedoch ratsam, den Druck der metallischen Form in beiden Fällen höher zu halten.

Die optimalen Beziehungen zwischen der Temperatur und dem Druck für die Herstellung des Plattenkörpers sind für verschiedene Arten von Metallen in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1
Metall . Heiζtemperatur Drucl

Blei oder Blei- 2o - 2oo o.oj - o.5

legierungen ' (l22_I_l§22 i2i22_Z_2

Zink oder Zink- 18o - 3oo o.o5 - o.8 legierungen £222_Z_§S22 ί.2^2 Ζ-Ί^Ζ

Kupfer oder Kupfer- 35o - 5o° 0.3 - 2.ο legierungen (37o - 4-oo) (0.7 - 1·5)

Die Zahlenwerte in Klammern' geben das bevorzugte Gebiet bei der Herstellung der porösen Platten gemäß der Erfindung an.

Die ErIäuterun|püber poröse Platten, die in den vorhergehenden Absätzen angegeben sind, stellen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Herstellung des gebundenen Teils hoher Dichtigkeit in Form eines Quadrates dar. Indessen ist die Gestalt eines solchen gebundenen Teils hoher Dichtigkeit n^cht notwendigerweise auf ein solches Quadrat beschränkt, es kann in Form eines Kreises, eines Ehombus, eines Trapez und dergleichen hergestellt werden, wie es gerade erforderlich ist. Falls eine poröse Platte aus Metallfasern-6-

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in Xreisform mit einem gebundenen Teil rings an ihrem Umfang hergestellt wird, können ein oder mehrere ringförmige Teile hoher Dichtigkeit auf der inneren fläche einer solchen kreisförmigen Platte gebildet werden, deren Durchmesser geringer ist als der äußere Umfang. Wenn eine Platte in der Form eines Rhombus hergestellt wird, kann ein Teil hoher Dichtigkeit entlang den diagonalen Linien in der inneren fläche gebildet werden.

Eine gemäß der Erfindung hergestellte poröse Platte aus Metallfasern hat folgende unterscheidenden Kennzeichen:

a) Sie hat eine verhältnismäßig große Überfläche und ist nicht fleckig, da sie nicht unter Verwendung fremden Materials hergestellt ist;

b) sie hat hohe mechanische Festigkeit;

c) die gewünschte Porosität läßt sich uneingeschränkt während der Herstellungsstufen erzielen;

cO da die gebundenen Teile hoher Dichte, die für die Aufrecht erhaltung der mechanischen !festigkeit der porösen Platte notwendig sind, lediglich einen geringen Teil der Platte einnehmen, ist die beim Formungsprozess erzielte Schrumpfung gering und die Dimensionsänderung durch die Wärmeausdehnung und die chemische Veränderung ist ebenfalls nur schwach, was keine Deformation verursacht;

e) wenn die poröse Platte als Elektrode benutzt wird, dienen ihre gebundenen Teile hoher Dichtigkeit als Bleidrahtnetz;

f) die Platte hat eine biegsame Struktur und läßt sich leicht unter Biegen verarbeiten.

Unter Berücksichtigung der oben erwähnten kennzeichnenden Merkmale kann die Platte als Katalysator bei chemischen Reaktionen, als Elektrode zur Verwendung in Zellen und Batterien, als schallschluckendes Material bei (Gebäuden, als Filter für Flüssigkeiten und Gase und dergleichen verwendet

werden. _n

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-X-

Was die für die Platte gemäß der Erfindung zu verwendenden Metallfasern anlangt, so kann die Platte leichter gebunden und ihre Porosität erhöht werden, wenn der Durchmesser der Metallfasern geringer und ihre überfläche sauberer ist. Die Metallfasern brauchen jedoch nicht notwendigerweise nach diesen G-e Sichtspunkt en ausgewählt zu werden. Sie können beliebig ohne jede Äiicksicht auf das Herstellungsverfahren der Metallfasern benutzt werden, ob es sich um kontinuierlich? oder diskontinuierliche Fasern handelt, und gleichgültig ob sie einen dicken oder dünnen Durchmesser aufweisen.

Die besten Ergebnisse sind jedoch mit Metallfasern erzielbar, die einen Durchmesser von 3o bis 15o Ji besitzen und deren Länge zwischen 1 und ~>o cm liegt.

Um die vorherbestimmte mechanische Festigkeit der porösen Platte gemäß der Erfindung zu erzielen, ist es sehr erwünscht, die Dichte der verdichteten Flächen der porösen Platte über ?o 70 zu halten, berechnet auf die wahre Dichte der Metallfasern, die die poröse Platte bilden, während die Dichte der weniger dichten Flächen unter 60 % gehalten werden soll, berechnet auf die wahre Dichte der die poröse Platte bildenden Metallfasern.

Beispiel 1

Kontinuierliche Bleifasern mit einem Faserdurchmesser von 5o jx werden in Schichten von etwa Io mm Dicke angeordnet und der so schichtenförmig aufgebaute Plattenkörper wird entsprechend erhitzt. Der Plattenkörper wird dann zwischen ein Paar von Metallformen gebracht, die 14-o χ 14-0 mm messen und 4 mm weit hervorstehende Teile in einem Abstand von Jo mm sowohl in Längs- wie Querrichtung aufweisen. Dann wird ein Druck von 1o to auf den Plattenkörper bei einer Temperatur von 15o C ausgeübt. Als Ergebnis einer solchen Herstellung wird eine poröse Platte erzielt, deren Struktur derjenigen gemäß Figur 2 entspricht. Die scheinbare Düite der so in _n_

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!Schichten angeordneten Platte außerhalb der Stellen hoher Dichte "betrug 2 bis 3 g/cm . Während des Bindeverfahrens war es möglich, die scheinbare Dichte der schichtweise angeordneten Teile nach Belieben zwischen Io und 1,8 g/cnr zu regeln, und zwar durch Einstellung der ursprünglichen Dicke der faserschicht, durch die Gestalt der Form und durch den auf die Faserschicht ausgeübten Druck. Die Zugfestigkeit der nach aem Heisspressverfahren gebundenen 'feile mit einer Dichte von etwa 1o,5 g/cnr betrug 1,1 kg/mm .

Beispiel 2

Unterbrochene Zinkfasern mit einem Durchmesser von ^r?oji und einer Länge von 2o mm wurden in Schichten von etwa Io mm Dicke angeordnet. Der so erhaltene geschichtete Plattenkörper wurde zwischen ein Paar quadratische Formen mit den Abmessungen loo χ 1oo mm gebracht, die einen erhabenen 'feil von Io mm Breite und o,5 mm Höhe längs des Umfangs aufwiesen. Das Ganze wurde dann auf eine temperatur von 25o°0 geheizt, wobei die Form adiabatisch geschlossen blieb,und dann unter einem Druck von Io to verpresst. Als Ergebnis dieses Verfahrens wurde eine poröse Platte gewonnen, die längs ihrer Kanten eine Dicke von 1,5 mm und in ihrer inneren Fläche eine Dicke von 2,5 mm aufwies. Die scheinbare Dichte der inneren Fläche, in der die Het all fasern in Schichten betrug 5»1 g/cnr und die Reißfestigkeit des gesinterten gebundenen Teils hoher Dichte,mit einer ungefähren Dichte von 6,8 g/cm , betrug 1o,5

Beispiel 5

Kupferfasern von ^oja. Durchmesser wurden in »Schichten zu einem Plattenkörper angeordnet, der 25 mm Dicke und loo mm Länge in Längs- und Querrichtung aufwies. Der yo gewonnene geschichtete Plattenkörper wurde zwischen ein Paar von Metallformen von loo χ loo mm Größe gebracht, die einen erhabenen

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Pressteil von 1o nun Breite und 3 mm Höhe entlang der Kanten aufwiesen. Hier wurde die Pla.tte unter einer Temperatur von 4oo°G und einem Druck von 5° to verpresst. Nach diesem Verfahren wurde eire poröse Platte erhalten, deren Form derjenigen nach Figur 1 entsprach. Die Dicke des UmfangsgeMet der porösen Platte war 2 mm und ihre scheinbare Dichte 7t5 g/cm. Die Dicke der in Schichten liegenden inneren Fläche

7.

betrug 6 mm und ihre scheinbare Dichte 2,5 g/cm . Die Reißfestigkeit der Fläche entlang den Kanten, die der Sinterbin-

dung unterworfen waren, betrug 15 kg/mm .

ο -

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Claims

P_a_t_e_n_t_a_n_s_2_r_ü_c_h_e

1. Poröse Platte aus Metallfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die aus ineinandergreifenden Metallfasern, die in Schichten angeordnet sind, bestehende Platte an ihrem äußeren Umfang und/oder einem Teil ihrer inneren Fläche einen Teil (1) aufweist, in welchem die ineinandergreifenden Metallfasern zu einer höheren Dichte gebunden sind als in dem übrigen Teil des Plattenkörpers selbst, in welchem die Metallfasern in Schichten angeordnet sind.

2. Poröse Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Dichte an den stark verdichteten Stellen nicht geringer ist als ^r/o ^c/o_t berechnet auf die wahre Dichte der Metallfasern, welche die poröse Platte bilden.

3. Poröse Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte an den weniger dichten Stellen nicht größer ist als 6o #>, berechnet auf die wahre Dichte der Metallfasern, die die Platte bilden.

4. Verfahren zur Herstellung einer porösen Platte aus ineinanderhängenden Metallfasern, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenkörper aus in Schichten angeordneten Metallfasern gebildet wird und die Bindung der ineinandergreifenden Metallfasern des äußeren Umfanges und/oder eines 'Deils der inneren i'läche unter Anwendung von Druck auf den äußeren Umfang und/oder einen Teil der inneren ü'läche der Platte unter erhöhter Temperatur im Sinterzustande erfolgt.

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5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die poröse Platte bildenden Metallfasern aus

Blei- oder Bleilegierungen bestehen, wobei der augend

wendete Druck zwischen o.o3 und 0.

5 t/cm innerhalb eines Temperaturgebietes zwischen 2o und 2oo°C eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Platte bildenden Metallfasern aus Zink- oder Zinklegierungen bestehen und der angewendete Druck auf o,o5 bis 0,8 t/cm innerhalb eines Temperaturgebietes zwischen I80 und 3oo°C eingeregelt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die poröse Platte bildenden Metallfasern aus Kupfer oder Kupferlegierungen bestehen und ein Druck

_ . ρ
von 0.0 bis 2.0 t/cm innerhalb eines 'Uemperaturgebietes awischen 35o und 5oo°C angewendet wird.

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