DE2218455A1

DE2218455A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung und Verwendung zusammengesetzter Schäume sowie nach dem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Schäume

Info

Publication number: DE2218455A1
Application number: DE19722218455
Authority: DE
Inventors: Yasuo; Shiiki Zenya; Tokio; Nakao Masaaki Urawa Saitama; Bunrin Hidetaka Tokio; Amagi (Japan). P
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE2218455B2; GB1379157A; JPS5017298B1; CA957127A

Description

Beanspruchte Priorität: 19. April 1971

Land : Japan

Amtliches Aktenzeichen: Zk 567/I97I

Anmelder: KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA No. 8, Horidome - cho, 1-chome, NIhonbashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung und Verwendung zusammengesetzter Schäume sowie nach dem Verfahren hergestellte zusammengesetzte Schäume

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume, eine Vorrichtung zur Verwendung derselben, sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Schäume, und sie betrifft Insbesondere ein Verfahren zum Vakuumgießen eines geschmolzenen Metalles in eine Hohl form, die hohle Kohlenstoffmikrokugeln enthält, wobei die auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten

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Schäume" eine Struktur aufweisen, in der hohle Kikrokugeln in einer kontinuierlichen Phase eines Metalles in einem beträcht- ' lieh· hohen Volumenverhältnis zu dem Metall dispergiert sine.

Unter dem Ausdruck "zusammengesetzte Schäume" wird in der vorliegenden Anmeldung zusammengesetztes poröses Material verstanden, das eine Phase von hohlen Mikrokugeln umfaßt, die in einer kontinuierlichen Phase eines Materials, das von dem der Mikrokugeln verschieden ist, dispergiert ist.

In neuester Zeit hat die Entwicklung der schwimmfähigen Materialien zur Verwendung in Tiefseetauchbooten oder der synthetischen Nutzhölzer zu einer weitgehenden Annäherung an Materialien geführt, die als zusammengesetzte Schäume bezeichnet v/erden. Daher wurden viele Versuche unternommen, derartige zusammengesetzte Schäume herzustellen, um den Bedarf der Industrie zu befriedigen. Von diesen Versuchen ist ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume am besten bekannt, das eine Phase von hohlen Mikrokugeln aus Glas oder porösem Quarzsand umfaßt, die in einer kontinuierlichen Phase von synthetischen Harzen dispergiert ist. Diese Bemühungen haben jedoch nur zu einem begrenzten Erfolg bei den vorgenannten Anwendungen geführt, weil derartige zusammengesetzte Schäume keine zufriedenstellenden Eigenschaften aufweisen, wie z.B.: leichtes Gewicht, Stoßdämpfungsfähigkeit, Undurchlässigkeit, Nichtentzüdnbarkeit, Wärmebeständigkeit, Lichtbeständigkeit lind ölwiderstandsfähigkeit, geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und Nagelbarkeit, wie es im folgenden noch weiter ausgeführt wird.

Diese Nachtelle können Jedoch im Prinzip der Verwendung der aus synthetischen Harzen bestehenden kontinuierlichen Phase zugeschrieben werden.

Eine nähere Betrachtung führt notwendigerweise zu der Verwendung eines Metalles anstelle der synthetischen Harze als kontinuierliche Phase, um diese Nachteile abzustellen. Leider werden aber auch durch die Vervrendung des Metalles diese Nach-

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teile nicht beseitigt, weil die in der kontinuierlichen Phase des ".etalles enthaltenen Glas- oder Quarzsandsorten zur Reaktion mit ei en l'etall neigen, wobei sie auf diese Weise die beabsichtigter. Eigenschaften eines derartigen Katerials verderben.

/■.uf der anderen Seite stellt ein pulvermetallurgisches Verfahren noch ein weiteres, sehr bekanntes Verfahren dar. Jedoch haften dieser; Verfahren kritische Kachteile bei der Herstellung solcher zusammengesetzter Schäume an, für die die Undurchlässigkeit als wesentliche Eigenschaft gefordert wird. Um derartige Nachteile zu vermeiden, d.h. um eine kontinuierliche Produktphase zu liefern, die zufriedenstellende Undurchlässigkeit besitzt, mu£ die Mischung aus metallpulver und hohlen Mikrokugein aus Glas oder Cuarzsand unter einem extrem hohen Druck

2
von über 1000 kg/cm zusammengedrückt werden, was zu einer Zerctcrung oder einem Eruch der darin enthaltenen hohlen Mikrokugeln führt. Daher muß, um das Brechen der hehlen Fikrokugeln zu vermeiden, einerseits der auf eine derartige Mischung angewendete Druck wesentlich erniedrigt werden, was zur Bildung von offen-porigem Material mit geringer Dichte führt, welches andererseits nicht die gewünschte Undurchlässigkeit aufweist. Offensichtlich verursacht eine derart unzureichende Undurchlässigkeit verschiedenartige Korrosionen, wie z.B.: elektrolytische Korrosion in der Struktur.

Ur.: ein derartiges pulvermetaliurgiscb.es Verfahren anwenden zu können, besteht weiterhin die Notwendigkeit, teures Metallpulver und teure Vorrichtungen, wie eine Heizpresse, zu verwenden, welches beides unvermeidbar schwerwiegende wirtschaftliche Kachteile mit sich bringt.

rem~emäß ist es nach wie vor wünschenswert, zusammengesetzte Schäume zu besitzen, die in wirtschaftlicher V,^Teise hergestellt werden können, die jedoch die sehr wesentliche Undurchlässigkeit aufweisen, und in denen die hohlen Mikrokugeln nicht mit der kontinuierlichen Phase des Metalles, in dem die Kugeln -enthalten

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sind, reagieren, wobei diese zusammengesetzten Schäume hervorragende mechanische und chemische Eigenschaften, wie sie oben angegeben sind, aufweisen. Weiterhin ist es wünschenswert, für diese zusammengesetzten Schäume ein wirtschaftliches Verfahren zu ihrer Herstellung und eine'Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung zur Verfügung zu haben.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume zu schaffen, die eine in einer kontinuierlichen Metallphase dispergierte Phase von hohlen Mikrokugeln umfassen, und die zufriedenstellende und überragende Eigenschaften wie leichtes Gewicht, Stoßdämpfungsfähigkeit, Undurchlässigkeit, Nichtentzündbarkeit, Wärmebeständigkeit, Lichtbeständigkeit, ölbeständigkeit, geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und Nagelbarkeit aufweisen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zusammengesetzte Schäume in Form eines zusammengesetzten Aufbaues zu schaffen, der aus einem Metallrohr oder einem äußeren Metallbelag und einem, aus den zusammengesetzten Schäumen dieser Art, bestehenden Kernmaterial· besteht.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die auf diese V/eise hergestellten zusammengesetzten Schäume und die Vorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung derselben zu schaffen.

Die vorstehend beschriebenen, sowie ähnliche Ziele und Aufgaben v:erden dem Fachmann auf Grund der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche offenbar.

Es wurde gefunden, daß die zusammengesetzten Schäume mit vielen zufriedenstellenden und überragenden Eigenschaften, wie leichtem Gewicht, guter Stoßdämpfungsfähigkeit und Undruchlässigkeit. einschließlich anderer, notwendiger chemischer und meachr.ni :-.ci .,r

-.. 209845/0817

Eigenschaften, durch Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.

Das Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte:

Einfüllen einer vorher bestimmten Menge hohler Mikrokugeln in die Höhlung von Metallgießformen; Einführen eines geschmolzenen Metalles in diese Form durch Evakuieren der Form auf ein Vakuum

- 10
von 10 bis 1 mm Hg durch eine mit der Form verbundene Saugleitung, Auffüllen der Poren oder Hohlräume zwischen den in der Form enthaltenen.Mikrokugeln mit geschmolzenem Metall bei einer vorher bestimmten Füllrate; sowie Abkühlen der auf diese Weise mit geschmolzenem Metall aufgefüllten Mikrokugeln, um einen festen zusammengesetzten Schaum mit der erforderlichen Undur.chlässigkeit und anderen beabsichtigten Eigenschaften, wie sie oben erwähnt wurden, zu bilden. Wenn es erforderlich ist, können Drücke bis zu 5 Atmosphären auf das geschmolzene Metall angewendet werden, um eine erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Gießform herzustellen.

Die wichtigen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die folgenden:

1.y Die in der Gießform enthaltenen und mit einem flüssigen Metall aufgefüllten Mikrokugeln werden einer Druckdifferenz zwischen Unterdruck und Atmosphärendruck oder bestenfalls dieser Druckdifferenz, vermehrt um einen zusätzlichen Druck von bis zu 5 Atmosphären, unterworfen, und auf diese Weise besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß die Mikrokugeln während des Gießverfahrens/zerbrochen werden.

2.) Da die Gießform auf einem Hochvakuum 3nu Bereich von 10 bis 1 mm Hg gehalten wird, werden die Gase, die von den hohlen Mikrokugeln und dem geschmolzenen Metall freigesetzt werden, ununterbrochen abgesaugt; auf diese Welse entstehen weder Blasen, noch eine schlechte Benetzbarkeit zwischen den

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hohlen Fikrokugeln und dem geschmolzenen Metall als Folge des Einflusses der von diesen Materialien freigesetzten Gase, was dazu führt, daß undurchlässige zusammengesetzte Schäume gebildet werden.

3.) Pas zur Verwendung in der kontinuierlichen Phase des zusammengesetzten Schaumes bestimmte Metall kann in einer beliebigen Form vorliegen, wie z.B.: als Rohmasse, Block, Barren, Platine, Stange oder Granulat, wodurch eine beträchtliche Kostenersparnis im Vergleich zu dem pulvermetallurgischen Verfahren erreicht wird.

Die beigefügte Figur zeigt eine Seitenansicht einer Vakuumgießvorrichtung zur Verwendung bei der Herstellung zusammengesetzter Schäume durch Auffüllen der Poren oder Zwischenräume zwischen den in der Gießform enthaltenen hohlen Mikrokugeln mit geschmolzenem Metall, um eine durchgehende Phase in den zusammengesetzten Schäumen zu bilden.

In der Figur sind hohle Kohlenstoffmikrokugeln 1, geschmolzenes Metall 2, Metallgießformen 3, eine Saugleitung 4, eine Vakuumleitung 5, ein Kolben 6, ein Einlaß 7 für geschmolzenes Metall, eine Heizung 8 und ein Eingießkanal 9 dargestellt. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Gießform, die die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln 1 enthält, einerseits mit dem geschmolzenen Metall 2 über die Saugleitung H und den Eingießkanal 9 in Verbindung steht, und andererseits mit der Vakuumleitung 5, die ihrerseits mit nicht gezeigten Saugmitteln in Verbindung steht, verbunden ist. Der Kolben 6 ist in die Saugleitung 4 eingepaßt, um auf das geschmolzene Metall einen gewünschten Druck auszuüben.

Beim Betrieb werden hohle Kohlenstoffmikrokugeln 1 im Hohlraum der Form 3 angeordnet. Die Luft wird aus der Form durch Evakuieren über die Vakuumleitung 5> deren oberes Ende mit der Form 3 verbunden ist, abgesaugt, wobei das Innere der Form auf

- 10
einem Vakuum im Bereich von 10 bis 1 mm Hg gehalten wird.

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Zur gleichen Zeit werden die hohlen Mikrokugeln 1 mittels des Erhitzers 8 auf eine Temperatur erhitzt, die die gleiche ist, wie die Gießtemperatur des geschmolzenen Metalles 2. Wenn sich der Kolben 6 aufwärts bewegt, wird geschmolzenes Metall in die Saucleitung 4 durch den Einlaß¹-7 für geschmolzenes Fetall eingeführt, worauf der Hohlraum teilweise mit geschmolzenem Metall aufgefüllt wird. Hierbei sollte das Niveau des geschmolzenen Fetalles, in der Gießform vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die geringeer als 10 cm/sec. ist, angehoben werden. Dieses Anheben des Niveaus wird offensichtlich durch die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Gießform verursacht. Wenn jedoch eine derartige Druckdifferenz zu klein ist, um die erforderliche Anhebung des Niveaus des geschmolzenen Metalles in der Gießform zu bewirken, kann ein zusätzlicher Druck von weniger als 5 Atmosphären auf das geschmolzene Metall 2, das in dem B^- hiilter oder einem Schmelztopf enthalten ist, mittels eines Kolbens 6 oder anderer geeigneter Mittel, wie z.B.: einem Druckgas, angewendet v/erden. Die Gießrate oder die Anhebung des Niveaus des geschmolzenen Metalles kann durch die geeignete Konstruktion der Eingießvorrichtung und die angewendete Druckdifferenz eingestellt werden.

V.'ährend des Gießvorganges sollte das Innere der Gießform oder des Kohlraumes auf einem
1 mm Hg gehalten werden.

- 10 ' des Kohlraumes auf einem Vakuum im Bereich von 10 bis

V.'enn die Poren oder Zwischenräume zwischen den Mikrokugeln völlig mit geschmolzenem Metall aufgefüllt sind, werden die Gießformen abgekühlt, damit das eingefüllte geschmolzene Metall fest werden kann. Im Falle einer zu hohen Gießtemperatur tritt in der I'etallphase die Feigung auf, daß sich auf Grund des Schrumpfens des Metalles während des Erstarrens Blasenlöcher iiirien. Aus diesem Grund sollte die Gießtemperatur nicht höher als 100 ° C über der Schmelztemperatur des geschmolzenen Fetalles gehalten werden.

V.'enn die Ketallphase in dem Hohlraum der Gießform völlig fest

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geworden ist, wird die Gießform geöffnet, um einen Körper aus zusammengesetztem Schaum zu entnehmen.

Die grundsätzlichen Eigenschaften der hohlen Mikrokugeln, die in dem Vakuumgießverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden und die dazu dienen, eine Dispersionsphase in dem zusammengesetzten Schaum gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden, sollten so sein, daß sie einen Korndurchmesser von 10 bis 1000 /ι, eine Wandstärke von 1 - 100 μ, ein spezifisches Granulatgewicht von 0,1 bis l,o und eine hydrostatische Druckwiderstandsfestigkeit von über 5 kg/cm2 aufweisen. Diese Eigenschaften werden vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit und der geforderten physikalischen Eigenschaften bevorzugt. Es wurde gefunden, daß das am meisten vorzuziehende Material für derartige hohle Kiktokugeln wegen seiner nicht vorhandenen Reaktivität mit dem geschmolzenen Metall, seines geeigneten Erweichungspunktes und seiner Festigkeit, sowie vom Standpunkt seiner Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit, Kohlenstoff ist. Derartige hohle Kohlenstoffmikrokugeln können z.B.: auf Grund des in der Japanischen Patentanmeldung Kr. 45 625/7O> Deutsche Patentanmeldung P 21 26 262.4 vom 27.5.1971, beschriebenen Verfahrens aus den Ausgangsmaterialien wie Pech auf Erdölbasis oder Kohlebasis hergestellt werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Pulverisierung, Ausbildung der hohlen Struktur, Unschmelzbarmachung, Aufheizen und Karbonisieren.

V.'ie leicht aus der Art des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ersehen werden kann, sollte das Volumenverhältnis der dispergieren hohlen Kohlenstoffmikrokugeln zu der kontinuierlichen Phase eines Metalles, in dem diese Mikrokugeln eingebettet sind, im Bereich von 10 : QO bis 90 : 10, liegen. Obgleich der Kohlenstoff als Material für derartige hohle Mikrokugeln am meisten bevorzugt ist, können andere Materialien aus Glas oder Keramik, v/ie z.B.: Quarz, Silikat-Tonerde (silica* alumina), Quarzsnnd, Zirkonerde usw., verwendet werden, soweit diese Materialien nicht mit dem geschmolzenen Metall, das in Kombination damit verwendet

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wird, reagiert.

Die Eigenschaften der Metalle, die als kontinuierliche Phase der zusammengesetzten Schäume gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, sollten so stein, daß die Metalle an Luft bei Raumtemperatur stabil sind und Schmelzpunkte von weniger als 2000 ° C aufweisen. Eingeschlossen in diese Gruppe von Metallen sind Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn, Kupfer und die Legierungen, die im wesentlichen aus derartigen Metallen bestehen. Zusätzlich können für einen derartigen Zweck Eisen, Nickel, Kobalt, Wismut, Beryllium, Titan, Chrom und die Legierungen, die im wesentlichen aus diesen Metallen bestehen, Anwendung finden.

Wenn es erforderlich ist, können die Kohlenstoffmikrokugeln; die bei der Herstellung der undurchlässigen zusammengesetzten Schäume nach dem Vakuumgießverfahren für geschmolzenes Metall gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, mit anderen Materialien überzogen werden. In dem Falle, z.B.: wenn der direkte Kontakt der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln mit einem geschmolzenen Metall wie Eisen- oder Stahllegierungen,-welche die kontinuierliche Phase des zusammengesetzten Schaumes bilden, die schnelle Diffusion des Kohlenstoffes in das Metall verursacht oder die chemische Reaktion zwischen beiden Stoffen in Gang setzt, oder in dem Falle, wenn die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln so kleine Durchmesser besitzen, daß das geschmolzene rietall kaum in die Poren oder Zwischenräume zwischen den hohlen Mikrokugeln eindringen kann, dann können die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln mit anderen Materialien überzogen werden, um die Reaktion des Kohlenstoffes mit dem geschmolzenen Metall zu verhindern oder um das Eindringungsvermögen des geschmolzenen Metalles in einen Körper aus Kohlenstoffmikrokugeln durch eine Erhöhung der Netzbarkeit zu verbessern.

Die Materialien, die als Überzüge für derartige hohle Kohlenstoffmikrokugeln zur Verwendung kommen, sollten vorzugsweise

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- ίο -

Metalle oder Keramiken sein, die Schmelzpunkte aufweisen, die ' 50 C-über der Temperatur des als kontinuierliche Phase in den zusammengesetzten Schäumen verwendeten geschmolzenen Metalles liegen.

Die Dicke des Überzuges ist im allgemeinen von den Typen der Überzugsmaterialien abhängig, sollte jedoch vorzugsweise im Eerelch von 0,05 bis 20 μ liegen. Vom Standpunkt der Reaktionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Metall, der Eignung als überzug und der Wirtschaftlichkeit kommen als Überzugsmetalle Nickel, Kupfer usw. in Frage, während als Keramiken vorzugsweise Titankarbid, Siliziumkarbid, Borkarbid usw. in Frage kommen.

Auf der anderen Seite können Glas oder Quarz als Überzugsmaterial verwendet werden, aber diese sind nicht geeignet in den Fällen, wo Aluminium oder Magnesium als geschmolzenes Metall verwendet wird, weil sie in Bezug auf diese letzteren eine hohe Reaktivität besitzen.

Sowohl in dem Falle der Verwendung der hohlen Kohlenstoffmikrokugeln., als auch in dem Falle der Verwendung derselben mit einem Oberflächenüberzug werden die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln vorzugsweise vor der Herstellung der zusammengesetzten Schäume im Vakuum auf die Gießtemperatur des geschmolzenen Metalles erhitzt.

Dieses Behandlungsverfahren beseitigt die Gasabgabe von den hohlen Kohlenstoffmikrokugeln in der Gießform zur Zeit der Herstellung zusammengesetzter Schäume nach dem erfindungsgemäßen Vakuumgießverfahren für geschmolzenes Metall mit dem Ergebnis, daß das Hochvakuum schnell erreicht werden kann und demgemäß die wirtschaftliche Herstellung der zusammengesetzten Schäume stark erhöht werden kann.

Die zusammengesetzten Schäume, die eine in einer kontinuierlichen Phase aus Metall dispergierte Phaoe aus hohlen Kohlenstoffmikrokugeln umfassen und die nach dem Schmelz-Vakuumgießverfahren

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- li -

gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, viel sen mehrere hervorstechende Eigenschaften auf, wie z.B.: leichtes Gewicht, Stoßdämpfungsfähigkeit, Undurchlässigkeit, Nichtentflammbarkeit, Wärmebeständigkeit, Lichtbeständigkeit, olbeständigkeit, Beständigkeit' gegen hydrostatischen Druck, Zähigkeit, geringe thermische Leitfähigkeit,.geringe elektrische Leitfähigkeit und Nagelbarkeit.

Unter Nagelbarkeit wird hier die Eigenschaft des Materials verstanden, daß ein Nagel in das Material hineingeschlagen werden kann, wie z.B. in eine Holzplatte, und der auf diese Weise eingeschlagene Nagel wird von dem ihm umgebenden Grundmaterial (jut festgehalten, ohne daß er Risse in dem Material verursacht.

remgemäß finden die undurchlässigen erfindungsgemäßen zusammengesetzten Schäume vielversprechende Anwendung als druckbeständiges Material mit leichtem Gewicht zur Verwendung in schwimmfähigen Materialien von Tiefseetauchbooten, in Geschossen, Raketen, Hubschraubern, Schwebefahrzeugen, Tragflächenbooten, Automobilen usv/. oder als nicht-brennbare synthetische Nutzhölzer.

V.'citerhin können die zusammengesetzten Schäume der vorliegenden Erfindung in der Form eines zusammengesetzten Stangenkörpers hergestellt v/erden, der aus einem äußeren Belag in Form eines Γ-'etcillrohres oder Tetallüberzuges und einem Kernstück aus den erfindungsgemäßen zusammengesetzten Schäumen besteht. Daher erweitert dieser Typ von Materialien noch weiterhin den Anwendungsbereich der erfindungsgemäß zusammengesetzten Schäume in einer Vielzahl von gewerblichen Anwendungsgebieten.

Beispiel

D-Ie undurchlässigen zusammengesetzten Schäume wurden unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung zusammengesetzter Schäume nach dem Vakuumgießverfahren für geschmolzenes Metall hergestellt, wobei diese Vorrichtung der in der Figur dargestellten ähnelte.

209845/0817 ßAD original

Das gemäß der vorliegenden Erfindung in diesem Falle hergestellte Produkt war vom Stangentyp und besaß die Abmessungen 100 mm 0 χ 300 mm. Das Material der verwendeten Gießformen bestand aus Gußstahl, Typ 2 (Kohlenstoff 2 %_t Chrom 12,5 %, Wolfram 3 %).

Als Ausgangsmaterial für die hohlen Kohlenstoffmikrokugeln wurde Pech auf Erdölbasis verwendet, welches pulverisiert, in eine hohle Struktur gebracht, unschmelzbar gemacht, aufgeheizt und karbonisiert wurde. Andererseits wurden die so hergestellten hohlen Kohlenstoffmikrokugeln mit Nickel oder Kupfer überzogen. Der Nickelüberzug wurde durch das chemische Dampfphasen-Belegungsverfahren hergestellt, bei dem thermisch Nickelkarbonyl zersetzt wurde. Der Kupferüberzug wurde durch das chemische Metallbelegungsverfahren hergestellt, bei dem Kupfersulfat mit Formalin reduziert wurde. Die Eigenschaften derartiger hohler Kohlenstoffmikrokugeln sind in Tabelle 1 aufgeführt .

Die Eigenschaften der für die Bildung einer kontinuierlichen Phase bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten Schäumen verwendeten Metalle, wie die von Aluminium, Zinn und Zinn-Blei-Legierung, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Während die Verfahrensschritte zur Herstellung der zusammengesetzten Schäume nach dem Vakuumgießverfahren für geschmolzenes Metall gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben, und unter Verwendung der in den Tabellen 1 und 2 aufgeführten Ausgangsmaterialien durchgeführt wurden, werden die verschiedenen Bedingungen, die bei der oben beschriebenen Herstellung eingehalten wurden, in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle k zeigt die physikalischen Eigenschaften der zusammen^· gesetzten Schaume, <Ue unter „en in Tabelle 3 angegebenen Be-

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dingungen erhalten worden waren, d.h. zusammengesetzte Schäume I-A, H-T und III-S. Für Vergleichszwecke sind jedoch die physikalischen Eigenschaften von Schäumen angegeben, die aus

1) einer Kombination von hohlen Kohlenstoffmikrokugeln mit Aluminiumpulver gemäß dem metallurgischen Pulververfahren und

2) von dem ausgeformten Metall allein,, welches keine hohlen Kohlenstoffmikrokugeln enthielt, erhalten worden waren.

Sie sind ebenfalls in Tabelle 4 angegeben.

Diese Tabellen erläutern, wie oben besprochen, die hervorragende Kombination verschiedener vorbildlicher Eigenschaften, die die erfindungsgemäß zusammengesetzten Schäume aufweisen. Diese angegebenen Daten sind eindrucksvoll, insbesondere wenn man sie mit zusammengesetzten Schäumen nach der früheren Herstellungsweise vergleicht.

Es ist offensichtlich für den Fachmann, daß das neue, hierin offenbarte Prinzip der Erfindung zusammen mit dem speziellen Beispiel verschiedenartige andere Modifikationen und Anwendungen derselben nahelegt. '

Demgemäß zeigt die Breite der beigefügten Patentansprüche, daß die Erfindung nicht auf das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene spezielle Beispiel begrenzt ist.

Tabelle 1

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-IH-

ro ο co

Tabelle 1. Eigenschaften der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln bei verschiedenem Ausgangs material	Mittlerer Granulat- Druchmesser	Mittlere Wandstärke der Kohlen stoffkugeln	Mittlere Dicke des Überzuges	Spezi fisches Granulat- gewicht	Beständigkeit gegen hydro statischen Druck
Symbol für das Ausgangs- naterial	200 μ 200 ja 100 μ	*k_F* ²F	0 Nickel o,22 μ Zink ο,ΐβ μ	0,24 0,30 0,28	2 30 kg/cm 2 ' '30 kg/cm 40 kg/cm²
I II III

Tabelle 2.

Eigenschaften eines zur Bildung der kontinuierlichen Phase der zusammengesetzten Schäume verwendeten Metalles

Symbol für das Metall

A T S

Form des Metalles

Barren

Granulat

Stange

Zusammensetzung

A 99,5 % Sn 99,95£ Sn 62% PB

Spezifisches
Gewicht

2,7
7,3
3,8

Schmelzpunkt

650° C 230° C 190° C

Tabelle

Herstellungsbedinpungen für zusammengesetzte Schäume ₃ die nach dem Vakuumgießverfahren für geschmolzenes Metall hergestellt wurden

O CO OO

Herstellungs-^^. Symbol des bedingungen "v^Produktes	-I - A	II - T	Ill - S
Hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln als Ausgangsmaterial	I	II	III
Metall zur Bildung der kontinuier lichen Phase	A	T	S
Vakuum - Wärme - Behandlung (Vorbehandlung)	800° C ' 30 Minuten	i\|50° C 30 Minuten	I»00° C 30 Minuten
Gießtemperatur für das geschmol zene Metall	700° C	280° C	2*fO° C
Gießdauer für das geschmolzene Metall	30 See.	15 See.	5 See.
Erforderliche Druckdifferenz zum Gießen des geschmolzenen Metalles	1 atm.	1 atm.	3 atm.
Vakuumniveau zur Zeit des Gießens	0,5 χ ΙΟ"¹ mm Hg.	2 χ 1(T¹ mm Hg.	li χ 1(T¹ mm Hg. ,

- 16 -

Tabelle

Physikalische Eigenschaften der erzeugten zusammengesetzten Schäume und der AusgangsT.etalle.

Physikalische' Eigenschaften

Symbole der Ausgangsmetalle und des zusammengesetzten Schaume:

Spezifisches Gewicht Offenporösität % Kompressionsmodul kg/cm2"

Spezifische Druckfestigkeit (Meßergebnis) cm Spezifische Kompressionsfestigkeit (0,2 Prüfdruck) cm

Biegemodul

kg/cm2

Spezifische Biegefestigkeit (Bruch) cm

Linearer Ausdehnungskoeffizient 1/⁰C Wärmeleitfähigkeit cal/cm.sec Oq

Elektrische Leitfähigkeit λ."¹ cm"¹

Korrosionsbeständigkeit g/cm2.Tag ^*-¹ Nagelbarkeit

2,7

* O

I - A (I - A)

1,19

1,19
17

8lxlO³ 5OxIO³ 2OxIO³ 70OxIO³ 28Oxll³

42oxl0³ 525xlO³ 26OxIO³ 23OxIO³ 9OxIO³

59OxIO³ 240x10-

23xlO~⁶ ------^

0,40 O,36xlO⁽

0,03 schlecht

7,3
^ 0

2,8
^ 0

9x10^ 25x10^
7,5xlO³ 120xl0^;

8xlO^:
6xlO^:

80xl0^:
17xlO^:

53xlO^:

21x10

.0,05 0,05 ⁵ ,-0,04x10' 0,04x10° 0,3 3,0

gut gut

17x10
■0,13

"⁶

6,8
ο 0

3,18

« 0

0,025
,015x10

,08x10"

-N. 0 = 0

schlecht gut

55x10^ 135x10''

55xlO³ 10OxIO³ 25OxIO³ 95xlO³

12OxIO³

22xlO'⁶ ISxIO"⁶

0,11 0,020 _rt ¹ gO,OllxlO^ö

6,05 0,0b schlecht gut

x) Anmerkungen zu Tabelle 4 auf Seite

CO £·> cn cn

Anmerkungen zu Tab eile 4j_

x) (I - A): Nach dem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Schäume. ,

xx) Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit wurde nach der alternierenden Immersionstestmethode gemessen, bei der eine Probe 1,5 Minuten in eine wäßrige Lösung eingetaucht wurde, die 1 Gew.-% NaCl und 3 Gew.-% Wasserstoffperoxyd enthält, und danach wird die auf diese Weise eingetauchte Probe 15 Minuten lang der Luft ausgesetzt; und dieser Zyklus wird wiederholt fortgesetzt.

Die in der Tabelle angegebenen Daten zeigen die Gewichtsabnahme pro Oberfläche der Probe nach einer 24-stündigen Dauer des Zyklusses.

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Claims

- 18 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume, die eine Phase aus hohlen Mikrokugeln umfassen, Vielehe In einer kontinuierlichen Phase eines Metalles dispergiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall unter Ausnutzung der Druckdifferenz in eine unter hohem Vakuum stehende, hohle Mikrokugeln enthaltende Gießform gegössen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gießform unter einem Vakuum von 10" bis 1 mm Hg steht und auf das geschmolzene Metall ein überdruck von nicht mehr als 5 Atmosphären zur Einwirkung gebracht wird, um die Druckdifferenz zu erhöhen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Gießtemperatur des geschmolzenen Metalles nicht mehr als 100' punkt des geschmolzenen Metalles liegt.

schmolzenen Metalles nicht mehr als 100 C über dem Schmelzet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet , daß während des Gießens das Niveau des geschmolzenen Metalles in der Gießform um weniger als 10 cm/sec. ansteigt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet , daß die Mlkrokugeln aus Kohlenstoff, Glas oder Keramiken, wie Quarz, Silikat-Tonerde, Quarzsand oder Zirlonerde bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die verwendeten Mikrokugeln einen Korndurchmesser von Io bis 1000 y> Wandstärken im Bereich von 1 bis 100 μ, ein.spezifisches Korngewicht im Bereich von

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ο,Ι bis 1,0 und eine Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck von über 5 kg/cm2 aufweisen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet", daß die verwendeten Mikrokugeln vor dem Gießverfahrensschritt mit einem Metall überzogen worden sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennz eichnet, daß das Überzugsmetall einen Schmelzpunkt von weniger als 2000° C aufweist, stabil gegenüber Luft ist und aus Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn, Kupfer, Blei, Eisen, Nickel, Kobalt, Wismut, Titan, Chrom oder Legierungen, die

im wesentlichen diese Metalle enthalten, besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß das als überzug verwendete Metall einen Schmelzpunkt aufweist, der um wenigstens 50 C über dem des Metalles,das zur Bildung der kontinuierlichen Phase in den zusammengesetzten Schäumen verv/endet wird, liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des Überzuges in dem Bereich von 0,05 bis 20yu liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die als überzug verwendeten Materialien aus Metallen wie Nickel oder Kupfer; aus Keramiken wie Titankarbid, Siliziumkarbid oder Borkarbid; oder aus Glas oder Slliziumdioxyd bestehen.

12.Vorrichtung zur Herstellung zusammengesetzter Schäume, gekennzeichnet durch zumindest eine, einen Hohlraum (1) aufweisende Gießform (3) In den hohle Mikrokugeln einfüllbar sind, und der über damit in Verbindung stehende Absaugmittel (5) unter Vakuum setzbar ist, sowie

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einen Behälter für geschmolzenes Metall (2), der über eine Saueleitung (4) mit dem Hohlraum (1) der Gießform (3) in
Verbindung steht.

13· Vorrichtung nach Anspruch "12, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kolben (6) derart in der Saugleitung (4) angeordnet ist, daß ein Überdruck auf das geschmolzene und zum Guß gelangende Metall zur Einwirkung gebracht werden kann.

14. Zusammengesetzte Schäume, dadurch gekennzeichnet , daß sie gemäß dem Verfahren nach einem
der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt worden sind.

15. Zusammengesetzte Schäume nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß sie mittels der Vorrichtung nach den Ansr-rüchen 12 oder 13 hergestellt worden

sind.

16. Zusammengesetztes Material, dadurch gekennzeichnet , daß es einen äußeren Belag aus Metall
und einen Kern aus den zusammengesetzten Schäumen nach den Ansprüchen 14 oder I5 aufweist.

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