DE2218455B2

DE2218455B2 - Zusammengesetzter schaum aus anorganischen hohlkugeln in einer metallmatrix und verfahren und vorrichtung zur herstellung derartiger schaeume

Info

Publication number: DE2218455B2
Application number: DE19722218455
Authority: DE
Inventors: Yasuo; Shiiki Zenya; Tokio; Nakao Masaaki Urawa Saitama; Bunrin Hidetaka Tokio; Amagi (Japan)
Original assignee: Kureha Kagaku Kogyo K.K., Tokio; Toyo Boseki KX., Osaka; (Japan)
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2218455A1; CA957127A; GB1379157A; JPS5017298B1

Description

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Schäume aus anorganischen Hohlkugeln in einer Metallmatrix mit einem Schmelzpunkt unter 2000⁰C und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben sowie die Anwendung des Verfahrens auf metallüberzogene Kohlenstoff-Mikrokugeln.

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.

Die Verwendung eines pulvermetallurgischen Verfahrens für die Herstellung zusammengesetzter Schäume, für die die Undurchlässigkeit als wesentliche Eigenschaft gefordert wird, ist nicht befriedigend. Um nämlich ein Matrixgefiige zu erzeugen, das eine zufriedenstellende Undurchlässigkeit besitzt muß die Mischung aus Metallpulver und hohlen Mikrokugeln aus Glas oder Quarzsand unter einem extrem hohen Druck von über 1000 kp/cm² zusammengedrückt werden, was zur Zerstörung oder Bruch der darin enthaltenen hohlen Mikrokugeln führt Zur Vermeidung des Brechens der hohlen Mikrokugeln müßte andererseits der auf eine derartige Mischung angewendete Druck wesentlich erniedrigt werden, was jedoch zur Bildung von offenporigem Material mit geringer Dichte führt, das nun wieder nicht die gewünschte Undurchlässigkeit aufweist Eine mangelnde Undurchlässigkeit verursacht verschiedenartige Korrosionen, wie z. B. elektrolytische Korrosion im Gefüge.

Die Anwendung eines solchen pulvermetallurgischen Verfahrens erfordert weiterhin die Verwendung von teurem Metallpulver und teuren Vorrichtungen, wie eine Heißpresse, was einen wirtschaftlichen Nachteil darstellt

In neuester Zeit hat die Entwicklung von schwimmfähigen Materialien zur Verwendung in Tiefseetauchbooten oder von synthetischen Nutzhölzern zu einer Entwicklung von Materialien geführt die als zusammengesetzte Schäume bezeichnet werden. Es wurden viele Versuche unternommen, derartige zusammengesetzte Schäume herzustellen, um den Bedarf der Industrie zu befriedigen. Unter anderem ist ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume bekannt, bei dem eine Phase von hohlen Mikrokugeln aus Glas oder porösem Quarzsand in einer kontinuierlichen Phase von synthetischen Harzen dispergiert wird. Die Versuche haben jedoch nur zu einem begrenzten Erfolg bei den vorgenannten Anwendungen geführt, weil diese zusammengesetzten Schäume keine zufriedenstellenden Eigenschaften aufweisen, wie leichtes Gewicht, Stoßdämpfungsfähigkeit Undurchlässigkeit Nichtentzündbarkeit Wärmebeständigkeit Lichtbeständigkeit und ölwiderstandsfähigkeit, geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit Zähigkeit Festigkeit und Nagelbarkeit wie es im folgenden noch weiter ausgeführt wird.

Diese Nachteile können jedoch im Prinzip der Verwendung der aus synthetischen Harzen bestehenden Matrix zugeschrieben werden.

Aus der Zeitschrift Metall 22, 1968, S. 900 sind metallische Verbundwerkstoffe bekannt, bei denen anstelle einer Kunststoffmatrix eine Metallmatrix verwendet wird, und aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 33 321 ist ein Verfahren bekannt bei dem zur Herstellung von schwammartigem Metall eine Metallschmelze in eine Schüttung von anorgansichem, hochschmelzendem Leichtstoff, z. B. in Form von Glas-Hohlkugeln, eingebracht wird. Wird jedoch in ähnlicher Weise bei zusammengesetzten Schäumen anstelle der synthetischen Harze als kontinuierliche Phase ein Metall verwendet, so werden die oben geschilderten Nachteile trotzdem nicht befriedrigend beseitigt, weil die in der kontinuierlichen Phase aus Metall enthaltenen Glas- oder Quarzsandsorten zur Reaktion mit dem Metall neigen. Dadurch verderben sie die beabsichtigten Eigenschaften eines derartigen Materials.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von schwammartigem Metall nach der deutschen Offenlegungsschrift 19 33 321 wird die Metallschmelze in die Schüttung aus anorganischem hochschmelzendem Leichtsotff unter Anwendung von vermidnertem Druck eingebracht. Hierdurch wird zwar das Eingießen der Metallschmelze

erleichtert, jedoch reicht dieser Unterdruck nicht aus, um Gase, die von den hohlen Mikrokugeln und dem geschmolzenem Metall freigesetzt werden, so vollständig abzusaugen, daß das Endprodukt blasenfrei wird.

Aus der britischen Patentschrift 1193590 ist es ichließUch noch bekannt, durch Säurebehandlung wurmartig expandierten Graphit in einer Metallmatrix einzubetten, um auf diese Weise einen leichtgewichtigen Metall-K.ohlenstoffkörper herzustellen. Da es sich bei den eingelagerten Graphitteilchen jedoch nicht um kugelförmige und erst recht nicht um hohlkugelförmige Teilchen handelt, sind die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Körpers sehr unbefriedigend, insbesondere was die Festigkeit und die Leichtgewichtigkeit betrifft

Zusammengefaßt besteht also ein Bedarf für zusammengesetzte Schäume, die die sehr wesentliche Eigenschaft der Undurchlässigkeit aufweisen und in denen die hohlen Mikrokugeln nicht mit der Metallmatrix, in der sie enthalten sind, reagieren, die ferner hervorragende mechanische und chemische Eigenschaften, wie sie oben angegeben sind, aufweisen und die trotzdem wirtschaftlich herstellbar sind.

Weiterhin ist es wünschenswert, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung derartiger zusammengesetzter Schäume und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu besitzen.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, zusammengesetzte Schäume, die zufriedenstellende Eigenschaften, wie leichtes Gewicht, Stoßdämpfungsfähigkeit, Undurchlässigkeit, Nichtentzündbarkeit, Wärmebeständigkeit. Lichtbeständigkeit, ölbeständigkeit, geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und Nagelbarkeit aufweisen ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schäume sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch zusammengesetzte Schäume der eingangs beschriebenen Art gelöst, die hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln mit einem Teilchendurchmesier im Bereich von 10 bis 1000 μπι, Wanddicken im Bereich von 1 bis 100 μπι, einem spezifischen Teilchengewicht im Bereich von 0,1 -1,0 und einer Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck von über 5kp/cm² als eine diskontinuierliche Phase enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung derartiger zusammengesetzter Schäume erfolgt unter Verwendung einer unter Vakuum stehenden Gießform und ist dadurch gekennzeichnet, daß hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln in die Gießform eingefüllt und die Matrixschmelze unter einem Vakuum von 10-^l0 bis 1 mm Hg-Säule, gegebenenfalls unter Anwendung eines Oberdruckes von nicht mehr als 3800 mm Hg-Säule auf die Matrixschmelze, in die Gießform eingegossen wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens enthält gemäß der Erfindung zumindest eine Gießform mit einem Hohlraum, in den hohle Mikrokugeln einfüllbar sind und der über damit in Verbindung stehende Absaugmittel unter Vakuum setzbar ist, sowie einen Behälter für geschmolzenes Matrixmetall, der über eine Einsaugleitung mit dem Hohlraum der Gießform in Verbindung steht und in den ein Kolben derart ih der Saugleitung angeordnet ist, daß ein Überdruck auf das geschmolzene und zu vergießende Matrixmetall ausgeübt werden kann.

Im einzelnen umfaßt das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:

Einfüllen einer vorher bestimmten Menge hohler Kohlenstoff-Mikrokugeln in die Höhlung von Metallgießformen; Einführen eines geschmolzenen Metalles in diese Form durch Evakuieren der Form auf ein Vakuum von 10-'° bis 1 mm Hg durch eine mit der Form verbundene; Saugleitung, Auffüllen der Poren oder

Hohlräume zwischen den in der Form enthaltenen Mikrokugelln mit geschmolzenem Metall bei einer vorher bestimmten Füllrate sowie Abkühlen der auf diese Weise mit geschmolzenem Metall aufgefüllten Mikrokugeln, um einen festen zusemmengesetzten

ίο Schaum mit der erforderlichen Undruchlässigkeit und anderen beabsichtigten Eigenschaften, wie sie oben erwähnt wurden, zu bilden. Wenn es erforderlich ist,

- · können Drücke bis zu 5 at auf das geschmolzene Metall angewendet werden, um eine erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Gießform herzustellen.

Bei diesen Verfahrensschritten sind die folgenden Tatsachen wichtig:

1. Die in der Gießform enthaltenen und mit einem flüssigen Metall aufgefüllten Kohlenstoff-Mikrokugeln werden einer Druckdifferenz zwischen Unterdruck und Atmosphärnedruck oder bestenfalls dieser Druckdifferenz, vermehrt um einen zusätzlichen Druck von bis zu 5 at, unterworfen; auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Mikroku geln während des Gießverfahrens zerbrochen werden, gering.

2. Da diie Gießform auf einem Hochvakuum im Bereich von 10-¹⁰ bis 1 mm Hg gehalten wird, werden die Gase, die von den hohlen Mikrokugeln und dem geschmolzenen Metall freigesetzt werden, ununterbrochen abgesaugt Auf diese Weise entstehen weder Blasen, noch eine schlechte Benetzbar keit zwischen den hohlen Mikrokugeln und dem geschmolzenen Metall als Folge des Einflusses der freigesetzten Gase, was dazu führt, daß undurchlässige zusammengesetzte Schäume gebildet werden.

3. Das als Matrix des zusammengesetzten Schaumes bestimmte Metall kann in beliebiger Form vorliegen, \L· B. als Massel, Halbzeug oder Granulat, wodurch eine beträchtliche Kostenersparnis im Vergleich zu dem pulvermetallurgischen Verfahren erreicht wird.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform des Verfahrens werden metallüberzogene Kohlenstoff-Mikrokugeln verwendet

Weitere vorzugsweise Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 4, 5 und 6 angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher beschrieben.

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

In der Figur sind hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln 1,

geschmolzenes Metall 2, Metaligießformen 3, eine

Saugleiturig 4, eine Vakuumleitung 5, ein Kolben 6, ein

Einlaß 7 für geschmolzenes Metall, eine Heizung 8 und ein Eingießkanal9dargestellt.

Aus der Zeichnung ist erichtlich, daß die Gießform, die die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln 1 enthält,

einerseits mit dem geschmolzenen Metall 2 über die Saugleiturig 4 und den Eingießkanal 9 in Verbindung

steht, und andererseits mit der Vakuumleitung 5, die

ihrerseits mit nicht gezeigten Absaugmitteln 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 Kohlenstoff-Mikrokugeln 1 im Hohlraum der Form 3 angeordnet Die Luft wird aus der Form durch Evakuieren über die VakuumJeitung 5, deren oberen Ende mit der Form 3 verbunden ist abgesaugt, wobei das Innere der Form auf einem Vakuum im Bereich von 10-¹⁰ bis 1 mm Hg gehalten wird.

Zur gleichen Zeit werden die hohlen Mikrokugein 1 mittels der Heizung 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 Saugleitung 4 durch den Einlaß 7 eingeführt, worauf der Hohlraum teilweise mit geschmolzenem Metall aufgefüllt wird. Hierbei sollte das Niveau des geschmolzenen Metalles in der Gießform vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die geringer als lOcm/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 at auf das geschmolzene Metall 2. das in dem Behälter oder einem Schmelztopf enthalten ist, mittels eines Kolbens 6 oder anderer geeigneter Mittel, wie z. B. einem Druckgas, angewendet werdea Die Gießrate oder die Anhebung des Niveaus des geschmolzenen Metalles kann durch die geeignete Konstruktion der Eingießvorrichtung und die angewendete Druckdifferenz eingestellt werden.

Während des Gießvorganges sollte das Innere der Gießform oder des Hohlraumes auf einem Vakuum im Bereich von iö-ⁱ⁰ bis 1 mm Hg gehalten werden.

Wenn die Poren zwischen den Mikrokugein völlig mit geschmolzenem Metall aufgefüllt sind, werden die Gießformen abgekühlt, damit das Metall fest werden kann. Im Falle einer zu hohen Gießtemperatur tritt in der Metallphase die Neigung auf, daß sich auf Grund des Schrumpfens des Metalles während des Erstarrens Lunker bilden. Aus diesem Grund sollte die Gießtemperatur nicht höher als 100 Grad über der Schmelztemperatur des geschmolzenen Metalles gehalten werden.

Wenn die Metallphase in dem Hohlraum der Gießform völlig fest geworden ist wird die Gießform geöffnet um einen Körper aus zusammengesetztem Schaum zu entnehmen.

Die grundsätzlichen Eigenschaften der hohlen Mikrokugein, die in dem Vakuumgießverfahren gemäß der Erfindung angewendet werden und die dazu dienen, eine Dispersionsphase in dem zusammengesetzten Schaum gemäß der Erfindung zu bilden, sollten so sein, daß sie einen Teilchendurchmesser von 10 bis 1000 um, eine Wanddicke von 1 bis 100 μπτ, ein spezifisches Granulatgewicht von 0,1 bis 1,0 und eine Druckfestigkeit von iberS kp/cm² aufweisen.

Diese Eigenschaften werden vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit und der geforderten physikalischen Eigenschaften bevorzugt Es wurde gefunden, daß das im meisten vorzuziehende Material für derartige hohle Mikrokugein wegen seiner nicht vorhandenen Reaktiviät mit dem geschmolzenen Metall, seines geeigneten Erweichungspunktes und seiner Festigkeit sowie vom Standpunkt seiner Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit Kohlenstoff ist Derartige hohle Kohlenstoffmikroku geln können z. B. auf Grund des in der japanischer Patentanmeldung 45 625/70 oder in der deutscher Offenlegungsschrift 21 26 262 beschrieben;!! Verfah rens aus den Ausgangsmaterialien, wie Pech aul Erdölbasis oder Kohlebasis, hergestellt werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt Pulverisierung, Herstellung der hohlen Struktur und der Unschmelzbarkeit, Aufheizen und Karbonisieren.

ίο Wie aus der Art des Verfahrens gemäß der Erfindung ersehen werden kann, sollte das Volumenverhältnis der dispergierten hohlen Kohlenstoffmikrokugeln zu der kontinuierlichen Phase eines Metalles, in dem diese Mikrokugein eingebettet sind, im Bereich von 10 :90 bis 90 :10, liegen. Obgleich der Kohlenstoff als Material für derartige höhle Mikrokugein am meisten bevorzugt ist, können andere Materialien aus Glas oder Keramik, wie z. B.: Quarz, Silikat-Tonerde, Quarzsand, Zirkonerde usw, verwendet werden, soweit diese Materialien nicht mit dem geschmolzenen Metall, das in Kombination damit verwendet wird, reagiert

Die Eigenschaften der Metalle, die als Matrix der zusammengesetzten Schäume gemäß der Erfindung verwendbar sind, sollten so sein, daß die Metalle an Luft bei Raumtemperatur stabil sind und Schmelzpunkte bzw. Solidustemperaturen von weniger als 2000⁵C 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 Kohlenstoff-Mikrokugeln, mit anderen Materialien überzogen werden. In dem Falle, wenn z. B. der direkte Kontakt der hohien Kohlenstoffmikrokugeln mit einem geschmolzenen Metall, wie Eisen- oder Stahllegierungen, welche die kontinuierliche Phase des zusammengesetzten Schaumes bilden, die schnel'e Diffusion des Kohlenstoffes in das Metall verursacht, oder in dem Falle, wenn die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln so kleine Durchmesser besitzen, daß das geschmolzene Metall kaum in die Poren zwischen den hohlen Mikrokugein eindringen kann, dann können die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln mit anderen Materialien überzogen werden, um die Reaktion des Kohlenstoffes mit dem geschmolzenen Metall zu verhindern oder um das Eindringungsvermö-

gen des geschmolzenen Metalles in einen Körper aus Kohlenstoff-Mikrokugeln durch eine Erhöhung der Benetzbarkeit zu verbessern.

Die Materialien, die als Oberzüge für derartige hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln zur Verwendung kommen.

sollten vorzugsweise Metalle oder Keramiken sein, die Schmelzpunkte aufweisen, die 50 Grad über der Temperatur des als Matrix in den zusammengesetzten

Schäumen verwendeten Metalles liegen.

Die Dicke des Oberzuges ist im allgemeinen vom Typ

des Oberzugsmaterials abhängig, sollte jedoch vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 20ujn liefen. Vom Standpunkt der Reaktionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Metall, der Eignung als Überzug und der Wirtschaftlichkeit kommen als Oberzugsmetalle

Nickel, Kupfer und als Keramiken vorzugsweise Titankarbid. Siliziumkarbid, Borkarbid in Frage.

Auch können Glas oder Quarz als Oberzugsmaterial verwendet werdea aber diese sind nicht geeignet in den

Fällen, wo Aluminium oder Magnesium als Matrix verwendet wird, weil sie in bezug auf diese letzteren eine hohe Reaktivität besitzen.

Sowohl die unbeschichteten als auch die beschichteten Kohlenstoff-Mikrokugeln werden vorzugsweise vor der Herstellung der zusammengesetzten Schäume im Vakuum auf die Gießtemperatur der Metallschmelze erhitzt.

Dieses Verfahren beschleunigt auch die Gasabgabe von den hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln in der ι ο Gießform mit dem Ergebnis, daß das Hochvakuum schnell erreicht werden kann und demgemäß die wirtschaftliche Herstellung der zusammengesetzten Schäume stark erhöht werden kann.

Die so hergestellten zusammengesetzten Schäume, is besitzen die eingangs erwähnten und erwünschten hervorstechenden Eigenschaften. Unter der dort genannten Nagelbarkeit wird die Eigenschaft des Materials verstanden, einen Nagel wie z. B. eine Holzplatte aufzunehmen und gut festzuhalten, ohne daß Risse in dem Material entstehen.

Demgemäß finden die erfindungsgemäßen Schäume vielversprechende Anwendung als druckbeständiges Material mit leichtem Gewicht zur Verwendung als schwimmfähiges Material in Tiefseetauchbooten, Geschössen, Raketen, Hubschraubern, Schwebefahrzeugen, Tragflächenbooten, Automobilen usw. oder als nichtbrennbare synthetische »Nutzhölzer«.

Weiterhin können die zusammengesetzten Schäume nach der Erfindung in der Form einer Zusammengesetzten Stange hergestellt werden, die aus einer äußeren Schicht in Form eines Metallrohres oder Metallüberzuges und einem Kernstück aus dem Schaum besteht. Daher erweitert dieser Typ von Materialien noch den Anwendungsbereich der erfindungsgemäß zusammengesetzten Schäume für eine Vielzahl von gewerblichen Zwecken.

Beispiel

Die undurchlässigen zusammengesetzten Schäume wurden unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung zusammengesetzter Schäume nach dem Vakuum — Metallgießverfahren hergestellt, wobei

40 diese Vorrichtung der in der Figur dargestellten ähnelte.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung in diesem Falle hergestellte Produkt war eine Stange und besaß die Abmessungen 100 mm 0 χ 300 mm. Das Material der verwendeten Gießform bestand aus Gußstahl mit 2% Kohlenstoff, 12,5% Chrom und 3% Wolfram.

Die hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln waren rnu Nickel oder Kupfer überzogen. Der Nickelüberzug wurde aus der Dampfphase bei der thermischen Zersetzung von Nickelkarbonyl der Kupferüberzug durch Reduktion von Kupfersulfat mit Formalin hergestellt. Die Eigenschaften derartiger hohler Kohlenstoff-Mikrokugeln sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Eigenschaften der für d'.e Matrix verwendeten Metalle, wie Aluminium, Zinn und Zinn-Blci-Lcgierung, sind in Tabelle 2 angegeben.

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

Tabelle 4 zeigt die physikalischen Eigenschaften der zusammengesetzten Schäume, die unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen erhalten worden waren, d. h. zusammengesetzte Schäume I-A, 1I-T und IH-S. Für Vergleichszwecke sind die physikalischen Eigenschaften von Schäumen angegeben, die aus

1) einer Kombination von hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln mit Aluminiumpulver gemäß einem pulvermetallurgischen Verfahren und

2) von dem ausgeformten Metall allein, welches keine hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln 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 angegebener Daten sind eindrucksvoll, insbesondere wenn man sie mit zusammengesetzten Schäumen nach der früherer Hersteliungsweise vergleicht.

Tabelle 1

Eigenschaften der hohlen Kohlenstoff-Mikrokugeln bei verschiedenem Ausgangsmaterial

Ausgangsmatcrial

Mittlerer
Granulat-Durchmesser

(μηι)

Mittlere Wand
dicke

Mittlere Dicke des Oberzuges

(urn) Spezitisches
Granulatgewicht

Beständigkeit gegei

hydrostatischen

Druck

(kp/cm²)

200
200
100

Nickel: 0,22

Zink: 0,16 0,24
0,30
0,28

30
30
40

Tabelle 2

Eigenschaften des verwendeten Matrixmetalls

Symbol fur
das Metall

Ausgangsform
des Metalls

Zusammensetzung (o/o)

Spezifisches Gewicht

Schmelzpunkt bzw.
Solidustemperatur

CQ

Barren	Al 99.5	2.7	650
Granulat	Sn 99.95	7.3	230
Stange	Sn 62. Pb 38	3,8	190

609 537/:

ίο

Tabelle 3	Symbol des Produktes	Il - T	III - S
Herstellungsbedingungen	I - Λ	II	III
Herstellungsbedingungen	I	T	S
	A	450	400
Hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln	800	30	30
Matrixmetall	30	280	240
Vakuum-Wärmcvorbchandlung (C und Min.)	700	15	5
	30	1	3
Gießtemperatur (⁰C)	1	2	4
Gießdauer (see)	0.5
Erforderliche Druckdifferenz beim Gießen (at)
Vakuumniveau während des Gießens
(χ 10^H mm Hg)

Tabelle 4

Physikalische Eigenschaften der erzeugten zusammengesetzten Schäume und der Ausgangsmetalle

Physikalische Eigenschaften

Symbole der Ausgangsmetalle und des zusammengesetzten Schaumes A 1 - A (1 - A)*) T Il - T S

Spezifisches Gewicht 2,7

Offenporösität, % «0

Kompressionsmodul 81

(x 103kp/cm2)

Spezifische Druckfestigkeit — (Meßergebnis) (χ 10^Jcm) Spezifische Kompressions- 420 festigkeit (0,2 Prüfdruck) (x 103 cm)

Biegemodul (χ 10³kp/cm²) — Spezifische Biegefestigkeit — (Bruch) (χ 103 cm)

Linearer Ausdehnungskoeffi- 23 zient(x 10-V⁰C)

Wärmeleitfähigkeit 0,40

cal/cm ■ sec ⁰C

Elektrische Leitfähigkeit 0,36

(χ ΙΟ« Ω-· _cm-i)

Korrosionsbeständigkeit 0,03

g/cm 2. Tag")

Nagelbarkeit schlecht

1.19 «0 50	1,19 17 20	7,3 «0 9	2,8 «0 25	6,8 ~0 51	3,18 «0 38
700	280	7,5	120	55	135
525	260	8	80	55	100
230 590	90 240	6	17 53	250	95 120
21	21	17	16	22	18
0,05	0.05	0,13	0,025	0,11	0.020
0,04	0,04	0,08	0,015	0,06	0,011
0,3	J.O	«0	«0	0,05	0,08
gut	gut	schlecht	gut	schlecht	gut

*) (I — A): Nach einem pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Schäume.

Korrosionsbeständigkeit: Die Korrosionsbeständigkeit wurde nach der alternierenden Immersionstestmethode gemessen, be der eine Probe l,i Minuten in eine wäßrige Lösung eingetaucht wurde, die 1 Gew.-% NaCl und 3 Gew.-°/o Wasserstoffper oxyd enthält; danach wurde die auf diese Weise eingetauchte Probe 15 Minuten lang der Luft ausgesetzt und dieser Zyklu: ständig wiederholt.

Die in der Tabelle angegebenen Daten zeigen die Gewichtsabnahme pro Oberfläche der Probe nach einer 24stündigen Daue des Zyklus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zusammengesetzter Schaum aus anorganischen Hohlkugeln in einer Metallmatrix mit einem S Schmelzpunkt unter 2000° C, dadurch gekennzeichnet, daß er hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 10 bis 1000 um, Wanddicken im Bereich von 1 bis 100 um, einem spezifischen Teilchengewicht im Bereich von 0,1 bis 1,0 und einer Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck von über 5 kp/cm² als eine diskontinuierliche Phase enthält

2. Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Schäume nach Anspruch 1 unter Verwendung einer unter Vakuum stehenden Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß hohle Kohlenstoff-Mikrokugeln in die Gießform eingefüllt und die Matrixschmelze unter einem Vakuum von 10-¹⁰ bis 1 mm Hg-Säule, gegebenenfalls unter Anwendung eines Überdrukkes von nicht mehr als 3800 mm Hg-Säule auf die Matrixschmelze, in die Gießform eingegossen wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 auf metallüberzogene Kohlenstoff-Mikrokugeln.

4. Anwendung nach Anspruch 3 auf ein Überzugmetall mit einem Schmelzpunkt von weniger als 2000° C aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn, Kupfer, Blei, Eisen, Nickel, Kobalt, Wismut, Titan, Chrom oder Legterungen aus einem oder mehreren dieser Metalle.

5. Anwendung nach Anspruch 3 oder 4 auf ein Überzugsmetall, dessen Schnulzpunkt um wenigstens 50 Grad über dem des Matrixmetalls liegt

6. Anwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 auf metallüberzogene Kohlenstoff-Mikrokugeln mit einer Überzugsdicke von 0,05 bis 20 μπι.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zumindest eine Gießform (3) mit einem Hohlraum (1), in den hohle Mikrokugeln einfüllbar sind und der über damit in Verbindung stehende Absaugmittel (5) unter Vakuum setzbar ist sowie einen Behälter für geschmolzenes Matrixmetall (2), der über eine Einsaugleitung (4) mit dem Hohlraum (1) der Gießform (3) in Verbindung steht und in dem ein Kolben (6) derart in der Saugleitung (4) angeordnet ist, daß ein Überdruck auf das geschmolzene und zu vergießende Matrixmetall ausgeübt werden kann.