DE3502504C2

DE3502504C2 -

Info

Publication number: DE3502504C2
Application number: DE19853502504
Authority: DE
Inventors: Sumio Nagata; Kazuhide Kanaiwa; Takashi Ichikawa
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Shachihata Industry Co Ltd
Current assignee: Shachihata Industry Co Ltd
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1990-08-23
Also published as: DE3502504A1; GB2154252B; GB8501351D0; GB2154252A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schwammartigen Metallformkörpers mit hoher Porosität und untereinander verbundenen, offenen Zellen, der für eine Vielzahl von Verwendungszwecken geeignet ist.

Bekanntlich werden poröse Metallformkörper eingeteilt in Formkörper mit geschlossener Zellstruktur, in der jede der Leerzellen von den anderen durch umgebende Metallwände isoliert ist, die die Permeation und Penetration von Ga sen und Flüssigkeiten durch den Formkörper verhindern, und Formkörpern mit offener Zellstruktur, in der jede der Zellen mit den anderen Zellen verbunden ist und eine Permeation oder Penetration von Gasen und Flüssigkeiten durch den Formkörper wie in einem Schwamm möglich ist. Die porösen Metallformkörper jeder Klasse werden für Zwecke ver wendet, in denen ihre speziellen Eigenschaften verwertbar sind. Schwammartige Metallformkörper mit offener Zellstruk tur werden als hochfunktionelles Material auf verschiedenen Gebieten eingesetzt, in denen Absorption und Penetration von Gasen oder Flüssigkeiten wesentlich sind,z. B. für ölfreie Lager, Filterteile, Wärmeaustauscherelemente, Elektroden, Katalysatoren oder Behälter für spezielle Sub stanzen.

Das herkömmlichste Verfahren zur Herstellung eines schwamm artigen Metallformkörpers ist das sog. metallurgische Pulver verfahren, in dem ein Metallpulver in ein Formteil gepreßt und der geformte Grünling gesintert wird. Eines der Probleme eines solchen Sinterverfahrens ist die begrenzte Porosität des gesinterten Metallformkörpers. Da die Packdichte oder die Raumverteilung der Metallteilchen in dem geformten Grünling bestimmend ist für die Porosität des gesinterten Endprodukts, kann die Porosität eines auf diese Weise er haltenen schwammartigen Metallformkörpers selten über 40% betragen. Außerdem wird die offene Zellstruktur eines sol chen schwammartigen Metallformkörpers durch mechanisches Bearbeiten zerstört, d. h. Schneiden, Mahlen oder plasti sches Verformen verursacht immer ein Verklumpen oder Zu sammenbrechen der offenen Zellen, wodurch die Permeabilität von Gasen und Flüssigkeiten abnimmt. Dieses Problem bedeutet zwangsweise eine Begrenzung der Produktformen, da die Form des Endprodukts in den meisten Fällen eine einfache Wieder gabe der Form des Grünlings ist, so daß gesinterte Pro dukte mit komplizierten Formen auf diese Weise nur sehr schwer herstellbar sind.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines schwammartigen Metallformkörpers ist z. B. in der JA-PS 39-3652 beschrie ben, in dem ein schwammartiger Metallformkörper mit relativ hoher Porosität erhalten werden kann. Dabei wird eine Stahl form mit einem Natriumchloridpulver zu einem Kompaktpulver gefüllt; eine Schmelze eines Metalls mit einem relativ niedri gen Schmelzpunkt, wie Aluminium, Zink oder Blei, wird über das auf eine geeignete Temperatur unter Druck vorerhitzte Kompaktpulver gegossen, wobei die Schmelze in die Zwischen räume zwischen den Natriumchloridteilchen eindringt. Durch Abkühlen erfolgt Verfestigung des geschmolzenen Metalls, es entsteht ein Verbundkörper des Metalls als Matrix und der Natriumchloridteilchen als Dispergiermittel. Das Natrium chlorid wird dann mit Wasser ausgelaugt, es bleibt die Me tallmatrix in schwammartiger Form zurück.

In diesem Verfahren sollte das Metall einen Schmelzpunkt unter dem des Natriumchlorids, nämlich unter 801°C, haben. Die Form des Produkts ist ebenfalls begrenzt, da das Ver fahren wegen des Verdichtens des Natriumchloridpulvers für die Herstellung von schwammartigen Metallformkörpern mit komplizierten Formen oder großen Abmessungen nicht ge eignet ist. Außerdem sollte gemäß der JA-PS 39-3652 die Vor heiztemperatur des komprimierten Natriumchlorids immer höher als die Verfestigungstemperatur des hineingepreßten ge schmolzenen Metalls sein. Wie weiter unten beschrieben wird, tritt dadurch beim Pressen des geschmolzenen Metalls in das Natriumchlorid-Kompaktpulver ein wesentlicher Mangel auf. Das ist wahrscheinlich der Hauptgrund dafür, daß selbst 20 Jahre und mehr nicht ausreichen, um dieses patentierte Verfahren für die großtechnische Herstellung von schwamm artigen Metallformkörpern weiter zu entwickeln.

Wird bei der Herstellung eines Verbundkörpers aus einer Me tallmatrix und einem Kompaktpulver als Vorstufe eines schwammartigen Metallformkörpers das Druckgießen verwendet, so ist es wesentlich, die vorzeitige Verfestigung des ge schmolzenen Metalls in den engen Zwischenräumen der Pulver teilchen zu verhindern, da sonst der Durchgang der Schmelze verstopft ist und die Schmelze nicht durch die Zwischenräume zum Inneren des Formkörpers fließen kann. In diesem Zusammen hang ist es verständlich, daß die JA-PS 39-3652 eine Vor heiztemperatur verlangt, die höher als die Verfestigungs temperatur der Metallschmelze ist. Solche Vorheizbedingungen können jedoch die folgenden Probleme nicht lösen: Die Schmelze, die sich unter einem Druck von mindestens einigen zehn bar befindet, wird leicht in den engen Spalt zwi schen der Metallform und dem Stempel oder den kleinen Luft auslaß in der Form gepreßt und dadurch heftig herausgedrückt. Wird der Stempel unter erhöhtem Druck weiter in die Form ein geführt, so kommt er gelegentlich in Berührung mit dem Kom paktpulver, was zur Zerstörung oder plastischen Verformung des Kompaktpulvers führt. Dieses unerwünschte Phänomen kann nur dadurch vermieden werden, daß das Druckgießen bei Aus treten des Metalls sofort unterbrochen wird. Dieses Unter brechen bedingt natürlich einen Verlust der gewünschten Ver festigungswirkung unter Druck, so daß die auf diese Weise erhaltenen Verbundkörper immer eine Anzahl von nicht mit Metall gefüllten Stellen aufweisen und zufriedenstellende Produkte nur schwer erhältlich sind. Wegen der hohen Vor heiztemperatur ist eine gerichtete oder beschleunigte Ab kühlung der Form von außen wesentlich, um eine wirkungs volle Verfestigung des geschmolzenen Metalls zu erreichen. Das heißt, das Verfahren ist nicht immer wirtschaftlich.

In der DE-OS 28 33 572 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gußteils aus Aluminium oder Aluminiumlegierung beschrieben, in dem

a) ein Pulver mit einem Anteil von 30-100 Masse-% Calcium carbonat in mindestens einem Lösungsmittel zu einer Kom paktpulverform verdichtet und gesintert wird,
b) die so hergestellte Formanordnung vorgeheizt wird,
c) die Formanordnung mit geschmolzenem Aluminium oder geschmolzener Aluminiumlegierung gefüllt wird,
d) das Metall zur Bildung des Gußteils, das zumindest teilweise den Kern umschließt, abgekühlt wird und
e) der Kern durch anorganische Säure herausgelöst wird.

Auch in diesem Verfahren liegt der Schmelzpunkt des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung unter dem Zersetzungspunkt des Calciumcarbonats.

Die oben beschriebenen Probleme können alle gelöst werden, wenn die Vorheiztemperatur des Kompaktpulvers niedri ger als die Verfestigungstemperatur des geschmolzenen Metalls ist, so daß das Kompaktpulver an sich und die Form als Hitzeabführung verwendet werden können, nämlich zur Abführung der durch die Verfestigung der Schmelze freigesetzten Hitze. Die Vorheiztemperatur darf natürlich nicht so niedrig sein, daß sich die Schmelze vorzeitig verfestigt und die Zwischen räume für den Durchgang der Schmelze verstopft, was eine unvollständige Imprägnierung des Kompaktpulvers mit der Schmelze bedeuten würde.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein neues Verfahren zur Herstellung eines schwammartigen Metallformkörpers mit offener Zellstruktur und untereinander verbundenen Zellen anzugeben, in dem ein Verbundkörper einer Metallmatrix und eines Kompaktpulvers hergestellt wird.

Die oben beschriebenen Probleme und Nachteile der bekannten Verfahren sollten dadurch beseitigt werden, daß die optimale Vorheiztemperatur des Kompaktpulvers zwischen der Verfesti gungstemperatur des geschmolzenen Metalls und einer gewissen unteren Grenze liegen sollte, unter der die Verstopfung der Teilchenzwischenräume durch die vorzeitige Verfestigung der Schmelze auftritt. Diese untere Grenze der Vorheiztemperatur wird im folgenden mit "kritische Vorheiztemperatur" bezeich net.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, schwammartigen Formkörpers eines Metalls oder einer Legierung mit einer offenen Zellstruktur und einer Porosität von mindestens 50%, durch

a) Verdichten eines Pulvers einer anorganischen, in min destens einem Lösungsmittel löslichen Verbindung in eine Kompaktpulverform,
b) Bilden von Zwischenverbindungen durch zumindest teil weises Überbrücken der Teilchen im Kompaktpulver, wo bei eine poröse einheitliche Masse entsteht,
c) Vorheizen der porösen einheitlichen Masse,
d) Füllen der Poren der porösen einheitlichen Masse der anorganischen Verbindung mit einer Schmelze des Metalls oder der Legierung zu einer porösen, mit der Metall- oder Legierungsschmelze imprägnierten Masse,
e) Abkühlen der so imprägnierten Masse und Verfestigen der Metall- oder Legierungsschmelze zu einem Verbund körper aus der anorganischen Verbindung und dem (der) verfestigten Metall- oder Legierung und
f) Auslaugen der anorganischen Verbindung aus dem Verbund körper mit einem Lösungsmittel, das die anorganische Verbindung lösen kann, und Isolieren des Metalls oder der Legierung als schwammartigen Formkörper,

das gekennzeichnet ist durch Verwendung in Stufe

a) einer anorganischen Verbindung mit einer Teilchengröße von 10 bis 5000 µm,
b) einem Volumenanteil V ^P der anorganischen Verbindung von 0,5 bis 0,85 in der porösen einheitlichen Masse und
c) einer Vorheiztemperatur T ^P, die unter dem Schmelzpunkt der anorganischen Verbindung und zwischen der Verfesti gungstemperatur T ^M des Metalls oder der Legierung und einer, durch die folgende Gleichung definierten, kritischen Temperatur T ^C liegt: T ^C = T ^M - 0,25(H ^M · D ^M/V ^P · C ^P · D ^P),in der
H ^M die latente Verfestigungswärme des Metalls oder der Legierung in J/g,
D ^M die Dichte des Metalls oder der Legierung in g/cm³,
V ^P der Volumenanteil der anorganischen Verbindung in der porösen einheitlichen Masse,
C ^P die spezifische Wärme der anorganischen Verbindung in J/g. °C und
D ^P die wahre Dichte der anorganischen Verbindung in g/ cm³ ist und
alle Temperaturen in °C angegeben sind.

In Stufe d) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Po ren der porösen einheitlichen Masse vorzugsweise unter Druck mit der Metall- oder Legierungsschmelze gefüllt.

In Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Zwischenverbindungen zwischen den Teilchen der anorganischen Verbindung auf verschiedene Weisen gebildet werden. So kann das Kompaktpulver durch Erhitzen auf eine Temperatur, die etwas niedriger als der Schmelzpunkt der Verbindung ist, gesintert werden, wobei Brücken an den Berührungsstellen der Teilchen entstehen und eine poröse einheitliche Masse gebildet wird. Andererseits kann das Kompaktpulver der an organischen Verbindung mit einer gesättigten Lösung der gleichen Verbindung benetzt und dann getrocknet werden, wo durch die anorganische Verbindung in den Zwischenräumen zwischen den Teilchen ausfällt, so daß die Teilchen mit einander durch die ausgefallene Verbindung verbunden sind und eine poröse einheitliche Masse erhalten wird.

In einer weiteren Stufe g) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Porosität des hergestellten schwammartigen Metall formkörpers auf ein kontrolliertes Ausmaß durch isotrope oder anisotrope mechanische Kompression vermindert werden, wobei ein schwammartiger Metallformkörper mit verbesserten mechanischen Eigenschaften entsteht.

Die Erfindung wird durch die Abbildungen erläutert, wobei

Fig. 1 der schematische Querschnitt eines Kompakt pulvers ist, in dem die Teilchen miteinan der punktweise in Berührung sind.

Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt einer po rösen einheitlichen Masse der gepulverten anorganischen Verbindung, in der die Teil chen durch Brücken größeren Ausmaßes verbunden sind.

Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt einer Vor richtung zum Einpressen einer Metall- oder Legierungsschmelze in einen porösen Formkörper, um ihn damit zu imprägnieren.

Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen eines po rösen Metallkörpers, der durch Verpressen einer Metallschmelze mit dem (der) in Fig. 2 oder 1 dargestellten Kompaktpulver oder porösen ein heitlichen Masse erhalten worden ist.

Fig. 6 und 7 zeigen das Verhältnis von Kompressions druck zur Herstellung eines porösen schwamm artigen Metallformkörpers und der Porosität des gemäß der Beispiele 6 bzw. 7 hergestellten Formkörpers.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist das Metall oder die Legierung, die in einen schwammartigen Metallformkörper verarbeitet werden soll und von Natur aus bei Raumtemperatur fest ist, nicht besonders begrenzt. Es können z. B. Guß eisen, Blei, Zink, Zinn, Aluminium, Magnesium, Gold, Silber, Kupfer und Nickel sowie deren Legierungen verwendet werden.

Auch die anorganische Verbindung, die gemäß Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens in ein Kompaktpulver geformt wird, ist nicht besonders begrenzt, vorausgesetzt die Ver bindung ist gegenüber Zersetzung thermisch stabil und ihr Schmelzpunkt liegt wesentlich höher als die gemäß Gleichung (I) berechnete kritische Vorheiztemperatur für die Kombi nation des Kompaktpulvers der anorganischen Verbindung und des Metalls oder der Legierung und ist vorzugsweise höher als der Schmelzpunkt des Metalls oder der Legierung. Außer dem muß die anorganische Verbindung in mindestens einem Lösungsmittel löslich sein. Auch das Lösungsmittel ist nicht auf eine besondere Klasse von anorganischen oder organischen Lösungsmitteln begrenzt; Wasser, wäßrige Lösungen von Basen und Säuren, Alkohole, Aceton und Dimethylformamid sind geeignet, vorausgesetzt sie sind gegenüber dem Metall oder der Legierung inert. So ist z. B. eine anorganische Verbindung, die nur in einer wäßrigen sauren Lösung löslich ist, unerwünscht, wenn das Metall oder die Legierung mit der Säure reagiert. Besonders bevorzugte anorganische Ver bindungen sind in Wasser löslich und viele Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen sind zufriedenstellend. Geeignete an organische Verbindungen sind beispielsweise Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumnitrit, Bariumchlorid, Zinn(II)- chlorid, Zinkchlorid, Kupfer(II)-chlorid, Magnesium chlorid, Magnesiumsulfat oder Kaliumphosphat.

Da die anorganische Verbindung in Pulverform vorliegen und vorzugsweise eine Teilchengrößenverteilung im Bereich von 10 bis 5000 µm haben sollte, kann die gewünschte anorgani sche Verbindung, wenn kein Pulver der bevorzugten Teilchen größenverteilung im Handel erhältlich ist, geschmolzen werden, die Schmelze zu einem Barren gegossen und dann pulveri siert werden. Unter Verwendung einer Anzahl von Sieben mit der geeigneten Maschenweite kann die entsprechende Größen verteilung eingestellt werden.

Das so hergestellte Pulver der anorganischen Verbindung wird dann in eine gewünschte Form des Kompaktpulvers ver dichtet. Diese Stufe wird zweckmäßigerweise durch Füllen unter Klopfen einer hitzebeständigen Form der gewünschten Gestalt mit dem Pulver durchgeführt. Es ist nicht immer notwendig, das Kompaktpulver unter einem Druck, der von der gewünschten Porosität des Endprodukts abhängt, besonders zu komprimieren.

In Stufe b) können die Zwischenverbindungen auf verschie dene Weisen gebildet werden, wovon eine das Sintern ist. Dabei wird das in der wie oben angegebenen hitzebe ständigen Form gebildete Kompaktpulver auf eine Temperatur, die etwas niedriger als der Schmelzpunkt der anorganischen Verbindung ist, solange erhitzt, bis sich Zwischenverbin dungen zwischen den Teilchen an den Berührungspunkten bil den. Die Fig. 1 und 2 sind schematische Querschnitte eines Kompaktpulvers vor und nach der Sinterung. Aus Fig. 1 ist leicht verständlich, daß das Kompaktpulver aus den Teilchen 1 und den Leerzellen 2 in eine poröse einheitliche Masse umgewandelt wird, ebenso die in Fig. 2 dargestellten unter einander verbundenen Teilchen 1′ und die immer noch mitein ander verbundenen Leerzellen 2′. Vorsicht ist geboten, um eine übermäßig hohe Sinterungstemperatur oder eine über mäßig lange Sinterungszeit zu vermeiden, damit nicht alle Leerzellen 2′ der Fig. 2 in einem sog. übersinterten Zu stand geschlossen werden, sondern miteinander in Verbindung bleiben, da eine geschlossene Zelle nicht mit dem (der) geschmolzenen Metall oder Legierung in der folgenden Stufe c) gefüllt werden kann. Eine Porosität von etwa 15% ist die untere Grenze, unter der der gesinterte Formkörper in den übergesinterten Zustand übergeht, wobei einige ge schlossene Zellen auftreten. Die Porosität des gesinterten Formkörpers sollte im Bereich von 15 bis 50% liegen oder in anderen Worten, die Packdichte, d. h. der Volumenanteil an anorganischer Verbindung in der porösen einheitlichen Masse V ^P, sollte im Bereich von 50% bis 85% liegen. Über sinterung ist wegen der großen Schrumpfung des Formkörpers im Vergleich zum Kompaktpulver vor der Sinterung uner wünscht. Obwohl einige der Leerzellen 2′ in Fig. 2 isoliert und in diesem zweidimensionalen Querschnitt geschlossen er scheinen, stehen sie miteinander zumindest in der zur Ebene des Querschnitts senkrechten Richtung in Verbindung.

Wie oben angegeben, kann man die Zwischenverbindungen zwi schen den Teilchen des Kompaktpulvers anstelle des Sinterns durch Ausfällen der anorganischen Verbindung aus einer ge sättigten Lösung herstellen. Dabei wird das in Stufe a) hergestellte Kompaktpulver der anorganischen Verbindung mit einer gesättigten Lösung der gleichen anorganischen Verbindung unter Druck oder Saugen infiltriert, so daß die Oberflächen der Teilchen mit der Lösung benetzt werden. Anstatt das vorgeformte Kompaktpulver mit der gesättigten Lösung zu benetzen, kann man die Teilchen der anorganischen Verbindung vor dem Verdichten in einer hitzebeständigen Form zu einem Kompaktpulver durch Sprühen oder Vermischen benetzen. Werden die Teilchen vorbenetzt, so wird das Kompaktpulver in der Form vorzugsweise mit einem Druck von beispielsweise 0,98 bis 19,6 bar eher als durch einfaches Klopfen komprimiert. Vorsicht ist geboten, um das Zusammen brechen der Teilchen unter übermäßig starken Kompressions kräften zu vermeiden. Das auf diese Weise mit der gesättig ten Lösung der anorganischen Verbindung benetzte Kompakt pulver wird dann durch Erhitzen unter Normal- oder ver mindertem Druck getrocknet, die gelöste anorganische Ver bindung fällt beim Abdampfen des Lösungsmittels an den Zwischenräumen zwischen den Teilchen aus und bildet zu sammenhängende Brücken. Die Porosität der so erhaltenen, porösen einheitlichen Masse liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 50%, die Packdichte des Kompaktpulvers sollte entsprechend eingestellt werden durch Einbeziehen des An teils an anorganischer Verbindung, die durch den Nieder schlag aus der gesättigten Lösung an den Teilchenoberflächen entsteht.

In Stufe d) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der die poröse einheitliche Masse der anorganischen Verbindung mit einem (einer) geschmolzenen Metall oder Legierung impräg niert wird, um die Poren der Masse zu füllen, sollte die Imprägnierung vorzugsweise unter einem Druck von bis zu beispielsweise 980 bar durch Druckgießen erfolgen. Dabei wird die poröse einheitliche Masse der anorganischen Verbin dung auf eine Vorheiztemperatur vorerhitzt, die zwischen der Verfestigungstemperatur des Metalls oder der Legierung und der durch Gleichung (I) de finierten kritischen Vorheiztemperatur liegt. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung, die zum Druck gießen verwendet wird. Dabei wird die poröse einheitliche Masse 5 der anorganischen Verbindung auf den Boden der Form 3 aus hitzebeständigem Material, wie Kohlenstoff und/oder einem hochschmelzenden Metall, wie Stahl, eingebracht; eine Schmelze des Metalls oder der Legierung 4 wird auf die poröse Masse 5 der anorganischen Verbindung gegossen; der Stempel 6 wird so in die Form 3 eingeführt, daß das geschmol zene Metall oder die geschmolzene Legierung 4 in die Poren der porösen einheitlichen Masse 5 der anorganischen Verbin dung unter Druck eindringt. Der durch den Stempel 6 auf das (die) geschmolzene Metall oder Legierung 4 ausgeübte Druck sollte groß genug sein, um gegen den Widerstand gegen das Eindringen des (der) geschmolzenen Metalls oder Legierung 4 in die Zwischenräume zwischen den Teilchen der Masse 5 zu überwinden und die Poren so vollständig wie möglich zu füllen. Der notwendige Druck auf die Schmelze 4 hängt natürlich von der Porengröße in der porösen Masse 5, der Viskosität der Schmelze 4 und anderen Faktoren ab; ein Druck von etwa 29,4 bar oder darüber ist im allgemeinen ausreichend.

Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kontrolle der Vorheiztemperatur T ^P der porösen einheit lichen Masse der anorganischen Verbindung. Die Vorheiztempe ratur T ^P, die natürlich niedriger ist als der Schmelzpunkt der anorganischen Verbindung, sollte niedriger sein als die Verfestigungstemperatur des (der) geschmolzenen Metalls oder Legierung. Das steht im Gegensatz zu den herkömmlichen Ver fahren, in denen die Vorheiztemperatur höher als die Verfesti gungstemperatur des (der) geschmolzenen Metalls oder Legie rung ist, um eine vorzeitige Verfestigung der Schmelze und damit ein Verstopfen der Durchgänge der Schmelze durch die Zwi schenräume der Teilchen zu verhindern. Dabei wird ein sehr wich tiges, oben beschriebenes Problem nicht gelöst. Die untere Grenze der Vorheiztemperatur T ^P ist die kritische Vorheiz temperatur T ^C, die durch die oben angegebene Gleichung (I) als Funktion von T ^M, H ^M, D ^M, V ^P, C ^P und D ^P definiert ist, wobei diese Symbole die oben definierte Bedeutung haben. Geeignete Werte für diese Parameter für verschiedene Arten von Metallen, Legierungen und anorganischen Verbindungen sind in verschiedenen Handbüchern verfügbar, z. B. "Metals Handbook", 8. Auflage, Band 4, American Society of Metals, 1961 und "Smithells Metals Reference Book", 6. Auflage, Butterworths Pub., 1983. Ist die Vorheiztemperatur T ^P der porösen Masse gleich oder niedriger als die kritische Vor heiztemperatur T ^C, so sind die Nachteile der vorzeitigen Verfestigung der Schmelze gelegentlich unvermeidbar. Die Temperatur der Metall- oder Legierungsschmelze, mit der das Kompaktpulver unter Druck imprägniert wird, sollte um 100 bis 200°C höher sein als deren Verfestigungstemperatur, jedoch niedriger als der Schmelzpunkt der das Kompaktpulver bildenden anorganischen Verbindung. Ist die Temperatur der Schmelze zu niedrig, so werden die Durchgänge durch vorzei tige Verfestigung der Schmelze verstopft.

In Stufe e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die auf diese Weise mit dem (der) geschmolzenen Metall oder Legie rung imprägnierte, poröse einheitliche Masse der anorgani schen Verbindung auf eine Temperatur abgekühlt, die niedriger als die Verfestigungstemperatur des (der) geschmolzenen Me talls oder Legierung ist, so daß die Gesamtmasse in der Form in einen Verbundkörper umgewandelt wird, der aus der ein Gerüst bildenden anorganischen Verbindung und des (der) die Poren füllenden verfestigten Metalls oder Legierung besteht.

In Stufe f) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der auf diese Weise erhaltene Verbundkörper einer Behandlung unter worfen, durch die die anorganische Verbindung entfernt wird und die Metall- oder Legierungsphase in schwammartiger Form zurückbleibt. Gegebenenfalls kann der Verbundkörper vor die ser Stufe mechanisch bearbeitet werden, wie durch Schneiden, Hobeln oder Mahlen, um ihm die gewünschte Form zu verleihen. Die Entfernung der anorganischen Verbindung aus dem Verbund körper kann durch Auslaugen erfolgen, d. h. durch Weglösen der Verbindung aus dem von der Kruste befreiten Formkörper mit einem Lösungsmittel, das die Verbindung lösen kann, als Laugflüssigkeit. Das Lösungsmittel sollte Wasser sein, wenn die anorganische Verbindung in Wasser löslich ist, wie Natriumchlorid oder Bariumchlorid. Eine genügend große Laug geschwindigkeit kann man dadurch erhalten, daß man den Ver bundkörper einfach in fließendes Wasser einbringt, wenn die anorganische Verbindung eine relativ große Löslichkeit in Wasser hat, obwohl die Gesamtdauer der vollständigen Entfernung der anorganischen Verbindung von den Abmessungen und der Porosität des Verbundkörpers abhängt. Die Laugge schwindigkeit kann durch Verwendung eines heißen Lösungs mittels, z. B. heißen Wassers, als Laugflüssigkeit oder durch Durchführen des Laugverfahrens unter Ultraschall er höht werden.

Ist die anorganische Verbindung vollständig aus dem Ver bundkörper ausgelaugt, so wird der Formkörper aus der Laug flüssigkeit genommen und durch Erhitzen unter vermindertem Druck getrocknet, wobei das Endprodukt als schwammartiger Metallformkörper erhalten wird. Die Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen auf diese Weise er haltenen schwammartigen Metallformkörper, der aus dem schwammartigen Gerüst des Metalls oder der Legierung 7′ und Leerräumen 8′, die durch den Formkörper miteinander verbunden sind, besteht. Fig. 4 ist sozusagen eine nega tive Wiedergabe der Fig. 2, da die Leerräume 2′ der Fig. 2 jetzt in Fig. 4 durch das Metall oder die Legierung 7′ be setzt sind, wogegen die Räume 1′, die in Fig. 2 durch die anorganische Verbindung gefüllt waren, jetzt in Fig. 4 die Leerräume 8′ sind.

Die Fig. 4 ist verschieden von Fig. 5, die einen sche matischen Querschnitt eines entsprechenden schwammartigen Metallformkörpers zeigt, der aus dem Metallgerüst 7 und den Leerräumen 8 besteht. In diesem Fall erfolgte das Druckgießen des (der) geschmolzenen Metalls oder Legierung ohne der vorhergehenden Bildung von Zwischenverbindungen zwischen den Teilchen der anorganischen Verbindung, wodurch die Teilchen nur die in Fig. 1 gezeigte Punkt-zu-Punkt- Berührung aufweisen. Fig. 1 ist deutlich verschieden von Fig. 2, in der die Teilchen der anorganischen Verbin dung über größere Brücken miteinander verbunden sind oder in Fläche-zu-Fläche-Berührung stehen. Wiederum ist Fig. 5 sozusagen eine negative Wiedergabe der Fig. 1. Aus dem Ver gleich dieser Figuren ist ersichtlich, daß die Lauggeschwin digkeit der anorganischen Verbindung aus dem Verbundkörper viel größer ist, wenn die Teilchen wie in den Fig. 2 oder 4 miteinander verbunden sind, als bei Punkt-zu-Punkt- Berührung der Teilchen, wie in Fig. 1 oder 5. Die anorgani sche Verbindung kann somit erfindungsgemäß schneller und vollständiger aus dem Verbundkörper herausgelöst werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf jede Kombination von löslicher anorganischer Verbindung und Metall oder Legierung anwendbar, vorausgesetzt die oben beschriebenen Erforder nisse können erfüllt werden. Es ist jedoch wünschenswert, daß die anorganische Verbindung einen möglichst hohen Schmelzpunkt hat, damit sie für die Herstellung eines schwammartigen Formkörpers eines Metalls oder einer Le gierung mit einem relativ hohen Schmelzpunkt verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang ist Bariumchlorid mit einem Schmelzpunkt von 962°C eine der anorganischen Verbindungen mit den höchsten Schmelzpunkten, die auch andere Erfordernisse, wie niedrige Kosten, erfüllen.

Die kritische Vorheiztemperatur T ^C wurde für einige Arten von Metallen und Legierungen und drei verschiedenen Pack dichten oder Volumenanteil an Bariumchlorid (V ^P = 60, 70 und 80%) in der porösen einheitlichen Masse berechnet. Die Werte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Es versteht sich, daß im erfindungsgemäßen Verfahren kein schwammartiger Metallformkörper mit dem angegebenen Pack dichtewert, entsprechend der Porosität, mit Bariumchlorid und dem Metall oder der Legierung erhalten werden kann, wenn die berechnete kritische Vorheiztemperatur T ^C höher als der Schmelzpunkt von Bariumchlorid, d. h. 962°C, ist. Zum Beispiel liegt die maximale Porosität eines erfindungsgemäß hergestellten, schwammartigen Nickelformkörpers irgendwo zwischen 60 und 70%, wenn die lösliche anorganische Ver bindung Bariumchlorid ist.

Die Erfindung betrifft somit ein einfaches Verfahren zur Herstellung von porösen schwammartigen Formkörpern verschiedener Arten von Metallen und Legierungen mit einer Porosität von 50 bis 85%, d. h. zwei bis dreimal höher, als bei entsprechenden schwammartigen Metallformkörpern, die in herkömmlichen Verfahren hergestellt worden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet außerdem noch andere Vorteile:

(1) Das Pulver der löslichen anorganischen Verbindung kann leicht und schnell auf einen solchen Teilchendurchmesser eingestellt werden, daß der Porendurchmesser des als End produkt erhältlichen, porösen schwammartigen Metallform körpers je nach Wunsch eingestellt werden kann.
(2) Die Struktur der Poren im schwammartigen Metallform körper kann durch entsprechende Wahl der Teilchenform des Pulvers der anorganischen Verbindung eingestellt werden.
(3) Wird die poröse einheitliche Masse der anorganischen Verbindung mit einer Öffnung oder Aussparung versehen, so erhält man einen schwammartigen Metallformkörper mit einem der Öffnung entsprechenden, festen, d. h. nicht porösen, Anteil. Diesen festen Anteil erhält man auch, wenn das Gießen mit einem Einsatzstück in der Form, z. B. mit einem Stab, Rohr oder einer Trennwand, durchgeführt wird. Die poröse einheitliche Masse der anorganischen Verbindung kann natürlich gegebenenfalls auch im voraus ein solches metallisches Einsatzstück, z. B. ein Drahtnetz, enthalten, das eine Form aufweist, die durch eine Öffnung oder Aus sparung in der porösen einheitlichen Masse der anorganischen Verbindung nur schwer erhältlich ist.
(4) Wird die poröse einheitliche Masse der anorganischen Verbindung durch Benetzen des Kompaktpulvers mit einer ge sättigten Lösung der gleichen Verbindung hergestellt, so kann die Sinterungsstufe ganz weggelassen werden, was zu einer großen Ersparnis von für die Sinterung benötigten Energie führt.
(5) Die lösliche anorganische Verbindung kann durch Aus laugen schneller und vollständiger als in herkömmlichen Verfahren entfernt werden. Die auf diese Weise ausgelaugte anorganische Verbindung kann natürlich zurückgeführt und wieder verwendet werden.
(6) Richtlinie für die vorteilhafte Herstellung eines porösen, schwammartigen Formkörpers eines Metalls oder einer Legierung mit einem hohen Schmelzpunkt, wie Gußeisen, ist die Verwendung einer anorganischen Verbindung, deren Schmelz punkt nicht höher ist als der des Metalls oder der Legie rung.
(7) Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht und ohne be sondere Probleme auf solche Metalle anwendbar, mit denen poröse, schwammartige Metallformkörper nur schwer im metallur gischen Pulververfahren herstellbar sind, wie Aluminium und Magnesium.

Dank der oben beschriebenen Merkmale und Vorteile können die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten porösen, schwamm artigen Metallformkörper nicht nur für solche Zwecke verwen det werden, bei denen entsprechende schwammartige Metallform körper schon, wenn auch mit Problemen, verwendet worden sind, sondern auch für Zwecke, in denen ein poröser, schwammartiger Metallformkörper wegen der nicht zufrieden stellenden niedrigen Porosität oder anderen Nachteilen und Mängel der herkömmlichen Produkte nie in Betracht kam. Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten porösen, schwamm artigen Metallformkörper können als Material für Wärmeaus tauscherelemente, Filterelemente oder Katalysatoren verwen det werden, wo eine große spezifische Oberfläche wesentlich ist. Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten schwammartigen Metallformkörper können auch zur Herstellung verschiedener Arten tinteabsorbierender Papier- und Druck waren verwendet werden, wie Druckwalzen, Druckbuchstaben wie in Schreibmaschinen, Stempel und Druckkissen für Stempel und Schreibspitzen in Schreibgeräten, sowie als Docht und Glühstrumpf in Ölöfen, langlebige ölfreie Lager, das sind Lager, die mit einem Schmieröl vorimprägniert worden sind, sowie in Metallformen mit gasabgebenden Wänden, wobei die Absorption von Flüssigkeit durch die Kapillar wirkung und die Gasdurchlässigkeit zum Einsatz kommt. Der poröse, schwammartige Metallformkörper in Form eines Bretts ist auch als schallisolierendes Baumaterial geeignet. Die für die oben angegebenen Zwecke einsetzbaren porösen, schwammartigen Metallformkörper müssen nicht unbedingt einheitlich in bezug auf die Porosität sein, die Porosität in einem Teil des Formkörpers kann von der Porosität in einem anderen Teil des gleichen Formkörpers verschieden sein. Diese schwammartigen Metallformkörper mit verschiedener Porosität können dadurch hergestellt werden, daß Pulver der löslichen anorganischen Verbindung mit verschiedenen Teilchengrößen verwendet werden oder die Verteilung der Packdichte im daraus hergestellten Kompaktpulver einge stellt wird.

Die Porosität der erfindungsgemäß hergestellten, porösen, schwammartigen Metallformkörper kann weiter dadurch modi fiziert oder vermindert werden, daß der schwammartige Form körper mechanisch anisotrop oder isotrop komprimiert wird und dadurch eine feinere Porenstruktur und verbesserte me chanische Eigenschaften sowie eine erhöhte Hitzebeständig keit erhält. Diese Stufe g) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch Verwendung einer mechanischen Presse, wie einer Universal-Testvorrichtung oder einer isotropen hydrauli schen Presse, wie einer Kautschukpresse, unter einem Druck von beispielsweise 98 bis 980 bar, abhängig vom ge wünschten Ausmaß der Prositätsveränderung, erfolgen. Durch diese Kompression wird die Porosität und der Porendurch messer des porösen, schwammartigen Metallformkörpers aniso trop oder isotrop vermindert, die vor der Kompression vor handene Struktur der miteinander in Verbindung stehenden Poren bleibt als solche, ohne Zusammenbrechen der Poren, erhalten; die günstigen Eigenschaften des schwammartigen Formkörpers werden überhaupt nicht beeinträchtigt.

Somit ist es gelegentlich günstig, einen porösen, schwamm artigen Metallformkörper mit einer Porosität von beispiels weise 70% oder darüber oder einer Porosität, die etwas größer ist als die schließlich gewünschte Porosität im er findungsgemäßen Verfahren herzustellen und den Formkörper dann unter kontrollierten Bedingungen zu komprimieren, so daß die Porosität des Formkörpers auf den gewünschten Wert, der unter dem Anfangswert von beispielsweise 70% liegt, zu vermindern. Es ist natürlich möglich, nur einen Anteil eines einzelnen Formkörpers zu komprimieren, den anderen Anteil unkomprimiert zu lassen. Es ist überraschend, daß die Struktur der miteinander in Verbindung stehenden Poren weder zusammenbricht noch verstopft, selbst nach anisotropem oder isotropem Komprimieren des Formkörpers als Ganzes oder von Teilen davon. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein schwammartiger Metallformkörper mit kontrollierter Po rosität und verbesserten mechanischen Eigenschaften herge stellt werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Natriumnitritpulver mit einer Teilchengrößenverteilung von 350 bis 590 µm wird durch Schmelzen von Natriumnitrit und anschließendem Verfestigen, Zerstoßen und Sieben herge stellt. Ein zylindrischer Graphitkessel mit einem inneren Durchmesser von 25 mm und einer Tiefe von 30 mm wird mit 18 g Natriumnitritpulver durch Klopfen gefüllt; das Pulver wird auf 270°C fünf Stunden in Luft erhitzt, wobei ein zylindrischer gesinterter Formkörper des Salzes mit einem Durchmesser von 23 mm und einer Höhe von 28 mm entsteht, was einer Packdichte oder Raumimprägnierung von 70% ent spricht.

Dieser gesinterte Formkörper aus Natriumnitrit wird in eine Gußeisenform mit einem inneren Durchmesser von 30 mm und einer Tiefe von 50 mm eingebracht und in einem elek trischen Ofen auf 150°C vorerhitzt. Die kritische Vorheiz temperatur wird für die oben angegebene Packdichte und das im folgenden Gießen verwendete Zinn auf 135°C berechnet. Hat das Gesamtvolumen des gesinterten Formkörpers die Vor heiztemperatur erreicht, so wird ein genügend großes Vo lumen an geschmolzenem Zinn (Fp. 232°C), das auf 350°C erhitzt worden ist, zur Bedeckung des gesinterten Form körpers in die Form gegossen und mit einem Stempel mit einem Druck von 29,4 bar komprimiert, bis die Poren des gesinterten Formkörpers vollständig mit geschmolzenem Me tall gefüllt sind. Nach dem Abkühlen und Verfestigen des geschmolzenen Zinns wird der Verbundkörper aus Natriumnitrit und Zinn aus der Form genommen. Nach dem mechanischen Ent fernen der Zinnkruste wird das Natriumnitrit durch Aus waschen in fließendem Wasser ausgelaugt, der Formkörper wird getrocknet. Der auf diese Weise erhaltene poröse, schwammartige Zinnformkörper hat eine Porosität von 74%.

Beispiel 2

Ein Graphittiegel mit einem inneren Durchmesser von 30 mm und einer Tiefe von 100 mm wird durch Klopfen mit 90 g granuliertem Natriumchloridpulver mit einer Teilchengrößen verteilung von 1190 bis 1680 µm gefüllt. Das Natriumchlo rid-Kompaktpulver wird drei Stunden in Luft auf 800°C er hitzt, es entsteht ein zylindrischer gesinterter Formkör per mit einem Durchmesser von 29 mm und einer Höhe von 98 mm, was einer Packdichte von 60% entspricht.

Der gesinterte Natriumchlorid-Formkörper wird in eine Guß eisenform mit einem inneren Durchmesser von 30 mm und einer Tiefe von 120 mm eingebracht und auf eine Temperatur von 480°C vorerhitzt. Die kritische Vorheiztemperatur wird für die oben angegebene Packdichte des Salzes und der in dem folgenden Gießen verwendeten Aluminiumlegierung auf 410°C berechnet. Hat das Gesamtvolumen des gesinterten Formkörpers die Vorheiztemperatur erreicht, so wird eine Schmelze einer 12% Silicium-Aluminiumlegierung, die auf 700°C erhitzt worden ist, in die Form gegossen und gemäß Beispiel 1 un ter Druck gesetzt, um den porösen gesinterten Salzformkör per mit der Schmelze zu imprägnieren. Nach dem Abkühlen und Verfestigen der Schmelze wird der Verbundkörper aus Salz und Legierung aus der Form genommen. Nach dem mechani schen Entfernen der Legierungskruste wird das Salz durch Waschen in fließendem Wasser und dann unter Ultraschall ausgelaugt. Der so erhaltene poröse, schwammartige Form körper einer Aluminiumlegierung wird getrocknet und weist eine Porosität von 60% auf.

Beispiel 3

Ein Bariumchloridpulver mit einer Teilchengrößenverteilung von 2000 bis 3400 µm wird gemäß Beispiel 2 komprimiert und gesintert. Der zylindrische gesinterte Formkörper weist eine Packdichte von 65% auf und wird auf 950°C vorerhitzt. Diese Temperatur liegt um 147°C höher als die kritische Vorheiz temperatur, die für die oben angegebene Packdichte und das im folgenden Gießen verwendete Kupfer berechnet worden ist. Der vorerhitzte gesinterte Formkörper wird mit geschmolzenem Kupfer bei 1200°C unter Druck gemäß Beispiel 2 imprägniert, dann abgekühlt, um die Schmelze zu verfestigen. Das Druck gießen erfolgt in einer Form, die mit einem hitzeisolierenden Schutz aus Keramikwolle versehen ist, um die vorzeitige Ver festigung des geschmolzenen Kupfers zu vermeiden. Der ge sinterte Bariumchlorid-Formkörper wird mit einer 5 mm dicken Schicht von gepulvertem Aluminiumoxid bedeckt, wodurch die direkte Berührung der Schmelze mit dem Bariumchlorid ver hindert wird. Aus dem so erhaltenen Verbundkörper wird dann das Bariumchlorid ausgelaugt, es entsteht ein zylindrischer, schwammartiger Kupferformkörper mit einem Durchmesser von 29 mm und einer Länge von 90 mm, dessen Porosität 69% be trägt.

Beispiel 4

400 g Natriumchloridpulver mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 62 µm werden auf eine Kunststoffpalette ausgebreitet und einheitlich durch Versprühen von 20 g einer gesättigten, wäßrigen Natriumchloridlösung unter Bewegung benetzt. Das so benetzte Natriumchloridpulver wird in eine zylindrische Form mit einem inneren Durchmesser von 80 mm und einer Tiefe von 150 mm gefüllt und mit einer Last von 20 t mit einer hydraulischen Presse verpreßt. Das zylin drische Natriumchlorid-Kompaktpulver, das ein Gewicht von 420 g, einen Durchmesser von 80 mm und eine Höhe von 60 mm hat, wird in einem Luftofen fünf Stunden bei 70°C getrocknet. Es entsteht eine poröse einheitliche Natriumchloridmasse mit einem Gewicht von 400 g, einem Durchmesser von 79,6 mm und einer Höhe von 58,7 mm. Die Packdichte des Salzes in diesem porösen Formkörper beträgt 64,6%.

Der so erhaltene zylindrische, poröse Natriumchlorid-Form körper wird in eine Metallform mit einem inneren Durchmesser von 80 mm und einer Tiefe von 80 mm eingebracht und in einem elektrischen Ofen auf 525°C vorerhitzt. Die berechnete kri tische Vorheiztemperatur beträgt 436°C für die oben ange gebene Packdichte und die im anschließenden Gießen verwen dete Aluminiumlegierung. Hat das Gesamtvolumen des porösen Salzformkörpers die Vorheiztemperatur erreicht, so wird eine Schmelze einer Aluminiumlegierung AC3A, die auf 700°C erhitzt worden ist, in die Form gegossen und sofort mit einer Last von 15,7 t unter Verwendung eines Stempels in einer hydraulischen Presse unter Druck gesetzt. Der poröse Salz formkörper wird so mit der geschmolzenen Legierung voll ständig imprägniert.

Nach dem Abkühlen und Verfestigen der geschmolzenen Legie rung wird der Verbundkörper aus Aluminiumlegierung und Natriumchlorid aus der Form genommen. Der von der Kruste befreite Verbundkörper wird 24 Stunden in fließendes Wasser gestellt und somit das Salz ausgelaugt. Der so erhaltene poröse, schwammartige Formkörper einer Aluminiumlegierung wird getrocknet, er hat eine Porosität von 69% und weist eine gute Luftdurchlässigkeit auf.

Beispiel 5

In eine zylindrische Metallform mit einem inneren Durch messer von 80 mm und einer Tiefe von 120 mm werden 455 g eines Natriumchloridpulvers mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 62 µm eingefüllt. Das Salzpulver wird unter einer Last von etwa 10 t komprimiert, wobei ein zy lindrisches Kompaktpulver mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Höhe von 60 mm entsteht, dessen Packdichte etwa 70% ist.

Dieses Natriumchlorid-Kompaktpulver wird in einen Kunst stoffilm eingewickelt, der die oberen und unteren Flächen nicht bedeckt. Eine wäßrige gesättigte Natriumchloridlösung, die auf die obere Fläche gegossen wird, perlt durch den Formkörper von der oberen Fläche zur unteren Fläche, wobei an der unteren Fläche gesaugt wird, um während einer Stunde eine Druckdifferenz von etwa 980 Millibar (1 at) zwischen den Flächen aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird das Kompaktpulver vollständig mit der Salzlösung benetzt, keine Teilchenfläche bleibt unbenetzt. Das benetzte Kompakt pulver wird 5 Stunden in einem Luftofen bei 80°C getrock net, es entsteht eine poröse einheitliche Masse des Na triumchloridpulvers mit einer Packdichte von 79%.

Die so erhaltene, poröse einheitliche Natriumchloridmasse wird in eine Metallform eingebracht und auf eine Temperatur von 525°C vorerhitzt. Diese Temperatur ist um 63°C höher als die kritische Vorheiztemperatur, die für die oben ange gebene Packdichte des Salzes und die in dem nachfolgenden Gießen verwendete Aluminiumlegierung berechnet wurde. Hat das Gesamtvolumen des porösen Salzformkörpers diese Tempe ratur erreicht, so wird eine Schmelze einer 12% Silicium- Aluminiumlegierung, die auf 700°C erhitzt worden ist, in die Metallform gegossen und gemäß Beispiel 4 unter Druck gesetzt. Auf diese Weise werden die Poren des porösen Salz formkörpers vollständig mit der geschmolzenen Legierung imprägniert.

Nach dem Abkühlen und Verfestigen der geschmolzenen Legie rung wird der so erhaltene Verbundkörper aus verfestigter Legierung und Salz aus der Form genommen und mechanisch in Blöcke mit einem Durchmesser von je 70 mm und einer Dicke von 10 mm bearbeitet. Die Blöcke des Verbundkörpers werden 12 Stunden in fließendes Wasser gestellt, wodurch das Natrium chlorid ausgelaugt wird, dann in der Zentrifuge entwässert und zwei Stunden bei 80°C getrocknet. Die Porosität der so erhaltenen Blöcke des porösen, schwammartigen Formkörpers der Aluminiumlegierung beträgt 79%.

Beispiel 6

980 g Natriumchloridpulver mit einem mittleren Teilchen durchmesser von 50 µm werden in einen zylindrischen Block mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 100 mm unter Verwendung einer Kautschukpresse komprimiert. Der Block wird in einem Graphittiegel in einem elektrischen Ofen bei 780°C vier Stunden gesintert, wodurch ein zylindrischer gesinterter Natriumchlorid-Pulverblock mit einem Durchmesser von 95 mm und einer Höhe von 96 mm und einer Packdichte von 66% entsteht.

Dieser gesinterte Block wird in eine Gußeisenform eingebracht und auf eine Temperatur von 500°C vorerhitzt. Diese Tempera tur liegt um 58°C höher als die kritische Vorheiztemperatur, die aus der oben angegebenen Packdichte des Salzes und der im folgenden Gießen verwendeten Aluminiumlegierung berechnet worden ist. Hat das Gesamtvolumen des gesinterten Salzblockes diese Temperatur erreicht, so wird eine Schmelze der in Bei spiel 2 verwendeten Aluminiumlegierung in die Form gegossen und bis zu einem Druck von 39,2 bar beaufschlagt, so daß die Poren des gesinterten Salzblocks mit der Schmelze voll ständig imprägniert werden. Nach dem Abkühlen und Verfesti gen der geschmolzenen Legierung wird der Verbundblock aus Salz und verfestigter Legierung aus der Form genommen und in zehn scheibenartige Blöcke mit je einer Dicke von 8 mm geschnitten. Aus diesen Blöcken wird das Salz durch Aus laugen während drei Stunden in fließendem Wasser unter Ultra schall-Beschallung entfernt, die Luft wird unter verminder tem Druck entfernt, dann wird noch einmal 30 Minuten unter Ultraschall-Beschallung gewaschen und schließlich getrocknet. Die so erhaltenen scheibenartigen Blöcke des porösen, schwamm artigen Formkörpers der Aluminiumlegierung haben eine Poro sität von 68 bis 70%.

Jeder der scheibenartigen, porösen, schwammartigen Blöcke der Aluminiumlegierung wird zwischen den oberen und den unteren Druckamboß einer Universal-Testvorrichtung gelegt und ein heitlich mit einem Druck von 98, 196, 294, 392 oder 490 bar komprimiert. Fig. 6 stellt die Porosität der so kom primierten schwammartigen Blöcke in % auf der Ordinate als Funktion des Kompressionsdruckes in bar auf der Abszisse dar. Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, daß ein Verhältnis zwischen der Porosität des komprimierten, schwammartigen Formkörpers und dem Kompressionsdruck besteht, wodurch eine reproduzierbare Kontrolle der Porosität der erfindungs gemäß hergestellten porösen, schwammartigen Metallformkörper möglich ist.

Beispiel 7

Eine zylindrische Graphitform mit einem inneren Durchmesser von 30 mm und einer Tiefe von 100 mm wird mit 160 g Barium chloridpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 300 µm durch Klopfen gefüllt und dann drei Stunden in Luft auf 950°C erhitzt. Dabei entsteht ein zylindrischer gesin terter Bariumchlorid-Formkörper mit einem Durchmesser von 29 mm, einer Länge von 97 mm und einer Packdichte von 65%.

Der gesinterte Formkörper wird in eine rostfreie Stahlform eingebracht und auf 850°C vorerhitzt. Diese Temperatur liegt um 119°C höher als die kritische Vorheiztemperatur, die aus der oben angegebenen Packdichte des gesinterten Form körpers und der im folgenden Gießen verwendeten Kupfer-Zink- Legierung berechnet worden ist. Hat das Gesamtvolumen des ge sinterten Formkörpers diese Temperatur erreicht, so wird eine Schmelze einer Legierung aus 30% Zink und Kupfer bei 1100°C in die Form gegossen und mit einem Druck von 29,4 bar be aufschlagt, so daß die Poren des gesinterten Bariumchlorid- Formkörpers mit der geschmolzenen Legierung vollständig ge füllt werden. Nach dem Abkühlen und Verfestigen der Schmelze wird der erhaltene Verbundkörper aus Bariumchlorid und Kupfer legierung aus der Form genommen und in Blöcke mit einer Dicke von je etwa 10 mm geschnitten. Nach der vollständigen Ent fernung des Bariumsalzes durch wiederholtes Waschen mit Wasser, Entgasen unter vermindertem Druck und Waschen un ter Ultraschall-Beschallung sowie anschließendem Trocknen werden poröse, schwammartige Blöcke der Kupferlegierung mit einer Porosität von 65 bis 67% erhalten.

Diese schwammartigen Blöcke werden wie in Beispiel 6 unter einem Druck von 196 bis 980 bar zur Verminderung der Porosität komprimiert. Fig. 7 zeigt das Verhältnis zwischen dem Kompressionsdruck und der Porosität der so erhaltenen schwammartigen Blöcke. Selbst wenn die Blöcke mit dem größten Druck komprimiert werden, bleibt die offene Zellstruktur er halten, was durch den Luftpermeationstest angezeigt wird, in dem die auf eine der Blockflächen eingedrückte Luft durch den Formkörper zur anderen Fläche ohne deutliche Erhöhung des Widerstands gegen die Luftpermeation strömen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen, schwammartigen Formkörpers eines Metalls oder einer Legierung mit einer offenen Zellstruktur und einer Porosität von mindestens 50%, durch

a) Verdichten eines Pulvers einer anorganischen, in min destens einem Lösungsmittel löslichen Verbindung in eine Kompaktpulverform,
b) Bilden von Zwischenverbindungen durch zumindest teil weises Überbrücken der Teilchen im Kompaktpulver, wo bei eine poröse einheitliche Masse entsteht,
c) Vorheizen der porösen einheitlichen Masse,
d) Füllen der Poren der porösen einheitlichen Masse der anorganischen Verbindung mit einer Schmelze des Metalls oder der Legierung zu einer porösen, mit der Metall- oder Legierungsschmelze imprägnierten Masse,
e) Abkühlen der so impräginerten Masse und Verfestigen der Metall- oder Legierungsschmelze zu einem Verbund körper aus der anorganischen Verbindung und dem (der) verfestigten Metall- oder Legierung und
f) Auslaugen der anorganischen Verbindung aus dem Verbund körper mit einem Lösungsmittel, das die anorganische Verbindung lösen kann, und Isolieren des Metalls oder der Legierung als schwammartigen Formkörper,

gekennzeichnet durch Verwendung in Stufe

a) einer anorganischen Verbindung mit einer Teilchengröße von 10 bis 5000 µm,
b) einem Volumenanteil V ^P der anorganischen Verbindung von 0,5 bis 0,85 in der porösen einheitlichen Masse und
c) einer Vorheiztemperatur T ^P, die unter dem Schmelzpunkt der anorganischen Verbindung und zwischen der Verfesti gungstemperatur T ^M des Metalls oder der Legierung und einer, durch die folgende Gleichung definierten, kritischen Temperatur T ^C liegt: T ^C = T ^M - 0,25(H ^M · D ^M/V ^P · C ^P · D ^P),in der
H ^M die latente Verfestigungswärme des Metalls oder der Legierung in J/g,
D ^M die Dichte des Metalls oder der Legierung in g/cm³,
V ^P der Volumenanteil der anorganischen Verbindung in der porösen einheitlichen Masse,
C ^P die spezifische Wärme der anorganischen Verbindung in J/g. °C und
D ^P die wahre Dichte der anorganischen Verbindung in g/cm³ ist und
alle Temperaturen in °C angegeben sind

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Teilchen der anorganischen Verbin dung gebildeten Zwischenverbindungen durch Sintern des Kompaktpulvers gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenverbindungen zwischen den Teilchen der anorganischen Verbindung durch Benetzen der Oberflächen der Teilchen mit einer gesättigten Lösung der anorgani schen Verbindung in einem Lösungsmittel und zur Aus fällung der in der gesättigten Lösung enthaltenen anor ganischen Verbindung, Abdampfen des Lösungsmittels bis zur Trockene gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Verbindung eine in Wasser lösliche Verbindung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verdichten des Pulvers der anorganischen Verbindung in eine Kompaktpulverform die Flächen der Teilchen mit der gesättigten Lösung der anorganischen Verbindung benetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Teilchen durch Infiltrieren des Kompaktpulvers mit der gesättigten Lösung der anorgani schen Verbindung benetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe d) die Poren der porösen einheitlichen Masse mit der Metall- oder Legierungsschmelze unter einem Druck von mindestens 0,98 bar gefüllt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe f) die anorganische Verbindung aus dem Ver bundkörper durch Herauslösen mit dem Lösungsmittel unter Ultraschall entfernt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zur Her stellung eines porösen, schwammartigen Formkörpers mit kontrollierter Porosität, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zusätzlichen Stufe g) der poröse, schwamm artige Formkörper des Metalls oder der Legierung unter einem solchen Druck komprimiert wird, daß seine Porosität abnimmt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einem Druck von 98 bis 980 bar komprimiert wird.

11. Poröser, schwammartiger Metallformkörper mit einer offenen Zellstruktur und einer Porosität von minde stens 50%, erhalten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.