DE3751790T2

DE3751790T2 - Poröse Beschichtungen, Erzeugnisse und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE3751790T2
Application number: DE3751790T
Authority: DE
Inventors: Dennis A Hornberger; Bruce G Mcmordie; Mark F Mosser
Original assignee: Sermatech International Inc
Current assignee: Sermatech International Inc
Priority date: 1986-10-14
Filing date: 1987-10-13
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2007-10-14
Also published as: ATE137524T1; JPS63197572A; US4917960A; DE3751790D1; EP0264338B1; EP0264338A2; EP0264338A3; CA1330465C

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallsubstrat, an das eine poröse Beschichtung gebonded ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung solcher Produkte. Die Erfindung betrifft insbesondere ein metallisches Produkt wie eine Metallplatte, die mit einem hoch porösen Metall und einem anorganischen Bindemittel beschichtet ist.
Eine erste Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine wirksame Wärmeübertragungsfläche zu schaffen, die eine durchgehend poröse Beschichtung aufweist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, daß solche Oberflächen geschaffen werden, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, in denen ausgedehnte Oberflächen benötigt werden, wie bei dem Anwendungsfall der "optischen Beschichtungen", die verschiedene Wellenlängen reflektieren, Licht absorbieren und im Infraroten unterdrücken können.
Ein Vorteil der Erfindung liegt weiterhin darin, daß rauhe Oberflächen geschaffen werden, die für Anwendungen wie nicht gleitenden Beschichtungen eingesetzt werden können.
Eine weitere nennenswerte Eigenschaft der Erfindung liegt darin, daß die Porosität in der Beschichtung durch ein flüchtiges oder transientes Material erzeugt wird, das die Porosität erzeugt, wenn dieses Material von den anderen Bestandteilen der Beschichtung getrennt wird.
Die beschichteten Produkte gemäß der Erfindung haben zahlreiche industrielle Anwendungen. Die Produkte sind insbesondere einsetzbar in Anwendungen zur Wärmeübertragung. Die Beschichtungen gemäß der Erfindung weisen aber auch andere sinnvolle Anwendungsfälle auf, zum Beispiel als optische Beschichtungen mit großen Oberflächen, die verschiedene Wellenlängen reflektieren, Licht absorbieren und den Infrarotbereich unterdrücken können. Sie können weiterhin für Anwendungen für nicht gleitende Oberflächen eingesetzt werden, wo solche Eigenschaften gewünscht werden. Die Beschichtungen sind ferner sinnvoll einsetzbar, um rauhe Oberflächen zu schaffen, um andere Beschichtungen anzubonden. Die beschichteten Produkte und die Beschichtungen weisen andere Anwendungen in der Praxis und in der industrie auf, die für den Fachmann ohne weiteres klar erkennbar sind.
Die Materialien, aus denen die Beschichtungen bestehen, können auch in einer selbsttragenden Struktur eingesetzt werden (ohne eine Basis oder ein Substrat). In dieser Weise sind sie für den Einsatz als katalytische Betten oder Barrieren einsetzbar, und natürlich auch in anderen Anwendungen verwendbar, in welchen sehr ausgedehnte Oberflächen benötigt werden.
In einem der wichtigeren Anwendungsfall für die Erfindung werden die beschichteten Metallprodukte in Wärmetauschern eingesetzt. Diese Produkte gestatten eine sehr effektive Art und Weise, Wärme von einen aufgeheiztem Bereich in ein Fluid zu übertragen, welches mit dem beschichteten Produkt verbunden ist, wobei der Vorgang als Blasensieden bekannt ist. Gemäß der von der Lehre am meisten akzeptierten Theorie hinsichtlich des Blasensiedens in der Literatur fangen Irregularitäten oder Hohlräume (oder miteinander verbunden Poren) in der Wärmeübertragungsoberfläche, die als Keimbildungsorte bekannt sind, sehr geringe Mengen von Dampf, die den Keim für eine Blase bilden. Es ist beispielsweise bekannt, daß der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung in Beziehung zur Art der mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden erwärmten Oberfläche steht. Glatte Trägeroberflächen bedingen einen geringen Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Siedeseite. Geringe Wärmeübertragungskoeffizienten am Siedepunkt begrenzen häufig die Wärmeübertragungskapazität des Siedeproduktes. Im Gegensatz zu glatten Siedeoberflächen schaffen aufgerauhte Oberflächen eine poröse Siedeoberfläche, die es gestattet, der siedenden Flüssigkeit große Mengen an Wärme bei geringeren Temperaturdifferenzen zu übertragen als dies bei üblichen Wärmetauschern möglich ist. Wenn dann die Blasen in einer kontinuierlichen Art und Weise von den Keimzentren aus aufsteigen, durchtreten diese die Grenzschicht der überhitzten Flüssigkeit und nehmen überhitzte Flüssigkeit von den heißen Wandoberflächen mit. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß die Wärmeübertragungsrate und insbesondere die Siedehitzeübertragungsrate in direktem proportionalen Zusammenhang zu der Anzahl der aktiven Blasenbildungsorte stehen. Hierfür sei auf den Artikel von H.M. Kurihani und G.E. Meyers "The Effect of Superheat and Surface Roughness on Boiling Co-Efficient" verwiesen, der im American Institute of Chemical Engineers Journal, Vol. 6, No. 1, Seiten 83-91 (1960) erschienen ist.
Der Stand der Technik zeigt auf, daß der Fachwelt das Problem zumindest im Bezug auf Wärmeübertragungsoberflächen bekannt ist und daß sie verschiedene Einrichtungen kennt, die versuchen, den Wärmeübertragungsgrad zu erhöhen.
Kein Stand der Technik lehrt oder gibt einen Hinweis auf die hier beschriebene Erfindung.
Die US-Patentschrift 4,359,086 von Sanborn et al. lehrt eine Wärmeübertragungsoberfläche, die Blasensiederhohlräume aufweist, die aus einer Vielzahl von schraubenförmigen Rippen gebildet sind, die auf der äußeren Oberfläche einer metallischen Röhre ausgebildet sind. Eine poröse Beschichtung ist durch Flammenspritzen auf den gebogenen Abschnitt der Rippen aufgetragen. Eine bevorzugte Beschichtung besteht aus oxidierten Aluminiumpartikeln, die durch Flammenspritzen aufgetragen worden sind.
Die US-Patentschrift 3,990,862 von Dahl et al. beschreibt ein Verfahren des Flammenspritzens von oxidierten metallischen Partikeln auf ein Metallsubstrat, um eine poröse offene Zellbeschichtung zu erreichen. Die Erfinder vermerken, daß eine poröse Beschichtung an sich einen Wärmeübertragungsübergang nicht beeinflußt, der fähig wäre, das Blasensieden zu fördern. Die Beschichtung oder die Oberfläche muß andere bestimmte physikalische Bedingungen erfüllen und andere Eigenschaften aufweisen.
Die US-Patentschrift 3,384,154 von Milton beschreibt ein Verfahren zum thermischen Bonden einer porösen Schicht oder einer Beschichtung auf eine Wärmeübertragungseinrichtung, um eine Vielzahl von Keimzentren zu bilden, die fähig und geeignet sind, das Blasensieden zu fördern und aufrechtzuerhalten. Wie in der zuvor genannten US-Patentschrift 3,990,862 ausgesagt wird, bestehen einige Probleme in Bezug auf das thermische Bonden durch Hartlöten, Löten oder Schweißen, wie dies von Milton genannt wird. Zwischen Löten und Hartlöten besteht eine Verwandschaft dahingehend, daß beide Verfahren das Verbinden von unterschiedlichen metallischen Teilen durchführen, welches, falls notwendig, mit einer schmelzbaren Legierung durchgeführt wird.
Die US-Patentschrift 4,358,485 von Kern et al. beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer porösen Aluminiumoberfläche auf einem Aluminiumsubstrat, wobei ein Kalium-Fluoraluminat-Hartlot in einem besonders kritischen Verhältnis zu einer Aluminiumpulver-Matrixkomponente verwendet wird.
Die US-Patentschrift 4,179,911 von Saier et al. beschreibt mit Rippen versehene Röhren zur Benutzung in Wärmetauschern.
Die US-Patentschrift 4,182,412 betrifft auch mit Rippen versehene Wärmeübertragungsröhren. Eine rauhe Oberfläche wird durch sehr kleine leitende Partikel wie Graphit-Partikel geschaffen.
Die US-Patentschrift 3,696,861 beschreibt eine andere Annäherung an das Problem, wobei die Oberfläche mit einer Vielzahl von in Abständen zueinander stehenden Rippen versehen ist, um Hohlräume zu schaffen.
Die US-Patentschrift 3,607,369 von Batta beschreibt ein Verfahren, um dünne poröse Aluminiumschichten von interstitiellen und miteinander verbundenen kleinen Poren auf Aluminiummaterialbasis zu bilden. Dieses Verfahren benutzt einen Brei einer Aluminiumpulvermatrix, eine elementares Metall bondende Komponente in Pulverform, ein unlösliches Aluminiumhartlot und einen Träger, vorzugsweise eine organische Flüssigkeit.
Die US-Patentschrift 2,785,084 von Lundin et al. betrifft das Beschichten von Eisen und Eisenlegierungen mit Aluminium.
Die US-Patentschrift 3,951,328 von Wallace et al. beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Verbindung von metallischen Oberflächen mit einem Lot, welches Kalium-Fluoraluminate umfaßt.
Die US-Patentschrift 3,9751,501 beschäftigt sich ebenfalls mit einer Lotlegierung und einem pulverförmigen Fließmittel, um eine Lötverbindung zu schaffen.
Die US-Patentschrift 3,825,064 von Inoue beschreibt einen Wärmetauscher, der aus kompaktierten metallischen Partikeln besteht, die die Wärmeübertragungsoberflächen bilden. Die Kompaktierung umfaßt elektrisches Sintern des Partikel- Partikel-Übergangs und des metallisch homogenisierten Partikel-Substrat-Übergangs, um eine monolithische Struktur zu bilden, die frei von Korrosionsstellen ist.
Die US-Patentschriften 4,258,783 von Albertson, 4,232,056 von Grant et al. und 3,170,512 von Smith beschäftigen sich mit verschiedenen konventionellen Wärmetauschern. Diese Patente zeigen, zumindest auf dem Anwendungsfeld der Wärmetauscher, den gegenwärtigen Stand der Technik auf. Auf den Inhalt und die Offenbarung dieser Patente wird hier Bezug genommen und diese in diese Beschreibung aufgenommen.
Ein Blick auf diese Patente zeigt, daß, obwohl verschiedene Versuche gemacht worden sind, die Wirksamkeit der Wärmetauscher zu steigern, keiner dieser Versuche den von der vorliegenden Erfindung gemachten Weg beschrieben oder nahegelegt hat.
Die DE-A 222774 lehrt eine poröse Beschichtung von metallischen Partikeln, die Hohlräume hinterlassen, die durchgängig sind und z.B. durch Flammenspritzen eines Gemisches von zwei Metallen und durch das Entfernen von mindestens einem von diesen, z.B. durch Ätzen, erreicht wird.
Die GB-A 1331780 beschreibt eine ähnliche Beschichtung, die mit Kupfer und einer Kupfer-Phosphor-Legierung erzeugt wird.
Die GB-A 2152079 bezieht sich auf eine Beschichtung, die mit einem Polyacrylat und einer Nickel-Chrom-Legierung erzeugt wird, wobei diese durch eine Plasmaentladung aufgebracht wird. Diese Verfahren erfordern zumindest ein gewisses Sintern der Metallpartikel, wohingegen das Patent sich auf ein Produkt bezieht, welches von Anfang an eine poröse Beschichtung mit einem anorganischen, nichtmetallischen Bindemittel aufweist, wobei die eventuell hinzugefügten metallischen Partikel mit einer ausgehärteten anorganischen Beschichtung gesintert werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Produkt, das sich insbesondere für den Einsatz in Wärmetauschern eignet und das eine poröse Beschichtung eines anorganischen Bindemittels und eventuell gebondete metallische Partikel umfaßt. Die Poren in der Beschichtung sind durch ein flüchtiges (oder transientes) Material gebildet werden, das aus der Beschichtung während oder vor dem Aushärten entfernt wird. Die Poren der Oberfläche sind derart miteinander verbundene Poren, so daß sich ein verschlungener aber doch offener Weg von den Oberflächen der Beschichtung zur der Oberfläche des Substrates ergibt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für das Entfernen des flüchtigen Materials ein thermisches Mittel vorgesehen, in einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Mittel chemische Lösungsmittel. Weitere Materialien sind ebenfalls zum Einsatz geeignet.
Bei dem Produkt nach der Erfindung weist die ausgehärtete poröse Beschichtung ein Bindemittel und Pigmente auf, die auf die Mittel resistent reagieren, die eingesetzt werden, um das flüchtige Material aus der Beschichtung zu entfernen.
Die Erfindung eignet sich für den Einsatz einer Vielzahl von Bindemitteln, wobei typischerweise ein Phosphatbindemittel oder ein Silikatbindemittel (wie im Folgenden definiert) eingesetzt wird. Die Pigmente sind vorzugsweise aus Metall-, Keramik- oder Polymerpulver oder Mischungen von diesen, die dem Verfahren zur Entfernung des flüchtigen Materials gegenüber resistent sind.
Die Erfindung beschreibt ebenfalls Beschichtungsverbindungen für Metalloberflächen wie Aluminium und Eisenlegierungen und keramische Oberflächen wie Aluminat.
Die Erfindung schafft ferner ein Produkt, welches eine Metalloberfläche umfaßt, die mit einer Beschichtung beschichtet ist, welche ein Bindemittel und optional ein thermoleitendes Pigment aufweist, wobei Partikel des flüchtigen Stoffes umschlossen werden. Wenn das flüchtige Material entzogen, entfernt oder sonstwie von der Umgebung des Bindemittels getrennt ist, werden Poren an Ort und Stelle des flüchtigen Materials erzeugt.
Die Erfindung schafft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Metallprodukten wie oben beschrieben.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus der nun folgenden Beschreibung klarer hervor gehen, die nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen die Erfindung eingehender beschreibt Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufnahme eines Oberflächenrasterelektronenmikroskops einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 50-facher Vergrößerung, in einem Winkel von 45 Grad),
Fig. 2 eine Aufnahme eines Oberflächenrasterelektronenmikroskops einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 150-facher Vergrößerung, in einem Winkel von 45 Grad),
Fig. 3 eine Aufnahme eines Oberflächenrasterelektronenmikroskops einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 1000-facher Vergrößerung, in einem Winkel von 45 Grad),
Fig. 4 eine Aufnahme eines Oberflächenrasterelektronenmikroskops einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 100-facher Vergrößerung, in einem Winkel von 45 Grad),
Fig. 5 eine Aufnahme eines Oberflächenrasterelektronenmikroskops einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 750-facher Vergrößerung, in einem Winkel von 45 Grad),
Fig. 6 eine Aufnahme einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 50-facher Vergrößerung, im Querschnitt),
Fig. 7 eine Aufnahme einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 100-facher Vergrößerung, im Querschnitt),
Fig. 8 eine Aufnahme einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 200-facher Vergrößerung, im Querschnitt), und
Fig. 9 eine Aufnahme einer Beschichtung gemäß der Erfindung (bei 400-facher Vergrößerung, im Querschnitt).
Die Mikroaufnahmen der Fig. 1 bis 3 zeigen dieselbe Beschichtung wie im Folgenden beschrieben wird. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine unterschiedliche Beschichtung gemäß der Erfindung gemäß nachstehender Darstellung. Die Fig. 6 bis 9 zeigen Aufnahmen von Querschnitten der Beschichtungen nach den Fig. 1 bis 3 bei unterschiedlichen Vergrößerungen, wobei die Vergrößerungen 50-fach, 100- fach, 200-fach und 400-fach in den jeweiligen Fig. gewählt sind. In der Fig. 9 (Vergrößerung 400-fach) sind Aluminiumpartikel sichtbar, die einen Teil der Beschichtung bilden.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist das flüchtige Material das Material, welches durch jegliche geeignete Mittel aus dem Bindemittel und den anderen die Beschichtung bildenden Komponenten entfernt wird. Es kann dabei in Übereinstimmung mit der Erfindung jegliches Mittel Verwendung finden, das leitend ist und das flüchtige Material wirksam aus seiner physikalischen Umgebung entfernt, in welcher es sich aufhält (oder eingeschlossen oder eingelagert ist). Vorzugsweise bedeutet dies den Einsatz eines thermischen Mittels, d.h. das Anwenden von Wärme auf die Beschichtung, welches das Entfernen des flüchtigen Materials hervorruft. Dieses Material kann ebenfalls aus dem Bindemittel durch einen durch Wärme hervorgerufenen Zerfall, Verdampfen, Sublimieren oder anderen physikalisch-chemischen Transformationen entfernt werden. Mit der Entfernung des flüchtigen Materials wird eine Pore an dieser Stelle ausgebildet. Das flüchtige Material, dessen Natur nachstehend beschrieben werden wird, ist üblicherweise ein Pulver oder diskrete Teilchen. Es ist dabei in Übereinstimmung mit der Erfindung nicht notwendig, daß das gesamte flüchtige Material aus dem Bindemittel entfernt wird. Wenn im wesentlichen sämtliches flüchtige Material aus dem Bindemittel entfernt worden ist, dann ist eine Pore gebildet worden, die im wesentlichen der Größe und der Form des Teilchens entspricht. Wenn weniger als das gesamte flüchtige Material aus dem Bindemittel entfernt worden ist, dann ist die zugehörige Pore natürlich entsprechend kleiner.
Wenn in Übereinstimmung mit der Erfindung thermische Mittel zur Entfernung benutzt werden, um zum Beispiel das flüchtige Material zu verflüchtigen, dann wird die Beschichtung einer Temperatur ausgesetzt, die hoch genug ist, um zu bewirken, daß das flüchtige Material entfernt wird. Die Temperatur, der dann die Beschichtung unterworfen wird, kann häufig der Temperatur entsprechen, bei der das Aushärten und das Bonden der Beschichtung an der Metalloberfläche durchgeführt wird. Die Wärme, der die Beschichtung unterworfen wird, kann zuerst zu einem Entfernen des flüchtigen Materials führen und anschließend, wenn höhere Temperaturen erreicht werden, die Beschichtung wärmebehandeln. Alternativ dazu kann die Temperatur zum Aushärten und zum Entfernen des flüchtigen Materials im wesentlichen die gleiche sein. Es kann auch das Wärmebehandeln und Aushärten zuerst abgeschlossen sein, wobei dann anschließend das flüchtige Material bei höheren Temperaturen oder mit anderen Mitteln entfernt wird.
Die Auswahl von flüchtigen Materialien, die bei der Erfindung sinnvoll einsetzbar sind, ist aber durch die nachstehende Aufzählung nicht begrenzt und umfaßt synthetische oder natürliche polymere Materialien, vorzugsweise synthetische Polymere. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird bevorzugt, daß die synthetischen Polymere in einem wässrigen Lösungsmittel unlösbar, inert und stabil sind, egal ob dieses ein saures oder ein basisches Bindemittel ist. Schließlich sollte das synthetische Polymer aus der Beschichtung (welches das Bindemittel umfaßt) durch jegliche geeignete Mittel (wie thermische oder chemische) entfernbar sein, vorzugsweise ohne einen merkbaren Restbestandteil zurückzulassen, um Hohlräume oder Poren von im wesentlichen der gleichen Größe zu erhalten wie die der synthetischen Polymerpartikel Vorzugsweise weist das Polymer die Gestalt eines Partikels auf. Die Polymere können in Mischungen eingesetzt werden, z.B. kann mehr als eines eingesetzt werden, um gewisse Vorteile zu benutzen, die hierdurch erhalten werden können.
Typische Polymere, die für den Einsatz bei der Erfindung geeignet sind, sind Polyvinyliden-Fluorid, niederwertige Vinylalkyl-Ester, Vinylhalide, Polyacryl- und Polymethylacryl-Säuren und -Ester, Sulfon-Polymere, Polyimide, Polyamide, Acrylverbindungen, Epoxy-Harze, Polyester, Polyäther-Ätherketone, Polyolefine, Fluorharze, Polyarylen-Sulfide, Polyamid-Imide, Silikone, Vinylverbindungen, Urethane, Harze auf Phenylenbasis, Phenole, natürliche oder synthetische Elastomere. Die Polymere können aushärtende oder thermoplastische Stoffe sein. Es kann sich um Homo-Polymere oder Kopolymere handeln.
Durch die folgende Aufzählung ist eine nicht begrenzte Liste von Beispielen von Sulfon-Poylmeren gegeben. Diese umfaßt die Polysulfone wie Udel P1700 oder Mindel A-650, Polyäthersulfone wie Victrex 200P oder Polyarylsulfoe. Die Polyimide umfassen Polyätherimid, z.B. Ultem 1000, aushärtendes Polyimid, z.B. Novimid oder Kerimid 601 und thermoplastische Polyimide.
Die Polyamide oder Nylon umfassen unmodifiziertes und modifiziertes Nylon sowie Homo- und Kopolymere. Andere Polymere sind semi-kristalline Polymere wie Capron C-100 sowie amorphe Polymere wie Trogamid-T und PA 7030. Polyamid-imid-Polymere umfassen zum Beispiel die im Handel unter der Marke Torlon erhältlichen Produkte.
Acrylverbindungen umfassen solche Produkte auf der Basis von Alkyl- (insbesondere der niederen Alkyl-Gruppen), zum Beispiel Methyl-Methacrylat-Monomer sowie andere Homopolymere und Kopolymere mit anderen Acrylaten oder anderen kopolymerisierbaren Monomeren. Beispiele umfassen Lucite, Plexiglas und Kydex 100.
Epoxy-Harze umfassen DGEBA und verwandte Harze, aliphatische Harze und multifunktionelle Epoxy-Harze. Beispiele hiervon sind Polyset EPC202, Fiberite E2748 und Novimid 700/55 Härter PR018 Flex.
Polyester umfassen Alkyd-Polyester, aromatische Polyester wie Polyarylate oder aromatische Homopolyester, zum Beispiel Ekonol, thermoplastische Polyester, zum Beispiel Polybutylen-Terephthalat (PBI), Polytetrametylen-Terephthalat (PTMT), Polyäthylen-Tetrephthalat (PET), Kopolyester wie PCTA und PETG Kopolyester, und ungesättigte Polyester. Beispiel hierfür umfassen Celanex 3200, 3210, 3300, 3310, 3400, Kodar PETG6763, Gafite 16022, Valox 310 und Valox 310 SEO. Auch davon umfaßt sind aushärtende Polyester wie Aropol 7241 und MR 14042, MR12293, MR12311, MR13029 und MR14059.
Polyolefine umfassen Polyalkylene wie Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen. Polyäthylen (PE) umfaßt Äthylen-Kopolymere. Beispiele umfassen hoch- und nieder-dichte Polyäthylene (LDPG,MDPE, HDPE), lineares nieder-dichtes Polyäthylen (LLDPE), im Molekulargewicht hoch angesiedeltes hoch-dichtes Polyäthylen (HMW-HDPG), und im Molekulargewicht sehr hoch angesiedeltes hochdichtes Polyäthylen (UHMWPE). Andere Polyäthylene umfassen die, die unter dem Namen Ionomere bekannt sind, zum Beispiel diejenigen, die auf Natriumsalz- oder auf Zinksalzbasis von Äthylen/Methacrylsäure-Kopolymeren aufgebaut sind. Zusätzliche Polyäthylene umfassen Äthylensäure-Kopolymere, Äthylen- Äthylacrylat-Kopolymere, Äthylen-Methylacrylat-Kopolymere und Äthylen- Vinylacetat-Kopolymere. Beispiele umfassen Hostalen, GA 7960, GB6950, GG7260, GF7740, GM5010 T2, GM 7255B, GM7746, GM9255 F2, GR7255 P, GUR, Tenit Polyäthylen und Marlex. Die Polybutylene umfassen Shell 0200, Duraflex 4101, 4103, 4121 und 4127. Die Polypropylene umfassen Homopolymere, Kopolymere und Tripolymere. Beispiele umfassen Tenite 4231, Tenite 5020, Shell 5225, 5520, 5524, 5530, 5820, 5824, 5114S, 5944S und 5984.
Fluorharze umfassen sowohl diejenigen, die keine Kohlenstoff-Wasserstoff- Bindungen in dem Polymer aufweisen, als auch die, die einige Kohlenstoff- Wasserstoff-Bindungen und/oder Kohlenstoff-Chlorid-Bindungen aufweisen. Beispiele umfassen Polytetrafluoräthylen, fluoriertes Äthylen-Propylen-Kopolymer, Perflouralkoxy-Harz, Äthylen-Tetrafluorätyhlen-Kopolymer, Polyvinyliden- Fluorid, Polychlortrifluoräthylen, Äthylen-Chlortrifluoräthylen-Kopolymer und Polyvinyl-Fluorid.
Polyarylen-Sulfide umfassen Polyphenylen-Sulfid-Polymere wie Ryton.
Die Vinylpolymere umfassen Polyvinyl- und Vinyl-Kopolymere, zum Beispiel Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylformalin, Polyvinylbutyral, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylidenfluorid. Weiterhin sind umfaßt Polystyren mit Polyparamethylstyrol, Butadienstyrol, Styrol-Acrylnitrid und Styrolmalein-Anhydrid-Harze.
Urethan-Polymere umfassen Polyurethan-Polymere wie die, die auf Tolylen- Diisocyanat (TDI), Methylen-Diphenyl-Isocyanat (MDI) oder polymerisierten Isocyanaten (DMDI) oder auch auf aliphatischen Diisocyanaten basieren. Beispiele umfassen Pelläthan 2102-90A und Pelläthan 2103-90A.
Die Silikone umfassen Homopolymere und Kopolymere und sind Elastomere oder in ihrer finalen Form starr. Andere thermoplastische Elastomere, die natürliche oder synthetische Gummielastomere sind, liegen auch im Rahmen der Erfindung. Diese umfassen Styrol-Block-Kopolymere, Polyolefin-Mischungen und andere aus dem Stand der Technik bekannte Verbindungen.
Eine nicht begrenzende Aufzählung und Beschreibung von Harzen gemäß der Erfindung kann in dem Buch Modern Plastics Encyclopedia, 1984-1985, McGraw Hill, gefunden werden, auf dessen Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
Während die oben beschriebenen Harze zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung gehören, kann der Fachmann auch andere flüchtige Stoffe benutzen und einsetzen, die in Übereinstimmung mit der oben genannten Offenbarung entfernt werden können. Diese Materialien können eingesetzt werden, wenn weniger kostenträchtige Stoffe wünschenswert sind. Geeigneterweise umfassen solche Materialien natürliche Polymermaterialien wie auf Cellulose basierende Verbindungen, Rinde, Holzstücke etc.. Andere organische Verbindungen, die reine Substanzen oder Mischungen sind, können eingesetzt werden, wenn die betreffenden Stoffe die geeignete Partikelgröße aufweisen und nicht mit der Bindemittellösung reagieren.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und entsprechend der oben stehenden Beschreibung, kann das flüchtige Material in jeder beliebigen geeigneten Weise aus dem Bindemittel entfernt werden. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das flüchtige Material vor, während oder nach der Wärmebehandlung des Bindemittels thermisch entfernt. Die thermische Entfernung kann durch Abbau, Verdampfung, Zerfall oder Verbrennen des flüchtigen Materials geschehen. Genauso kann das flüchtige Material durch ein Lösungsmittel vor, während oder nach dem Aushärten des Bindemittels entfernt werden.
Wenn es beispielsweise gewünscht ist, das flüchtige Material mit einem chemischen Losungsmittel zu entfernen, wird das beschichtete Metallstück mit der getrockneten aber noch nicht ausgehärteten Beschichtung, welche das flüchtige Material beinhaltet, einem Lösungsmittel für das flüchtige Material für eine Zeitdauer ausgesetzt, die lang genug ist, um dadurch ein Auflösen des Materials aus dem getrockneten Bindemittel zu ermöglichen. Als Beispiel sei angeführt, daß ein flüchtiges Material, welches ein Acrylat- oder ein Methacrylat-Harz-Partikel ist, durch das Aussetzen und das Waschen der getrockneten Beschichtung mit einem geeigneten Keton wie Metyhläthylketon oder Aceton entfernt werden kann. Die Benutzung eines Verfahrens mit einem chemischen Lösungsmittel kann bei Raumtemperatur oder, falls gewünscht, bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.
Die Art der einsetzbaren Lösungsmittel hängt von der Art des flüchtigen Materials ab und diese Lösungsmittel umfassen beispielsweise chlorierte und aromatische Kohlenwasserstoffe wie Metyhlenchlorid, Benzol, Toluol und 1,1,1-Trichloräthan. Andere Lösungsmittel wie Ketone, insbesondere Metyhläthylketon oder Aceton, sind ebenfalls gut einsetzbar. Diese Lösungsmittel sind dafür einsetzbar, ein flüchtiges Material zu entfernen, welches in dem Lösungsmittel löslich ist. Beispielsweise ist ein Methacrylat-Harz in solchen Ketonen wie Metyhläthylketon oder Aceton oder in chlorierten Kohlenwasserstoffen wie Methylenchlorid oder Trichloräthylen löslich. Die Löslichkeitseigenschaften der gemäß der Erfindung verwendeten Harze sind dem Fachmann jeweils bekannt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird positiv vermerkt, daß die Wahl der Mittel zur Entfernung eines flüchtigen Materials keine kritische Wahl ist. Was lediglich gewünscht wird, ist, daß das Material aus dem Bindemittel in einer geeigneten Weise entfernt wird. Der Fachmann ist ohne das Ausführen unnötiger Versuchsreihen befähigt, die Mittel zur Entfernung eines flüchtigen Materials auszuwählen, die unter den gegebenen Umständen, insbesondere aus der Natur des flüchtigen Materials und der des Bindemittels am geeignetsten sind.
Was in Übereinstimmung mit der Erfindung benötigt wird, ist der Einsatz eines Lösungsmittels, welches das polymerische Material auflöst, vorzugsweise ohne daß ein nennenswerter Anteil von Reststoffen verbleibt, insbesondere in der Art eines Filmes, der die Poren verstopft. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß sowohl thermische als auch chemische Mittel (i.e. Lösungsmittel) in einer Abfolge eingesetzt werden können, die den vorherrschenden Umständen bei der Produktion entspricht.
Aus der obenstehenden Offenbarung kann ersehen werden, daß eine breite Anzahl von verschiedenen flüchtigen Materialien genutzt werden können. Bevorzugt werden von diesen die flüchtigen Materialien, die in einem wässrigen Medium, das das Bindemittel bildet, unlösbar sind, unabhängig davon, ob dieses eine Säure oder eine Lauge ist (wie Phosphate oder Alkalisilikate). Vorzugsweise ist das flüchtige Material ebenfalls durch eine Wärmebehandlung entfernbar, vor allem, da eine Wärmebehandlung zum Aushärten der Beschichtung üblicherweise notwendig ist. Es muß jedoch vom Fachmann anerkannt werden, daß andere bevorzugte flüchtige Materialien in anderen Anwendungen vorteilhaft eingesetzt werden können.
Aus der sorgfältig durchgeführten Auswahl des Materials für die Beschichtung und für das flüchtige Material ist eine große Bandbreite der Herstellungsbedingungen und des Materials möglich. Es kann insbesondere die Art und der Volumenanteil der Porosität der Beschichtung eingestellt werden, indem die Größe und die Menge des flüchtigen Materials in der Beschichtung verändert wird.
In Übereinstimmung mit dem Wärmeübertragungsaspekt der Erfindung ist es wünschenswert, daß die Porosität der Beschichtung die Poren miteinander verbindet und somit "durchgängig" porös ist, was nichts anderes heißt, als daß die Poren durch die Beschichtung hindurch zu dem Substrat hin offen sind. Dies wird die Wirksamkeit der Wärmeübertragung beim Aufkochen einer Flüssigkeit fördern und ebenfalls die Entstehung von Dampfblasen unterstützen, die sich in einfacher Weise von der Oberfläche lösen, wenn Beschichtung/Substrat im Sandwich übereinander liegen, wie es oben und im Stand der Technik beschrieben ist.
Für die Wärmeübertragungsanwendung ist es wünschenswert, daß die Beschichtung eine verbindende Porosität im Bereich zwischen 20 und 90 Prozent, vorzugsweise zwischen 40 und 80 Prozent, und besonders vorteilhaft zwischen 40 und 60 Prozent, aufweist.
Die Porengröße der Beschichtung für viele Wärmeübertragungsanwendungen kann zwischen 20 bis ungefähr 60 Mikron, vorzugsweise zwischen 30 und 50 Mikron betragen.
Es ist für andere Anwendungen nicht notwendig, daß die Porosität eine durchgängige Porosität oder eine vollkommen miteinander verbundene Porosität ist. Es gibt in der Tat Anwendungen, in denen das Auftreten von einzelnen isolierten Kammern bevorzugt wird und bei denen es nicht wünschenswert ist, daß die Porosität eine Porosität der vollkommen miteinander verbundenen Poren ist.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ergibt sich, daß bei steigendem Anteil von flüchtigem Material im Bindemittel die Porosität ansteigt. Daher ist es sehr wünschenswert, daß die Feststoffe des Bindemittels und andere Pigmente einen Anteil an flüchtigen Partikeln zwischen 20 und ungefähr 80 Prozent des Volumens des vollständigen Beschichtungsfeststoffs, vorzugsweise zwischen 40 und 80 Prozent und besonders vorteilhaft zwischen 40 und 60 Volumenprozent, aufweisen.
Entsprechend der obenstehenden Offenbarung kann ein weiter Bereich an Porositäten der Beschichtung erreicht werden. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine durchgehende Porosität zu haben. Solche eine poröse Beschichtung wird durch ein Chromat/Phosphat-Bindemittel erreicht, welches kleine Aluminiumpartikel enthält (im Größenbereich zwischen 5 und 10 Mikron), in Mischung mit einem thermoplastischen Acrylpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ungefähr 100 Mikron. In diesem thermoplastischen Acrylpulver weisen ungefähr 87 Prozent des Pulvers zwischen 53 und 150 Mikron Korngröße auf Dabei werden Poren erzeugt, wenn das Acrylpulver während des Aushärteschrittes verdampft wird.
Es ist anzumerken, daß übliche Beschichtungen (ohne flüchtiges Material) im Allgemeinen einen gewissen Anteil an miteinander verbundener, vermaschter Porosität aufweisen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Bindemittel - was nun im folgenden beschrieben wird - Zusatzpartikelstoffe enthalten, die Metallpartikel oder andere wärmeleitende Pigmentpartikel sein können. Die wärmeleitenden Pigmentpartikel können auch Übergangsmetall-Karbide, -Silicide und -Phosphide wie Wolframkarbide, Eisenphosphate oder Eisenoxide und andere ähnliche Nichtmetalle sein.
Für einige Anwendungen ist es sehr wünschenswert, daß das Bindemittel Metallpartikel oder aus Metallpartikeln zusammengesetzte Pulver vereinigt. Es können hierfür jegliche Metallpartikel genutzt werden, die in den oben genannten älteren Patentanmeldungen und im Stand der Technik beschrieben worden sind. Vorzugsweise sind die Metallpartikel oder ihre Legierungen aus demselben Metall wie das zu beschichtende Basismetall oder werden aus einer Gruppe von Metallen mit hoher Wärmeleitfähigkeit ausgewählt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Aluminiumplatten mit Bindemitteln beschichtet, die zusätzlich zu dem flüchtigen Material Aluminium-Pulver enthalten. Die Größe der Partikel, die die Aluminium-Pulver zusammensetzen, können über einen beträchtlichen Bereich variieren. Zum Beispiel können die Bestandteile des Aluminiumpulvers von Kugelgestalt sein und einen äquivalenten mittleren Kugeldurchmesser von weniger als 4 Mikron aufweisen, wie dies in dem US-Patent 4,537,632 beschrieben ist oder sie können als zerstäubtes Aluminiumpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 5 bis 10 Mikron vorliegen, wie dies von Allen in dem US-Patent 3,248,251 beschrieben ist. Darüber hinaus kann ein Aluminiumpulver mit einem größeren mittleren Teilchendurchmesser oder eine Mischung von in ihren Teilchendurchmessern großen und kleinen Pulvern eingesetzt werden. In gleicher Weise müssen die Pulver, die das flüchtige Material bilden, nicht und sind es auch in der Regel nicht aus Partikeln mit jeweils demselben Teilchendurchmesser aufgebaut sein, sondern weisen Teilchen in einem weiten Bereich von Partikelgrößen auf.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Bindemittel Mischungen von flüchtigem Material, wie ein Harz, und ein Metallpartikel, wie Aluminium, in den jeweiligen verschiedenen Bereichen und Größenverhältnissen aufweisen. Große oder kleine Hohlräume werden abhängig von der Größe des flüchtigen Materials erzeugt. Falls es gewünscht ist, kann das flüchtiges Material von verschiedener Größe in der Beschichtung entsprechend geordnet eingesetzt werden, so daß die Größe der Poren von einer Seite der Beschichtung zur anderen Seite der Beschichtung anwachsen (oder sich verringern) kann.
Es ist aber zu anzumerken, daß es in Übereinstimmung mit der Lehre der Erfindung nicht notwendig ist, Metallpartikel als Teil des Bindemittels einzusetzen. Wenn jedoch Metallpigmente zusammen mit dem flüchtigen Material eingesetzt werden, dann führt das Erwärmen auf eine Aushärtetemperatur von ungefähr 482 bis 1149 Grad Celsius (900 bis 2100 Grad Fahrenheit) dazu, daß die Beschichtung elektrisch leitend und thermisch leitend wird. Wenn diese Wärmebehandlung in einer nicht-oxidierenden Umgebung ausgeführt wird, dann kann das Metallpulver zusammenschmelzen, um eine poröse, metallurgisch gebondete Schicht zu bilden. Dies ist eine sehr erwünschte Eigenschaft, die den Beschichtungen der Erfindung zu eigen ist.
Es ist ebenfalls möglich, die poröse Beschichtung "freistehend" zu gestalten. Eine solche Struktur kann dadurch erhalten werden, indem die poröse Beschichtung auf einem Träger erzeugt wird, wobei dann anschließend der Träger durch thermische, chemische oder physikalische Mittel entfernt wird. Eine solche "freistehende" poröse Struktur kann dann beispielsweise als Filter, Siedeschicht oder katalytische Schicht eingesetzt werden.
Das Medium, welches das flüchtige Material und optional die Metallpartikel enthält, kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aus einer Vielzahl von Flüssigkeiten ausgewählt werden, die im Sinne von und für den Zweck der Erfindung im allgemeinen als "Bindemittel" bezeichnet werden. Diese Bindemittel können Bindemittel des "Phosphattyps" sein, das heißt wässrige saure Phosphatlösungen. Diese weisen im allgemeinen einen geringen pH-Wert im Bereich zwischen 0 und 4.0 auf.
Es kann festgestellt werden, daß die hier eingesetzten Harze flüchtig sind und die Poren der Beschichtung erzeugen, wie dies obenstehend erläutert worden ist: das Harz ist Teil der Beschichtung und/oder erzeugt keine Poren in der Beschichtung.
Eine andere Klasse von geeigneten Bindemitteln, die bei der vorliegenden Erfindung sinnvoll eingesetzt werden können, umfassen Phosphationen und Chromat- und/oder Molybdat-Ionen. Eine Vielzahl von solchen Phosphat-Bindemitteln sind bekannt, z.B. Kirk und Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 2nd ed., Vol 13, Interscience Publishers, John Wiley & Sons Inc., 1969 (Seiten 292 bis 303) beschreiben Phosphat- und Chromat-Beschichtungen. Die Patentliteratur der USA beschreibt Beschichtungslösungen oder -dispersionen für Schutzbeschichtungen von Metallen, deren Zusammensetzung als Bindemittel zur Benutzung hier geeignet sind. Solche Verbindungen sind beschrieben in den US- Patenten von Allen (3,248,251), von Brumbaugh (3,869,293), von Collins (3,248,249), von Wydra (3,857,717), von Boies (3,081,146), von Romig (2,245,609), von Helwig (3,967,984), von Bennetch (3,443,977), von Hirst (3,562,011) und anderen. Auf die dortigen Offenbarungen wird hier ausdrücklich Bezug genommen. Diese Bindemittel sind saure Bindemittel.
Andere geeignete Bindemittel für diese Erfindung sind Silika enthaltende organische oder anorganische Flüssigkeiten. Geeignete Bindemittel sind wasserlösliche Alkalimetall-Silikate wie Kalium- und Natrium-Silikat. Diese Silikate können ebenfalls Alkylsilikate (zum Beispiel niedere Alkylsilikate) wie Äthylsilikate umfassen. Andere geeignete Bindemittel umfassen Lithiumsilikate wie Lithiumpolysilikat. Andere geeignete Bindemittel sind Silikasole wie kolloidale Silika, die unter den Markennamen Nalcoag, Ludox, Nycol und anderen verkauft werden. Boehmit-Aluminiumoxid-Dispersionen sind auch geeignet.
Die anorganischen Bindemittel können teilweise organische Harze wie Silikone, Phenolharze, wobei in dem Fall das flüchtige Material nicht durch Mittel entfernt werden sollte, die ebenfalls das Bindemittel entfernen, wie dies Wärme oder Lösungsmittel tun. Wie bereits oben beschrieben, ist das Bindemittel resistent gegenüber Mitteln zur Entfernung des flüchtigen Materials.
Die Silikatbindemittel sind im allgemeinen vom pH-Wert her basisch, das heißt, sie bilden eine Lösung oder Dispersion, deren pH-Wert im Bereich zwischen 8 und 13 liegt Die pH-Werte von Silika- und Silikat-Bindemitteln, die in Verbindungen der Erfindung eingesetzt werden können, variieren zwischen leicht sauer bis stark alkalisch, d.h. über einen pH-Wert-Bereich zwischen 3,5 und 13. Der pH-Wert in dem Bindemittel/Pigment-Gemisch kann in diesem Bereich sein. Es ist dennoch wichtig, den pH-Wert zu betrachten, da gewisse flüchtige Materialien sauer- oder alkalisensitiv sein können und entsprechend reagieren oder sich auflösen. Die Mittel zur Entfernung des flüchtigen Materials sollten das Bindemittel nicht beeinträchtigen. Wenn das flüchtige Material ein Acryl-Harz (oder ein Methacrylharz) ist, welches bekannt ist, in Ketonen löslich zu sein, dann muß das Bindemittel so ausgewählt werden, daß es gegenüber Ketonen resistent ist, und ein Alkylsilikat-Bindemittel würde nicht ausgewählt werden. In ähnlicher Weise könnte ein Alkalisilikat dehydriert werden und durch Hinzufügung eines Ketons zu einer ungehärteten Beschichtungsschicht ausgefällt werden kann.
In Übereinstimmung mit der Erfindung können die Bindemittel, die das flüchtige Material enthalten, andere Pigmente wie Metallpulver, Keramikoxide und/oder andere Harze umfassen. Solche zusätzlichen Bestandteile sind im Stand der Technik und aus den oben genannten anhängigen Patentanmeldungen bekannt.
Es ist anzumerken, daß in Übereinstimmung mit der Erfindung zusätzlich zu den flüchtigen Materialien ein anderes weiteres Harz benutzt werden kann, welches unter den Bedingungen nicht flüchtig ist, unter denen das flüchtige Material behandelt wird, um es aus der Beschichtung zu entfernen.
Eine sehr wünschenswerte Bindemittelzusammensetzung, die ein nicht-flüchtiges Harz zusätzlich zu dem flüchtigen Material in Übereinstimmung mit der Erfindung aufweist, ist ein Bindemittel, welches (zusätzlich zu dem Phosphat/Chromat) ein Flourharz und ein Acrylharz aufweist. Wenn die Beschichtung einer Temperatur von ungefähr 371 Grad Celsius (700 Grad Fahrenheit) ausgesetzt wird, um das Aushärten der Beschichtung zu bewirken, wird das flüchtiges Material (in diesem Fall Acrylpartikel) "ausgebrannt" und aus der Beschichtung entfernt. Der dabei gebildete Film ist ein geeigneter Fluorharzprimer, der eine herausragende Adhäsion und eine große formschlüssige Oberfläche aufweist. Dies ist eine Erläuterung zu einem Aspekt der Erfindung, bei der ein unlösliches Harz benutzt wird, welches im Hinblick auf die Aushärtetemperatur resistent ist, bei der das flüchtige Material aus der Beschichtung entfernt oder verdampft wird. Andere ähnliche Verbindungen können entsprechend von jedem Fachmann zusammengestellt werden.
Bei dem Verfahren der Herstellung des beschichteten Artikels, der gemäß der Erfindung hergestellt wird, wird das Bindemittel ebenfalls gesondert hergestellt, wie z.B. das Bindemittel, welches Phosphorsäure und Chromsäure aufweist. Während des Mischens und den darauf folgenden Schritten, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird das Metallpulver, wie Aluminiumpulver, und das flüchtige Material, wie Acrylatharz, hinzugefügt. Die wässrige Beschichtungverbindung wird gut durchmischt und auf die zu beschichtende Oberfläche mit einem beliebigen Verfahren aufgetragen, wie das Eintauchen, das Aufsprühen (Spritzpistole) oder jedem anderen geeigneten Verfahren nach dem Stand der Technik. Wenn einige bestimmte Teile der Metallplatte nicht zu beschichten sein sollten, werden diese in Übereinstimmung mit den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik abgedeckt.
Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, daß die Metallplatte, wie die Aluminiumplatte, gut gereinigt und dann der üblichen Oberflächenvorbehandlung unterzogen werden sollte, wie z.B. durch Dampfreinigung oder dem thermischen Entfetten durch ein Aufheizen auf 343 ± 14 Grad Celsius (650 ± 25 Grad Fahrenheit) für 30 Minuten. Es ist ebenfalls üblich, die Platte mit einem 80-120 mesh Aluminiumoxid Kornsand mit 20 bis 30 psi (Pfund pro Quadratzoll) mit einer Druckluftpistole sandzustrahlen und dann verbleibende Körner zu entfernen.
Die aufgetragene Beschichtung kann dann bei einer geeigneten Temperatur von z.B. 79 Grad Celsius (175 Grad Fahrenheit) für 15 Minuten luftgetrocknet werden und dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Das Auftragen der Beschichtung kann auf der getrockneten Beschichtung wiederholt werden, solange es wünschenswert oder sinnvoll ist. Nachdem die Beschichtung getrocknet ist, wird das Aushärten der Beschichtung und das Entfernen des flüchtigen Materials (wenn es thermisch entfernt wird) durchgeführt.
Im Allgemeinen wird die Aushärtetemperatur im Bereich zwischen 149 Grad Celsius (300 Grad Fahrenheit) bis ungefähr 815 Grad Celsius (1500 Grad Fahrenheit) gewählt und diese für eine für das Aushärten ausreichende Zeit aufrechterhalten, wobei 30 Minuten Aushärtezeit ausreichende Ergebnisse bringt. Dabei wird eine Aushärtetemperatur von 343 ± 14 Grad Celsius (650 ± 25 Grad Fahrenheit) für 30 Minuten bevorzugt. Dies gilt insbesondere für Phosphatbindemittel, die Acrylat oder Methacrylat-Harzpartikel als flüchtige Partikel enthalten.
Wie oben beschreiben kann jedes Metall oder jede Legierung oder jedes auf einem Metall basierende Material oder Fläche mit der Beschichtung gemäß der Erfindung beschichtet werden. Für Wärmetauscher werden bevorzugt Platten eingesetzt, die aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen. Die Dicke der Aluminiumplatte kann von jeder gewünschten Dicke sein. Andere Metall- Aluminium-Platten, die in Übereinstimmung mit der Erfindung beschichtet worden sind, haben eine Dicke von ungefähr 0,182 Zentimeter (0,072 Zoll) und andere Platten hatten eine Dicke zwischen 0,012 und 0,508 Zentimeter (0,005 und 0,200 Zoll). Es ist klar, daß abhängig von dem gewählten Anwendungsfall die Metallplatte eine unterschiedliche Dicke und natürlich unterschiedliche Größen oder Formen aufweisen kann. Die Beschichtungsdicke kann zwischen ungefähr 0,0025 Zentimeter (0,001 Zoll) und 0,254 Zentimeter (0,100 Zoll) mit dem Anwendungsfall variieren. Für einige Anwendungen ist eine Dicke von ungefähr 0,038 Zentimeter ± 0,005 Zentimeter (0,015 Zoll ± 0,002 Zoll) wünschenswert.
Bei der Herstellung von Wärmetauschern sind solche Platten üblicherweise durch Löten bei geeigneten Temperaturen wie 621 Grad Celsius (1150 Grad Fahrenheit) durch Verfahren miteinander verbunden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Wärmetauscher aus Tafeln, die in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, weisen einen außerordentlich hohen Wärmeübertragungswirkungsgrad auf.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und sind in keiner Weise für die Erfindung beschränkend ausgewählt. Es wird einsichtig sein, daß jeder Fachmann andere Beispiele finden kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Beispiel 1

Ein wässriges saures Bindemittel wird hergestellt durch das Vermischen folgender Bestandteile:
Bindemittel A
1683 gm vollentsalztes Wasser
151,5 gm Magnesiumoxid
192 gm Chromsäure
780 gm 85 % Phosphorsäure.
Das Bindemittel wird in einem Dispersator für eine ausreichende Zeit gut durchgemischt, um die vollständige Durchmischung zu erhalten, und anschließend wird das Gemisch wie folgt vermischt:
2153 ml Binder A
47 ml vollentsalztes Wasser
1577 gm Aluminiumpulver (Scrren - 325 mesh)
Die Bestandteile des wässrigen Bindemittels werden gut durchgemischt und dann werden 1,410 gm Acrylpulver (Lucite, grade 4F) hinzugefügt.
Das Acrylpulver wird mit den flüssigen Bestandteilen gut durchgemischt. Die flüssige Lösung weist einen pH-Wert zwischen 2,15 und 2,25 auf, die Viskosität beträgt zwischen 11, 7 und 12,2 Sekunden, (#3 Zahn cup), und die Dichte beträgt 1,36. Der Anteil an Feststoffen (im Gewicht) bei 176 Grad Celsius (350 Grad Fahrenheit) beträgt 64,6 und der Anteil an Feststoffen bei 454 Grad Celsius (850 Grad Fahrenheit) beträgt 41,0.
Das Acrylharz Lucite ist ein Produkt der Firma DuPont de Nemours & Company. Das Methylmethacrylat-Acryl-Harz ist ein weißes transparentes thermoplastisches granuläres Pulver. Es weist die folgende Sieblinie auf:
+100 mesh 5,9 (Gewichtsprozent)
-100 +200 mesh 54,2 (Gewichtsprozent)
-200 +270 mesh 33,1 (Gewichtsprozent)
-270 +325 mesh 3,2 (Gewichtsprozent)
-325 mesh 3,6 (Gewichtsprozent)
Zu beschichtende Aluminiumplatten mit einer Fläche von 76,2 mal 203,2 mal 0,182 Zentimeter (30 mal 80 mal 0,072 Zoll) werden dampfentfettet. Die Platten können auch thermisch entfettet werden, indem sie auf 343 ± 14 Grad Celsius (650 ± 25 Grad Fahrenheit) für 30 Minuten erhitzt werden. Es ist dann vorteilhaft, die Oberfläche der Aluminiumplatte vorzubereiten. Eine Seite der Aluminiumplatte wird mit einem 90-120 mesh Aluminatkorn bei 20 bis 30 psi (Pfund pro Quadratzoll) mit einer Druckluftpistole gesandstrahlt und anschließend verbleibende Reste entfernt. Stellen der Platte, die nicht oberflächenbehandelt werden sollen, werden durch Masken abgedeckt.
Die Aluminumplatten werden mit der wässrigen Beschichtungslösung besprüht, um eine glatte feuchte Beschichtung auf der gesamten Oberfläche zu erzeugen.
Die Oberfläche wird dann bei 79 Grad Celsius (175 Grad Fahrenheit) für 15 Minuten an der Luft getrocknet und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Eine zusätzliche Schicht der Beschichtung wird dann aufgetragen. Die feuchte Beschichtung wird dann bei 343 ± 14 Grad Celsius (650 ± 25 Grad Fahrenheit) für 30 Minuten ausgehärtet. Dann können zusätzliche Schichten der Beschichtung aufgetragen und ausgehärtet werden.
Die (vier) Platten werden kann bei 621 Grad Celsius (1150 Grad Fahrenheit) vakuumgelötet, um die Platten in einer geschichteten Struktur zu kombinieren.
Eine Prüfung der einzelnen Platten zeigt, daß die Porengröße ungefähr zwischen 30 und 50 Mikron beträgt. Die Poren sind innen durchgehend miteinander verbunden und vermascht. Die Gesamtporosität der Beschichtung beträgt ungefähr 50 bis 60 Prozent.
Die beschichteten Platten weisen einen erstaunlich hohen Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung gegenüber konventionellen Produkten auf.
Von dieser Beschichtung sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen (REM-Aufnahmen) aus verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlicher Vergrößerung aufgenommen worden. Diese Aufnahmen sind Gegenstand der Fig. 1 bis 3. Die Fig. 1 zeigt eine REM-Aufnahme der Beschichtung bei 50-facher Vergrößerung in einem Winkel von 45 Grad zur Beschichtung.
Die Fig. 2 und 3 zeigen REM-Aufnahmen der Beschichtung bei 150-facher und 1000-facher Vergrößerung in einem Winkel von 45 Grad zur Beschichtung.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen optische Aufnahmen der Querschnitte der Beschichtung bei 50-facher, 100-facher, 200-facher und bei 4000-facher Vergrößerung. Die Träger waren im Vakuum mit Harz imprägniert worden, so daß eine genaue Montage und korrekte Polierarbeiten durchgeführt werden konnten. In der Fig. 9 sind die Aluminium-Partikel sichtbar.

Beispiel 2

Eine Beschichtung ist durch das Mischen folgender Bestandteile hergestellt worden.
500 ml Kalium-Silikat-Lösung, SiO&sub2;/K&sub2;O = 2,5, Dichte: 1,27 kg/l (10,6 lbs/gal [Pfund pro Gallone]), (Kasil #I, PQ Corp)
500 ml vollentsalztes Wasser
800 gm Aluminiumpulver, durchschnittliche Korngröße 5 bis 10 Mikrometer
700 gm granuläres thermoplastisches Acrylharz (Lucite grade 4F)
Die Beschichtung wurde durch ein langsam laufendes Propellermischwerk hergestellt, dann wurde sie auf entfettete gesandstrahlte Aluminiumplatten aufgetragen. Die Beschichtung wurde für vier Stunden bei 23,8 Grad Celsius (75 Grad Fahrenheit) getrocknet und für zwei Stunden bei 523 Grad Celsius (975 Grad Fahrenheit) thermisch behandelt, um eine hervorragende Wärmeübertragungsoberfläche zu schaffen.
Die Fig. 4 und 5 zeigen REM-Aufnahmen der Beschichtung von Beispiel 2 bei 100-facher und bei 750-facher Vergrößerung in einem Winkel von 45 Grad zu der Beschichtung.
Bei einer anderen Vorgehensweise wurde die getrocknete Beschichtung in 1,1,1- Trichloräthan für zwei Stunden dampfentfettet, um die Harzpartikel aufzulösen und um die poröse wärmeübertragende Oberfläche zu schaffen.

Beispiel 3

Die folgende Bindemitteldispersion wurde angesetzt:

Bindemittel 3

890 ml vollentsalztes Wasser
6 ml konzentrierte Salpetersäure
90 gm Boehmit-Aluminat (Catapal SB Conoco Chemicals)
Die Bestandteile sind mit einem langsam laufenden Propellermischwerk gemischt worden, bis sich das Aluminat verteilt hatte. Nach der Dispersion war die Bindemitteldispersion eine wasserverdünnte durchscheinende Flüssigkeit
Die folgende Beschichtungsverbindung ist hergestellt worden:
900 ml Bindemittel 3
40 gm Polypropylenpulver, -100 mesh Armstrong PP11000-N
14 gm Polyäthylenpulver, Micro Powders MPP-620XF
0,4 gm Fluortensid FC-95, 3M Company
Die Bestandteile der Mischung sind in einem Hochgeschwindigkeitsmischwerk für fünfzehn Minuten gemischt und dann auf einen Aluminablock aufgetragen worden. Der Block ist auf 260 Grad Celsius (500 Grad Fahrenheit) aufgeheizt worden, um die Beschichtung zu bilden und um die Polyolefin-Pigmente zu verdampfen, um die poröse Struktur zu bilden. Der beschichtete Block wurde dann in eine verdünnte Platinsalzlösung eingetaucht, für dreißig Minuten auf 232 Grad Celsius (450 Grad Fahrenheit) erhitzt, um die katalytische Struktur auszubil-. den.
Anstelle von Platin kann jedes andere Edelmetall eingesetzt werden, um eine hervorragende katalytische Struktur zu bilden.

Beispiel 4

Eine Beschichtung ist durch das Mischen folgender Bestandteile hergestellt worden.
100 ml Natriumsilikatlösung SiO&sub2;/Na&sub2;O = 2,9, Gewicht je Gallone = 12,3 lbs [Pfund], "K" Silikat (PQ Corporation)
50 ml vollentsalztes Wasser
50 gm zerstäubtes Aluminiumpulver, durchschnittliche Korngröße 5 Mikrometer
80 gm zerstäubtes Aluminiumpulver, -325 mesh Alcan MD-101
40 gm Acrylharz, 5 bis 20 Mikrometer Partikelgröße
Die Beschichtungsverbindungen wurden durch ein langsam laufendes Rührwerk gemischt und dann auf rostfreie Stahlscheiben aufgesprüht. Nach dem Trocknen sind die Schreiben für zwei Stunden auf 398,8 Grad Celsius (750 Grad Fahrenheit) aufgeheizt worden, um das Acrylharz zum Zerfall zu bringen. Die daraus resultierende poröse Struktur bildet ein geeignetes abschleifbares Dichtungsmaterial

Beispiel 5

Eine Beschichtung ist durch das Mischen folgender Bestandteile hergestellt worden.
500 ml Bindemittel A (Beispiel 1)
250 ml Polytetrafluoräthylendispersion (T-30, DuPont)
60 gm Polytetrafluoräthylenpulver mit 3 bis 4 Mikrometer durchschnittlicher Partikelgöße (Hostaflon TFVP 9202)
150 gm Acrylharz (Lucite grade 4F)
Die Beschichtungsverbindungen wurden durch ein langsam laufendes Propellermischwerk gemischt. Dann ist das Gemisch auf Stahlplatten aufgesprüht, luftgetrocknet und anschließend bei 371 Grad Celsius (700 Grad Fahrenheit) für eine Stunde gehärtet worden. Die Höhe der Aushärtungstemperatur verschmolz das PTFE in einen Film, der in der Chromat/Phosphat-Bindemittel-Matrix eingebettet ist. Das Acrylharz zersetzte sich und bildete dabei eine poröse, rauhe Fläche großer Oberfläche, die geeignet ist, um PTFE-Beschichtungen zu anzubonden.

Beispiel 6

Eine Beschichtung ist durch das Mischen folgender Bestandteile hergestellt worden.
500 ml Kaliumsilikatlösung SiO&sub2;/K&sub2;O-Verhältnis 2,5, Dichte 1,27 kg/l (10,6 lbs/gal [Pfund pro Gallone]) (Kasil #I, PQ Corp.)
300 ml destilliertes Wasser
600 gm Kobaltoxid (Co&sub3;O&sub4;)
250 gm Polyphenylensulfidharz (V-I grade - Phillips Petroleum)
Die Beschichtung wurde auf Stahlflächen aufgebracht und fur 24 Stunden luftgetrocknet. Die Beschichtung wurde dann für 12 Stunden auf 537,7 Grad Celsius (1000 Grad Fahrenheit) aufgeheizt, um die Polyphenylensulfide zu zersetzen. Die Beschichtung zeigte hervorragende optische Eigenschaften, i.e. eine hohe Kapazität, infrarotes Licht zu absorbieren.
Obwohl nun die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, wird festgehalten, daß an diesen jederzeit Veränderungen gemacht werden können und das einige Merkmale hinzugefügt oder weggelassen werden können, ohne daß dies vom Rahmen und Inhalt der Erfindung wegführen würde.
Andere geeignete Materialien umfassen anorganische Materialien, die aus dem Bindemittel in Übereinstimmung mit der oben stehenden Offenbarung entfernt werden können. Bevorzugt werden dabei anorganische Salze, die in organischen Lösungsmitteln oder in wässrigen Lösungsmitteln mit einem pH-Wert löslich sind, der das Bindemittel nicht beeinträchtigt

Claims

1. Produkt, das sich insbesondere für den Wärmeaustausch eignet und das eine poröse Beschichtung umfaßt, in der durch das Entfernen eines flüchtigen Materials Poren ausgebildet sind, wobei das Produkt eine Metalloberfläche aufweist, auf die eine ausgehärtete poröse Beschichtung aufgebracht ist, die ein anorganisches Bindemittel umfaßt, das aus einer Gruppe von Phosphat-, Chrom-, Alkali-Silikat-Bindemitteln, Silikat-Solen und Boehmit-Aluminium-Lösungen und Molybdän-Bindemitteln ausgewählt ist, wobei die Beschichtung zusammenhängende Poren, die zur Oberfläche der Beschichtung und zum Substrat hin offen sind, umfaßt, und die Poren durch Entfernen von Teilchen aus flüchtigem Material aus der Beschichtung gebildet sind.

2. Produkt nach Anspruch 1, bei dem das Bindemittel ein thermisch ausgehärtetes Phosphatbindemittel ist.

3. Produkt nach Anspruch 1, das eine Vielzahl von beschichteten Aluminiumplatten umfaßt, die zusammengelötet sind, um ein Schichten aufweisendes Produkt zu bilden.

4. Produkt nach Anspruch 1, bei dem das Bindemittel ferner ein synthetisches Polymer umfaßt, das an der Ausbildung der Porosität nicht beteiligt ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines mit einer porösen Beschichtung versehenen Metalls, bei dem ein metallisches Substrat einer flüssigen Zusammenstellung ausgesetzt wird, die eine Mischung aus einem anorganischen Bindemittel aufweist, das aus einer Gruppe von Phosphat-, Chrom-,Alkali-Silikat-Bindemitteln, Silikat-Solen und Boehmit-Aluminium-Lösungen und einem flüchtigen Material ausgewählt ist; das beschichtete Substrat Mitteln zum Entfernen des flüchtigen Materials aus dem Bindemittel ausgesetzt wird; das flüchtige Material entfernt wird; und Poren an dessen Stelle ausgebildet werden, wodurch ein mit einer porösen Beschichtung versehenes metallisches Substrat hergestellt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Mittel zum Entfernen des flüchtigen Materials unter thermischen Mitteln und Extrahieren mittels eines Lösungsmittels für das flüchtige Material ausgewählt werden.