DE69620699T2

DE69620699T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von porösen Metallplatten

Info

Publication number: DE69620699T2
Application number: DE69620699T
Authority: DE
Inventors: Koji Hoshino; Toru Kohno; Yoshitaka Mayuzumi
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: EP0765704A2; EP0765704A3; DE69620699D1; EP0765704B1; KR970073821A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Apparaturen zur Herstellung von gesinterten porösen Metallplatten, die für Filter, Substrate von Elektroden von Sekundärbatterien und ähnliches verwendet werden.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Poröse Metallplatten, die ein dreidimensionales Netzwerk-Gerüst umfassen und eine hohe Porosität aufweisen, werden für Elektroden für Batterien, verschiedene Filter und katalytische Träger verwendet.
Verfahren des Stands der Technik zur Herstellung solcher poröser Metallplatten schließen ein: ein Verfahren, bei dem ein leitfähiger Polyurethan-Schaum nach dem Plattieren gebrannt wurde (japanisches ungeprüftes Patent 4-2759); ein Verfahren, bei dem Metallpulver an einen Urethan-Schaum haftet, der mit einem Klebstoff beschichtet ist, und sie gebrannt werden (japanisches ungeprüftes Patent 3-188203); und ein Verfahren, bei dem ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt unter Druck in einen Behälter injiziert wird, der ein feines wasserlösliches kristallines Pulver enthält, und das wasserlösliche kristalline Pulver durch Waschen mit Wasser nach Verfestigen des Metalls entfernt wurde (japanisches ungeprüftes Patent 59-1651).
Die auf Plattieren basierende Methode, beschrieben im japanischen ungeprüften Patent 4-2759, hat jedoch eine beschränkte Metall-Zusammensetzung, und daher ist ihre Verwendung beschränkt. Weiter bildet sich sowohl in der Methode des ersten, wie auch des zweiten Dokuments ein Hohlskelett aufgrund von Abbrennen des Harzes, resultierend in einer Abnahme des effektiven Raumvolumens. Darüber hinaus kann nach der in dem japanischen ungeprüften Patent 59-1651 offenbarten Methode eine poröse Struktur mit einer Porengröße von weniger als 100 um kaum erhalten werden, und daher hat der resultierende poröse Artikel eine kleinere spezifische Oberfläche.
Dokument US-A-5 213 bt 2 offenbart die Herstellung einer porösen Metallplatte durch ein Verfahren, umfassend die Schritte Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung; Formen davon, Schäumen und Trocknen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode und einer Apparatur zur Herstellung einer gesinterten porösen Metallplatte mit einem großen Grad an Freiheit hinsichtlich der Metall-Zusammensetzung und einer großen spezifischen Oberfläche.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens mit einer Apparatur zur Herstellung eines ungesinterten Metall-Schaums als Zwischenprodukt der gesinterten porösen Metallplatte.
In Übereinstimmung mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte definiert, welches die Schritte umfasst: Aufschlämmungs-Herstellungsschritt zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung, die ein Metallpulver enthält; Formungsschritt zum Formen der schäumbaren Aufschlämmung zu einem Plattenformteil; Schäumungsschritt zum Schäumen des Plattenformteils; und Trocknungsschritt zum Trocknen des Plattenformteils nach dem Schäumen.
Die schäumbare Aufschlämmung kann Metallpulver, ein Schäumungsmittel, einen wasserlöslichen harzigen Binder und einen oberflächenaktiven Stoff umfassen.
Bevorzugt umfaßt das Verfahren weiter einen Brennschritt zum Entfetten des getrockneten Plattenformteils nach dem Trocknungsschritt.
Der Brennschritt kann ein Schritt zum Sintern des Plattenformteils einschließen.
Bevorzugt wird die schäumbare Aufschlämmung mit einer Rakelmethode im Formungsschritt geformt. Die Rakelmethode verwendet zwei Rakel, die voneinander in einem vorherbestimmten Abstand getrennt sind.
Im Aufschlämmungs-Herstellungsschritt werden eine erste wässrige Lösung, enthaltend ein Schäumungsmittel, einen oberflächenaktiven Stoff und einen wasserlöslichen harzigen Binder, und eine zweite wässrige Lösung, enthaltend Metallpulver und einen wasserlöslichen harzigen Binder, separat hergestellt, und die erste wässrige Lösung und die zweite wässrige Lösung werden zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung unmittelbar vor dem Formungsschritt gemischt.
Im Schäumungsschritt wird das in der schäumbaren Aufschlämmung enthaltende Schäumungsmittel unter hoher Feuchtigkeit von 65% oder mehr geschäumt.
Der Trocknungsschritt ist ein Bestrahlungs-Trocknungsschritt mit Ferninfrarot.
Bevorzugt bewirkt der Formungsschritt das Formen des schäumbaren Plattenformteils auf einer Trägerfolie.
Vor dem Formungsschritt wird ein Trennfilm, der im Brennschritt gebrannt werden kann, zuvor auf der Trägerfolie vorgesehen. Genauer umfasst der Trennfilm ein Polyurethanharz.
In Übereinstimmung mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Apparatur zur Herstellung einer gesinterten porösen Metallplatte in Anspruch 10 definiert, und umfasst ein Aufschlämmungs-Herstellungsmittel zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung, enthaltend mindestens Metallpulver, ein Schäumungsmittel und ein flüssiges Medium; ein Formungsmittel zum Formen der schäumbaren Aufschlämmung, der von dem Aufschlämmungs-Herstellungsmittel zugeführt wird, in einen Plattenformteil; ein Schäumungsmittel zum Schäumen des Plaltenformteils aus der schäumbaren Aufschlämmung; und ein Trocknungsmittel zum Trocknen des porösen Artikels, wobei diese Mittel in Reihe durch ein Transportmittel zusammengeschlossen sind.
Das Transportmittel umfasst eine kontinuierliche Trägerfolie.
Bevorzugt wird ein Entfettungsmittel nach dem Trocknungsmittel zum Entfetten des getrockneten Plattenformteils vorgesehen. Bevorzugter hat das Entfettungsmittel eine Trägerfolie.
Ein geeignetes Sintermittel kann nach dem Entfettungsmittel zum Sintern des entfetteten Plaltenformteils vorgesehen werden.
Bevorzugt umfasst das Formungsmittel ein Rakelmittel. Das Rakelmittel umfasst zwei Rakel.
Bevorzugt umfasst das Aufschlämmungs-Herstellungsmittel ein Mischmittel für die erste wässrige Lösung zum Mischen einer ersten wässrigen Lösung, enthaltend das Schäumungsmittel, das oberflächenaktive Mittel und den wässrigen harzigen Binder, und ein Mischmittel für die zweite wässrige Lösung zum Mischen einer zweiten wässrigen Lösung, enthaltend das Metallpulver und den wässrigen harzigen Binder, abgetrennt von dem Mischmittel für die erste wässrige Lösung, und ein drittes Mischmittel zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung durch Mischen der ersten wässrigen Lösung und der zweiten wässrigen Lösung unmittelbar vor Durchführen des Formungsschritts.
Das Schäumungsmittel umfasst ein Mittel zur Aufrechterhaltung einer Atmosphäre mit einer Feuchtigkeit von 65% oder mehr.
Das Formungsmittel umfasst einen Aufschlämmungs-Behälter zur Aufbewahrung der schäumbaren Aufschlämmung, die aus dem Herstellungsmittel für die Aufschlämmung zugeführt wird, während einer kurzen Zeit, und ein Atomisierungsmittel für das flüssige Medium zur Verhinderung des Trocknens der Oberfläche der schäumbaren Aufschlämmung.
Das Schäumungsmittel umfasst einen Ofen mit einem Einlass und einem Auslass, die den Transportweg des Transportmittels umgeben, einen Wasserbehälter mit einem Thermostat, der in dem Ofen vorgesehen ist, einen Erhitzer zum Erhitzen des geformten Artikels, der entlang des Transportweges im Ofen vorgesehen ist, und einen Anti- Schwitzwasser-Erhitzer, der an der Ofeninnenwand vorgesehen ist,
Das Trocknungsmittel umfasst ein Ferninfrarot-Bestrahlungsmittel.
Ein Trennmittel-Beschichtungsmittel wird vor dem Formmittel vorgesehen, um einen Trennmittelfilm auf dem Transportmittel zu bilden. Das Trennmittel-Beschichtungsmittel umfasst eine Rakelmaschine und eine Trockenmaschine für das Trennmittel.
Das geeignete Sintermittel umfasst einen Tunnelofen und ein Transportmittel zum kontinuierlichen Transportieren des entfetteten Plattenformteils vom Einlass zum Auslass des Tunnelofens; und das Transportmittel umfasst eine Vielzahl von Trägerwalzen, die in Trägerrichtung in mindestens einem Teil des Tunnelofens rotieren. Die Trägerwalzen werden so kontrolliert, dass die Rotationsgeschwindigkeit allmählich entlang der Transportrichtung abnimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gesehen werden mss, wobei:
Fig. 1 ein Schnitt einer Apparatur zur Herstellung eines ungesinterten Metall-Schaums als Zwischenprodukt einer gesinterten porösen Metallplatte in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung des ungesinterten Metallschaums in der ersten Ausführungsform darstellt;
Fig. 3 ein Schnitt des Hauptteils eines Rakels mit zwei Rakeln darstellt, die in Fig. 1 gezeigt sind;
Fig. 4 ein Schnitt zur Darstellung des Betriebs des in Fig. 3 gezeigten Rakels ist;
Fig. 5A bis 5E Schnitte sind, die schematisch den Schäumungszustand unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit darstellen;
Fig. 6A bis 6E Schnitte sind, die schematisch den Schäumungszustand unter Bedingungen niedriger Feuchtigkeit darstellen;
Fig. 7 ein Schnitt des Hauptbereichs der Schäumungsapparatur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ein Schnitt des Hauptbereichs der Trocknungsmaschine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 9A bis 9D Schnitte sind, die schematisch die porösen Strukturen des gesinterten porösen Metalls zeigen, das durch eine erfindungsgemäße Methode erhalten wurde;
Fig. 10 ein Schnitt ist, der eine Apparatur zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Herstellung eines Kompositmaterials nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
Fig. 11 ein Schnitt ist, der schematisch die Konstruktion einer Aufschlämmungs- Kammer der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 12 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung einer gesinterten porösen Metallplatte der fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist; und
Fig. 13 ein Schnitt ist, der eine Apparatur zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung der gesinterten porösen Metallplatte der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die in Fig. 12 gezeigt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Erfindungsgemäß wird eine gesinterte poröse Metallplatte hergestellt, und ein ungesinterter Metall-Schaum wird ebenfalls als Zwischenprodukt der gesinterten porösen Metallplatte hergestellt.

Erste Ausführungsform

Als erste erfindungsgemäße Ausführungsform wird die Herstellung eines ungesinterten Metall-Schaums (oder einer Rohlingfolie) als Zwischenprodukt einer gesinterten porösen Metallplatte erläutert. Fig. 1 ist ein Schnitt einer Apparatur zur Herstellung eines ungesinterten Metall-Schaums in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren des ungesinterten Metall-Schaums in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform darstellt.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die Apparatur zur Herstellung des ungesinterten Metall- Schaums einen Bereich zum Herstellen und Trocknen eines Trennmittelfilms, einen Bereich zum Herstellen einer schäumbaren Aufschlämmung, einen Schäumungsbereich, einen Trocknungsbereich und einen Schneidebereich. Der ungesinterte Metall-Schaum wird durch das im Flussdiagramm von Fig. 2 dargestellte Verfahren hergestellt. D. h., der ungesinterte Metall-Schaum wird hergestellt durch einen Trennmittelfilm-Herstellungsschritt, einen Trennmittelfilm-Trocknungsschritt, einen Herstellungsschritt der schäumbaren Aufschlämmung, einen Formungsschritt, einen Schäumungsschritt, einen Trocknungsschritt und einen Schneideschritt.
Die in Fig. 1 gezeigte Apparatur zur Herstellung des ungesinterten Metall-Schaums arbeitet in Übereinstimmung mit der in Fig. 2 gezeigten Methode. Die Apparatur ist mit einer ersten Walze 20 und einer zweiten Walze 21 versehen, zwischen denen eine Trägerfolie 10 zugeführt wird. Die Trägerfolie 10 wirkt als Fließband, in dem sie sich zwischen der ersten Walze 20 und der zweiten Walze 21 bewegt. Von der ersten Rolle 20 zur zweiten Rolle 21 ist die Apparatur mit einem Trennmittel-Behälter 80, einer Trennmittel-Trocknungsmaschine 100, einem Aufschlämmungstank 30, einem Hochtemperatur-Anfeuchter 40 zum Schäumen und einer Trocknungsmaschine 50 versehen. Der Trennmittel-Behälter 80 ist ein rechteckiges Parallelepiped und kommt in Kontakt mit der oberen Seite der Trägerfolie 10 nahe der ersten Walze 20. Der Trennmittel-Tank 80 hat einen Rakel 90 an der rechten Wand. Der Rakel 90 ist so vorgesehen, dass die Lücke zur Trägerfolie 10 einstellbar ist. Auf diese Weise bilden der Trennmittel-Tank 80 und der Rakel 90 eine Rakelmaschine 1 l.
Jeder Schritt der in Fig. 2 gezeigten Methode wird unter Bezug auf jeden Bereich der in Fig. 1 gezeigten Apparatur erläutert.

Trennmittelfilm-Herstellung und -Trocknung

Wenn der Trennmittel-Tank 80 mit einem Trennbeschichtungsmaterial u gefüllt ist, das aus einem Urethanharz hergestellt ist, und die Trägerfolie 10 sich bewegt, wird das Trennbeschichtungsmaterial u aus der Lücke zwischen dem Rakel 90 und der Trägerfolie 10 extrudiert, wobei ein Beschichtungsfilm 2 mit einer gegebenen Dicke gebildet wird. Der Beschichtungsfilm 2 mit der Trägerfolie 10 bewegt sich zu der folgenden Trennmittel- Trocknungsmaschine 100 zum Trocknen und Verfestigen des Beschichtungsmaterials.
Die Dicke des Trennmittelfilms 2 kann durch die Lücke zwischen dem Rakel 90 und der Trägerfolie 10 eingestellt werden.
Die Trennmittel-Trocknungsmaschine 100 trocknet und verfestigt den auf der Trägerfolie 10 gebildeten Trennmittelfilm 2. Bevorzugte Beispiele für die Trennmittel- Trocknungsmaschine schließen eine Heißluft-Trocknungsmaschine und eine Ferninfrarotmaschine-Trocknungsmaschine ein. Der Trennmittelfilm 2 erleichtert das Abziehen der Rohlingfolie von der Trägerfolie. Der Trennmittelfilm 2 kann entfernt werden durch Brennen im Sinterschritt der Rohlingfolie. Weiter kann der Trennmittelfilm 2 als Trägerband für die Rohlingfolie verwendet werden.
Die trockene Rohlingfolie 10 kann leicht durch die Bildung des Trennmittelfilms 2 behandelt werden, wie unten angegeben. So sind der Urethan-Beschichtungsfilm- Herstellungsschritt und der Trocknungsschritt nicht immer für die vorliegende Erfindung notwendig.

Herstellungsschritt für die schäumbare Aufschlämmung und Formschritt

Im Herstellungsschritt für die schäumbare Aufschlämmung wird eine Aufschlämmung, enthaltend Metallpulver, einen wasserlöslichen harzigen Binder, ein Schäumungsmittel, einen oberflächenaktiven Stoff, Wasser und ähnliches hergestellt.
Im Formungsschritt wird die resultierende schäumbare Aufschlämmung zu einer Platte geformt. Eine bevorzugte Formungsmethode ist eine Rakelmethode, die später unter Bezug auf die Fig. 3 und 4 erläutert wird.
Obwohl der Herstellungsschritt für die schäumbare Aufschlämmung und der folgende Formungsschritt als zusammenhängender Schritt betrachtet werden, werden sie im folgenden als voneinander unabhängige Schritte erläutert.

A. Herstellungsschritt für die schäumbare Aufschlämmung

Ein Aufschlämmung-Behälter 30 ist ein rechteckiges Parallelepiped, der so angeordnet ist, dass er in Kontakt mit der oberen Seite der Trägerfolie vor der Trennmittel- Trocknungsmaschine 100 kommt. Über dem Aufschlämmung-Behälter 30 ist ein Mischer 110 für die schäumbare Aufschlämmung zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung S vorgesehen, die in den Aufschlämmung-Behälter 30 zugeführt wird. Der Mischer 110 für die schäumbare Aufschlämmung ist mit einem Kneter 112 zum Kneten der Rohmaterialien versehen, die von einer Vielzahl von Trichtern zugeführt werden, und mit einer Schäumungsmittel-Mischeinrichtung 113 zum Mischen eines Schäumungsmittels. Der Mischer 110 für die schäumbare Aufschlämmung mischt die vom Kneter 1 12 gekneteten Rohmaterialien mit Schäumungsmittel nach Mischen in der Mischungseinrichtung 113 für das Schäumungsmittel zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung S. Da die Komponenten der schäumbaren Aufschlämmung in zwei Flüssigkeiten aufgeteilt sind und die zwei Flüssigkeiten unmittelbar vor Zuführung der Mischung zum Rakel 60 gemischt werden, kann die Verdampfung des Schäumungsmittels verhindert werden.
Die Wand des Aufschlämmung-Behälters 30 stromabwärts von der Transportrichtung des Trägers hat einen Rakel 60. Die Lücke zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 10 wird zur Herstellung der Rohlingfolie 1A mit einer gewünschten Dicke eingestellt. Wenn der Aufschlämmung-Behälter 30 mit der schäumbaren Aufschlämmung S gefüllt wird, während die Trägerfolie bewegt wird, wird die schäumbare Aufschlämmung S aus der Lücke zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 10 extrudiert, so dass ein Plattenformteil mit einer gegebenen Dicke geformt wird. Der geformte Plattenformteil 1A bewegt sich auf der Trägerfolie 10 in Richtung auf den folgenden Befeuchter unter Erhitzen zum Schäumen.
Der Aufschlämmung-Behälter 30 ist bevorzugt mit einem Mechanismus zum Atomisieren eines flüssigen Mediums auf die Oberfläche der in Reserve gehaltenen Aufschlämmung S versehen aus dem folgenden Grund. Wenn die schäumbare Aufschlämmung S in dem Behälter S zugeführt wird, werden Luftbläschen B im Inneren der Aufschlämmung entlang der ursprünglichen Aufschlämmung-Oberfläche Ssu eingeschlossen wie in Fig. 4 gezeigt. Falls der geformte Plattenformteil aus der schäumbaren Aufschlämmung solche Luftblasen beinhaltet, werden unerwartete Poren basierend auf den Luftblasen in der porösen Metallplatte geformt. Da die Poren aus den Luftblasen von den durch das Schäumungsmittel gebildeten Poren unterschiedliche Porengrößen aufweisen, hat die poröse Metallplatte eine ungleichmäßige Zellstruktur. Die Luftblasen B werden in signifikantem Ausmaß eingeschlossen, wenn die Oberfläche der Aufschlämmung S im Behälter trocknet, da die Viskosität an der Oberfläche zunimmt und so die Luftblasen sehr schlecht freigesetzt werden. Wenn im Gegensatz dazu flüssiges Medium auf der Oberfläche der Aufschlämmung atomisiert wird, wie in Fig. 11 gezeigt, trocknet die Oberfläche des Behälters nicht, und so kann die ungleichmäßige Zellstruktur in der porösen Metallplatte verhindert werden. Das flüssige Medium kann kontinuierlich oder diskontinuierlich atomisiert werden, solange das Trocknen der Aufschlämmung- Oberfläche verhindert wird.
Das Metallpulver zum Bilden des ungesinterten Metall-Schaums in der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Aufgaben des Endprodukts ausgewählt werden. Wenn der Metall-Schaum für Elektroden verwendet wird, schließen Beispiele für das Metallpulver Pulver aus Sintermetall oder Legierungen wie Nickel, Kupfer, Eisen, rostfreie Stähle, Chrom, Kobalt, Gold und Silber ein. Die mittlere Partikelgröße des Metallpulvers ist bevorzugt 500 um oder weniger und bevorzugter 0,5 bis 100 um. Wenn die mittlere Partikelgröße des Metallpulvers bevorzugt 0,5 um oder weniger ist, wird das Porositätsverhältnis zu gering. Wenn andererseits die mittlere Partikelgröße 500 um oder mehr ist, hat die gesinterte poröse Metallplatte, erhalten durch Sintern des ungesinterten Metall-Schaums, keine ausreichende Festigkeit. Der Gehalt des Metallpulvers in der Aufschlämmung reicht von 5 bis 80 Prozent (Prozent nach Gewicht, im folgenden dasselbe) und bevorzugter 30 bis 80 Prozent.
Der wasserlösliche harzige Binder hält die Form des porösen Formteils nach dem Trocknungsschritt aufrecht. Der wasserlösliche harzige Binder wirkt auch als Viskositätsmodifikator der Aufschlämmung. Beispiele für den wasserlöslichen harzigen Binder schließen Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcelluloseammonium, Ethylcellulose und Polyvinylalkohol ein. Der Anteil des wasserlöslichen harzigen Binders liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 20 Prozent und bevorzugter zwischen 2 bis 10 Prozent. Wenn der Gehalt 0,5 Prozent oder weniger ist, hat der Trockenmetallformteil eine Stärke, die nicht ausreicht für die Behandlung.
Wenn andererseits der Gehalt 20 Prozent oder mehr ist, ist die Viskosität zu hoch, um den geformten Formteil zu erhalten.
Alle Schäumungsmittel, die zur Bildung von Poren aufgrund von Gasfreisetzung fähig sind, d. h. Verbindungen, die Gas durch Zersetzung bei einer vorherbestimmten Temperatur freisetzen, und flüchtige organische Lösungsmittel können verwendet werden. Beispiele für flüchtige organische Lösungsmittel schließen organische Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen ein. Diese organischen Lösungsmittel sind flüssig bei Raumtemperatur und Formen in Gegenwart des oberflächenaktiven Stoffs Micellen in der Aufschlämmung. Die organischen Lösungsmittel verdampfen bei Raumtemperatur und bei Erhitzen unter Bildung feiner Bläschen in der Aufschlämmung. Beispiele für organische Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen schließen Pentan, Neopentan, Hexan, Isohexan, Heptan, Isoheptan, Benzol, Octan und Toluol ein. Der Anteil des Schäumungsmittels liegt bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 10 Prozent und bevorzugter 0,5 bis 5 Prozent. Ein Anteil von weniger als 0,05 Prozent formt keine Bläschen in einer ausreichenden Menge für eine vorherbestimmte Porosität. Ein Anteil von mehr als 5 Prozent verursacht andererseits die Bildung von Micellen mit einer größeren Größe und daher die Bildung von größeren Bläschen, resultierend in einer Abnahme der Festigkeit des geformten Formteils und des gesinterten Schaums.
Der oberflächenaktive Stoff stabilisiert den Schäumungszustand und formt die Micellen des Schäumungsmittels. Beispiele für den oberflächenaktiven Stoff schließen ein ionische oberflächenaktive Stoffe wie Alkylbenzolsulfonat, α-Olefinsulfonat, Salze von Alkylschwefelsäureestern, Salze von Alkvletherschwefelsäureestern und Alkansulfonsäuresalze; und nichtionische oberflächenaktive Stoffe wie Polyethylenglykol- Derivate und polyvalente Alkohol-Derivate ein. Der Anteil des oberflächenaktiven Stoffs liegt im Bereich von 0,05 bis 5 Prozent und bevorzugt 0,5 bis 3 Prozent. Die Micellenbildung ist in einer Menge von weniger als 0,05 Prozent unstabil und daher werden feine Bläschen kaum in der Aufschlämmung gehalten. Andererseits erhöht eine Menge von mehr als 5 Prozent die oben angegebenen Effekte nicht.
Die erfindungsgemäße schäumbare Aufschlämmung kann einen Weichmacher, eine verbrennbare Substanz und ähnliches außer den oben angegebenen wesentlichen Komponenten enthalten.
Der Weichmacher wird zugegeben, um dem ungesinterten porösen Metall Plastizität zu verleihen. Beispiele für den Weichmacher schließen polyvalente Alkohole wie Ethylenglykol, Polyethylenglykol und Glycerin, Öle wie Sardinenöl, Rapsöl und Olivenöl; Ether wie Petrolether; und Ester wie Diethylphthalat, n-Butylphthalat, Diethylhexylphthalat, Dioctylphthalat, Sorbitanmonooleat, Sorbitantrioleat, Sorbitanpalmitat und Sorbitanstearat ein. Der Anteil an Weichmacher liegt bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 15 Prozent und bevorzugter 2 bis 10 Prozent. Ein Anteil von weniger als 0,1 Prozent verursacht keine ausreichenden weichmachenden Effekte, während ein Gehalt von über 15 Prozent keine zufriedenstellende Festigkeit des geformten Formteils verursacht. Bevorzugte Weichmacher sind Polyethylenglykol und Glycerin. Diese Weichmacher können die Porosität des geformten Formteils verbessern.
Die verbrennbare Substanz fördert die Porenbildung durch Verbrennen während des Brennschritts des trockenen geformten Formteils. Alle pulverigen und faserigen verbrennbaren Substanzen können verwendet werden. Im Detail werden Pulver von etwa 0,1 bis 200 um und Fasern mit einer Länge von 200 um oder weniger und bevorzugt 30 bis 120 um verwendet. Beispiele für die brennbare Substanz schließen Papierbrei, Baumwolle, Textilabfall, Maisstärke, Carboxymethylcellulose, wasserunlösliche Cellulosefasern, Polyvinylbutyralharze, Polyvinylharze, Acrylharze und Polyethylenharze ein.
Die schäumbare Aufschlämmung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann erhalten werden durch Mischen der oben angegebenen Komponenten. Obwohl die Reihenfolge des Mischens nicht beschränkt ist, ist es bevorzugt, dass das Schäumungsmittel zum Schluss zugegeben wird, um die Blasenbildung im Mischungsschritt zu vermindern. Nach Schäumen der Aufschlämmung nimmt die Fluidität der Aufschlämmung ab, und dieses resultiert in schlechten Formungseigenschaften. Die Zeit bis zum Beginn des Schäumens nach Zugabe des Schäumungsmittels kann jedoch durch die Art und Menge des Schäumungsmittels und die Temperatur der Aufschlämmung kontrolliert werden. So kann durch Optimieren dieser Parameter die Aufschlämmung zu einem ungesinterten porösen Metallteil mit einer vorherbestimmten Form geformt werden innerhalb einer Zeit, in der die Aufschlämmung noch Fluidität aufweist. Die Viskosität der Aufschlämmung ist bevorzugt 20000 cps bis 70000 cps und bevorzugter 30000 bis 55000 cps. Wenn die Viskosität bei einer Temperatur von 20ºC geringer ist als 20000 cps wird die poröse Struktur während des Trocknens zerstört. Wenn andererseits die Viskosität höher ist als 70000 cps, können die Formungseigenschaften aufgrund der hohen Viskosität schlecht sein.

B. Formungsschritt

Die in den oben beschriebenen Schritten hergestellte schäumbare Aufschlämmung wird zu einer Platte geformt. Eine geeignete Formungsmethode ist eine Rakelmethode.
Fig. 3 und 4 sind Schnitte des Hauptbereichs eines Rakels mit zwei Rakeln in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Rakeleinheit ist mit einer ersten Walze 20 mit einer aufgewickelten Trägerfolie 10 und der zweiten Walze 21 zum Aufwickeln der Trägerfolie 10 versehen (diese Walzen sind in Fig. 3 und 4 nicht gezeigt). Der Rakel 60 ist mit der rechten Wand des Aufschlämmung-Behälters 30 stromabwärts von der ransportrichtung der Trägerfolie verbunden, und eine einstellbare Lücke ist zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 10 vorgesehen. Die Dicke des geformten Formteils wird durch die Lücke zwischen ihnen eingestellt. Wenn die Aufschlämmung 30 mit der schäumbaren Aufschlämmung gefüllt wird, während die Trägerfolie 10 sich bewegt, wird die schäumbare Aufschlämmung S aus der Lücke unter Formen eines Plattenformteils 1A mit einer vorherbestimmten Dicke extrudiert. Der Plattenformteil 1A bewegt sich zur nächsten Schäumungszone 40 auf der Trägerfolie 10.
Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, werden durch Verwendung von zwei Rakeln 60A und 60B als Rakel 60 große Blasen aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Rakeln 60A, 60B freigesetzt. Daher enthält der Plattenformteil 1A, der aus der Lücke zwischen dem zweiten Rakel 60B und der Trägerfolie 10 austritt, keine großen Blasen, und die Dicke des Plattenformteils 1A kann gleichmäßig werden, unabhängig von der Menge der schäumbaren Aufschlämmung S. Es ist bevorzugt, dass die Lücke G1 zwischen dem ersten Rakel 60A und der Trägerfolie 10 größer ist als die Lücke G2 zwischen dem zweiten Rakel 60B und der Trägerfolie 10. Bevorzugt ist der Abstand D zwischen dem ersten Rakel 60A und dem zweiten Rakel 60B ungefähr 5 bis 20 mm. Die Lücke G2 zwischen dem zweiten Rakel 60B und der Trägerfolie 10 ist bevorzugt 0,2 bis 2 mm.

Schäumungsschritt

Der Formteil wird vor dem Trocknen ausreichend geschäumt. Wenn der geformte Formteil unmittelbar nach dem Formungsschritt getrocknet wird, wird die Oberfläche des geformten Formteils zunächst unter Bildung einer Haut getrocknet, und das Schäumen und die Verdampfung von Wasser werden im Inneren des geformten Formteils verhindert. Dementsprechend wird der Schäumungsschritt zwischen dem Formungsschritt und dem Trocknungsschritt vorgesehen, um ein gleichmäßiges Schäumen zu erzielen.
Wenn der geformte Formteil während des Schäumens getrocknet wird, bilden sich leicht Sprünge auf der Oberfläche des geformten Formteils. Daher wird das Schäumen in einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit durchgeführt, um Trocknen des geformten Formteils zu verhindern. Wenn beispielsweise die Aufschlämmungs-Viskosität 35000 cps oder mehr beträgt, ist die Feuchtigkeit mindestens 65 Prozent und bevorzugt mindestens 80 Prozent. Sprünge können sich in der Oberfläche des geformten Formteils bei einer Feuchtigkeit von weniger als 65 Prozent bilden. Die Schäumungstemperatur liegt bevorzugt im Bereich von 15 bis 65ºC und bevorzugter von 28 bis 40ºC. Es ist eine lange Zeit, beispielsweise 2 Stunden, zum Schäumen bei einer Temperatur von weniger als 15ºC erforderlich. Bei einer Temperatur über 65ºC wird der geformte Formteil übermäßig geschäumt, was gelegentlich in Brechen des geformten Formteils resultiert. Das Formen wird im allgemeinen während 10 bis 45 Minuten durchgeführt.
Fig. 5A bis 5E illustrieren schematisch einen Schäumungszustand bei hoher Feuchtigkeit. Nach Formen der schäumbaren Aufschlämmung zu einer vorherbestimmten Form, beispielsweise der Platte als Formteil 1A (Fig. 5A), setzt das Schäumungsmittel in der Aufschlämmung Gas unter Bildung von Blasen 3 im geformten Formteil 1A im Schäumungsschritt frei (Fig. 5B bis 5C). Die Aufschlämmungs- Viskosität ist gleichmäßig über den gesamten geformten Formteil 1A beim Schäumungsschritt mit hoher Feuchtigkeit, Blasen bilden sich gleichmäßig im geformten Formteil und so wird der geformte Formteil ein poröser Formteil 1B mit einer gleichmäßigen Porenstruktur (Fig. 5D). Weiter verursacht der Schäumungsschritt bei hoher Feuchtigkeit keine Sprünge und andere Defekte auf der Oberfläche des porösen Artikels 1B.
Fig. 6A bis 6E illustrieren schematisch einen Schäumungszustand, wenn die schäumbare Aufschlämmung nach dem Formen getrocknet wird oder bei geringer Feuchtigkeit geschäumt wird. Bei einem solchen Schäumen bei geringer Feuchtigkeit setzt, nach Formen der schäumbaren Aufschlämmung zu einer vorherbestimmten Form als geformtem Formteil 1A (Fig. 6A), das Schäumungsmittel in der Aufschlämmung Gas frei, wodurch Blasen 3 im geformten Formteil 1 im Schäumungsschritt gebildet werden (Fig. 6B bis 6C), wie im Schäumungsschritt bei hoher Feuchtigkeit. Die Oberfläche des geformten Formteils 1A wird jedoch zunächst getrocknet, und die Aufschlämmungs-Viskosität des geformten Formteils 1A wird ungleichmäßig aufgrund der Bedingungen niedriger Feuchtigkeit. So wachsen die Blasen 3 ungleichmäßig im geformten Formteil, resultierend in einem porösen Artikel 1B mit ungleichmäßiger Porenstruktur (Fig. 6D). Weiter bilden sich leicht Sprünge und andere Defekte auf der Oberfläche des porösen Artikels 1B (Fig. 6E).
Das Schäumen wird in der Schäumungszone mit einem Hochtemperatur-Befeuchter 40 zum Schäumen durchgeführt.
Fig. 7 ist ein Schnitt einer Ausführungsform des Hochtemperatur-Befeuchters 40 zum Schäumen. Bevorzugt umfasst der Hochtemperatur-Befeuchter 40 zum Schäumen einen Ofen 46, der den Transportweg der Trägerfolie als Transportmittel umgibt, und ist mit einem Einlass 47 und einem Auslass 48, einem Wasserbehälter mit einem Thermostat, der im Ofen vorgesehen ist, einem Erhitzer 44 zum Erhitzen des geformten Formteils, der entlang des Transportwegs im Ofen vorgesehen ist, und einem Anti- Schwitzwasser-Erhitzer 42 versehen, der an der Ofenwand vorgesehen ist. Der Ofen 46 umgibt den Transportweg der Trägerfolie 10 und bildet Räume 49A und 49B über und unter der Trägerfolie 10. Der Einlass 47 für die Trägerfolie 10 ist in der Mitte der Stromaufwärtswand (erste Walzenseite) des Ofens 46 und der Auslass 48 ist in der Mitte der Stromabwärtswand (zweite Walzenseite) des Ofens 46 angeordnet. Der untere Rahmen 49A, der unter der Trägerfolie 10 gebildet wird, wirkt als Wassergefäß, das mit einer gegebenen Menge Wasser 45 gefüllt wird. Ein regulierender Erhitzer 43 ist am Boden des unteren Raums 49A angeordnet, so daß die Atmosphäre im Ofen bei einer gegebenen Feuchtigkeit durch Verdampfen von Wasser 45 gehalten wird. Bevorzugt ist der untere Raum 49A mit einem Rührer versehen, um die Wassertemperatur gleichmäßig zu halten. Einen Plattenerhitzer 42 ist an der Wand im oberen Raum 49A über dem Transportweg der Trägerfolie 10 im Ofen 46 vorgesehen. Der Plattenerhitzer 42 verhindert Kondensation von Wasser an der Wand und unterstützt die Wirkung des regulierenden Erhitzers. Ein Plaffenerhitzer 44 ist entlang des Transportwegs unmittelbar unter der Trägerfolie 10 vorgesehen, um Schäumen durch Erhitzen des geformten Aufschlämmungs-Formteils 1A auf der Trägerfolie 10 zu fördern. Beispiele für die Plattenerhitzer 42 und 44 schließen Kohlenstoffplattenerhitzer ein und Beispiele für den regulierenden Erhitzer schließen beschichtete Nichrom-Draht-Erhitzer ein.

Trocknungsschritt

Der poröse Formteil 1B wird von der Schäumungszone zu einer Trocknungszone 50 transportiert. Blasen vor dem Trocknen werden durch die Existenz von Wassermembranen aufrechterhalten, wo die Aufschlämmung an der Grenzfläche zwischen den Blasen unter Bildung einer Skelettstruktur koaguliert (poröse Struktur). Wenn die Wassermembranen in diesem Zustand brechen, fließt die das Skelett bildende Aufschlämmung, so daß die Skelettstruktur zerbricht. Daher kann die poröse Struktur durch Trocknen auf solche Weise erzielt werden, dass die Skelettstruktur nicht zerbricht. Schnelles Trocknen ist eine der Methoden, bei denen die Skelettstruktur nicht gebrochen wird. Ferninfrarot-Trocknen ist geeignet für diesen Zweck. Bevorzugt weist die Aufschlämmungs-Zusammensetzung Eigenschaften dahingehend auf, dass die Viskosität schnell zunimmt, wenn nur wenig Wasser verdampft.
Die Bedingungen beim Trocknungsschritt schließen beispielsweise eine Temperatur von 120 bis 180ºC, eine Atmosphären-Temperatur von 40 bis 80ºC und eine Trocknungszeit von 20 bis 120 Minuten ein. Nach dem Trocknen wird eine Rohlingfolie 1C erhalten. Die Dicke der Rohlingfolie 1C ist im allgemeinen das 3- bis 8-fache der Höhe von G2, die in Fig. 3 gezeigt ist. Die Rohlingfolie wird von der Trägerfolie 10 abgetrennt, in dem sie weiter transportiert wird, während die Trägerfolie nach unten gebogen wird.
Beispiele für die Trocknungsmethode schließen Wärmeübertragungsmethoden wie Warmlufttrocknen, Ferninfrarot-Erwärmungsverfahren und Mikrowellen- Erwärmungsmethoden ein. Von diesen haben die Mikrowellen-Erwärmungsmethoden die höchste Trocknungsgeschwindigkeit, gefolgt von den Ferninfrarotmethoden. Da die Wärmeübertragungsmethoden eine Trocknungsgeschwindigkeit aufweisen, die beträchtlich geringer ist als die in den anderen beiden Methoden, wird der poröse Artikel ungleichmäßig zwischen der Oberfläche und dem Inneren getrocknet. Daher sind entweder die Infrarotmethode oder die Mikrowellenmethode für die schnelle Wasserentfernung effektiv. Da jedoch die schäumbare Aufschlämmung Metallpulver enthält, können Mikrowellen aufgrund von Verbrennung des Metallpulvers nicht verwendet werden. Dementsprechend wird Ferninfrarot am bevorzugtesten verwendet. Die Trocknungsmaschine 50 ist jedoch nicht auf die Ferninfrarot-Trocknungsmaschine beschränkt. Beispielsweise kann eine Warmluft-Trocknungsmaschine und eine Kombination aus Ferninfraroterhitzen und Wärmeübertragung wie Warmlufttrocknen ebenfalls erfindungsgemäß verwendet werden.
Fig. 8 ist ein Schnitt, der den Aufbau einer Ferninfrarot-Trocknungsmaschine in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Ferninfrarot-Trocknungsmaschine 50 umgibt den Transportweg der Trägerfolie 10 und weist einen Ofen 51 auf, der einen geschlossenen Raum oberhalb der Trägerfolie 10 bildet. Die stromaufwärts angeordnete Wand (erste Walzenseite) des Ofens 51 weist einen Einlass 56 für die Trägerfolie 10 und die stromabwärts angeordnete Wand (zweite Walzenseite) des Ofen 51 weist einen Auslass 57 auf. Das Innere des Ofens 51 ist in drei Bereiche 54A, 54B, 54C entlang der Transportrichtung mit Abtrennungen 53A, 53B, die an der oberen und den Seitenwänden im Inneren des Ofens 51 befestigt sind, aufgeteilt. Geeignete Lücken 58A, 58B sind zwischen den Abtrennungen 53A, 53B und der Trägerfolie 10 vorgesehen, so dass das poröse Formteil 1B auf der Trägerfolie 10 durch die Lücken 58A, 58B in den nächsten Bereich passieren kann. Eine Mehrzahl von Ferninfraroterhitzern 52 sind oberhalb des Transportweges der Trägerfolie 10 in den Bereichen 54A, 54B, 54C zum Trocknen des porösen Artikels 1B angeordnet, der auf der Trägerfolie 10 geformt ist. Lüfter 55A, 55B, 55C sind an den oberen Wänden dieser Bereiche 54A, 54B, 54C vorgesehen, um die feuchte Gasatmosphäre in den Bereichen zu evakuieren. Bevorzugt haben die Innenwände der Bereiche 54A, 54B, 54C reflektierende Eigenschaften zur effizienten Trocknung durch Ferninfrarotstrahlen. Die Anzahl der Bereiche ist erfindungsgemäß nicht beschränkt. Alternativ ist der Ofen nicht notwendigerweise in einer Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt, anders als die oben beschriebene Ausführungsform. Weiter kann eine Mehrzahl von unabhängigen Ferninfrarot-Trocknungsmaschinen in Reihe angeordnet sein.
Bevorzugt nimmt die Viskosität der Aufschlämmungs-Zusammensetzung schnell durch leichte Verdampfung von Wasser in der Aufschlämmung zu, um eine Rohlingfolie mit einer gewünschten porösen Struktur ohne Brechen der Skelettstruktur zu erhalten.
Das Trocknen unter Verwendung der Ferninfrarot-Trocknungsmaschine 50 wird bei einer Erhitzertemperatur von 120 bis 180ºC bei einer Atmosphären-Temperatur von 40 bis 80ºC und einer Trocknungszeit von 2D bis 120 Minuten durchgeführt, Das trockene Plattenformteil oder die Rohlingfolie 1C wird in diesem Schritt erhalten. Die Dicke der Rohlingfolie 1C beträgt allgemein das 3- bis 8-fache der Höhe von G2 in Fig. 3.

Schneideschritt

Die Rohlingfolie wird mit einem Schneider 70 in eine vorherbestimmte Länge geschnitten. Die geschnittene Rohlingfolie wird beispielsweise nach Bedarf einem Brennschnitt zugeführt.
In der Apparatur zur Herstellung der gesinterten porösen Metallplatte in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Rohlingfolie 1C durch Biegen abgetrennt, während die Trägerfolie 10 bewegt wird. Die Rohlingfolie 1C wird in eine vorherbestimmte Länge mit einem Schneider 70 geschnitten und dem nächsten Schritt zugeführt (nicht in der Figur gezeigt).
In der oben angegebenen Beschreibung werden Formen, Schäumen und Trocknen in Reihe durchgeführt. Alternativ können diese Behandlungen mit ihren unabhängigen Apparaturen durchgeführt werden.
Ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung des ungesinterten Metallschaums unter Verwendung der Apparatur zum Herstellen der gesinterten porösen Metallplatte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert.
1. Nach Formen eines Trennmittelfilms 2 auf der Oberfläche der Trägerfolie 10 wird der Aufschlämmungs-Behälter 30 mit einer schäumbaren Aufschlämmung S gefüllt, um die Aufschlämmung S zu einer Platte mit einem Rakel 60 zu formen. Im Detail wird die in den Trennmittelbehälter 80 gefüllte Trennmasse u aus der Lücke zwischen dem Rakel 90 und der sich bewegenden Trägerfolie 10 unter Bildung eines Beschichtungsfilms 2 mit einer gegebenen Dicke extrudiert. Der von der Trägerfolie 10 getragene Beschichtungsfilm 2 wird mit der Trennmittel-Trocknungsmaschine 100 verfestigt.
2. Auf dem resultierenden Trennmittelfilm 2 wird ein Plattenformteil 1A aus der schäumbaren Aufschlämmung S geformt. Die Trägerfolie 10 wirkt als Fließband für das Plattenformteil 1A. Die schäumbare Aufschlämmung S. die in den Aufschlämmungs- Behälter 30 gefüllt wurde, wird aus der Lücke zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 10 extrudiert und zu einem Plattenformteil 1A mit einer vorherbestimmten Dicke geformt. Das Plattenformteil 1A bewegt sich zum Schäumen mit der Trägerfolie 10 in Richtung auf den Hochtemperatur-Befeuchter 40.
3. Im Hochtemperatur-Befeuchter 40 zum Schäumen wird das Schäumen gründlich in einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit vervollständigt, bevor das Plattenformteil 1A getrocknet wird, um das Trocknen des Plattenformteils während des Schäumens zu verhindern.
4. Das poröse Formteil 1B im Hochtemperatur-Befeuchter zum Schäumen wird in die Trocknungszone mit der Trocknungsmaschine 50 bewegt, und die Rohlingfolie 1C wird nach dem Trocknen erhalten.
5. Die Rohlingfolie 1C wird durch Abwärtsbiegen abgetrennt, während die Trägerfolie 10 bewegt wird, und mit dem Schneider 70 in eine vorherbestimmte Länge geschnitten. Die geschnittene Rohlingfolie wird dem nächsten Schritt zugeführt, beispielsweise einem Brennschritt (nicht in der Figur gezeigt).

Beispiel 1-1

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezug auf Beispiele illustriert.
Schäumbare Aufschlämmungen wurden durch Kompoundieren von Metallpulver, einem wasserlöslichen harzigen Binder, einem Schäumungsmittel und einem oberflächenaktiven Stoff basierend auf dem in Tabelle 1 gezeigten Rezept (in Gewichtsprozent) hergestellt. Jede schäumbare Aufschlämmung wurde zu einem Plattenformteil unter Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Apparatur geformt, wobei der erste in Fig. 3 gezeigte Rakel 60A eine Lückenhöhe von 0,8 mm aufwies, der zweite Rakel 60B eine Lückenhöhe von 0,6 mm aufwies und die Trägerfolie 10 eine Bewegungsgeschwindigkeit von 20 cm/min aufwies.
Das geformte Formteil 1A wurde in dem auf eine gegebene Temperatur und Feuchtigkeit eingestellten Thermo-Hygrostaten 40 während einer gegebenen Zeit geschäumt, wie in Tabelle 2 gezeigt. Das geformte Formteil 1B wurde mit der Ferninfrarot-Trocknungsmaschine 50 getrocknet, die auf eine Erhitzertemperatur auf 160ºC eingestellt war, wobei eine Rohlingfolie 1C erhalten wurde. Die Rohlingfolie wurde auf einer Graphitplatte in Luft bei 450ºC während 30 Minuten entfettet. Die Rohlingfolie wurde unter in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen gesintert, wobei eine gesinterte poröse Metallplatte erhalten wurde. Nach dem Sintern war die poröse Metallplatte um 20 Prozent in der Länge geschrumpft, verglichen mit der Rohlingfolie.
Ein Teil jeder gesinterten porösen Metallplatte wurde in ein Harz eingebettet, und der Schnitt wurde poliert. Das polierte Stück wurde der Messung der Porengröße und Porosität mit einem Bildanalysator und der Messung der spezifischen Oberfläche durch die BET-Methode unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Als Vergleichsbeispiel wurde eine gesinterte poröse Metallplatte wie folgt hergestellt: nach Verdampfen von Nickel auf eine Dicke von 0,5 um auf der Innenseite eines kommerziell erhältlichen Polyurethanschaums, um diesem Leitfähigkeit zu verleihen, wurde der Schaum in eine Nickelsulfatlösung eingetaucht; der Schaum als negative Elektrode wurde einer Elektroplattierung bei einer Stromdichte von 1 A/dm² unterzogen, um eine Nickelplattierungsschicht mit einer mittleren Dicke von 75 um auf der Oberfläche der offenen Zellen des Schaums zu bilden; der plattierte Schaum wurde in einem Wasserstoffstrom bei 1100ºC während 0,5 Stunden gehalten, um den Polyurethanschaum zu entfernen. Die resultierende gesinterte poröse Metallplatte hat einen Durchmesser von 50 mm und eine Länge von 100 mm. Die Porengröße, Porosität und BET-spezifische Oberfläche der gesinterten porösen Metallplatte wurden wie in Beispiel 1-1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1
HPMC: Hydroxypropylmethylcellulose
MC: Methylcellulose
DBS: Natriumdodecylbenzolsulfonat Tabelle 2
Gesinterte poröse Metallplatten mit einer dreidimensionalen Gerüststruktur und einer großen spezifischen Oberfläche können auf diese Weise hergestellt werden. Die resultierenden gesinterten porösen Metallplatten haben die folgenden verschiedenen porösen Strukturen, wie in Fig. 9A bis 9D gezeigt, in Abhängigkeit von der Aufschlämmungs-Herstellung, den Schäumungsbedingungen, den Trocknungsbedingungen, und den Brennbedingungen; eine einzelne poröse Schichtstruktur wie in Fig. 9A gezeigt, eine Mehrschichtstruktur mit geschlossenen Zellen wie in Fig. 9B gezeigt, eine Gerüststruktur mit geschlossener Oberfläche wie in Fig. 9C gezeigt, und eine Gerüststruktur mit offener Oberfläche wie in Fig. 9D gezeigt.
Das dreidimensionale Gerüst selbst der gesinterten porösen Metallplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls porös, da das Gerüst aus gesintertem Metallpulver besteht. So hat die gesinterte poröse Metallplatte eine signifikante spezifische Oberfläche, beispielsweise 300 bis 1500 cm²/cm³ als BET-spezifische Oberfläche. Weiter können extrem kleine Zellen, z. B. von 100 um oder weniger leicht gebildet werden. Das resultierende gesinterte Metallpulver hat eine mittlere Porengröße von 60 bis 600 um und eine Porosität von 90 bis 98 Volurnen-Prozent.
Der durch die erfindungsgemäße Auführungsform erhaltene ungesinterte Metallschaum kann als schlussendliche gesinterte poröse Metallplatte für Träger aus aktivem Material für Elektroden für alkalische Sekundär-Batterien, Hydrolyseelektroden, Atomisierungseinheiten für Ölerhitzer, magnetische Schutzverpackungen, Puffer für Gasexpansion in Luftkissen unter Verwendung von Explosivstoffen, akustische Isoliermaterialien, Hydrolysefilter für Wasserreiniger, elektrostatische Filter für Luftreiniger, Ölnebelfilter für Abgase, deodorierende Katalysatoren für Ölerhitzer und ähnliches, Staubfilter für Hochtemperaturleitungen, Substrate der Kompositmaterialien, deren Poren bei hohem Druck mit Aluminium gefüllt werden und industrielle Katalysatoren und Träger verwendet werden.

Modifikation der oben angegebener Ausführungsform

Erfindungsgemäß können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, die anders sind als die oben angegebene Ausführungsform.
Beispielsweise kann ein Harzfilm anstelle des Trennmittelfilms 2 in der oben angegebenen Ausführungsform verwendet werden, der im Brennschritt der Rohlingfolie 1C verschwindet und die Eigenschaften des gesinterten Metallschaums nicht beeinträchtigt. Bevorzugt schrumpft ein solcher Harzfilm nicht im Schäumungsschritt und Trocknungsschritt der schäumbaren Aufschlämmung und verschwindet vollständig nach dem Brennen. Weiter ist es bevorzugt, dass der Harzfilm sich leicht von der Trägerfolie 10 abtrennt. Beispielen für ein solches Harz schließen Urethanharze, Epoxyharze, wärmehärtende Polyesterharze, wärmebeständige thermoplastische Harze, Acrylharze, Polypropylenharze und Ethylen-Vinylacetat-Harze ein. Die Details werden später erläutert.
Beispiele für von der Rakelmethode 90 verschiedene verwendbare Filmherstellungsmethoden schließen Pinseln, Schwammwalzen und Extrudieren ein.
Weiter kann der Harzfilm ohne Filmherstellungsschritt verwendet werden. Beispielsweise kann unter Verwendung einer Walze, die einen Harzfilm aufwickelt, die schäumbare Aufschlämmung auf dem von der Walze abgewickelten Harzfilm gebildet werden.
Die Rohlingfolie 1C kann als langes Teil ohne Schneiden gebrannt werden, anders als die oben angegebene Ausführungsform, bei der die Rohlingfolie 1C mit einem Schneider geschnitten wird. In diesem Fall bilden sich leicht Sprünge aufgrund der großen Schrumpfung der Rohlingfolie 1C. Daher ist es wesentlich, dass die Rohlingfolie leicht auf dem Träger beweglich ist als Antwort auf das Schrumpfen der Rohlingfolie, wie im folgenden gezeigt: ein Schmiermittel wird auf der Oberfläche des Trägers aufgetragen, um den Kontaktwiederstand zwischen der Rohlingfolie und dem Träger zu vermindern; der Träger ist mit einer Vielzahl von Walzen konstruiert, um die Kontaktfläche zwischen der Rohlingfolie und dem Träger zu vermindern; oder der Träger wird gekippt, in dem der Auslass an einer Position angeordnet ist, der höher ist als die des Einlasses.
Wie oben angegeben, wird in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ein ungesinterter Metallschaum mit einem hohen Freiheitsgrad der Metall- Zusammensetzung und einer großen spezifischen Oberfläche leicht erhalten.

Zweite Ausführungsform

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der schäumbaren Aufschlämmung wird als zweite Ausführungsform erläutert.
Da erfindungsgemäß eine wässrige Aufschlämmungs-Lösung verwendet wird, die ein Schäumungsmittel enthält, schäumt das Schäumungsmittel manchmal in der Aufschlämmung vor dem Formen, und daher sind die Eigenschaften des geschäumten Metalls relativ instabil. In der zweiten Ausführungsform wird dieses Problem verbessert.
Bei der Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung werden die Komponenten in der Aufschlämmung in zwei wässrige Lösungen aufgeteilt, und zwei Lösungen werden vor dem Formen gemischt.
Fig. 10 ist ein schematischer Schnitt einer Apparatur zur kontinuierlichen Durchführung der Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung, des Schäumens und Trocknens, wie in der in Fig. 10 gezeigten Apparatur. Die Apparatur umfasst eine Apparatur zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung 102, eine Transportapparatur 300, eine Apparatur zur Herstellung des Trennmittelfilms 11, eine Formapparatur 5, eine Schäumungsapparatur 40 und eine Trocknungsapparatur 50.
Die Apparatur 102 zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung umfasst einen ersten Mischer 113 zum Mischen der wässrigen Lösung (A), einen zweiten Mischer 112 zum Mischen der wässrigen Lösung (B), und einen dritten Mischer 110. Der dritte Mischer mischt die wässrigen Lösungen (A) und (B), die aus dem ersten und zweiten Mischer zugeführt werden, und führt die resultierende schäumbare Aufschlämmung S nach dem Mischen der Formungsapparatur 5 zu. Der zweite Mischer 112 hat zwei Zufuhreinrichtungen 111 zur automatischen Zufuhr der Komponenten für die wäßrige Lösung (B).
Die Bestandteile für die wässrige Lösung (A) werden zum Mischen in den ersten Mischer 113 in vorherbestimmten Mengen zugegeben, und die wässrige Lösung (A) nach dem Mischen (als Aq (A) in Fig. 10 bezeichnet) wird in den dritten Mischer 110 mit einer gegebenen Fließgeschwindigkeit durch eine Leitung 113a zugeführt. Auf gleiche Weise werden die Bestandteile für die wässrige Lösung (B) zum Mischen in den zweiten Mischer 112 in vorherbestimmten Mengen zugeführt, und die wässrige Lösung (B) wird nach dem Mischen (als Aq (B) in Fig. 10 bezeichnet) in den drillen Mischer 110 mit einer gegebenen Fließgeschwindigkeit durch eine Leitung 112a zugeführt. Die wässrigen Lösungen (A) und (B) werden im dritten Mischer 1 10 zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung S gemischt, und die schäumbare Aufschlämmung S wird der Schäumungsmaschine 5 durch eine Leitung 110a zugeführt.
Die schäumbare Aufschlämmung S enthält Metallpulver, einen wasserlöslichen harzigen Binder, ein Schäumungsmittel, einen oberflächenaktiven Stoff und Wasser wie in der ersten Ausführungsform. Metallpulver tritt an dünnen flüssigen Wänden zusammen, die die feinen Blasen in der schäumbaren Aufschlämmung umgeben, und das Metallpulver genauso wie der wasserlösliche harzige Binder wird verfestigt, um die Form der Blasen beizubehalten. Der Binder wird durch Brennen entfernt, und das Metallpulver wird unter Bildung einer gesinterten porösen Metallplatte mit einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur gesintert.
Beispiele für Metalle für das Metallpulver schließen alle Metalle ein, die pulverisiert und gesintert werden können. So hat die Metall-Zusammensetzung einen hohen Freiheitsgrad, z. B. sind viele Arten von Metallen und viele Kombinationen von verschiedenen Arten von Metallen verfügbar. Weiter weist das Gerüst selbst eine poröse Struktur aufgrund des gesinterten Metalls auf. Daher hat das gesinterte poröse Metall eine extrem hohe spezifische Oberfläche.
In diesem Beispiel werden die Bestandteile der schäumbaren Aufschlämmung in zwei Lösungen aufgeteilt, und die Verdampfung des Schäumungsmittels wird durch Mischen dieser beiden Lösungen unmittelbar vor der Zufuhr zu der Formungsmaschine vermindert.
Beispiele der Bestandteile in Lösung (A) schließen ein Schäumungsmittel, einen oberflächenaktiven Stoff und einen wasserlöslichen harzigen Binder ein. Beispiele für die Bestandteile in Lösung (B) schließen Metallpulver und einen wasserlöslichen harzigen Binder ein.
Dieselben Schäumungsmittel wie in der ersten Ausführungsform können auch in der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Das Schäumungsmittel wird der wässrigen Lösung (A) zugesetzt, so dass der Anteil des Schäumungsmittels in der Aufschlämmung 0,05 bis 10 Gew.-% und bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-% beträgt. Bei einem Gehalt von weniger als 0,05 Gew.-% können sich Blasen in nicht ausreichender Anzahl bilden, oder die Porosität kann abnehmen. Andererseits bilden sich bei einem Gehalt von mehr als 10 Gew.-% größere Micellen. Als Ergebnis kann die Festigkeit der resultierenden Rohlingfolie und des gesinterten Artikels aufgrund der Bildung von größeren Blasen abnehmen.
Dieselben oberflächenaktiven Stoffe wie in der ersten Ausführungsform können auch in der zweiten Ausführungsform zum Stabilisieren des Schäumungszustands und zur Förderung der Micellenbildung verwendet werden. Der oberflächenaktive Stoff wird der wässrigen Lösung (A) zugesetzt, so dass der Anteil des oberflächenaktiven Stoffs in der Aufschlämmung 0,05 bis 5 Gew.-% und bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% beträgt. Die Micellenbildung ist instabil und feine Blasen werden nicht in der Aufschlämmung beibehalten bei einem Gehalt von weniger als 0,05 Gew.-%. Andererseits werden bei einem Gehalt von über 5 Gew.-% die Effekte nicht weiter verbessert. Der oberflächenaktive Stoff kann beiden Lösungen (A) und (B) zugesetzt werden.
Der wasserlösliche harzige Binder wird zugesetzt, um die Form des porösen Formteils während des Trocknens der Aufschlämmung beizubehalten und um die Viskosität der Aufschlämmung einzustellen. Derselbe wasserlösliche harzige Binder wie in der ersten Ausführungsform kann in der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Bevorzugt wird die Menge des wasserlöslichen harzigen Binders in der wässrigen Lösung (A) so eingestellt, dass die Konzentration in der schäumbaren Aufschlämmung 0,5 bis 20 Gew.-% und bevorzugter 2 bis 10 Gew.-% -% nach Mischen mit Lösung (B) beträgt. Eine Menge von weniger als 0,5 Gew.-% verursacht eine zu geringe Festigkeit zur zufriedenstellenden Handhabung. Andererseits verursacht eine Menge von über 20 Gew.-% schlechte Formungseigenschaften aufgrund eines übermäßigen Viskositätsanstiegs.
Der Anteil jeder Komponente in Lösung (A) ist wie folgt:
Schäumungsmittel: 0,05 bi 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 5 Gew.-%
Oberflächenaktiver Stoff: 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3 Prozent
Wasserlöslicher harziger Binder: 0,5 bis 20 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-%.
Die Viskosität der wässrigen Lösung (A) ist bevorzugt 5000 bis 80000 cps und bevorzugter 10000 bis 40000 cps bei Raumtemperatur.
Die wässrige Lösung (A) wird durch Mischen der oben genannten Komponenten mit dem ersten Mischer 113 hergestellt. Mischer wie Blattmischer und statische Mischer können als erster Mischer 113 verwendet werden.
Eine weitere wässrige Lösung (B) umfasst Metallpulver, wasserlöslichen harzigen Binder und ähnliches, wie oben angegeben. Das verwendbare Metall ist nicht beschränkt und kann alle Sintermetalle und Legierungen von Nickel, Kupfer, Eisen, rostfreiem Stahl, Chrom, Kobalt, Gold, Silber und ähnlichem einschließen. Die mittlere Partikelgröße des Metallpulvers ist 500 um oder weniger und bevorzugter 0,5 bis 100 um. Wenn die mittlere Partikelgröße geringer ist als 0,5 um, kann die erwartete Porosität nicht erzielt werden. Andererseits ist die Festigkeit der gesinterten porösen Metallplatte bei einer mittleren Partikelgröße von mehr als 500 um zu niedrig, Das Metallpulver wird der Lösung (B) so zugesetzt, dass der Gehalt in der schäumbaren Aufschlämmung 5 bis 80 Gew. -% und bevorzugter 30 bis 80 Gew.-% nach Mischen mit der Lösung (A) beträgt.
Alle oben angegebenen wasserlöslichen harzigen Binder können verwendet werden, Der wasserlösliche harzige Binder wird so zugegeben, dass die Viskosität der wässrigen Lösung (B) bei Raumtemperatur 20000 bis 200000 cps und bevorzugt 25000 bis 50000 beträgt. Der Gehalt jeder Komponente in der wässrigen Lösung (8) ist wie folgt:
Metallpulver: 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70 Gew.-%
Wasserlöslicher harziger Binder: 0,5 bis 20 Gew.-%, insbesondere 2 bis 10 Gew.-%,
Allgemeine Blattmischer und Kneter können als zweiter Mischer 112 aufgrund der hohen Viskosität der wässrigen Lösung (B) verwendet werden.
Die schäumbare Aufschlämmung in der zweiten Ausführungsform kann einen Weichmacher, ein brennbares Material zur Förderung der Porenbildung enthalten, abgesehen von den oben angegebenen wesentlichen Komponenten. Obwohl diese Additive entweder der wässrigen Lösung (A) oder (B) zugesetzt werden können, werden sie bevorzugt der wässrigen Lösung (B) zugesetzt.
Der Weichmacher versieht das geformte Formteil mit Plastizität, und derselbe Weichmacher wie in der ersten Ausführungsform kann in der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden. Der Weichmacher wird der wässrigen Lösung (A) oder (B) so zugesetzt, dass die Konzentration in der schäumbaren Aufschlämmung 0,1 bis 15 Gew.- % und bevorzugter 2 bis 10 Gew.-% beträgt. Die Plastizität ist bei einem Gehalt von weniger als 0,1 Gew.-% in der schäumbaren Aufschlämmung nicht ausreichend. Andererseits ist die Festigkeit des geformten Formteils bei einem Gehalt von über 15 Gew.-% nicht ausreichend.
Ein brennbares Material zur Förderung der Porenbildung fördert die Porenbildung durch Verschwinden im Brennschritt des trockenen geformten Formteils. Alle Materialien mit einer Form wie Pulver und Fasern, die im Brennschritt verschwinden, können eingesetzt werden. Beispiele für solche Materialen schließen Pulver von 0,1 bis 200 um und Fasern mit einer Länge von 200 um oder weniger, und bevorzugt 30 bis 120 um ein.
Die schäumbaren Aufschlämmung in der zweiten Ausführungsform kann hergestellt werden durch Mischen der wässrigen Lösung (A) und (B). Das Gewichtsverhältnis (A)/(8) der wässrigen Lösung (A) zur wässrigen Lösung (B) liegt im Bereich von 0,5/9,5 bis 3/7, und bevorzugt 0,9/8 bis 1,8/7,5.
Beispiele für den dritten Mischer 110 schließen Mischer mit rotierenden Schrauben oder Z-förmigen Blättern und interne Mischer ein. Die Viskosität der resultierenden schäumbaren Aufschlämmung liegt im Bereich von 20000 bis 70000 cps und bevorzugt 30000 bis 55000 cps bei 20ºC. Die poröse Struktur kann im Trocknungsschritt bei einer Viskosität von weniger als 20000 cps brechen. Andererseits kann die Aufschlämmung bei einer Viskosität von mehr als 70000 cps kaum geformt werden. In der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Apparatur wird die durch Mischen im dritten Mischer hergestellte schäumbare Aufschlämmung der Schäumungsmaschine 5 zugeführt. So kann die Zeit zwischen Mischen des Schäumungsmittels zu der schäumbaren Aufschlämmung bis zur Zufuhr der Aufschlämmung in dem Schäumungsschritt beträchtlich verkürzt werden.

Dritte Ausführungsform

Das trockene geformte Plattenformteil aus der schäumbaren Aufschlämmung wird einem Sinterschritt zur Bildung einer gesinterten porösen Metallplatte unterzogen. Das trockene Plattenformteil als Zwischenprodukt ist zerbrechlich und daher kann es nur schwierig transportiert oder gelagert werden.
In der dritten Ausführungsform liegt die Aufgabe darin, ein Kompositmaterial als Zwischenprodukt bereitzustellen, das die einfache Handhabung des trockenen Plattenformteils ermöglicht, ein Verfahren zur Herstellung des Kompositmaterials, und ein Verfahren zur Herstellung einer gesinterten porösen Metallplatte unter Verwendung des Kompositmaterials.
Fig. 10 ist auch eine Apparatur zur Herstellung eines Kompositmaterials in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform. Teile und ihr Betrieb, die von den Teilen zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung verschieden sind, werden unter Bezug auf Fig. 10 erläutert. Das Verfahren mit Ausnahme der Herstellung des Kompositmaterials ist dasselbe wie in der ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform wird ein Kompositmaterial aus einer Rohlingfolie und einem Harzfilm kontinuierlich durch Bewegen des Kompositmaterials wie ein Fließband hergestellt.
Die Transportapparatur 300 bewegt die Trägerfolie 331Als Fließband in Pfeilrichtung mit den Antriebswalzen 332, 333, die durch Antriebskräfte angetrieben werden (nicht in der Figur gezeigt).
Vom Beginn bis zum Ende der Trägerfolie 331 wird das Material einem Herstellungsschritt für einen Trennmittelfilm, einem Formungsschritt, einem Schäumungsschritt, einem Trocknungsschritt, und einem Schneideschritt unterzogen wie in der ersten Ausführungsform.
Die schäumbare Aufschlämmung S wird aus der Lücke zwischen dem Rakel 60 und dem Harzfilm R extrudiert, um zu einer Platte mit einer vorherbestimmten Dicke geformt zu werden.
Im Herstellungsschritt für den Trennmittelfilm, die als Schnitt (A) entlang der Linie A-A in Fig. 10 dargestellt ist, wird ein Harzfilm R auf der Trägerfolie 331 gebildet. Die schäumbare Aufschlämmung wird auf dem Harzfilm R geformt. Der Rakel 90 wird als Trennmittel-Herstellungsmaschine 11 verwendet. Eine ungehärtete Polyurethanlösung wird auf der Trägerfolie in einer Dicke von 0,05 bis 0,2 mm aufgetragen, beispielsweise mit dem Rakel 90, und in der Trocknungsmaschine 100 unter Bildung des Trennmittelfilm R auf der Trägerfolie 331 gehärtet. Anstelle des Trennmittelfilm-Herstellungsschritts kann die schäumbare Aufschlämmung auf einer Walze geformt werden, die aus einem Trennmittelharzfilm hergestellt ist.
Im Formungsschritt wird die schäumbare Aufschlämmung S zu einer dünnen Platte mit einer Dicke von 0,1 bis 15 mm und bevorzugt 0,2 bis 2 mm auf dem Harzfilm R mit dem Rakel 60 mit zwei Rakeln geformt.
Die schäumbare Aufschlämmung auf der Trägerfolie 331 tritt in die Schäumungsmaschine 40 ein, wo die schäumbare Aufschlämmung vollständig geschäumt wird. Obwohl die Schäumungsmaschine 40 ein Befeuchter mit Erhitzer-Typ sein kann wie in Fig. 7 gezeigt, können Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und hoher Temperatur auch ohne die Befeuchter-mit-Erhitzer-Typ-Maschine erzielt werden. Die schäumbare Aufschlämmung wird während 10 bis 45 Minuten in der Schäumungsmaschine 40 geschäumt.
Die geschäumte Aufschlämmung wird in der Trocknungsmaschine 50 getrocknet, wie in Fig. 8 gezeigt, wobei ein Kompositmaterial erhalten wird, das aus dem trockenen Plattenformteil oder der Rohlingfolie G und dem Harzfilm R aufgebaut ist. Eine geeignete Trocknungsmaschine ist eine Ferninfrarot-Trocknungsmaschine, und die Trocknungsbedingungen sind dieselben wie in den ersten oder zweiten Ausführungsformen, d. h. Erhitzertemperatur von 120 bis 180ºC, Atmosphären- Temperatur von 40 bis 80ºC, und Trocknungszeit von 20 bis 120 Minuten. Auf solche Weise wird eine auf dem Harzfilm R laminierte plattenförmige Rohlingfolie G hergestellt wie in Fig. 10 (8) angegeben. Die Dicke der Rohlingfolie G ist im allgemeinen das 3- bis 8-fache der Dicke unmittelbar nach dem Formen. Ein Kompositmaterial 1, umfassend die trockene Rohlingfolie G und den Harzfilm R, wird auf der Trägerfolie gebildet wie in einem Schnitt (B) entlang der Linie B-B in Fig. 10 angegeben.
Als nächstes wird das Kompositmaterial 1 von der Trägerfolie 331Abgetrennt. Schließlich wird das Kompositmaterial 1 mit dem Schneider 70 in eine gegebene Länge geschnitten.
Die Handhabung der zerbrechlichen Rohlingfolie G wird durch das Komposit 1 mit dem Harzfilm R verbessert. Als Harzfilm R verwendbar ist, was im Sinterschritt des trockenen porösen Formteils G verschwindet und die Eigenschaften der gesinterten porösen Metallplatte nicht beeinträchtigt. Bevorzugt schrumpft das Harz in den Schäumungs- und Trocknungsschritten der schäumbaren Aufschlämmung nicht und verschwindet vollständig im Sinterungsschritt. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass sich das Harz einfach von der Trägerfolie 331 trennt. Ein bevorzugtes Beispiel für das Harz ist ein Urethanharz. Beispiele für andere verwendbare Harze schließen Epoxyharze, wärmehärtende Polyester, wärmebeständige thermoplastische Harze wie Polyvinylharze, Polyvinylharze und Acrylharze ein.
In der in Fig. 10 gezeigten Apparatur wird der Harzfilm R von der Trägerfolie 331 durch Aufwickeln abgetrennt, während die Trägerfolie 331 zu der Walze 332 abwärts bewegt wird. Das Kompositmaterial 1, umfassend die trockene Rohlingfolie G und den Harzfilm R, wird mit dem Schneider 70 in eine vorherbestimmte Länge geschnitten und aufgestapelt wie in der Figur dargestellt. Die schäumbare Aufschlämmung kann direkt auf der Trägerfolie 331 geformt werden, anstelle der Verwendung des Harzfilms.
Das Kompositmaterial 1 wird in eine gesinterte poröse Metallplatte durch den Sinterungsschritt umgewandelt, wie in der zweiten Ausführungsform angegeben.
Der Harzfilm verschwindet beim Entfettungsschritt. Da das Volumen um ungefähr 20 Prozent während des Entfettens und Sinterns abnimmt, werden Entfetten und Sintern bevorzugt auf einer gleitfähigen Platte, wie einer Graphitplatte, durchgeführt. Die Dicke kann durch Flachwalzen und ähnliches nach dem Sinterungsschritt kontrolliert werden.
Wie oben beschrieben, wird das Kompositmaterial in der dritten Ausführungsform hergestellt durch Formen und Trocknen der schäumbaren Aufschlämmung, die das Metallpulver enthält, auf dem Harzfilm. Das Kompositmaterial ermöglicht die einfache Handhabung, Transport und Lagerung der zerbrechlichen Rohlingfolie. Nach dem Sintern kann eine gesinterte poröse Metallplatte durch Ausbrennen des Harzfilms hergestellt werden. Ein zuvor hergestellter Harzfilm kann verwendet werden. Alternativ kann eine schäumbare Aufschlämmung auf einem Harzfilm geformt werden, der in einem Filmherstellungsschritt unmittelbar vor dem Formungsschritt der schäumbaren Aufschlämmung gebildet wird. Ein bevorzugtes Material für den Harzfilm ist ein Polyurethanharz, das im Trocknungsschritt der schäumbaren Aufschlämmung weniger schrumpft, hervorragende Formhalteeigenschaften aufweist und im Sinterungsschritt verschwindet.
Entsprechend der dritten Ausführungsform kann das Kompositmaterial aus der Rohlingfolie hergestellt werden, welches leicht handhabbar ist. So kann die gesinterte poröse Metallplatte schließlich in hoher Ausbeute erhalten werden.

Beispiel 1-2

Ein Kompositmaterial, umfassend eine trockene Rohlingfolie G und ein Harzfilm R wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt, ein Harzfilm-Herstellungsschritt ist jedoch hinzugefügt.
Im Harzfilm-Herstellungsschritt wird ein Harzfilm R auf der Trägerfolie 331 gebildet wie in Schnitt (A) entlang der Linie A-A in Fig. 10 gezeigt. Eine ungehärtete Polyurethanlösung u wurde beispielsweise auf der Trägerfolie 331 mit dem Rakel 90 als Trennfilm- Herstellungsmaschine 11 in einer Dicke von 0,05 bis 0,3 mm beispielsweise aufgetragen und in der Trocknungsmaschine 100 zur Bildung des Trennmittelfilms R auf der Trägerfolie 331 gehärtet.
Die folgenden Formungs-, Schäumungs-, Trocknungs- und Schneideschritte waren dieselben wie in Beispiel 1-1.

Vierte Ausführungsform

Wenn die schäumbare Aufschlämmung gleichzeitig geschäumt und getrocknet wird, trocknet die Oberfläche der Rohlingfolie zuerst, und daher kann ungleichmäßiges Schäumen auftreten, oder es können sich Sprünge auf der Oberfläche der Rohlingfolie bilden.
In der vierten Ausführungsform ist es eine Aufgabe, ein Verfahren mit einer Apparatur zum gleichmäßigen Schäumen im Inneren der schäumbaren Aufschlämmung bereitzustellen.
Ein flüssiges Medium wird auf die Oberfläche der schäumbaren Aufschlämmung in einer offenen Kammer als Aufschlämmungs-Behälter versprüht, basierend auf dem folgenden Grund. Obwohl die offene Kammer wirksam ist zur Freisetzung von Blasen in die Atmosphäre, die in der schäumbaren Aufschlämmung enthalten sind, trocknet die Oberfläche der schäumbaren Aufschlämmung gleichzeitig in der offenen Kammer. Wenn daher eine schäumbare Aufschlämmung in die offene Kammer gegeben wird, werden die Luftblasen im Inneren der schäumbaren Aufschlämmung entlang der Grenzfläche Ssu der ursprünglichen Aufschlämmung festgehalten. Falls das geformte Plattenformteil aus der schäumbaren Aufschlämmung solche Luftblasen enthält, werden unerwartete Poren basierend auf den Luftblasen in der porösen Metallplatte gebildet. Da die Poren aus den Luftblasen eine unterschiedliche Porengröße haben als die durch das Schäumungsmittel gebildeten Poren, hat die poröse Metallplatte eine ungleichmäßige Porenstruktur. Wenn das flüssige Medium auf die Oberfläche der Aufschlämmung versprüht wird, trocknet die Oberfläche im Behälter nicht, und daher kann die ungleichmäßige Porenstruktur in der porösen Metallplatte verhindert werden.
Die vierte Ausführungsform ist durch Versprühen eines flüssigen Mediums auf die Oberfläche der schäumbaren Aufschlämmung charakterisiert.

Modifikation der vierten Ausführungsform

Der Aufschlämmungs-Behälter oder die offenen Kammer 30 in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform ist mit einem Befeuchter 69 zum Versprühen eines flüssigen Mediums M auf die Oberfläche Ssu der Aufschlämmung S versehen. Das Trocknen der Oberfläche Ssu der Aufschlämmung S im Aufschlämmungs-Behälter 30 kann durch Versprühen des flüssigen Mediums aus dem Befeuchter auf die Aufschlämmung verhindert werden. Weiter werden Luftblasen nicht im Inneren der Aufschlämmung festgehalten. Das Sprühverfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein.
Zwei in Fig. 3 und 4 gezeigte Rakel 60A, 60B, werden als Rakel 60 in dieser Ausführungsform verwendet.

Beispiel 2

Eine Fluorkohlenwasserstoff-Harzdispersion als Trennmittel (R) wurde auf einem Stahlband in der in Fig. 1 und 10 gezeigten Apparatur aufgetragen.
Eine schäumbare Aufschlämmung (S) wurde durch Mischen der wässrigen Lösung (A) und der wässrigen Lösung (B) im Mischer 110 der Aufschlämmungs-Mischmaschine 102 hergestellt, wobei die wässrige Lösung (A) 1,5 Gew.-% Hydroxypropylmethylcellulose, 30,8 Gew.-% Glycerin, 30,8 Gew.-% Hexan, 4 Gew.-% Natriumdodecylbenzolsulfonat und den Rest Wasser enthält, und die wässrige Lösung (B) 62,0 Gew.-% reines Nickelpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 10 um, 2,4 Gew.-% Hydroxypropylmethylcellulose und den Rest Wasser enthält. Jedes der porösen Formteile 1 bis 9 wurde durch das folgende Verfahren hergestellt; die schäumbare Aufschlämmung (S) wurde auf das Stahlband 1 mit einer in der Tabelle 3 gezeigten Höhe des Rakels 60 aufgetragen; die schäumbare Aufschlämmung (S) wurde unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen durch Einstellen der Temperaturen der Erhitzer 42, 43, 44 im Befeuchter 40 unter Erhitzen geschäumt; und dann wurde die geschäumte Aufschlämmung in der Ferninfrarot-Trocknungsmaschine 50 unter in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen getrocknet.
Die Verweilzeit der Aufschlämmung im Befeuchter 40 wurde durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit des Stahlbands eingestellt. Das resultierende poröse Formteil wurde entfettet und in einer 5%igen stickstoffhaltigen Wasserstoffatmosphäre bei 850ºC während 30 Minuten vorgesintert und bei 1250ºC während 15 Minuten gesintert, wobei Metallschäume 1 bis 9 erhalten wurden. Die Porosität jedes resultierenden Metallschaums wurde aus seinem Gewicht und seiner Größe berechnet. Die Porengröße wurde durch die Bildanalyse der optischen Mikroskop-Photographien bestimmt, die an zehn Punkten mit 10-facher Vergrößerung aufgenommen wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Zum Vergleich wurden in Tabelle 4 angegebene Metallschäume Nr. 11 bis 14 durch dieselben Formungs- und Sinterbedingungen hergestellt mit der Ausnahme, dass das Schäumen bei Raumtemperatur von 20ºC und einer Feuchtigkeit von 55% ohne Betrieb des Hochtemperatur-Befeuchters durchgeführt wurde. Die Porosität und Porengröße wurde mit denselben Methoden bestimmt.
Tabellen 3 und 4 zeigen deutlich, dass Metallschäume mit einer hohen Porosität von 97 % oder mehr einfach während einer kurzen Zeit durch Formen unter vorherbestimmten Bedingungen hergestellt werden können, d. h. einer Temperatur von 35 bis 65ºC und einer Feuchtigkeit von 70% oder mehr in dieser Ausführungsform, wobei der Hochtemperatur-Befeuchter verwendet wird.
Das Innere der trockenen Rohlingfolie hat eine gleichmäßige poröse Struktur gemäß dieser Ausführungsform. So kann die gesinterte poröse Metallplatte mit einem hohen Freiheitsgrad der Metall-Zusammensetzung und einer hohen spezifischen Oberfläche einfach und sicher produziert werden. Tabelle 3 Tabelle 4

Fünfte Ausführungsform

Die fünfte Ausführungsform schließt eine Methode und eine Apparatur zur Herstellung einer gesinterten porösen Metallplatte durch Entfetten und Sintern des in der ersten Ausführungsform geformten ungesinterten Metallschaums und die resultierende gesinterte poröse Metallplatte ein.
Fig. 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der gesinterten porösen Metallplatte in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die gesinterte poröse Metallplatte wurde durch Entfettungs- und Sinterschritte aus dem ungesinterten Metallschaum hergestellt wie in Fig. 12 gezeigt, der durch die in Fig. 2 gezeigten Trennmittelfilmherstellungs-, Trennmittelfilmtrocknungs-, Formungs-, Schäumungs- und Trocknungsschritte hergestellt worden war.
Fig. 13 ist ein Schnitt einer Apparatur zur Herstellung der gesinterten porösen Metallplatte zur Durchführung des in Fig. 12 dargestellten Prozesses. Die Apparatur in Fig. 13 ist jedoch dieselbe wie die in Fig. 1 gezeigte, beinhaltet jedoch weiter Maschinen für den Entfettungs- und Sinterschritt. Das Verfahren, die Apparatur und die Durchführung zur Herstellung des ungesinterten Metallschaums sind im Grunde dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
Der Entfettungsschritt wird als Vorsinterschritt bezeichnet, da er eine Art Brennschritt ist, und daher wird der eigentliche Sinterungsschritt als Entsinterungsschritt bezeichnet. Entfettungsschritt
Im Entfettungsschritt wird das ungesinterte poröse Formteil zu flüchtigen organischen Materialen wie Bindern bei einer Temperatur von 300 bis 700ºC während 10 bis 60 Minuten in Luft oder einer reduzierenden Gasatmosphäre wie Wasserstoff gebrannt.

Eigentlicher Sinterungsschritt

Im eigentlichen Sinterungsschritt wird das entfettete poröse Formteil zum Sintern des Metallpulvers bei einer Temperatur von 800 bis 1400ºC während 20 bis 120 Minuten in einer zersetzenden Ammoniakgasatmosphäre, in einer reduktiven Gasatmosphäre wie Wasserstoff, im Vakuum oder in Luft entsprechend der Art des verwendeten Metalls gebrannt. Da das Volumen um ungefähr 20% durch Schrumpfen während des Entfettens und Sinterns abnimmt, werden diese Schritte bevorzugt auf einer gleitfähigen Platte durchgeführt. Die Dicke des gesinterten Formteils kann durch Flachwalzen und ähnliches kontrolliert werden. Der Entfettungs- und Sinterungsschritt kann in Reihe durchgeführt werden.

Apparatur in der fünften Ausführungsform

Eine in Fig. 13 in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform dargestellte Apparatur umfasst einen Formungsmaschinenbereich 201, gezeigt als Apparatur in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform in Fig. 1, und einen Brennbereich 202, der in der fünften Ausführungsform zugefügt wird. Die Abbildung in Fig. 13 schließt auch ein Transportsystem ein.
Der Formungsmaschinenbereich 201 ist derselbe wie der in Fig. 1 zur Herstellung des ungesinterten Metallschaums. Die Formungsmaschine umfasst an der Seite der ersten Walze 153 bis zur Seite der zweiten Walze 154 eine Trennfilm-Beschichtungsmaschine 11, eine Warmlufttrocknungsmaschine 100, einen Aufschlämmungs-Behälter 30, eine Rakel 60 zum Formen der Aufschlämmung, einen Hochtemperatur-Befeuchter 40 zum Schäumen und eine Trocknungsmaschine 50 zur Herstellung des ungesinterten Metallschaums.
Der Formungsmaschinenbereich 201 weist eine erste Walze 153 (entsprechend der Walze 20 in Fig. 1) und eine zweite Walze 154 (entsprechend der Walze 21 in Fig. 1) zum Transport einer Stahlträgerfolie 151Auf. Die Trägerfolie 151, die zwischen der ersten und zweiten Walze 153, 154 transportiert wird, wirkt als Fließband (Transportmittel).
Die Trennmittelbeschichtungsmaschine 11 weist den Trennmittelbehälter 80 und einen Rakel 90 zum Auffragen des Trennmittels auf wie in der ersten Ausführungsform. Der Trennmittelbehälter 80 ist ein rechteckiges Parallelepiped und ist vorgesehen auf der Trägerfolie 151 nahe der ersten Walze 153, und der Rakel 90 ist an der Stromabwärtswand des Trennmittelbehälters 80 vorgesehen, so dass eine vorherbestimmte Lücke zu der Trägerfolie 151 beibehalten wird. Die Filmdicke des Trennmittels u wird durch die Lücke zwischen dem Rakel 90 und der Trägerfolie 151 eingestellt. Wenn ein Trennmittel u wie eine Fluorkohlenwasserstoff-Dispersion in den Trennmittelbehälter 51 zugeführt wird, während die Trägerfolie 151 transportiert wird, wird das Trennmittel u aus der Lücke zwischen dem Rakel 90 und der Trägerfolie 151 unter Bildung eines Films mit einer vorherbestimmten Dicke extrudiert. Der aufgetragene Film bewegt sich gemeinsam mit der Trägerfolie 151 zur nächsten Trennmittel- Trocknungsmaschine 100.
Trocknungsmaschinen wie Warmluft-Trocknungsmaschinen und Ferninfrarot- Trocknungsmaschinen können als Trennmittel-Trocknungsmaschine 100 verwendet werden, wie in der ersten Ausführungsform, um den beschichteten Film aus dem Trennmittel zu verfestigen. Der resultierende Trennmittelfilm wird als Trägerband für die gesinterte poröse Metallplatte verwendet und wird durch Ausbrennen im Sinterschritt entfernt. Die Bildung des Trennmittelfilms wird durchgeführt, um die zerbrechliche trockene Rohlingfolie einfach handhaben zu können, wie unten angegeben.
Der Aufschlämmungs-Behälter (Kammer) 30 ist ein rechteckiges Parallelepiped, das auf der Trägertolie 151 stromabwärts von der Trennmittel-Trocknungsmaschine 100 angeordnet ist, wie in der ersten Ausführungsform. Die Stromaufwärtswand des Aufschlämmungs-Behälters 30 ist mit einem Rakel 60 mit einer vorherbestimmten Lücke mit der Trägerfolie 151 versehen. Die Dicke des geformten Formteils 1A wird durch die Lücke zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 151 eingestellt. Wenn eine schäumbare Aufschlämmung in den Aufschlämmungs-Behälter 30 zugeführt wird, während die Trägerfolie 151 sich bewegt, wird die schäumbare Aufschlämmung aus der Lücke zwischen dem Rakel 60 und der Trägerfolie 151 extrudiert, wobei sie zu einem Plattenformteil 1A mit einer vorherbestimmten Dicke geformt wird. Über dem Aufschlämmungs-Behälter 30 wird ein Mischer für die schäumbare Aufschlämmung vorgesehen zur Herstellung der in den Aufschlämmungs-Behälter 30 zugeführten schäumbaren Aufschlämmung. Der Mischer für die schäumbare Aufschlämmung ist mit einem Behälter 113 für die Schäumungsmittel-haltige Lösung, einem Behälter 112 für die Metallpulver-haltige Lösung und einem Kneter 110 zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung S durch Mischen der aus diesen beiden Behältern zugeführten Materialien versehen. Die Verdampfung des Schäumungsmittels kann effizient durch Auffeilen der Bestandteile der schäumbaren Aufschlämmung in die beiden Lösungen und Mischen unmittelbar vor Zufuhr der Aufschlämmung zu dem Rakel verhindert werden.
Die schäumbare Aufschlämmung kann auf dieselbe Weise wie in der ersten oder zweiten Ausführungsform hergestellt werden.
Der Hochtemperatur-Befeuchter 40 ist derselbe wie der in Fig. 7 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform beschriebene. Der Hochtemperatur-Befeuchter 40 in Fig. 13 weist einen rechteckigen Parallelepiped-Ofen 46 auf, der den Transportweg der Trägerfolie 151 umgibt und geschlossene Räume über und unter der Trägerfolie 151 bildet. An der Stromaufwärtswand (Seite der ersten Walze 153) des Ofens 46 ist ein Einlass für die Trägerfolie 151 vorgesehen. Andererseits ist an der Stromabwärtswand (der Seite der zweiten Walze 154) des Ofens 46 ein Auslass für die Trägerfolie 151 vorgesehen. Der untere Raum unter der Trägerfolie 151 dient als Wasserbehälter, der eine gegebene Menge Wasser 45 als Feuchtigkeitsquelle enthält. Der weitere Aufbau und der Betrieb sind derselbe wie die Darstellung in Fig. 7.
Das geschäumte Formteil 1B aus dem Hochtemperatur-Befeuchter 40 zum Schäumen wird in die Trocknungszone einschließlich der Trocknungsmaschine 50 transportiert.
Die Trocknungsmaschine 50 ist dieselbe wie die in Fig. 8. Die Bedingungen zum Trocknen sind dieselben wie die in der ersten Ausführungsform. In der Ausführungsform in Fig. 13 wird die Rohlingfolie oder das trockene Plattenformteil von der Trägerfolie 151 durch Abwärtsbiegen abgetrennt, während es zur zweiten Walze 154 transportiert wird.
Die trockene Rohlingfolie 1C wird in den Brennbereich 202 geführt. Bevorzugt schließt das Sintern des Metallschaums, das im Brennbereich 202 durchgeführt wird, zwei Schritte ein, d. h. den ersten oder Entfettungsschritt zur Entfernung organischer Komponenten wie Binder, und den zweiten oder eigentlichen Sinterungsschritt zum Sintern des Metallpulvers. Durch Durchführen dieser Schritte in derselben Ebene in Reihe wird die Zeit, in der das Plattenformteil in einem signifikant zerbrechlichen Zustand vorliegt, verkürzt. So ist die Qualität des resultierenden gesinterten Formteils stabil.
Der Entfettungs- und Vorsinterungsschritt kann in Luft, in einer Stickstoffatmosphäre oder in einer reduktiven Gasatmosphäre wie gasförmigem Wasserstoff (enthaltend Stickstoff, falls notwendig) bei einer Temperatur von 300 bis 900ºC oder 700 bis 900ºC zur Herstellung einer porösen Metallplatte während 10 bis 60 Minuten durchgeführt werden. Der eigentliche Sinterungsschritt wird bevorzugt in einer reduktiven Atmosphäre wie zersetztem Ammoniakgas oder gasförmigem Wasserstoff im Vakuum, in Luft oder in gasförmigem Stickstoff bei einer Temperatur von 800 bis 1400ºC oder 1000 bis 1300ºC zur Herstellung einer porösen Metallplatte während 20 bis 120 Minuten durchgeführt, abhängig vom verwendeten Metall.
In Fig. 13 weist der Brennbereich einen Entfettungs-Norsinterungsofen 170 und einen eigentlichen Sinterungsofen 180 entlang der Transportrichtung auf. Der Entfettungs- Norsinterungsofen 170 weist eine Trägerfolie 174 aus einem Stahlband auf, welches durch eine erste Walze 172 und eine zweite Walze 173 mit einer Antriebseinheit angetrieben wird und als Fließband wirkt (Transportmittel). Der Entfettungs- Norsinterungsofen 170 ist ein rechteckiger Tunnelofen, der einen geschlossenen Raum über der Trägerfolie 174 bildet. Ein Einlass 175 für die Trägerfolie 174 ist an der Stromaufwärts-Seitenwand der ersten Walze 172 vorgesehen, und ein Auslass 176 ist an der Stromabwärts-Seitenwand der zweiten Walze 1 73 vorgesehen.
Der Entfettungs-Norsinterungsofen 170 kann mit einem Nichrom-Draht-Heizgerät, einem Mo-Heizgerät, einem SiC-Heizgerät oder einem W-Heizgerät erhitzt werden, in Abhängigkeit vom gesinterten Metall.
Eine Schmiermittel-Beschichtungsmaschine 161 ist unter der ersten Walze 172 in Kontakt mit der Trägerfolie 174 vorgesehen, so dass ein Schmiermittel auf die Oberfläche der Trägerfolie 174 vor Transportieren der trockenen Rohlingsfolie 1C aufgetragen wird.
Der Entfettungs-Norsinterungsschritt beabsichtigt die Verflüchtigung der organischen Komponenten wie Binder in der Rohlingfolie 1C. Da ein leichtes Schrumpfen der Rohlingfolie in diesem Schritt eintritt, verursacht das auf die Oberfläche der Trägerfolie 174 aufgetragene Schmiermittel effektives Gleiten zwischen der Trägerfolie 174 und der trockenen Rohlingfolie 1C und absorbiert so die Verformung der Rohlingfolie aufgrund von Schrumpfen. Beispiele für verwendbare Schmiermittel schließen flüssige und feste Stoffe aus Graphit, Pech, Silizium, Bornitrid und Siliziumcarbid ein.
Obwohl ein Stahlband als Trägerfolie in dieser Ausführungsform verwendet wird, können wärmebeständigere Metalle wie rostfreier Stahl, wärmebeständige Legierungen auf Nickelbasis und Molybdänlegierungen ebenfalls verwendet werden.
Die trockene Rohlingfolie 1C wird entfettet und vorgesintert zur Bildung einer entfetteten Folie 1D im Entfettungs-Norsinterungsofen 170. Die entfettete Folie 1 D wird von der sich bewegenden Trägerfolie 174 an der zweiten Walze 173 abgetrennt und dem eigentlichen Sinterofen 180 zugeführt.

Eigentliches Sintern

Der eigentliche Sinterofen 180 ist ein rechteckiger Tunnelofen, der einen geschlossenen Raum bildet, wie der Entfettungs-Norsinterungsofen 170. Ein Einlass 185 für die entfettete Folie 1D ist an der Stromaufwärts-Seitenwand des eigentlichen Ofens 180 vorgesehen, und ein Auslass 186 ist an der Stromabwärts-Seitenwand des eigentlichen Ofens 180 vorgesehen. Eine Vielzahl von Transportwalzen 182 ist vom Einlass 185 zum Auslass 186 in Reihe im eigentlichen Ofen 180 zur Bildung eines Walzenherds 183 als kontinuierliches Sinterofenbett vorgesehen. Jede Transportwalze 182 rotiert in Transportrichtung durch Antriebsmittel (in der Figur nicht gezeigt) unabhängig, oder teilweise oder vollständig kooperativ. Das Walzenbett 183 erstreckt sich bis in die Nachbarschaft der zweiten Walze 173 des Entfettungs-Norsinterungsofens 170 und bis zur Außenseite des Auslasses 186. Die entfettete Folie 1 D bewegt sich auf einer Vielzahl von Transportwalzen 182, die in Transportrichtung rotieren, während sie in Kontakt mit den Transportwalzen kommen.
Der Abstand zwischen den Transportwalzen 182 des Walzenbetts 183 wird bestimmt basierend auf der Dicke und Porosität der entfetteten Folie 1D, dem Sinterungszustand und ähnlichem. Da ein großer Abstand eine nicht ausreichende Stützung der entfetteten Folie verursacht, muss ein geeigneter Abstand bestimmt werden.
Beispielsweise reicht der Abstand von ungefähr 25 bis 70 mm. Am Einlass 185 und in seiner Nachbarschaft sind die Transportwalzen in wünschenswerter Weise in kürzeren Abständen angeordnet.
Anstelle von Transportwalzen kann eine Vielzahl von sphärischen oder elliptischen sphärischen Teilen ebenfalls als Transportmittel verwendet werden, das die entfettete Folie 1 D in Punktkontakt trägt. Ein solches Linien- oder Punktkontaktmittel kann nur in einem Bereich verwendet werden, der eine große Schrumpfung der entfetteten Folie 1 D verursacht, und jedes beliebige übliche Transportmittel wie ein Fließband kann in anderen Bereichen verwendet werden. Das Linien- oder Punktkontaktmittel kann als Transportmittel im Enifettungs-Norsinterungsofen 170 verwendet werden.
Die Metallplatte schrumpft höchstens ungefähr 20% durch das Sintern, wenn ein Nickelschaum bei 1200ºC gebrannt wird. Wenn ein üblicher Bandofen verwendet wird, wird eine gesinterte poröse Metallplatte mit einer Länge von höchstens einigen Dutzend Zentimetern erhalten. Im Gegensatz dazu kann in dieser Ausführungsform eine lange gesinterte poröse Metallplatte 1E durch das oben genannte Transportmittel erhalten werden. Im Detail ist der Kontaktwiderstand zwischen dem porösen Artikel und dem Transportmittel signifikant klein, da das poröse Formteil auf einer Vielzahl von sich drehenden Formteilen in einem Linien- oder Punktkontakt bewegt, der poröse Formteil gleitet leicht auf den sich drehenden Formteilen und daher kann das Schrumpfen des porösen Formteils leicht erreicht werden. Da die Verformung aufgrund des Schrumpfens absorbiert wird, können Sprünge aufgrund der Schrumpfung verhindert werden.
Bevorzugt wird die Rotationsgeschwindigkeit jedes Rotationsbestandteils 182 als Antwort auf die Schrumpfungsmenge eingestellt. Beispielsweise kann das Schrumpfen ohne Verformung leicht durchgeführt werden durch eine solche Einstellung, dass die Rotationsgeschwindigkeit am Auslass kleiner ist als die am Einlass.
Der eigentliche Sinterungsofen 180 kann in eine Vielzahl von Abteilungen aufgeteilt werden, und insbesondere mindestens drei Abteilungen, wobei die Temperaturen dieser Abteilungen in Transportrichtung erhöht werden, um das poröse Formteil allmählich zu sintern. In einem solchen eigentlichen Sinterungsofen 180 können durch schnelles Erhitzen verursachte Sprünge vermieden werden, und so kann das Sintern stabil durchgeführt werden.
Die Heizgeschwindigkeit in Transportrichtung im eigentlichen Sinterungsofen 180 reicht bevorzugt von 2 bis 50ºC/min. und bevorzugter von 3 bis 30ºC/min. Der im eigentlichen Sinterungsofen 180 vorgesehene Erhitzer ist nicht beschränkt, wie im Entfettungs-Norsinterungsofen 170, und wird geeignet ausgewählt aus Nichrom- Erhitzern, Mo-Erhitzern, SiC-Erhitzern und W-Erhitzern, als Beispielen.
Die resultierende gesinterte Metallplatte 1E wird aus dem eigentlichen Sinterungsofen 180 herausgeführt und auf einer Wickelmaschine 191Als kontinuierlicher Rollenstreifen 192 aufgewickelt.
Die Dicke der gesinterten Metallplatte 1E kann kontrolliert werden durch Flachwalzen oder ähnliches, falls notwendig. Die Wickelgeschwindigkeit V&sub2; der Walze wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
V&sub2; = V&sub1; · (100 - S/100)
wobei S die Endschrumpfungsrate des gesinterten Metalls darstellt und V&sub1; die Bewegungsgeschwindigkeit der Trägerfolie in der Brennmaschine darstellt.
Gesinterte poröse Metallplatten mit einer dreidimensionalen Gerüststruktur und einer großen spezifischen Oberfläche können auf diese Weise hergestellt werden. Die resultierenden gesinterten porösen Metallplatten haben die folgenden verschiedenen porösen Strukturen wie in Fig. 9A bis 9D gezeigt, in Abhängigkeit von der Aufschlämmungsherstellung, den Schäumungsbedingungen, den Trocknungsbedingungen und den Brennbedingungen; eine poröse Einzelschichtstruktur wie in Fig. 9A gezeigt, eine geschlossene Mehrschichtstruktur wie in Fig. 9B gezeigt, eine Gerüststruktur mit geschlossener Oberfläche wie in Fig. 9C gezeigt, und eine Gerüststruktur mit offener Oberfläche wie in Fig. 9D gezeigt.
Das dreidimensionale Gerüst selbst der gesinterten porösen Metallplatte in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls porös, da das Gerüst aus gesintertem Metallpulver besteht. Daher hat die gesinterte poröse Metallplatte eine signifikante spezifische Oberfläche, beispielsweise 300 bis 1500 cm²/cm³ als spezifische BET-Oberfläche. Weiter können extrem kleine Zellen, z. B. von 100 um oder weniger leicht gebildet werden. Das resultierende Sintermetallpulver hat eine mittlere Porengröße von 60 bis 600 um und eine Porosität von 90 bis 98 Volumenprozent.
Als Vergleichsbeispiel wurde eine gesinterte poröse Metallplatte wie folgt hergestellt; nach Verdampfen von Nickel in einer Dicke von 0,5 um auf der Innenseite eines kommerziell erhältlichen Polyurethanschaums, um diesem Leitfähigkeit zu verleihen, wurde der Schaum in eine Nickelsulfatlösung eingetaucht; der Schaum als negative Elektrode wurde einem Elektroplatlieren bei einer Stromdichte von 1 A/dm² unterzogen, um eine Nickelplattierungsschicht mit einer mittleren Dicke von 75 um auf der Oberfläche der offenen Zellen des Schaums zu bilden; der plattierte Schaum wurde in einem Wasserstoffstrom bei 1100ºC für 0,5 Stunden gehalten, um den Polyurethanschaum zu entfernen. Die resultierende gesinterte poröse Metallplatte hat einen Durchmesser von 50 mm und eine Länge von 100 mm. Die Porengröße, Porosität und die spezifische BET-Oberfläche der gesinterten porösen Metallplatte wurden wie in Beispiel 1-1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Die durch die Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene gesinterte poröse Metallplatte kann für Aktivmaterialträger für Elektroden für alkalische Sekundärbatterien, Hydrolyseelektroden, atomisierende Einheiten für Ölerhitzer, Magnetschutzverpackungen, Puffer für Gasexpansion in Luftkissen unter Verwendung von Explosivstoffen, akustische Isoliermaterialien, Hydrolysefilter für Wasserreiniger, elektrostatische Filter für Luftreiniger, Ölnebelfilter für Abgas, desodorierende Katalysatoren für Ölerhitzer und ähnliches, Staubfilter für Hochtemperatur-Leitungen, Substrate der Kompositmaterialien, deren Poren mit Aluminium bei hohem Druck gefüllt werden, und industrielle Katalysatoren und Träger verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben angegebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, modifiziert werden.
In der fünften Ausführungsform schließt die Brennmaschine zwei Ofen für den Entfettungs-Norsinterungsschritt und den eigentlichen Sinterungsschritt ein. Diese zwei Schritte können jedoch durch einen Ofen erzielt werden, der zwei durch eine Wand abgetrennte Abteilungen aufweist. Weiter kann der Entfettungsschritt aus der Brennmaschine eliminiert werden.
Die zweite bis vierte Ausführungsform können ebenfalls an die fünfte Ausführungsform adaptiert werden.
Die Sinterungsmethode in der fünften Ausführungsform ist auf eine Methode zur Herstellung eines kontinuierlichen Streifens aus einer Metallplatte und Metallfolie anwendbar, außer der Methode zur Herstellung der gesinterten porösen Metallplalte. Weiter ist die Sinterungsmethode auch anwendbar auf eine Methode zur Herstellung eines langen gesinterten Körpers mit einem einheitlichen Querschnitt, wie einem Barren oder einem Rohr. Weiter ist die Sinterungsmethode auch anwendbar auf eine Methode zur Herstellung eines langen gesinterten Keramikartikels.
In Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform kann eine gesinterte poröse Metallplatte mit einer großen spezifischen Oberfläche und einem großen Freiheitsgrad der Metall-Zusammensetzung einfach und stabil erhalten werden. Weiter kann ein langer gesinterter Artikel leicht in einer Pulvermetallurgie-Methode und ähnlichem erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte, umfassend die Schritte:

einen Aufschlämmungs-Herstellungsschritt zur Herstellung einer Metallpulver enthaltenden schäumbaren Aufschlämmung;

einen Formungsschritt zum Formen der schäumbaren Aufschlämmung zu einem Plattenformteil;

einen Schäumungsschritt zum Schäumen des Plattenformteils, wobei die Atmosphäre bei einer Feuchtigkeit von 65% oder mehr gehalten wird; und

einen Trocknungsschritt zum Trocknen des Plattenformteils nach dem Schäumen, wobei im Aufschlämmungs-Herstellungsschritt eine erste wäßrige Lösung, enthaltend ein Schäumungsmittel, einen oberflächenaktiven Stoff und einen wasserlöslichen harzigen Binder, und eine zweite wäßrige Lösung, enthaltend Metallpulver und einen wasserlöslichen harzigen Binder, separat hergestellt werden und die erste wäßrige Lösung und die zweite wäßrige Lösung gemischt werden, um die schäumbare Aufschlämmung unmittelbar vor dem Formungsschritt herzustellen.

2. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin einen Brennschritt zum Entfetten des Plattenformteils nach dem Trockenschritt umfaßt.

3. Verfahren zum Herstellen einer porösen Metallplatte nach Anspruch 2, wobei der Brennschritt einen Schritt zum Sintern des Plattenformteils beinhaltet.

4. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die schäumbare Aufschlämmung beim Formungsschritt mit einer Rakelmethode geformt wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 4, wobei die Rakelmethode eine Vielzahl von Rakeln verwendet, die voneinander in vorherbestimmten Abständen getrennt sind.

6. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Trocknungsschritt ein Trocknungsschritt durch Bestrahlung mit Ferninfrarot ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Formungsschritt das Formen des schäumbaren Plattenformteils auf einer Trägerfolie erreicht.

8. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 7, wobei vor dem Formungsschritt zunächst ein Trennfilm, der beim Brennschritt abbrennen kann, auf der Trägerfolie vorgesehen wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 8, wobei der Trennfilm ein Polyurethanharz umfaßt.

10. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte, umfassend:

ein Aufschlämmungs-Herstellungsmittel zur Herstellung einer schäumbaren Aufschlämmung, die mindestens Metallpulver, ein Schäumungsmittel und ein flüssiges Medium enthält;

ein Formungsmittel zum Formen der schäumbaren Aufschlämmung, die aus dem Aufschlämmungs-Herstellungsmittel zugeführt wird, zu einem Plattenformteil;

ein Schäumungsmittel zum Schäumen des Plattenformteils aus der schäumbaren Aufschlämmung; und

ein Trocknungsmittel zum Trocknen des porösen Artikels; dadurch charakterisiert, daß diese Mittel in Reihe durch ein Transportmittel zusammengeschlossen sind, welches eine kontinuierliche Trägerfolie umfaßt, und das Schäumungsmittel ein Mittel zur Aufrechterhaltung einer Atmosphäre mit einer Feuchtigkeit von 65% oder mehr umfaßt.

11. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 10, wobei ein Entfettungsmittel nach dem Trocknungsmittel vorgesehen wird, um den trockenen Plattenformteil zu entfetten.

12. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 11, wobei das Entfettungsmittel eine Trägerfolie aufweist.

13. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei ein geeignetes Sintermittel nach dem Entfettungsmittel vorgesehen wird, um das entfettete Plattenformteil zu sintern.

14. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Formungsmittel eine Mehrzahl von Rakeln umfaßt.

15. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 14, wobei das Rakelmittel zwei Rakel umfaßt.

16. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das Aufschlämmungs-Herstellungsmittel ein Mittel zum Mischen der ersten wäßrigen Lösung zum Mischen einer ersten wäßrigen Lösung umfaßt, enthaltend das Schäumungsmittel, das oberflächenaktive Mittel und den wäßrigen harzigen Binder; und ein Mittel zum Mischen der zweiten wäßrigen Lösung zum Mischen einer zweiten wäßrigen Lösung, enthaltend das Metallpulver und den wäßrigen harzigen Binder, isoliert von Mittel zum Mischen der ersten wäßrigen Lösung; und ein drittes Mittel zum Mischen zur Herstellung der schäumbaren Aufschlämmung durch Mischen der ersten wäßrigen Lösung und der zweiten wäßrigen Lösung unmittelbar vor Durchführung des Formungsschritts.

17. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Formungsmittel umfasst einen Aufschlämmungstank zur Aufbewahrung der schäumbaren Aufschlämmung, die aus dem Aufschlämmungs-Herstellungsmittel zugeführt wird, während einer kurzen Zeit, und ein Atomisierungsmittel für das flüssige Medium zur Verhinderung des Trocknens der Oberfläche der schäumbaren Aufschlämmung umfaßt.

18. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Schäumungsmittel einen Ofen mit einem Einlaß und einem Auslaß umfaßt, der den Bewegungsweg des Transportmittels umgibt;

einen Wasserbehälter mit einem Thermostat, der im Ofen vorgesehen ist;

eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Formteils, der entlang des Bewegungswegs im Ofen vorgesehen ist, und einen Anti-Schwitzwasser-Erhitzer, der an der Ofeninnenwand vorgesehen ist.

19. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei das Trocknungsmittel ein Mittel zur Bestrahlung mit Ferninfrarot umfaßt.

20. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei ein Mittel zum Auftragen eines Trennmittels im Formungsmittel vorgesehen ist, um einen Trennmittelfilm auf dem Transportmittel zu bilden.

21. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 20, wobei das Mittel zum Auftragen des Trennmittels eine Rakelmaschine und eine Trennmittel-Trocknungsmaschine umfaßt.

22. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei das geeignete Sintermittel einen Tunnelofen und eine Tragevorrichtung zum kontinuierlichen Fortbewegen des entfetteten Plattenformteils vom Einlaß zum Auslaß des Tunnelofens umfaßt; das Tragemittel, in mindestens einem Teil des Tunnelofens eine Vielzahl von Transportwalzen umfaßt, die in der Transportrichtung rotieren.

23. Apparatur zur Herstellung einer porösen Metallplatte nach Anspruch 22, wobei die Transportwalzen so kontrolliert sind, daß die Rotationsgeschwindigkeit entlang der Transportrichtung allmählich abnimmt.