DE8806558U1 - Poröser Metallgegenstand - Google Patents

Description

27.295/70-R1

Eckart-Werke Standard Bronzepulver-Werke Carl Eckart GmbH & Co.. Kaiserstrasse 30, 8510 Fürth /Bayern

Poröser Metallgegenstand Die Erfindung betrifft einen porösen Metallgegenstand aus Metallpartikeln, die mindestens entlang eines Teiles ihrer Oberfläche mit einer Schicht überzogen und unter Ausbildung

eines mechanisch stabilen Körpers mit zwischen den

Metal'par tikel&eegr; befindlichen Poren miteinander verbunden

Aus der DE-OS 25 05 148 ist ein poröser Metallgegenstand aus Metal 1 partikel &eegr; bekannt, die mindestens entlang eines Teiles ihrer Oberfläche mit einer Schicht überzogen sind. Bei der die Metall partikel überziehenden Schicht handelt es sich dort um einen überzug aus einem Flussmittel, das dazu dient, die auf den Metallpartikeln befindliche Oxidschicht auf zubrechen., .Di.es.es, ,Auf brechen der Oxidschicht

der einzelnen Partikel mit Hilfe des Flussmittels erfolgt bei relativ hohen Temperaturen, wie sie beim Sintern dieses porösen Metal 1 gegenstandes angewandt werden. Zum Sintern eines solchen porösen Metallgegenstandes sind demnach grosse Energiemengen erforderlich. Ausserdem erfolgt die Sinterung dieser bekannten porösen Metallgegenstände insbes. in einer inerten Atmosphäre, so dass spezielle Sinterofen erforderlich sind.

Ein Verfahren zur Herstellung hochporöser Körper aus sinterbaren Pulvern ist bspw. aus der DE 30 21 384 Al bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Trägerkörper aus einem organischen oder aus einem anorganischen Werkstoff mit dem sinterbaren Pulver eingekrustet, wonach ein Sintervorgang folgt, bei dem der organische oder anorganische Werkstoff des Trägerkörpers entfernt werden kann. Auch bei diesem Verfahren sind zur Sinterung relativ hohe Temperaturen und somit grosse Energien erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen porösen Metallgegenstand der eingangs genannten Art zu schaffen, der zu seiner Herstellung keine wesentliche Energiemenge benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Oberzugsschicht aus einem die Metal 1 partikel aneinander festlegenden Bindemittel besteht. Ochsn kann das Bindemittel aus einem mindestens zwei Komponenten aufweisenden Reaktionskleber bestehen. Die mechanische Verbindung der Metallpartikel ist nach Ablauf der Reaktion des Reaktionsklebers gegeben, wobei ein poröser Metallgegenstand entsteht, Die mindestens zwei Komponenten des Reaktionsklebers werden dabei vorzugsweise derartig ausgewählt, dass ein

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Reaktionsablauf des Reaktionsklebers nach dem Zusammenbringen der mindestens zwei Komponenten bei normaler Zimmertemperatur oder gegebenenfalls bei ttwas erhöhter Temperatur innerhalb einer bestimmten gewünschten Zeitspanne gegeben ist. Selbstverständlich kann der Reaktionskleber auch mehr als zwei Komponenten aufweisen. Bei diesen Komponenten handelt es sich bspw. um eine erste Komponente, die den Grundstoff des Reaktionsklebers bildet, um eine zweite, den Härter bildenden Komponente, um eine dritte, einen Beschleuniger bildenden Komponente sowie gegebenenfalls um weitere an sich bekannten Komponenten eines solchen mehrkomponentigen Reaktionsklebers. Bei Verwendung eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Reaktionsklebers ergibt sich der Vorteil, dass die mechanisch feste Verbindung der Metallpartikel nicht durch die Anwendung einer relativ hohen Temperatur, wie sie beim an sich bekannten Metal 1 pulversintern erforderlich ist, durchgeführt wird, sondern durch den Reaktionsablauf des Reaktionsklebers. Auf diese Weise ist es möglich, beliebige Metal 1 partikel miteinander fest zu verbinden, um einen mechanisch stabilen Körper beliebiger Form auszubilden. Es ist also nicht mehr erforderlich, einen bei relativ hohen Temperaturen ablaufenden Sinterprozess durchzuführen, sondern es genügt, die Metal 1partikel mit einem Reaktionskleber zu vermischen und das so vorbereitete Gemisch aus Metal 1partikel&eegr; und Reaktionskleber in eine bestimmte Form einzubringen, um den gewünschten Körper herzusteilen.

Bei den Metal 1 partikel &eegr; kann es sich um Partikel eines bestimmten Metalls handeln. Das kann ein beliebiges Metall sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der poröse Metallgegenstand aus Partikeln unterschiedlicher Metalle und/oder Metallegierungen besteht. Desweiteren

ist es muglicn, dass der poröse Metallgegenstand bspw. einen Kern aus mittels eines Reaktionsklebers miteinander fest verbundener Metal 1 partikel und einer äusseren Lage oder Beschichtung aus einem beliebigen anderen Material zusammengesetzt ist. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Metal 1partikel aus mindestens einem Nichteisenmetall sind. Dabei kann es sich bspw. um Kupfer,Magnesium, Blei, Zink und deren Legierungen handeln. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Metal 1partikel aus Aluminium sind. Selbstverständlich sind auch Legierungen aus Aluminium mit beliebigen anderen Metallen bzw. insbes. m it an sich bekannten Nichteisenmetallen möglich. Es ist bekannt, dass reines Aluminiumpulver sinterträge ist. Das resultiert daraus, dass Aluminiumpulver eine dichte Oxidhaut besitzt, welche selbst bei hohen Temperaturen, wie sie zum Sintern des Aluminiumpulvers erforderlich sind, und die nur geringfügig unter der Schmelztemperatur des Aluminiums liegen, ein Zusammensintern der Aluminiumpartikel zumindest erschwert. Deshalb ist es nur unter erschwerten Bedingungen möglich, mit Aluminiumpartikeln einen porösen Sintergegenstand mit einer guten mechanischen Festigkeit herzustellen. Eine solche gute mechanische Festigkeit wird erst durch das Zumischen anderer Metal 1 partikel zu den Aluminiumpartikeln möglich. Bei diesen anderen Metal 1 partikel&eegr; handelt es sich bspw. um Partikel aus Kupfer,Magnesium. Silizium oder Legierungen dieser Metalle. Ausserdem ist es 2"r Erzielung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit eines porösen Sintergegenstandes aus Aluminium erforderlich, die zu Sinternden Partikel in einer dem Sinterkörper entsprechenden Torrn einem hohen Druck auszusetzen. Während des sich an diesen Pressvorgang anschl iessenden, bei entsprec'--^>r!^ hohen Temperaturen stattfindenden Sintervorgangs treten an den Partikeln Flüssigphasen auf, die zur Versinterung der Aluminiumpartikel führen. Es ist jedoch problematisch, Aluminiumpartikel einer relativ engen Kornklasse mit den

für den Sintervorgang erforderlichen Legierungsparti';eln so innig zu vermischen, dass ein Versintern der Partikel zu einem porösen Sintergegenstand ausreichender mechanischer Festigkeit ohne vorherige Verdichtung der Partikel, d.h. durch ein sog. Schüttsintern möglich wäre. Im Vergleich dazu ist es erfindungsgemäss erstmals möglich, unabhängig vom Oberflächenzustand der Metallpartikel und unabhängig von der vom Oberflächenzustand abhängigen Sinteraktivität der Metallpartikel poröse Metallgegenstände mit einer guten mechanischen Festigkeit und einer gewünschten Porosität herzustellen.

Die Metallpartikel weisen vorzugsweise eine Partikelgrösse zwischen 20 &mgr;&pgr;&igr; und 5 mm auf. Die Gestalt der Metallpartikel kann kugelförmig, spratzig, dentritisch, plattenförmig oder beliebig anders sein. Das Verhältnis des Anteils der Metallpartikel zum Anteil des Reaktionsklebers liegt vorzugsweise zwischen 99:1 bis 80:20 Gew.-«. Dieses Verhältnis ist nicht nur von der mittleren Korngrösse der Metallpartikel, sondern auch davon abhängig, welche Porosität der Metallgegenstand aufweisen soll.

Es 1st möglich, dass die Partikelgrösse der Metallpartikel nur Innerhalb eines engen Bereiches variiert, d.h.innerhalb einer engen Kornklasse Hegt. Es 1st jedoch wahlweise auch möglich, dass die Grosse der Metallpartikel in einem weiten Korngrössenbereich Hegt. Durch Verwendung von Metallpartikeln, die in zwei oder mehr voneinander verschiedenen Kornfraktionen vorliegen, d.h. die In unterschiedlichen Korngrössenbereichen !legenest es möglich, poröse Metallgegenstände herzustellen, die wunschgemäss an verschiedenen Bereichen des Gegenstandes unterschiedliche Porositäten besitzen.

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Bel dem Verfahren zur Herstellung eines derartigen porösen Metallgegenstandes, bei welchem Metallpartikel mit einem die Oberfläche der Metallpartikel benetzenden Material vermischt werden und die auf diese Weise benetzten Metallpartikel in eine den porösen Metallgegenständen entsprechende Form eingebracht werden, werden die Metallpartikel mit einem Bindemittel vermischt, wobei -ras Bindemittel die Metallpartikel oberflächlich mindestens teilweise in einer dünnen Schicht bedeckt, wonach die mit dem Bindemittel benetzten Metallpartikel in die dem porösen Metallgegenstand entsprechende Form eingebracht werden. Als Bindemittel wird vorzugsweise ein mindestens zwei Komponenten aufweisender Reaktionskleber verwendet, der vorzugsweise in flüssiger Form vorliegt. Dadurch ist es einfach möglich,die Metallpartikel mit dem Reaktionskleber gut zu vermischen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn ein dünnflüssiger Reaktionskleber zur Anwendung gelangt, weil dann die einzelnen Metallpartikel nur mit einer sehr dünnen Bindemittel- bzw. Kleberschicht benetzt werden, so dass die Porosität des hergestellten Metallgegenstandes nicht beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise werden Metallpartikel aus.einem Nichteisenmetall mit dem Reaktionskleber vermischt. Als Nichteisenmetalle kommen Kupfer, Magnesium, Blei, Zink u.dgl., bzw. deren Legierungen zur Anwendung. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass Metallpcrtikel aus Aluminium mit dem Reaktionskleber vermischt werden.

Es ist möglich, dass die Metallpartikel innerhalb eines relativ engen Korngrössenbereiches eine

konstante Grosse besitzen, es ist jedoch auch möglich, dass die Metallpartikel Korngrössen innerhalb eines vergleichsweise weiten Korngrössenbereiches aufweisen bzw. in voneinander verschiedenen Korngrössenbereichen, d.h. Kornfraktionen liegen. Durch geeignete Wahl der Partikelgrösse ist es einfach möglich, die Porosität des mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Metallgegenstandes wunschgemäss einzustellen.

Den Metailpartikeln wird der Reaktionskleäer vorzugsweise in einem Verhältnis von 99:1 bis 80:20 Gew.-X zugemischt. Das Verhältnis zwischen Metallpartikeln und Reaktionskleber ist u.a. von der mittleren Korngrösse der Metallpartikel, von der Korngrössenverteilung der Metallpartikel und von der gewünschten Porosität des mit dem erfIndungsgenrtssen Verfahren hergestellten Metallgegenstandes abhängig.

Den Metallpartikeln können die mindestens zwei Komponenten des Reaktionsklebers gleichzeitig zugemischt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass den Metallpartikeln die mindestens zwei Komponenten des Reaktionsklebers nacheinander zugemischt werden. Die Vorgehensweise der Zumischung der Komponenten des Reaktionsklebers zu der. Metallpartikeln ist insbes.von dem speziellen zur Anwendung gelangenden Reaktionskleber

bzw. von dessen Komponenten abhängig.

Die Reaktion des Reaktionsklebers kann in der dem porösen Metallgegenstand entsprechenden Form bei normaler Umgebungstemperatur oder bei erhöhter Temperatur bzw. bei normalem Luftdruck oder bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Unabhängig davon, ob die Reaktion bei normaler Umgebungstemperatur oder bei erhöhter Temperatur bzw. bei normalem Luftdruck oder bei erhöhtem Druck durchgeführt wird, ist es zweckm?ssig, die Form unmittelbar nach dem Einbringen der mit dem Reaktionskleber vermischten Metallpartikel in die dem herzustellenden porösen Metallgegenstand entsprechende Form zu rütteln, um eine bestimmte Verdichtung der Metallpartikel zu bewerkstelligen und somit unerwünschte Hohlräume im porösen Metallgegenstand zu vermeiden. Das ist insbes. dann vorteilhaft, wenn ein derartiger erfindungsgemässer poröser Metallgegenstand als Filterelement oder als Wärmetauscherelement verwendet wird. Bei einem Filterelement der zuletzt genannten Art kann es sich um ein sog. Aerosolfi1ter handeln. Es ist jedoch auch möglich, ein solches Filterelement als Chemisorbtionsfi1ter anzuwenden, wenn entsprechende Metallpartikel bzw. wenn entsprechend heschichtete Metallpartikel zur Anwendung gelangen.

Erfindungsgemäss kann der poröse Metallgegenstand auch als in einer Recycling-Anlage anwendbarer wiederaufschmelzbarer Körper verwendet werden. Das ist insbesondere bei dem Wiederaufschmelzen von Aluminiumpartikeln vorteilhaft. Aluminiumpartikel können nämlich nur in einer in eine kompakte Form gebrachten Gestalt wiecrraufgeschmolzen werden. Es ist nicht möglich, derartige Aluminiumpartikel selbst, d.h. unmittelbar wieder aufzuschmelzen.

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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles eines erf1ndungsgemässen porösen Metal 1 gegenstandes . Es zeigt:

Figur 1 eine Ansicht eines porösen Metal 1 gegenstandes von der Se i te , und

Figur 2 eine stark vergrösserte Darstellung des Details II aus Figur 1 im Schnitt.

Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht einen porösen Metallgegenstand 10 aus Me ta 11partike 1 &eegr; 12, die in Figur stark vergrössert dargestellt sind. o>ie Metal 1 partikel sind mindestens auf einem Teil ihrer Oberfläche mit einer Schicht 14 überzogen, die aus einem mindestens zwei Komponenten aufweisenden Reaktionskleber besteht. Ein Teil der in Figur 2 dargestellten Metal 1 partikel 12 sind voneinander durch die Schicht 14 beabstandet und gleichzeitig miteinander mechanisch fest verbunden. Ein anderer Teil der Metal 1 partikel 12 ist ebenfalls mit dem Reaktionskleber 14 beschichtet, wobei die Metallpartikel 12 jedoch entlang gemeinsamer Berührungsflächen 16 unmittelbar aneinander anliegen. Mit der Bezugsziffer 18 sind Poren des Metal 1 gegenstandes 10 bezeichnet.

Nachfolgend wird ein bei einem porösen Metallgegenstand der oben beschriebenen Art zur Anwendung gelangendes Bindemittel, bzw. das Mischungsverhältnis zur Herstellung eines porösen Aluminiumgegenstandes beschrieben. Bei diesem Bindemittel handelt es sich um ein sog. Alpha-Bind-System der Fa. Frankonia, Nürnberg. Dieses Alpha-Bind System hat eine Polyurethan-Basis und besteht aus den beiden Komponenten A-Alpha 6 und B-FR 13. Die Vernetzung der Komponenten erfolgt durch Polyaddition von Diisocyanaten oder von Polyisocyanaten an Diolen z.B. Polyether-Polyole

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oder Naturstoffen wie Stärke oder Diaminen. Die Viskosität der Komponente &Agr;-Alpha 6 beträgt 38 Sekunden und die Viskosität der Komponente B-FR 13 beträgt 36 Sekunden (-gemessen nach DIN-Becher 4 mm Durchmesser). Die beiden Komponenten werden im Verhältnis 1:1 gemiseht.Anschliessend erfolgt eine Mischung zwischen den Aluminiumpartikeln und dem Binder, wobei ein Kilogramm Alumi&eegr;ium-Griess mit 1-2 Gew.-X Binder, d.h. mit 10-2Og Binder innig gemischt wird. Diese Mischung erfolgt mit Hilfe eines Zwangsmischers während einer Zeitspanne von ca. 60 Sekunden. Die so vorbereiteten Aluminiumpartikel werden dann in eine Form eingebracht, in der sie grössenordnungsmässig während einer Zeitdauer von 3 bis 4 Minuten verbleiben. Danach kann der poröse und mechanisch feste Metallgegenstand aus der Form entnommen werden.

Claims (6)

• · 27.295/70-Rl Eckart-Werke Standard Bronzepulver-Werke Carl Eckart GmbH & Co., Kaiserstr. 30, 8510 Fürth/Bay. Ansprüche

1. Poröser Metallgegenstand aus Metallpartikeln (12), die mindester*, auf einem Teil ihrer Oberfläche mit einer dünnen Schicht (14) überzogen und unter Ausbildung eines mechanisch stabilen Körpers mit zwischen den Metallpartikeln (12) befindlichen Poren (18) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht (14) aus einem die Metallpartikel (12) aneinander festlegenden Bindemittel besteht.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einem mindestens zwei Komponenten aufweisenden Reaktionskleber besteht.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel (12) aus mindestens einem Nichteisenmetall sind.

4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel (12) aus Aluminium sind.

5. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metal 1 partikel (12) eine Partikelgrösse zwischen 20 pm und 5 mm aufweisen.

6. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis de Anteils der Metallpartikel (12) zum Anteil des Reaktionsklebers zwischen 99:1 bis 80:20 Gew.-% liegt,