DE945634C

DE945634C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung hochporoeser Metallplatten, insbesondere fuer Akkumulatoren

Info

Publication number: DE945634C
Application number: DEP37794D
Authority: DE
Inventors: Harold William George Hignett
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1948-03-25
Filing date: 1949-03-25
Publication date: 1956-07-12
Also published as: GB648929A; SE140803C1; US2689178A; FR983629A

Description

Metallplatten hoher Porosität, wie sie unter anderem für elektrotechnische Zwecke, z. B. für Sammler, gebraucht werden, lassen sich, bekanntlich durch Sintern von Metallpulver in einer reduzierenden Atmosphäre herstellen. Um einen hohen Grad der Porosität von mindestens 55°/°> manchmal 8o bis 90% Hohlraum im Gesamtvolumen zu erreichen, formt man die Platten üblicherweise mit einem Bindemittel, das sich beim Sintern verflüchtigt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Größe und Form der Poren im Sintermetall von der Größe und Form der Bindemittelteilchen abhängt, die schwer zu kontrollieren sind. Wenn die sich beim Sintern entwickelnden Gase frei entweichen können,, besteht ferner die Gefahr, daß sich die Platte verzieht, während beim Abzug der Gase durch vorgesehene Kanäle Pulverteile mitgerissen werden können, bevor sie zusammensintern. Der Gebrauch eines Bindemittels läßt sich durch die Verwendung von Metallpulvern geringer Massendichte vermeiden, bei denen das zusammengehäufte Pulver selbst eine genügende Anzahl Hohlräume aufweist, beispielsweise von Nickelpulver, das durch die Zersetzung von Nickelkarbonyl gewonnen ist. Die Art dieser Pulver und ihre Massendichte werden durch die Bedingungen bestimmt, unter denen das Karbonyl sich zersetzt; im wesentlichen zerfallen solche

Pulver in zwei Gruppen, die nachstehend als Α-Nickel und B-Nickel bezeichnet werden. A-Nikkel besteht hauptsächlich aus Teilchen von 2 bis 15 ^a Durchmesser, die in der Masse mechanisch, aber sehr lose aneinanderhaften. Die Massendichte von A-Nickel-Pulver schwankt von 0,6 bis 4,5 g pro Kubikzentimeter. B-Nickel-Pulver 'besteht aus kleineren Teilchen, die sich ineinander zu Anhäufungen verzahnen, während die Anhäufungen wiederum miteinander verzahnt sind, so daß es sich zu festeren Massen als A-Nickel-Pulver zusammenfügt. Dementsprechend ist die Massendichte von B-Nickel-Pulver geringer, sie bewegt sich zwischen 0,3 und etwa 1,2 g/ccm. Die Porosität des gesinterten Enderzeugnisses steigt mit sinkender Massendiehte des Ausgangspulvers, gleichzeitig steigt aber auch der Massenschwund beim Sintern.

Wegen der Unterschiede zwischen A- und B-Nickel zeigen die daraus hergestellten Platten auch verschiedene Eigenschaften. Trotz der Zusammenziehung beim Sintern weisen die Platten aus B-Nickel hohe Porosität auf, während Α-Nickel dazu neigt, beim Sintern Risse zu bilden und bei vorhergehendem Zusammenpressen zur Vermeidung solcher Risse nur noch eine verhältnismäßig niedrige Porosität von z. B. nicht mehr als 50⁰Zo behält.

Der Schwund beim Sintern führt zum Verziehen der Platten, so daß zur Herstellung unverzogerier Platten einheitlicher Größe, Stärke und Form die Richtung des Schwundes kontrolliert werden muß. Es muß also dafür gesorgt werden, daß die Pulvermasse sich beim Sintern nur in einer Richtung, also z. B. nur in Richtung der Plattenstärke, nicht der Plattenlänge oder -breite zusammenzieht. Das läßt sich durch Einlegen eines Drahtnetzes erreichen, was aber bei dünnen Platten große Schwierigkeiten bereitet. Jedenfalls vermindert das Netz die Porosität der Platte und erhöht ihr Gewicht. Ferner ist es bekannt, Metallplatten in Sinterformen herzustellen, die zwecks Vermeidung des Schrumpfens aufgerauht sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallplatten ohne Drahtnetzeinlage od. dgl. Gemäß der Erfindung erfolgt der Aufbau der Metallplatten lagenweise auf einer rauhen oder gewellten Unterlage, indem bis zum Erreichen der gewünschten Plattenstärke dünne Metallpulverschichten ohne Druckanwendung in einer solchen Stärke nacheinander gesintert und miteinander versintert werden, daß eine Aufkrümmung an den Seiten nicht eintritt. Die Unterlage muß dabei natürlich hitzebeständig sein. Vorzugsweise besteht sie aus einer unglasierten keramischen Platte. Dabei läßt sich die erste Schicht ohne Schwund in der zur Oberfläche der Unterlage parallelen-Richtung zu einer zusammenhängenden Masse zusammensintern. Die weiteren dünnen Schichten lassen sich dann an Ort und Stelle ohne Verziehen oder unerwünschten Schwund aufsintern. Da sich die Pulvermasse hauptsächlich in den Anfangsstadien des Sinterprozesses zusammenzieht, ist der Porösitätsverlust durch das mehrfache Sintern der ersten Schichten klein. Vorzugsweise werden die Schichten, gegebenenfalls mit Ausnahme der obersten Schicht, bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zusammengesintert und darauf alle Schichten als Ganzes einem, weiteren Sintervorgang bei hoher Temperatur unterworfen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die mechanische Festigkeit des Erzeugnisses durch den Hochtemperatursintervorgang erhöht wird, ohne daß die Platte sich während dieses Sintervorganges stark zusammenzieht, da der Schwund durch die voraufgegangenen Sintervorgänge bereits vorweggenommen ist.

Besonders hohe Porosität läßt sich durch die Verwendung eines Ausgangspulvers vom B-Nickel-Typ erreichen. Eine oder mehrere Schichten können bei dem Verfahren gemäß der Erfindung aus anderem Ausg'angspulver als eine oder mehrere andere Schichten bestehen, so daß die Größe der Poren in verschiedenen Querschnittslagen der Platte verschieden ist. Derartige Platten sind für die verschiedensten Zwecke besonders brauchbar. Bei der Ausführung des Verfahrens der Erfindung können die Unterlagen, auf denen die Platten geformt werden, vorzugsweise hin und her gehend zwischen einer Beschickungsvorrichtung und einem Ofen.gefördert werden, wobei sie unterwegs einen Kühler passieren können. Zu diesem Zweck kann eine hin und her gehende Fördervorrichtung mit einer Beschickungsvorrichtung und einem Sinterofen zu einer Einheit zusammengefaßt werden.

Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, sind an schematischen Beispielen in der Zeichnung dargestellt, wobei

Fig. ι eine Vorrichtung zeigt, in der die Schichten bei verhältnismäßig niedriger Temperatur gesintert werden, und

Fig. 2 eine Vorrichtung, in der der Sintervorgang bei hoher Temperatur abgeschlossen wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Zahnstange i, die mittels des Zapfens 2 hin und her bewegt werden kann. Die Zahnstange 1 besteht aus einer Nickel-Chrom-Legierung und trägt eine flache Platte 3 als Unterlage, auf der die Schichten gesintert werden. Die Unterlage 3 liegt vor Beginn des Arbeitsvorganges unter der in Abhängigkeit von der Zahnstangenbewegung sich bewegenden B ehälter trommel 4, die von der Unterlageplatte 3 durch ein Rüttelsieb 5 getrennt ist. Während.aus einer Öffnung der Trommel 4 Pulver auf das Sieb 5 fließt, rüttelt dieses, bis sich auf der Unterlage 3 eine ganz dünne Schicht gebildet hat. Die Zahnstange 1 fördert dann die Unterlage 3 unter einen höhenverstellbaren Abstreifer 6, der ebenfalls in Längsrichtung hin und her beweglich ist und die Pulverschicht ebnet sowie nach Aufbringen der obersten Schicht überschüssiges Pulver entfernt. Bei Weiterbewegung der Zahnstange 1 wird die Unterlage 3 durch eine wassergekühlte Kammer 7 in einen Hochfrequenzinduktionsofen 8 gefördert, in dem eine Wasserstoffatmosphäre ge-

halten wird. Durch Induktionsströme in der Pulverschicht wird ihre Temperatur auf etwa 8oo° C erhöht, wobei die Unterlage 3 mit der Sinterschicht 5 Minuten im Ofen 8 verbleibt. Dadurch wird die Schicht leicht gesintert. Darauf wird der Strom abgeschaltet und die Zahnstange 1 zurückbewegt, so daß die Platte 3 mit der heißen Sinterschicht in die Kühlkammer 7 gelangt und dort gekühlt werden kann. Die Platte 3 wird dann weiter zu ihrer Ausgangsstellung unter der Trommel 4 zurückbewegt, worauf eine weitere Pulverschicht auf die erste gelangt. Nach dem Aufbringen und Sintern aller Schichten wird die Stange 1 weiterbewegt, bis die Unterlage 3 mit der Sinterplatte in die Abnahmestellung 9 gelangt. Nach der Abnahme gelangt sie, wie in Fig. 2 dargestellt, auf ein endloses Band 10 aus einer Nickel-Chrom-Legierung, das sie in einen Hochfrequenzinduktionsofen 11 fördert. Hier wird die Platte auf eine Temperatur von 900⁰ C gebracht und 10 Minuten im Ofen gehalten, so daß ein weiterer Sintervorgang stattfindet. Das Band 10 fördert dann die Platte mit der Unterlage 3 durch eine wassergekühlte Kammer 12, nach deren Verlassen sie als Fertigerzeugnis abgenommen wird.

Man kann auch noch andere Vorrichtungen benutzen. Beispielsweise kann eine Serie von Beschickungsvorrichtungen und Widerstandssinteröfen in Verbindung mit einer fortlaufenden Kette von Formen oder einem kontinuierlichen Nickel-Chrom-Band als Unterlage für das Metallpulver verwendet werden. Dabei wird das Nickel-Chrom-Band für jeden vollständigen Arbeitsvorgang mit einem Talkum- oder Tonerdeüberzug bedeckt.

Diese Vorrichtung empfiehlt sich bei der Verwendung verschiedener Ausgangspulver für eine Platte.

Beispielsweise läßt sich eine Platte mit 85 % Porosität und 2 mm Stärke aus B-Nickel mit einer Mässendichte von 0,7 g/ccm herstellen. Eine erste Schicht aus B-Nickel neigt dazu, sich an den Seiten aufzukrümmen, wenn sie stärker als 0,5 mm ist, so daß sie dünner sein muß. Zum Aufbau einer Platte von 2 mm Stärke lassen sich beispielsweise sechs Sinterschichten verwenden. Statt Nickelpulver können auch Eisen- oder andere Pulver ähnlicher physikalischer Eigenschaften und Dichte verwendet werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Platten können mit Vorteil für Nickel-Alkali-Akkumulatoren verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen hochporöser Metallplatten, insbesondere für Akkumulatoren, durch Sintern von Metallpulver auf einer rauhen oder gewellten Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau der Metallplatten lagenweise erfolgt, indem bis zum Er- reichen der gewünschten Plattenstärke dünne Metallpulverschichten ohne Druckanwendung in einer solchen Stärke nacheinander gesintert und miteinander versintert werden, daß eine Aufkrümmung an den Seiten nicht eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage eine unglasierte keramische Platte verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten, gegebenenfalls mit Ausnahme der obersten Schicht, bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zusammengesintert und darauf alle Schichten als Ganzes einem weiteren Sintervorgang bei hoher Temperatur unterworfen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangspulver eine ineinander verzahnte Masse geringer Massendichte von 0,3 bis 1,2 g/ccm verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen Schichten Ausgangspulver mit verschiedenen Massendichten verwendet werden.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 493 593, 721 887,

749 774; USA.-Patentschriften Nr. 2309018, 2241095.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen