KR20120087810A

KR20120087810A - 다공성 금속 소결 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120087810A
Application number: KR1020117031251A
Authority: KR
Inventors: 조쉬 케탄; 인고 벨린; 얀 쿠르트 발터 잔들러; 노베르트 바그너; 클라우스 한; 크리스토퍼 키부르크; 쥴리앙 꾸르뚜와; 알렉산더 트라우트
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2012-08-07
Also published as: CN102802845B; EP2437905A1; JP2012528939A; JP5763055B2; ES2498766T3; US20120087823A1; CN102802845A; WO2010139686A1; EP2437905B1

Abstract

본 발명은 다공성 금속 소결 성형체의 제조 방법으로서, 소결성 금속 분말이 분산된 팽창성 중합체 입자를 팽창시켜 성형체를 형성시키는 제조 방법에 관한 것이다. 성형체를 열 처리하여 중합체를 배출시키고, 소결성 금속 분말을 소결하여 다공성 금속 소결 성형체를 형성시킨다. 바람직하게는, 스티렌 중합체를 사용한다. 소결성 금속 분말은 예컨대 알루미늄, 철, 구리, 니켈 및 티탄에서 선택한다.

Description

다공성 금속 소결 성형체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING POROUS METAL SINTERED MOLDED BODIES}

본 발명은 다공성 소결 성형된 금속 본체(metal body)의 제조 방법에 관한 것이다.

금속 폼은 몇 가지 흥미로운 특성을 갖는데, 이는 고상 금속에 비해, 이의 밀도가 상당히 감소한다. 그러나, 이는 여전히 높은 비 강성 및 강도를 갖는다. 충격의 경우, 셀 구조가 상당량의 운동 에너지를 변형 에너지 및 열로 전환시켜, 금속 폼은 크래시(crash) 부재에 삽입하기에 잘 맞는다. 중합체 폼에 비해, 금속 폼은 상당히 높은 강도 및 내열성을 갖는다. 추가의 가능한 용도는 단열물(heat shield), 충전제, 촉매 지지체, 음향 흡수 클래딩(cladding) 또는 인쇄 또는 종이 산업용의 매우 가볍고 폼이 충전된 롤러의 제조를 포함한다.

금속 폼은 다양한 방식으로 제조할 수 있다. "분말 경로"에서는, 금속 분말 및 미분 발포제, 예컨대 수화티탄 분말(TiH₃)을 혼합하고, 1축 압착 또는 압출에 의해 가공하여 발포성 반완성 부품을 형성시키고, 금속의 융점까지 가열한다. 발포제는 가스를 유리시키고, 용융 금속을 발포시킨다. 온도가 유지되는 시간에 따라, 상대적 밀도, 공극 크기 등과 같은 폼 구조가 변화한다. "용융 경로"에서는, 금속 용융물에 가스가 발포되고, 발포된 금속이 고화된다. 용융물 중 기포를 안정화시키기 위해, 예컨대 SiC 입자를 용융물에 첨가할 수 있다.

성형된 금속 본체는 유기 결합제로서의 중합체와 함께 금속 분말을 포함하는 열가소결 조성물을 사출 성형하여 제조할 수 있다. 이는 고충전 유기 중합체 성형 조성물이다. 생 본체(green body)를 형성시키기 위한 열가소결 조성물의 사출 성형, 압출 또는 압착 후, 유기 결합제를 제거하고, 얻어진 결합제 무함유 생 본체를 소결한다. 다공성 성형 금속 본체는 또한 발포제를 동시 사용하여 얻을 수 있다.

따라서, WO 2004/067476은 금속 분말을 결합제 성분과 혼합하고 팽창성 폴리스티렌 입자(EPS)를 발포제로서 혼입하는, 셀 소결 성형체의 제조 방법을 개시한다. 이 열가소결 유동성 성형 조성물을 성형 조성물의 팽창을 위해 하우징 주형(housing mold)에 도입시키고, 용융 상태로 전환시킨 후, 발포시킨다. 발포된 성형 조성물을 고화시키고, 유기 성분을 제거하고, 이러한 식으로 처리한 성형체를 소결한다. 발포 단계는 성형 조성물 내 밀폐된 3차원 공간을 각각 차지하며 좁은 직경 분포를 갖는 개별의 팽창된 폴리스티렌 폼 입자의 형성과 함께 일어나야 한다. 이 공정에서, 결합제 및 발포성 재료는 당연히 서로 상이하다. 성형 조성물의 제조는 복잡하고, 다수의 연속 단계를 필요로 한다.

WO 2004/067476에 따르면, 미분 EPS 포함 성형 조성물을 가압하여 가압된 본체를 얻고 이어서 천공된 주형에서 증기에 의해 발포시켜 간단한 기하학을 갖는 성형체를 얻는다. 공지된 사출 성형 공정을 이용하여 성형 조성물을 성형 및 발포시킴으로써 기하학적으로 복잡한 성형물이 얻어질 수 있다고 한다. 공정은, 성형체에 적은 안정화 스트럿(strut)만이 남아서 EPS 입자에 의해 생성된 공극이 매우 크고 이것이 또한 불균질하게 분포한다는 단점이 있다. 마지막으로, 다수의 용도에 대해 기계적 특성이 불만족스러운 재료가 얻어진다.

DE 103 28 047 B3은 에너지를 도입하고 금속 분말 및 발포제 분말, 예컨대 금속 수화물을 포함하는 펠렛을 적어도 부분적으로 발포시켜 얻을 수 있는 복수의 금속 폼 구성 단위를 3차원으로 배열한 금속 폼으로 구성된 부품의 제조 방법을 기재한다. 이러한 식으로 배열된 금속 폼 구성 단위를 후처리하여 인접 금속 폼 구성 단위가 포지티브 록킹(positive locking), 융합 및 또한 접착에 의해 서로 결합하도록 한다. 이 공정의 단점은, 금속 폼 구성 단위의 제조에서, 형성된 금속 폼의 부분 붕괴가 일어나서 이러한 식으로 제조된 구성 단위의 내부의 밀도가 더 높은 구역의 제어 불가능하게 형성되고 재생 정확도가 낮아질 수 있다는 것이다. 접착 결합 없이는, 개별 금속 폼 구성 단위가 서로 부착되지 않는다.

본 발명의 목적은 상기 단점이 없는 다공성 소결 성형된 금속 본체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 다공성 소결 성형된 금속 본체의 제조 방법으로서, 소결성 금속 분말이 분산된 팽창성 중합체 입자를 발포시켜 성형체를 형성시키고, 생 성형체를 열 처리하여 중합체를 배출시킨 후, 소결성 금속 분말을 소결시켜 다공성 소결 성형된 금속 본체를 얻는 제조 방법에 의해 달성된다.

유리한 구체예에서, 팽창성 중합체 입자를 충전 후 바람직하게는 양측이 폐쇄된 주형에 도입하며, 팽창성 중합체 입자를 예컨대 증기 및/또는 고온 공기로의 처리에 의해 발포시킨다. 주형의 기하학(3차원 형상)은 일반적으로 추후 성형물의 소정 기하학에 해당한다.

대부분의 경우, 주형에 도입하기 전에 팽창성 중합체 입자를 예비 발포시키는 것이 바람직하다. 예비 발포 동안, 팽창성 중합체 입자를 기계적 교반, 예컨대 고온 가스, 특히 공기 및/또는 증기에 의한 유동화에 의한 기계적 교반을 이용하여 가열한다. 이 목적에 적절한 예비 발포기는 EPS 절연 재료의 제조로부터 당업자에게 공지되어 있다. 예컨대 60 내지 120℃의 온도가 일반적으로 적절하다. 이 조건 하에서, 입자는 발포제 기화의 결과 팽창하며, 부분적으로 또한 입자에 침투된 증기로 인해 비드 내부에 폐쇄 셀 구조를 형성시킨다. 예비 발포 동안, 중합체 입자는 서로 융합하지 않고, 분리된 입자로 존재한다.

열 처리의 지속 기간에 따라 주로 달라지는 발포 정도를 통해 추가의 성형체의 밀도에 영향을 미칠 수 있다. 예비 발포에 있어서 열 처리의 지속 기간은 통상적으로 5 내지 100 초이다.

예비 발포 단계 없이는, 주형 내 팽창성 중합체 입자의 발포 동안 주형의 비균일 팽창 및 충전이 일어날 수 있으며, 주형의 가열된 벽 부근에 있는 팽창성 중합체 입자는 주형 내부에 있는 입자보다 더 큰 정도로 팽창한다.

일반적으로, 주형은 부분적으로만 (임의로 예비 발포된) 팽창성 중합체 입자로 충전된다. 발포 동안, 중합체 입자는 팽창하고, 폼으로 우선 불완전하게 충전된 주형을 확실히 충전한다. 중합체 입자는 이 조작 동안 서로 융합된다.

특히 복잡한 기하학의 경우, 주형 내 빈 공간을 적게 유지하고 임의로 주형에 도입되는 (임의로 예비 발포된) 팽창성 중합체 입자의 상(bed)을 압축하는 것이 유리할 수 있으며, 이러한 식으로 원하지 않는 틈을 제거한다. 압축은 예컨대 주형의 진탕, 텀블링 운동 또는 다른 적절한 수단에 의해 달성할 수 있다.

발포는 보통 예컨대 60 내지 120℃, 바람직하게는 70 내지 110℃로 가열하여, 예컨대 증기, 고온 공기, 비등수 또는 다른 전열 매체를 이용하여 충전된 주형을 가열하여 실시한다. 발포는 입자의 중합체 성분의 부피를 증가시키며, 중합체 입자, 및 부피가 증가한 입자 사이의 상호 작용력으로 인해 생기는 개별 입자의 형상 형성 군(shape-producing assemblage)의 팽창에 의해 상 내 틈을 충전한다. 중합체 입자는 상호 접촉 표면에서 용융하여, 중합체 입자가 함께 융합하여 성형체(생 본체)가 얻어진다. 주형이 생 본체의 형상 및 부피를 규정한다. 충분한 생 강도(green strength)를 갖는 성형체를 주형으로부터 취할 수 있다.

발포 동안의 압력은 보통 중요하지 않으며, 일반적으로 0.05 내지 2 바이다. 완전 발포의 지속 기간은 특히 성형물의 크기 및 기하학 및 또한 소정 밀도에 따라 달라지며, 광범위하게 변경될 수 있다.

본 발명의 방법은 소결성 금속 분말이 분산된 팽창성 중합체 입자로부터 출발한다. 팽창성 중합체 입자는 바람직하게는 자유 유동성 또는 유동 용이성이다. 분산된 소결성 금속 분말의 중량 비율은 중합체 및 소결성 금속 분말의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 60 내지 95 중량%, 특히 65 내지 90 중량%이다. 중합체 입자에서, 중합체는 소결성 금속 분말이 분산된 연속(응집) 상을 형성한다.

팽창성 중합체 입자는 바람직하게는 2 내지 7 개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소, 알콜, 케톤, 에테르, 할로겐화 탄화수소, 이산화탄소 또는 물 또는 이의 혼합물과 같은 물리적 발포제를 포함한다. 이소부탄, n-부탄, 이소펜탄 또는 n-펜탄 또는 이의 혼합물이 바람직하다. 팽창성 중합체 입자는 일반적으로 팽창성 중합체 입자 중 중합체를 기준으로 2 내지 20 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%의 발포제를 포함한다. 발포제는 중합체 중 분자 용액으로서 및/또는 포함된 액적으로서 팽창성 중합체 입자에 존재한다.

팽창성 중합체 입자는 바람직하게는 실질적으로 구형이지만, 막대 형상 또는 렌즈 형상 펠렛과 같은 다른 형상도 가능하다. 팽창성 중합체 입자는 일반적으로 직경(또는 비구형 입자의 경우에는 가장 큰 치수 방향으로의 길이)이 0.5 내지 30 ㎜, 특히 0.7 내지 10 ㎜이다.

팽창성 중합체 입자는 다양한 방식으로 얻을 수 있다.

팽창성 중합체 입자는 예컨대 발포제 및 소결성 금속 분말을 중합체 용융물에 혼합하고 용융물을 펠렛화하여 팽창성 열가소결 중합체 펠렛을 제조함으로써 얻을 수 있다. 팽창성 중합체 입자는 바람직하게는 압출 공정을 이용하여 제조한다. 여기서, 발포제는 압출기를 통해 중합체 용융물에 혼합하고, 소결성 금속 분말을 혼합하고, 중합체 용융물을 다이 플레이트를 통해 밀어서 펠렛화하여 입자를 얻는다. 용융물은 보통 발포제의 도입 후 냉각시킨다. 이들 단계 각각은 플라스틱 가공에서 공지된 장치 또는 장치 조합을 이용하여 실시할 수 있다. 중합체 용융물을 중합 반응기로부터 직접 취할 수 있거나, 또는 중합체 펠렛의 용융에 의해 혼합 압출기 또는 개별 용융 압출기에서 제조할 수 있다. 정적 또는 동적 혼합기가 발포제 및 소결성 금속 분말의 혼합에 적절하다. 용융물의 냉각은 혼합 장치 또는 개별 냉각기에서 실시할 수 있다. 가능한 펠렛화 방법은 예컨대 가압 수중 펠렛화, 칼의 회전 및 냉각액의 분사 분무에 의한 냉각을 이용하는 펠렛화 또는 분무화에 의한 펠렛화이다.

소결성 금속 분말은 적당하게는 측면 압출기를 통해 혼합한다. 예컨대, 다이 플레이트를 통과시키기 전에, 융용 스트림의 하부 스트림을 우선 용융 밸브를 통해 측면 스트림으로 분기시킬 수 있다. 금속 분말을 측면 스트림에 첨가하고, 융융 스트림에 균질하게 혼합한다. 마지막으로, 주요 스트림 및 첨가제 포함 측면 스트림을 혼합하고, 다이 플레이트를 통해 배출시킨다. 충분한 정확도를 갖는 금속 분말을 용융 스트림에 계량하게 넣을 수 있기 위해, 분말을 사전에 페이스트화할 수 있다. 이는, 바람직하게는 높은 점도를 갖는 페이스트를 형성시키기 위해 이를 용융물 및 금속 분말과 상용성이 있는 액체에 혼입함을 의미한다.

적절한 공정은 예컨대 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 DE 10 358 786 A1에 기재되어 있다.

팽창성 중합체 입자의 제조 동안 금속 분말의 인화점 이상의 온도에 도달하면, 질소 또는 아르곤과 같은 적절한 보호 가스를 장치에 통과시키는 것이 바람직하다.

대안으로서, 소결성 금속 분말을 중합체 용융물에 혼합하고 용융물을 펠렛화함으로써 펠렛을 우선 제조할 수 있다. 이 펠렛을 그 다음 연화점 부근의 온도에서 가열 및 교반된 압력 용기에서 수성 현탁액 중에서 비드로 재성형하고 동시에 발포제로 함침시킬 수 있다. 이 비드로의 전환으로 소정 입자 크기를 갖는 비드 형상의 입자가 얻어진다. 비드로의 전환은 일반적으로 1 내지 24 시가, 예컨대 12 내지 16 시간의 기간에 걸쳐 120 내지 160℃, 예컨대 약 140℃에서 실시한다. 적절한 공정은 예컨대 본 명세서에서 그 전체를 참고로 인용하는 DE-A 25 34 833, DE-A 26 21 448, EP-A 53 333 및 EP-B 95 109에 기재되어 있다.

대안으로서, 중합체의 연화점 이하의 온도에서 초대기압 하에서 펠렛을 발포제로 함침시킬 수 있다. 25 내지 70 바(절대압), 예컨대 약 50 바의 압력이 이 목적에 적절하다. 온도는 예컨대 25 내지 60℃, 예컨대 약 40℃일 수 있다. 0.5 내지 20 시간, 예컨대 약 8 시간의 시간이 일반적으로 적절하다. 이를 목적으로, 압력 비율(pressure-rated) 장치, 예컨대 오토클레이브를 펠렛으로 채우고, 바람직하게는 펠렛을 완전히 덮고 장치가 밀폐되는 양으로 발포제를 첨가한다. 공기를 질소와 같은 불활성 가스로 대체한다. 그 다음, 장치를 가열하고 소정 압력을 설정한다. 압력은 처리 온도에서 발포제의 자생 압력(autogenous pressure)으로서 확립되거나, 또는 불활성 가스의 주입에 의해 설정된다.

소결성 금속 분말로서, 예컨대, 알루미늄, 철, 특히 철 카르보닐 분말, 코발트, 구리, 니켈, 규소, 티탄 및 텅스텐을 언급할 수 있고, 그 중에서 알루미늄, 철, 구리, 니켈 및 티탄이 바람직하다. 미분 금속 합금으로서, 예로서 고급 또는 저급 합금 강철 및 또한 알루미늄, 철, 티탄, 구리, 니켈, 코발트 또는 텅스텐을 주성분으로 하는 금속 합금을 언급할 수 있다. 여기서는, 완성된 합금의 분말 또는 개별 합금 구성 성분의 분말 혼합물을 사용할 수 있다. 금속 분말, 금속 합금 분말 및 금속 카르보닐 분말을 또한 혼합하여 사용할 수 있다. 혼합 금속 분말을 사용하는 경우, 혼합물의 성분들의 융점은 서로 많이 상이해서는 안 되는데, 왜냐하면 저융점 성분이 유동하고 고융점 성분이 남기 때문이다. 최대 융점 차이는 바람직하게는 800℃ 이하, 특히 500℃ 이하, 가장 바람직하게는 300℃ 이하이다.

적절한 금속 분말은 예컨대 액상 금속에 압축 가스를 분무하여 얻어진 분무화 금속 분말이다.

카르보닐 철 분말이 금속 분말로서 바람직하다. 카본 철 분말은 철 카르보닐 화합물의 열 분해에 의해 제조된 철 분말이다. 유동성을 유지하고 응집을 방지하기 위해, 예컨대 SiO₂로 코팅할 수 있다. 인화철 분말을 바람직하게는 부식 억제제로서 동시에 사용할 수 있다. 카르보닐 철 분말은 작고 균일한 입자 크기를 가지며, 입자는 실질적으로 구 형상을 갖는다. 따라서, 중합체와의 복합체의 용융 점도는 매우 낮으며, 융점은 균일하다. 적절한 카르보닐 철 분말은 예컨대 DE 10?2005 062 028에 기재되어 있다.

추가의 바람직한 금속 분말은 알루미늄 및 구리로 구성된 분말이다.

분말의 입자 크기는 바람직하게는 0.1 내지 80 ㎛, 특히 바람직하게는 1.0 내지 50 ㎛이다.

적절한 중합체는 발포제에 대한 양호한 흡수능을 갖는 열가소결 중합체, 예컨대 스티렌 중합체, 폴리아미드(PA), 폴리올레핀, 예컨대 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리아크릴레이트, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에테르 설폰(PES), 폴리에테르 케톤 또는 폴리에테르 설피드(PES) 또는 이의 혼합물이다. 스티렌 중합체를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

스티렌 중합체로서, 투명한 무색 폴리스티렌(GPPS), 고충격 폴리스티렌(HIPS), 음이온 중합 폴리스티렌 또는 고충격 폴리스티렌(A-IPS), 스티렌-α-메트스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 중합체 (ABS), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르(ASA), 메틸 아크릴레이트-부타디엔-스티렌(MBS), 메틸 메타크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(MABS) 중합체 또는 이의 혼합물 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE)와의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

중합체 용융물 중 입자의 더 양호한 분산액을 얻기 위해, 임의로 분산제를 첨가할 수 있다. 예로는 평균 분자량이 200 내지 600인 올리고머 산화폴리에틸렌, 스테아르산, 스테아르아미드, 히드록시스테아르산, 스테아르산마그네슘, 스테아르산칼슘 또는 스테아르산아연, 지방산 알콜, 에톡시화 지방 알콜, 지방 알콜 설포네이트, 에톡시화 글리세리드 및 산화에틸렌과 산화프로필렌의 블록 공중합체 및 또한 폴리이소부틸렌이 있다.

중합체는 열 처리에 의해 배출시킨다. 소결성 금속 분말을 소결하여 다공성 소결 성형체를 얻는다. 용어 "배출시키다"는 상류 분해 및/또는 열분해 단계를 포함한다. 열 처리는 1 단계 또는 다단계 공정으로 실시할 수 있다. 제1 단계에서 제1 온도에서 중합체를 배출시키고(결합제 제거), 제2 온도에서 생성된 결합제 무함유 성형체를 소결시킨다. 제2 온도는 일반적으로 제1 온도보다 100℃ 이상 높다. 성형체를 소결 온도에 직접 노출시킬 경우, 성형된 금속 본체 상의 심한 그을음이 종종 관찰되는데, 이는 아마 과도하게 빠른 열분해로 인한 것일 것이다.

결합제 제거 및 소결 공정은 동일한 장치에서 실시할 수 있지만, 상이한 장치도 사용할 수 있다. 결합제 제거 및/또는 소결의 실시에 적절한 노(furnace)는 대류 상자 노, 샤프트 레토르트 노, 대류 셔틀 화로, 후드형 노, 엘레베이터 노, 머플 노 및 관형 노이다. 벨트형 노, 콤비챔버(combi-chamber) 노 또는 셔틀 화로가 동일한 장치 내에서의 결합제 제거 및 소결 단계의 실시에 적절하다. 노에는 소정의 결합제 제거 분위기 및/또는 소결 분위기를 설정하기 위한 설비가 제공될 수 있다.

결합제 제거를 실시하기 위해, 성형체를 바람직하게는 결합제 제거 온도에 갑자기 노출시키며, 결합제 제거 온도로 천천히 가열하지 않는데, 왜냐하면 그렇게 하지 않으면 중합체가 흘러서 폼 구조물이 손실될 수 있기 때문이다. 따라서, 일반적으로는 가열 상(phase) 동안 노의 가열 구역에 성형체를 남겨 두는 것은 바람직하지 않다. 실험실에서 결합제 제거를 실시할 경우, 예컨대 긴 내부 관을 갖는 관형 노를 사용하고 가열 상 동안 가열 구역 외부가 아닌 관 내에 시료를 위치시킬 수 있다. 표적 온도에 도달하자마자, 시료를 가열 구역으로 밀 수 있다. 결합제 제거는 산업적으로는 예컨대 특히 벨트형 노를 이용하여 실시할 수 있다.

결합제 제거는 바람직하게는 소정 분위기에서 실시한다. 일반적으로, 불활성 분위기 또는 감압 분위기가 바람직하며, 감압 분위기가 특히 바람직하다. 알루미늄, 아연 또는 구리와 같은 금속의 경우, 생 강도를 증가시키기 위해 약간 산화 조건 하에서 결합제 제거를 실시하는 것이 유리할 수 있다. 이런 식으로 하면 금속 분말 입자의 표면 상의 잔류 탄소 및 강도 증가 산화물 스킨(skin)이 더 잘 제거된다.

150 내지 800℃의 온도가 일반적으로 결합제 제거에 적절하다. 철의 경우, 약 700℃의 온도가 유용한 것으로 밝혀졌으며, 알루미늄의 경우 400 내지 600℃의 온도가 유용한 것으로 밝혀졌다. 지속 기간은 성형체의 크기에 따라 크게 달라진다.

결합제 제거 후에는 소결 공정이 이어진다. 이 소결 공정은 250 내지 1500℃의 온도에서 실시할 수 있다. 철의 경우 900 내지 1100℃의 소결 온도가 유용한 것으로 밝혀졌고, 알루미늄의 경우 650℃ 이하의 온도가 유용한 것으로 밝혀졌다. 소결 분위기는 사용되는 금속에 맞출 수 있다. 일반적으로, 불활성 분위기 또는 감압 분위기가 바람직하며, 감압 분위기가 특히 바람직하다.

결합제 제거 및/또는 소결 동안의 감압 분위기로서, 수소 또는 수소와 불활성 가스의 혼합물, 예컨대 수소/질소 혼합물이 유용한 것으로 밝혀졌다. 수소와 불활성 가스의 혼합물은 바람직하게는 3 부피% 이상의 수소를 포함한다.

성형체는 종종 열분해 동안 "후발포"를 거칠 수 있다. 천공 벽을 갖는 주형에서 열분해를 실시하는 것이 유리할 수 있으며, 그 경우 주형의 충전 및 또한 압착 및 응고가 더 일어난다.

고강도 다공성 금속 경량 본체가 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 예시한다.

실시예 1:

a) 폴리스티렌과 카르보닐 철 분말의 압출:

4.0 ㎏의 폴리스티렌(독일 루드빅스하펜 소재의 BASF SE로부터 158K라는 명칭으로 입수 가능)을 압출기에서 16 ㎏의 카르보닐 철 분말(카르보닐 철 분말 EQ, BASF SE로부터 입수 가능)과 배합하고, 용융물을 다이 페이스(die-face) 펠렛화에 의해 펠렛화하여 평균 입자 크기가 약 3 ㎜인 펠렛을 얻었다.

b) 펜탄으로의 압력 함침:

그 다음, 펠렛을 펜탄 S(80%의 n-펜탄, 20%의 이소펜탄)에 침지하고, 4 시간 동안 압력 오토클레이브에서 50 바의 압력 및 40℃의 온도에서 유지시켰다. 이로써 약 5 중량%의 펜탄으로 로딩된 중합체 입자가 얻어졌다.

c) 생 본체의 제조:

펠렛을 가장자리 길이가 4 cm인 폐쇄된 정육면체 형상의 강철 주형에 도입하고, 주형을 10 분 동안 증기에 의해 약 100℃로 가열하였다. 이 처리 동안 중합체 입자가 팽창하였고 이를 융합시켜 생 본체를 얻고 이를 주형으로부터 꺼냈다.

d) 결합제 제거 및 소결:

생 본체를 가위로 더 작은 정육면체로 자른 후, 용융 실리카 관 내 자기 보트(porcelain boat)에 넣었다. 용융 실리카 관을 힌지 고온 관형 노(독일 베를린 소재 HTM Reeta 제조의 모델 LOBA 11-50)에 수평으로 설치하였다. 용융 실리카 관은 양 말단이 노로부터 돌출되어 있었다. 자기 보트를 우선 용융 실리카 관의 외부 말단, 즉 가열 구역 외부에 놓았다. 용융 실리카 관에 질소를 통과시켰다.

노를 700℃로 설정하였다. 노가 700℃의 온도에 도달하자마자, 질소 흐름을 20 ℓ/h에서 10 ℓ/h로 50% 감소시키고, 10 ℓ/h의 수소 흐름으로 보충하였다. 용융 실리카 관 내부의 자기 보트를 이어서 노 중간으로 밀었다. 시료가 700℃의 온도에 도달한 후, 이를 10 분 동안 가열 구역에 놓았다. 그 다음, 이를 재차 가열 구역에서 용융 실리카 관의 말단으로 끌어당겼다.

그 다음, 노를 900℃로 설정하였다. 설정 온도에 도달하자마자, 자기 보트를 노의 중간으로 다시 밀었다. 900℃의 소결 온도에 도달한 후, 시료를 15 분 동안 가열 구역에 놓았다. 그 다음, 자기 보트를 가열 구역 밖으로 재차 끌어 당기고, 노의 스위치를 껐다. 냉각 후, 시료를 꺼냈다.

e) 기계적 특성의 검사:

시험 표준 DIN EN 826 - 절연 재료의 압축 강도를 기준으로 하는 방법에 의해 기계적 특성을 검사하였다. 여기서는, 10 내지 100% 변형에서의 압축 응력 및 E 모듈러스도 측정할 수 있었다. 모두 10 분 동안 700℃에서 결합제를 제거하였지만 상이한 체류 시간 동안 상이한 온도(900℃ 및 1000℃)에서 소결시킨 동일한 조성을 갖는 시료를 시험하였다.

하기 결과가 얻어졌다:

실시예 2:

폴리스티렌과 카르보닐 철 분말의 혼련:

70 g의 폴리스티렌 158K(독일 루드빅스하펜 소재의 BASF SE 제품)를 혼련기(독일 소재의 IKA Staufen 제조의 모델 Messkneter H60)에서 용융시켰다. 이어서, 280 g의 카르보닐 철 분말 EQ를 한 번에 조금씩 첨가하였다. 이어서, 혼합물을 30 분 동안 혼련하였다. 혼련 후, 생성물을 배출시키고, 대강 펠렛화하였다. 이어서, 거친 펠렛을 분쇄기에서 약 5 ㎜의 평균 직경으로 분쇄하였다. 실시예 1과 유사한 방식으로 추가의 단계를 실시하였다.

실시예 3:

폴리스티렌과 알루미늄의 혼련:

200 g의 폴리스티렌 158K(독일 루드빅스하펜 소재의 BASF SE 제품)를 혼련기(독일 마린하이드 소재의 Linden 제품)에서 용융시켰다. 이어서, 622 g의 거친 알루미늄 분말 ASMEP123 CL(독일 휘르쓰 소재의 ECKA 제품)을 한 번에 조금씩 첨가하고, 이어서 혼합물을 30 분 동안 혼련하였다. 혼련 후, 생성물을 배출시키고, 대강 펠렛화하였다. 이어서, 거친 펠렛을 분쇄기에서 약 5 ㎜의 평균 직경으로 분쇄하였다. 실시예 1과 유사한 방식으로 추가의 단계를 실시하되, 결합제 제거 및 소결은 5 분의 기간에 걸쳐 600℃에서 1 단계로 실시하였다.

실시예 4:

폴리스티렌과 구리의 혼련:

200 g의 폴리스티렌 158K(독일 루드빅스하펜 소재의 BASF SE 제품)를 혼련기(독일 마린하이드 소재의 Linden 제품)에서 용융시켰다. 이어서, 910 g의 구리 Rogal GK 0/50(독일 휘르쓰 소재의 ECKA 제품)을 한 번에 조금씩 첨가하고, 이어서 혼합물을 30 분 동안 혼련하였다. 혼련 후, 생성물을 배출시키고, 대강 펠렛화하였다. 이어서, 거친 펠렛을 분쇄기에서 약 5 ㎜의 평균 직경으로 분쇄하였다. 실시예 1과 유사한 방식으로 추가의 단계를 실시하되, 결합제 제거는 5 분의 기간에 걸쳐 700℃에서 실시하고 소결은 10 분의 기간에 걸쳐 850℃에서 실시하였다.

Claims

다공성 소결 성형된 금속 본체(metal body)의 제조 방법으로서, 소결성 금속 분말이 분산된 팽창성 중합체 입자를 발포시켜 성형체를 형성시키고, 성형체를 열 처리하여 중합체를 배출시킨 후, 소결성 금속 분말을 소결시켜 다공성 소결 성형된 금속 본체를 얻는 제조 방법.
제1항에 있어서, 팽창성 중합체 입자를 주형에 도입하고 발포시키는 것인 제조 방법.
제2항에 있어서, 팽창성 중합체 입자를 주형에 도입하기 전에 예비 발포시키는 것인 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 분산된 소결성 금속 분말의 중량 비율은 중합체 및 소결성 금속 분말의 총 중량을 기준으로 60 내지 95 중량%인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창성 중합체 입자는 물리적 발포제를 포함하는 것인 제조 방법.
제5항에 있어서, 팽창성 중합체 입자는 소결성 금속 분말이 분산된 중합체 입자를 발포제로 함침시켜 얻는 것인 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 발포제는 지방족 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소에서 선택되는 것인 제조 방법.
제7항에 있어서, 발포제는 펜탄인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체는 스티렌의 중합체 또는 공중합체인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 소결성 금속 분말은 평균 입자 크기가 0.1 내지 80 ㎛인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 소결성 금속 분말은 알루미늄, 철, 구리, 니켈 및 티탄에서 선택되는 것인 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 소결성 금속 분말은 카르보닐 철 분말인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창성 중합체 입자는 실질적으로 구형인 것인 제조 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창성 중합체 입자는 직경이 0.5 내지 30 ㎜인 것인 제조 방법.