PL197090B1 - Pusta granulka oraz sposób wytwarzania pustych granulek i sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z pustymi granulkami - Google Patents

Abstract

1. Pusta granulka, której skorupa jest utworzona ze spiekanego materia lu nieorganicznego, zw laszcza metalu, stopu metalu, tlenku metalu lub materia lu ceramicznego, znamienna tym, ze przynajmniej cz esciowo na jej skorupie jest ukszta ltowana co najmniej jedna sta la warstwa funkcjo- nalna, która sk lada si e z materia lu maj acego zdolno sc p ly- ni ecia, odkszta lcalnego plastycznie i/lub sprezy scie wskutek obróbki fizycznej i/lub chemicznej. 24. Sposób wytwarzania pustych granulek, polegaj acy na tym, ze na zewn etrzn a stron e maj acych ksztalt kulek, ulatniaj acych si e przy nagrzewaniu no sników nanosi si e, w postaci co najmniej jednej otoczki, p lyn zawieraj acy zmieszane spoiwo i cz astki proszku metalu bazowego, wysusza si e go i potem spieka, znamienny tym, ze do plynu zmieszanego ze spoiwem i cz astkami proszku metalu bazowego dodaje si e domieszk e w rozpuszczonej albo koloidalnej postaci, rozk ladaj ac a si e w wyniku nagrzewania, przy czym podczas spiekania, które wykonuje si e w atmos- ferze utleniaj acej, pozostaj ace w postaci cia l sta lych pro- dukty uzupe lniaj ace domieszki tworz a w czasie przebiegu obróbki cieplnej dodatkowe sk ladniki spajaj ace dla cz astek proszku metalu bazowego, a po spiekaniu nanosi si e war- stw e funkcjonaln a na skorup e utworzon a podczas spiekania. 35. Sposób wytwarzania lekkiego elementu budowla- nego z pustymi granulkami, których skorupy s a utworzone ze spiekanego materia lu nieorganicznego i na skorupach jest ukszta ltowana co najmniej jedna sta la warstwa funkcjo- nalna, znamienny tym, ze nape lnia si e pustymi granulkami form e (2) albo struktur e tworz ac a zewn etrzn a pow lok e…… PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197090 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 356560 ⁽¹³⁾ (22) Data zgłoszenia: 24.01.2001 ^{(51) Int.Cl.}

B22F 1/02 (2006.01) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: B22F 3/11 (2006.01)

24.01.2001, PCT/DE01/00349 B01J 2/00 (2006.01) (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

02.08.2001, WO01/54846 PCT Gazette nr 31/01

Pusta granulka oraz sposób wytwarzania pustych granulek i sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z pustymi granulkami (30) Pierwszeństwo:

25.01.2000,DE,10003175.7

10.03.2000,DE,10011856.9

10.03.2000,DE,10011764.3

07.09.2000,DE,10046174.3 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

28.06.2004 BUP 13/04 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

29.02.2008 WUP 02/08 (73) Uprawniony z patentu:

GLATT SYSTEMTECHNIK DRESDEN GmbH, Drezno,DE

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT zur Forderung der

Angewandten Forschung e.v.,Monachium,DE (72) Twórca(y) wynalazku:

Frank Bretschneider,Liegau-Augustusbad,DE

Herbert Stephan,Dresden,DE

J^gen B^ckner,Dresden,DE

Gϋnter Stephani,Grosserkmannsdorf,DE

Lothar Schneider,Coswig,DE

Ulf Waag,Dresden,DE

Olaf Andersen,Dresden,DE

Paul Hunkemoller,Coesfeld,DE (74) Pełnomocnik:

Niewieczerzał Jan, POLSERVICE,

Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Pusta granulka, której skorupa jest utworzona ze spiekanego materiału nieorganicznego, zwłaszcza metalu, stopu metalu, tlenku metalu lub materiału ceramicznego, znamienna tym, że przynajmniej częściowo na jej skorupie jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, która składa się z materiału mającego zdolność płynięcia, odkształcalnego plastycznie i/lub sprężyście wskutek obróbki fizycznej i/lub chemicznej.

24. Sposób wytwarzania pustych granulek, polegający na tym, że na zewnętrzną stronę mających kształt kulek, ulatniających się przy nagrzewaniu nośników nanosi się, w postaci co najmniej jednej otoczki, pł yn zawierający zmieszane spoiwo i cząstki proszku metalu bazowego, wysusza się go i potem spieka, znamienny tym, że do płynu zmieszanego ze spoiwem i cząstkami proszku metalu bazowego dodaje się domieszkę w rozpuszczonej albo koloidalnej postaci, rozkładającą się w wyniku nagrzewania, przy czym podczas spiekania, które wykonuje się w atmosferze utleniającej, pozostające w postaci ciał stałych produkty uzupełniające domieszki tworzą w czasie przebiegu obróbki cieplnej dodatkowe składniki spajające dla cząstek proszku metalu bazowego, a po spiekaniu nanosi się warstwę funkcjonalną na skorupę utworzoną podczas spiekania.

35. Sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z pustymi granulkami, których skorupy są utworzone ze spiekanego materiału nieorganicznego i na skorupach jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, znamienny tym, że napełnia się pustymi granulkami formę (2) albo strukturę tworzącą zewnętrzną powłokę......

PL 197 090 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są puste granulki ze skorupami ze spiekanego materiału nieorganicznego, jak metale, tlenki metali albo ceramika oraz sposób wytwarzania pustych granulek i sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z takimi pustymi granulkami.

W EP 0 300 543 A1 i US 4,917,857 opisano sposób wytwarzania metalicznych i ceramicznych pustych granulek. Na kulkowy rdzeń ze spienionego polimeru jest nanoszona wodna zawiesina proszku metalicznego lub ceramicznego z organicznym środkiem wiążącym i w trakcie obróbki termicznej (400 do 500°C) następuje piroliza polimeru tworzącego rdzeń, przy czym ulatniają się składniki gazowe i otrzymuje się tak zwany wilgotny korpus o dostatecznej stabilności.

Potem korpus ten dalej nagrzewa się, żeby nastąpiło wydzielenie pozostających jeszcze składników organicznych środka wiążącego i spieczenie cząstek proszku w zamkniętą skorupę granulkową.

Poza tym w DE 197 50 042 C2 opisano w szczególności nanoszenie sproszkowanego materiału wyjściowego z płynnym środkiem wiążącym na rdzeń poprzez cyrkulację za pomocą wirnika.

Tak otrzymane puste granulki ze skorupą, które składają się w zasadzie z materiału sproszkowanego, mogą być wykorzystywane do różnych zastosowań.

W DE 198 17 959 C1 opisano zastosowanie pustych granulek do lekkich elementów budowlanych. Przy tym takie znane puste granulki są mieszane z polimerowym klejem w „papkę granulkową” i papkę tę przed utwardzeniem kleju wprowadza się w formę albo między dwie płyty powierzchniowe. Do chwili utwardzenia kleju istnieje określony ograniczony przedział czasu, w którym muszą być poddane obróbce odpowiednio przygotowane granulki.

Poza tym przy napełnianiu form o skomplikowanej geometrii, na przykład z podcięciami, występują problemy z całkowitym wypełnieniem objętości formy taką „papką granulkową”.

Po utwardzeniu kleju (na bazie poliuretanowej lub poliestrowej, klej epoksydowy lub PMMA) tworzy on trwałe połączenie granulek składających się na taki lekki element budowlany, co po pierwsze nie zawsze udaje się całkowicie ze względu na możliwe odmieszanie i po drugie nie jest pożądane dla niektórych zastosowań.

Gdy do formy wprowadza się najpierw granulki a po nich mniej lub bardziej lepki klej, to może nie dojść do jednorodnego rozprowadzenia kleju w formie.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 271 944 sposób wytwarzania pustych kulek lub konstrukcji zespolonych z pustych granulek ze ściankami o podwyższonej wytrzymałości, w którym na metalizowane, mające kształt kulek lekkie cząstki, mające rdzeń ze spienionego polimeru, nakłada się dalsze warstwy. W celu podwyższenia wytrzymałości ścianek kulistych cząstek i wytrzymałości kształtki, metalizowane, mające kształt kulek lekkie cząstki o grubości ścianek 5 do 20 mikronów pokrywa się zawiesiną metalu lub jego tlenku lub materiału ceramicznego względnie materiału żaroodpornego w postaci drobnych cząstek, suszy się mające kształt kulek lekkie cząstki pokryte warstwą o grubości 15 do 500 mikronów, po czym wysuszone cząstki ogrzewa się do temperatury około 400° w celu dokonania pirolizy rdzenia polimerowego, a następnie poddaje się cząstki procesowi spiekania w temperaturze 900° do 1400°. W wyniku spiekania otrzymuje się cząstki w postaci pustych granulek o podwyższonej wytrzymałości własnej względnie wytrzymałości na ściskanie.

Ponadto z amerykańskiego opisu patentowego nr 4 925 740 znane są struktury ze stabilizowaną powierzchnią powłokową, mające usytuowane we wzajemnym odstępie blachy powłokowe i większą liczbę pustych metalowych kulek wypełniających przestrzeń pomiędzy powłokami. Kulki i powłoki są spojone ze sobą dając w rezultacie jednolitą strukturę. Mogą być stosowane kulki o różnych wielkościach i różnych grubościach ścianek, zależnie od przewidywanego obciążenia. Kulki mają korzystnie powierzchniowe pokrycie z lutu twardego i są spajane ze sobą i z powłokami za pomocą lutowania twardego piecowego.

Celem wynalazku jest takie usprawnienie pustych granulek ze skorupą ze spiekanego materiału nieorganicznego, żeby rozszerzyć zakres ich zastosowań, uprościć technologię ich przetwarzania w elementy budowlane oraz poprawić wł a ś ciwoś ci pustych granulek i wytwarzanych z nich elementów budowlanych.

Pusta granulka, której skorupa jest utworzona ze spiekanego materiału nieorganicznego, zwłaszcza metalu, stopu metalu, tlenku metalu lub materiału ceramicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej częściowo na jej skorupie jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, która składa się z materiału mającego zdolność płynięcia, odkształcalnego plastycznie i/lub sprężyście wskutek obróbki fizycznej i/lub chemicznej.

PL 197 090 B1

Korzystnie, skorupa pustej granulki jest utworzona ze szkła.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna składa się z materiału albo zawiera składnik materiału, którego temperatura mięknienia jest niższa od temperatury mięknienia materiału skorupy albo temperatury, w której skorupa staje się niestabilna.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna składa się z materiału albo zawiera składnik materiału, którego temperatura topnienia jest niższa od temperatury topnienia materiału skorupy albo temperatury, w której skorupa staje się niestabilna.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna jest utworzona z organicznego polimeru rozpuszczalnego za pomocą rozpuszczalnika albo zawiera taki polimer.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna jest utworzona z polimeru wybranego z kopolimerów etylenu z octanem winylu (EVA), poliamidów lub poliestrów, ż ywicy fenolowej, ż ywicy epoksydowej albo ś rodków wiążących na bazie kauczuku albo zawiera taki polimer.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna jest utworzona ze środka wiążącego i cząstki są utrzymywane adhezyjnie za pomocą środka wiążącego.

Korzystnie, polimerem jest lakier proszkowy na bazie żywicy epoksydowej.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna zawiera metal, tlenek metalu, szkło albo ceramikę albo jest z nich utworzona.

Korzystnie, w warstwie funkcjonalnej jest zawarty topnik, środek wspomagający spiekanie albo środek porotwórczy.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna zawiera przynajmniej jeden sproszkowany metal i środek porotwórczy.

Korzystnie, środkiem porotwórczym jest sproszkowany wodorek metalu, węglan albo hydrat.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna jest wykonana z metalu tworzącego fazę intermetaliczną z metalicznym materiałem skorupy albo zawiera taki metal.

Korzystnie, w warstwie funkcjonalnej są osadzone cząstki ferromagnetyczne i/lub cząstki magnesu trwałego.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna jest utworzona z katalitycznie czynnego pierwiastka lub związku albo jest domieszkowana takim związkiem lub pierwiastkiem.

Korzystnie, warstwa funkcjonalna składa się z nieorganicznego środka wiążącego.

Korzystnie, masa warstwy funkcjonalnej jest mniejsza lub równa masie skorupy.

Korzystnie, grubość warstwy funkcjonalnej jest mniejsza od grubości skorupy.

Korzystnie, grubość warstwy funkcjonalnej jest mniejsza lub równa 0,9-krotności grubości skorupy.

Korzystnie, grubość warstwy funkcjonalnej jest od 0,1 do 0,5-krotnie mniejsza od grubości skorupy.

Korzystnie, skorupa albo warstwa funkcjonalna jest utworzona z infiltrującego drugi materiał metalu albo stopu metalu albo taki zawiera.

Korzystnie, na warstwie funkcjonalnej jest ukształtowana warstwa termoplastyczna.

Korzystnie, warstwa termoplastyczna jest utworzona z celulozy, pektyny lub alkoholu poliwinylowego.

Sposób wytwarzania pustych granulek, polegający na tym, że na zewnętrzną stronę mających kształt kulek, ulatniających się przy nagrzewaniu nośników nanosi się, w postaci co najmniej jednej otoczki, płyn zawierający zmieszane spoiwo i cząstki proszku metalu bazowego, wysusza się go i potem spieka, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do płynu zmieszanego ze spoiwem i cząstkami proszku metalu bazowego dodaje się domieszkę w rozpuszczonej albo koloidalnej postaci, rozkładającą się w wyniku nagrzewania, przy czym podczas spiekania, które wykonuje się w atmosferze utleniającej, pozostające w postaci ciał stałych produkty uzupełniające domieszki tworzą w czasie przebiegu obróbki cieplnej dodatkowe składniki spajające dla cząstek proszku metalu bazowego, a po spiekaniu nanosi się warstwę funkcjonalną na skorupę utworzoną podczas spiekania.

Korzystnie, spiekanie przeprowadza się w atmosferze utleniającej, obojętnej albo redukującej.

Korzystnie, jako domieszkę wykorzystuje się przynajmniej jedną sól metalu i/lub wodorotlenek metalu.

Korzystnie, na początku nagrzewania w procesie spiekania z tlenków metali i/lub wodorotlenków metali tworzone są przez rozkład domieszki uzupełniające produkty rozkładu w postaci stałej.

PL 197 090 B1

Korzystnie, podczas okresu nagrzewania rozkład spoiwa i rozkład domieszki przebiega tak, że w miarę wzrostu temperatury słabnie funkcja wiązania spoiwa wobec cząstek proszku metalu bazowego, a jednocześnie nasila się działanie wiążące domieszki.

Korzystnie, wykorzystuje się domieszkę, która zawiera co najmniej jeden łatwo redukowalny metal.

Korzystnie, łatwo redukowalne metale wybiera się spośród Cu, Fe, Ni, Co, Sn, Mo, W albo Ag.

Korzystnie, wykorzystuje się sole metali kwasów organicznych.

Korzystnie, jako domieszkę wykorzystuje się sole metali, wodorotlenki, węglany, acetany, mrówczany, szczawiany albo acetyloacetoniany.

Korzystnie, podczas spiekania w atmosferze redukującej na końcu procesu z uzupełniających produktów rozkładu domieszki powstają składniki stopowe dla cząstek proszku metalu bazowego.

Korzystnie, temperatura topnienia drugich uzupełniających produktów rozkładu domieszki jest niższa niż temperatura topnienia proszku bazowego.

Sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z pustymi granulkami, których skorupy są utworzone ze spiekanego materiału nieorganicznego i na skorupach jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, według wynalazku charakteryzuje się tym, że napełnia się pustymi granulkami formę albo strukturę tworzącą zewnętrzną powłokę elementu budowlanego, zaś po napełnieniu przeprowadza się obróbkę fizyczną i/lub chemiczną, która nadaje materiałowi warstwy funkcjonalnej plastyczną i/lub elastyczną odkształcalność, a po tej obróbce tworzące element budowlany, sąsiednie granulki są utrzymywane nieruchomo na zasadzie połączenia kształtowego i/lub adhezyjnie.

Korzystnie, przeprowadza się nagrzewanie co najmniej do zmiękczenia warstw funkcjonalnych.

Korzystnie, materiał warstwy funkcjonalnej zmiękcza się dotąd, aż stanie się odkształcalny plastycznie i sąsiednie skorupy pustych granulek zetkną się bezpośrednio ze sobą punktowo.

Korzystnie, skorupy pustych granulek skleja się ze sobą, lutuje lub spieka.

Korzystnie, poprzez obróbkę fizyczną i/lub chemiczną zwiększa się trwale objętość odkształcalnej plastycznie warstwy funkcjonalnej.

Korzystnie, materiał warstwy funkcjonalnej spienia się albo spęcza.

Korzystnie, wprowadzone przy napełnianiu granulki zagęszcza się przed i/lub podczas obróbki fizycznej i/lub chemicznej.

Korzystnie, w formę albo w odpowiednią strukturę wprowadza się płynny lub gazowy rozpuszczalnik materiału warstwy funkcjonalnej.

Korzystnie, po obróbce rozpuszczalnik odciąga się i/lub usuwa przez podgrzewanie.

Korzystnie, przed napełnieniem pokrywa się ściankę wewnętrzną formy albo odpowiedniej struktury środkiem antyadhezyjnym, środkiem powlekającym albo materiałem warstwy funkcjonalnej.

Korzystnie, obróbkę fizyczną i/lub chemiczną w formie przeprowadza się dotąd, aż granulki połączą się ze sobą w takim stopniu, że uzyska się nadający do manipulacji i wyjęcia z formy półwyrób elementu budowlanego.

Korzystnie, formuje się lekki element budowlany.

Korzystnie, powierzchnię lekkiego elementu budowlanego laminuje się, powleka lub pokrywa osłoną.

Korzystnie, puste granulki wprowadza się do formy w sposób ciągły lub quasi-ciągły i lekkie elementy budowlane po obróbce fizycznej i/albo chemicznej wyjmuje się w sposób ciągły albo quasi-ciągły.

Puste granulki według wynalazku opierają się na tradycyjnych rozwiązaniach, ale mają przynajmniej jedną dodatkową warstwę funkcjonalną na skorupie sferycznej, która jest wykonana ze spiekanego, przynajmniej przeważające nieorganicznego materiału. Materiał warstwy funkcjonalnej, zawarte w niej albo naniesione na nią składniki można kształtować płynnie, plastycznie i/lub elastycznie za pomocą obróbki fizycznej i/lub chemicznej. W ten sposób skorupy a także sąsiednie puste granulki mogą być ustalane ze sobą na zasadzie adhezji i/albo połączenia kształtowego.

Skorupy mogą być wykonane z metalu, stopu metalu, tlenku metalu lub ceramiki. Mogą być one pozbawione w znacznym stopniu składników organicznych. Odpowiednimi metalami są na przykład żelazo, nikiel, miedź oraz metal lekki, na przykład tytan, aluminium albo wysokotopliwe metale ciężkie, jak na przykład wolfram lub molibden i ich stopy.

Obróbkę fizyczną i/lub chemiczną oraz materiał należy dobrać tak, aby przynajmniej skorupy pustych granulek nie utraciły stabilności podczas tej obróbki.

PL 197 090 B1

Można też ukształtować kilka warstw funkcjonalnych na sobie na zasadzie łupin cebuli, przy czym można dobierać dany materiał pod kątem różnych zastosowań. Przy tym zależnie od zastosowania można przeprowadzać obróbkę takich granulek w kilku etapach.

Pusta granulka według wynalazku z dodatkową stałą warstwą funkcjonalną, którą nanosi się dodatkowo w postaci zawiesiny na skorupę oraz suszy się lub utwardza, stanowi lepszy niż tradycyjne granulki i łatwiejszy w obróbce produkt wstępny i takie granulki pozwalają zredukować pewne operacje technologiczne u producenta finalnych elementów budowlanych.

Można stosować puste granulki bez warstwy funkcjonalnej, mające średnicę zewnętrzną od 0,1 do 20 mm, korzystnie 0,5 do 5 mm. Przy tym skorupa może mieć grubość, która odpowiada 0,1 do 50%, korzystnie do 10% zewnętrznej średnicy granulki.

Warstwa funkcjonalna względnie warstwy funkcjonalne według wynalazku powinna/-y mieć grubość, która po fizycznej lub chemicznej obróbce granulek ma zapewnić dany efekt funkcjonalny, na przykład ochronę przeciwkorozyjną lub przyczepność sąsiednich granulek. Jednak korzystnie należy dobrać co najmniej taką grubość, żeby przy kształtowaniu plastycznym i/sprężystym można było uzyskać ustalenie sąsiednich granulek na zasadzie połączenia kształtowego.

Z reguł y wystarcza, gdy warstwa funkcjonalna ma grubość mniejsz ą od gruboś ci skorupy. Grubość warstwy funkcjonalnej nie powinna być większa niż 0,9-krotność, korzystnie 0,1- do 0,5-krotność grubości skorupy danej granulki. Dzięki temu mogą być zrealizowane takie funkcje, jak na przykład spajanie sąsiednich granulek w lekki element budowlany, ochrona antykorozyjna powłok metalowych, właściwości elektryczne i magnetyczne.

Ponadto masa przynajmniej jednej warstwy funkcjonalnej lub kilku warstw nie powinna przekraczać masy skorupy.

Dla ustalania przez połączenie kształtowe sąsiednich granulek za pośrednictwem materiału warstwy funkcjonalnej wystarczy, że pokryte jest maksimum 80% powierzchni skorupy.

Dzięki temu można zredukować masę lekkiego elementu budowlanego wytworzonego z pustych granulek.

Granulki według wynalazku powinny być sypkie i nie powinny sklejać się ze sobą, żeby mogły być przetwarzane bez problemu po okresie magazynowania i transportu.

Na warstwę funkcjonalną może być naniesiona dodatkowa powłoka termoplastyczna, w szczególności do tymczasowej ochrony podczas transportu i magazynowania, żeby utworzyć bardzo gładkie, nie klejące powierzchnie. W tym celu można natryskiwać na przykład szybkoschnące, korzystnie rozpuszczalne w wodzie lakiery albo inne bardziej lub mniej lepkie płyny. Odpowiednimi przykładami są roztwory celulozowe lub pektynowe albo alkohol poliwinylowy.

Warstwy funkcjonalne mogą być utworzone z jednorodnego materiału, ale także z kompozytów. Tak na przykład w warstwie funkcjonalnej do określonych zastosowań (na przykład do celów detekcji) mogą być osadzone cząstki ferromagnetyczne i/lub cząstki magnesu trwałego.

Warstwa funkcjonalna może być jednak też domieszkowana albo utworzona z katalitycznie czynnymi pierwiastkami lub związkami. Tak na przykład na skorupie lub warstwie funkcjonalnej może być osadzana galwanicznie, bezprądowo platyna i/lub rod.

Gdy na warstwy funkcjonalne stosuje się organiczne materiały lub komponenty, to szczególnie przydatne są polimery wybrane z kopolimerów etylenu z octanem winylu (EVA), poliamidy lub poliestry, ale także żywica fenolowa, krezolowa, furanowa lub epoksydowa względnie środek wiążący na bazie lateksu albo kauczuku. Odpowiednią żywicą epoksydową jest na przykład znana pod nazwą handlową Terokal 5051 LV, a materiał na bazie kauczuku można nabyć pod nazwą handlową Terostat 5190. Oba produkty nanosi się w temperaturze powyżej 55°C i następnie utwardza się przez doprowadzenie energii. Mają one wtedy wysoką wytrzymałość i sztywność. Materiał na bazie kauczuku może być też częściowo utwardzany. Oba wymienione produkty mają przewodność elektryczną około

10⁶ i’cm.

Szczególnie przydatne są tak zwane „hot melts” czyli kleje topliwe, którymi są często kopolimery etylenu z octanem winylu.

Skład tych materiałów można ustalić tak, aby możliwe było nanoszenie w stosunkowo niskiej temperaturze (na przykład < 60°C) w fazie płynnej i po osuszeniu mogła nastąpić później aktywacja na przykład poprzez podgrzewanie. Przy tym przy określonym doborze lub składzie chemicznym można ustalić celowo określoną temperaturę mięknienia lub topnienia, która powinna wynosić korzystnie powyżej 80°C, a całkiem korzystnie powyżej 100°C.

PL 197 090 B1

Jako materiał warstwy funkcjonalnej można jednak zastosować znane lakiery proszkowe, na przykład na bazie żywicy fenolowej lub epoksydowej. Można je nanosić w postaci sproszkowanej na podgrzane puste granulki, na przykład w złożu fluidalnym, przy czym trzeba utrzymać taką temperaturę, w której proszek przywiera do skorup pustych granulek, jednak nie występuje prowadzące do rozpływania stapianie lakieru proszkowego. Przy tym poszczególne cząstki proszku mogą przywierać do powierzchni skorupy rozmieszczone na niej w sposób mniej lub bardziej równomierny, a po ochłodzeniu można bez problemu transportować lub magazynować te puste granulki, przy czym nie następuje ich sklejanie. Dopiero podczas wytwarzania lekkich elementów budowlanych następuje znów podwyższenie temperatury, aż do zmiękczenia lub stopienia proszku. W przypadku stopienia można uzyskać równomierną powłokę lakierniczą na całej powierzchni, przy czym jednak przy odpowiednio gęstym upakowaniu granulek lub pod naciskiem na granulki (zagęszczanie) mogą utrzymywać się strefy powierzchni stykających się bezpośrednio granulek wolne od materiału warstwy funkcjonalnej (na przykład pozbawione lakieru).

Warstwa funkcjonalna może być utworzona na przykład z organicznego lub nieorganicznego środka wiążącego, w którym i/lub na którym są utrzymywane adhezyjnie cząstki, korzystnie metali lub polimerów. Cząstki te mogą być formowane podczas końcowej obróbki termicznej.

Polimery mogą też zawierać sproszkowane nieorganiczne pierwiastki i związki i potem mogą spełniać w szczególności funkcję środka wiążącego te pierwiastki i związki, obok innych funkcji, jak ochrona przeciwkorozyjna i/lub izolacja.

Odpowiednimi nieorganicznymi pierwiastkami lub związkami są na przykład metale, pigmenty farbowe, związki metali, stopy metali lub związki mające właściwości magnetyczne albo ferromagnetyczne.

Jeżeli na warstwy funkcjonalne stosuje się sproszkowane pierwiastki lub związki, to warstwy te mogą być nanoszone na skorupy jako zawiesina ze środkiem wiążącym. Oprócz organicznych środków wiążących można też wykorzystywać nieorganiczne środki wiążące. Tak więc mogą być używane przykładowo roztwory soli metali albo szkło wodne, żeby związać przynajmniej tymczasowo proszek metalu, tlenku metalu, ceramiki lub proszek szklany. Odpowiednimi szkłami są na przykład emalie albo szkliwa, na przykład szkła zawierające ołów lub bór, przy czym te ostatnie mają stosunkowo niską temperaturę mięknienia i topienia.

Korzystnie warstwa funkcjonalna może być wykonana z metalu albo może zawierać taki metal, który może tworzyć fazę intermetaliczną z metalicznym materiałem skorupy albo z drugim materiałem warstwy funkcjonalnej. Jest to możliwe na przykład z cyną lub miedzią. Mogą być tak tworzone również różne glinki.

Mogą być jednak także tworzone stopy metali, gdy odpowiednie metale są zawarte w warstwie funkcjonalnej lub w warstwie funkcjonalnej i skorupie.

W szczególności w przypadku skorup porowatych korzystny może być dobór kombinacji materiałów, która umożliwia infiltrację. Przy tym materiał warstwy funkcjonalnej może przenikać w porowatą skorupę albo materiał skorupy może infiltrować do warstwy funkcjonalnej, żeby otrzymać zamkniętą otoczkę. Poprzez to można wpływać na zewnętrzną średnicę granulek.

Poza tym można zaopatrzyć w szczelną powłokę porowate, trudno spiekalne ceramiki lub metale.

W warstwie funkcjonalnej mogą być też zawarte różne dodatki modyfikujące. Przykładowo są to luty, topniki, środki wspomagające spiekanie, środki porotwórcze lub też środki spęczniające.

Tak więc warstwa funkcjonalna może być utworzona ze sproszkowanego metalu albo może zawierać taki metal i dodatkowo środek porotwórczy. Podczas podgrzewania tworzy się za pośrednictwem warstwy funkcjonalnej pianka metalowa, która może wypełnić przynajmniej częściowo puste miejsca w zasypie pustych granulek.

Można stosować różne proszki czystych metali (na przykład Si, Al lub Cu), ale też stopów, przykładowo z Mn.

Odpowiednimi środkami porotwórczymi są wodorki metaliczne, węglany lub hydraty. Korzystnie można zastosować sproszkowany wodorek tytanu.

W obrębie warstwy funkcjonalnej środek porotwórczy powinien być skoncentrowany w większym stopniu na ściance wewnętrznej niż na zewnątrz, tak żeby można było wpływać korzystnie na spienianie.

W szczególności w przypadku kilku utworzonych na sobie róż nych warstw funkcjonalnych celowe może być kombinacyjne powiązanie obróbki fizycznej i chemicznej. Tak na przykład usuwanie

PL 197 090 B1 substancji lub aktywowanie może odbywać się na drodze chemicznej i następnie przeprowadza się formowanie plastyczne poprzez obróbkę termiczną.

Zgodne z wynalazkiem puste granulki ze skorupą utworzoną w zasadzie z metalu można wytwarzać korzystnie w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami w ten sposób, że ulatniający się podczas nagrzewania nośnik, przykładowo styropor, jest zaopatrywany w otoczkę, która jest utworzona z płynu zawierającego spoiwo i sproszkowany metal bazowy, przy czym po osuszeniu przeprowadza się spiekanie. W tradycyjnych metodach występują problemy polegające na tym, że tak przygotowane kulkowe produkty wstępne nie mają dostatecznej wytrzymałości podczas spiekania, gdyż w miarę wzrostu temperatury obniża się z reguły znacznie skuteczność spajania. Zastosowany środek wiążący jest usuwany poprzez parowanie lub pirolizę, co zmniejsza wytrzymałość. Utworzone spieczone ścianki mają taką grubość, że mogą ulegać uszkodzeniu lub wgnieceniu już przy małych naciskach i siłach, a więc poszczególne, tak przygotowane granulki ulegają uszkodzeniu. Trudno jest odseparować takie uszkodzone lub zniszczone granulki. Można przeciwdziałać temu niekorzystnemu zjawisku w ten sposób, że do mieszanki zawierającej spoiwo i proszek metalu bazowego dodaje się domieszkę rozkładającą się przy podgrzewaniu. Taka domieszka może być rozpuszczona w płynie mieszanki lub może być zawarta w postaci koloidalnej.

Domieszka ta może rozkładać się podczas spiekania, przy czym powstające uzupełniające produkty rozkładu domieszki podczas obróbki cieplnej przy spiekaniu tworzą dodatkowe składniki spoiwa proszku metalu bazowego w postaci części stałych. Proces ten przebiega przeciwnie do malejącej w miarę wzrostu temperatury skuteczności spajania właściwego spoiwa i funkcję spajania przejmują sukcesywnie utworzone z domieszki produkty rozkładu.

Po spiekaniu puste granulki z metaliczną skorupą mogą być zaopatrzone w następnym kroku w co najmniej jedną warstwę funkcjonalną, jak to już opisano w różnych przykładowych formach.

Domieszką, która występuje jako zawiesina wraz z płynem, spoiwem i proszkiem metalu bazowego, może być korzystnie sól metalu lub wodorotlenek metalu, przy czym może występować też kilka takich soli i/lub wodorotlenków metalu. Podczas zwiększania temperatury w trakcie obróbki cieplnej spiekania tworzy się z soli metalu tlenek metalu (przy czym tlenek może powstawać korzystnie w atmosferze utleniającej). Powstający w postaci części stałych jako produkt rozkładu tlenek metalu działa potem jako środek wiążący między cząstkami proszku metalu bazowego i zwiększa wytrzymałość tworzącej się skorupy pustej granulki, podczas gdy spoiwo złożone w zasadzie ze składników organicznych ulega rozkładowi przez pirolizę.

Spiekanie może jednak także odbywać się w atmosferze obojętnej, na przykład w atmosferze azotu lub argonu.

Przydatne są na przykład octan miedziowy, octan niklowy, szczawian żelaza, węglany niklowe, acetyloacetonian niklu lub acetyloacetonian miedzi. Związki te powinny być stosowane korzystnie rozpuszczone w płynie do określonej granicy nasycenia. Podczas osuszania przeprowadzanego przed spiekaniem domieszki rozpuszczone w płynie koncentrują się ze względu na jego napięcie powierzchniowe w miejscach styku cząstek proszku metalu bazowego i pozostają po suszeniu jako substancja stała wraz z organicznymi cząstkami spoiwa zawartymi w płynie i w wyniku zwiększenia objętości w miejscach styku tych czą stek powodują zwię kszenie wytrzymał o ś ci skorup granulek na nacisk i wstrzą sy.

Wytrzymałość pustych granulek zwiększa się także poprzez to, że utworzone w procesie spiekania i pozostające jako części stałe uzupełniające produkty rozkładu otrzymywane z domieszki koncentrują się we wszystkich miejscach wzajemnego styku cząstek proszku metalu bazowego. Gromadzenie się tych produktów odbywa się ze względu na napięcie powierzchniowe płynu w miejscach styku poszczególnych cząstek proszku przed suszeniem.

Przejmowanie funkcji spajania podczas nagrzewania przez utworzone z domieszki produkty rozkładu, z jednoczesnym zmniejszeniem skuteczności działania spoiwa dla cząstek proszku metalu bazowego, występuje korzystnie zwłaszcza w przypadku cienkościennych pustych granulek.

Korzystnie jako domieszkę można zastosować sole metali kwasów organicznych, gdyż przy rozkładzie takiej domieszki i spoiwa są poza tym uwalniane i odprowadzane do atmosfery tylko węgiel, tlen i/lub wodór i takie substancje z reguły są nieszkodliwe dla człowieka, środowiska i urządzeń.

Sole metali są dobierane korzystnie z metali łatwo redukowalnych, jak miedź, żelazo, nikiel, kobalt, cyna, molibden, wolfram i/lub srebro, i dlatego w przypadku proszku metalu bazowego na bazie żelaza nadają się dobrze do spiekania, przy czym metale te są też odpowiednimi pierwiastkami stopowymi, ponieważ mogą być one stosowane także przy spiekanych stalach.

PL 197 090 B1

Do wytwarzania zawiesiny, z której może być utworzona otoczka stanowiąca po spiekaniu powłokę wsporczą pustej granulki, można zastosować jako rozpuszczalnik na przykład wodę, alkohol lub podobne płyny. Gdy wykorzystuje się na przykład alkohol jako płyn, to wykazuje on szczególną przydatność, ponieważ organiczne z reguły spoiwo jest dobrze rozpuszczalne w alkoholach.

Otoczka ta może być ukształtowana metodą napylania proszkowego na mokro albo poprzez odlewanie ciekłej masy na kulkowy nośnik ze styroporu albo styrenu w spienionej postaci, przy czym korpus nośny po suszeniu i spiekaniu ulega całkowitemu rozkładowi przez odgazowanie i pirolizę i powstają ce składniki gazowe uchodzą na zewną trz, tak ż e utworzona skorupa metaliczna moż e być wewnątrz całkowicie pusta.

Jako spoiwo organiczne można zastosować spoiwo składające się z jednego lub kilku organicznych środków wiążących, które wspólnie z cząstkami proszku metalu bazowego i domieszką jest zawarte w płynie.

W przypadku wspomnianego już gromadzenia się domieszki w miejscach styku cząstek proszku metalu bazowego jest ona rozpuszczona i/lub jednorodnie rozłożona w płynie w zakresie wielkości atomowej i/lub cząsteczkowej. Podczas suszenia zawarta w płynie domieszka tworzy substancję stałą między miejscami styku cząstek proszku metalu bazowego. Jednak nie ulega ona jeszcze rozkładowi podczas suszenia. Po suszeniu trwa nadal gromadzenie się utworzonej z domieszki substancji stałej w miejscach styku czą stek proszku, dzi ę ki czemu umacnia się wzajemne powią zanie czą stek proszku metalu bazowego, tak że wytrzymałość osuszonej otoczki może zwiększyć się już w wyniku wzrostu objętości w miejscach styku wspomnianych cząstek proszku. Utworzona w zasadzie z osuszonej otoczki granulka pusta już przed spiekaniem jest znacznie mniej wrażliwa na wstrząsy, udary i drgania, niż to ma miejsce w przypadku znanych rozwiązań.

Szczególnie korzystnie mogą być stosowane sole tych metali, których tlenki poddaje się łatwo redukcji. Takimi metalami są na przykład miedź, żelazo, nikiel, kobalt, cyna, molibden, wolfram lub srebro. Tak więc mogą być stosowane korzystnie sole metali, które wybierane są z wodorotlenków, węglanów, acetanów, mrówczanów, szczawianów i/lub acetyloacetonianów.

Zaopatrzona w otoczkę, wysuszona granulka pusta podczas dalszej obróbki cieplnej w atmosferze utleniającej w temperaturze około 600°C może ulegać odspajaniu. Przy tym rozpadają się wszystkie organiczne składniki spoiwa, a także dodana domieszka, przy czym tworzy się z niej ukształtowany jako faza stała uzupełniający produkt rozkładu, z reguły tlenki metalu i/lub wodorotlenki metalu. Domieszka występująca teraz jako ciało stałe może przejąć rolę organicznych składników spoiwa, które wskutek przeważnie pirolizy traci swoją cząsteczkową strukturę organicznej substancji wiążącej i organiczne cząsteczki w większej części ulatniają się jako gaz. Ze względu na termodynamiczną stabilność poszczególnych produktów organicznych podlegających pirolizie pozostaje często reszta spoiwa, która przede wszystkim składa się w znacznym stopniu ze związków węglowodorów aromatycznych i może w związku z tym jeszcze przejąć funkcję spajania cząstek proszku metalu bazowego. Zmniejszenie skuteczności spajania może być skompensowane w znacznej mierze przez utworzone produkty rozkładu domieszki, ponieważ przykładowo utworzone jako produkty rozkładu tlenki metalu mogą działać jako spoiwo.

Podczas spiekania w miarę wzrostu temperatury ulatnia się najpierw spoiwo aż do jego resztek, a następnie noś nik. Przy tym temperatury rozpadu nośnika i domieszki są normalnie niższe od temperatury topnienia domieszki i cząstek proszku danego metalu bazowego.

Podczas spiekania przy rosnącej temperaturze zwiększa się efekt spajania tlenków metalu, zwłaszcza wskutek małej wielkości ich cząstek, natomiast w miarę przebiegu spiekania zmniejsza się zdolność wiązania ulatniającego się spoiwa, które pozostaje w małej reszcie.

W zgodnym z wynalazkiem sposobie wytwarzania pustych granulek z metalicznymi skorupami podczas spiekania w atmosferze redukującej z uzupełniających produktów rozkładu domieszki mogą tworzyć się składniki stopowe dla cząstek proszku metalu bazowego, które występują również w stałej postaci jako produkt pośredni. Przy tym temperatura topnienia utworzonego z domieszki produktu uzupełniającego powinna być niższa od temperatury topnienia danego proszku metalu bazowego.

Jak już wspomniano, po spiekaniu na ukształtowaną teraz metaliczną, stabilną skorupę może być naniesiona przynajmniej jedna warstwa funkcjonalna, na przykład w reaktorze fluidyzacyjnym.

Istnieje jednak też możliwość bezprądowego, galwanicznego strącania warstwy metalowej na metaliczną skorupę lub też odpowiednią pośrednią warstwę funkcjonalną, przy czym mogą być tu zalecane w szczególności metale nadające się jako katalizator. W takim przypadku korzystnie jest,

PL 197 090 B1 gdy powierzchnia skorupy lub warstwy funkcjonalnej ma stosunkowo dużą chropowatość lub porowatość, żeby odpowiednio zwiększyć tę powierzchnię.

Warstwy funkcjonalne mogą być nanoszone i kształtowane również w złożu fluidalnym albo urządzeniu, jakie opisano na przykład w DE 197 50 042 C2.

Celem wytworzenia lekkich elementów budowlanych z pustymi granulkami według wynalazku napełnia się tymi granulkami formę albo strukturę tworzącą zewnętrzną powłokę elementu budowlanego, przy czym wypełnia się możliwie całą wewnętrzną objętość takiej formy.

Po przeprowadzeniu napełniania i ewentualnie zagęszczeniu pustych granulek następuje w przynajmniej jednej nast ę pnej operacji obróbka fizyczna i/lub chemiczna, podczas której materiał warstwy funkcjonalnej ulega co najmniej takiemu zmiękczeniu, że może on być kształtowany plastycznie i/lub elastycznie.

Zagęszczanie może odbywać się prostą metodą ciśnieniową, jednak korzystniejsza jest metoda wibracyjna, przy czym korzystnie można także przeprowadzać zagęszczanie przynajmniej okresowo podczas następnej obróbki fizycznej i/lub chemicznej.

Obróbką fizyczną może być nagrzewanie materiału warstwy funkcjonalnej wywołane doprowadzaniem energii, przy czym temperatura mięknienia i ewentualnie także temperatura topnienia tego materiału powinna być niższa od odpowiedniej temperatury materiału tworzącego skorupę.

Podgrzany płynny materiał dopasowuje się do kształtu powierzchni upakowanych możliwie gęsto granulek stykających się wzajemnie niemal punktowo. Po oziębieniu, podczas którego znów krzepnie materiał warstwy funkcjonalnej, następuje ustalenie sąsiednich pustych granulek przynajmniej na zasadzie połączenia kształtowego, przy czym nie jest konieczne trwałe sklejenie.

Dzięki rozpływowi materiału warstwy funkcjonalnej mogą wypełnić się tym materiałem przynajmniej częściowo wolne miejsca pozostające między pustymi granulkami. Poprzez to można wpływać na siły działające na puste granulki i eliminować niepożądane naprężenia w skorupach.

Poza tym można uzyskać to, że materiał warstwy funkcjonalnej jest całkowicie wypierany spomiędzy punktów lub powierzchni styku sąsiednich pustych granulek i skorupy stykają się bezpośrednio ze sobą, co umożliwia zwiększenie stabilności i wytrzymałości lekkiego elementu budowlanego.

Nagrzewanie może odbywać się przykładowo poprzez konwekcję z gorącymi gazami lub cieczami, które są przeprowadzane przez pakiet pustych granulek, albo poprzez promieniowanie cieplne, na drodze indukcji lub przez podgrzaną ściankę formy.

Obróbkę chemiczną można korzystnie przeprowadzać za pomocą nadającego się do materiału warstwy funkcjonalnej rozpuszczalnika, który w postaci płynnej lub pary wprowadza się do napełnionej formy. Rozpuszczalnik taki pozwala zmiękczyć materiał warstwy funkcjonalnej, tak że staje się on znów tymczasowo odkształcalny plastycznie. Po odciągnięciu lub odparowaniu rozpuszczalnika, co może nastąpić poprzez odsysanie i/lub podgrzanie, materiał warstwy funkcjonalnej może znów skrzepnąć i zachować przyjęty kształt.

W przypadku mieszanki kilku składników, z których utworzona jest warstwa funkcjonalna, moż e wystarczyć zmiękczenie jednego składnika za pomocą rozpuszczalnika i/lub przez doprowadzenie energii, co pozwala uzyskać odkształcalność plastyczną.

Można stosować rozpuszczalniki organiczne, żeby przynajmniej rozluźnić i zmiękczyć odpowiednie polimery albo zawierające polimery warstwy funkcjonalne lub zawarte w nich składniki organiczne.

Szczególnie korzystne są takie materiały warstwy funkcjonalnej, które wskutek obróbki zwiększają swoją objętość, na przykład spieniają się. W ten sposób mogą być kompensowane tolerancje średnicy skorup pustych granulek i ewentualnie można również wpływać korzystnie na właściwości, zwłaszcza na zdolność tłumienia i elastyczność lekkiego elementu budowlanego.

Takimi materiałami mogą być spieniane polimery, polimery zawierające środek porotwórczy, zawierające sproszkowany środek porotwórczy metale lub szkła.

Tak więc do proszku metalowego związanego ewentualnie spoiwem organicznym można domieszkować odpowiedni sproszkowany środek porotwórczy, co po odpowiednim nagrzaniu pozwala utworzyć piankę metalu wokół skorup. Odpowiednimi środkami porotwórczymi są na przykład wodorki metalu, węglany lub hydraty. Do aluminium można używać przykładowo sproszkowany wodorek tytanu.

Można jednak także przy obróbce chemicznej dodać środek spęczający do powiększenia objętości materiału warstwy funkcjonalnej.

Tak więc można nanosić na skorupy mogące pęcznieć polimery jako materiał warstwy funkcjonalnej i po napełnieniu struktury tworzącej zewnętrzną powłokę lekkiego elementu budowlanego dodaje się organiczny lub nieorganiczny środek spęczający. Po zwiększeniu objętości spowodowanym

PL 197 090 B1 pęcznieniem następuje gazoszczelne zamknięcie struktury i ustabilizowanie pustych granulek za pomocą materiału warstwy funkcjonalnej.

Jako takie polimery można zastosować na przykład polimery znane pod określeniem „superabsorber”. Polimery takie mogą być spęczane za pomocą wody lub roztworów wodnych, przy czym następuje wyraźne zwiększenie objętości. Utrzymuje się ono tak długo, dopóki woda jest zakumulowana w polimerze.

Gdy przykładowo wykorzystuje się taki lekki element budowlany z powłoką gazo- i wodoszczelną, to spęczony polimer może ustalać poszczególne puste granulki ewentualnie wypełniając wolne miejsca.

Po otwarciu powłoki i osuszeniu wody można w razie potrzeby zlikwidować to zespolenie, a w razie konieczności można również znów usunąć puste granulki.

Jako materiał warstwy wsporczej można też stosować metale, stopy lub szkła bez środka porotwórczego, przy czym jednak przynajmniej temperatura mięknienia, a możliwie także temperatura topnienia powinna być niższa od odpowiedniej temperatury materiału skorupy. W przypadku stopów wymaganie to powinien spełniać przynajmniej jeden zasadniczy składnik stopowy.

Obróbkę cieplną można prowadzić dotąd, aż ulegnie stopieniu materiał warstwy funkcjonalnej i przylutują się do siebie puste granulki. W tym przypadku warstwa funkcjonalna może korzystnie zawierać także przynajmniej jeden lut i ewentualnie odpowiedni topnik. Taka warstwa funkcjonalna może składać się przykładowo z czystej cyny lub związanego proszku cynowego.

Skorupa składająca się ze stali zwykłej albo nierdzewnej stali szlachetnej, mającej wysoką wytrzymałość i odporność termiczną, może być powleczona przykładowo stopem miedzi tworzącym warstwę funkcjonalną.

Zwłaszcza w przypadku stosunkowo reaktywnych materiałów skorupy, jak na przykład żelazo lub aluminium, warstwy funkcjonalne działają korzystnie jako ochrona przed utlenianiem. Stanowią one ochronę antykorozyjną elementów budowlanych wytworzonych z pustych granulek.

Jeżeli podczas obróbki cieplnej potrzebne jest spiekanie sąsiednich skorup lub materiału funkcjonalnego, to w materiale warstwy funkcjonalnej może być zawarty lub osadzony także odpowiedni środek wspomagający spiekanie.

Gdy sąsiednie skorupy mają być spiekane w punktach ich styku, to materiał warstwy funkcjonalnej musi być dostatecznie wypierany poprzez usuwanie lub odkształcenie plastyczne i zewnętrzne ścianki skorup muszą stykać się bezpośrednio podczas osiągania lub od osiągnięcia temperatury spiekania.

Korzystnie może być również, gdy przed napełnieniem pustymi granulkami wewnętrzna ścianka formy jest pokrywana środkiem antyadhezyjnym albo ścianka ta lub też struktura tworząca zewnętrzną powłokę lekkiego elementu budowlanego jest pokrywana materiałem odpowiednim także dla warstwy funkcjonalnej.

Ułatwia to wyjęcie elementu budowlanego z formy albo zapewnia gładszą powierzchnię takiego elementu lub też mocniejsze związanie pakietu pustych granulek z powłoką zewnętrzną.

Jako struktury tworzące zewnętrzną powłokę, które są napełniane pustymi granulkami według wynalazku, można zastosować skorupy metalowe, korpusy metalowe lub inne puste kadłuby.

Gdy lekki element budowlany jest wytwarzany w formie, to powierzchnię takiego elementu wyjętego z formy tworzą w zasadzie skorupy skrajnych pustych granulek, przy czym wielkość tych skorup wyznacza w zasadzie chropowatość powierzchni. Powierzchnia taka może być laminowana, powlekana lub zaopatrywana w pokrycia.

Wyjęty z formy element budowlany jako półfabrykat może podlegać dalszej obróbce lub wykańczaniu. Taki łatwy do obróbki element budowlany może być jeszcze spiekany lub nasączany celem wypełnienia pozostających pustych miejsc.

Tak przygotowany półfabrykat można zastosować na przykład jako rdzeń w formie wtryskarki tworzywa sztucznego, gdzie jest on spryskiwany dookoła tworzywem sztucznym. Zamiast tworzywa sztucznego zewnętrzną powłokę takiego półproduktu można też ukształtować odpowiednim sposobem z metalu lub stopu metalu. Można to uzyskać na przykład poprzez zanurzenie w roztopionym metalu albo napawanie lub znaną metodą natryskiwania metalu.

Lekki element budowlany lub też półprodukt takiego elementu można kształtować ewentualnie przez wgniatanie lub prasowanie. Możliwa jest też obróbka skrawaniem. Jednak w takich przypadkach trzeba zapewnić mocne związanie pustych granulek, co uzyskuje się na przykład za pomocą materiału warstwy funkcjonalnej, żeby możliwa była obróbka elementu budowlanego bez narażania go na uszkodzenie.

PL 197 090 B1

Korzystnie w takim przypadku można zastosować materiał warstwy funkcjonalnej, który jest utwardzany kilkustopniowo albo daje się formować plastycznie w dłuższym czasie w znanym zakresie temperatury, tak że można kształtować element budowlany po obróbce, przed ewentualnym całkowitym utwardzeniem.

Lekkie elementy budowlane można wytwarzać wsadowo, na przykład w formach, ale także w sposób ciągły lub quasi-ciągły. Ta ostatnia metoda jest korzystna, zwłaszcza przy wytwarzaniu półwyrobów.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony poniżej na przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, który przedstawia przekrój ogrzewanej formy, w której można wytwarzać utworzony z pustych granulek amortyzator drgań stanowiący lekki element budowlany.

Amortyzator drgań stanowiący lekki element budowlany 1 według rysunku jest wytwarzany w zasadzie z pustych granulek, których skorupy są utworzone ze spiekanego metalu, przykładowo żelaza. Jak wiadomo ze stanu techniki, mogą być one wytwarzane jako produkt wstępny. W tym przykładzie użyte puste granulki mają mieć zewnętrzną średnicę około 1 mm, przy czym wszystkie granulki powinny mieć w miarę możliwości jednakową średnicę.

Następnie takie puste granulki mogą być powlekane sproszkowanym stopem miedzi w urządzeniu znanym z DE 197 50 042 C2. Kształtuje się przy tym warstwa funkcjonalna o grubości około 0,3 mm.

Po utwardzeniu lub osuszeniu warstwy funkcjonalnej, po magazynowaniu i potrzebnym ewentualnie transporcie luźno usypane, nie sklejone ze sobą puste granulki mogą być wsypywane do dzielonej formy 2. Forma ta składa się z kilku złączonych bezszczelinowo członów, które po wytworzeniu amortyzatora drgań, jako przykładu lekkiego elementu budowlanego 1, mogą być znów rozdzielone.

Forma 2 ma poza tym otwór załadowczy 4 i elektryczne grzejniki 5. Celem zagęszczenia nasypanych pustych granulek ułożyskowano formę 2 w tym przykładzie na urządzeniu wibracyjnym 6.

Po napełnieniu formy 2 granulkami przez otwór załadowczy 4 następuje włączenie urządzenia wibracyjnego, tak że powstaje zagęszczony pakiet pustych granulek i wypełniane są wszystkie miejsca odkształcenia formy 2.

Potem lub równolegle z tym podłącza się grzejniki 5 do źródła napięcia elektrycznego, dzięki czemu nagrzewa się forma 2 i jej wewnętrzna powierzchnia. Powoduje to zmiękczenie, a przy dalszym wzroście temperatury stopienie miedzi w warstwie funkcjonalnej. Stopiona miedź rozpływa się na powierzchni skorup granulek i spaja je ze sobą za pomocą stopionej miedzi sąsiednich pustych granulek. Po upływie pewnego, wyznaczanego doświadczalnie czasu i/lub za pośrednictwem układu regulacji temperatury następuje odłączenie grzejników 5 od źródła napięcia, a stosunkowo szybkie ochłodzenie formy poniżej temperatury topnienia miedzi umożliwia jej krzepnięcie.

Chłodzenie można przyspieszyć na przykład za pomocą wprowadzanego do formy powietrza chłodzącego przenikającego przez porowaty lekki element budowlany 1.

Nie jest konieczne stopienie całej miedzi warstwy funkcjonalnej. Wystarczy stopienie zewnętrznych stref powierzchni tej warstwy.

Może też jednak wystarczyć stopienie miedzi granulek umieszczonych na obrzeżach elementu budowlanego 1, a puste granulki znajdujące się we wnętrzu nie są w zasadzie poddawane oddziaływaniu, tak że na lekkim elemencie budowlanym 1 kształtuje się coś w rodzaju zewnętrznej dość stabilnej skorupy, która wystarcza przynajmniej do takiego manipulowania elementem budowlanym, żeby można było wyjąć go z formy 2.

Taki lekki element budowlany 1 można potem poddać w następnej operacji dalszej obróbce cieplnej w piecu spiekalniczym, żeby uzyskać zupełne stopienie całej miedzi.

W przypadku zastosowania lekkiego elementu budowlanego 1 jako amortyzatora drgań można wybrać szczególnie tu przydatny stop miedzi nadający dostateczną stabilność i wytrzymałość łączonym ze sobą pustym granulkom.

Claims (48)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pusta granulka, której skorupa jest utworzona ze spiekanego materiału nieorganicznego, zwłaszcza metalu, stopu metalu, tlenku metalu lub materiału ceramicznego, znamienna tym, że przynajmniej częściowo na jej skorupie jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, która składa się z materiału mającego zdolność płynięcia, odkształcalnego plastycznie i/lub sprężyście wskutek obróbki fizycznej i/lub chemicznej.

   PL 197 090 B1
2. 2. Pusta granulka wedł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e skorupa jest utworzona ze szk ł a.
3. 3. Pusta granulka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna składa się z materiału albo zawiera składnik materiału, którego temperatura mięknienia jest niższa od temperatury mięknienia materiału skorupy albo temperatury, w której skorupa staje się niestabilna.
4. 4. Pusta granulka wedł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e warstwa funkcjonalna skł ada się z materiału albo zawiera składnik materiału, którego temperatura topnienia jest niższa od temperatury topnienia materiału skorupy albo temperatury, w której skorupa staje się niestabilna.
5. 5. Pusta granulka według zastrz. 1 albo 4, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna jest utworzona z organicznego polimeru rozpuszczalnego za pomocą rozpuszczalnika albo zawiera taki polimer.
6. 6. Pusta granulka wed ł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e warstwa funkcjonalna jest utworzona z polimeru wybranego z kopolimerów etylenu z octanem winylu (EVA), poliamidów lub poliestrów, żywicy fenolowej, żywicy epoksydowej albo środków wiążących na bazie kauczuku albo zawiera taki polimer.
7. 7. Pusta granulka wed ł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e warstwa funkcjonalna jest utworzona ze środka wiążącego i cząstki są utrzymywane adhezyjnie za pomocą środka wiążącego.
8. 8. Pusta granulka według zastrz. 6, znamienna tym, że polimerem jest lakier proszkowy na bazie żywicy epoksydowej.
9. 9. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, ż e warstwa funkcjonalna zawiera metal, tlenek metalu, szkło albo ceramikę albo jest z nich utworzona.
10. 10. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwie funkcjonalnej jest zawarty topnik, środek wspomagający spiekanie albo środek porotwórczy.
11. 11. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna zawiera przynajmniej jeden sproszkowany metal i środek porotwórczy.
12. 12. Pusta granulka według zastrz. 11, znamienna tym, że środkiem porotwórczym jest sproszkowany wodorek metalu, węglan albo hydrat.
13. 13. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna jest wykonana z metalu tworzącego fazę intermetaliczną z metalicznym materiałem skorupy albo zawiera taki metal.
14. 14. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że w warstwie funkcjonalnej są osadzone cząstki ferromagnetyczne i/lub cząstki magnesu trwałego.
15. 15. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna jest utworzona z katalitycznie czynnego pierwiastka lub zwią zku albo jest domieszkowana takim zwią zkiem lub pierwiastkiem.
16. 16. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa funkcjonalna składa się z nieorganicznego środka wiążącego.
17. 17. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że masa warstwy funkcjonalnej jest mniejsza lub równa masie skorupy.
18. 18. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że grubość warstwy funkcjonalnej jest mniejsza od grubości skorupy.
19. 19. Pusta granulka według zastrz. 18. znamienna tym, że grubość warstwy funkcjonalnej jest mniejsza lub równa od 0,9-krotności grubości skorupy.
20. 20. Pusta granulka według zastrz. 19, znamienna tym, że grubość warstwy funkcjonalnej jest od 0,1 do 0,5-krotnie mniejsza od grubości skorupy.
21. 21. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że skorupa albo warstwa funkcjonalna jest utworzona z infiltrującego drugi materiał metalu albo stopu metalu albo taki zawiera.
22. 22. Pusta granulka według zastrz. 1, znamienna tym, że na warstwie funkcjonalnej jest ukształtowana warstwa termoplastyczna.
23. 23. Pusta granulka według zastrz. 22, znamienna tym, że warstwa termoplastyczna jest utworzona z celulozy, pektyny lub alkoholu poliwinylowego.
24. 24. Sposób wytwarzania pustych granulek, polegający na tym, że na zewnętrzną stronę mających kształt kulek, ulatniających się przy nagrzewaniu nośników nanosi się, w postaci co najmniej jednej otoczki, płyn zawierający zmieszane spoiwo i cząstki proszku metalu bazowego, wysusza się go i potem spieka, znamienny tym, że do płynu zmieszanego ze spoiwem i cząstkami proszku metalu bazowego dodaje się domieszkę w rozpuszczonej albo koloidalnej postaci, rozkładającą się w wyniku nagrzewania, przy czym podczas spiekania, które wykonuje się w atmosferze utleniającej, pozostające w postaci ciał stałych produkty uzupełniające domieszki tworzą w czasie przebiegu obróbki cieplnej

    PL 197 090 B1 dodatkowe składniki spajające dla cząstek proszku metalu bazowego, a po spiekaniu nanosi się warstwę funkcjonalną na skorupę utworzoną podczas spiekania.
25. 25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że spiekanie przeprowadza się w atmosferze utleniającej, obojętnej albo redukującej.
26. 26. Sposób według zastrz. 24 albo 25, znamienny tym, że jako domieszkę wykorzystuje się przynajmniej jedną sól metalu i/lub wodorotlenek metalu.
27. 27. Sposób według zastrz. 24 albo 26, znamienny tym, że na początku nagrzewania w procesie spiekania z tlenków metali i/lub wodorotlenków metali tworzone są przez rozkład domieszki uzupełniające produkty rozkładu w postaci stałej.
28. 28. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że podczas okresu nagrzewania rozkład spoiwa i rozkład domieszki przebiega tak, że w miarę wzrostu temperatury słabnie funkcja wiązania spoiwa wobec cząstek proszku metalu bazowego, a jednocześnie nasila się działanie wiążące domieszki.
29. 29. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że wykorzystuje się domieszkę, która zawiera co najmniej jeden łatwo redukowalny metal.
30. 30. Sposób według zastrz. 29, znamienny tym, że łatwo redukowalne metale wybiera się spośród Cu, Fe, Ni, Co, Sn, Mo, W albo Ag.
31. 31. Sposób według zastrz. 26, znamienny tym, że wykorzystuje się sole metali kwasów organicznych.
32. 32. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że jako domieszkę wykorzystuje się sole metali, wodorotlenki, węglany, acetany, mrówczany, szczawiany albo acetyloacetoniany.
33. 33. Sposób według zastrz. 24 albo 25, znamienny tym, że podczas spiekania w atmosferze redukującej na końcu procesu z uzupełniających produktów rozkładu domieszki powstają składniki stopowe dla cząstek proszku metalu bazowego.
34. 34. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że temperatura topnienia drugich uzupełniających produktów rozkładu domieszki jest niższa niż temperatura topnienia proszku bazowego.
35. 35. Sposób wytwarzania lekkiego elementu budowlanego z pustymi granulkami, których skorupy są utworzone ze spiekanego materiału nieorganicznego i na skorupach jest ukształtowana co najmniej jedna stała warstwa funkcjonalna, znamienny tym, że napełnia się pustymi granulkami formę (2) albo strukturę tworzącą zewnętrzną powłokę elementu budowlanego (1), zaś po napełnieniu przeprowadza się obróbkę fizyczną i/lub chemiczną, która nadaje materiałowi warstwy funkcjonalnej plastyczną i/lub elastyczną odkształcalność, a po tej obróbce tworzące element budowlany, sąsiednie granulki są utrzymywane nieruchomo na zasadzie połączenia kształtowego i/lub adhezyjnie.
36. 36. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że przeprowadza się nagrzewanie co najmniej do zmiękczenia warstw funkcjonalnych.
37. 37. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że materiał warstwy funkcjonalnej zmiękcza się dotąd, aż stanie się odkształcalny plastycznie i sąsiednie skorupy pustych granulek zetkną się bezpośrednio ze sobą punktowo.
38. 38. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że skorupy pustych granulek skleja się ze sobą, lutuje lub spieka.
39. 39. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że poprzez obróbkę fizyczną i/lub chemiczną zwiększa się trwale objętość odkształcalnej plastycznie warstwy funkcjonalnej.
40. 40. Sposób według zastrz. 39, znamienny tym, że materiał warstwy funkcjonalnej spienia się albo spęcza.
41. 41. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że wprowadzone przy napełnianiu granulki zagęszcza się przed i/lub podczas obróbki fizycznej i/lub chemicznej.
42. 42. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że w formę (2) albo w odpowiednią strukturę wprowadza się płynny lub gazowy rozpuszczalnik materiału warstwy funkcjonalnej.
43. 43. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że po obróbce rozpuszczalnik odciąga się i/lub usuwa przez podgrzewanie.
44. 44. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że przed napełnieniem pokrywa się ściankę wewnętrzną formy (2) albo odpowiedniej struktury środkiem antyadhezyjnym, środkiem powlekającym albo materiałem warstwy funkcjonalnej.
45. 45. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że obróbkę fizyczną i/lub chemiczną w formie (2) przeprowadza się dotąd, aż granulki połączą się ze sobą w takim stopniu, że uzyska się nadający do manipulacji i wyjęcia z formy półwyrób elementu budowlanego (1).
46. 46. Sposób według zastrz. 45, znamienny tym, że formuje się lekki element budowlany (1).

    PL 197 090 B1
47. 47. Sposób według zastrz. 45 albo 46, znamienny tym, że powierzchnię lekkiego elementu budowlanego (1) laminuje się, powleka lub pokrywa osłoną.
48. 48. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że puste granulki wprowadza się do formy w sposób cią g ł y lub quasi-cią g ł y i lekkie elementy budowlane (1) po obróbce fizycznej i/albo chemicznej wyjmuje się w sposób ciągły albo quasi-ciągły.