Verfahren zur Herstellung aufschÀ¤umbarer Metallkörper

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper beschrieben, bei dem eine Mischung (17) aus einem Metallpulver (15) und einem gasabspaltenden Treibmittelpulver (16) zu einem Halbzeug (19) heißkompaktiert wird bei einer Temperatur, bei der die Verbindung der Metallpulverteilchen überwiegend durch Diffusion erfolgt und bei einem Druck, der hoch genug ist, um die Zersetzung des Treibmittels zu verhindern derart, daß die Metallteilchen sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluß für die Gasteilchen des Treibmittels darstellen. Der aufschäumbare Metallkörper kann auch durch Walzen hergestellt werden. Weiterhin wird eine Verwendung des so hergestellten aufschäumbaren Metallkörpers (19) zur Herstellung eines porösen Metallkörpers (21) vorgeschlagen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper und deren Verwendung.

[0002] Aus der US-PS 3087807 ist ein Verfahren bekannt, nach dem die Herstellung eines porösen Metallkörpers beliebiger Form möglich ist. Danach wird eine Mischung aus einem Metallpulver und einem Treibmittelpulver mit einem Preßdruck von mindestens 80 MPa im ersten Schritt kalt kompaktiert. Durch anschließendes Strangpressen wird sie um mindestens 87,5% umgeformt. Dieser hohe Umformgrad ist notwendig, damit durch die Reibung der Teilchen aneinander während des Umformprozesses die Oxydhäute zerstört und die Metallteilchen miteinander verbunden werden. Der so hergestellte extrudierte Stab kann durch Erwärmung auf mindestens die Schmelztemperatur des Metalles zu einem porösen Metallkörper aufgeschäumt werden. Die Aufschäumung kann in verschiedenen Formen erfolgen, so daß der fertige poröse Metallkörper die gewünschte Form aufweist. Nachteilig ist, daß dieses Verfahren aufgrund seines zweistufigen Kompaktierungsvorganges sowie des erforderlichen, sehr hohen Umformgrades aufwendig und auf durch Strangpressen herstellbare Halbzeuge beschränkt ist. Bei dem in dieser US-PS offenbarten Verfahren sind nur Treibmittel verwendbar, deren Zersetzungstemperatur oberhalb der Kompaktierungstemperatur liegt, da sonst das Gas während des Aufheizvorganges entweichen würde. Gerade aber sind Treibmittel, deren Zersetzungstemperatur unterhalb der Kompaktierungstemperatur liegt, für viele Metallarten geeignet und preisgünstig. Während des auf den Kompaktierungsvorgang folgenden Aufschäumung entsteht ein poröser Metallkörper mit offener Porösität, wobei die Poren offen oder miteinander verbunden sind. Der Extrusionsvorgang nach dem in der US-PS beschriebenen Verfahren ist notwendig, da die Verbindung der Metallteilchen durch die bei dem Extrusionsvorgang auftretenden hohen Temperaturen und die Reibung der Teilchen aneinander, d.h. durch Verschweißung der Teilchen miteinander entsteht. Da aus obengenannten Gründen die für die Verbindung der Teilchen notwendige Tempemit sehr hohen Umformgraden gearbeitet werden, damit eine möglichst gute und gasdichte Verbindung der Metallteilchen untereinander entsteht.

[0003] Daneben sind mehrere Verfahren bekannt, nach denen poröse Metallwerkstoffe hergestellt werden können. Eine einfache Methode zur Herstellung dieser Werkstoffe ist die Einmischung von gasabspaltenden Stoffen in Metallschmelzen. Durch die Temperatureinwirkung zersetzt sich das Treibmittel unter Freisetzung von Gas. Dieser Vorgang führt zur Aufschäumung der Metallschmelze. Nach Abschluß des Vorganges liegt ein aufgeschäumter Metallwerkstoff vor, welcher eine unregelmäßige, zufällige Form aufweist. Dieser Werkstoff kann durch entsprechende Verfahren zu Körpern gewünschter Form weiterverarbeitet werden. Es muß dabei jedoch beachtet werden, daß als Verfahren zur Weiterverarbeitung nur Trennverfahren in Frage kommen, und demnach nicht jeder beliebige Metallkörper aus einem solchen Metallwerkstoff geformt werden kann. Dies ist nachteilig. Mit ähnlichen Nachteilen sind auch weitere Verfahren zur Herstellung von porösen Metallwerkstoffen behaftet, wie z. B. Tränkung eines vorhandenen Kunststoffschaumstoffes mit einem Schlicker aus Metallpulver und einem Trägermedium und ein anschließendes Ausbrennen oder Verdampfen des Kunststoffschaumes nach erfolgter Trocknung. Diese Methode ist über die vorerwähnten Nachteile hinaus sehr aufwendig.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper anzugeben, welches preisgünstig, einfach in der Anwendung, ohne hohen umformtechnischen Aufwand durchführbar und gleichzeitig für Treibmittel mit niedriger Zersetzungstemperatur anwendbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verwendung der so hergestellten aufschäumbaren Körper vorzuschlagen.

[0005] Diese Aufgabe ist durch die in den Ansprüchen 1 und 6 und in dem Verwendungsanspruch angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

[0006] Danach wird zunächst eine Mischung aus einem oder mehreren Metallpulvern und einem oder mehreren gasabspaltenden Treibmittelpulvern hergestellt. Als Treibmittel können Metallhydride, wie z.B. Titanhydrid, Karbonate, z.B.Calziumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Hydrate, z. B. Aluminiumsulfathydrat, Alaun, Aluminiumhydroxid oder leicht verdampfende Stoffe, z.B. Quecksilberverbindungen oder pulverisierte organische Substanzen eingesetzt werden. Diese, intensiv durchmischte, Pulvermischung wird durch Heißpressen oder heißisostatisches Pressen zu einem kompakten, gasdichten Körper verdichtet. Bei dem Kompaktierungsvorgang ist erfindungsgemäß von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Temperatur so hoch gewählt wird, daß die Verbindung zwischen den einzelnen Metallpulverteilchen überwiegend durch Diffusion erfolgt. Weiterhin ist es wesentlich, daß der Druck so hoch gewählt wird, daß die Zersetzung des Treibmittels verhindert wird und ein kompaktierter Körper entsteht, bei dem die Metallteilchen sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluß für die Gasteilchen des Treibmittels bilden. Die Treibmittelteilchen werden also zwischen den miteinander verbundenen Metallteilchen "eingeschlossen", so daß sie erst bei einem späteren Schritt des Aufschäumens Gas freisetzen. Somit können auch Treibmittel eingesetzt werden, deren Zersetzungstempatur unterhalb der Kompaktierungstemperatur liegt. Durch die Anwendung des hohen Druckes, zersetzen sich diese Treibmittel nicht. Diese erfindungsgemäße Maßnahme erlaubt den Einsatz von Treibmitteln, deren Auswahl nur nach den Gesichtspunkten der Verträglichkeit mit dem gewählten Metallpulver bzw. nach den Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gewählt werden können. Durch die geeignete Wahl der Verfahrens-Parameter Temperatur und Druck wird erreicht, daß ein Körper entsteht, welcher eine gasdichte Struktur aufweist. Weiterhin wird dadurch, daß das Treibgas zwischen den Metallteilchen "eingeschlossen" bleibt, verhindert, daß es vorzeitig aus dem kompaktierten Körper entweicht. Demnach sind die erforderlichen Treibmittelmengen gering. So reichen Treibmittelanteile in der Größenordnung von wenigen Zehntel Gewichtsprozent aus, weil der kompaktierte Körper vollständig verdichtet ist und das Treibgas nicht entweichen kann. Als besonders günstig haben sich Treibmittelmengen von 0,2 bis 1% erwiesen.Es muß nur die Menge Treibmittel zugegeben werden, die zur Herstellung einer Schaumstruktur notwendig ist. Das führt zur Kostenersparnis. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß , aufgrund der gewählten hohen Temperatur und der Anwendung des hohen Drukkes der Kompaktierungsvorgang in kurzer Zeit erfolgt

[0007] Ein vorteilhaftes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß nach Beendigung des Heißkompktierungsvorganges sowohl die Wärmeeinwirkung als auch die Druckeinwirkung gleichzeitig aufgehoben werden. Der noch heiße Metallkörper behält seine Form, obwohl keine Druckeinwirkung mehr stattfindet. Das bedeutet, daß die Metallteilchen einen solchen dichten Abschluß für die Treibmittelpulverteilchen bilden, daß keine Expansion des Treibmittels, auch bei erhöhter Temperatur stattfindet. Der so hergestellte Metallkörper ist formstabil und behält seine Form auch unter erhöhter Temperatur und ohne Druckeinwirkung.

[0008] Zur Festigkeitssteigerung der Metallkörper sieht die Erfindung die Zugabe von Verstärkungskomponenten in Form von Fasern oder Partikel aus geeigneten Materialien, wie z.B. Keramik vor. Diese werden vorteilhafterweise den Ausgangspulvern beigemischt. Dazu sollten insbesondere die Ausgangsmaterialien und die Aufschäumparameter so gewählt werden, daß eine gute Benetzung der Verstärkungskomponenten durch die Metallmatrix gewährleistet ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Fasern bzw. Partikel beschichtet sind (z.B. mit Nickel). Dies gewährleistet, daß die Kräfte aus der Metallmatrix in die Partikel/Faser eingeleitet werden.

[0009] Ein weiteres Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper ist das Walzen bei erhöhter Temperatur einer aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem Treibmittelpulver bestehenden Pulvermischung. Dabei entsteht eine Verbindung der Metall- und Treibmittelpulverteilchen im Walzspalt. Hierbei trifft für den Fachmann überraschend die Sonderheit zu, daß die Diffusion zwischen den Teilchen bereits bei niedrigeren Temperaturen, im Temperaturbereich um etwa 400 °C bei Aluminium in ausreichendem Maße auftritt. Diese Vorgänge treten insbesondere in den Oberflächenschichten auf. Als besonders vorteilhaft bei Aluminiumwalzen hat sich der Temperaturbereich zwischen 350 °C und 400 °C erwiesen. Insbesondere ist die Maßnahme einer Zwischenerwärmung des vorgewalzten Materials nach den einzelnen Walzstichen von Bedeutung, da dadurch das Entstehen von Kantenrissen weitgehend vermieden werden kann.

[0010] Gemäß einer Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß sofern eine Ausrichtung der Verstärkung entlang einer Vorzugsrichtung vorliegen soll, diese durch Umformung des aufschäumbaren Körpers bewirkt werden kann. Diese Umformung kann z.B. durch Strangpressen oder Walzen erfolgen.

[0011] In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß zwei oder mehrere Treibmittel mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen dem Metallpulver zugemischt werden. Wird ein aus dieser Pulvermischung hergestellter aufschäumbarer Körper erhitzt, so zersetzt sich zunächst das Treibmittel mit der niedrigeren Temperatur und bewirkt ein Aufschäumen. Wird die Temperatur weiter erhöht, zersetzt sich das Treibmittel mit der nächsthöherer Zersetzungstemperatur und bewirkt ein weiteres Aufschäumen. Das Aufschäumen erfolgt in zwei oder mehreren Stufen. Solche stufenweise expandierenden aufschäumbaren Metallkörper finden eine besondere Anwendung, z.B. im Brandschutz.

[0012] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es nun möglich ist, Körper herzustellen, welche über ihren Querschnitt eine sich kontinuierlich oder diskontinuierlich verändernde Dichte aufweisen, sogenannte gradierte Werkstoffe. Dabei wird eine Zunahme der Dichte zum Rand des aufschäumbaren Körpers hin bevorzugt, da hier die primäre Beanspruchung erfolgt. Weiterhin bietet ein aufschäumbarer Körper mit einer massiven Deckschicht oder einer Deckschicht höheren Dichte Vorteile hinsichtlich des Fügens und des Verbindens mit artgleichen oder artfremden Werkstoffen. Wird der Vorgang des Heißkompaktierens in einer Form durchgeführt, wobei die Pulvermischung ganz oder teilweise durch ein treibmittelfreies Metall oder Metallpulver umgeben ist, so bilden die treibmittelfreien Metallschichten fen. Wird der Vorgang des Heißkompaktierens in einer Form durchgeführt, wobei die Pulvermischung ganz oder teilweise durch ein treibmittelfreies Metall oder Metallpulver umgeben ist, so bilden die treibmittelfreien Metallschichten jeweils eine feste, wenig poröse Außenschicht bzw. Bodenschicht oder Deckschicht, zwischen denen sich eine Schicht befindet, welche nach einem Aufschäumvorgang eine hochporöse Metallschaumschicht bildet. Durch das Herstellen des aufschäumbaren Metallkörpers derart, daß der Pulvermischung ein treibmittelfreies Metallstück vorgelagert ist und die Pulvermischung stranggepreßt wird, entsteht ein aufschäumbarer Körper, der mit dem Massivmaterial zusammengepreßt ist und das Massivmaterial den aufschäumbaren Körper in Form einer äußeren Schicht umschließt.

[0013] Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte aufschäumbare Metallkörper kann zur Herstellung eines porösen Metallkörpers verwendet werden. Dies geschieht durch Aufheizen des aufschäumbaren Körpers auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstempratur des Treibmittels, wobei derselbe Gas freisetzt, und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers. Vorteilhaft ist, wenn die Aufheiztemperatur im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten Metalles liegt bzw. oberhalb oder im Solidus-Liquidus Intervall der verwendeten Legierung.

[0014] Die Aufheizraten des Halbzeuges beim Aufschäumvorgang liegen in üblichen Grenzen, d.h. sie betragen etwa 1 - 5 ° C pro sec. Hohe Aufheizgeschwindigkeiten sind nicht notwendig, da das Gas ohnehin nicht entweichen kann. Diese üblichen Aufheizgeschwindigkeiten sind ein weiteres zur Kostensenkung führendes Merkmal der Erfindung. Selbstverständlich ist, daß in Einzelfällen, z.B. zur Erzielung kleiner Porengröße, eine hohe Aufheizgeschwindigkeit vorteilhaft ist.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, daß nach dem Aufschäumen die Abkühlgeschwindigkeit so gewählt werden muß, daß kein weiterer Aufschäumvorgang vom Inneren des Körpers aus stattfindet. Bei größeren Teilen muß also die Abkühlgeschwindigkeit höher gewählt werden, als bei kleineren, sie muß dem Probenvolumen angepaßt sein.

[0016] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß durch die geeignete Wahl der Aufschäumparameter Zeit und Temperatur die Dichte des porösen Metallkörpers variiert werden kann. Wird der Aufschäumvorgang nach einer bestimmten Zeit bei konstanter Temperatur unterbrochen, so ergibt sich eine bestimmte Dichte. Wird der Aufschäumvorgang länger fortgesetzt, so führt dies zu anderen Dichtewerten. Wichtig ist, daß bestimmte Grenzwerte beachtet werden: Eine maximal zulässige Aufschäumzeit, nach deren Überschreitung das bereits aufgeschäumte Material kollabiert, soll beachtet werden.

[0017] Das Aufschäumen des Halbzeuges erfolgt frei, wenn keine Endform vorgegeben ist. Das Aufschäumen kann auch in einer Form erfolgen. In diesem Fall nimmt der fertige poröse Metallkörper die vorgegebene Gestalt an. Es ist also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, auch Formteile aus porösem metallischen Werkstoff herzustellen.

[0018] Der durch das Aufschäumen des so beschaffenen Halbzeuges hergestellte Metallkörper weist eine überwiegend geschlossene Porösität auf; die Metallkörper schwimmen im Wasser. Die dabei entstehenden Poren sind gleichmäßig im gesamten Metallkörper verteilt, sie weisen auch eine annähernd einheitliche Größe auf. Die Porengröße kann während des Aufschäumvorganges durch die Zeit, in welcher der Metallschaum expandieren kann, eingestellt werden. Die Dichte des porösen Metallkörpers kann den Erfordernissen entsprechend angepaßt werden. Dies kann nicht nur, wie bereits beschrieben, durch die geeignete Wahl der Aufschäumparameter erfolgen, sondern auch durch eine geeignete Zugabe des Treibmittels. Durch die Wahl der Parameter Temperatur und Zeit, bei welchen das Aufschäumen erfolgt, kann die Festigkeit und die Duktilität des porösen Metallkörpers variiert werden. Die Beeinflussung der beiden genannten Eigenschaften geschieht ohnehin durch die Einstellung der erwünschten Porengröße. Selbstverständlich ist, daß die Eigenschaften des fertigen metallischen Körpers, vor allem von der Wahl der Ausgangsmaterialien abhängig sind.

[0019] Das Verformungsvermögen des kompaktierten Halbzeuges ist mit dem des massiven Ausgangsmetalles vergleichbar. Auch in seinem äußeren Aussehen unterscheidet sich das Halbzeug nicht von dem des Ausgangsmetalls. Das Halbzeug kann demnach durch bekannte Umformverfahren zu Halbzeugen beliebiger Geometrien verarbeitet werden. Es kann zu Blechen, Profilen etc. umgeformt werden. Es ist nahezu jedem Verformungsverfahren zugänglich, das unter Beachtung der Zersetzungstemperatur stattfindet. Erst beim auf den Umformvorgang stattfindenden Erwärmen des Halbzeuges auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur des verwendeten Treibmittels erfolgt das Aufschäumen.

[0020] Wird ein gemäß der Ausführungsform nach dem Anspruch 11 hergestellte Körper zur Herstellung eines porösen Metallkörpers verwendet, so umgibt nach dem Aufschäumen eine wenig poröse äußere Schicht einen Kern aus hochporösem geschäumten Metall. Eine weitere Verwendung des aufschäumbaren Körpers ist die Herstellung von Metallschäumen mit fester Außenschicht. Der aufschäumbare Körper wird dabei zunächst durch geeignete Umformverfahren zu einem zylindrischen Stab umgeformt, dieser in ein eines zunächst frei expandierenden Schaumes die Wandungen berührt, werden die oberflächennahen Poren durch den inneren Druck des von Innen nachschäumenden Materials flachgedrückt und so der zunächst hochporöse äußere Rand des Formteiles wieder verdichtet. Die Dicke dieses äußeren Randes, welche eine gegenüber dem Werkstükkinneren erhöhte Dichte besitzt, kann gesteuert werden über die Zeitdauer in welcher nach dem Kontakt mit den Wandungen das Material von Innen nachschäumen kann, bevor das Formteil schließlich abgekühlt wird, wodurch das Nachschäumen abgebrochen wird. Schließlich sind Verfahren möglich, bei denen die Oberfläche des erfindungsgemäßen aufschäumbaren Körpers oder des expandierenden Schaumes durch Kühlung daran gehindert wird, so stark wie in den nichtgekühlten Bereichen aufzuschäumen. Dabei kann die Kühlung durch geeignete Kühlmedien oder durch Kontakt mit kalten Materialien bewirkt werden. Die Kühlung kann auf die gesamte Oberfläche oder auch nur auf Teilbereiche einwirken.

[0021] Integralschaumartige Metallkörper lassen sich durch Bekleben eines Metallschaumes mit artgleichen oder artfremden Werkstoffen herstellen. Neben dem Kleben sind auch andere Fügeverfahren und Befestigungsverfahren (Löten, Schweißen, Anschrauben) anwendbar. Schließlich kann ein Metallschaum auch mit Metallschmelzen oder anderen, zunächst flüssigen und dann erstarrenden oder erhärtenden Materialien umgossen werden.

[0022] In den nachfolgenden Beispielen wird der Verlauf der erfindungsgemäßen Verfahren und einer Verwendung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten aufschäumbaren Körper dargestellt:

Beispiel 1

[0023] Eine Pulvermischung der Zusammensetzung AIMg1 mit 0,2 Gewichtsprozent Titanhydrid wurde in eine Heißpreßvorrichtung gefüllt und unter einem Druck von 60 MPa auf eine Temperatur von 500 C erwärmt. Nach einer Haltezeit von 30 Minuten wurde die Probe entlastet, ausgebaut und abgekühlt. Das Aufschäumen erfolgte durch Erwärmung der Probe in einem auf 800°C vorgeheizten Laborofen. Die Dichte des entstandenen Aluminiumschaumes lag bei ca. 0,55 g/cm³.

Beispiel 2:

[0024] Eine Pulvermischung der Zusammensetzung AIMg2 mit 0,2 Gewichtsprozent Titanhydrid wurde in der Heißpreßvorrichtung unter einem Druck von 100 MPa und einer Temperatur von 550 C kompaktiert und nach einer Haltezeit von 29 Minuten entlastet und ausgebaut. Das anschließende Aufschäumen der Probe erfolgte durch Erwärmung der Probe in einem auf 800°C vorgeheizten Laborofen und führte zu einem Schaum der Dichte 0,6 g/_cm3.

Beispiel 3:

[0025] Eine Pulvermischung aus Reinaluminiumpulver und 1,5 Gewichtsprozent Natriumbicarbonat (NaHCOa) wurde in eine Heißpreßvorrichtung gefüllt und unter einem Druck von 150 MPa auf eine Temperatur von 500° C erwärmt. Nach einer Haltezeit von 20 Minuten wurde die Probe ausgebaut und in einem auf 850 C vorgeheizten Ofen aufgeschäumt. Die Dichte des entstandenen Aluminiumschaums lag bei 1,3 g/cm³.

Beispiel 4:

[0026] Eine Pulvermischung aus Reinaluminiumpulver und 2 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid wurde in die Heißpreßvorrichtung gefüllt und unter einem Druck von 150 MPa auf eine Temperatur von 500. C erwärmt. Nach einer Haltezeit von 25 Minuten wurde die Probe ausgebaut und in einem auf 850 C vorgeheizten Ofen aufgeschäumt. Die Dichte des entstandenen Aluminiumschaums betrug 0,8 ^g/cm3.

Beispiel 5:

[0027] Ein Bronzepulver der Zusammensetzung 60% Cu und 40% Sn wurde mit 1 Gewichtsprozent Titanhydridpulver vermischt und diese Pulvermischung bei einer Temperatur von 500 C und einem Druck von 100 MPa 30 Minuten lang kompaktiert. Anschließend wurde die kompaktierte Probe in einem auf 800 C vorgeheizten Ofen erwärmt und dadurch aufgeschäumt. Der resultierende Bronzeschaum hatte eine Dichte von etwa 1,4 g/cm³.

Beispiel 6:

[0028] Eine Mischung aus 70 Gewichtsprozent Kupferpulver und 30 Gewichtsprozent Aluminiumpulver wurde mit 1 Gewichtsprozent Titanhydrid vermischt und diese Pulvermischung bei einer Temperatur von 500°C und einem Druck von 100 MPa 20 Minuten lang kompaktiert. Anschließend wurde die kompaktierte Probe in einem auf 950 C vorgeheizten Ofen erwärmt und dadurch aufgeschäumt. Die Dichte dieser geschäumten Kupferlegierung lag unter 1 g/c_m3.

[0029] Weitere Versuche zur Herstellung von Nickelschaum haben bereits zu ersten brauchbaren Ergebnissen geführt.

Beispiel 3:

[0030] Eine Pulvermischung aus Reinaluminiumpulver und 1,5 Gewichtsprozent Natriumbicarbonat (NaHC0₃) wurde in eine Heißpreßvorrichtung gefüllt und unter einem Druck von 150 MPa auf eine Temperatur von 500 °C erwärmt. Nach einer Haltezeit von 20 Minuten wurde die Probe ausgebaut und in einem auf 850 C vorgeheizten Ofen aufgeschäumt. Die Dichte des entstandenen Aluminiumschaums lag bei 1,3 g/cm³.

Beispiel 4:

[0031] Eine Pulvermischung aus Reinaluminiumpulver und 2 Gewichtsprozent Aluminiumhydroxid wurde in die Heißpreßvorrichtung gefüllt und unter einem Druck von 150 MPa auf eine Temperatur von 500°C erwärmt. Nach einer Haltezeit von 25 Minuten wurde die Probe ausgebaut und in einem auf 850 C vorgeheizten Ofen aufgeschäumt. Die Dichte des entstandenen Aluminiumschaums betrug 0,8 ^g/cm3.

Beispiels 5:

[0032] Ein Bronzepulver der Zusammensetzung 60% Cu und 40% Sn wurde mit 1 Gewichtsprozent Titanhydridpulver vermischt und diese Pulvermischung bei einer Temperatur von 500 C und einem Druck von 100 MPa 30 Minuten lang kompaktiert. Anschließend wurde die kompaktierte Probe in einem auf 800° C vorgeheizten Ofen erwärmt und dadurch aufgeschäumt. Der resultierende Bronzeschaum hatte eine Dichte von etwa 1,4 g/cm³.

Beispiel 6:

[0033] Eine Mischung aus 70 Gewichtsprozent Kupferpulver und 30 Gewichtsprozent Aluminiumpulver wurde mit 1 Gewichtsprozent Titanhydrid vermischt und diese Pulvermischung bei einer Temperatur von 500 C und einem Druck von 100 MPa 20 Minuten lang kompaktiert. Anschließend wurde die kompaktierte Probe in einem auf 950 °C vorgeheizten Ofen erwärmt und dadurch aufgeschäumt. Die Dichte dieser geschäumten Kupferlegierung lag unter 1 g/_cm3.

[0034] Weitere Versuche zur Herstellung von Nickelschaum haben bereits zu ersten brauchbaren Ergebnissen geführt.

Beispiel 7:

[0035] Eine Pulvermischung aus Aluminiumpulver und 0,4 Gewichtsprozent Titanhydridpulver wurde auf eine Temperatur von 350°C erwärmt. Anschließend wurde diese erwärmte Pulvermischung dem Walzspalt zugeführt und in 3 Stichen umgeformt. Als Ergebnis lag ein Blech vor, welches an ruhender Luft abgekühlt wurde. Aus diesem Blech wurden Abschnitte der Abmessung 100m x 100mm herausgetrennt, wobei die rißbehafteten Randbereiche entfernt wurden. Das Aufschäumen dieser Abschnitte erfolgte frei in einem auf 850°C vorgewärmten Ofen und führte zu Dichtewerten von ca. 0,8 g/cm³. In einer Abwandlung des Verfahrens wurde nach dem ersten Stich eine Zwischenwärmung für 15 Minuten bei 400° C durchgeführt. Durch diese Zwischenwärmung konnte das Auftreten der Kantenrisse weitgehend reduziert werden.

[0036] Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Herstellen eines aufschäumbaren Integralmetallkörpers in einer Form;

Fig. 2 das Herstellungsverfahren eines aufschäumbaren Integralmetallkörpers durch Strangpressen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Verwendung;

[0037] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird in eine Heißpreßvorrichtung 1 eine Schicht 2 aus treibmittelfreiem Metallpulver eingefüllt, anschließend eine Schicht aus treibmittelhaltigem Metallpulver 3 und schließlich wiederum eine Schicht 2' aus treibmittelfreiem Metallpulver. Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Kompaktierungsverfahrens wird ein Preßling 4 erhalten, welcher gegebenenfalls zu einem weiteren Körper 5 umgeformt werden kann. Dieser Körper kann anschließend auch zu einem Körper 6 aufgeschäumt werden. Dabei bilden die treibmittelfreien Metallschichten jeweils eine feste, wenig poröse Bodenschicht 7 bzw. Deckschicht 8, zwischen denen sich eine hochporöse Metallschaumschicht 9 befindet.

[0038] Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Integralschäumen ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird die Öffnung 19 eines Strangpreßwerkzeuges 11 zunächst durch eine Scheibe aus massivem Metallstück 12 abgedeckt. Anschließend wird der Preßraum des Werkzeuges mit treibmittelhaltigem Metallpulver 13 gefüllt und die Pulvermischung unter einen Druck von etwa 60 MPa gesetzt. Durch Aufheizen des Werkzeuges mitsamt der Pulvermischung 13 wird die letztere verdichtet. Danach wird der Preßdruck so weit erhöht, daß der zentrale Bereich der Massivmetallplatte 12, welche die Öffnung 10 des Werkzeuges verschließt, durch diese Öffnung 10 hindurchfließt und diese so freigibt. Im weiteren Verlauf des Preßvorganges wird das aufschäumbare Halbzeug 14 gemeinsam mit dem Massivmaterial 12 durch die Öffnung 10 gepreßt, wobei das Massivmaterial 12 den aufschäumbaren Körper in Form einer äußeren Schicht 13 umschließt. Nach dem Aufschäumen dieses Verbundkörpers umgibt eine wenig poröse Schicht einen Kern aus hochporösem geschäumten Metall.

[0039] In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgmäßen Verfahrens und eine Anwendung wiedergegeben: Ein Metallpulver 15 wird mit einem Treibmittelpulver 16 intensiv vermischt. Die so erhaltene Mischung 17 wird in einer Presse 18 unter Druck und Temperatureinfluß kompaktiert. Nach dem Kompaktieren entsteht ein Halbzeug 19. Das Halbzeug 19 kann beispielsweise zu einem Blech 20 umgeformt werden. Anschließend kann das Blech 20 durch Temperatureinwirkung zu einem fertigen porösen Metallkörper 21 aufgeschäumt werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper, bei dem eine Mischung aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver hergestellt und zu einem Halbzeug heißkompaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißkompaktierung bei einer Temperatur stattfindet, bei der die Verbindung der Metallpulverteilchen überwiegend durch Diffusion erfolgt und bei einem Druck, der hoch genug ist, um die Zersetzung des Treibmittels zu verhindern derart, daß die Metallteilchen sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluß für die Gasteilchen des Treibmittels darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Heißkompaktieren oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Heißkompaktierungsvorganges die Wärmeeinwirkung und die Druckeinwirkung gleichzeitig aufgehoben werden und daß die vollständige Abkühlung des metallischen Körpers ohne Druckeinwirkung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulvermischung Verstärkungskomponenten wie hochfeste Fasern, insbesondere auf keramischer Basis oder Keramikpartikel beigemischt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt des Heißkompaktierens sich ein Verfahrensschritt anschließt, bei dem die Verstärkungskomponenten in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.

6. Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Metallkörper bei dem eine Mischung aus mindestens einem Metallpulver und mindestens einem gasabspaltenden Treibmittelpulver hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mischung gewalzt wird, bei erhöhter Temperatur und bei einem Druck, der hoch genug ist, um die Zersetzung des Treibmittels zu verhindern derart, daß die Metallteilchen sich in einer festen Verbindung untereinander befinden und einen gasdichten Abschluß für die Gasteilchen des Treibmittels darstellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walztemperatur 3500 c-400 C bei Materialien Aluminium und Titanhydrid beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach einzelnen Walzstichen das vorgewalzte Halbzeug zwischenerwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Zwischenerwärmung 400 C beträgt und die Zeitdauer 15 Minuten.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Treibmittelpulver mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißkompaktieren in einer Form erfolgt, wobei die Pulvermischung ganz oder teilweise durch ein treibmittelfreies Metall oder Metallpulver umgeben ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißkompaktieren durch Strangpressen erfolgt, wobei der Pulvermischung ein treibmittelfreies Metallstück vorgelagert ist.

13. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche hergestellten metallischen Körpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers.

14. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12 hergestellten metallischen Körpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels im Temperaturbereich des Schmelzpunktes des verwendeten Metalles bzw. im Solidus-Liquidus Intervall der verwendeten Legierung und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers.

15. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12 hergestellten metallischen Körpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, wobei beim Aufschäumen des metallischen Körpers unterschiedliche Temperatur- und Zeitwerte in Abhängigkeit von der zu erreichenden Dichte des herzustellenden Metallkörpers eingestellt sind und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers.

16. Verwendung des im Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12 hergestellten metallischen Körpers zur Herstellung eines porösen Metallkörpers durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, wobei die Aufheizgeschwindigkeit zwischen 1 und 5°C/sec beträgt und anschließendes Abkühlen des so aufgeschäumten Körpers mit einer Geschwindigkeit, die im Verhältnis zum Volumen des aufgeschäumten Körpers derart hoch ist, daß weiteres Aufschäumen abgebrochen wird.

Zeichnung