DE102007053277A1 - Method for increasing viscosity of a metal melt in a composition, comprises adding a powder from a material to the metal melt, where the powder has a melting point for superficially alloying with components of the metal melt - Google Patents

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Abstract

The method for increasing viscosity of a metal melt in a composition, comprises adding a powder from a material to the metal melt, where the powder has a melting point for superficially alloying with components of the metal melt. The melting point of the powder is above the melting temperature of the metals of the metal melt, so that the powder does not melt in the melt. The melting temperature is 100-900[deg] C. The powder contains particles, which have an average particle size of 1-100 mu m, are spherical, plate-shaped, fibrous or dendritic and present as mixture of different shaped particles. The method for increasing viscosity of a metal melt in a composition, comprises adding a powder from a material to the metal melt, where the powder has a melting point for superficially alloying with components of the metal melt. The melting point of the powder is above the melting temperature of the metals of the metal melt, so that the powder does not melt in the metal melt. The melting temperature is 100-900[deg] C. The powder contains particles, which have an average particle size of 1-100 mu m, are spherical, plate-shaped, fibrous or dendritic and present as mixture of different shaped particles. The material for the powder is electrically conductive. The portion of powder in the metal melt is 1-80 vol.%. The mixing of the metal melt and the powder is carried out in an injection molding machine. An independent claim is included for a composition containing a metal melt with low melting point and a powder with a melting point.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Viskosität einer Metallschmelze. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung enthaltend in einer Metallschmelze dispergiertes Pulver gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The The invention relates to a method for increasing the viscosity a molten metal. Furthermore, the invention relates to a composition containing in a molten metal dispersed powder according to the The preamble of claim 10.

Metall-Legierungen oder Metallgemische werden zum Beispiel zur Verbindung unterschiedlicher metallischer Bauteile eingesetzt. Ein gängiger Einsatz ist zum Beispiel als Lot zum Kontaktieren oder Befestigen von elektronischen Bauteilen auf einem Schaltungsträger. Zudem können derartige Schmelzen aus einer Metall-Legierung oder einem Metallgemisch auch eingesetzt werden, um zum Beispiel Metallstrukturen auf einem Substrat zu erzeugen. Derartige Metallstrukturen sind beispielsweise Leiterbahnen auf einer Leiterplatte.Metal alloys or metal mixtures become different, for example, to compound used metallic components. A common use is for example as a solder for contacting or attaching electronic Components on a circuit board. In addition, you can Such melts of a metal alloy or a metal mixture also be used, for example, on a metal structures To produce substrate. Such metal structures are, for example, conductor tracks on a circuit board.

Zur Herstellung von Metallbauteilen ist ein Verfahren bekannt, um die Metallschmelze in einer Schneckenspritzgießmaschine zu verarbeiten. Jedoch sind die reinen Metallschmelzen für die Verarbeitung auf einer Schneckenspritzgießmaschine zu niedrigviskos. Um die Schmelze auf einer Schneckenspritzgießmaschine verarbeitbar zu machen, wird beim oben genannten Verfahren die Zylindertemperatur der Spritzgießmaschine so gewählt, dass ein Teil der Metall-Legierung als partikelförmige Ausscheidung in einer Schmelze vorliegt. Dies wird zum Beispiel bei Magnesiumlegierungen angewendet. Die ausgeschiedenen Partikel erhöhen die Viskosität der Schmelze derart, dass der notwendige Druckaufbau im Zylinder der Spritzgießmaschine möglich ist. Dieses Verfahren, bei dem die Zylindertemperatur so gewählt wird, dass ein Teil der Legierung als Ausscheidung in einer Schmelze vorliegt, wird auch als Thixomolding bezeichnet.to Production of metal components is a method known to the Molten metal in a screw injection molding machine too to process. However, the pure metal melts are for the processing on a screw injection molding machine too low viscosity. To melt on a screw injection molding machine To make processable, in the above method, the cylinder temperature the injection molding machine is chosen so that a part the metal alloy as a particulate precipitate in a melt is present. This becomes for example with magnesium alloys applied. The precipitated particles increase the viscosity of the Melt such that the necessary pressure build-up in the cylinder Injection molding machine is possible. This method, in which the cylinder temperature is chosen so that a Part of the alloy is present as precipitation in a melt, is also known as thixomolding.

Der nicht hinreichende Druckaufbau bei niedrigviskosen Schmelzen ergibt sich aus dem Konstruktionsprinzip einer Schneckenspritzgießmaschine. Um Reibung und Verschleiß zwischen Schnecke und Zylinder zu vermeiden, sind Spalte zwischen den Schneckenstegen und dem Zylinder im Bereich von 0,03 mm erforderlich. Diese Spalte führen bei niedrigviskosen Schmelzen zu derart hohen Leckageströmen über die Schneckenstege, dass die Schnecke die Schmelze nicht mehr druckbeaufschlagen kann.Of the insufficient pressure build-up results in low-viscosity melts from the design principle of a screw injection molding machine. To reduce friction and wear between the worm and the cylinder To avoid are gaps between the screw flights and the cylinder in the range of 0.03 mm required. Lead this column at low viscosity melts to such high leakage currents over the screw flights that the screw no longer pressurize the melt can.

Zur Herstellung von Leiterbahnen durch ein Spritzgussverfahren ist es zum Beispiel aus WO 2005/057590 bekannt, ein Metall-Kunststoff-Hybrid einzusetzen. Dieses umfasst einen Thermoplasten, eine im Bereich zwischen 100°C und 400°C schmelzende Metallverbindung und einen elektrisch leitenden und/oder metallischen Füllstoff. Dieses Metall-Kunststoff-Hybrid kann auf Schneckenspritzgießmaschinen verarbeitet werden. Nachteil ist jedoch, dass sich im aufgeschmolzenen Zustand die niedrigviskose Schmelze der Metallverbindung von der Thermoplastschmelze trennt, sobald die Schnecke der Schneckenspritzgießmaschine kurze Zeit steht. Nur dadurch, dass die Schnecke das Gemisch schert, kann eine typische Größe der durch Scherung etwas langgezogenen Tropfen von einigen Zehntel Millimeter erreicht werden. Die hochviskose Thermoplastschmelze wird benötigt, um die niedrigviskose Schmelze der Metallverbindung durch Scherung in Tröpfchen zu zerreißen und mitzutransportieren.For the production of printed conductors by an injection molding process, it is, for example WO 2005/057590 known to use a metal-plastic hybrid. This comprises a thermoplastic, a metal compound melting in the range between 100 ° C and 400 ° C and an electrically conductive and / or metallic filler. This metal-plastic hybrid can be processed on screw injection molding machines. The disadvantage, however, is that in the molten state, the low-viscosity melt of the metal compound separates from the thermoplastic melt, as soon as the screw of the screw injection molding machine is short time. Only in that the screw shears the mixture, a typical size of the dripping somewhat elongated drops of a few tenths of a millimeter can be achieved. The highly viscous thermoplastic melt is required to break the low-viscosity melt of the metal compound by shearing into droplets and transporting along.

Nach dem Einspritzen in ein Werkzeug und Erstarren der Schmelze liegt die Metallverbindung als mehr oder weniger voneinander isolierte Tröpfchen in der Thermoplastmatrix vor. Dies führt dazu, dass die elektrische Leitfähigkeit des Verbundes unzureichend ist. Aus diesem Grund wird zusätzlich ein elektrisch leitender und/oder metallischer Füllstoff in Faserform zugegeben, der die einzelnen Tropfen der Metallverbindung überbrückt und sich partiell agglomeriert. Die Agglomerate wirken wie ein Docht für die geschmolzene Metallverbindung. Durch diese Brückenbildung wird eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit einer derart spritzgegossenen Leiterbahn erzielt.To the injection into a tool and solidification of the melt is the metal compound as more or less isolated from each other Droplets in the thermoplastic matrix. this leads to to that the electrical conductivity of the composite is insufficient. For this reason, in addition an electric conductive and / or metallic filler in fiber form added, which bridges the individual drops of the metal compound and partially agglomerated. The agglomerates act like a wick for the molten metal compound. Through this bridge formation is sufficient electrical conductivity of a achieved such injection-molded conductor track.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der Viskosität einer Metallschmelze wird der Metallschmelze ein Pulver aus einem Material zugegeben, das einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt, so dass das Pulver in der Metallschmelze nicht schmilzt. Insbesondere bei metallischen Pulvern ist es möglich, dass Bestandteile der Metallschmelze mit dem Pulver oberflächlich eine Legierung bilden. In diesem Fall muss der Schmelzpunkt der mit dem Pulver gebildeten Legierung höher liegen als der Schmelzpunkt der flüssigen Phase.at a method according to the invention for increasing the viscosity of a molten metal becomes the molten metal added a powder of a material having a melting point which is above the melting temperature of the metal of the molten metal lies so that the powder does not melt in the molten metal. Especially with metallic powders, it is possible that Components of molten metal with the powder on the surface form an alloy. In this case, the melting point of the alloy formed with the powder are higher than that Melting point of the liquid phase.

Unter Metall im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein reines Metall, eine Metall-Legierung oder ein Metallgemisch verstanden. Bevorzugt ist das Metall eine Metall-Legierung oder ein Metallgemisch.Under Metal in the sense of the present invention becomes a pure metal, a metal alloy or a metal mixture understood. Prefers the metal is a metal alloy or a metal mixture.

Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Metallschmelze mit dem unlegierten oder oberflächlich legierten Pulver eine stabile Dispersion bildet, deren Viskosität wesentlich höher ist als die der Schmelze ohne Pulverzusatz. Hierdurch ist auch ein Einsatz in Schneckenspritzgießmaschinen möglich. Es erfolgt kein Entmischen der Dispersion bei unbewegter Schnecke. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Metallverbindung nicht in Form von Tröpfchen in einer isolierenden Matrix vorliegt, sondern selbst die Matrix bildet. Dies führt dazu, dass die Dispersion ohne weitere Zugabe von Substanzen elektrisch leitfähig ist. Eine weitere Steigerung der Leitfähigkeit ist analog zur WO 2005/057590 durch Zusatz von Metallfasern mit höherer elektrischer Leitfähigkeit im Vergleich zur metallischen Matrix oder zum dispergierten Pulver möglich.Advantage of the method according to the invention is that the molten metal with the unalloyed or superficially alloyed powder forms a stable dispersion whose viscosity is substantially higher than that of the melt without powder additive. This also allows use in screw injection molding machines. There is no segregation of the dispersion at stationary screw. Another advantage is that the metal compound is not in the form of droplets in an insulating matrix, but itself forms the matrix. This results in that the dispersion is electrically conductive without further addition of substances. Another increase in conductivity is analogous to WO 2005/057590 by addition of metal fibers with higher electrical conductivity compared to the metallic matrix or to the dispersed powder possible.

Die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 900°C, insbesondere im Bereich zwischen 100°C und 500°C. Das Aufschmelzen des Metalls der Metallschmelze kann bei einer definierten Temperatur oder in einem Temperaturbereich erfolgen. Insbesondere bei Metallgemischen, die aus mehreren Phasen bestehen, erfolgt das Aufschmelzen des Gemisches über einen Temperaturbereich. Hierbei beginnt zunächst die Phase mit der niedrigsten Schmelztemperatur zu schmelzen, mit weiter steigender Temperatur nimmt der Anteil der Komponenten mit höheren Schmelztemperaturen, der aufschmilzt, zu. Im Allgemeinen ist das gesamte Metallgemisch erst dann vollständig aufgeschmolzen, wenn die Schmelztemperatur der Phase mit dem höchsten Schmelzpunkt erreicht ist.The Melting temperature of the metal of the molten metal is preferably in the range of 100 to 900 ° C, especially in the range between 100 ° C and 500 ° C. The melting of the metal the molten metal can at a defined temperature or in a temperature range. Especially with metal mixtures, which consist of several phases, the melting of the mixture takes place via a temperature range. Here, the phase begins first with the lowest melting temperature to melt, with further rising Temperature decreases the proportion of components with higher melting temperatures, that melts, too. In general, the entire metal mixture only completely melted when the melting temperature the phase with the highest melting point is reached.

Geeignete Metall-Legierungen oder Metallgemische zur Bildung der Metallschmelze sind zum Beispiel Lote, wie sie zum Weichlöten eingesetzt sind und im Handel erworben werden können. Im Allgemeinen enthalten derartige Metall-Legierungen oder Metallgemische Zinn, Zink, Wismut oder Mischungen daraus. Um toxikologischen Anforderungen zu genügen, ist es allgemein üblich, dass die Metall-Legierung oder das Metallgemisch kein Schwermetall, insbesondere kein Blei enthält.suitable Metal alloys or metal mixtures to form the molten metal For example, solders are used for soft soldering are and can be purchased commercially. In general contain such metal alloys or metal mixtures tin, Zinc, bismuth or mixtures thereof. To toxicological requirements To satisfy, it is common practice that the Metal alloy or the metal mixture is not a heavy metal, in particular contains no lead.

Das Pulver, das der Metallschmelze zugegeben wird, enthält vorzugsweise im Wesentlichen Partikel, die eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 bis 300 μm aufweisen, insbesondere im Bereich von 5 bis 100 μm.The Powder which is added to the molten metal contains preferably substantially particles having an average particle size in the range of 0.1 to 300 .mu.m, in particular in Range of 5 to 100 microns.

Mit Pulverpartikeln dieser Größe lassen sich feine Strukturen erzeugen, wobei die Pulverpartikel gleichmäßig in der Schmelze verteilt bleiben. Sind die Dichten und die Oberflächenspannungen von Pulver und Schmelze vergleichbar, so erfolgt keine Entmischung von Schmelze und Pulverpartikeln bei der Verarbeitung der Schmelze. Zudem lässt sich mit Pulverpartikeln dieser Größe eine Dispersion mit homogen darin verteilten Partikeln erzeugen, so dass keine Schwankungen der Eigenschaften der Dispersion, insbesondere in der Viskosität, auftreten.With Powder particles of this size can be fine Create structures, with the powder particles evenly stay dispersed in the melt. Are the densities and the surface tensions Powder and melt comparable, there is no segregation of melt and powder particles in the processing of the melt. In addition, can be with powder particles of this size produce a dispersion with particles dispersed homogeneously therein, so that no variations in the properties of the dispersion, in particular in viscosity, occur.

Die Pulverpartikel sind vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmig, plättchenförmig oder dendritisch. Anstelle der Pulverform sind auch Fasern einsetzbar. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Pulver als Mischung unterschiedlich geformter Partikel vorliegt. Besonders bevorzugt sind die Partikel jedoch dendritisch. Vorteil von dendritischen Partikeln gegenüber beispielsweise kugelförmigen Partikeln ist es, dass dendritische Partikel stärker viskositätserhöhend wirken. Dies ist auf die im Vergleich zur Kugelform wesentlich höheren spezifischen Oberflächen (in m2/g) bei gleichem Partikeldurchmesser zurückzuführen.The powder particles are preferably substantially spherical, platy or dendritic. Instead of the powder form and fibers are used. Furthermore, it is also possible that the powder is present as a mixture of differently shaped particles. However, the particles are particularly preferably dendritic. The advantage of dendritic particles over, for example, spherical particles is that dendritic particles have a greater viscosity-increasing effect. This is due to the significantly higher specific surface area (in m 2 / g) compared to the spherical shape with the same particle diameter.

Die Begriffe kugelförmig, flächenförmig oder faserförmig im Sinne der vorliegenden Erfindung beziehen sich jeweils auf idealisierte Partikelformen. Die tatsächliche Partikelform kann hiervon, bedingt durch den Herstellungsprozess der Partikel, unterschiedlich stark abweichen. So können zum Beispiel kugelförmige Partikel aufgrund des Herstellungsverfahrens auch eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Tropfenform aufweisen. Ein plättchenförmiges Partikel kann zum Beispiel ebene Oberflächen aufweisen, jedoch ist es zum Beispiel auch möglich, dass die Oberflächen konvex oder konkav sind oder aber eine Dickenverteilung aufweisen. Plättchenförmig bedeutet insbesondere, dass die Ausdehnung in Länge oder Breite des Partikels größer ist als die mittlere Höhenausdehnung.The Terms spherical, sheet-like or fibrous For the purposes of the present invention, each refer to idealized Particle shapes. The actual particle shape may hereof due to the manufacturing process of the particles, different vary greatly. For example, spherical ones Particles due to the manufacturing process also a more or have less pronounced teardrop shape. A platelet-shaped particle may, for example, have flat surfaces, but is It also possible, for example, that the surfaces are convex or concave or have a thickness distribution. Platelet-shaped means in particular that the Expansion in length or width of the particle larger is the mean height extent.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material für das Pulver elektrisch leitfähig. Durch den Einsatz eines elektrisch leitfähigen Materials für das Pulver kann eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Dispersion aus der Metallschmelze mit dem zugegebenen Pulver erzielt werden. Insbesondere ist auch eine gute elektrische Leitfähigkeit dann gegeben, wenn ein hoher Pulveranteil eingesetzt wird.In In a preferred embodiment, the material is for the powder is electrically conductive. By using a electrically conductive material for the powder can be a high electrical conductivity of the dispersion be obtained from the molten metal with the added powder. In particular, a good electrical conductivity is also then given when a high powder content is used.

Bevorzugt ist das Material für das Pulver ausgewählt aus metallischen Leitern wie Kupfer, Silber und Nickel oder aus nichtmetallischen Leitern wie Graphit oder Mischungen oder Legierungen daraus. Besonders bevorzugt ist das Material für das Pulver ausgewählt aus Kupfer, Silber oder Graphit.Prefers is the material selected for the powder metallic conductors such as copper, silver and nickel or non-metallic Ladders such as graphite or mixtures or alloys thereof. Especially Preferably, the material is selected for the powder made of copper, silver or graphite.

Vorteil der Verwendung von Kupfer als Material für das Pulver ist, dass die Metallschmelze die Kupferoberfläche gut benetzt. Zudem haben Kupfer und die Metall-Legierung oder das Metallgemisch vergleichbare Dichten und Oberflächenspannungen. Es gibt somit keine treibende Kraft, die eine Dispersion aus dem Kupferpulver in der Metallschmelze separiert. Die Viskosität der Schmelze kann somit über den Anteil an Kupferpulver über einen weiten Bereich variiert und an die Verarbeitung angepasst werden. Zudem ist die Dispersion auch bei längeren Standzeiten im Zylinder der Spritzgießmaschine stabil.advantage the use of copper as the material for the powder, that the molten metal wets the copper surface well. In addition, copper and the metal alloy or the metal mixture have comparable Densities and surface tensions. There are no driving force, which is a dispersion of the copper powder in the Metal melt separated. The viscosity of the melt can thus about the proportion of copper powder over a wide range and adapted to the processing. moreover the dispersion is also in the case of longer service life in the cylinder the injection molding machine stable.

Auch Graphit wird im Allgemeinen von der Metallschmelze gut benetzt. Jedoch ist die Dichte von Graphit üblicherweise sehr viel geringer als die Dichte der Metall-Legierung beziehungsweise des Metallgemischs. Dies führt dazu, dass die Dispersion von Graphit in der Schmelze der Metall-Legierung oder dem Metallgemisch nicht bei jedem Mischungsverhältnis stabil ist. Unterhalb einer kritischen Menge an Graphit trennt sich die Dispersion unter dem Einfluss der Schwerkraft in zwei Phasen, eine untere Phase aus der reinen Schmelze aus der Metall-Legierung oder dem Metallgemisch und eine obere Phase, die Graphit in höherer Konzentration in der Schmelze enthält. Bei zu hohen Konzentrationen an Graphit wird die Viskosität der Dispersion zu hoch und der Gehalt an der Schmelze aus der Metall-Legierung und dem Metallgemisch zu gering, um eine fließfähige Phase zu bilden. In diesem Fall enthält die durch Einrühren von Graphit in die Metallschmelze hergestellte Dispersion im Allgemeinen auch Atmosphärengase.Also, graphite is generally well wetted by the molten metal. However, the density of graphite is usually much lower than that Density of the metal alloy or of the metal mixture. As a result, the dispersion of graphite in the melt of the metal alloy or the metal mixture is not stable at every mixing ratio. Below a critical amount of graphite, the dispersion separates under the influence of gravity into two phases, a lower phase of the pure melt of the metal alloy or the metal mixture and an upper phase containing graphite in higher concentration in the melt. At too high a concentration of graphite, the viscosity of the dispersion becomes too high and the content of the melt of the metal alloy and the metal mixture too small to form a flowable phase. In this case, the dispersion prepared by stirring graphite into the molten metal also generally contains atmospheric gases.

Die Entmischungs- und Fließgrenze der Dispersion lässt sich durch die Art, Partikelgröße und die Oberfläche des eingesetzten Materials für das Pulver beeinflussen. So kann zum Beispiel eine Oberflächenbehandlung des Graphits durchgeführt werden, um die Dispersion zu stabilisieren.The Demixing and yield point of the dispersion leaves depending on the type, particle size and the surface influence the material used for the powder. For example, a surface treatment of graphite be performed to stabilize the dispersion.

Andererseits erhöhen Oxidschichten auf Kupferpulver die Oberflächenspannung des Pulvers, bis es im Extremfall nicht mehr von der Metallschmelze benetzt wird und sich deshalb nicht mehr dispergieren lässt.on the other hand oxide layers on copper powder increase the surface tension of the powder until in extreme cases it is no longer from the molten metal is wetted and therefore can no longer be dispersed.

Das Mischen der Metallschmelze und dem Pulver erfolgt vorzugsweise in einer Spritzgießmaschine. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, dass einer Einzugsöffnung der Spritzgießmaschine ein Gemisch aus einem Pulver des Metalls für die Metallschmelze, das in der Spritzgießmaschine aufschmilzt, und dem Pulver aus dem Material, das einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt, zugegeben wird. In der Spritzgießmaschine schmilzt dann das Pulver aus dem Metall für die Metallschmelze auf und bildet eine Dispersion mit dem Pulver aus dem nicht schmelzenden Material. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel eine Metallschmelze der Spritzgießmaschine zuzuführen und das Pulver aus dem nicht schmelzenden Material über die gleiche oder eine weitere Einzugsöffnung zuzugeben. In der Spritzgießmaschine erfolgt dann das Durchmischen der Schmelze mit dem Pulver.The Mixing of the molten metal and the powder is preferably carried out in an injection molding machine. For this it is possible, for example, that an intake opening of the injection molding machine a mixture of a powder of the metal for the molten metal, the melted in the injection molding machine, and the powder the material having a melting point above the Melting temperature of the metal of the molten metal is added becomes. The powder then melts in the injection molding machine the metal for the molten metal and forms a dispersion with the powder of the non-melting material. Alternatively it is it is also possible, for example, a molten metal of the injection molding machine feed and the powder of the non-melting material over to add the same or another feed opening. In the injection molding machine, the mixing of the Melt with the powder.

Weiterhin ist es auch möglich, zunächst die Metallschmelze mit dem Pulver aus dem Material, das einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt, zu vermischen und diese Mischung anschließend der Spritzgießmaschine zuzugeben. Die Mischung kann dabei einerseits flüssig als Dispersion zugegeben werden, alternativ ist es auch möglich, dass die Mischung zum Beispiel zu einem Granulat geformt wird, das Granulat der Spritzgießmaschine zugegeben wird und in der Spritzgießmaschine erneut aufgeschmolzen wird.Farther It is also possible, first, the molten metal with the powder of the material having a melting point, which is above the melting temperature of the metal of the molten metal, to mix and then mix the injection molding machine admit. The mixture can be both liquid than Alternatively, it is also possible that for example, the mixture is formed into granules, the granules the injection molding machine is added and in the injection molding machine is melted again.

Wenn der Spritzgießmaschine bereits die Dispersion aus der Metallschmelze und dem Pulver oder ein Granulat, das bereits in dem Metall für die Metallschmelze verteiltes Pulver enthält, zugegeben werden, ist es auch möglich, anstelle einer Schneckenspritzgießmaschine zum Beispiel eine Kolbenspritzgießmaschine einzusetzen.If the injection molding machine already the dispersion of the molten metal and the powder or granules already in the metal for the molten metal contains distributed powder, be added It is also possible, instead of a screw injection molding machine for example, to use a piston injection molding machine.

Die Metallschmelze mit dem darin dispergierten Pulver aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt kann zum Beispiel als zweite Komponente bei einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren in Vertiefungen eines in einem ersten Schritt spritzgegossenen Kunststoffteils eingespritzt werden. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Leiterbahnen auf einem Schaltungsträger erzeugen.The Molten metal with the powder of a material dispersed therein for example, with a higher melting point than second Component in a two-component injection molding process in recesses of a molded plastic part in a first step be injected. In this way, for example, conductor tracks generate on a circuit carrier.

Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Zusammensetzung enthaltend eine Metallschmelze sowie mindestens ein Pulver mit einem Schmelzpunkt, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt. Erfindungsgemäß ist die Zusammensetzung polymerfrei.The The invention further relates to a composition comprising a molten metal and at least one powder having a melting point, the is above the melting temperature of the metal of the molten metal. According to the invention, the composition is polymer-free.

Vorteil der polymerfreien Zusammensetzung ist es, dass diese eine bessere elektrische Leitfähigkeit aufweist als ein Metall/Kunststoff-Hybrid, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zudem ist es durch die Zugabe des Pulvers nicht erforderlich, zusätzlich Metallfasern zur Steigerung der Leitfähigkeit einzusetzen. Jedoch lässt sich die Leitfähigkeit durch Zusatz von Kupfer- oder Silberfasern weiter steigern. Ein weiterer Vorteil, die Zusammensetzung polymerfrei zu halten, ist, dass keine chemischen Reaktionen auftreten können, wie dies beispielsweise zwischen Thermoplasten und Stabilisatoren oder Verarbeitungshilfsmitteln im Thermoplast und dem Metall der Metallschmelze erfolgen kann. So können sich zum Beispiel beim Einsatz von Metall/Kunststoff-Hybriden Ablagerungen aus Metalloxiden und vernetztem, das heißt unschmelzbarem Polyamid im Zylinder der Spritzgießmaschine bilden. Diese können zu einer Schädigung der Spritzgießmaschine führen.advantage The polymer-free composition is that this a better has electrical conductivity as a metal / plastic hybrid, as is known from the prior art. It is also through the addition of the powder is not required, in addition metal fibers to increase the conductivity use. However, let the conductivity is due to the addition of copper or silver fibers further increase. Another advantage, the composition polymer-free is to hold that no chemical reactions can occur as for example between thermoplastics and stabilizers or processing aids in the thermoplastic and metal of the molten metal can be done. For example, when used of metal / plastic hybrids deposits of metal oxides and crosslinked, that is infusible polyamide in the cylinder form the injection molding machine. These can be too cause damage to the injection molding machine.

Der Anteil an Pulver in der Metallschmelze liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 80 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 5 bis 65 Vol.-%. Durch den entsprechenden Anteil an Pulver lässt sich die Viskosität der Zusammensetzung einstellen. Ein höherer Anteil an Pulver führt dabei zu einer höheren Viskosität, ein geringerer Anteil zu einer niedrigeren Viskosität.Of the Proportion of powder in the molten metal is preferably in the range from 1 to 80% by volume, in particular in the range from 5 to 65% by volume. Due to the corresponding amount of powder can be the Adjust the viscosity of the composition. A higher proportion on powder leads to a higher viscosity, a lower proportion to a lower viscosity.

Das Material des Pulvers ist vorzugsweise ausgewählt aus Kupfer, Silber, Nickel oder Graphit oder Legierungen oder Mischungen daraus. Diese Materialien haben eine gute elektrische Leitfähigkeit und führen so zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit der Zusammensetzung. Die Form der Partikel ist, wie vorstehend bereits beschrieben, vorzugsweise kugelförmig, plättchenförmig, faserförmig oder dendritisch. Besonders bevorzugt sind die Partikel dendritisch. Auch ist es möglich, dass das Pulver als Mischung unterschiedlich geformter Partikel vorliegt. Die mittlere Partikelgröße liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 100 μm, um die Verarbeitbarkeit der Zusammensetzung zu gewährleisten.The material of the powder is preferably selected from copper, silver, nickel or graphite or alloys or mixtures thereof. These materials have good electrical conductivity and thus lead to an improvement in the conductivity of the composition. The shape of the particles is, as already described above, preferably spherical, platelet-shaped, fibrous or dendritic. The particles are particularly preferably dendritic. It is also possible that the powder is present as a mixture of differently shaped particles. The average particle size is preferably in the range of 5 to 100 μm in order to ensure processability of the composition.

Um die Zusammensetzung in einer Spritzgießmaschine verarbeiten zu können, ist es bevorzugt, wenn die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze im Bereich von 100 bis 900°C liegt und die Schmelztemperatur des Pulvers mindestens 20°C höher ist als die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze. Durch die höhere Schmelztemperatur des Pulvers wird gewährleistet, dass das Pulver bei der Verarbeitung der Zusammensetzung nicht schmilzt. Dies ist notwendig, um die Viskosität der Zusammensetzung bei der Verarbeitung einstellen zu können.Around process the composition in an injection molding machine it is preferable if the melting temperature of the metal of the molten metal in the range of 100 to 900 ° C is and the melting temperature of the powder at least 20 ° C. is higher than the melting temperature of the metal of the molten metal. The higher melting temperature of the powder ensures that that the powder does not melt during processing of the composition. This is necessary to change the viscosity of the composition to be able to adjust during processing.

BeispieleExamples

Beispiel 1example 1

Es wird eine Dispersion aus 84 Gew.-% einer Metall-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt (Lot MCP 200 mit Smp. 200°C der Firma MCP-HEK Tooling GmbH in Lübeck) und 16 Gew.-% Kupferpulver (Feinpulver pro analysi der Firma Merck KGaA in Darmstadt) mit einer Partikelgröße < 63 μm beziehungsweise > 230 mesh ASTM bei einer Temperatur von 220°C unter Schutzgas hergestellt. Die Dispersion weist bei 220°C eine für die Verarbeitung auf Schneckenspritzgießmaschinen typische Viskosität auf.It is a dispersion of 84 wt .-% of a metal alloy with low Melting point (Lot MCP 200 with mp. 200 ° C the company MCP-HEK Tooling GmbH in Lübeck) and 16 wt .-% copper powder (fine powder pro analysi from Merck KGaA in Darmstadt) with a particle size <63 μm or> 230 mesh ASTM at a temperature of 220 ° C under inert gas produced. The dispersion has at 220 ° C for Processing typical on screw injection molding machines Viscosity on.

Beispiel 2Example 2

Bei einer Temperatur von 220°C wird eine Dispersion aus 85 Gew.-% einer Metall-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt (Lot MCP 200 der Firma MCP-HEK Tooling GmbH in Lübeck) und 15 Gew.-% eines Graphitpulvers (Graphitpulver – 20+84 99,9% (metals basis) der Firma Alpha Aesar GmbH und Co. KG) hergestellt. Die so hergestellte Dispersion ist stabil und weist eine für die Verarbeitung auf Schneckenspritzgießmaschinen typische Viskosität auf.at a temperature of 220 ° C is a dispersion of 85 Wt .-% of a metal alloy with a low melting point (Lot MCP 200 from MCP-HEK Tooling GmbH in Lübeck) and 15% by weight of a graphite powder (graphite powder - 20 + 84 99.9% (metals basis) of the company Alpha Aesar GmbH and Co. KG). The way prepared dispersion is stable and has one for the Processing on screw injection molding machines typical Viscosity on.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei geringerem Anteil des Graphitpulvers eine Trennung der Dispersion in eine reine Phase der Schmelze aus der Metall-Legierung und eine höherviskose Phase mit ca. 15 Gew.-% Graphitpulver auftritt.It However, it has been shown that at lower proportion of graphite powder a separation of the dispersion in a pure phase of the melt the metal alloy and a higher viscosity phase with approx. 15 wt .-% graphite powder occurs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2005/057590 [0005, 0009] WO 2005/057590 [0005, 0009]

Claims (15)

Verfahren zur Erhöhung der Viskosität einer Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschmelze ein Pulver aus einem Material zugegeben wird, das für sich oder oberflächlich legiert mit Bestandteilen der Metallschmelze einen Schmelzpunkt aufweist, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt, so dass das Pulver in der Metallschmelze nicht schmilzt.A method for increasing the viscosity of a molten metal, characterized in that a powder of a material is added to the molten metal, which has a melting point alone or superficially alloyed with constituents of the molten metal, which is above the melting temperature of the metal of the molten metal, so that the powder does not melt in the molten metal. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze im Bereich von 100 bis 900°C liegt.Process according to claim 1, characterized characterized in that the melting temperature of the metal of the molten metal in the range of 100 to 900 ° C. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Metallschmelze Zinn, Zink, Wismut oder Mischungen daraus enthält.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the metal of the molten metal tin, Zinc, bismuth or mixtures thereof. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver im Wesentlichen Partikel enthält, die eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 1 bis 100 μm aufweisen.Method according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the powder substantially Contains particles that have an average particle size in the range of 1 to 100 microns. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver Partikel umfasst, die im Wesentlichen kugelförmig, plättchenförmig, faserförmig oder dendritisch sind, oder als Mischung unterschiedlich geformter Partikel vorliegt.Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the powder comprises particles, which is essentially spherical, platelet-shaped, fibrous or dendritic, or different as a mixture shaped particle is present. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für das Pulver elektrisch leitfähig ist.Method according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the material for the powder is electrically conductive. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für das Pulver ausgewählt ist aus Kupfer, Silber, Nickel oder Graphit oder Mischungen oder Legierungen daraus.Method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the material for The powder is selected from copper, silver, nickel or graphite or mixtures or alloys thereof. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Pulver in der Metallschmelze im Bereich von 1 bis 80 Vol.-% liegt.Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the proportion of powder in the Molten metal in the range of 1 to 80 vol .-% is. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der Metallschmelze und dem Pulver in einer Spritzgießmaschine erfolgt.Method according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the mixing of the molten metal and the powder is carried out in an injection molding machine. Zusammensetzung enthaltend eine Metallschmelze mit niedrigem Schmelzpunkt sowie mindestens ein Pulver mit einem Schmelzpunkt, der oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung polymerfrei ist.Composition containing a molten metal with low melting point and at least one powder with a melting point, the above the melting temperature of the metal of the molten metal is, characterized in that the composition is polymer-free is. Zusammensetzung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Pulver in der Metallschmelze im Bereich von 1 bis 80 Vol.-% liegt.Composition according to claim 10, characterized in that the proportion of powder in the molten metal in the range of 1 to 80% by volume. Zusammensetzung gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Pulvers ausgewählt ist aus Kupfer, Silber, Nickel, Graphit oder Mischungen oder Legierungen daraus.Composition according to claim 10 or 11, characterized in that the material of the powder is selected from copper, silver, nickel, graphite or Mixtures or alloys thereof. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver Partikel umfasst, die im Wesentlichen kugelförmig, plättchenförmig, faserförmig oder dendritisch sind, oder als Mischung unterschiedlich geformter Partikel vorliegt.Composition according to one of Claims 10 to 12, characterized in that the powder Comprises particles that are substantially spherical, platelet-shaped, fibrous or dendritic, or different as a mixture shaped particle is present. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver Partikel enthält, die im Wesentlichen eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 1 bis 100 μm aufweisen.Composition according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the powder Contains particles that are essentially an average particle size in the range of 1 to 100 microns. Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze im Bereich von 100 bis 900°C liegt und die Schmelztemperatur des Pulvers mindestens 20°C größer als die Schmelztemperatur des Metalls der Metallschmelze ist.Composition according to one of Claims 10 to 14, characterized in that the melting temperature of the metal of the molten metal in the range of 100 to 900 ° C is and the melting temperature of the powder at least 20 ° C. greater than the melting temperature of the metal Molten metal is.
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