DE3210770A1

DE3210770A1 - Verfahren zur herstellung metallischer, insbesondere kugelfoermiger leichtkoerper und zur herstellung von formkoerpern mit einschluss solcher leichtkoerper sowie nach solchen verfahren hergestellte leichtkoerper und formkoerper

Info

Publication number: DE3210770A1
Application number: DE19823210770
Authority: DE
Inventors: Manfred 2854 Loxstedt Jaeckel
Original assignee: Individual
Current assignee: Aurubis AG
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3210770C2

Description

BEZEICHNUNG:
Verfahren zur Herstellung metallischer, insbesondere kugelförrniger Leichtkörper und zur Herstellung von Formkörpern mit Einschluß solcher Leichtkörper sowie nach solchen Verfahren hergestellte Leichtkörper und Formkörper, GEGENSTAND DER ERFINDUNG Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung ketal.
lischer, insbesondere kugelförmiger Leichtkörper und zur Herstellung von Formkörpern mit Einschluß solcher Leichtkörper sowie nach solchen Verfahren hergestcllte Leichtlcörper und Formkörper.
STAND DER TECHNIK Hohlkugeln aus Glas und anderen Materialien mit Durchmessern von wenigen Mikron bis Millirneter werden heute von verschiedenen Herstellern hauptsächlich als Rohstoff zur Herstellung von Körpern niederen spezifischen Gewichtes angeboten. Glashohlkugeln beispielsweise dienen als Füllstoff und Verstärkungsmaterial sowie zur Verbesserung der Eigenschaften von Therrn o - und Duropla stkunststoffen. Als Leichtfüll -stoff für Metalle eignen sich mineralische Hohlkugeln nur bedingt.
Zur Herstellung metallischer Formkörper geringen Gewichtes ist es bekannt. Hohlräume irr'. Formkörper dadurch zu bilden, daß in die Gußforrr für das Metall eine Schüttung aus löslicher Granulat eingebracht, durch Spezialbehandlung zu einem zusammenhängenden Gerüst verbunden, der verbleibende Hohlraum sodann mit dem vorgesehenen Metall ausgegossen und das Granulatmaterial. die gewünschten Hohlräume bildend, ausgewaschen wird. Dieses Verfahren ist nur zur Bildung von Metallkörpern mit offenen Poren zu gebrauchen. Um leichte metallische Formkörper niit geschlossenen Hohlräumen herzustellen. hat man ein ähnliches Verfahren entwickelt wie es für Plastik-Schaumstoffe be.
kannt ist. Dieses Verfahren konnte bisher aber nur bei Aluminium realisiert werden.
AUFGABE Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rr.etallische Leichtkörper herzustellen, die sich insbesondere als Füllmaterial zur Bildung von Formkörpern mit geschlossenen oder auch offenporigen Hohlräumen, und insbesondere zur Bildung leichter Formkörper aus metallischem Grundmaterial eignen.
LÖSUNG DER AUFGABE Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der ttberlegung aus, daß es für Formkörper aus Metall zweckmäßig wäre, kleine Hohlkugeln aus Metall zu verwenden, das mit dem umgebenden Metall des Formkörpers artverwandt ist und mit dieserr. durch Mischkristallbildung eine feste Verbindung eingeht. Bisher stehen jedoch als Füllstoff geeignete Metallhohlkugeln nicht zur Verfügung.
In der Fabrikation von Gebrauchsgegenständen aus Kunststoff, wie Kofferradios, Fernsehgeräten, Türgriffen und Arn aturen ist es bekannt, galvanische Verfahren zum Metallisieren einzusetzen. Urr; einen gut haftenden Metallüberzug zu gewinnen, müssen diese Formkörper aus Kunststoff einer ganzen Reihe von Vorbehandlungsstufen unterzogen werden. Bevor sie zum Galvanisieren durch Tauchbehandlung in Metallbidern aktiviert und katalysiert werden. iyüssen sie unter wiederholter Zwischenspülung zunächst entfettet und anschließend aufgerauht werden.
um gute Haftung des Metallübersuges zu erreichen.
Auf diese umständlichen und aufwendigen Verfahrens stufen kann zur Ge.
winnung kleiner rr etallisch er Leichtkörper erfindungsgen äß -erzichtet werden. inderr rn an marktgängiges Kunststoffgranulat, insbesondere Poly styrol -Schaum s toff Granulat metallisiert. Dies es Such aus stoff Granulat kann ohne aufwendige Vorbehandlung zunächst stromlos mit einem dünnen Metallfilm beschichtet werden der anschließend entweder in speziellen stromlos arbeitenden Metallisierungsbädern oder nach den üblichen galvanischen Verfahren weiter verstärkt wird.
Bei Leichtkörpern nach der Erfindung ergibt sich ferner die vorteilhafte Möglichkeit, den ja nur als Formkern dienenden Kunststoffkern nach Bildung des Metallmantels ganz oder teilweise zum Verschwinden zu bringen. Dies kann durch Erhitzung bis zur Zersetzung des Kunst stoffes geschehen. Der größte Teil des Kunststoffes geht dabei in den gasförmigen Zustand über und kann durch Diffusion bzw. Konvektion entweichen.
Für die Anwendung ergeben sich mancherlei Möglichkeiten. Insbesondere können Leichtkörper nach der Erfindung als Einschlüsse in Formkörpern verschiedenster Art Verwendung finden. Sie lassen sich z. B. zu superleichten Formkörpern sintern, welche in der Filtertechnik und als Sandwich-Platte in der Raumfahrt etc. Anwendung finden können.
Wegen der guten Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit solcher Forrrkörper ergibt sich eine große Kontaktoberfläche tiir chemische Reaktionen. Die sphärischen Leichtkörper aus Metall können auch als Füllstoff in säurefesten Sinterwerkstoffen wie Glas. Kohle, Metalloxiden eingebaut werden. Werden sie nach dem Vorsintern aufgrund der mikroporösen Struktur des Sinterwerkstoffes mit Säure herau6gelost, so entstehen sehr leichte Sinterkörper von hoher Festigkeit.
Bei der Anwendung in Kunstkohle können die sphärischen Leichtkörper auch im Sinterwerkstoff verbleiben und dienen zur Erhöhung der eleS trischen Leitfähigkeit. bei gleichzeitiger Dichteerniedrigung.
BESCHREIBUNG VON AUSFUHR UNGSBEISPIELEN In der Zeichnung, Fig. 1 - 9, ist die Erfindung schematisch an einigen Ausführung sb eispielen in Querschnittsdarstellungen, zum Teil in starker Vergrößerung, veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt in starker Vergrößerung Querschnitt durch(einen) einen im wesentlichen kugelförmigen Leichtkörper 1 nach der Erfindung. Dieser Leichtkörper besteht aus Kunststoff und ist mit einem Metallfilm 3 überzogen.
Als Kern wird ein Granulatteilchen vorzugsweise aus Schafnkunetstoff verwendet. Schaum stoff-Granulat steht in Größen von etwa 0, 5 bis 3 mm zur Verfügung.
Zum Erlangen selbsttrageSer Festigkeit des Metallfilmes genügt im allgemeinen eine Filmstärke von etwa 5 bis 15 Mikron. In der Zeichnung ist der Metallfilm der Anschaulichkeit wegen übertrieben stark dargestellt.
Der Metallfilm kann insgesamt stromlos oder. wie in Fig. 1 schematisch veranschaulicht, in zwei Schichten und zwar in einer ersten Schicht 3.1 stromlos und anschließend in einer zweiten, stärkeren Schicht 3. 2 galvanisch aufgetragen werden. wie weiter unten näher beschrieben ist.
Je nach Größe der Metallhohlkugeln wird die Schichtdi cke auf 5 bis 15 Mikron gebracht und reicht dann aus, um dem bei der Zersetzung deKunststoffes entstehenden Gasdruck zu widerstehen und um die für die spätere Verwendung als Ftllmaterial in Verbindung mit verschiedenartigen Grundmaterialien notwendige Eig enfe stigkeit zu besitzen.
Schaumkunststoff hat 3ein spezifisches Gewicht von etwa 0,02-0,08 g/cm³, Metall, wie z. B. Kupfer ein spezifische Gewicht von 8,9 g/cm³. Bei einem mittleren Durchmesser von z.B. 1 mm des metallischen Granulatteilchens und einer Filmdicke von 2 Mikron ergibt sich ein mittleres spezifische Gewicht des Leichtkörpers nach Fig. 1 von 0,08 - 0,2 g/cm³.
Das spezifische Gewicht des Leichtkörpers läßt sich weiterhin dadurch verringern, daß der Kunststoffkern durch Pyrolisieren einem Zersetzungsprozeß unterworfen wird.
Fig. 2 zeigt den Leichtkörper der Fig. 1 nach dem Pyrolisleren.
Bei der hierzu erforderlchen Temperatur von etwa 400°C bleibt der Metallfilm 3 in seiner ursprünglichen Form erhalten; ein Großteil der Kunststoffmasse geht hingegen in gasförmigen Zustand über und entweicht aber.
wiegend durch Diffusion, ggf. auch durch Konvektion, sofern, wie weiter unten beschrieben, dafür gesorgt wird, dao in einem Verband von Leichtkörpern nach Fig. 1 bzw.
2 die Kernräume benachbarter Leicbtkörper xnibeinander kommunizieren. In dem vom Metallfilm 3 umschloss enen Hohlraum verbleibt dann nur noch ein kleiner Restbestand an fester Substanz, insbesondere in Form von Kohlen.
stoff 4.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum strom losen M etalli sier en von-Kunststoff-Granulat. bestehend aus einer Wanne 5 zur Aufnahme eines geeigneten Metallisierungsbades, vorzugsweise eines Kupfer oder Nickelbades (erhältlich unter der Bezeichnung Metylat Cu oder Metylat Ni bei der Firma Blasber, Solingen). Das zu metallisierende Kunststoff-Granulat 2 wird in einem Siebkorb 5. 3 eingebracht, der in das Bad 5.2 eintaucht.
Durch ein Rührwerk 5.4 mit Motorantrieb wird das Granulat in der Badilüssigkeit urngewirbelt, so daß die ganze Oberfläche seiner Teilchen gleichrriä-ßig dem M etallisierungsvorgang ausgesetzt wird. Diese stromlose Metallisierung kann bis zum Erreichen der gewünschten Gesamtstärke des M etallfilm es fortgesetzt werden es kann aber auch zunächst nur eine dünne Leitschicht 3. 1 aufgebracht und die Metallisierung anschließend auf galvanischem Wege bis zur gewünschten Film stärke fortgesetzt werden.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur galvanischen Verstärkung eines zunächst stromlos aufgebrachten dünnen als Leitschicht dienenden Metallfilmes 3. 1, bestehend aus einer Wanne 6. 1 zur Aufnahme des Galvanobades 6. 2, mit Kathode 6. 3 und Anode 6.4. Zur Aufnahme des mit dem Grundfilm 3. 1 versehenen Kunststoff-Granulats 2 ist eine Siebtrommel 6. 5 vorgesehen, die um ihre Achse 6. 6 umläuft. Diese Trommel ist durch eine Scheidewand 6.7 gleichzeitig Kathodenblech, in zwei Kammern 6. 8 und 6. 9 unterteilt, welche das zu metallisierende Kunststoff-Granulat 2 etwa je zur Hälfte aufnehrren. Die Scheidewand 6. 7 ist für das Kunststoff~ Granulat 2 undurchlässig; sie kann für die Metallionen durchlässig sein. Das spezifisch leichte Kunststoff-Granulat strebt durch seinen Auftrieb im Galvanobad ständig nach oben.
Durch die Kammerunterteilung und Rotation wird es gezungen, in stetigem Wechsel von der zylinderischen Innen wandung der Trommel zur ebenen Scheidewand zu wandern, dabei die vom Galvanobad verfüllten Kammern eu durchqueren und seine gesamte Oberfläche zur Anlagerung der galvanisch von der Kathode zur Anode wandernden Metallteichen darzubieten. Die Anode ist in Form einer die Siebtrommel mit freiem Abstand aufnehmenden Mulde ausgeführt.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung 7 zuni Herstellen eines Verbandes (Formkörpers) kommunizieriender Leichtkörper in einer Wanne 7. 1 mit einem stromlos arbeitenden Metallisierungs.
bad 7.2 und dazu in Fig. 5 a Querschnitt durch einen Teil eines solchen Formkörpers 8 in größerem Maßstab. Die Gestalt des herzustellenden Formkörpers wird durch ein Gefäß1 im folgenden Form 7. 1 genannt, bestimmt, das randvoll mit dem zu metallisierenden Kunststoff-Granulat 2 gefüllt wird derart, daß die Granulatteilchen einander berührten. Um diese in der Vorrichtung 7 zu metallisieren, wird die Form 7.1 mit dem Granulat in die Wanne 7.2 bzw. @ Bad 7. 3 eingetaucht und beispielsweise unten an den Saugstutzen einer Umwälzpumpe 7.4 angeschlossen, derart, daß die Badflüssigkeit durch die Oberseite der Form angesaugt wird und ständig in Pfeilrichtung durch das Gefäß mit dem Granulat strömt. Dabei wird. die gesamte freie Oberfläche des Kuststoff-Granulats mit einem Metallfilm überzogen, während die Kontaktstellen der dicht gepackten Granulat teilchen unbeschichtet bleiben. Man erhält dann nach dem Pyrolisieren ein Gebilde von miteinander kommunizierenden Hohlräumen einerseits und Metallfilmen andererseits.
Fig. 5 a zeigt Teilschnitt durch einen solchen Formkörper 8 in größerem Maßstab. Daß Kommunizieren kann von Bedeutung sein, und zwar der Hohlräume, wo es darum geht, eine intensive Konvektion in@ oder durch den Formkörper zu erzielen, und der MoUllfilme, um eine tasohe elektrische und thermische Leitfähigkeit zu gewährleisten.
Ein Kommunizieren nach außen kann man erreichen oder vermeiden durch Einsatz einer porösen oder geschlossenen Ummantelung, z. B. in Gestalt einer als Ummantelung des Formkörpers verbleibenden porösen oder geschlossenen Forrn, Fig. 6, 7 zeigen im Teilschnitt gegossene Forirkörper 9 bzw. 10 mit Einschluß von Leichtkörpern 1 nach Fig. 1 oder 2 bzw. mit Einschluß eines Verbandes kommunizierender Leichtkörper nach Fig. 5 in einem Grundmaterial 11.
Dae Grundmaterial kann aus verschiedenartigen Stoffen bestehen, welche gieß- oder schflttfähig sind oder sich sonstwie eignen, mit den Leichtkorpern eine brauchbare forn-feste Verbindung einzugehen. Für den Einschluß von Leichtkörpern mit Kupferfilm beispielsweise ist ein Vergießen mit Aluminium oder Zink möglich. Auch rr-it plastischen, erhärtenden Stoffen lassen sich Form körper mit Einschluß von Leichtkörpern nach der Erfindung heretellen.
Fig. 8, 9 zeigen Sinterkörper nur aus geschlossenen Leichtkörpern 1 und aus geschlossenen Leichtkörpern 1 mit Sinterwerk.
stoff 14 als Grundnlaterial.
BEZUGSZEICHENLISTE Fig. 1, 2: 1 Leichtkörper 1. 1 Leichtkörper mit Kunststoffkern 1.2 pyrolizierter Leichtkörper 2 Kern, Kunststoff-Granulat 3 Metallfilm 3.1 Grundfilm 3.2 Filmverstärkung 4 Kohlenstoff Fig. 3: 5 Vorrichtung zur stromlosen Metallisierung 5.1 Wanne 5.2 Metallisierungsbad Bad 5.3 Siebkorb 5.4 Rührwerk Fig. 4: 6 Vorrichtung zum Galvanisieren 6. 1 Wanne 6.2 Galvanobad 6.3 Kathode 6.4 Anode 6.5 Siebtrommel 6. 6. Achse von 6. 5 6.7 Scheidewand, Kathodenblech 6.8 6. 9 Kammern von 6. 5 Fig. 5: 7 Vorrichtung zu Herstellung von Formkörpern 7.1 Form 7.2 Wanne 7.3 Bad 7.4 Umwälzspumpe 8 Fomkõrper, Fig. 5, 5a Fig. 6 - 9: 8, 9, 10 Formkörper aus Grundmaterial mit Leichtkörper-Einschlüsseln 11 Grundmaterial in 9, 10 12 gesicherter Formkörper aus geschlossenen Leicht.
körpern 13 gesinteter Formkörper aus geschlossenen Leichtkörpern mit einem Sinterwerkstoff als Grundmatcrial 14 Sinterwerkstoff

Claims

PATENTANSPRttCHE Verfahren zur Herstellung metallischer, insbesondere kugel.

förmiger Leichtkörper, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoff-Granulat (2) oberflächlich metallisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von Schaumkunststoff.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Metallisierung in einem naßchemischen Verfahren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf galvanischem Wege bis zu einer Schichtatärke von vorzugsweise maximal etwa 0, 05 mm fortgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß metallisiertes Kunststoff-Granulat (29 pyrolisiert (d. h. bis zur Zerstellung des Kunststoffes auf etwa 400°C erhitzt) wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Formkdrpern mit Leichtkdrperein.

schlüsseln. gekennzeichnet durch Verwendung von Leichtkörpern (1) nach einerr der Ansprssche 1 bis 5 als Einschlußrnaterial.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß viele Leicht.

körper (1L) in einer Form mit flüssiger Metall umgossen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schüttung von Leichtkörpern (1) in einer Forrn bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes gesintert wird.
9. Veriahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttung gemeinsam mit einem umgebenden Sintewwerkstoff gesintert wird, 10. Metallischer Leichtkörper, dadurch gekennzeichnet. daß er aus einem mit Metall beschichteten Granulatteilchen (1) aus Kunst.
stoff besteht.
11. Metallischer Leichtkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einen' rriit Metall beschichteten Kern (1) aus Schaumkunststoff besteht.
12. Metallischer Leichtkörper, dadurch gekennzeichnet, das er durch Erhitzung eines metallisierten Leichtkörpers (1) nach Anspruch 10 oder 11 bis zur Zersetzungsternperatur des verwendeten Kunststoff.

kernes (1) (Pyrolisieren) gebildet ist.
13. Formkörper, dessen Grundmaterial nach der Formung viele Ein schlüsse relativ niederen spezifischen Gewichts aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschlüsse aus metallischen Leichtkörpern (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 bestehen.
14. Forrnkörper nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch geschlossene Einschlüsse.
15. Forrnkörper nach Anspruch 13 oder 14. gekennzeichnet durch kommuniziernde Einschlüsse.
16. Forrrkörper nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet. daß die Einschlüsse einen höheren elektrischen und thernnischen Leitwert aufweisen als das sie umschließende Grundm aterial.
17. Formkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn.-zeichnet, daß Leichtkörper (1) zusammengesintert sind.
18. Forn körper nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen die Leichtkörper umgebenden Sinterwerkstoff (14) als Grundmaterial.
19. Formkörper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet. daß der Sinterwerkstoff (14) aus Kunotkohle besteht.