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Verfahren zur Herstellung von porösen, geformten Metallstücken Es
ist bekannt, poröse Metallstücke aus in Formen geschütteten Metallpulvern oder Mischungen
von Metallpulvern mit pulverförmigen Metalloxyden durch Zusammensintern bei hohen,
jedoch unter dem Schmelzpunkt der betreffenden Metalle liegenden Temperaturen in
inerter oder reduzierender Atmosphäre zu gewinnen. Die Verwendung von pulverförmigem
Metalloxyd allein ohne beigemischtes Metallpulver hat den Nachteil, daß infolge
einer starken vor der Versinterung bei der Reduktion eintretenden Volumenverminderung
der Teilchen sich leicht Risse bilden.
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Um zu porösen Metallstücken aus Metallverbindungen zu gelangen, `wurde
vorgeschlagen, diese in pulverförmiger Form mit einer Suspensionsflüssigkeit und
einem schaumbildenden Mittel zu Schaum zu verarbeiten, den Schaum in Formen zu trocknen
und danach die Formlinge bei höherer Temperatur zu reduzieren und zu versintern.
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Bei diesen bekannten Verfahren muß das Ausgangsmaterial, zumindest
am Anfang, einen in Formen sich vollziehenden formgebenden Verfestigungsprozeß durchmachen.
Mit der Notwendigkeit von Formen ist naturgemäß eine Beschränkung der Formungsmöglichkeiten
verbunden. Diese Beschränkung wird noch dadurch verstärkt, daß beim Sintern loser
Pulver ebenso wie beim Eintrocknen von Schäumen ein beträchtliches Schwinden des
Formlings stattfindet, das durch die Form nicht behindert werden darf. Eine solche
stärkere Behinderung ist beispielsweise schon bei einfachen Gitterformen gegeben,
und ihre Folge ist die Bildung von Rissen im Formling.
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Diese Nachteile werden durch das Verfahren .nach der Erfindung zur
Herstellung von porösen, geformten Metallstücken durch Formung des Gegenstandes
aus einer im wesentlichen porenfreien plastischen Masse, welche durch Verreiben
und Kneten von pulverförmigen Metallverbindungen, vorzugsweise hochgeglühten Oxyden
mit geeigneten Zusätzen, z. B. Paraffinöl, gewonnen wird, worauf man den Formling
unter gleichzeitiger Sinterung zu Metall reduziert und die nicht metallischen Bestandteile
unter Porenbildung austreibt, dadurch vermieden, daß der plastischen Ausgangsmasse
zur Vermeidung von Rißbildungen solche Stoffe mit hohem Adsorptionsvermögen zugesetzt
werden, welche während der Erwärmung allzu rasch sich ausscheidende Gase der Masse
aufzunehmen und allmählich im Laufe der Wärmebehandlung abzugeben vermögen. Zur
Vermeidung von Rißbildungen wird vorzugsweise Holzkohle benutzt. Man kann aber auch
zu diesem Zweck anorganische Kolloide, wie z. B. Kieselsäuregel, kolloide Metallsäuren
oder kolloide Metallhydrate, verwenden. Erfindungsgemäß erhitzt man den Formling
bei Gegenwart eines Reduktionsmittels so hoch und so lange, daß die Metallverbindungen
unter gleichzeitiger Sinterung zu Metall reduziert werden, während sich die nicht
metallischen Bestandteile
der Masse ganz oder teilweise unter Porenbildung
verflüchtigen. Wider Erwarten bewirkt hierbei dieses Mittel keine Deformation und
kein Zerreißen des Formlings, sondern bis zu seinem Verschwinden einen guten Zusammenhalt
der zu sinternden Teilchen, und man erhält trotz der porenfreien Ausgangsmasse Sinterstücke
mit bis zu äooo Porenvolumen. Die plastisch machenden Mittel können zugleich als
Reduktionsmittel wirken. Zur Verbesserung der Plastizität werden erfindungsgemäß
der Ausgangsmasse noch solche Stoffe zugemengt, welche für das angewandte Bindemittel
ein gutes Adsorptionsvermögen besitzen, z. B. Metallhydroxyde.
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Als Ausgangsstoffe können alle Metallverbindungen dienen, die sich
unterhalb dem Schmelzpunkt des betreffenden Metalls zu Metall reduzieren lassen,
wie die Oxyde" Chloride, Nitrate, Sulfate, Oxalate, Acetate und andere Verbindungen
beispielsweise der Schwermetalle. Man kann Verbindungen eines einzigen Metalls oder
zur Gewinnung von Legierungen verschiedener Metalle in Mischung anwenden. Außerdem
kann man der metallischen Verbindung noch Stoffe, wie Kohlenstoff und Silicium oder
deren Verbindungen, beimischen, welche sich im Laufe der Wärmebehandlung mit dem
reduzierten Metall verbinden oder deren Anwesenheit in den Poren des Sinterstückes
für dessen Verwendung wichtig ist.
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Als plastisch machende Mittel kommen in erster Linie organische Stoffe,
wie öle, Fette, Fettsäuren und mehrwertige Alkohole, aber auch anorganische, wie
Alkalilaugen und Wasserglaslösungen, in Frage. Da diese Zusatzstoffe außer der Formbarkeit
der Metallverbindungen auch infolge ihres späteren Ausscheidens der Pdrenbildung
dienen, so richtet sich ihre Art und Menge auch nach der gewünschten P:orosität
des herzustellenden Gegenstandes. Je mehr man von dem plastisch machenden Bindemittel
hinzugibt, um so größer wird das Porenvolumen des Metallsinterstückes. Im allgemeinen
wird die Menge dieses Mittels ¢o Gewichtsprozente der angewendeten Menge Metallverbindung
nicht übersteigen.
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Aus den meisten Metallverbindungen lassen sich mit diesen Bindemitteln
Massen von guten plastischen Eigenschaften gewinnen. Nur wenige Verbindungen, beispielsweise
bei sehr hohen Temperaturen entstandene oder geglühte Oxyde, neigen dazu, bei der
Behandlung mit flüssigen Bindemitteln in einen mehr teigigen Zustand überzugehen.
Aber auch aus diesen lassen sich brauchbare plastische Massen gewinnen, wenn man
sie in Mischung mit geeigneten Zusatzstoffen anwendet. Als zur Verbesserung der
Plastizität brauchbare Zusatzstoffe haben sich meist solche Stoffe erwiesen, welche
beispielsweise wie Metallhydroxyde und Kohle die angewandten Bindemittel gut adsorbieren.
Jeder solcher Zusatz beeinflußt natürlich auch den Porositätsgrad des Endproduktes.
Man -wird deshalb auch seine Art und Menge unter Berücksichtigung des gewünschten
Porenvolumens wählen.
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Zur Erzielung größerer Poren im Sinterstück kann man der Masse einen
solchen Gas entwickelnden Stoff beimischen, welcher sie, wie beispielsweise Ammoniumbicarbonat,
nach der Formung, aber noch in plastischem Zustande, mit Gasblasen erfüllt und auftreibt.
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Die Reduktion der Metallverbindungen zu Metallen kann man durch Durchleiten
von reduzierenden Gasen, wie Wasserstoff oder Kohlenoxyd, in den Ofenraum bewirken.
Man kann aber auch als plastisch machendes Mittel oder zu irgendwelchen anderen
Zwecken gemachte Zusätze solche Stoffe nehmen, welche zugleich als Reduktionsmittel
wirken, wie beispielsweise organische Verbindungen oder Kohlenstoff, und in diesem
Falle im Vakuum oder bei inerter oder bei einer von der Zersetzung dieser Stoffe
gebildeten reduzierenden Atmosphäre sintern.
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Bei der Zusammensetzung der plastischen Ausgangsmasse ist darauf zu
achten, daß alle im Endprodukt unerwünschten Stoffe, soweit sie sich nicht durch
späteres Herauslösen entfernen lassen, während der Wärmebehandlung zersetzt oder
uniersetzt gasförmig sich verflüchtigen lassen.
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Man erreicht dies am besten dadurch, daß man. solche Mischungen .anwendet,
deren nicht metallische Bestandteile bei der Erwärmung unter Bildung gasförmiger
Produkte miteinander reagieren. Als einfaches Beispiel läßt sich hierfür die Kombination
von Metalloxyden mit einem organischen, plastisch machenden Mittel, wie Glycerin,
anführen. Das Glycerin wird, indem es das Metalloxyd zu Metall reduziert, durch
den Sauerstoff des Metalloxydes zu Wasser und Kohlensäure oxydiert. Nötigenfalls
kann man auch die zu entfernenden Bestandteile der Ausgangsmasse durch zeitweises
Durchleiten von Gasen und Dämpfen, -wie Sauerstoff und Wasser, welche mit diesen
flüchtige Verbindungen bilden, verflüchtigen.
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Zur Formung der Gegenstände lassen sich alle Methoden anwenden, welche
für die Formung plastischer Massen üblich sind. So kann man mit der Hand und mit
Schablonen komplizierte Gestaltungen vornehmen. Durch Auswalzen lassen sich Platten,
durch Strangpressen zylindrische und andere Stücke mit gleichbleibendem Querschnitt
und durch Ausstanzen oder Ausdrücken Gitter und ähnliche
Gegenstände
formen. Ist es zweckmäßig, den Gegenstand in mehreren Teilen zu formen, so lassen
sich diese bequem durch leichtes Aneinanderdrücken miteinander verbinden. Die plastische
Masse läßt sich auch in Verbindung mit Stücken aus massivem Metall, wie Drähten,
Blechstreifen u. dgl., dem Sinterprozeß unterwerfen. Man bekommt in diesem Falle
Sinterstücke mit Ansätzen oder Einlagen aus massivem Metall, welche zur Verstärkung
des Sinterkörpers, zur Stromzuführung und zu anderen Zwecken dienen können.
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Die nach dem vorliegenden Verfahren gewonnenen porösen Metallkörper
zeichnen sich durch eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aus. Dies ist eine Folge
der plastischen Verarbeitung der Ausgangsstoffe, welche eine sehr feine und gleichmäßige
Verteilung der zu viersinternden Teilchen ermöglicht und diese schon im unversinterten
Zustande so innig verbindet, daß sie sich bei den Volumenänderungen der Wärmebehandlung
wie ein einziges zusammenhängendes Stück verhalten.
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Die Verwendungsmöglichkeiten der nach der Erfindung hergestellten
porösen Metallstücke sind sehr zahlreich. Sie können, um einige Beispiele zu nennen,
zu Filtern, Formen, Dochten, Akkumulatorenplatten und Katalysatoren dienen.