DE2135444A1 - Lightweight metal composition and method of making it - Google Patents
Lightweight metal composition and method of making itInfo
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Description
Frankfurt/Main 1, den H.Juli 1971Frankfurt / Main 1, July 1st, 1971
Niddasfraße 52 Dr. S Gh./Se.Niddasfraße 52 Dr. S Gh./Se.
Telefon (0611)237220 • Postscheck-Konto: 282 420 Frankfurt/M.Telephone (0611) 237220 • Postal check account: 282 420 Frankfurt / M.
Bank-Konto: 523/3168Bank account: 523/3168
K / 948K / 948
Beanspruchte Prioritäten:Claimed priorities:
17. Juli 1970, Japan, 10. August 1970,Japan,July 17, 1970, Japan, August 10, 1970, Japan,
Nr. 62114/1970 Nr. 69218/1970No. 62114/1970 No. 69218/1970
Anmelder: KUREHA KAGAKU KOGYC KABUSHIKI KAISHA No. 8, Horidome-cho 1-chome Nihonbashi, Chuo-ku Tokyo/ JAPANApplicant: KUREHA KAGAKU KOGYC KABUSHIKI KAISHA No. 8, Horidome-cho 1-chome Nihonbashi, Chuo-ku Tokyo / JAPAN
Leichtgewiohtige Metallzusammensetzung und Verfahren zu ihrer HerstellungLightweight metal composition and process for their manufacture
Die Erfindung betrifft eine poröse, leichtgewichtige Metallzusammensetzung, die aus einer Grundkomponente aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung besteht und sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Metallzusammensetzung. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine poröse leiohtgewichtige Metallzuaammensetzung, die ein The invention relates to a porous, lightweight metal composition consisting of a basic component of aluminum, an aluminum alloy or a magnesium alloy, and it further relates to a method for producing this metal composition. The invention relates in particular to a porous, borrowed weight metal composition which contains a
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Metall oder eine Legierung als G-rundkomponente enthält und hohle Mikrokugelschalen aus einem Material aufweist, welches der Sintertemperatur des Metalls oder der Legierung widersteht und sie bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Erzeugung dieser Metallzusammensetzung.Contains metal or an alloy as a basic component and is hollow Has micro-spherical shells made of a material which corresponds to the sintering temperature of the metal or alloy and it further relates to a method of making the same Metal composition.
In den letzten Jahren entstand ein Bedarf an ultra-leichtgewichtigen Metallmaterialien für die Verwendung in Trennwänden, schalldichten Wänden und als thermisches Isoliermaterial, welches in Wolkenkratzern oder als Baumaterial für Flugzeuge, Automobile oder andere Fahrzeuge Verwendung fand. Zur Befriedigung dieses Bedarfes wurden bereits Leichtmetalle, z.B. durch Gas ^ geschäumte Leichtmetalle, geschäumte Kunststoffe, die mit ™ Leichtmetallen überzogen waren, vorgeschlagen. Die geschäumten Metalle haben jedoch den Nachteil, daß sie eine schlechte Festigkeit aufweisen und hinsichtlich ihrer thermischen Isolationseigenschaften unbefriedigend sind, da sie durchgehende, miteinander verbundene Schaumporen enthalten. Bei den mit Metall überzogenen geschäumten Kunststoffen ergibt sich der Nachteil, daß sie -in ihren Wärmebeständigkeitseigenschaften unbefriedigend sind, da ihr Kunststoffträger leicht einer thermischen Zersetzung unterliegt.In recent years, there has been a need for ultra-light weight Metal materials for use in partition walls, soundproof walls and as thermal insulation material, which found use in skyscrapers or as building materials for airplanes, automobiles or other vehicles. For satisfaction This demand was already light metals, e.g. by gas ^ foamed light metals, foamed plastics, which with ™ were coated with light metals. The foamed However, metals have the disadvantage that they have poor strength and thermal insulation properties are unsatisfactory because they contain continuous, interconnected foam pores. With those with Metal-coated foamed plastics have the disadvantage that they are in their heat resistance properties are unsatisfactory because their plastic substrate is easily subject to thermal decomposition.
Es ist daher Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, auf wirtschaftliche Weise ultra-leichtgewichtige Metallmaterialien k zu schaffen, die ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften und Wärmebeständigkeitseigenschaften besitzen und weiterhin auch gute thermische Isolations- und schalldämmende Eigenschaften aufweisen. Es wurde gefunden, daß eine poröse, leichtgewichtige Metallzusammensetzung, die für diesen Zweck geeignet ist, durch Sintern einer Mischung aus Aluminium, einer Legierung auf Aluminiumbasis oder einer Legierung auf Megnesiumbasis und hohler Mikrokugelschalen aus einem Material, welches der Sintertemperatur widersteht, hergestellt werden kann.It is therefore the main object of the present invention to provide, in an economical manner, ultra-light-weight metal materials k which are excellent in strength properties and heat resistance properties and furthermore have good thermal insulation and soundproofing properties. It has been found that a porous, lightweight metal composition suitable for this purpose can be made by sintering a mixture of aluminum, an aluminum-based alloy or a magnesium-based alloy and hollow microsphere shells of a material which withstands the sintering temperature.
Die poröse, leichtgewichtige Metallzusammensetzung der· vorliegenden Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Struktur aufweist, die ähnlich einer sogenannten ; The porous, lightweight metal composition of the present invention is characterized in that it has a structure similar to a so-called;
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syntaktischen Form ist, worin die wärmebeständigen hohlen Mikrokugelschalen homogen in einer durchgehenden Phase des Metalles oder der Legierung verteilt sind. Die leichtgewichtige Metallzusammensetzung hat somit nicht nur eine außerordentlich hohe spezifische Druckfestigkeit (Druckfestigkeit pro Raumgewicht), sondern sie ist auch hinsichtlich der Wärmeisolations- und schallschluckenden Eigenschaften ausgezeichnet und sie besitzt darüber hinaus die Eigenschaft, undurchlässig zu sein. Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen näher erläutert.syntactic form is where the heat-resistant hollow Micro-spherical shells are distributed homogeneously in a continuous phase of the metal or alloy. The lightweight Metal composition therefore not only has an extremely high specific compressive strength (compressive strength per volume weight), but it is also excellent in terms of heat insulation and sound-absorbing properties and it also has the property of being impermeable. The invention is described in greater detail below explained.
Die bei der vorliegenden Erfindung als Grundmaterial verwendeten Metalle umfassen Aluminium und Legierungen auf Aluminiumoder Magnesiumbasis. Im Falle von Legierungen kann das Aluminium oder Magnesium vorzugsweise darin in einer Menge von wenigstens 70 Gewichtsprozent enthalten sein. Die Legierungen auf Aluminiumbasis umfassen Aluminium-Magnesium, Aluminium-Silizium, Aluminium-Mangan, Aluminium-Kupfer, Aluminium-Silizium-Magnesium, Aluminium-Magnesium-Mangan; während die Legierungen auf Magnesium-Basis solche umfassen, die beispielsweise eine geringe Menge Aluminium, Zink, Mangan und/oder Silizium enthalten.The metals used as the base material in the present invention include aluminum and alloys on aluminum or Magnesium base. In the case of alloys, the aluminum can or magnesium is preferably contained therein in an amount of at least 70 percent by weight. The aluminum-based alloys include aluminum-magnesium, aluminum-silicon, aluminum-manganese, aluminum-copper, aluminum-silicon-magnesium, Aluminum-magnesium-manganese; while the magnesium-based alloys include those which, for example, have a low Amount of aluminum, zinc, manganese and / or silicon.
Wie vorstehend bereits beschrieben, handelt es sich bei den wärmebeständigen hohlen Mikrokugelschalen, die· mit einem solchen Metall vermischt werden, um ein Material, welches der Sintertemperatur der verwendeten pulverförmigen Metalle, die im allgemeinen über etwa 500 C liegt, widerstehen, z.B. um hohle Mikrokugelschalen mit einem Durchmesser von maximal 2 mm, einer Teilchendichte von maximal 1 g/cm und einer hydrostatischen Druckfestigkeit von wenigstens 1,0 kg/cm , die aus einem kohlenstoffhaltigen Material, wie Kohlenstoff oder Graphit, aus einem keramischer Material, wie einem harten Glas, natürlichem Glas, Siliziumdioxyd oder Aluminiumoxyd oder aus einem Metall, wie Kupfer, Nickel oder Eisen zusammengesetzt sind. Solche hohlen Mikrofcugelschalen und ein Verfahren zur Erzeugung derselben ist in der eigenen älteren japanischen Patentanmeldung 45 625/SHO. 45(1970) bzw. in der entsprechenden!As already described above, the heat-resistant hollow microsphere shells, which are provided with a such metal are mixed to form a material which corresponds to the sintering temperature of the powdered metals used, which is generally above about 500 C, for example around hollow micro-spherical shells with a maximum diameter 2 mm, a particle density of maximum 1 g / cm and a hydrostatic compressive strength of at least 1.0 kg / cm, those made from a carbonaceous material such as carbon or graphite, from a ceramic material such as a hard one Glass, natural glass, silicon dioxide or aluminum oxide or composed of a metal such as copper, nickel or iron are. Such hollow micro-spherical shells and a method for Generation of the same is in our own earlier Japanese patent application 45625 / SHO. 45 (1970) or in the corresponding!
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deutschen Patentanmeldung P 21 26 2 62.4 beschrieben.German patent application P 21 26 2 62.4.
Für das Mischen des Metalls mit den hohlen Mikrokugelschalen ist eine Vielzahl von Mitteln anwendbar. Wenn das verwendete Metall in Form von feinen Teilchen-mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100/U oder weniger vorliegt, wird das Metall mit den hohlen Mikrokugelschalen mittels" eines gewöhnlichen Mischers trocken gemischt. Besonders vorteilhaft für diese Behandlung sind beispielsweise V-förmige Mühlen, Schwingmühlen, Vibrationsmühlen, konische Mühlen, Kneter und Henshelmisoher usw. Wenn das verwendete Metall in Form γοη groben Körnchen, Stücken, Platten oder Stäben vorliegt, so wird das Metall *' vorzugsweise in einem Stahlschmelzrührer (steel melt-stirrer) behandelt, wo das Metall geschmolzen wird und dann mit den hohlen Mikrokugelschalen gemischt wird, so daß die Oberfläche der hohlen Mikrokugelschalen mit dem Metall überzogen werdon kann. Wenn die verwendeten hohlen Mikrokugelschalen aus einem kohlenstoffhaltigen Material zusammengesetzt sind, so ist es wünschenswert, diese Schmelzmischbehandlung im Vakuum oder einer Atmosphäre aus einem nicht oxydierenden Gas, wie Argon, Wasserstoff oder Helium durchzuführen.A variety of means can be used to mix the metal with the hollow microsphere shells. If the metal used is in the form of fine particles with an average particle size of 100 / U or less, the metal is dry-mixed with the hollow microsphere shells by means of an ordinary mixer. V-shaped mills, vibratory mills, for example, are particularly advantageous for this treatment , Vibratory mills, conical mills, kneaders and Henshelmisoher etc. If the metal used is in the form of γοη coarse granules, pieces, plates or rods, the metal * 'is preferably treated in a steel melt-stirrer, where the metal is melted and then mixed with the hollow microsphere shells so that the surface of the hollow microsphere shells can be coated with the metal non-oxidizing gas, such as argon To carry out hydrogen or helium.
Die Oberfläche der hohlen Mikrokugelschalen kann vor der Mischbehandlung aktiviert werden, um die Benetzung mit dem Metall zu verbessern und eine gute Haftung zwischen beiden und eine Verbesserung der Qualität der Endprodukte zu erreichen. Für eine solche Aktivierung ist die Behandlung mit einem Metall-Salzflußmittel geeignet. Die Behandlungstemperatür ist nicht kritisch, sie wird jedoch gewöhnlich bei einer Temperatur unter 4-000O ausgeführt. Metallsalze, die für diese Behandlung brauchbar sind? umfassen Chloride oder fluoride der Alkalimetallep Erdalkalimetalle und des Aluminiums, worunter SnGl2* - NaF/ALF», SnGlo/laGl, IL F^/ifaf/Köl/IaGls die besonders bevorgugfsiaäe Biss® Metallsalze können la Form einer Mischung aus zvsel oder mehr mit einem niedrigeren Schmelzpunkt oder in Form einer Lösung in einem Lösungsmittels wie Wasser oder einem Alkohol verwendet werden. Wenn die benutzten hohlen Mikro-The surface of the hollow microsphere shells can be activated before the mixing treatment in order to improve the wetting with the metal and achieve good adhesion between the two and an improvement in the quality of the end products. Treatment with a metal salt flux is suitable for such activation. The treatment temperature door is not critical, but is generally carried out at a temperature below 0 4-00 O. Metal salts useful for this treatment ? include chlorides or fluorides of the alkali metals p alkaline earth metals and aluminum, including SnGl 2 * - NaF / ALF », SnGl o / laGl, IL F ^ / ifaf / Köl / IaGls the particularly preferred Biss® metal salts can la form a mixture of zvsel or more with a lower melting point or in the form of a solution in a solvent such as water or an alcohol. If the used hollow micro-
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kugelschalen aus einer nichtmetallischen Substanz zusammengesetzt sind,kann die Aktivierungsbehandlung mit Hilfe eines elektrischen oder chemischen Überziehens der Oberfläche der hohlen Teilchen mit Kupfer oder Wickel ausgeführt werden, und falls gewünscht, kann die vorstehend erwähnte Aktivierungsbehandlung auch auf die überzogende Oberfläche angewendet werden.Ball shells are composed of a non-metallic substance, the activation treatment can be done with the help of a electrically or chemically plating the surface of the hollow particles with copper or winding, and if desired, the aforementioned activation treatment can also be applied to the coated surface.
Das Mischungsverhältnis zwischen dem Metall und den hohlen Mikrokugelschalen hängt von der angestrebten Festigkeit und Dichte der ausgeformten Gegenstände oder von der Natur der verwendeten hohlen Mikroschalen ab. Das Metall wird jedoch zumindest in einer Menge verwendet, 'die notwendig;ist, um die Zwischenräume zwischen den hohlen Mikrokugelschalen auszufüllen, die in dem während der Sinterungsbehandlung der Mischung gebildeten zusammengesetzten Material in einer dichtesten Packung vorliegen. Es wurde gefunden, daß die Verwendung des Metalls in einer Menge von wenigstens 15 zu 85, bezogen auf das ■Volumenverhältnis notwendig ist, um die in den ausgeformten Gegenständen erstrebte Festigkeit zu erzielen.The mixing ratio between the metal and the hollow microsphere shells depends on the desired strength and Density of the molded objects or on the nature of the hollow micro-shells used. The metal will, however used at least in an amount that is necessary to the To fill gaps between the hollow microspherical shells formed in the mixture during the sintering treatment composite material are in the closest packing. It has been found that the use of the metal in an amount of at least 15 to 85, based on the ■ volume ratio is necessary to achieve the desired strength in the molded objects.
Eine Variante der vorliegenden Erfindung umfaßt die Verwendung einer Mischung des Metalls und der hohlen Mikrokugelschalen,in die weiterhin ein wärmehärtbares Bindemittel einverleibt ist. Durch die Verwendung eines solchen wärmehärtbaren Bindemittels wird erreicht, daß das Metall mit den hohlen Mikrokugelschalen gemischt wird, so daß die Oberfläche der Mikrokugelschalen mit dem Metall überzogen ist. Die Mischung wird erhitzt, um ein Härten des Bindemittels zu erreichen und wird dann gesintert. Die erfindungsgemäß verwendeten wärmehärtbaren Bindemittel umfassen organische, anorganische oder organometallische Verbindungen, die leicht bei Temperaturen im Bereich von gewöhnlicher Temperatur bis etwa 35O0O härten. Die organischen Verbindungen umfassen thermo-härtbare Harze, wie Siliconharze, Phenolharze, Furfurol- und Furfurylalkoholharze, Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze. Als anorganische Verbindungen werden vorteilhaft verwendet» Hydratisiertes Kaliunisilikat, hydratisiertes Lithiumsilikat, niedere Polymere des Äthyl- ; Silikats. Als Organometallverbindungen werden vorzugsweise A variant of the present invention comprises the use of a mixture of the metal and the hollow microsphere shells in which a thermosetting binder is further incorporated. By using such a thermosetting binder, it is achieved that the metal is mixed with the hollow microsphere shells so that the surface of the microsphere shells is coated with the metal. The mixture is heated to harden the binder and is then sintered. The thermosetting binder used in the invention include organic, inorganic or organometallic compounds which readily cure at temperatures ranging from ordinary temperature to about 35O 0 O. The organic compounds include thermosetting resins such as silicone resins, phenol resins, furfural and furfuryl alcohol resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins. The inorganic compounds used are advantageously: hydrated potassium silicate, hydrated lithium silicate, lower polymers of ethyl; Silicate. As organometallic compounds are preferred
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niedere Polymere der Alkyltitanate, Aluminiumalkoxide usw. verwendet. Diese .wärmehärtbaren Bindemittel werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Art der die hohlen Mikrokugelschalen bildenden Materialien ausgewählt. So werden beispielsweise die organischen Verbindungen vorzugsweise dann verwendet, wenn die hohlen Mikrokugelschalen aus einem kohlenstoffhaltigen Material zusammengesetzt sind; die anorganischen Verbindungen werden vorzugsweise verwendet, wenn die hohlen Mikrokugelschalen aus einem keramischen Material zusammengesetzt sind und die Organometallverbindungen werden vorzugsweise verwendet, wenn die hohlen Mikrokugelschalen aus einem Metall zusammengesetzt sind. Die wärmehärtbaren Bindemittel werden in einerlower polymers of the alkyl titanates, aluminum alkoxides, etc. are used. These thermosetting binders are preferred is selected depending on the kind of materials constituting the hollow microsphere shells. For example The organic compounds are preferably used when the hollow microsphere shells are made of a carbonaceous Material are composed; the inorganic compounds are preferably used when the hollow microsphere shells are composed of a ceramic material and the organometallic compounds are preferably used when the hollow micro-ball shells are composed of a metal. The thermosetting binders are in a
P solchen Menge verwendet, daß dann, wenn die Mischung unter Druck ausgeformt, durch Erhitzen gehärtet und dann gesintert wird, die Struktur des ausgeformten Gegenstandes beibehalten werden kann. In diesem Falle ist darauf zu achten, daß ein Überschuß des Bindemittels eine nachteilige Beeinflussung der Festigkeit und des Aussehens des erstrebten ausgeformten Gegenstandes bewirken kann. Die Menge des Bindemittels wird im allgemeinen so ausgewählt, daß sie im Bereich von 2-15 Volumenprozent, bezogen auf eine Mischung des Metalls und der Mikrokugelschalen liegt. Wenn das Bindemittel mit dem Metall und den hohlen Mikrokugelschalen zusammengemischt wird, so kann eine flüchtige verdampfbare Flüssigkeit zugegeben werden, um das Mischen dieser Materialien und das Ausformen dieser Mischung unter Druck zu erleichtern und so die Packungsdichte zu vergrößern. Als solch eine Flüssigkeit können gewöhnliche organische Lösungsmittel, wie aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkyläther? Alkylester und Alkohole verwendet werden, wenn das Bindemittel eine organische Verbindung oder eine Organometallverbindung ist. Im Falle, daß ein anorganisches Bindemittel verwendet wird, werden Wasser und Alkohole vorzugsweise verwendet. Diese flüchtigen Flüssigkeiten werden in der anschließenden Erhitzungsstufe entfernt. Die erhaltene Mischung aus dem Metall und den körnigen hohlen Mikrokugelschalen oder die Mischung aus dem Metall, den hohlen Mikrokugelschalen und dem wärmehärtbaren Bindemittel wird dann der lusformung unter Druck und dem " \ P is used in such an amount that when the mixture is molded under pressure, hardened by heating and then sintered, the structure of the molded article can be maintained. In this case, care must be taken that an excess of the binder can have an adverse effect on the strength and appearance of the desired shaped object. The amount of binder is generally selected to be in the range of 2-15 percent by volume based on a mixture of the metal and the microsphere shells. When the binder is mixed together with the metal and the hollow microsphere shells, a volatile, vaporizable liquid can be added to facilitate mixing of these materials and forming this mixture under pressure to increase packing density. As such a liquid, common organic solvents such as aliphatic hydrocarbons, alkyl ethers ? Alkyl esters and alcohols can be used when the binder is an organic compound or an organometallic compound. In the case that an inorganic binder is used, water and alcohols are preferably used. These volatile liquids are removed in the subsequent heating stage. The resulting mixture of the metal and the granular hollow microsphere shells or the mixture of the metal, the hollow microsphere shells and the thermosetting binder is then subjected to the molding under pressure and the "\"
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- 7 -Sintern unterworfen. - 7 - Subjected to sintering.
Bei der Ausformungs- und Sinterungsbehändlung wird eine Mischung aus dem Material und den körnigen hohlen Mikrokugelschalen durch Erhitzen gesintert, während sie unter Druck verformt wird. In diesem Falle ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zur Druckverformung zu verwenden, die mit einer äußeren oder inneren Heizvorrichtung versehen ist. Der während dieser Ausformungsbehandlung zur Einwirkung kommende Druck liegt vorzugsweise im Bereich von 10 - 200 kg/cm . Wenn die körnigen hohlen Mikrokugelschalen jedoch eine geringere hydrostatische Druckfestigkeit besitzen, ist es wünschenswert, einen entsprechend niedrigeren Druck anzuwenden, um ein Zusammenbrechen der hohlen Mikrokugelschalen zu verhindern. Das Volumen der in die Formapparatur gegebenen Mischung schrumpft, wenn die Mischung erhitzt wird, um das darin enthaltene Metall zu sintern. Es ist daher notwendig, den Ausformdruck dauernd nachzuregeln. Das Erhitzen zur Bewirkung des Sinterns wird in der Weise ausgeführt,daß die Preßform durch Hochfrequenz erhitzt wird, wenn äußere Wärme zugeführt wird oder indem direkt Elektrizität in die Mischung in der Preßform geleitet oder eine Entladung durchgeführt wird, wenn eine innere Erhitzung vorgenommen wird. Im Falle einer inneren Erhitzung werden keramische oder kohlenstoffhaltige Materialien als Preßform verwendet.In the molding and sintering treatment, a Mixture of the material and the granular hollow microsphere shells are sintered by heating while under pressure is deformed. In this case, it is advantageous to use a device for compression deformation with a external or internal heating device is provided. The pressure applied during this molding treatment is preferably in the range of 10-200 kg / cm. However, if the granular hollow micro-ball shells have a smaller Have hydrostatic compressive strength, it is desirable to apply a correspondingly lower pressure to a Prevent collapse of the hollow micro-ball shells. The volume of the mixture placed in the molding apparatus shrinks when the mixture is heated to sinter the metal it contains. It is therefore necessary to print the mold to readjust continuously. The heating to effect sintering is carried out in such a way that the die heated by high frequency when external heat is added or by adding electricity directly to the mixture in the Die or discharge is performed when internal heating is performed. In case of a Internal heating, ceramic or carbonaceous materials are used as the mold.
Wenn die zu sinternde Mischung aus einem Metall, hohlen Mikrokugelschalen und einem wärmehärtbaren Bindemittel zusammengesetzt ist, so wird die Mischung in eine gewöhnlich/e Metallform gegeben und unter einem Druck von 10 - 200 kg/cm ausgeformt. Nach dem Ausformen wird die Mischung 5 Minuten bis 24 Stunden gewöhnlich bei einer Temperatur von 100 - 3000C erhitzt, um ein Härten des darin enthaltenen Bindemittels zu bewirken. Gegebenenfalls kann das Ausformen und das Aushärten durch Erhitzung gleichzeitig vorgenommen werden. Zur Erzielung eines Aushärtens kann das Erhitzen entweder bei einer konstanten Temperatur erfolgen oder aber durch graduelle Erhöhung der Temperatur, ausgehend von gewöhnlicher Temperatur.When the mixture to be sintered is composed of a metal, hollow micro-spherical shells and a thermosetting binder, the mixture is put in an ordinary metal mold and molded under a pressure of 10-200 kg / cm. After molding, the mixture is usually from 5 minutes to 24 hours at a temperature of 100 - 300 0 C is heated to cause curing of the binder contained therein. If necessary, the shaping and the curing can be carried out simultaneously by heating. To achieve hardening, the heating can either take place at a constant temperature or by gradually increasing the temperature, starting from the usual temperature.
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Ein ausgeformter und gehärteter Gegenstand wird dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Metall ausreichend gesintert wird. Die Sinterbehandlung wird gewöhnlich durch 5-60 minütiges Erhitzen des Gegenstandes in einem Ofen, der auf einer Temperatur oberhalb von 50O0O, vorzugsweise auf 700 - 1000°0 gehalten wird, 'durchgeführt. Wenn die verwendeten hohlen Mikrokugelschalen aus einem kohlenstoffhaltigen Material zusammengesetzt sind, so wird die Sinterungsbehandlung vorzugsweise in einer Atmoshäre aus Argon, Wasserstoff oder Helium durchgeführt.A shaped and hardened article is then heated to a temperature at which the metal is sufficiently sintered. The sintering treatment is usually carried out by heating the article for 5-60 minutes in an oven which is kept at a temperature above 50O 0 O, preferably 700-1000 ° 0. If the hollow microsphere shells used are composed of a carbonaceous material, the sintering treatment is preferably carried out in an atmosphere of argon, hydrogen or helium.
Diese S int er ungs behandlung·, ergibt eine poröse, leichtgewichtige Metallzusammensetzung. Die gemäß der vorliegenden ErfindungThis sintering treatment · results in a porous, lightweight Metal composition. According to the present invention
" erhaltene leichtgewichtige Metallzusammensetzung hat einen Aufbau, bei dem die hohlen Mikrokugelschalen homogen in dem Basismetall verteilt sind, welches eine durchgehende Phase bildet. Da der Zwischenraum zwischen den dispergierten körnigen hohlen Mikrokugelschalen kompakt mit Metall ausgefüllt ist, ist die Metallzusammensetzung extrem leichtgewichtig aufgrund der Porosität und weist eine ausgezeichnete Festigkeit j Wärmeisolationseigenschaft und schallschluckende Eigenschaft aufe Die erfindungsgemäße poröse leichtgewichtige Me tall zusammensetzung ist daher^ wie vorstehend bereits beschrieben*, nicht nur für Trennwändep schalldichtes Material und thermisches Isolationsmaterial in Wolkenkratzern, sondern"The resulting lightweight metal composition has a structure in which the hollow microsphere shells are homogeneously distributed in the base metal which forms a continuous phase. Since the space between the dispersed granular hollow microsphere shells is compactly filled with metal, the metal composition is extremely lightweight due to the porosity and has excellent strength j heat insulation property and sound-absorbing property e The porous lightweight metal composition according to the invention is therefore ^ as already described above *, not only for partition walls p soundproof material and thermal insulation material in skyscrapers, but
) auch als Baumaterial für Flugzeuge, Automobile und andere . fahrzeuge in einer großen lielzahl von Anwendungsbereichen torao.oli"bai?D ) also as building material for airplanes, automobiles and others. vehicles in a wide variety of applications torao.oli "bai? D
Anhand der nachfolgenden Beispiele wird, die vorliegend© Erfindung aooh weiter erläßterto Dies© Beispiele dienen jedoch nur zur Erläuter&ngr, ohne ä©n Bereieii d®r- Erfindung su schränke&GWith the help of the following examples, the present invention is also further elaborated, however, these examples are only used for explanation, without any other areas of the invention
Guter IFerweMm&g eines kl®ia@a Heiisli©l~Miao!ierB wurden in einer Irgoaataiosphäre 3?9 g kohlenstoff iialtiger hohler Mikro= alt ®in®M aittl©s?@a IMrsiiiaesser vonGood IFerweMm & g of a kl®ia @ a Heiisli © l ~ Miao! IerB were in an Irgoaataiosphere 3? 9 g carbon-iialtiger hollow micro = alt ®in®M aittl © s? @A IMrsiiiaesser von
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Schüttdichte von 0,12 g/cm und einer hydrostatischen Druckfestigkeit von etwa 50 kg/cm , homogen mit 28 g kugelförmigem Aluminiumpulver mit einem mittleren Durchmesser von 35/U mit frischer Oberfläche und 14 g schuppenförmigem Aluminiumpulver mit einem mittleren Durchmesser von 20/U mit frischer Oberfläche gemischt. Die Mischung wurde unmittelbar darauf in eine kleine heiße Presse gegeben, die mit einer Hochfrequenz-Heizungsvorrichtung versehen war. Der Probenraum hatte einen Durchmesser von 30 mm und eine Höhe von 150 mm und war mit Argon gefüllt. Die Mischung wurde durch 30 Minuten langes Erhitzen auf 700 - 75O0C unter einem Preßdruck von 50 kg/cm gesintert. Die scheinbare Dichte der erhaltenen porösen Material-Zusammensetzung betrug 1,2 g/cm . Das zusammengesetzte Material hatte eine ausgezeichnete Festigkeit trotz seines sehr leichten Gewichtes.Bulk density of 0.12 g / cm and a hydrostatic compressive strength of about 50 kg / cm, homogeneous with 28 g of spherical aluminum powder with an average diameter of 35 / U with a fresh surface and 14 g of flaky aluminum powder with an average diameter of 20 / U with fresh surface mixed. The mixture was immediately placed in a small hot press fitted with a high frequency heating device. The sample space had a diameter of 30 mm and a height of 150 mm and was filled with argon. The mixture was purified by 30 minutes heating at 700 - 75O 0 C sintered under a pressure of 50 kg / cm. The apparent density of the obtained porous material composition was 1.2 g / cm. The composite material had excellent strength in spite of its very light weight.
Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 492 kg/cm (7000 psi) bzw. 21.100 kg/cm2 (300 χ 105 psi).The compressive strength and modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 492 kg / cm (7000 psi) and 21,100 kg / cm 2 (300 χ 10 5 psi), respectively.
Die gleichen kohlenstoffhaltigen hohlen Mikrokugelschalen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind, wurden mit einer gesättigten Lösung von Zinkchlorid in Aceton 30 Minuten lang bei Raumtemperatur behandelt, unter vermindertem Druck getrocknet, mit Aluminiumpulvern in ähnlicher Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, gemischt und gesintert. In diesem Falle wurde ein zusammengesetztes Material mit ausge-The same carbonaceous hollow microsphere shells as described in Example 1 were made with a saturated solution of zinc chloride in acetone treated for 30 minutes at room temperature, dried under reduced pressure, mixed with aluminum powders in a manner similar to that described in Example 1 and sintered. In In this case, a composite material was used with
zeichneter Festigkeit und einer scheinbaren Dichte von 1,2 g/cm durch 30 Minuten langes Erhitzen auf 700 - 75O0C unter einem Formdruck von 50 kg/cm erhalten.recorded strength and an apparent density of 1.2 g / cm by 30 minutes heating at 700 - 75O 0 C under a molding pressure of 50 kg / cm was obtained.
Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrug 506 kg/cm iThe compressive strength and the modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 506 kg / cm · i
(7.200 psi) bzw. 22.820 kg/cm2 (326 χ 105 psi.) ;(7,200 psi) or 22,820 kg / cm 2 (326 10 5 psi.);
5,5 g harte aus Glas bestehende hohle Mikrokugelschalen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 60/\x, einer Schüttdichte 5.5 g hard glass hollow microsphere shells with a mean diameter of about 60 / \ x, a bulk density
1 09884/1360 '1 09884/1360 '
21354U - ίο -21354U - ίο -
von 0,21 g/cm5, einer Teilchendichte von 0,42 g/cm und einer hydrostatischen Druckfestigkeit von 40 kg/cm wurden 20 Minuten lang bei 35O0O mit einer geschmolzenen Mischung von Zinkchlorid und Natriumchlorid (Gewichtsverhältnis 80 : 20) behandelt, um die Oberfläche der Teilchen zu aktivieren und dann in einem kleinen Henshel-Miseher homogen mit 28 g kugelförmigem Aluminiumpulver mit einem mittleren Durchmesser von 35/u und 14g schuppenförmigem Aluminiumpulver mit einem mittleren Durchmesser von 20/U in ähnlicher Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, gemischt.of 0.21 g / cm 5, a particle density of 0.42 g / cm and a hydrostatic compressive strength of 40 kg / cm, 20 minutes at 35O 0 O with a molten mixture of zinc chloride and sodium chloride (weight ratio 80: 20) treated for to activate the surface of the particles and then in a small Henshel mixer homogeneously with 28 g of spherical aluminum powder with an average diameter of 35 / u and 14 g of flaky aluminum powder with an average diameter of 20 / u in a similar manner as in Example 1 is described, mixed.
Die Mischung wurde durch 30 Minuten langes Erhitzen auf 700 - ρ 75O0O unter einem Pormdruck von 40 kg/cm in ähnlicher Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, gesintert und es wurde eine leichtgewichtige Materialzusammensetzung mit einer scheinbaren Dichte von 1,55 g/cm und einer ausgezeichneten Festigkeit erhalten.The mixture was sintered by heating for 30 minutes at 700 - ρ 750 0 O under a pressure of 40 kg / cm in a similar manner as described in Example 1, and a lightweight material composition with an apparent density of 1.55 was obtained g / cm and excellent strength.
Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 429 kg/cm (6.100 psi) bzw. 17.500 kg/cm2 (250 χ 105 psi).The compressive strength and modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 429 kg / cm (6,100 psi) and 17,500 kg / cm 2 (250 10 5 psi), respectively.
Die gleichen kohlenstoffhaltigen hohlen Teilchen, die in Beispiel 1 Anwendung fanden, wurden mit Hilfe eines nichtelektrolytischen Beschichtungsverfahrens mit einer 1/u dicken Kupferschicht überzogen, um hohle Mikrokugelschalen mit einer Schüttdichte von 0,28 g/cnr und einer Teilchendichte von 0,44 g/cnr zu ergeben. Die Teilchen wurden weiterhin mit einer geschmolzenen Mischung von Natriumfluorid und Aluminiumfluorid (Gewichtsverhältnis-36 : 64) behandelt, um die Oberfläche der Teilchen zu aktivieren. 42 g Aluminiumpellets (0,7 mm Durchmesser und 0,7 mm Höhe) mit einer Reinheit von über 99»9 $ wurden dann zugemischt und die Mischung wurde in einen 200 ml Autoklaven aus rostfreiem Stahl gegeben und unter Rühren mit einem alurainiumüberzogenen Rührer erhitzt, um das Aluminium zu schmelzen* Nach dem Schmelzen wurden 10 g der hohlen Mikrokmgelsctealen augegebeix und das Erhitzen wurde unter kräftigemThe same carbonaceous hollow particles used in Example 1 were coated with a 1 / u thick layer of copper using a non-electrolytic plating process to form hollow microsphere shells with a bulk density of 0.28 g / cnr and a particle density of 0.44 g / cm. cnr to result. The particles were further treated with a molten mixture of sodium fluoride and aluminum fluoride (weight ratio -36:64) to activate the surface of the particles. 42 g of aluminum pellets (0.7 mm in diameter and 0.7 mm in height) with a purity of over 99 »9 $ were then admixed and the mixture was placed in a 200 ml stainless steel autoclave and heated with stirring with an alurainium-coated stirrer, to melt the aluminum * After melting, 10 g of the hollow micro-cymes were exposed and the heating was applied vigorously
109884/1360109884/1360
Rühren 30 Minuten lang bei der Schmelztemperatur fprtgesetzt. Die Mischung wurde dann langsam unter 2000C abgekühlt und aus dem Autoklaven entnommen, wobei feine körnige hohle Teilchen erhalten wurden, die aus den hohlen Mikrokugelschalen bestanden, welche gleichmäßig mit Aluminium überzogen waren.Continue stirring for 30 minutes at the melting temperature. The mixture was then slowly cooled to below 200 ° C. and removed from the autoclave, fine granular hollow particles being obtained which consisted of the hollow microsphere shells which were evenly coated with aluminum.
Diese hohlen Teilchen wurden in eine Graphitform gegeben, die einen zylindrischen Querschnitt von 12 mm Durchmesser und eine Höhe von 50 mm aufwies und bei der der Boden und das obere Ende mit Graphitscheiben abgedeckt waren. Die Form wurde zwischen einander gegenüberliegenden Kolben angeordnet und ein Gleichstrom von 5 Volt und 2.000 Ampere sowie ein Hochfrequenzstrom von 5 Volt, 300 Ampere und 1.000 Hz (1.000 c/s) wurden unter einem Druck von 70 kg/cm hindurchgeleitet, wobei ein Erhitzen und ein Sintern bewirkt wurde. Das erhaltene poröse zusammengesetzte Material hatte eine scheinbare Dichte von 1,35 g/cm und eine ausgezeichnete Festigkeit·These hollow particles were placed in a graphite mold having a cylindrical cross section of 12 mm in diameter and a Height of 50 mm and with the bottom and the top were covered with graphite disks. The shape was between arranged opposite pistons and a direct current of 5 volts and 2,000 amperes as well as a high frequency current of 5 volts, 300 amps and 1,000 Hz (1,000 c / s) were passed under a pressure of 70 kg / cm with heating and sintering was effected. The porous composite material obtained had an apparent density of 1.35 g / cm and excellent strength
Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des soThe compressive strength and the modulus of compressive elasticity of the so
erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 548 kg/cm (7.800 psi) bzw. 23.800 kg/cm2 (.340 χ 105 psi).The resulting composite materials were 548 kg / cm (7,800 psi) and 23,800 kg / cm 2 (.340 10 5 psi), respectively.
3,5 g körnige kohlenstoffhaltige hohle Mikrokugelschalen mit einem mittleren Durchmesser von 100/U, einer Schüttdichte3.5 g of granular carbonaceous hollow microsphere shells with a mean diameter of 100 / U, a bulk density
1X ft. 1 x ft.
von 0,12 g/cm , einer Teilchendichte von 0,20 g/cm und einer hydrostatischen Druckfestigkeit von etwa 50 kg/cm , 11 g schuppenförmiges Aluminiumpulver mit einer Reinheit von über 99,0 i* und einem mittleren Durchmesser von 35/U, ein thermohärtender Siliconlack (KR 255, ein Produkt der Shin-etsu Kagaku K.K.) und Tuluol wurden in einem Henshel-Mischer homogen gemischt. Die Mischung wurde in einer Metallpreßform unter einem Druck von bis zu 50 kg/cm zu einer Platte von 10 mm Dicke gepreßt. Die ausgepreßte Platte wurde 4 Stunden in einem Ofen, erhitzt, der auf 2500O gehalten wurde, um ein vollständiges Aushärten des Siliconlackes zu erreichen und um gleichzeitig das Suluol zu entfernen. Diese Platte wurde durch 30 Minuten langes Erhitzen· in einem elektrischen Ofen mit Argon-Atmosphäre auf 75O0C ge-of 0.12 g / cm, a particle density of 0.20 g / cm and a hydrostatic compressive strength of about 50 kg / cm, 11 g of flaky aluminum powder with a purity of over 99.0 i * and an average diameter of 35 / rev , a thermosetting silicone varnish (KR 255, a product of Shin-etsu Kagaku KK) and Tuluol were mixed homogeneously in a Henshel mixer. The mixture was pressed in a metal mold under a pressure of up to 50 kg / cm into a plate 10 mm thick. The extruded sheet was heated for 4 hours in an oven, which was maintained at 250 0 O to complete curing of the silicone coating to reach and simultaneously the Suluol to remove. This plate was overall by 30 minutes long heating · in an electric furnace with an argon atmosphere at 75O 0 C
1 09884/13601 09884/1360
21354U21354U
sintert und es wurde ein zusammengesetztes Aluminiummaterial mit einer Dichte von 1,2 g/cm und einer ausgezeichneten Festigkeit erhalten. Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 4-22 kg/cm2 (6.000 psi) bzw. 17.500 kg/cm2 (250 χ 10 psi).sinters and an aluminum composite material having a density of 1.2 g / cm and excellent strength was obtained. The compressive strength and modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 4-22 kg / cm 2 (6,000 psi) and 17,500 kg / cm 2 (250 10 psi), respectively.
4,6 g harte aus Glas bestehende Mikrokugelschalen mit einem Durchmesser von 60/u, einer Schüttdichte von 0,21 g/cm , einer4.6 g of hard glass micro-spherical shells with a diameter of 60 / u, a bulk density of 0.21 g / cm, one
/ χ
Teilchendichte von 0,42 g/am und einer hydrostatischen Druck-/ χ
Particle density of 0.42 g / am and a hydrostatic pressure
festigkeit von 40 kg/cm ,11g schuppenförmiges Aluminiumpulver ) mit einer Reinheit von mehr als 99,0 i° und einem mittleren Durchmesser von 20/U, 22 g kugelförmiges Aluminiumpulver mit einer Reinheit von über 99»O fi und einem mittleren Durchmesser von 35/u und 6 g eines niederpolymeren des Äthylsilicats (Äthylsilicat 40, ein Produkt der Nippon Korukoto Chemicals Co.)wurden in einem Henshel-Mischer homogen gemischt. Die Mischung wurde in einer Metallpreßform unter einem Druck von 40 kg/cm zu einer Platte von 8 mm Dicke ausgepreßt. Die geformte Platte wurde in einem auf 25O0G gehaltenen Ofen 4 Stunden lang erhitzt, um ein Härten des Äthylsilicats und eine vollständige Entfernung der flüchtigen Zersetzungsprodukte zu bewirken und dann 15 Minuten lang in einem elektrischen Ofen weiter auf 75O0C erhitzt, um k ein zusammengesetztes Material mit einer Dichte von 1,5 g/cm . und einer ausgezeichneten Festigkeit su erhalten.strength of 40 kg / cm, 11g flaky aluminum powder) with a purity of more than 99.0 i ° and an average diameter of 20 / U, 22 g spherical aluminum powder with a purity of over 99 »O fi and an average diameter of 35 / u and 6 g of a low polymer of ethyl silicate (ethyl silicate 40, a product of Nippon Korukoto Chemicals Co.) were homogeneously mixed in a Henshel mixer. The mixture was pressed in a metal mold under a pressure of 40 kg / cm into a sheet 8 mm thick. The molded plate was heated for 4 hours in a maintained at 25O 0 G oven to cause curing of the Äthylsilicats and complete removal of the volatile decomposition products and then 15 minutes further heated in an electric oven at 75O 0 C to k a composite material with a density of 1.5 g / cm. and excellent strength.
Sie Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 259 kg/cm (5.100 psi) bzw, 14.700 kg/cm2 (210 χ 105 psi).The compressive strength and the modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 259 kg / cm (5,100 psi) and 14,700 kg / cm 2 (210 10 5 psi), respectively.
Sie gleichen körnigen kohlenstoffhaltigen hohlen Mikrokugelschalen, wie sie in Beispiel 1 Anwendung fanden, wurden mit Kupfer in eiaer Diolce von etwa 1/u mit Hilfe eines nicht eleJktrolytischen Beschiohtungaverfahrens überzogen. Dabei wurde eine Schüttdichte und eine Seilolienöielite der alt KuOfer über-»They are like granular carbonaceous hollow micro-spherical shells, as they were used in Example 1, with copper in a diolce of about 1 / u with the help of a non-electrolytic Beschiohtung procedure covered. It was a bulk density and a rope foil oil elite of the old KuOfer over- »
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zogenen körnigen hohlen Mikrokugelschalen erhalten, die 0,28 g/cm5 bzw. 0,44 g/cnr betrug.drawn granular hollow microsphere shells which were 0.28 g / cm 5 and 0.44 g / cm 3, respectively.
8,5 g dieser Teilchen, 11g schuppenförmiges Aluminiumpulver, was bereits vorstehend Anwendung fand, 22 g kugelförmiges Aluminiumpulver und 5 g eines niederen Polymeren des Butyltitanats wurden homogen in einem Henshel-Mischer gemischt und8.5 g of these particles, 11 g of flaky aluminum powder, which has already been used above, 22 g of spherical aluminum powder and 5 g of a lower polymer of butyl titanate were mixed homogeneously in a Henshel mixer and
in einer Metallpreßform unter einem Druck von 100 kg/cm ze einer Platte von 9 mm Dicke geformt. Die ausgeformte Platte wurde 5 Stunden lang auf 25O0G erhitzt, um ein vollständiges Aushärten dea Bindemittels zu erreichen und dann durch 30 Minuten langes Erhitzen in einem Ofen mit Argon-Atmosphäre auf 75O0C gesintert, wobei ein zusammengesetztes Material mit einer Dichte von*1,3 g/cm und einer ausgezeichneten Festigkeit erhalten wurde. Die Druckfestigkeit und der Modul der Druckelastizität des so erhaltenen zusammengesetzten Materials betrugen 457 kg/cm2 (6.500 psi) bzw. 20.300 kg/cm2 (290 χ psi).molded in a metal mold under a pressure of 100 kg / cm ze a plate of 9 mm thick. The molded plate was heated for 5 hours at 25O 0 G, in order to achieve a complete curing dea binder and sintered long then replaced by 30 minutes of heating in a furnace with an argon atmosphere at 75O 0 C to obtain a composite material having a density of * 1.3 g / cm and excellent strength. The compressive strength and modulus of compressive elasticity of the composite material thus obtained were 457 kg / cm 2 (6,500 psi) and 20,300 kg / cm 2 (290 χ psi), respectively.
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