DE3237437T1

DE3237437T1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von mikrohohlperlen

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Publication number: DE3237437T1
Application number: DE823237437T
Authority: DE
Inventors: Leonard B. 33577 Sarasota Fla. Torobin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-18
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1983-09-22
Also published as: GB2141398B; GB2094748B; EP0074395A1; EP0074395A4; GB2141398A; AU550749B2; WO1982003197A1; AU8151682A; GB8418119D0; JPS58500361A; IL65241A0; GB2094748A; CA1180859A; US4415512A; ZA821630B

Description

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LEONARD B. TOROBIN .
Sarasota, Florida 33577/ÜSA

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrohohlperlen

Die Erfindung betrifft Mikrohohlperlen, die aus filmbildenden metallischen Materialien erzeugt sind, insbesondere Mikrohohlperlen aus Metallglas, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen der Mikrohohlperlen.

Die Erfindung betrifft ferner Mikrohohlperlen aus Metall in Form von Rotationsellipsoiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Erzeugung.

Speziell betrifft die Erfindung Vakuum-Mikrohohlperlen aus Metall, auf deren Innenwandung ein dünner Metallüberzug vorhanden ist.

Außerdem betrifft die Erfindung aus Metall bestehende Mikrohohlperlen für die Verwendung als Leichtbaustoff, als Füllstoff in Kunststoffen, einschließlich von Schaumkunststoffen, sowie in Beton und Asphalt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung, in dem bzw. der eine Koaxialblasdüse zum Blasen von Mikroperlen aus einer filmbildenden Metallschmelze wird, wobei jede Mikroperle während ihrer Bildung einem periodisch schwingenden, pulsierenden oder schwankenden,

externen Druckfeld ausgesetzt wird, dessen Einwirkung auf die Mikroperle deren Bildung und deren Ablösung von der Blasdüse unterstützt.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blasen von Mikrohohlperlen aus Metallglas durch Verblasen einer Metallglasschmelze mit Hilfe einer Koaxialblasdüse und eines inerten Blasgases oder eines Metalldampfes zum Verblasen des schmelzflussigen Metalls unter Bildung von Mikrohohlperlen aus Metallglas.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blasen von Mikroperlen aus Metallschmelzen mit Hilfe einer Koaxialblasdüse und eines Blasgases, das gegebenenfalls dispergierte Metallteilchen und/oder eine metallorganische Verbindung enthält. Durch die Ablagerung der Metallteilchen bzw. der sich zersetzenden metallorganischen Verbindung wird auf der Innenwandung der Mikroperle ein dünner Metallüberzug gebildet.

Ein von einer Querstrahldüse abgegebener Strom eines indifferenten Treibmittels umströmt die Blasdüse unter einem Winkel zu deren Achse und wirkt auf die filmbildende Metallschmelze während ihres Blasens im Sinne der Bildung der Mikroperle und deren Ablösung von der Koaxialblasdüse ein. Knapp unterhalb der Blasdüse ist eine Abschreckeinrichtung vorgesehen, die ein Abschreckmittel auf die Mikroperlen richtet,'.so daß diese schnell abgekühlt und zum Erstarren gebracht werden.

Speziell betrifft die Erfindung auch die Verwen*- dung der Mikrohohlperlen bzw. Vakuum-Mikrohohlperlen aus Metall bei der Herstellung von hochwertigen Leichtbaustoffen hoher Festigkeit für die Verwendung für Bauzwecke und bei der Herstellung von Produkten, in denen Leichtwerkstoffe

hoher Festigkeit erwünscht oder notwendig sind.

Insbesondere betrifft die Erfindung auch die Verwendung von Mikrohohlperlen aus Metall als Füllstoffe in syntaktischen Schaumstoffen.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrohohlperlensträngen, in denen einander benachbarte Mikroperlen aus Metall durch dünne Metallfäden miteinander verbunden sind, sowie die aus Metall bestehenden Mikroperlenstränge selbst.

In Abhängigkeit von ihrem Durchmesser, ihrer Wandstärke und ihrer Metallzusammensetzung sind die Mikrohohlperlen aus Metall gemäß der Erfindung relativ hohen Außen*- drücken und relativ hohen Gewichtsbelastungen gewachsen. Man kann Mikrohohlperlen aus Metall erzeugen, die hohen Temperaturen gewachsen und gegenüber zahlreichen chemisch wirkenden Substanzen und Witterungsbedingungen beständig sind. Infolge dieser Eigenschaften können die Mikroperlen für die verschiedenartigsten Zwecke verwendet werden.

In den letzten Jahren haben die beträchtliche Erhöhung der Kosten von Grundmaterialien, wie Metallen, Metalllegierungen, Kunststoffen, Kautschukmassen und dergleichen dazu geführt, daß Leichtbaustoffe, Verstärkungsmaterialien und Füllstoffe zu dem Zweck entwickelt und verwendet wurden, die Menge der Grundmaterialien und deren Kostenanteil und das Gewicht der Fertigprodukte zu vermindern.

Mit den bekannten Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metall konnten aber keine Mikroperlen mit einer relativ einheitlichen Größe oder einheitlichen, geringen Wandstärken erzeugt werden, so daß die Erzeugung von Materialien mit gesteuerten, vorhersehbaren Eigenschaften,

insbesondere hinsichtlich der Qualität und der Festigkeit, sehr schwierig war.

Ein bekanntes Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metall ist in der US-PS 4 133 854 (Hendricks) angegeben. In diesem bekannten Verfahren wird in dem Metall, das zur Bildung der Mikroperlen geblasen werden soll, eine Ausgangssubstanz für die Bildung eines Blasgases dispergiert. Dann wird die die Ausgangssubstanz für das Blasgas enthaltende Substanz erhitzt, so daß die genannte Ausgangssubstanz ein Gas bildet, und weiter erhitzt, So daß das Gas expandiert und die das expandierte Gas enthaltende Mikrohohlperle entsteht. Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Hohlperlen aus Metall ist in der US-PS 4 021 167 (Niimi u.a.) angegeben. In diesem Verfahren läßt man einen Strom aus schmeizflüssigen Metall durch eine Düse fallen und führt man den Strahl aus schmelzflüssigem Metall dann durch einen geradlinigen Wasserstrahl, der das schmelzflüssige Metall in Tröpfchen zerteilt, wobei in den Tropfchen aus schmelzflüssigem Metall Wassertröpfchen eingeschlossen werden. Die in den Tröpfchen aus schmelzflüssigem Metall eingeschlossenen Wassertropfchen expandieren, so daß Hohlperlen aus Metall gebildet werden.

Es ist einzusehen, daß es diese Verfahren, insbesondere das Verfahren gemäß der US-PS 4 021 167, nur schwer gesteuert werden können und daß die damit erzeugten Perlen unvermeidlich unterschiedliche Größen und Wandstärken haben, wobei stellenweise relativ dünnwandige Perlen anfallen, sowie Perlen mit Löchern oder Gasbläschen oder Perlen,in deren Wänden Gase gelöst sind, so daß die Mikroperlen eine geringere Festigkeit haben und ein beträchtlicher Anteil der erzeugten Mikroperlen unbrauchbar sind und wieder verworfen oder wiedereingeschmolzen werden müssen. '

Die Erfindung schafft ferner Mikroperlenstränge, die eine einfache und sichere Manipulation der Mikroperlen ermöglichen.

Mit den bekannten Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metall können keine Mikroperlen von einheitlicher Größe und einheitlicher, geringer Wandstärke und keine Mikrohohlperlen aus Metall mit gesteuerten, vorherbestimmbaren physikalischen und chemischen Eigenschaften erzeugt werden.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metall.

Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall bei der Erzeugung von verbesserten Baustoffen und Konstruktionen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzeugung von Mikrohohlperlen aus Metall für die Verwendung als Füllstoffe oder in Füllstoffen.

Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Erzeugung von Mikrohohlperlen aus Metall, die einheitlich starke Wände besitzen, die im wesentlichen frei sind von Gaseinschlüssen oder gelösten Gasen, die Bläschen bilden und/oder entweichen könnten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung von Mikrohohlperlen aus Metall, die gegenüber Wärme, chemisch wirkenden Substanzen und Alkalien im wesentlichen beständig sind.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Verwendung der Mikrohohlperlen aus Metall in syntaktischen Schäumen und/oder Formkörpern.

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Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung von Vakuum-Mikrohohlperlen aus Metall, auf deren Innenwandung ein dünner Metallüberzug vorhanden ist.

Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung in der wirtschaftlichen, einfachen Erzeugung von Mikrohöhlperlen aus Metall, die im Durchmesser, in der Wandstärke und in den Festigkeitseigenschaften im wesentlichen einheitlich sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Verwendung von Mikroperlen aus Metallglas bestehenden Mikroperlen gemäß der Erfindung bei der Herstellung von verbesserten Leichtbaustoffen hoher Festigkeit und/oder der Herstellung von Formkörpern, z.B. von tragenden Teilen und Wandplatten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzeugung von Mikrohohlperlensträngen aus Metall,in denen einander benachbarte Mikroperlen aus Metall durch einen dünnen Metallfaden miteinander verbunden sind.

Schließlich besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall bei der Herstellung von Dämmstoffen und Dämmkonstruktionen.. ..' ■ [ .'■ ' ' : ,,-■■. -·■ ^: ■■'■■':'■■■- ' ν ■; ■■■'■' " — . ' ."■. ' - Ι ?r.■■'-..

Die Erfindung betrifft Mikrohohlperlen aus Metall und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen der Mikroperlen, insbesondere die Verwendung der Mikrohohlperlen aus Metallglas zur Herstellung von verbesserten Leichtbaustoffen und Leichtbaukonstruktionen hoher Festigkeit und für die Verwendung als hochwertige Füllstoffe.

Die Mikroperlen werden aus einer filmbildenden Metallmasse erzeugt und können ein Gas unter relativ niedrigem Druck enthalten. Man kann die Mikroperlen auch derart

erzeugen, daß in ihrem Innern ein Hochvakuum und auf ihrer Innenwandung ein dünner Metallüberzug vorhanden ist.

Man kann die Mikroperlen ferner derart erzeugen, daß sie ein Gas unter einem Druck enthalten, der über oder unter oder etwa auf dem Umgebungsdruck liegt, und daß auf der Innenwandung der Mikroperlen ein dünner Metallüberzug vorhanden ist.

Der Metallüberzug auf der Innenwandung der Mikrohohlperle kann mit dem diese bildenden Metall reaktionsfähig oder ihm gegenüber inert sein.

Man kann die aus Metall bestehenden Mikroperlen gemäß der Erfindung zur Bildung einer Wärmesperre verwenden, indem man aus ihnen Flächengebilde oder Formkörper herstellt, die dann als Wärmesperren verwendet werden.

Zum Erzeugen der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall wird vor einer Koaxialblasdüse ein Film aus schmelzflüssigem Metall gebildet und ein Inertgas oder Metalldampf unter einem überdruck gegen die Innenfläche des Metallfilms geblasen, so daß dieser zu einem aus schmelzflüssigem Metall bestehenden, langgestreckten und an seinem äußeren Ende geschlossenen, zylindrischen Gebilde verformt wird.

Man kann zum Erzeugen der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall auch ein Gas bzw. ein dispergierte Metallteilchen enthaltendes Gas und/oder eine gasförmige metallorganische Verbindung unter einem überdruck gegen die Innenfläche des Metallfilms blasen, so daß dieser zu einem aus schmelzflüssigem Metall bestehenden, langgestreckten und an seinem äußeren Ende geschlossenen, zylindrischen Gebilde verformt wird, wobei in jenem der Blasdüse benachbarten

Bereich, in dem das aus schmelzflüssigem Metall bestehende, langgestreckte zylindrische Gebilde hergestellt wird, ein Gegendruck aufrechterhalten wird, der etwas niedriger ist als der Blasdruck.

Ein von einer Querstrahldüse abgegebener Treibmittelstrom wird unter einem Winkel zur Achse der Blasdüse quer über diese geführt. Das die Blasdüse und das lang-, gestreckte zylindrische Gebilde über- und umstreichende Treibmittel erzeugt auf der Windschattenseite der Blasdüse ein pulsierendes Druckfeld mit regelmäßigen periodischen Seitwärtsschwingungen, die denen einer im Wind flatternden Fahne ähneln.

Zur Unterstützung der Steuerung der Größe der Mikroperlen und des Abstandes zwischen ihnen sowie zur Unterstützung ihres Ablösens von der Blasdüse kann der Querstrahl des Treibmittels durch in regelmäßigen Zeitabständen abgegebene Impulse gesteuert werden.

Das Treibmittel umhüllt das langgestreckte zylindrische Gebilde und wirkt unsymmetrisch auf dieses Gebilde ein und veranlaßt es zu flattern, sich zu falten und sich an seinem der Koaxialblasdüse benachbarten, inneren Ende einzuschnüren und zu schließen. Infolge der Reibungskräfte, die zwischen dem langgestreckten zylindrischen Gebilde und dem es umstreichenden Treibmittel auftreten, wird das langgestreckte zylindrische Gebilde von der Koaxialblasdüse abgelöst, so daß es von dieser frei herunterfällt. Das von dem Treibmittel umstrichene, langgestreckte zylindrische Gebilde trachtet unter der Einwirkung der Oberflächenspannungs-.kräfte des schmelzflüssigen Glases, eine Kugelform anzunehmen, in der es die kleinste Oberfläche hat.

Unterhalb und auf beiden Seiten der Blasdüse sind Abschreckdüsen vorgesehen, die ein Kühlmittel gegen die aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Mikroperlen richten. Dadurch wird das schmelzflüssige Metall schnell abgekühlt und zum Erstarren gebracht, so daß es eine harte, glatte Mikrohohlperle aus Metall bildet. Wenn das zum Blasen der Mikroperlen verwendete Gas aus einem Metalldampf besteht, bewirkt das Kühlmittel, daß der Metalldampf abgekühlt wird und kondensiert und sich auf der Innenwandung der Mikroperle in Form eines dünnen Metallüberzuges ablagert.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Mikroperlen mit einem Klebstoff oder einem Schaumfüllstoff überzogen und durch Flachdrücken zu einem abgeplatteten Rotationsellipsoid oder einem zellenartigen Körper verformt. Danach werden die Mikroperlen in dem flachgedrückten Zustand gehalten, bis der Klebstoff erhärtet, so daß die Mikroperlen danach ihre abgeplattete Form beibehalten. Da zwischen den abgeplatteten Mikroperlen ein viel kleineres Zwischenraumvolumen vorhanden 1st, haben sie viel bessere Wärmedämmeigenschaften.

•Man kann die zum Erzeugen der Mikroperlen verwendeten, filmbildenden metallischen Materialien im Hinblick auf die gewünschten Festigkeitseigenschaften und die gewünschte chemische Beständigkeit und im Hinblick auf die Verwendungszwecke auswählen, für welche die Mikroperlen bestimmt sind.

Wenn das zum Blasen der Mikroperlen verwendete Gas dispergierte Metallteilchen enthält, wird auf der Innenwandung der Mikroperle ein dünner Metallüberzug gebildet. Wenn der Metallüberzug.aus einer gasförmigen metallorganischen Verbindung gebildet werden soll, kann man zum Blasen der

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Mikroperlen ein Gas verwenden, das eine gasförmige metallorganische Verbindung enthält oder aus ihr besteht. Knapp vor dem Blasen der Mikroperlen oder nach dem Erzeugen derselben kann man die metallorganische Verbindung zersetzen, beispielsweise indem man das Blasgas oder die Mikroperlen einer Wärmeeinwirkung und/oder einer elektrischen Entladung aussetzt.. ■ ■ ■. -' " '■-. '■ ■' . ■■■"■','■.■

In den Mikroperlenstrangen sind einander benachbarte Mikroperlen durch einen dünnen Metallfaden verbunden. Man kann das Verfahren zum Erzeugen von Mikroperlenstrangen in der nachstehend ausführlicher beschriebenen Weise derart durchführen, daß Stränge von Mikroperlen in Form von Rotationsellipsoiden erhalten werden. Man kann auch die Mikroperlen der Stränge zu abgeplatteten Rotationsellipsoiden flachdrücken. Durch die Verbindungsfäden wird die Berührungsfläche zwischen einander benachbarten Mikroperlen verkleinert oder beseitigt und die Wärmeleitung zwischen den Mikroperlen vermindert. In Strangform vorliegende Mikroperlen können auch leichter manipuliert werden und werden weniger leicht verstreut, was besonders bei Mikroperlen von sehr kleinem Durchmesser oder sehr niedriger Dichte wichtig ist. Gegenüber dem bloßen Hinzufügen von Fäden haben die in Strangform vorliegenden Mikroperlen den Vorteil, daß sich die endlosen Fäden in dem System, in dem sie verwendet werden, nicht abzusetzen trachten. ■ ■'.'■ _; ^v: ' ■' -.'■ ■ -'■;■■ ■■; ;:Λ

Durch die Erfindung werden zahlreiche der Prpblente gelöst, die bei den bisherigen Versuchen zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metall aufgetreten sind. Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung können V Mikrohohlperlen aus Metall mit vorherbestimmten Eigenschaften erzeugt werden, so daß es möglich wird, verbesserte Leichtbaustoffe und Leichtbaukonstruktioneh von hoher Festig-

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keit und hochwertige Füllstoffe für ganz bestimmte Zwecke zu entwickeln und herzustellen. Durch sorgfältige Auswahl der Bestandteile des metallischen Materials und sorgfältige Steuerung des Inertgas- oder Metalldampfdruckes und der Temperatur, Viskosität, Oberflächenspannung und Dicke des schmelzflüssigen Metallfilms, aus dem die Mikroperlen hergestellt werden, kann man den Durchmesser und die Wandstärke der Mikroperlen, sowie deren Einheitlichkeit, Festigkeitseigenschaften und chemische Beständigkeit vorherbestimmen. Die Mikroperlen können in ihrem Innern ein Inertgas enthalten, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt und zum Blasen der Mikroperle verwendet wurde, oder es kann im Innern der Mikroperle ein Hochvakuum vorhanden sein, das durch die Kondensation eines Metalldampfes erzeugt worden ist, der zum Blasen der Mikroperle verwendet wurde.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen die wirtschaftliche Verwendung von aus Metall bestehenden Mikrohohlperlen zur Herstellung eines preisgünstigen Leichtbaustoffes von hoher Festigkeit für alltägliche Zwecke.

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglichen ferner die Erzeugung von Mikrohohlperlen aus Metall zu günstigen Preisen und in großen Mengen.

Mit Hilfe der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung können Mikrohohlperlen bzw. Vakuum-Mikrohohlperlen aus Metall in großen Mengen wirtschaftlich erzeugt werden.

Im Vergleich mit den bekannten Verfahren, in denen ein zunächst flüssiges oder festes Treibmittel verwendet wird, kann man in dem Verfahren und der Vorrichtung

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gemäß der Erfindung höhere Temperaturen verwenden, weil kein expandierbares und/oder zersetzbares Treibmittel verwendet wird. Bestimmte Metallmassen haben bei den dadurch ermöglichten, höheren Blastemperaturen eine niedrigere Viskosität, die bewirkt, daß die erzeugten Mikrohohlperlen infolge der Wirkung der Oberflächenspannungskräfte in ihrer Wandstärke, in ihrer Kugelform und in ihrem Durchmesser viel einheitlicher sind.

In dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die verschiedenartigsten Blasgase und Blasgasbestandteile und darin enthaltene und in den Mikroperlen einzuschließende Substanzen verwendet werden.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Blasen von Mikrohohlperlen aus Metall mit Hilfe eines aus einem Metalldampf bestehenden oder ihn enthaltendes Blasgases, so daß in der erzeugten Mikroperle ein Hochvakuum vorhanden ist. Im Rahmen der Erfindung können dem aus Metalldampf bestehenden oder ihn enthaltenden Blasgas kleine Mengen von ausgewählten Metalldämpfen hinzugefügt werden, beispielsweise Alkalimetalldämpfe, die als Getter wirken, d.h., daß sie mit gasförmigen Spurenelementen reagieren, die bei der Bildung der Mikroperle aus dem Film aus schmelzflüssigem Metall entweichen können. Diese ausgewählten Metalldampfe gettern etwa entwickelte Gase und gewährleisten die Aufrechterhaltung des Hochvakuums in Innern der Mikroperle.

Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung können für Bau-, Dämm- und/oder Füllstoffe verwendete Mikrohohlperlen aus Metall hergestellt werden, die hinsichtlich ihres Durchmessers, ihrer Wandstärke, ihrer Festigkeit, ihrer chemischen und Witterungsbeständigkeit und ihrer Gasdurchlässigkeit vorherbestimmte Eigenschaften haben, so daß für bestimmte Zwecke geeignete, hochwertige Systeme entwickelt und hergestellt werden können. Dabei

werden die Mikrohohlperlen aus Metall derart erzeugt, daß sie frei sind von Schließvorsprüngen.

Nachstehend werden das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Erzeugen von Mikroperlen für die Verwendung als Bau- und/oder Füllstoffe oder in denselben anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile bezeichnen.

Figur 1 zeigt Im Querschnitt eine Vorrichtung mit mehreren Koaxialblasdüsen zur Abgabe des Blasgases zum Blasen von Mikrohohlperlen aus Metall, ferner eine Querstrahldüse zur Abgabe eines Treibmittels, das die Bildung der Mikroperlen und deren Ablösung von den Blasdüsen unterstützt, und eine Einrichtung zur Abgabe eines Abschreckmediums zum Abkühlen der Mikroperlen.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab im Querschnitt ein Detail der Düsenanordnung der Vorrichtung gemäß Figur und

Figur 3 ebenfalls im Querschnitt als Detail eine gegenüber der Figur 2 abgeänderte Blasdüse mit verjüngtem unterem Ende und mit einer Heizwicklung.

Figur 3 a zeigt im Querschnitt ein Detail einer abgeänderten Querstrahldüse mit einer abgeflachten Düsenöffnung, sowie die Blasdüse gemäß Figur 3,

Figur 3 b in einer Draufsicht die abgeänderte Querstrahldüse und die Blasdüse gemäß Figur 3a,

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Figur 3 c die Verwendung der Einrichtung gemäß Figur 3 b zum Erzeugen von Strängen von Mikrohohlperlen aus Metall,

Figur 4 im Querschnitt eine gegenüber der Figur abgeänderte Blasdüse mit erweitertem unterem Teil,

Figur 5 im Querschnitt eine zu einem Formkörper geschweißte gesinterte oder verklebte Masse aus kugeligen Mikrohohlperlen aus Metall,

Figur 6 im Querschnitt eine Masse aus Strängen von Mikrohohlperlen aus Metall in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden, die zur Bildung eines Formkörpers geschweißt, gesintert oder miteinander verklebt sind, wobei eine Berührung zwischen den Wänden von Mikroperlen durch Fäden verhindert wird,

Figur 7 im Querschnitt eine aus kugeligen Mikrohohlperlen aus Metall bestehende Bauplatte, in der die Zwischenräume zwischen den Mikrohohlperlen mit einem geschmolzenen Metallpulver oder einem gehärteten erstarrten schmelzflüssigem Metall oder einem Kunststoff gefüllt sind.

Figur 7 a zeigt im Querschnitt eine aus Mikrohohlperlen aus Metall in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden bestehende Bauplatte, in der die Zwischenräume zwischen den Mikrohohlperlen mit einem geschmolzenen Metallpulver oder einem erstarrten schmelzflüssigen Metall oder einem Kunststoff gefüllt sind.

Figur 7 b zeigt im Querschnitt eine aus Strängen von Mikrohohlperlen aus Metall in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden bestehende Bauplatte, in der die

Zwischenräume zwischen den Mikrohohlperlen mit einem geschmolzenen Metallpulver oder einem erstarrten schmelzflüssigen Metall oder Kunststoff gefüllt sind und die Fäden sich durch die Zwischenräume erstrecken und eine Berührung der Wände der Mikroperlen miteinander verhindern.

Figur 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Dicke des auf der Innenwandung der Mikrohohlperle vorhandenen, beispielsweise aus Zink bestehenden, dünnen Metallüberzuges, dem Blasdruck des Metalldampf-Blasgases und dem Durchmesser der Mikroperle. Dieses Diagramm beruht auf der Annahme, daß der Innen- und der Außendurchmesser der Mikroperle ungefähr gleich sind.

Zunächst sei die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 4 erläutert.

In den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen ist eine Wanne 1 gezeigt, die eine filmbildende Metallschmelze 2 enthält und aus einem feuerfesten Werkstoff hergestellt ist und auf nicht gezeigte Weise geheizt wird. Im Boden 3 der Wanne 1 sind mehrere öffnungen 4 vorgesehen, durch welche die Metallschmelze 2 zu Koaxialblasdüsen 5 gelangt. Die Koaxialblasdüse 5 kann getrennt hergestellt werden oder aus einem abwärtsgerichteten Fortsatz des Bodens 3 der Wanne 1 bestehen. Die Koaxialblasdüse 5 besteht aus einem inneren Düsenrohr 6, dessen Mündung mit 6a bezeichnet ist und das zur Abgabe von Blasgas, z.B. eines inerten oder Metalldampf-Blasgases dient, und aus einem äußeren Düsenrohr 7, dessen Mündung mit 7a bezeichnet ist und das zur Abgabe einer Metallschmelze dient. Das innere Düsenrohr 6 ist koaxial in dem äußeren Düsenrohr 7 angeordnet, so daß zwischen den Düsenrohren 6 und 7 ein Ringkanal 8 für die Metallschmelze 2 vorhanden ist. Die Mündung 6a des inneren

Düsenrohrs 6 ist knapp oberhalb der Ebene der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 angeordnet.

Die in dem Ringspalt 8 unter annähernd atmosphärischem Druck oder unter einem höheren Druck abwärtsströmende Metallschmelze 2 füllt den Raum zwischen den Düsenmündungen 6a und 7a aus und bildet dort unter der Einwirkung der Oberflächenspannungskräfte der Metallschmelze einen ausschmelzflüssigem Metall bestehenden, dünnen Film 9, der sich über den Düsenmündungen 6a und 7a erstreckt.

über den Verteiler 11 und das innere Düsenrohr 6 wird mit der Innenfläche des schmelzflüssigen Metallfilms 9 ein Blasgas 10 in Berührung gebracht, das aus einem Inertgas oder einem Metalldampf bestehen und/oder dispergierte Metallteilchen enthalten kann und das auf nicht dargestellte Weise annähernd auf die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls erhitzt wird und dessen Druck höher ist als der Druck der Metallschmelze an der Blasdüse. Unter der Einwirkung des Überdruckes des Blasgases bzw. Metalldampfes wird der Film aus schmelzflüssigem Metall zu einem aus schmezlflüssigem Metall bestehenden, langgestreckten zylindrischen Gebilde 12 verfprmt, das mit dem Blasgas bzw. dem Metalldampf 10 gefüllt ist und das an seinem äußeren Ende geschlossen ist und an seinem inneren Ende an den Umfängsrand der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 anschließt. In dem das langgestreckte zylindrische Gebilde aus dem schmelzfluss igen Metall aufnehmenden Raum im Bereich der Blasdüse wird ein Gas- bzw. Tnertgasdruck aufrechterhalten, der etwas niedriger ist als der Druck des Blasgases. Mit Hilfe der dargestellten Koaxialdüse kann man Mikroperlen herstellen, deren Durchmesser als Drei- bis Fünffache des Innendurchmessers der Düsenmündung 7a beträgt. Diese Koaxialdüse ist besonders zum Blasen von niedrigviskosen Metallschmelzen geeignet.

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Eine Querstrahldüse 13 gibt ein inertes Treibmittel 14 ab, das auf nicht gezeigte Weise auf die Temperatur der Metallschmelze 2 oder eine etwas höhere oder niedrigere Temperatur erhitzt worden ist. Das Treibmittel 14 wird der Querstrahldüse 13 über eine Verteilerleitung 15 zugeführt und strömt von der Düsenmündung 13a der Querstrahldüse 13 zu der Koaxialblasdüse 5. Dabei ist die Querstrahldüse 13 so orientiert, daß das Treibmittel in dem Bereich der Düsenmündung 7a und in dem anschließenden Bereich, in dem die Mikroperlen gebildet werden, die Blasdüse 5 umstreicht. Infolgedessen erzeugt das Treibmittel 14 auf der Windschattenseite der Blasdüse 5 ein pulsierendes oder schwankendes Druck feld.

Das das langgestreckte zylindrische Gebilde 12 umstreichende Treibmittel 14 bewirkt, daß das zylindrische Gebilde 12 flattert und sich faltet und sich an seinem inneren Ende, an einer der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 umgebenden Stelle 16, einschnürt und schließt. Unter der Einwirkung der zwischen dem Treibmittel 14 und dem langgestreckten zylindrischen Gebilde 12 auftretenden Reibungskräfte wird das zylindrische Gebilde 12 von der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 abgelöst, so daß das zylindrische Gebilde abfallen kann und von der Düse 5 wegtransportiert wird. Unter der Einwirkung der Oberflächenspannungskräfte des schmelzflüssigen Metalls auf das von der Blasdüse 5 abgelöste zylindrische Gebilde 12 trachtet dieses, die Form anzunehmen, in der es die kleinste Oberfläche hat, und verformt es sich infolgedessen zu einer kugeligen Mlkrohohlperle 17 aus schmelzflüssigem Metall.

Unter der Koaxialblasdüse 5 und auf beiden Seiten derselben sind Abschreckdüsen 18 angeordnet, die aus ihren Mündungen 18a an die Mikroperlen 17 aus schmelzflüssigem

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Metall ein Kühlmittel 19 abgeben, so daß das schmelzflüssige Metall schnell abkühlt und erstarrt und eine harte, glatte Mikrohohlperle aus Metall erhalten wird. Das Kühlmittel 1.9 dient auch zum Transport der Mikrohohlperle aus Metall von der Koaxialblasdüse 5 weg. Wenn als Blasgas zum Blasen der Mikroperlen ein Metalldampf verwendet wird, bewirkt das Kühlmittel, daß dieser Metalldampf abgekühlt wird und kondensiert und auf der Innenwandung der Mikroperle einen dünnen Metallüberzug 20 bildet. Die abgekühlten und erstarrten Mikrohohlperlen aus Metall werden auf geeignete, nicht gezeigte Weise gesammelt.

In der Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher der untere Teil 21 des äußeren Düsenrohrs 7 abwärts verjüngt ist. Die Koaxialblasdüse 5 besteht wieder aus einem inneren Düsenrohr 6 mit der Düsenmündung 6a und einem äußeren Düsenrohr 7 mit der Düsenmündung 7a'. Man erkennt in Figur 3 ferner das aus schmelzflüssigem Metall bestehende, langgestreckte zylindrische Gebilde 12 und dessen eingeschnürten Teil 16. In dieser Figur erkennt man ferner eine Heizwicklung 8a, mit deren Hilfe die Temperatur der filmbildenden Metallschmelze bis zu dem Zeitpunkt, in der sie zur Bildung der Mikrohohlperlen aus Metall geblasen wird, genau gesteuert werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung des verjüngten Düsenteils 21 die Bildung eines dünnen Films 9' aus schmelzflüssigem Metall in dem Bereich zwischen der Mündung 6a des inneren Düsenrohrs 6 und der Mündung 7a' des äußeren Düsenrohrs 7 merklich unterstützt werden kann. Unter der Einwirkung des Druckes der Metallschmelze 2 drückt die Innenwandung 22 des verjüngten Teils 21 des äußeren Düsenrohrs 7 die Metallschmelze 2 durch den engen Spalt, der zwischen dem Außenrand der Düsenmündung 6a, d.h., dem

Außenrand des inneren Düsenrohrs 6, und der Innenwandung 22 vorhanden ist. Auf diese Weise wird der aus schmelzflüssigem Metall bestehende dünne Film 9¹ gebildet, der sich über die Düsenmündungen 6a und 7a' erstreckt. In dieser Ausführungsform beruht die Bildung des Films 9' aus schmelzflüssigem Metall somit nicht nur auf der Wirkung der Oberflächenspannung des schmelzflüssigen Metalls. Mit Hilfe der in Figur 3 gezeigten Koaxialdüse kann man Mikroperlen erzeugen, deren Durchmesser das Drei- bis Fünffache des Durchmessers der Düsenöffnung 7a der Koaxialdüse 7 beträgt, und kann man insbesondere Mikroperlen von kleinerem Durchmesser erzeugen als mit der Vorrichtung gemäß Figur 2. Diese Düse eignet sich besonders zum Verblasen von hochviskosen Metallschmelzen.

Der Durchmesser der Düsenöffnung 7a' bestimmt den Durchmesser der Mikroperle. In der Vorrichtung gemäß Figur kann man ein äußeres Düsenrohr 7 und ein inneres Düsenrohr mit größerem Innendurchmesser verwenden, so daßdie Gefahr eines Verlegens der Koaxialdüse im Betrieb geringer ist. Diese Merkmale sind besonders vorteilhaft, wenn das Blasgas dispergierte Metallteilchen enthält und/oder die Metallmasse zusätzliche Materialteilchen enthält.

In den Figuren 3a und 3b ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in der die Querstrahldüse 13 einen abgeflachten äußeren Teil besitzt, der eine allgemein rechteckige oder ovale Düsenmündung 13a bildet. Die Düsenmündung 13a kann unter einem Winkel zu einer Linie angeordnet sein, die durch die Mittellinie der Koaxialdüse 5 gezogen ist. Bevorzugt wird der in der Zeichnung dargestellte Winkel von etwa 90° zu der Mittellinie der Koaxialdüse 5.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung des abgeflachten QuerStrahls des Treibmittels bei einer gegebenen Geschwindigkeit bewirkt, daß die Wirkung des pulsierenden Druckfeldes konzentriert und die Amplitude der DruckSchwankungen vergrößert wird, die in dem Bereich, in dem die hohlen Mikroperlen erzeugt werden, auf der Windschattenseite der Blasdüse 5 auftreten. Wenn man den abgeflachten Querstrahl verwendet und dadurch die Amplitude der DruckSchwankungen erhöht, wird die auf das zylindrische Gebilde 12 ausgeübte Einschnürwirkung verstärkt. Dadurch wird das Schließen des zylindrischen Gebildes 12 an seinem eingeschnürten inneren Ende 16 und das Ablösen des zylindrischen Gebildes 12 von der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 erleichtert.

In der in Figur 3c gezeigten Ausführungsform werden Mikrohohlperlen aus Metall in Strangform durch Verblasen einer hochviskosen Schmelze aus filmbildendem Metall erzeugt. Das langgestreckte zylindrische Gebilde 12 und die Mikroperlen 17a, 17b und 17c aus Metall sind durch dünne Glasfaden 17d miteinander verbunden. Man erkennt in der Zeichnung, daß während der von der Blasdüse 5 fortschreitenden Bewegung der Mikroperlen 17a, 17b und 17c das langgestreckte zylindrische Gebilde 12 Oberflächenspannungskräften unterworfen und dadurch allmählich zu dem allgemein kugeligen Gebilde 17a, dem der Kugelform stärker angenäherten Gebilde 17b und schließlich der kugelförmigen Mikroperle 17c verformt wird, Mit zunehmendem Abstand zwischen den Mikroperlen und Fäden einerseits und der Blasdüse 5 andererseits bewirken diese Oberflächenspannungskräfte auch eine allmähliche Herabsetzung des Durchmessers der Verbindungsfäden 17d. Die so erhaltenen Mikrohohlperlen 17a, 17b und 17c aus Metall sind miteinander durch dünne Fadenstücke 17d verbunden, die im wesentlichen gleich lang sind und stetig in die Mikroperlen aus Metall übergehen.

Die in den Figuren 3, 3a, 3b und 3c dargestellten Vorrichtungen haben eine Wirkungsweise, die der vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläuterten ähnelt.

In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Koaxialdüse 7 in ihrem unteren Teil mit einer knollenförmigen Verdickung 23 versehen, die dem äußeren Düsenrohr 7 eine kugelförmige Gestalt verleiht. In dieser Ausführungsform ist wie in den vorherigen Ausführungsformen eine Koaxialblasdüse 5 vorgesehen, die aus dem inneren Düsenrohr 6 mit der Mündung 6a und dem äußeren Düsenrohr 7 mit der Mündung 7a besteht. In Figur 4 erkennt man ebenfalls den zu einem langgestreckten zylindrischen Gebilde verformten, schmelzflüssigen Film 12 mit dem eingeschnürten Teil 16.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung der knollenförmigen Verdickung 23 bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Treibmittels 14 (Figur 2) bewirkt, daß die Amplitude der Druckschwankungen vergrößert wird, die in dem Bereich, in dem die hohlen Mikroperlen erzeugt werden, auf der Windschattenseite der Blasdüse 5 auftreten. Wenn man die knollenförmige Verdickung 23 verwendet und dadurch die Amplitude der Druckschwankungen erhöht, wird die auf das zylindrische Gebilde 12 ausgeübte Einschnürwirkung verstärkt. Dadurch wird das Schließen des zylindrischen Gebildes 12 an seinem eingeschnürten inneren Ende 16 und das Ablösen des zylindrischen Gebildes 12 von der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 erleichtert. Bei Verwendung einer Verdickung 23 wird der Querstrahl 13 so ausgerichtet, daß eine durch seine Mittelachse gehende Gerade auch durch den Mittelpunkt der Verdickung geht.

In der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann das Ablösen des zylindrischen Gebildes 12

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von der Düsenmündung 7a auch durch einen Schlagarm 24 unterstuzt werden, der an einer nicht gezeigten Spindel befestigt ist. Wenn diese rotiert, greift der Schlagarm 24 an dem eingeschnürten Teil 16 des langgestreckten zylindrischen Gebildes 12 an und unterstützt auf diese Weise das Verschließen des zylindrischen Gebildes 12 an seinem eingeschnürten inneren Ende 16 und das Ablösen des zylindrischen Gebildes 12 von der Mündung 7a des äußeren Düsehrohrs 7. Der Schlagarm 24 wird so angetrieben, daß er pro gebildeter Mikrohohlperle etwa eine Umdrehung ausführt, wobei seine Drehzahl 2 bis 1500, vorzugsweise 10 bis 800 und insbesondere 20 bis 400 Umdrehungen pro Sekunde betragen kann. Entsprechend werden pro Sekunde 2 bis 1500, vorzugsweise 10 bis 800 und insbesondere 20 bis 400 Mikroperlen aus filmbildendem Metall hergestellt.

Im übrigen ähnelt die Wirkungsweise der in Figur gezeigten Vorrichtung der vorstehend anhand der Figuren 1, 2 und 3 beschriebenen.

Man kann die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausgestaltungen der Erfindung je nach den Erfordernissen einzeln oder in verschiedenen Kombinationen verwenden. Die ganze Vorrichtung kann in einem nicht gezeigten Hochdruckbehälter eingeschlossen sein, so daß das Verfahren unter einem überdruck durchgeführt werden kann.

Die Figuren 5 bis 7 werden nachstehend anhand der Beispiele beschrieben.

FILMBILDENDE METALLISCHE MATERIALIEN

Die stoffliche Beschaffenheit der filmbildenden metallischen Materialien, aus denen die erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall hergestellt werden, insbesondere

die Zusammensetzung des Metallglases, kann in einem weiten Bereich so ausgewählt werden, daß die gewünschten physikalischen Eigenschaften zum Erhitzen des Ausgangsmaterials, zum Verblasen der Schmelze und zum Formen, Abkühlen und Härten der Mikroperlen erhalten werden, sowie die gewünschten Eigenschaften der erzeugten Mikrohohlperlen aus Metall hinsichtlich ihres Gewichts, ihrer Festigkeit und Gasdurchlässigkeit.

Man kann metallische Materialien wählen, die nach ihrer Abkühlung und Erstarrung eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine solche Festigkeit haben, daß die ein Hochvakuum enthaltenden Mikroperlen dem atmosphärischen Druck gewachsen sind. Aus der Metallschmelze können harte Mikroperlen erzeugt werden, die bei der Berührung mit benachbarten Mikroperlen an den Berührungsstellen im wesentlichen keinem Abrieb und keiner sonstigen Schädigung ausgesetzt sind und die auch durch die Einwirkung von Feuchtigkeit, Wärme und/oder Witterungseinflüssen nicht geschädigt werden.

In den metallischen Materialien können je nach dem Verwendungszweck der Mikroperlen die verschiedenartigsten Bestandteile enthalten sein, zu denen auch natürlich vorkommende Verunreinigungen in kleinen Mengen gehören können.

Man kann die Bestandteile der metallischen Materialien so auswählen und vermengen, daß die erhaltenen Glasperlen eine hohe Beständigkeit gegenüber korrodierend bzw. chemisch wirkenden Gasen und gegenüber Alkalien und Witterungiseinf lüssen besitzen und dem Ein- und Ausdiffundieren von Gasen einen hohen Widerstand entgegensetzen, daß ihre Wände im wesentlichen frei sind von Gaseinschlüssen oder gelösten Gasen, die Gasblasen bilden könnten, und daß sie im erhärteten bzw. erstarrten Zustand eine solche Festigkeit haben, daß sie einer beträchtlichen Gewichts- und/oder Druckbelastung gewachsen sind.

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Die Mikroperlen gemäß der Erfindung sind bei der Berührung mit benachbarten Mikroperlen an den Berührungsstellen im wesentlichen keinem Abrieb und keiner sonstigen Schädigung ausgesetzt und werden auch durch die Einwirkung von Feuchtigkeit, Wärme und/oder Witterungseinflüssen nicht geschädigt.

Die stoffliche Beschaffenheit des fumbildenden metallischen Materials wird so gewählt, daß sein Schmelzbzw. Fließpunkt relativ hoch und daß die Differenz zwischen dem Schmelz- bzw. Fließpunkt und dem Erstarrungspunkt relativ klein ist. Ferner soll die Viskosität der metallischen Materialien bei abnehmender Temperatur relativ schnell zunehmen, damit die Wände der Mikroperlen erstarren, erhärten und sich verfestigen, ehe das Volumen und der Druck des im Innern der Perle vorhandenen Blasgases so stark.abgenommen haben, daß die Mikroperle zusammengedrückt werden würde.

Man kann den metallischen Materialien chemische Mittel zusetzen, welche die Viskosität der Materialien derart verändern, daß die zum Blasen der Mikroperlen erwünschten Viskositäten erhalten werden.

Mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann man Mikroperlen aus geeigneten filmbildenden metallischen Materialien blasen, beispielsweise aus Metallglaslegierungen, wenn diese metallischen Materialien bei der Temperatur, bei der die Mikroperlen geblasen werden, eine so hohe Viskosität haben, daß das geblasene Metall ein stabiles, langgestrecktes zylindrisches Gebilde bildet, das anschließend unter Bildung der Mikroperle in Form einer Kugel oder eines Rotationsellipsoids abgelöst wird und bei rascher Abkühlung einen harten Film bildet.

Je nach der stofflichen Beschaffenheit der gemäß der Erfindung verwendeten fumbildenden metallischen Materialien, z.B. der Metallglaslegierungen, der Wandstärke der Mikroperlen und der Abschreckgeschwindigkeit können die filmbildenden metallischen Materialien polykristalline, teilweise polykristalline und teilweise amorphe feste Wände und im wesentlichen oder vollkommen amorphe feste Wände bilden.

Die zur Bildung im wesentlichen oder vollkommen amorpher Feststoffe erforderlichen Abschreckgeschwindigkeiten !eigen im Bereich von 10 bis 10 ⁰C pro Sekunde. Eine bevorzugte Ausführungsvorm der Erfindung sind Metallglas-Mikroperlen t die aus Materialien hergestellt werden, die bei rascher Abkühlung im wesentlichen amorphe Feststoffe bilden.

Die zur Bildung der Mikroperlen zu verwendenden metallischen Materialien werden derart ausgewählt und können derart behandelt und/oder mit anderen Materialien, z.B. anderen Metallen, gemischt werden, daß ihre Viskosität und/ oder Oberflächenspannungseigenschaften derart eingestellt werden, daß die Metalle bei den gewünschten Blastemperaturen stabile Filme bilden, und daß sie geeignet sind, Mikrohohlperlen aus Metall in der gewünschten Größe und mit der gewünschten Wandstärke zu bilden.

Zur Unterstützung des Blasens und der Bildung der Mikroperlen aus Metall und zur Beeinflussung der Oberflächenspannung und der Viskosität der Perlen kann man dem metallischen Material geeignete Tenside zusetzen, beispielsweise kolloidale Teilchen aus unlöslichen Substanzen und Viskositätsstabilisatoren.

In einer Ausfuhrungsform der Erfindung werden als filmbildendes metallische Materialien Metallgläser ver-

-geDabei werden als Metallgläser jene Metallegierungen und sonstigen metallischen Materialien bezeichnet, die bei rascher Abkühlung von einer über ihrer Liquidustemperatur liegenden Temperatur auf eine unter ihrer Glasübergangstemperatur liegende Temperatur amorphe Feststoffe bilden können.

Dabei wird als Liquidustemperatur die Temperatur bezeichnet, bei der sich die Flüssigkeits- und die Kristallphase einer Metallegierung im Gleichgewicht befinden können, d.h., als die Temperatur, bei der bei der Abkühlung der Flüssigkeit die kristalline Phase erstmalig auftreten kann.

Als Glasübergangstemperatur wird die Temperatur bezeichnet, bei der die Konfiguration der Atome der Metallegierung unter Bildung eines amorphen Festkörpers eingefroren wird.

Zur Bildung von Metallgläsern muß man die schmelzfiüssige Metallegierung schnell von einer Temperatur im Bereich der knapp oberhalb der Liquidustemperatur mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 10 ⁰C pro Sekunde auf oder unter die Glasübergangstemperatur abkühlen. Einige Metallgläser oder glasartige Metallegierungen können etwa bei ihrer Liquidustemperatur Viskositäten von etwa 10 Poise haben. Bei der Glasübergangstemperatur steigt die Viskosität der

15 Metallglaslegierung schnell auf etwa 10 Poise. Werkstoffe mit einem so hohen Formänderungswiderstand sind so starr, daß sie als Feststoffe angesehen werden können, und werden hier als Feststoffe bezeichnet.

Es gibt die verschiedenartigsten Metallglaslegierungen, die zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus Metallglas mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden können. Man kann die Metallglasliegierungen in folgende Gruppen einteilen:

(1) Metall-Metalloid-Legierungen (z.B. Fe_fi P₁^C₇ und FeQ₀B₀) - dabei geben die Zahlen Atomprozente an -

(2) Übergangsmetallegierungen (z.B_f Cu₆₀Zr₄₀ und Ni₆₀Nb₄₀) und

(3) einfache Metallegierungen (z.B. Ca^₁-Al₀.- und Ca_ct-Zu__) .

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Zu den bekannten Metallglaslegierungen gehören auch Edelmetalllegierungen (z.B. Pd₈₀Si₂₀), Erdalkalimetallegierungen (z.B. Ca₇₀Mg^₀), Legierungen der Metalle der seltenen Erden (z.B. La₇₆Au₂₄) und Actinoidlegierungen (z.B. U₇ Cr ).

In zahlreichen Veröffentlichungen und Patentschriften werden verschiedene Metallglaslegierungen beschrieben,' die zur Bildung von teilweise, im wesentlichen oder Vollständig amorphen Feststoffen geeignet sind.

In der US-PS 3 856 513 (Chen u.a.) werden Metallglaslegierungen beschrieben, die zur Bildung von amorphen Feststoffen geeignet sind. Die angegebenen dort angegebenen Legierungen können (a) 75 bis 80 Atomprozent Eisen, Nickel, Chrom, Kobalt oder Vanadium und Gemische derselben, (b) 19 bis 22 Atomprozent Phosphor, Kohlenstoff und Bor und Gemische derselben und (c) 1 bis 3 Atomprozent Aluminium, Antimon, Beryllium, Germanium, Indium, Zinn und Silicium und deren Gemische enthalten.

In der US-PS 3 986 867 (Masumoto u.a.) sind Metallglaslegierungen beschrieben, die amorphe Legierungen von hoher Hitzebeständigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit und mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bilden können. Die angegebenen Legierungen enthalten (a) 1 bis 40 Atomprozent Chrom, (b) 7 bis 35 Atomprozent mindestens eines der Elemente Kohlenstoff, Bor und Phosphor und (c) Rest Eisen.

In der ÜS-PS 4 366 638 (Ray u.a.) sind binäre amorphe Legierungen von Eisen oder Kobalt und Bor angegeben, die eine hohe mechanische Härte besitzen und magnetisch weich sind. Diese Legierungen enthalten (a) 75 bis 85 Atomprozent Eisen oder Kobalt und (b) 15 bis 25 Atomprozent Bor.

In den US-PSen 4 210 443 und 4 221 592 (Ray) sind ebenfalls zur Bildung von amorphen Feststoffen geeignete Metall· glaslegierungen angegeben.

Auf die Offenbarungen der fünf vorstehend angegebenen Patentschriften wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

Es versteht sich, daß einige Metallglaslegierungen besser zur Bildung von Gläsern, d.h. von amorphen Peststoffen, geeignet sind als andere. Die besser geeigneten Legierungen können amorphe Feststoffe bei niedriger Abschreckgeschwindigkeiten bilden und sie können bei ihrer Abschreckung aus der schmelzflüssigen Phase Mikroperlen mit relativ dickeren Wänden bilden.

In den Rahmen der Erfindung fallen auch jene Metallglaslegierungen, die bei Abschreckung Mikroperlen in Form von Kugeln oder Rotationsellipsoiden bilden können.

Je nach der stofflichen Beschaffenheit des

metallischen Materials, aus dem die Mikroperlen erzeugt worden sind, können diese eine gewisse Durchlässigkeit für das zum Blasen der Mikroperlen verwendete Gas und/oder die in der Umgebung der Mikroperlen vorhandenen Gase haben. Man kann die Gasdurchlässigkeit der Mikroperlen beeinflussen, verändern und/oder vermindern oder im wesentlichen beseitigen, indem man dem metallischen Material vor dem Blasen der Mikroperlen eine sehr feinflockige Substanz zusetzt, deren Teilchen in

einer Ebene orientiert werden können. Wenn man vor dem Blasen und Ausbilden der Mikroperlen dem metallischen Material eine oder mehrere dieser feinblockigen Substanzen zusetzt, die
in einer Ebene orientiert werden können ,werden beim Strecken des durch die konische Blasdüse gepreßten Metallfilms die
Flocken so ausgerichtet, daß sie dieselbe Orientierung haben wie die Wände der Mikrohohlperle aus Metall bzw. normal zu
der Gasdiffusionsrichtung orientiert sind. Durch die in den
Wänden der Mikroperle vorhandenen Flocken wird die Gasdurchlässigkeit des Metallfilms stark herabgesetzt. Die Korngröße der Flocken ist vorzugsweise kleiner als die halbe Wandstärke der Mikroperlen.

BLASGAS

Man kann die Mikrohohlperlen, insbesondere Mikrohohlperlen aus Metallglas, durch Blasen mit einem Gas, einem Inertgas, einem inerten Metalldampf oder einem dispergierte
Metallteilchen enthaltenden Gas oder einem Gemisch derselben herstellen.

Zum Blasen von Mikroperlen verwendete Inertgase
müssen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit haben und im allgemeinen ein hohes Molekulargewicht, so daß sie Wärme nicht
gut übertragen. Geeignete Blasgase sind Argon, Xenon, Kohlendioxid, Stickstoff, Stickstoffdioxid, Schwefel und Schwefeldioxid. Man kann auch metallorganische Verbindungen als Blasgas verwenden. Es wird ein Blasgas gewählt, das nach seiner
Abkühlung auf die Umgebungstemperatur den gewünschten Innendruck besitzt. Beispielsweise kondensiert als Blasgas verwendeter Schwefel in der Mikroperle, so daß in dieser ein
Teilvakuum erzeugt werden kann.

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Man kann ferner Blasgase verwenden, die mit dem filmbildenden metallischen Material, z.B. mit den Mikroperlen aus Metall reagieren und dadurch das Erhärten der Mikroperlen unterstützen oder deren Durchlässigkeit für das darin enthaltene Blasgas vermindern können. Ferner kann man ein Blasgas verwenden, das mit dem gebildeten Metallüberzug reagieren oder mit ihm eine Legierung bilden und dadurch dem Metallüberzug gewünschte Eigenschaften verleihen kann. In bestimmten Fällen kann man Sauerstoff oder Luft als Blasgas verwenden oder ihm zusetzen.

Wenn man als Blasgas einen Metalldampf verwendet, kann man im Innern der Mikroperle ein beträchtliches Vakuum erzeugen und auf der Innenwandung der Mikrohohlperle aus Metall einen dünnen Metallüberzug bilden. Durch die Wahl des Metalls und der Dicke und der Beschaffenheit des Metallüberzuges können dessen Eigenschaften beeinflußt werden.

Man kann dem als Blasgas verwendeten Metalldampf kleine Mengen von anderen Metalldämpfen, z.B. von Alkalimetallen, hinzufügen, die als Getter wirken, die mit Gasen reagieren, die sich bei der Bildung der Mikroperlen aus dem schmelzflüssigen Metallfilm entwickelt haben; dadurch wird die Aufrechterhaltung des Vakuums unterstützt.

Zu den als Blasgas verwendbaren Metalldämpfen gehören Zink, Barium, Cadmium, Cäsium, Wismut, Selen, Lithium, Magnesium und Kalium. Bevorzugt werden Zink und Selen, insbesondere Zink.

Das Blasgas kann außer einem Metalldampf vorteilhafterweise ein Hilfsblasgas enthalten, beispielsweise ein Inertgas, das die Steuerung der Abkühlung und des Erstarrens der Mikrohohlperle aus schmelzflüssigem Metall unterstützt.

Durch die Verwendung eines Blasgases, das dispergierte Metallteilchen enthält, kann man auf der Innenwandung der Mikrohohlperle aus Glas einen dünnen Metallüberzug erzeugen, der je nach seiner Dicke für sichtbares Licht durchlässig oder reflektierend ist.

Für den überzug auf der Innenwandung der Mikrohohlperlen aus Metall wird ein Metall ausgewählt, welches die gewünschten Eigenschaften besitzt und an der Innenwandung der Mikroperle aus Metall haftet. Die Dicke des Metallüberzuges wird durch die Wahl des Metalls, dessen Korngröße, die Größe der Mikroperlen und die Menge der dispergierten Metallteilchen beeinflußt.

Die Korngröße der dispergierten Metallteilchen kann im Bereich von 2,5 bis 1000 ran, vorzugsweise von 5 bis 500nm und insbesondere von 10 bis 100 nm liegen. In dem Blasgas wird so viel Metall disperglert, daß ein Metallüberzug in der gewünschten Dicke erhalten wird. Die dispergierten Metallteilcheri können vorteilhafterweise eine elektrostatische Ladung besitzen, welche die Ablagerung der Teilchen auf der Innenwandung der Mikroperlen unterstützt.

Man kann Metallteilchen beispielsweise aus Aluminium, Silber, Nickel, Zink, Antimon, Barium, Cadmium, Cäsium, Wismut, Selen, Lithium, Magnesium, Kalium und Gold verwenden, wobei Aluminium, Zink und Nickel bevorzugt werden. Ähnliche Effekte wie mit dispergierten Metallteilchen kann man mit dispergierten Metalloxidteilchen erzielen.

Zur Bildung eines dünnen Metallüberzuges auf der Innenwandung der Mikroperle kann man als Blasgas oder in ihm auch metallorganische Verbindungen verwenden, die bei der Blastemperatur gasförmig sind. Von den erhältlichen.

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metallorganischen Verbindungen werden metallorganische Carbony!verbindungen bevorzugt, die Nickel oder Eisen enthalten können.

Man kann knapp vor dem Blasen der Mikroperlen die metallorganischen Verbindungen durch Erhitzen zersetzen und auf diese Weise feindispergierte Metallteilchen und ein Zersetzungsgas erhalten. Dieses kann das Blasen der Mikroperlen unterstützten. Die durch die Zersetzung der metallorganischen Verbindung erhaltenen, dispergierten Metallteilchen bilden wieder den dünnen Metallüberzug. Man kann die gebildete Mikroperle, die das aus der gasförmigen metallorganischen Verbindung bestehende oder sie enthaltende Blasgas enthält, auch einer elektrischen Entladung aussetzen, die bewirkt, daß sich die metallorganische Verbindung zersetzt, so daß die feindispergierten Metallteilchen und das Zersetzungsgas gebildet werden.

Die Dicke des Metallüberzuges hängt vor allem von dem Partialdruck der das Blasgas bildenden oder in ihm enthaltenen, gasförmigen metallorganischen Verbindung und von dem Innendurchmesser der Mikroperle ab.

Man kann in dem Blasgas die gasförmige metallorganische Verbindung mit einem Hilfsblasgas verdünnen und auf diese Weise die Dicke des Metallüberzuges beeinflussen. Als Hilfsblasgas kann man auch ein Gas verwenden, das als Katalysator für die Zersetzung der metallorganischen Verbindung oder als Härter für das filmbildende metallische Material wirkt. Durch den Zusatz eines Katalysators oder Härters zu dem Blasgas wird gewährleistet, daß der Katalysator die metallorganische Verbindung oder der Härter das metallische Material erst knapp vor der Bildung der Mikroperle berühren kann. ·

Man kann ein Blasgas, beispielsweise ein aus Metalldampf bestehendes oder ihn enthaltendes Blasgas, verwenden, das mit der Innenwandung der Mikroperle reagiert und/oder eine Legierung bildet. Ein beim Blasen und Formen der Mikroperle mit deren Innenwandung reagierendes und/oder eine Legierung bildendes Blasgas kann dazu beitragen, das zur Bildung der Wand der Mikroperle verwendete, filmbildende metallische Material gegen ein Bersten zu stabilisieren, bis die Mikroperle gebildet worden und erstarrt ist.

Ein wichtiges und vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zur Bildung des Blasgases keine festen oder flüssigen gasbildenden Substanzen verwendet oder benötigt werden und daß die erzeugten Mikroperlen frei sind von festen oder flüssigen gasbildenden Substanzen oder von in ihren Wänden eingeschlossenen Gasen.

TREIBMITTEL

Das Treibmittel kann ein auf einer hohen oder niedrigen Temperatur befindliches Gas sein und kann mit dem metallischen Material reagieren oder ihm gegenüber inert sein. Das Treibmittel, beispielsweise ein inertes Treibmittel, kann ein hocherhitztes Gas sein. Geeignete Treibmittel sind Stickstoff, Luft, Wasserdampf und Argon. .··.;.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Verwendung der Querstrahldüse zur Abgabe des inerten Treibmittels, das die Koaxialblasdüse umstreicht. Das Treibmittel unterstützt die Bildung der Mikrohohlperle aus schmelzflüssigem Metall und deren Ablösung von der Koaxialblasdüse.

ABSCHRECKMITTEL

Das Abschreckmittel kann eine Flüssigkeit, eine.

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Flüssigkeitsdispersion oder ein Gas sein. Geeignete Abschreckmittel sind Wasserdampf, feinversprühtes Wasser* Luft, Stickstoff oder ein Gemisch derselben.

Das inerte Abschreckmittel kann auch aus dampfförmigen oder dispergierten Äthylenglykol bestehen. Unmittelbar nach ihrer Bildung werden die Mikrohohlperlen aus schmelzflüssigem Metall schnell abgeschreckt und gekühlt, so daß sie erstarren und erhärten und verfestigt werden, ehe der Innengasdruck so stark vermindert wird, daß die Mikroperle zusammengedrückt werden würde. Die Auswahl des Abschreckmittels und der Temperatur desselben ist von der stofflichen Beschaffenheit des metallischen Materials abhängig, aus dem die Mikroperle erzeugt wird, sowie von dem zum Blasen der Mikroperle verwendeten Metalldampf oder sonstigen Blasgas und von dem den gewünschten überzug bildenden Metall und der gewünschten Beschaffenheit des Überzuges.

VERFAHRENSBEDINGUNGEN

Die filmbildenden metallischen Materialien gemäß der Erfindung werden auf eine Temperatur erhitzt, bei der sie schmelzflüssig sind, d.h., auf eine Temperatur oberhalb ihrer Liquidustemperatur, und werden während des Blasvorganges in Form einer fließfähigen frei fließenden Flüssigkeit gehalten.

Bei zahlreichen der bekannten Metallglaslegieruh^ gen liegt je nach deren Zusammensetzung die Liquidustemperatur im Bereich von 900 bis 1200° C und die Glasübergangstemperatur im Bereich von 300 bis 500° C.

Bei Temperaturen, bei denen die filmbildenden metallischen Materialien schmelzflüssig sind, d.h., bei Temperaturen oberhalb ihrer Liquidustemperatur, sind diese

metallischen Materialien frei fließfähig. Knapp vor dem Blasen, d.h., knapp vor der Bildung der Mikroperle, kann schmelzflüssige filmbildende Metallschmelze eine Viskosität von iO bis 600 Poise, vorzugsweise von 20 bis 350 Poise und insbesondere von 30 bis 200 Poise haben.

Bei der Erzeugung von nicht in Strangform vorliegenden Mikroperlen kann die filmbildende Metallschmelze knapp vor dem Blasen eine Viskosität von 10 bis 200 Poise, vorzugsweise von 20 bis 100 Poise und insbesondere von 25 bis 75 Poise haben.

Bei der Herstellung von Mikroperlen in Strangform kann die filmbildende Metallschmelze knapp vor dem Blasen eine Viskosität von 50 bis 600 Poise, vorzugsweise von 100 bis 400 Poise und insbesondere von 150 bis 300 Poise haben.

Ein durch die Anwendung der Erfindung erzielbarer, wichtiger Vorteil besteht darin, daß die Bildung der Mikrohohlperlen aus Metall bei niedrigen Viskositäten erfolgen kann. Das Arbeiten bei relativ niedrigen Viskositäten in dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht die Bildung von aus Metall bestehenden Mikrohohlperlen, deren Wände frei sind von Gaseinschlüssen oder -blasen oder von gelösten Gasen. Bei den in dem Verfahren gemäß der Erfindung angewendeten, niedrigen Viskositäten diffundieren eingeschlossene oder gelöste Gase während der Bildung der Mikroperle aus diser heraus.

Die Metallschmelze kann der Koaxialblasdüse unter ungefähr dem Umgebungsdruck oder einem überdruck zugeführt werden, und zwar unter einem Druck von 1,07 bis 1400 bar, gewöhnlich 1,2 bis 690 bar und insbesondere 1,3 bis 340 bar. Beim Arbeiten unter niedrigem Druck kann die Metallschmelze:

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unter einem Druck von 1,07 bis 70 bar, vorzugsweise von 1,2 bis 35 bar und insbesondere von 1,3 bis 8 bar zugeführt werden.

Bei der Erzeugung von Mikroperlen für die Verwendung in syntaktischen Schäumen kann die Glasschmelze der Koaxialblasdüse ebenfalls unter einem Druck von 1,0.7 bis 70 bar, vorzugsweise von 1,2 bis 8 bar und insbesondere von 1,3 bis 4,4 bar zugeführt werden.

Während des Blasvorganges wird die Koaxialblasdüse kontinuierlich mit der filmbildenden Metallschmelze gespeist, damit das aus schmelzflüssigem Metall bestehende, langgestreckte zylindrische Gebilde nicht vorzeitig reißt oder sich vorzeitig .ablöst, während es durch das Blasgas geformt wird.

Das Blasgas, inerte Blasgas, aus gasförmigem Material bestehende Blasgas oder der als Blasgas verwendete Metalldampf befindet sich ungefähr auf derselben Temperatur wie die zu verblasende Metallschmelze. Das Blasgas kann jedoch auch heißer sein als die Metallschmelze, so daß es die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit des die Mikrohohlperle bildenden, schmelzflüssigen Metalls während des Blasvorganges unterstützt, oder es kann kälter sein als die Metallschmelze, so daß es bei der Bildung der aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Mikrohohlperle deren Erstarrung und Erhärten unter-* stützt. Der Blasgasdruck muß zum Blasen der MikroperIe genügen und ist etwas höher als der Druck der Metallschmelze in der Düsenmündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7. Der Blasgasdruck soll etwas höher sein als der Umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse.

Die Wahl der Temperatur des Blasgases ist von dem jeweils verwendeten Blasgas abhängig sowie von der Viskositäts-Temperatur-Scherungs-Beziehung der zum Erzeugen der Mikroperlen verw*endeten Glasmasse.

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Die Temperatur des als Blasgas verwendeten Metalldampfes muß zum Verdampfen des Metalls genügen und ist ungefähr ebensohoch wie die Temperatur der Metallschmelze beim Blasen. Das aus Metalldämpf bestehende Blasgas kann jedoch auch heißer sein als die Metallschmelze, so daß es die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit des die Mikrohohlperle bildenden, schmelzflüssigen Metalls während des Blasvorganges unterstützt, oder es kann kälter sein als die Metallschmelze, so daß es bei der Bildung der aus schmelzflüssigem Glas bestehenden Mikrohohlperle deren Erstarrung und Erhärten unterstützt. Der Druck des aus Metalldampf bestehenden Blasgases muß zum Blasen der Mikroperle genügen und ist etwas höher als der Druck der Glasschmelze in der Düsenmtindung 7a des äußeren Düsenrohrs 7. Der Druck des aus Metalldampf bestehenden Blasgases soll etwas höher sein als der Umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse.

Der Druck des Blasgases bzw. des als Blasgas verwendeten, gasförmigen Materials, einschließlich des als Blasgas verwendeten Metalldampfes, muß zum Blasen der Mikroperle genügend hoch sein und ist etwas höher als der Druck der Metallschmelze an der Düsenmündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7. Je nachdem, welches gasförmige Material in den Mikrohohlperlen aus Glas eingeschlossen werden soll, kann das Blasgas oder das gasförmige Material unter einem Druck von 1,07 bis 1400 bar, gewöhnlich von 1,2 bis 690 bar und insbesondere von 1,3 bis 340 bar stehen.

Das Blasgas oder das als Baisgas verwendete, gasförmige Material kann auch unter einem Druck von 1,07 bis 70 bar, vorzugsweise von 1,2 bis 35 bar und Insbesondere von 1,3 bis 8 bar stehen.

Bei der Erzeugung von Mikroperlen, die als Baustoffe oder in Baukonstruktionen oder in syntaktischen Schäumen oder als Füllstoffe im allgemeinen verwendet werden sollen/kann der Druck des Blasgases oder des als Blasgas verwendeten gasförmigen Materials 1,07 bis 70 bar betragen, vorzugsweise 1,2 bis 8 bar und insbesondere 1,3 bis 4,4 bar.

Der Druck des dispergierte Metallteilchen enthaltenden Blasgases allein und/oder in Kombination mit dem Hauptblasgas muß zum Blasen der Mikroperle genügen. Der kombinierte Gasdruck ist etwas höher als der Druck der filmbildenden Metallschmelze in der Düsenmündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7. Der Druck des Blasgasgemisches liegt etwas über dem Umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse.

Der Umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse kann annähernd dem atmosphärischen Druck entsprechen oder niedriger oder höher sein als dieser. Wenn die Mikroporle ein Gas unter relativ hohem Druck enthalten oder in einer Vakuum-■Mikroperle ein relativ dicker Metallüberzug vorhanden sein soll, liegt der Umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse über dem atmosphärischen Druck. Ih jedem Pail liegt der umgebungsdruck im Bereich der Blasdüse etwas unter dem Bläsgasdruck.

Das von der Quersträhldüse abgegebene Treibmittel, das die Koaxialbläsdüse umströmt und die Bildung der Mikrohohlperle aus schmelzflüssigem Metall und deren Ablösung von der Koaxialblasdüse unterstützt, kann sich annähernd auf derselben Temperatur befinden wie die verblasene Metallschmelze. Das Treibmittel kann jedoch auch heißer sein als die Metallschmelze, so daß es die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit desdie Mikröhohlperle bildenden, schmelzflüssigen Metalls während des Blasvorganges unterstützt,

oder es kann kälter sein als die Metallschmelze, so daß es bei der Bildung der aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Mikrohohlperle deren Erstarrung und Erhärten unterstützt.

In dem Bereich, in dem die Mikroperlen gebildet wird, kann das von der Querstrahldüse abgegebene Treibmittel, das die Koaxialblasdüse umströmt und die Bildung der Mikrohohlperle aus schmelzflüssigem Metall und deren Ablösung von der Koaxialblasdüse unterstützt, eine Lineargeschwindigkeit von 0,3 bis 37 m/sek, gewöhnlich von 1,5 bis 24,4 m/sek und \ insbesondere von 3 bis 18,3 m/sek haben.

Bei der Erzeugung von nicht in Strangform vorliegenden Mikroperlen kann die Lineargeschwindigkeit des von der Querstrahldüse abgegebenen Treibmittels im Bereich der Mikroperlenbildung 9 bis 37 m/sek betragen, vorzugsweise 12 bis 30,4 m/sek und Insbesondere 15 bis 24,4 m/sek.

Bei der Erzeugung von Mikroperlen in Strangform kann die Lineargeschwindigkeit des von der Querstrahldüse abgegebenen Treibmittels 0,3 bis 15,2 m/sek betragen, vorzugsweise 1,5 bis 12,2 m/sek und insbesondere 3 bis 9,1 m/sek;

Aus den Figuren 2 und 4 erkennt man, daß man durch die Tastung des von der Querstrahldüse abgegebenen Treibmittels mit einer Frequenz von 2 bis 1500 Impulsen/sek, vorzugsweise von 50 bis 1000 Impulsen/sek und insbesondere von 100 bis 500 Impulsen/sek die Beeinflussung des Durchmessers der Mikroperlen und der Länge des die in Strangform vorliegenden Mikroperlen verbindenden Fadenstückes sowie die Ablösung der Mikroperlen von der Koaxialblasdüse unterstützen kann.

Der Abstand zwischen den in einem Strang angeordneten Mikroperlen wird von der Viskosität des Metalls und der Lineargeschwindigkeit des von der Querstrahldüse abgegebenen Treibmittels beeinflußt.

Das Treibmittel kann sich auf derselben Temperatur befinden wie die verblasene Metallschmelze. Das Treibmittel kann jedoch auch heißer sein als die Metallschmelze, so daß es die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit des die Mikrohohlperle bildenden, schmelzflüssigen Glases während des Blasvorganges unterstützt, oder es kann kälter sein als die Metallschmelze, so daß es bei der Bildung der aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Mikrohohlperle deren Erstarrung und Erhärten unterstützt.

Die Temperatur des Abschreckmittels wird so gewählt, daß es die Mikrohohlperle aus schmelzflüssigem Metall schnellefokühlt, so daß diese erstarrt und erhärtet und verfestigt wird, ehe der in ihrem Innern vorhandene Gasoder Metalldampfdruck so niedrig wird, daß die Mikroperle aus Metall zusammengedrückt werden würde. Die Temperatur des Abschreckmittels kann - 18 bis +93 C betragen, vorzugsweise 4 bis 93° C und insbesondere 10 bis 38° C. Die Wahl dieser Temperatur ist auch von der stofflichen Beschaffenheit der zu kühlenden, filmbildenden Metallmasse abhängig.

Mit Hilfe von wässrigen Salzlösungen oder von dispergiertem Äthylenglykol kann man Abschrecktemperaturen von -60° C bzw. -50° C erzielen.

Sehr hohe Abschreckgeschwindigkeiten kann man mit Medien erzielen, die sich auf sehr tiefen Temperaturen befinden, beispielsweise mit Flüssigstickstoff, Flüssighelium oder Flüssigargon.

Bei der Abkühlung der Mikroperlen mit auf sehr niedrigen Temperaturen befindlichen Medien kann man im Bereich der Mikroperlen bei Stickstoff Temperaturen bis herunter auf -195° C bei Stickstoff, -268° C bei Helium und -185° C bei Argon erzielen, wenn man das Kühlmittel versprüht.

Das Abschreckmittel bewirkt, daß die von ihm direkt berührte Oberfläche der aus schmelzflüssigem Metall bestehenden Mikrpperle sehr schnell und das im Innern der Mlkroperle eingeschlossene Blasgas bzw. der dieses bildende Metalldampf wegen seiner niedrigeren Wärmeleitfähigkeit langsamer abgekühlt wird. Infolge dieses Abkühlungsvorganges ist genügend Zeit für die Verfestigung der Metallwände der Mikroperlen vorhanden, ehe das Gas abgekühlt oder der Metalldampf abgekühlt und kondensiert und im Innern der Mikrohohlperle aus Metall ein Hochvakuum erzeugt worden ist.

Bei Verwendung eines aus Metalldampf bestehenden oder ihn enthaltendes Blasgases kann man Im Innern der Mikroperle ein
erhalten.

perle ein Hochvakuum von 1,33 χ 10~⁴ bis 1,33 χ 10~⁶ mbar

Die Zeit, die vom Beginn des Blasens der Mikrosphären aus Glas bis zu deren Abkühlung und Erhärtung verstreicht, kann 0,0001 bis 1,0 sek betragen, vorzugsweise 0,0010 bis 0,50 sek und insbesondere 0,010 bis 0,10 sek. Geeignete Abschreckgeschwindigkeiten liegen im Bereich von 10⁴ bis 10^{6 0}C pro Sekunde. Bei der Abkühlung von Metallglasmassen gemäß der Erfindung zwecks Erzeugung von Mikroperlen aus amorphem Metall arbeitet man vorzugsweise mit Abkühlgeschwindigkeiten von 10⁴ bis 10 ⁰C pro Sekunde. Die erforderliche Abschreckgeschwindigkeit ist auch von der Wandstärke der Mikroperle abhängig.

Wenn die Mikroperlen gemäß der Erfindung in Strangform vorliegen, können sie in hängendem Zustand erhärten und verfestigt werden, ohne mit irgendeiner Fläche in Berührung zu gelangen. Dazu werden die in Strangform vorliegenden Mikroperlen einfach auf eine Decke oder Trommel gezogen und zwischen der Blasdüse und der Decke oder Trommel in einem hängenden Zustand gehalten, bis sie erhärtet und verfestigt sind. Diese Arbeitsweise kann zur Bildung von Mikroperlen in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden angewendet werden.

VORRICHTUNG

In den Figuren 1 und 2 1st ein feuerfestes Gefäß 1 gezeigt, das so ausgebildet ist, daß die Metallschmelze darin auf den gewünschten Arbeitstemperaturen gehalten werden kann. Die filmbildende Metallschmelze 2 wird der Koaxialblasdüse 5 zugeführt, deren inneres Düsenrohr 6 einen Außendurchmesser von 0,25 bis 8,1 mm, vorzugsweise 0,38 bis 5,1 mm und insbesondere 0,51 bis 2,5 ram und deren äußeres Düsenrohr einen Innendurchmesser von 0,51 bis 11 mm, vorzugsweise 0,63 bis 6,6 mm und insbesondere 0,76 bis 3,3 mm hat. Das innere Düsenrohr 6 und das äußere Düsenrohr 7 begrenzen einen ringförmigen Strömungskanal 8, durch den die Metallschmelze 2 extrudiert wird. Der Abstand zwischen dem inneren Düsenrohr 6 und dem äußeren Düsenrohr 7 kann 0,1 bis 1,3 mm betragen und beträgt vorzugsweise 0,13 bis 0,76 mm und insbesondere ^: 0,2 bis 0,38 mm.

Die Mündung 6a des inneren Düsenrohrs 6 ist etwas oberhalb der Mündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 angeordnet und kann 0,025 bis 3,2 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 mm und insbesondere 0,07 bis 0,64 mm oberhalb der Ebene der

:.^:..^: .1 -:- ^;-^- - 3237Α37 - /3 -

Düsenmündung 7a angeordnet sein. Die durch den ringförmigen Strömungskanal 8 abwärtsgedrückte, filmbildende Metallschmelze 2 füllt den Bereich zwischen den Düsenmündungen 6a und 7a aus und bildet unter der Einwirkung ihrer Oberflächenspannungskräfte über den Düsenmündungen 6a und 7a einen dünnen Film 9, der aus filmbildenden, schmelzflüssigem Metall besteht und dessen Dicke ungefähr ebensogroß oder kleiner ist als der Abstand der Düsenmündung 6a von der Ebene der Düsenmündung 7a. Die Düsenmündungen 6a und 7a können aus Quarz, Zirkondioxid oder Elektrokorund bestehen. Der Film 9 aus der filmbildenden Metallschmelze kann eine¹ Dicke von 25 bis 3175 pm, vorzugsweise von 50 bis 1270 pm und insbesondere von 76 bis 635 pm haben.

Mit. Hilfe der in Figur 2 gezeigten Blasdüse kann man filmbildende Metallschmelzen von relativ niedriger Viskosität, beispielsweise von 10 zu 60 Poise, zu Mikrohohlperlen verblasen, die aus filmbildendem Metall bestehen und eine relativ große Wandstärke von beispielsweise 20 bis 100 pm haben oder mehr.

Durch das innere Düsenrohr 6 der Koaxialblasdüse wird ein Blasgas geblasen, das aus einem Inertgas oder einem gasförmigen Material oder einem Metalldampf bestehen kann und mit der Innenfläche des Films 9 aus filmbildendem, schmelzflüssigem Metall in Berührung gebracht wird. Unter der Einwirkung des Überdruckes des inerten Blasgases dehnt sich der Film auswärts und abwärts aus und bildet er ein langgestrecktes zylinderförmiges Gebilde 12, das aus filmbildenem schmelzflüssigem Metall besteht und mit dem Blasgas 10 gefüllt ist. Das langgestreckte zylinderförmige Gebilde ist an seinem äußeren Ende geschlossen und an dem Umfangsrand der Düsenmündung 7a mit dem äußeren Düsenrohr 7 verbunden»

- 44 -

Die Querstrahldtise 13 richtet einen aus ihrer Mündung 13a austretenden Strahl eines inerten Treibmittels 14 gegen die Koaxialblasdüse 5, deren Außendurchmesser 0,76 bis 13,2 mm, vorzugsweise 0,89 bis 9,1 mm und insbesondere 1,02 bis 3,6 mm beträgt.

Es hat sich gezeigt, daß in dem Verfahren gemäß der Erfindung der Abstand der Querstrahldüse 13 von der Düsenmündung 7a des äußeren Dtisenrohrs 7 von großer Bedeutung ist, ferner der Winkel zwischen der QuerStrahldüse und der Koaxialblasdüse 5 und der Schnittpunkt der Mittelachse der Querstrahldüse 13 und der Mittelachse der Koaxialblasdüse 5. Die QuerStrahldüse 13 ist so angeordnet, daß das von ihr abgegebene Treibmittel 14 das äußere Düsenrohr in dem der Düsenmündung 7a benachbarten Bereich umströmt, in dem die Mikroperlen gebildet werden. Der Abstand des Schnittpunktes der Mittelachse der Querstrahldüse 13 und der Mittelachse der Koaxialblasdüse 5 von der Düsenmündung 13a der Querstrahldüse 13 beträgt das 0,5- bis 14-fache, vorzugsweise das 1- bis 10-fache, insbesondere das 1,5-bis 8-fache und beispielsweise das 1,5- bis 4-fache des Außendurchmessers der Koaxialblasdüse 5. Der Winkel zwischen der Mittelachse der Querstrahldtise 13 und der Mittelachse der Koaxialblasdüse 5 beträgt 15 bis 85 Grad, vorzugsweise 25 bis 75 Grad und insbesondere 35 bis 55 Grad. Die Düsenmündung 13a kann kreisförmig sein, und ihr Innendurchmesser kann 0,25 bis 8,1 mm, vorzugsweise 0,38 bis 5,1 mm und insbesondere 0,51 bis 2,5 mm betragen.

Der Schnittpunkt der Mittelachse der Querstrahldüse 13 und der Mittelachse der Koaxialblasdüse 5 liegt oberhalb der Düsenmündung 7a des äußeren Dtisenrohrs 7 in einem Abstand von dieser Ebene, der das 0,5- bis 4-fache, vorzugsweise das 1,0- bis 3,5-fache und insbesondere das

2- bis 3~fache des Außendurchmessers der Koaxialblasdüse 5 beträgt. Das von der Querstrahldüse abgegebene Treibmittel wirkt auf das langgestreckte zylinderförmige Gebilde 12 ein und bewirkt, daß es flattert und bis zum Schließen eingeschnürt wird und sich von der Düsenmündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 löst, so daß das zylinderförmige Gebilde dann frei herunterfallen kann und von dem Treibmittel von dem äußeren Düsenrohr 7 wegtransportiert wird.

Das die Blasdüse umstreichende Treibmittel bewirkt, daß auf der Windschattenseite der Koaxialblasdüse ein periodisch pulsierendes Druckfeld erzeugt wird. Man kann ein derartig pulsierendes Druckfeld auch erzeugen, indem man ein pulsierendes Schalldruckfeld auf die Koaxialblasdüse zur Einwirkung bringt. Das Treibmittel unterstützt die Bildung der Mikrohohlperle aus filmbildendem Metall und deren Ablösung von der Koaxialblasdüse. Durch die Verwendung der Querstrahldüse und des Treibmittels in der beschriebenen Weise wird ferner das Benetzen der Außenwandung der Koaxialfolasdüse 5 durch die verblasene filmbildende Metallschmelze verhindert. Durch eine derartige Benetzung der Außenwandung der Düse würde das Blasen der Mikroperlen gestört werden.

Der Abstand zwischen den unterhalb der Koaxialblasdüse 5 auf beiden Seiten angeordneten Abschreckdüsen 18 ist so groß, daß die Mikroperlen 17 zwischen den Abschreckdüsen 18 herunterfallen können. Der Innendurchmesser der Düsenmündung 18a jeder Abschreckdüse 18 kann 2,5 bis 19,1 mm betragen und beträgt vorzugsweise 5,1 bis 15,2 mm, insbesondere 7,6 bis 12,7 mm. Von den Abschreckdüsen 18 wird ein Kühlmittel abgegeben, das mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 427 cm/sek, vorzugsweise von 91 bis 305 cm/sek und insbesondere von 122 bis 244 cm/sek strömt und die Mikroperlen 17 berührt und das diese bildende, filmbildende,

schmelzflüssige Metall schnell abkühlt und erstarren läßt, so daß harte, glatte Mikrohohlperlen aus filmbildendem Metall erhalten werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Figur 3 gezeigt. Es hat sich gezeigt, daß es beim Verblasen von filmbildenden Metallschmelzen von hoher Viskosität vorteilhaft ist, wenn man durch das Extrudieren einen sehr dünnen Film aus fumbildendem, schmelzflüssigem Metall bildet, der dann zu dem langgestreckten zylinderförmigen Gebilde 12 aus filmbildendem, schmelzflüssigen Metall verblasen wird. Den dünnen Film 9' aus filmbildendem schmelzflüssigen Metall kann man erhalten, wenn der untere Teil 21 des äußeren Düsenrohrs 7 abwärts verjüngt ist. Dabei kann der Winkel zwischen der Innenwandung 22 des verjüngten Teils 21 und der Mittelachse der Koaxialblasdüse 5 15 bis 75 Grad, vorzugsweise 30 bis 60 Grad und insbesondere etwa 45 Grad betragen. Der Innendurchmesser der Düsenmündung 7a¹ kann das 0,10- bis 1,5-fache, vorzugsweise das 0,20- bis 1,1-fache und insbesondere das 0,25- bis 0,8-fache des Innendurchmessers der Düsenmündung 6a der Innendüse .6 betragen.

Zur Veränderung der Dicke des Films 9' aus filmbildendem, schmelzflüssigem Metall kann man den Abstand der Düsenmündung 6a des inneren Düsenrohrs 6 oberhalb der Ebene der Düsenmündung 7a des äußeren Düsenrohrs 7 und damit den Abstand zwischen dem Umfangsrand der Düsenmündung 6a und der Innenwandung 22 des verjüngten Te-Is 21 verändern. Wenn man dort einen sehr engen Spalt einstellt und die durch den Ringkanal 8 tretende filmbildende Metallschmelze mit einem geeigneten Druck beaufschlagt, kann die filmbildende Metallschmelze derart durch den sehr engen Spalt extrudiert werden, daß sie einen relativ dünnen Film 9¹ aus filmbildendem, schmelzflüssigem Metall bildet.

Zum Einstellen des Spalts geht man am besten so vor, daß das innere Düsenrohr 6 mit einem solchen Druck abwärtsgeschoben wird, daß der Strom der filmbildenden Metallschmelze ständig unterbrochen wird, worauf das innere Düsenrohr 6 dann sehr langsam aufwärtsbewegt wird, bis ein stationärer Zustand eintritt, in dem die Mikroperlen gebildet werden.

Es wurde vorstehend erwähnt, daß die in Figur 3 gezeigte Ausfuhrungsform mit der verjüngten Düse bevorzugt wird. Man kann mit dieser Ausführungsform sowohl filmbildende Metallschmelzen von relativ hoher Viskosität verblasen als auch filmbildende Metallschmelzen mit den anhand der Figur erwähnten, relativ niedrigen Viskositäten. Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft beim Blasen von dünnwandigen Mikroperlen.

Beim Verblasen von filmbildenden metallischen Materialien von hoher oder niedriger Viskosität hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das schmelzflüssige langgestreckte zylinderförmige Gebilde aus einem sehr dünnen Film aus schmelzflüssigem Metall zu bilden und auch während des Blasvorgangs mit schmelzflüssigem Metall zu beschicken. Wenn die Metallschmelze unter hohem Druck durch den sehr engen Spalt extrudiert wird, ist der Druck des aus einem Inertgas oder Metalldampf bestehenden Blasgases gewöhnlich niedriger als der Druck auf die der Koaxialblasdüse zuzuführende Metallschmelze, aber etwas höher als der Druck der Metallschmelze an der Koaxialblasdüse.

Die in Figur 3 gezeigte, verjüngte Düse unterstützt auch das Ausrichten der in einer Ebene orientierbaren, flockenförmigen Zusätze aus filmbildendem Metall. Diese erhalten beim Durchgang des Metalls durch den enqen

Spalt dieselbe Orientierung wie die Wände der sich bildenden Mikroperlen.

In der in der Figur 3 gezeigten Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Blasdüse von einer Heizwicklung umgeben, deren Abstand oberhalb der Düsenmündung 7a so groß ist, daß die Heizwicklung das Blasen der Mikroperlen nicht stört, aber so klein, daß die Heizwicklung die Temperatur der filmbildenden Metallschmelze genau steuert. Das Erhitzen kann durch Wärmeleitung oder durch induktives Erhitzen oder Hochfrequenz-Strahlungswärme erfolgen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 3a und 3b gezeigt. Hier ist die Querstrahldüse 13 zu einem allgemein rechteckigen oder ovalen Querschnitt abgeflacht und kann auch die Düsenmündung 13a zu einem allgemein ovalen oder rechteckigen Querschnitt abgeflacht sein. Dabei kann die Breite der Düsenmündung 0,76 bis 24,4 mm, vorzugsweise 1,1 bis 15,2 mm und insbesondere 1,5 bis 7^6 mm und ihre Höhe 0,25 bis 8,1 mm, vorzugsweise 0,38 bis 5,1 mm und insbesondere 0,51 bis 2,5 mm betragen.

In der Figur 3c ist eine Ausführungsform dargestellt, in der Mikrohohlperleri aus filmbildendem Metall bestehende in Strangform durch Verblasen einer filmbildenden Metallschmelze von hoher Viskosität erzeugt werden. Man erkennt die Bildung der durchmessergleichen Mikrohohlperlen, deren Abstände voneinander annähernd gleich sind. In dieser Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Teile wie in den Figuren 1, 2, 3, 3a und 3b.

MIKROPERLEN

Man kann Mikrohohlperlen gemäß der Erfinduna aus den verschiedenartigsten filmbildenen metallischen Materialien erzeugen, insbesondere aus Metallglas.

Die für die Erzeugung von Mikrohohlperlen gemäß der Erfindung geeigneten filmbildenden metallischen Materialien sind je nach den Verwendungsbedingungen vorzugsweise relativ hohen Temperaturen gewachsen und gegenüber chemischen Angriffen, korrodierend wirkenden Einflüssen und Alkalien und Witterungseinflüssen beständig.

Die verwendeten Materialien müssen beim Verblasen die zur Bildung von stabilen Filmen erforderlichen Viskositäten haben, die vorstehend erwähnt wurden, und in einem relativ kleinen, definierten Temperaturbereich schnell aus dem schmelzflüssigen in den festen oder harten Zustand übergehen.

Die Mikrohohlperlen aus Metall gemäß der Erfindung werden vorzugsweise aus einem Metallglas erzeugt und sind vorzugsweise in ihrem Durchmesser und ihrer Wandstärke im wesentlichen einheitlich. Vorzugsweise haben sie eine harte, glatte Oberfläche und sind sie relativ hohen Temperaturen gewachsen und gegenüber chemischen Angriffen und Witterungseinflüssen beständig und verhindern sie eine Diffusion von Gasen in die und/oder aus den Mikroperlen. Die Wände der Mikroperlen sind frei oder im wesentlichen frei von Löchern, dünnen Stellen, Schließvorsprüngen, eingeschlossenen Gasblasen und von gelösten Gasen in für eine Blasenbildung ausreichenden Mengen. Ferner sind die Mikroperlen frei von festen oder flüssigen gasbildenden Substanzen und sind ihre Wände frei von Gasen.

^Λ*^:- 32 37Α37

Da die Wände der Mikroperlen im wesentlichen frei sind von Löchern, dünnen Stellen, eingeschlossenen Gasblasen und/oder für die Bildung von eingeschlossenen Gasblasen ausreichenden Mengen von gelösten Gasen, sind die Mikroperlen gemäß der Erfindung wesentlich fester als die bisher erzeugten Mikroperlen. Zu der Festigkeit der Mikroperlen trägt auch bei, daß sie frei sind von SchiießvorSprüngen.

Zum Erzeugen von aus einer Metallglaslegierung bestehenden Mikroperlen, deren Wände sich im Zustand eines amorphen Feststoffs, d.h. in einem amorphen Zustand befinden, muß das schmelzflüssige Metallglas von einer Temperatur oberhalb seiner Liquidustemperatur schnell auf eine Temperatur unterhalt seiner Glasübergangstemperatur abgekühlt werden. Je nach der Zusammensetzung der verwendeten Metallglaslegierung, der Wandstärke der Mikroperle und der Abschreckgeschwindigkeit ist manchmal nicht so viel Zeit vorhanden, daß die Mikroperle unter dem Einfluß der Oberflächenspannungskräfte eine Kugelform annimmt, sondern z.B. eine langgestreckte Mikroperle in Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoids entsteht. Daher werden als Mikroperlen sowohl Gebilde in Kugelform als auch Gebilde in Form von Rotationsellipsoiden bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß unter bestimmten Betriebsbedingungen jede Mikroperle annähernd in derselben Größe und in derselben Form gebildet wird wie die vorhergehenden und nachfolgenden Mikroperlen. Mikroperlen in Form von Rotationsellipsoiden können auch gebildet werden, wenn die Mikroperlen rasch abgekühlt werden und wenn Mikroperlen aus polykristallinem oder teilweise polykristallinem, filmbildendem Metallmassen, z.B. aus Metallglaslegierungen, gebildet werden.

Als Mikroperlen in Strangform werden sowohl durch endlose Fäden miteinander verbundene Mikroperlen bezeichnet als auch eine Masse von Mikroperlen und diese teilweise miteinander verbindenden und teilweise bzw. zum größten Teil abgebrochenen Fäden.

Je nach ihrem Verwendungszweck kann man die Mikroperlen aus Glas in verschiedenen Durchmessern und Wandstärken erzeugen. Die Mikroperlen können einen Außendurchmesser von 200 bis 10 000 pm, vorzugsweise von 500 bis 6000 pm und insbesondere von 1000 bis 4000 um und eine Wandstärke von 0,1 bis 1000 um, vorzugsweise von 0,5 bis 400 um und insbesondere Von 1 bis 100 um haben.

Die Mikroperlen können in dem eingeschlossenen Volumen ein Inertgas enthalten, das unter einem überdruck oder annähernd unter Normaldruck oder unter einem Unterdruck steht. Zum Erzeugen eines Unterdruckes kann man ein Blasgas verwenden, das in der Mikroperle teilweise oder vollständig kondensiert.

Wenn man als Blasgas einen Metalldampf verwendet und dieser bis zur Kondensation abgekühlt wird und auf der Innenwandung, der Mikrohohlperle einen dünnen Metallüberzug bildet, kann man eine Mikroperle erzeugen, die in dem eingeschlossenen Volumen ein Hochvakuum enthält. Dabei entspricht der Druck in der Mikroperle dem Dampfdruck des Überzugsmetalls bei der Umgebungstemperatur.

Die Dicke des auf der Innenwandung der Mikroperle gebildeten, dünnen ?4etallüberzuges ist von dem zum Blasen der Mikroperle verwendeten Metalldampf abhängig, sowie von dessen Druck und von der Größe der Mikroperle

und kann 2,5 bie 100 nm,vorzugsweise 5 bis 60 nm und insbesondere 10 bis 40 nm betragen.

Die durchschnittliche Schüttdichte der Mikrohohlperlen wird natürlich von deren Durchmesser und Wandstärke beeinflußt. Die Schüttdichte der gemäß der Erfindung erzeugten Mikroperlen aus Metall beträgt 1,6 bis 64 g/l, vorzugsweise 2,4 bis 56 g/l und insbesondere 3,2 bis 40 g/l. In einer bevorzugten Ausführungsform für die Herstellung von Dämmstoffen geringer Dichte kann die durchschnittliche Schüttdichte der Mikrohohlperlen aus Glas auch nur 0,8 bis 2,4 g/l betragen, beispielsweise 1,6 g/l.

Wenn bei der Erzeugung der Mikroperlen so vorgegangen wird, daß sie in Strängen vorliegen und durch stetig in die Mikroperlen übergehende dünne Metallfäden miteinander verbunden sind, beträgt die Länge der Verbindungsfäden das 1- bis 40-fache, gewöhnlich das 2- bis 20-fache und insbesondere das 3- bis 15-fache des Durchmessers der Mikroperlen und beträgt der Durchmesser bzw. die Dicke der Verbindungsfäden 1/5000 bis 1/10, gewöhnlich 1/2500 bis 1/20 und insbesondere 1/1000 bis 1/30 des Durchmessers der Mikroperlen.

Die Mikroperlen können ein Gas unter einem Oberdruck oder ungefähr dem Umgebungsdruck oder einem Unterdruck oder ein Teil- oder Hochvakuum von beispielsweise 1,33 χ 10~⁴ bis 1,33 χ 1θ"⁵ mbar enthalten.

Wenn die Mikroperlen gemäß der Erfindung in syntaktischen Schäumen oder allgemein als Füllstoffe verwendet werden sollen, kann der Außendurchmesser der Mikroperlen 200 bis 5000 μπι und die Wandstärke der Mikroperlen 0,5 bis 200 um betragen und insbesondere 1 bis 50 pm. In

syntaktischen Schäumen und als Füllstoffe verwendete Mikroperlen können ein Gas unter einem Druck von 0,34 bis 6,9 bar, vorzugsweise 3,4 bis 5,2 bar und insbesondere 3,4 bis 8,3 bar, enthalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis des Durchmessers der Mikroperle zu ihrer Wandstärke so gewählt, daß die Mikroperlen flexibel sind, d.h., daß sie sich unter Druck verformen kennen, ohne zu brechen.

Man kann Mikroperlen mit einem dünnen Metallüberzug auf der Innenwandung erhalten, wenn man ein Blasgas verwendet, das dispergierte Metallteilchen enthält. Die Dicke des dünnen Metallüberzuges auf der Innenwandung der Mikroperle ist von der Menge und Korngröße der dispergierten Metallteilchen oder von dem Partialdruck eines verwendeten metallorganischen Blasgases abhängig und von dem Durchmesser der Mikroperle. Dabei kann die Dicke.des dünnen Metallüberzuges 2,5 bis 1000 ran, vorzugsweise 5 bis 500 nm und insbesondere 10 bis 100 nm betragen.

Man kann die Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit von aus den Mikroperlen gebildeten Wärmesperren auch dadurch verbessern, daß die Mikroperlen die Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoids erhalten. Die Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit derartiger Mikroperlen in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden können weiter verbessert werden, wenn man die Mikroperlen mit dünnen Metallfäden vermengt. Diese bestehen vorzugsweise aus dem Metallfaden, welche die in Strangform vorliegenden Mikroperlen verbinden.

Die in Strangform vorliegenden Mikroperlen können unmittelbar nach ihrer Bildung angesaugt und auf ein Förderband oder eine Trommel gelegt werden. Die beim Ansaugen auf die in Strangform vorliegenden Mikroperlen ausgeübte Zugkraft soll so stark sein, daß die Mikroperlen gestreckt und dadurch in die Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoids überführt werden. In dieser Form werden die in Strangform vorliegenden Mikroperlen gehalten, bis sie erhärtet sind. Nach dem Erhärten können die in Strangform vorliegenden Mikroperlen, welche die Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden haben, in einen Trog gelegt werden, in dem sie durch Schweißen, Sintern oder Verkleben miteinander verbunden werden, worauf tragfähige Formkörper aus ihnen hergestellt werden können, beispielsweise Platten von 122 mal 244 cm deren Dicke 6,3 bis 76 mm betragen kann, beispielsweise 12,7, 25,4, 38,1 oder 50,8 mm.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall besteht darin, daß sie sehr fest und einer beträchtlichen Gewichtsbelastung gewachsen sind. Daher können sie zur Herstellung von leichten, festen, billigen, selbsttragenden oder tragfähigen Konstruktionen verwendet werden.

Man kann die Mikrohohlperlen aus Metall gemäß der Erfindung für Konstruktionen mit sehr guten Festigkeits-Gewi chts-Verhältnissen verwenden.

Eine Masse der Mikroperlen, beispielsweise von in Strangform vorliegenden Mikroperlen, kann durch Verkleben oder auf andere Weise zu einem Formkörper oder einer geformten Masse aus den Mikroperlen verbunden werden. Dabei kann man die Mikroperlen in dem Formkörper oder der geformten Masse durch Schweißen, Sintern oder durch Verkleben mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel oder Klebstoff miteinander verbinden.

-SfS-

Zum Herstellen von Platten oder anderen Formkörpern aus den Mikroperlen kann man diese mit einem geeigneten Harz oder einem anderen Klebstoff miteinander verbinden oder schweißen oder sintern. Derartige Platten oder andere Formkörper können in neuartigen Konstruktionen verwendet werden.

Zum Herstellen einer Platte kann man mehrere Lagen von Mikrohohlperlen aus Metall mit einem Harz auf der Grundlage eines Polyesters, Polyolefins, Polyacrylate oder Polymethylacrylats miteinander verbinden. Zum Verbinden der Mikroperlen miteinander kann man auch anorganische Bindemittel, z.B. ein Lötglas und Gemische von Lötglas und organischem Lösungsmittel oder einem Träger, wie sie von OWENS-CORNIN hergestellt werden, verwenden.

Die Zwischenräume zwischen den Mikroperlen können mit kleineren Mikroperlen gemäß der Erfindung gefüllt werden oder mit feinverteilten inerten Teilchen, oder mit einem Schaumstoff, beispielsweise aus einem Polyurethan-, Polyester- oder Polyolefinharz.

Zum Herstellen von Formkörpern oder Platten aus den Mikrohohlperlen aus Metall kann man diese unmittelbar nach ihrer Bildung, solange sie noch heiß sind, unter Druck in die gewünschte Form pressen. Wenn die noch heißen Mikroperlen unter Druck zusammengedrückt werden, werden sie in gewissem Grade geschweißt oder gesintert.

Durch Auswahl geeigneter Bestandteile des filmbildenden metallischen Materials kann man aus Metall bestehende Mikroperlen erhalten, die für bestimmte Gase oder Flüssigkeiten selektiv durchlässig sind. Dem metallischen

Material kann eine bestimmte Menge eines geeigneten speziellen Metalls zugesetzt werden, das so ausgewählt ist, daß es aus der Mikroperle aus Metall chemisch herausgelaugt werden kann. Dann beeinflussen die Menge des speziellen Metalls und der Grad der chemischen Laugung die Durchlässigkeit bzw. die Porengröße der erhaltenen Mikroperle aus Metall. Beispielsweise kann man eine Kupfer-Silber-Metallglaslegierung einer selektiven Laugung mit Salzsäure unterwerfen, wodurch ein Teil des in der Legierung enthaltenen Kupfers entfernt wird. Man kann daher Mikrohohlperlen aus Metall herstellen und als selektiv absorbierende Membranen, beispielsweise als Molekularsiebe, verwenden.

Beispiel 1

Herstellung von Mikrohohlperlen aus einem filmbildenden metallischen Material

Durch genügend hohes Erhitzen des metallischen Materials wurde eine frei fließfähige Metallschmelze gebildet, die knapp vor dem Blasvorgang, dih., knapp vor dem Beginn des Blasens der Mikroperle, eine Viskosität von 35 bis 60 Poise haben kann.

Die Metallschmelze wurde der in den Figuren 1 und gezeigten Vorrichtung zugeführt und bildete nach dem Durchtritt durch den Ringkanal 8 der Blasdüse 5 über den Düsenöffnungen 6a und 7a einen dünnen Film aus filmbildendem, schmelzflüssigem Metall. Die Blasdüse 5 hatte einen Außendurchmesser von 1,2 mm und die Düsenmündung 7a einen Innendurchmesser von 0,8 mm. Der dünne Film aus schmelzflüssigem Metall hatte einen Durchmesser von 0,8 mm und eine Dicke von 0,13 mm. Auf die Innenfläche des Films aus schmelzflüssigem Metall wurde ein inertes Blasgas zur Einwirkung gebracht, das aus Xenon oder Stickstoff bestand und sich ungefähr auf

- yf _

der Temperatur der Metallschmelze befand. Unter der Einwirkung des auf seine Innenfläche ausgeübten tiberdrucks dehnte sich der aus schmelzflüssigem Metall bestehende Film abwärts aus und bildete er ein langgestrecktes zylinderförmiges Gebilde, das an seinem äußeren Ende geschlossen war und mit seinem inneren Ende am Außenrand der Düsenmündung 7a haftete.

Die Querstrahldüse gab ein inertes Treibmittel ab, das aus Stickstoffgas bestand, das sich ungefähr auf der Temperatur der Metallschmelze befand, und die Blasdüse 5 umstricho Dieses Treibmittel unterstützte die Bildung und das Schließen des langgestreckten zylinderförmigen Gebildes und dessen Ablösung von der Blasdüse, so daß das zylinderförmige Gebilde von der Blasdüse frei herunterfiel. Der Winkel zwischen der Querstrahldüse und der Blasdüse betrug 35 bis 50 Grad. Die Mittelachse der Querstrahldüse schnitt die Mittelachse der Blasdüse 5 an einer Stelle, deren Abstand oberhalb der Ebene der Düsenmündung 7a das Zwei- bis Dreifache des Außendurchmessers der Koaxialblasdüse 5 betrüg.

Die frei herunterfallenden und von dem Treibmittel mitgeführten, langgestreckten zylindrischen Gebilde nahmen schnell Kugelform an. Zu ihrer schnellen Abkühlung auf annähernd Umgebungstemperatur diente eine Dispersion einer Abschreckflüssigkeit von -60 bis -100 ⁰C. Auf diese Weise wurden die Mikroperlen aus Metall schnell abgekühlt, zum Erstarren gebracht und erhärtet.

Es wurden glatte Mikrohohlperlen aus Metall. erhalten, die einen Durchmesser von 2000 bis 3000 pm und eine Wandstärke von 20 bis 40 pm hatten und mit Xenon-

oder Nitrongas unter einem Innendruck von 0,2 bar gefüllt waren. Die genaue Kontrolle der Mikroperlen ergab, daß sie als Füllstoff geeignet waren.

Beispiel 2

Herstellung von Vakuum-Mikrohohlperlen aus einem filmbildenden metallischen Material

Durch genügend hohes Erhitzen des metallischen Materials wurde eine frei fließfähige Metallschmelze gebildet, die knapp vor dem Blasvorgang, d.h., knapp vor dem Beginn des Blasens der Mikroperle, eine Viskosität von 35 bis 60 Poise haben kann.

Die Metallschmelze wurde der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Vorrichtung zugeführt und gelangte durch den Ringkanal 8 der Blasdüse 5 in den verjüngten Teil 21 des äußeren Düsenrohrs 7. Die unter Druck stehende Metallschmelze wurde durch einen feinen Spalt zwischen dem Außenrand der Düsenmündung 6a und der Innenwandung 22 des verjüngten Teils 21 des äußeren Düsenrohrs 7 gepreßt und bildete über den Düsenmündungen 6ä und 7a¹ einen dünnen Film aus schmelzflüssigem Metall. Der Außendurchmesser der Blasdüse betrug 1,27 mm und der Innendurchmesser der Düsenmündung 7a¹ 0,76 mm. Der dünne Film aus schmelzflüssigem Metall hatte einen Durchmesser von 0,76 mm und eine Dicke von 0,25 mm. Ein aus Zinkdampf bestehendes, inertes Blasgas etwa auf der Temperatur der Metallschmelze wurde gegen die Innenfläche des Films aus schmelzflüssigem Metall geblasen, der sich unter der Einwirkung des Überdruckes des Gases za einem . langgestreckten zylinderförmigen Gebilde, ausdehnte, das an seinem äußeren Ende geschlossen war und mit seinem inneren Ende an dem Außenrand der Düsenmündung 7a¹ haftete.

- 5*9 -

Die Querstrahldüse gab mit einer linearen Geschwindigkeit von 12 bis 30 m/s ein Inertes Treibmittel ab, das aus Stickstoffgas etwa auf der Temperatur der Metallschmelze bestand und die Blasdüse 5 umstrich. Dieses Treibmittel unterstützte die Bildung und das Schließen des langgestreckten zylinderförmigen Gebildes und dessen Ablösung von der Blasdüse, so daß das zyllnderförmige Gebilde von der Blasdüse frei herunterfiel. Die Querstrahldüse war gegenüber der Blasdüse ebenso orientiert wie im Beispiel

Die frei herunterfallenden, langgestreckten zylinderförmigen Gebilde, die mit Zinkdampf gefüllt waren, nahmen rasch Kugelform an. Die Mikroperlen wurden mit einer Dispersion einer Abschreckflüssigkeit von -60 bis -100 ⁰C in Berührung gebracht, die bewirkte, daß das , schmelzflüssige Metall schnell abkühlte, erstarrte und erhärtete, bevor der Zinkdampf abkühlte und kondensierte.

Die fortgesetzte Abkühlung der Mikroperle be- . wirkte, daß der Zinkdampf kondensierte und auf der Innenwandung der Mikroperle einen dünnen überzug aus Zinkmetall bildete. ■

Es wurden glatte Mikrohohlperlen aus Glas erhalten, die einen Durchmesser von 3000 bis 4000 pm und eine Wandstärke von 30 bis 40 um hatten und auf ihrer Innenwandung

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einen dünnen Überzug aus Zinkmetall in einer Dicke von 32,5 bis 45,0 nm besaßen. Der Innendruck der Mikroperle betrug 1,33 χ 10"⁶ rnbar.

Belsplel 3

Herstellung von Mikrohohlperlen In Strangform aus einer Metallglasleglerung

Durch Erhitzen der Metallglasmasse auf eine Temperatur über ihrer Liquidustemperatur wurde eine frei fließfähige Metallglasschmelze erhalten, die knapp vor dem Verblasen eine Viskosität von 100 bis 200 Poise haben kann.

Die Metallglasschmelze wurde unter ähnlichen Bedingungen wie im Beispiel 2 der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 3 der Zeichnungen zugeführt.

Gegen die Innenfläche des aus der Metallglasschmelze bestehenden Films wurde ein aus Xenon oder Stickstoff bestehendes Blasgas geblasen, das sich ungefähr auf der Temperatur der Metallglasschmel2e befand und bewirkte, daß sich der Film unter der Einwirkung des Überdruckes des Gases zu einem langgestreckten zylinderförmigen Gebilde ausdehnte, das an seinem äußeren Ende geschlossen war und mit seinem inneren Ende an dem Außenrand der Düsenmtindung

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Mit einer Lineargeschweindigkeit von 1,5 bis 12,1 m/sek gab die Querstrahldüse ein inertes Treibmittel ab, das aus Stickstoffgas etwa auf der Temperatur der Metallglasschmelze bestand und die Blasdüse 5 umstrich. Dieses Treibmittel unterstützte die Bildung und das Schließen des langgestreckten zylinderförmigen Gebildes und dessen Ablösung von der Blasdüse, wobei das zylinderförmige Gebilde durch einen daran anschließenden, dünnen Metallglasfaden mit der nächsten an der Blasdüse gebildeten

Mikroperle verbunden war. Im übrigen wurden die Mikroperlen in Strangform in der anhand der Figur 3c erläuterten und dort dargestellten Weise gebildet. Der Winkel zwischen der Querstrahldüse und der Blasdsüe betrug 35 bis 50 Grad. Die Querstrahldüse war gegenüber der Blasdüse ebenso orientiert wie im Beispiel 1.

Jedes der von dem Treibmittel mitgenommenen, in Strangform vorliegenden, langgestreckten zylinderförmigen Gebilde, die mit dem Blasgas gefüllt waren, nahm Kugelform an. Die in Strangform vorliegenden Mikroperlen wurden mit einem einer Dispersion eines Abschreckmittels von -60 bis -100° C in Berührung gebracht, das sich auf einer Temperatur von -60 bis -200° C befand und bewirkte, daß das die Metallglasschmelze schnell abgekühlt wurde und erstarrte und erhärtete, so daß in Strangform vorliegende Mikroperlen mit Wänden aus amorphem Metall erhalten wurde. Bei Anwendung geeigneter Abschreckbedingungen bestanden auch die Verbindungsfäden aus amorphem Metall.

Es wurden glatte Mikrohohlperlen aus Metallglas erhalten, die in Strangform vorlagen und einen Durchmesser von etwa 1500 bis 2500 pm und eine Wandstärke von 1,5 bis 5,0 pn hatten. Die Längen der Fäden der in Strangform vorliegenden Mikroperlen betrug das 10- bis 20-fache des Durchmessers der Mikroperlen.

Beispiel 4

Figur 5 erläutert die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall bei der Herstellung einer Platte 61, die mehrere Lagen aus gleich großen Mikroperlen aus Metall besitzt. Auf der Innenwandung der Mikroperlen

kann eine dünne Metallschicht 6 3 vorgesehen sein. Der Innenraum der Mikroperlen kann ein Hochvakuum enthalten oder mit einem Gas 64 von geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt sein.

Zum Verbinden der Mikrohohlperlen aus Metall durch Schweißen oder Sintern kann man sie zusammendrücken und gleichzeitig einen elektrischen Strom durch sie leiten. Man kann die Mikroperlen auch mit Hilfe eines anorganischen Bindemittels, beispielweise eines Lötglases oder Lötglassystems von CORNING, oder mit Hilfe eines organischen Harzklebstoffes miteinander verkleben. Die Platte 61 ist ein leichtes und relativ festes Gebilde aus Metall.

Beispiel 5 ,

Figur 6 erläutert die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall bei der Herstellung einer Platte 71, die aus mehreren Lagen von gleich großen Mikroperlen 72 in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden besteht, deren Innenwandung mit 73 bezeichnet ist und deren Innenraum mit einem Gas 74 gefüllt sein kann. Dank der abgeplatteten Form der Mikroperlen sind die Zwischenräume zwischen ihnen viel kleiner.

Zur Herstellung der Platte 71 kann man die Mikroperlen aus Metall nach ihrer Bildung in noch heißem Zustand zwischen zwei Flächen zusammendrücken, so daß die Mikroperlen zusammengesintert werden und die Form eines abgeplatteten Rotationsellipsoids erhalten. Bei dieser Art der Herstellung der Platte brauchen die Mikroperlen nicht nach ihrer Abkühlung auf Umgebungstemperatur wiedererhitzt zu werden. Die Platte 71 ist ein leichtes und relativ festes Gebilde aus Metall.

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Beispiel 6

In der Figur 6 wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikroperlen aus Metall zur Herstellung eines leichten Metallgebildes 61 erläutert, das eine kontinuierliche Phase 65 aus Metall oder einer Metallegierung und eine diskontinuierliche Phase 62 besitzt, die aus Mikrohohlperlen aus Metall. besteht. Zur Herstellung des leichten Metallgebildes in Form einer Platte kann man einem Pulver aus Metall oder einer Metallegierung die Mikroperlen aus Metall gleichmäßig beimischen, bis die gewünschte Verteilung erreicht ist, und dann das aus dem Metallpulver und den Mikroperlen bestehende · Gemisch durch Pressen verdichten. Danach wird das Gemisch unter Druck erhitzt, so daß das Metallpulver schmilzt, und dann schnell abgekühlt, ehe das In den Mikroperlen aus Metall bestehende Blasgas entweichen kann. Gegebenenfalls kann man die Platte mit einer oben und unten mit je einer glatten Fläche 66 bzw. 67 ausbilden.

Beispiel 7

Figur 7a erläutert die Verwendung der erfindungsgemäßen Mikroperlen aus Metall zur Herstellung eines leichten Formkörpers 71 aus Metall mit einer kontinuierlichen Phase aus Metall oder einer Metallegierung und einer aus Mikrohohlperlen 72 aus Metall bestehenden, diskontinuierlichen Phase. Zur Herstellung des leichten Metallgebildes in Form einer Platte kann man einem Pulver aus Metall oder einer Metallegierung die Mikroperlen aus Metall gleichmäßig beimischen und dann zur Bildung der abgeplatteten Rotationsellipsoide das Gemisch pressen und es gleichzeitig durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms oder auf andere Weise so hoch erhitzen, daß das Metallpulver und die Mikroperlen aus Metall durch Schweißen oder Sintern miteinander

verbunden werden. Wenn die Mikroperlen aus einer amorphen Metallglaslegierung bestehen, darf das Gemisch aber nicht so hoch erhitzt werden, daß die Mikroperlen schmelzen oder entglasen. Die Platte mit den abgeplatteten Mikrohohlperlen aus Metall kann zur Abschirmung gegen Wärmestrahlung verwendet werden.

Beispiel 8

Figur 7b zeigt eine Ausführungsform der Wandplatte gemäß der Figur 7a, in der in Strangform vorliegende Mikrohohlperlen aus Metall verwendet werden, die durch sehr dünne Metallfaden 78 miteinander verbunden sind. Die dünnen Metallfaden 78 werden zwischen einander benachbarten Mikroperlen gebildet, während diese geblasen werden, und stellen zwischen den Mikroperlen stetig in diese übergehende Verbindungen aus Metall dar. In der Platte verhindern die Verbindungsfäden 78 eine Berührung zwischen den Mikroperlen. Die Verwendung von Mikroperlen in Strangform mit die Berührung zwischen den Mikroperlen verhindernden Fäden hat den Vorteil, daß die Fäden zuverlässig gleichmäßig verteilt sind, sich nicht absetzen können, in der gewünschten, gesteuerten Menge erhalten werden und in der Platte ein Eingriffssystem bilden, das zur Festigkeit die Platte verstärkt.

Bei Mikroperlen in Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden kann das Verhältnis von der Höhe zur Länge der Mikroperle etwa 1:3 sein. Man kann die Sichtfläche unverkleidet lassen oder sie mit einer Verkleidung beschichten oder bekleben. Die hintere Fläche 77 kann unverkleidet sein oder sie kann zur Herstellung einer Dampfsperre mit einem Anstrich oder mit einem Oberzug aus einem geeigneten Harz versehen werden.

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Die Gemäß der Erfindung hergestellten Platten können einen Dichtegradienten in der Richtung von der Vorderseite zur Rückseite der Platten haben. An der einen Fläche kann man eine relativ hohe Dichte und hohe Festigkeit erzielen, wenn man den Anteil des Bindemittels oder der kontinuierlichen Phase gegenüber den Mikrosphären aus Metall vergrößert. An der anderen Fläche kann man eine relativ geringe Dichte erhalten, wenn man den Anteil der Mikroperlen aus Metall gegenüber dem Bindemittel oder der kontinuierlichen Phase erhöht. Beispielsweise kann die durchschnittliche Dichte des vorderen Drittels der Plattendicke etwa das Zwei- bis Dreifache der durchschnittlichen Dichte des mittleren Drittels der Plattendicke und die Dichte des hinteren Drittels der Plattendicke etwa die Hälfte bis ein Drittel der durchschnittlichen Dichte des mittleren Drittels der Plattendicke betragen.

Man kann Schichtstoff von geringem Gewicht und hoher Festigkeit und großem Dämmvermögen herstellen, indem Platten gemäß der vorliegenden Erfindung durch Schweißen, Sintern oder Verkleben mit den aus Mikrohohlperlen aus Glas bestehenden Dämmplatten verbunden werden, die in der Patentanmeldung P 29 50 447.0 angegeben sind. Auf diese ältere Anmeldung wird hier in ihrer Gänze ausdrücklich bezuggenommen.

VERWENDUNG

Die erfindungsgemäßen Mikrohohlperlen aus Metall können für zahlreiche Zwecke verwendet werden.

Die Mikroperlen können in Transformatoren, Elektromotoren und Magnetkernen verwendet werden.

32.3 7Α37

Bei ihrer Verwendung in Gebäuden können die Mikrohohlperlen aus Metall das Entstehen und die Ausbreitung von Bränden verhindern.

Aus den Mikroperlen aus Metall hergestellte Platten können als magnetische Abschirmungen verwendet werden. Dank ihrer hohen Festigkeit und Duktilität können die Mikroperlen aus Metallglas als Füllstoffe für aus stoßfestem Kunststoff oder Harz bestehende Stoßfänger für Kraftfahrzeuge verwendet werden.

Eine erfindungsgemäße Mikroperle aus Metall, die aus einem filmbildenden metallischen Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt ist, kann direkt einer auf einer niedrigeren Temperatur befindlichen Metallschmelze zugesetzt und zur Herstellung von leichten Gußstücken hoher Festigkeit in jeder gewünschten Form gegossen werden.

Man kann die Mikroperlen durch Schweißen oder Sintern oder mit Hilfe von geeigneten Harzklebstoffen miteinander verbinden und sie zu Platten oder anderen Formkörpern pressen und in Konstruktionen verwenden, für die ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit gefordert sind.

Die Mikroperlen aus Metall können mit Hilfe von bekannten Klebstoffen oder Bindemitteln zu halbstarren oder starren zelligen Materialien verbunden werden, die bei der Herstellung von verschiedenen Produkten oder im Bauwesen verwendet werden können. Da die Mikroperlen aus sehr beständigen metallischen Materialien bestehen, unterliegen sie keiner Schädigung durch Entgasung, Alterung, Feuchtigkeits- und Witterungseinflüsse und biologischen Angriff und entwickeln sie auch unter dem Einfluß sehr

hoher Temperaturen oder eines Brandes keine toxischen Dämpfe oder Gase. Zur Herstellung von hochwertigen Leichtbaustoffen können die Mikrohohlperlen aus Metall vorteilhafterweise allein oder in Kombination mit Glasfasern, Polystyrolschaum, Polyurethanschaum, Phenolformaldehydschaum, organischen und anorganischen Bindemitteln und dergleichen verwendet werden.

Man kann die Mikroperlen aus Metall gemäß der Erfindung zur Herstellung von Dämmstoffen und von dämmenden Wand- und Deckenplatten verwenden. Ferner kann man die Mikroperlen bei der Herstellung von Booten aus Kunststoffen oder Harzen verwenden, wobei sehr feste und/oder selbstschwimmende Rümpfe erhalten werden können.

Aus geeigneten metallischen Materialien kann man Mikroperlen herstellen, die für bestimmte Gase und/oder organische Moleküle selektiv durchlässig sind. Derartige Mikroperlen können als selektiv durchlässige Diaphragmen für die Trennung von Gas- oder Flüssigkeitsgemischen verwendet werden. Wenn man in den Mikroperlen metallische Materialien verwendet, die katalytisch wirksame Metalle enthalten, kann man die Mikroperlen aus Metall in der chemischen Industrie verwenden.

Man kann das Verfahren und die Vorrichtung, die vorstehend beschrieben wurden, auch zum Einschließen und Aufbewahren von gasförmigem Material in Mikrohohlperlen aus einem Metall verwenden, das gegenüber dem Gas indifferent ist. Auf diese Weise können allgemein Gase aufbewahrt und manipuliert werden, insbesondere korrodierend wirkende und toxische und sonstige gefährliche Gase. Da die Mikrohohlperlen klein und relativ fest sind, kann man die Gase bei hohen Temperaturen in den Mikrohohlperlen einschließen und daher unter hohem Druck aufbewahren. Wenn Gase durch geologische

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Lagerung beseitigt werden sollen, beispielsweise weil sie giftig sind, können die Gase in sehr dauerhaften Mikroperlen aus einer sehr dauerhaften Metallegierung eingeschlossen und können die Mikroperlen dann gegebenenfalls in einem Betonkörper eingebettet werden. Da die erfindungsgemäßen Mikroperlen aus Metall Gase unter hohem Druck enthalten können, kann man sie auch zur Herstellung von zu bestrahlenden Brennstoffkörpern für Laser-Fusionsreaktoren verwenden. Ausdrücklich wird hier bezuggenommen auf die am 18. August 1980 eingereichte, schwebende US-Patentanmeldung Serial No. 179 151 der Anmelderin. Dort wird das Einschließen von gasförmigen Stoffen unter Druck beschrieben.

Diese und andere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen für den Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung und den Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung ist auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt, da diese im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus einem filmbildenden metallischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material erhitzt und über einer .Düsenmündung zu einem schmelzflüssigen Film verformt wird, daß ein Blasgas unter einem überdruck auf die Innenfläche des schmelzflüssigen Films zur Einwirkung gebracht und dadurch der Film unter Bildung der Mikroperle verblasen wird, und daß die Mikroperle während ihrer Bildung einem periodisch schwingenden, pulsierenden Druckfeld ausgesetzt werden, das auf die Mikroperle einwirkt und deren Bildung und deren Ablösung von der Düsenöffnung unterstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treibmittel unter einem Winkel einer Koaxialblasdüse zugeführt wird, die eine Düsenmündung und ein inneres und ein äußeres Düsenrohr besitzt, daß der schmelzflüssige Film aus fumbildendem metallischen Material über der Düsenmündung gebildet wird, daß das Blasgas durch das innere Düsenrohr der Innenfläche des schmelzflüssigen Films zugeführt wird und daß das Treibmittel die Koaxialblasdüse umstreicht und dadurch auf der Windschattenseite der Koaxialblasdüse fluiddynamisch das periodisch schwingende, pulsierende Druckfeld erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des äußeren Düsenrohrs einwärts verjüngt ist und mit dem Außenrand der Düsenmündung des inneren Düsenrohrs einen engen Spalt bildet und daß das fumbildende metallische Material durch den engen Spalt zugeführt wird, um über der Düsenmündung der Blasdüse einen dünnen Film aus filmbildendem metallischem Material zu bilden,

4. Verfhären nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckeinrichtung ein Abschreckmittel gegen die Mikroperle bläst, um diese mit einer Geschwindigkeit von 10⁴ bis 1θ'
starren zu bringen.

keit von 10 bis 10 ⁰C pro Sekunde abzukühlen und zum Er-

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende metallische Material eine Viskosität von 20 bis 100 Poise hat.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende metallische Material eine Viskosität von 100 bis 400 Poise hat.

7. Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus einem filmbildenden Metallglas, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erhitzen des Metallglases eine Metallschmelze gebildet wird, daß ein Film aus schmelzflüssigem Metall über einer Düsenmündung einer Koaxialblasdüse gebildet wird, die ein inneres Düsenrohr zum Zuführen eines Blasgases zu der Innenfläche des schmelzflüssigen Films und ein äußeres Düsenrohr zum Zuführen des schmelzflüssigen Metalls zu der Düsenmündung besitzt, daß das Blasgas durch das innere Düsenrohr unter einem überdruck auf die Innenfläche des schmelzflüssigen Films zur Einwirkung gebracht und dieser dadurch zu der Mikroperle verblasen wird, daß während der Bildung der Mikroperle das schmelzflüssige Metall dem äußeren Düsenrohr kontinuierlich zugeführt wird, daß ein Treibmittel unter einem Winkel zu der Mittelachse der Koaxialblasdüse gegen diese gerichtet wird und die Koaxialblasdüse umstreicht und auf der entgegengesetzten oder Windschattenseite der Blasdüse fluiddynamisch ein periodisch schwingendes, pulsierendes Druckfeld erzeugt und derart auf die Mikroperle einwirkt, daß sie an einer nahe bei

der Koaxialblasdüse liegenden Stelle eingeschnürt und geschlossen wird, wobei das Treibmittel ferner bewirkt, daß die Mikroperle von der Koaxialblasdüse abgelöst und schnell abgekühlt und zum Erstarren gebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des äußeren Düsenrohrs einwärts verjüngt ist und mit dem Außenrand der Düsenmündung des inneren Düsenrohrs einen engen Spalt bildet und daß das schmelzflüssige Metall durch den engen Spalt zugeführt wird, um über der Düsenmündung der Blasdüse einen dünnen Film aus schmelzflüssigem Metall zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel auf der Koaxialblasdüse im Abstand von 0,5 bis 4 Außendurchmessern der Koaxialblasdüse oberhalb der Düsenmündung des äußeren Düsenrohrs auftrifft und daß das gegen die Koaxialblasdüse gerichtete Treibmittel von einer Querstrahldüse abgegeben wird, die in einem Abstand von 0,5 bis 14 Außendurchmessern der Koaxialblasdüse von dem Schnittpunkt der Mittelachse der Querstrahldüse und der Mittelachse der Koaxialblasdüse angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasgas ein Metalldampf ist und daß die Mikroperlen abgekühlt, gehärtet und zum Erstarren gebracht werden und auf der Innenwandung jeder Mikroperle ein dünner Metallüberzug gebildet wird.

11. Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen aus fumbildendem metallischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erhitzen einer Metallglaslegierung eine Metallschmelze gebildet wird, daß ein Film aus schmelz-

flüssigem Metall über einer Düsenmündung einer Koaxialblasdüse gebildet wird, die ein inneres Düsenrohr zum Zuführen eines Blasgases zu der Innenfläche des schmelzflüssigen Films und ein äußeres Düsenrohr zum Zuführen des schmelzflüssigen Metalls zu der Düsenmündung besitzt, wobei der untere Teil des äußeren Düsenrohrs einwärts verjüngt ist und mit dem äußeren Rand des inneren Düsenrohrs einen engen Spalt bildet, daß das schmelzflüssige Metall unter Druck durch den genannten Spalt hindurch zugeführt und der dünne Film aus schmelzflüssigem Metall über der Mündung der Koaxialbiasdüse gebildet wird, daß das Blasgas durch das innere Düsenrohr unter einem überdruck auf die Innenfläche des schmelzflüssigen Films zur Einwirkung gebracht und dieser dadurch zu der Mikroperle verblasen wird, daß während der Bildung der Mikroperle das schmelzflüssige Metall dem äußeren Düsenrohr kontinuierlich zugeführt wird, daß ein Treibmittel unter einem Winkel zu der Mittelachse der Koaxialblasdüse gegen diese gerichtet wird und die Koaxialblasdüse umstreicht und auf der entgegengesetzten oder Windschattenseite der Blasdüse fluiddynamisch ein periodisch schwingendes, pulsierendes Druckfeld erzeugt und derart auf die Mikroperle einwirkt, daß sie an einer nahe bei der Koaxialblasdüse liegenden Stelle eingeschnürt und geschlossen wird, wobei das Treibmittel ferner bewirkt, daß die Mikroperle von der Koaxialblasdüse abgelöst und schnell abgekühlt und zum Erstarren gebracht wird, so daß Mikroperlen mit einem Durchmesser von 500 bis 6000 um und einer Wandstärke von 0,5 bis 400 um erhalten werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperlen zur Bildung von abgeplatteten Rotationsellipsoiden teilweise flachgedrückt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperlen einen im wesentlichen einheitlichen Durchmesser haben.

14. Verfahren zum Erzeugen von Mikrohohlperlen in Strangform aus einem filmbildenden metallischen Material, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erhitzen einer Metallglaslegierung eine Metallschmelze gebildet wird, daß ein Film aus schmelzflüssigem Metall über einer Düsenmündung einer Koaxialblasdüse gebildet wird, die ein inneres Düsenrohr zum Zuführen eines Blasgases zu der Innenfläche des schmelzflüssigen Films und ein äußeres DUsenrohr zum Zuführen des schmelzfltissigen Metalls zu der Düsenmündung besitzt, wobei der untere Teil des äußeren Düsenrohrs einwärts verjüngt ist und mit dem äußeren Rand des inneren Düsenrohrs einen engen Spalt bildet, daß das schmelzflüssige Metall unter Druck durch den genannten Spalt hindurch zugeführt und der dünne Film aus schmelzflüssigem Metall über der Mündung der Koaxialblasdüse gebildet wird, daß das Blasgas durch das innere Düsenrohr unter einem fiberdruck auf die Innenfläche des schmelzflüssigen Films zur Einwirkung gebracht und dieser dadurch zu der Mlkroperle verblasen wird, daß während der Bildung der Mikroperle das schmelzflüssige Metall dem äußeren Düsenrohr kontinuierlich zugeführt wird, daß ein Treibmittel unter einem Weinkel zu der Mittelachse der Koaxialblasdüse gegen diese gerichtet wird und die Koaxialblasdüse umstreicht und auf der entgegengesetzten oder Windschattenseite der Blasdüse fluiddynamisch ein periodisch schwingendes, pulsierendes Druckfeld erzeugt und derart auf die Mikroperle einwirkt, daß sie einer nahe bei der Koaxiälblasdüse liegenden Stelle eingeschnürt und geschlossen wird, wobei das Treibmittel ferner bewirkt, daß die Mikroperle von der Koaxialblasdüse abgelöst und schnell abgekühlt und zum Erstarren gebracht wird, so daß Mikro-

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perlen mit einem Durchmesser von 500 bis 6000 um und einer Wandstärke von 0,5 bis 400 pm gebildet werden, die durch dünne Fäden miteinander verbunden sind, die stetig in die aus einer Metallglaslegierung bestehenden Mikroperlen übergehen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperlen zur Bildung von abgeplatteten Rotationsellipsoiden teilweise flachgedrückt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfäden im wesentlichen die gleiche Länge haben, die das 2- bis 20-fache des Durchmessers der Mikroperlen beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfäden im wesentlichen gleich lang sind und ihr Durchmesser 1/2500 bis 1/20 des Durchmessers der Mikroperlen beträgt.

18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroperlen einen im wesentlichen einheitlichen Durchmesser haben.

19. Mikrohohlperlen, die aus filmbildendem metallischem Material bestehen und einen Durchmesser von 200 bis 10 000 um und eine Wandstärke von 0,1 bis 1000 pm haben, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei sind von blasgasbildenden festen oder flüssigen Stoffen und die Wände der Mikroperlen im wesentlichen frei sind von Löchern, dünnen Stellen und Glasblasen. .

20 Mikrohohlperlen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gas unter einem Druck von 0,3 bis 6,9 bar enthalten.

21. Mikrohohlperlen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Ihrer Innenwandung eine 5 bis 50 nm starke Metallschicht besitzen.

22. Mikrohohlperlen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Vakuum von 1,33 x'10~ bis 1,33 χ 10 mbar enthalten.

23. Mikrohohlperlen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Durchmesser 500 bis 3000 um und ihre Wandstärke 0,5 bis 200 um beträgt.

24. Mikrohohlperlen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ihre durchschnittliche Schüttdichte 0,8 bis 48 g/l beträgt.

25. Stränge von Mikrohohlperlen aus filmbildendem metallischem Material mit einem Durchmesser von 200 bis 10 000 pm und einer Wandstärke von 0,1 bis 1000 pm, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen miteinander durch stetig in sie übergehende Fäden verbunden sind, die aus demselben filmbildenden metallischen Material bestehen wie die Mikrohohlperlen.

26. Mikrohohlperlen aus einer Metallglaslegierung, mit einem Durchmesser von 500 bis 6000 um und einer Wandstärke von 0,5 bis 400 pn, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei sind von blasgasbildenden festen oder flüssigen Stoffen und die Wände der Mikroperlen im wesentlichen frei sind von Löchern, dünnen Stellen und dasblasen.

- ΊΑ -

27. Eine aus den Mikrohohlperlen nach Anspruch 26 bestehende Masse.

28. Mikrohohlperlen nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden haben.

29. Stränge von Mikrohohlperlen aus Metallglaslegierung mit einem Durchmesser von 500 bis 6000 um und einer Wandstärke von 0,5 bis 400 um, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen miteinander durch stetig in sie übergehende Fäden verbunden sind, die aus derselben Metallglaslegierung bestehen wie die Mikrohohlperlen.:

30. Eine aus den Mikrohohlperlen nach Anspruch bestehende Masse.

31.. Mikrohohlperlen nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden haben.

32. Mikrohohlperlen nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfäden im wesentlichen die gleiche Länge haben, die dem 2- bis 20-fachen des Durchmessers der Mikrohohlperlen entspricht.

33. Mikrohohlperlen nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfäden im wesentlichen die gleiche Länge haben und ihr Durchmesser 1/2500 bis 1/20 des Durchmessers der Mikrohohlperlen beträgt.

34. Formkörper oder geformte Masse aus miteinander verklebten oder materialschlüssig miteinander verbundenen Mikrohohlperlen, die aus filmbildendem metallischem

Material bestehen und einen Durchmesser von 200 bis 10 000 um und eine Wandstärke von 0,1 bis 1000 pm haben.

35. Mikrohohlperlen nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Durchmesser von 500 bis 3000 um und eine Wandstärke von 0,5 bis 200 pm haben.

36. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohohlperlen nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper oder die geformte Masse die genannten Mikrohohlperlen und eine Substanz enthält, die aus der Klasse Kunststoffe, Harze, Beton und Asphalt ausgewählt ist.

37. Formkörper oder geformte Masse aus miteinander verklebten oder materialschlüssig miteinander verbundenen Mikrohohlperlen, die aus filmbildenem metallischem Material bestehen und einen Durchmesser von 200 bis 10 000 um und eine Wandstärke von 0,1 bis 1000 pm haben, wobei die Mikrohohlperlen miteinander durch stetig in sie übergehende Fäden verbunden sind, die aus demselben filmbildenden metallischen Material bestehen wie die Mikrohohlperlen.

38. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohohlperlen nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper oder die geformte Masse die genannten Mikrohohlperlen und eine Substanz enthält, die aus der Klasse Kusntstoffe, Harze, Beton, und Asphalt ausgewählt ist.

39. Formkörper oder geformte Masse aus miteinander verklebten oder materialschlüssig miteinander verbundenen Mikrohohlperlen, die aus einer Metallglaslegierung bestehen und einen Durchmesser von 500 bis 6000 um und eine Wandstärke von 0,5 bis 400 um haben, wobei die Mikrohohlperlen frei sind von blasgasbildenden festen oder

flüssigen Stoffen und die Wände der Mikroperlen im wesentlichen frei sind von Löchern, dünnen Stellen und Gasblasen.

40. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohohlperlen nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen durch Schweißen oder Sintern oder durch Verkleben mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel oder Klebstoff miteinander verbunden sind.

41. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohohlperlen nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen einen Füllstoff enthalten.

42. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohohlperlen nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß er bzw. sie aus einem dünnen Blatt oder einer Platte besteht.

43. Mikrohohlperlen nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden haben.

44. Formkörper oder geformte Masse von miteinander verklebten oder materialschlüssig miteinander verbundenen Strängen von Mikrohohlperlen aus Metallglaslegierung, mit einem Durchmesser von 500 bis 6000 um und einer Wandstärke von 0,5 bis 400 um, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen miteinander durch stetig in sie übergehende Fäden verbunden sind, die aus derselben Metallglaslegierung bestehen wie die Mikrohohlperlen.

45. Formkörper oder geformte Masse von Mikrohohlperlen nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen durch Schweißen oder Sintern oder durch Verkleben mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel oder Klebstoff miteinander verbunden sind.

46. Formkörper oder geformte Masse aus Mikroihohlperlen nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrohohlperlen einen Füllstoff enthalten.

1 47. Formkörper oder geformte Masse aus Mikrohphlperlen nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß er bzw. sie aus einem dünnen Blatt oder einer Platte besteht. : . ■ ■·'· .· ■

48. Mikrohohlperlen nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form von abgeplatteten Rotationsellipsoiden haben.

49. Mikrohohlperlen nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsfäden im wesentlichen die gleiche Länge haben, die dem 2- bis 20-fachen des Durchmessers der Mikrohohlperlen entspricht.

50. Mikrohohlperlen nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfäden im wesentlichen die gleiche Länge haben und ihr Durchmesser 1/2500 bis 1/20 des Durchmessers der Mikrohohlperlen beträgt.