專利名稱：多孔金屬泡沫體的制作方法
多孔金屬泡沫體
本發(fā)明涉及一種多孔金屬泡沫體、所述多孔金屬泡沫體的制備過程及 其應(yīng)用。
金屬泡沫和它們的制備是已知的。因此，金屬泡沫是由粉體或利用熔 體冶金方法通過在成核劑和氣體中進行攪拌而制備。
DE 102 38 284 Al描述了一種多步過程，其中將導(dǎo)電顆粒涂覆在具有 泡沫結(jié)構(gòu)(如PU泡沫)的非導(dǎo)電基材上作為通過電沉積進4亍后續(xù)涂覆的 基底，隨后實施電沉積。任何具有開孔泡沫結(jié)構(gòu)的材料都可以用作基材。 該基材用作骨架。
DE-A-100 13 378描述了一種用金屬填充的多孔陶瓷。此處，整個多孔 空腔都用金屬填充，而非僅僅為孔表面提M屬層。
雖然DE-A-35 22 287公開了用于過濾和/或氣體或液體的催化處理的 開孔體及其制備過程，但應(yīng)指出如同DE 102 38 284—樣，非金屬基材的 孔必須在表面金屬化之前通過導(dǎo)電層的方式制備以用于電沉積，因為根據(jù) 前述文件的金屬層是通過電沉積施加的。
FR-A-2 679 925也公開了通過多孔有機基材表面的三層金屬化制備多 孔金屬結(jié)構(gòu)。
由現(xiàn)有技術(shù)所知的金屬泡沫或者具有封閉孔，4吏得并非金屬泡沫的所 有表面區(qū)域都可以i^;或者是開孔金屬泡沫，其只能以高成本來制備且 具有至少兩個金屬層。
本發(fā)明的一個目的是提供一種金屬泡沫體，尤其是開孔金屬泡沫體， 其可應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域，以及提供一種簡單且成本低廉的制備該金屬泡沫體 的方法。
所述目的可通過可由以下步驟得到的多孑L金屬泡沫體實現(xiàn)將熔融金 屬涂覆于開孔非金屬基材，并允許熔融金屬滲透進入所述非金屬基材的開 孔中，從而形成金屬泡沫體，其中所述熔融金屬沉積在至少一部分孔的表 面以獲得金屬化的孔表面。特別地，該金屬組分至少部分滲透ii^所述開 孔非金屬基材中。
根據(jù)本發(fā)明的多孔金屬泡沫體具有其內(nèi)腔至少部分具有金屬表面的 孔群。該群也可以僅部分地以表面具有金屬的部分孔群的形式來建立，特 別是所述部分孑L群的位置在所述非金屬基材的外部區(qū)域。因此，這樣的多 孑L金屬泡沫體在外部區(qū)域具有表面金屬化的孔，而在內(nèi)部區(qū)域沒有金屬化 的孔。根據(jù)制備方法，從金屬化到非金屬化的孔表面沒有突然轉(zhuǎn)變，但是 朝向所述多孔金屬泡沫體的體積內(nèi)部，完全具有金屬化表面的孔的量逐漸 減少。當(dāng)對所述多孔金屬泡沫體的制備進行合適的過程控制或者使用適宜 的厚度時，幾乎所有熔融金屬可以進入的孔都可以成功地具有金屬化表 面。
所述熔融金屬的涂覆可通過涂覆熔融金屬液滴例如通過熱噴霧、通過 熔融金屬霧化例如熔融金屬旋轉(zhuǎn)霧化來進行，也可以通過將基材浸入合適 的熔融金屬中來進行。根據(jù)本發(fā)明，鐵、鋅、鋁、銅、鎳、金、銀、鉑、 錫或者它們的合金可以用作基底金屬。
另外，在本發(fā)明的金屬泡沫體中，可以涂覆幾層相同或不同的金屬來 得到金屬層的多層結(jié)構(gòu)。特別是鋅基材料適合用作所述非金屬基材的第一 層，因為它們保證了對基材和覆蓋金屬層都具有良好粘合。
例如,根據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫體具有5 ppi到150卯i (每英寸的孔) 的孔隙率，但是也可以選擇其他范圍的孔隙率。
形成開孔非金屬基材的孔并通過"網(wǎng)狀物"將其封閉?；牡谋砻婊?網(wǎng)狀物例如通過熱噴涂或者霧化如空氣霧化而由層覆蓋。該層的厚度可以 根據(jù)金屬液滴涂覆方法的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。結(jié)果得到包含噴涂材料的泡沫 體。開孔泡沫體和具有封閉覆蓋層的開孔泡沫體均可制備。泡沫體可包含 任何可以被加工的材料，例如通過熱噴涂加工的材料(鐵、鋅、鋁、銅、 鎳、金、銀、鉑、錫或者它們的合金)。但是，也可以例如特別是通過熱 噴涂來涂覆陶瓷顆粒(碳化鎢、氧化鋁、碳化硅)。
該基材可以完全由上述材料提供，也可以僅在部分區(qū)域由上述材料提供。
根據(jù)本發(fā)明，用于制M屬泡沫體的過程從開孔非金屬基材開始，然 后用熔融金屬液滴進行涂覆，其中熔融金屬液滴至少部分滲透a非金屬 基材的開孔中。
根據(jù)本發(fā)明，熔融金屬的涂覆可通過熱噴涂、熔融金屬霧化或者熔融
金屬旋轉(zhuǎn)霧化進行。熔融金屬的滲透可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法
促進。這些方法具體包括改變基材上孔的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)；改變金屬液 滴的尺寸、速度和溫度、噴涂距離、噴涂時間、基材和涂覆裝置之間的工 作角度；多層噴涂；在基材背面產(chǎn)生負(fù)壓；或者這些方法的組合。，
可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的開孔非金屬基材可以選自多孔的無機或 有機材料。
可以使用的無機材料具體選自分子篩、硅膠、玻璃料、陶瓷材料、礦 物纖維毛或者它們的組合。
有機材料具體選自開孔泡沫材料，其包括塑料，如泡沫聚氨酯、聚酯、 聚醚、泡沫聚苯乙烯；開孔的天然或人工海綿；木絲；或者它們的組合。
金屬液滴可以包括例如熔融的鐵、鋅、鋁、銅、鎳、金、銀、鉑、 錫或它們的合金。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施方案中，基材可以通過熱或者化學(xué)方 法除去，例如，在有機基材情況下，在已經(jīng)提供有熔融金屬液滴后，通過 燃燒除去。根據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫體可以具有兩個主表面，其中一個或者 兩個主表面由封閉孔材料層或者非封閉孔材料層形成。
后一種情況是夾層結(jié)構(gòu)。例如，用作基材的泡沫聚氨酯可在其一面上 提##合金的開孔層，其中鋅合金不完全滲透4材。另一面具有包^# 層和覆蓋銅層的多層結(jié)構(gòu)，該覆蓋銅層的滲透深度同樣不完全延伸穿過基 材。如果在泡沫聚氨酯中的中間區(qū)域保持未處理，則得到包括鋅合金金屬 泡沫體、基材聚氨酯和鋅/銅金屬泡沫體的三組分復(fù)合物。根據(jù)設(shè)計，可以 調(diào)節(jié)在完成的夾層中各組分的性質(zhì)(如基材/鋅層/銅層)。例如，可以制備 具有硬金屬"殼"的軟PU泡沫。因此，可以調(diào)節(jié)例如特定的阻尼性能或 撓曲強度，同時表面具有光學(xué)設(shè)計。
例如，根據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫體可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)，尤其是用于輕量結(jié)構(gòu)、 發(fā)動機結(jié)構(gòu)、汽車工程、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工程、電氣工程，即應(yīng)用于節(jié)省 重量但是堅固或堅硬材料仍然重要的基本上所有領(lǐng)域。因此，根據(jù)本發(fā)明 的金屬泡沫體可以用于例如絕泉&、覆蓋物、隔音、電磁屏蔽的建構(gòu)元件、 減震、碰撞吸收、過濾、催化劑、電池單元、半導(dǎo)體。
也可以通過用不同材料噴涂來獲得多層結(jié)構(gòu)。也可以將不同材料的并 置應(yīng)用。
泡沫體的形狀通常由基材限定，因此在噴涂前可容易地制備并且保持
形狀(如基材的板、球、棒、立體復(fù)合結(jié)構(gòu)；基材也可以在涂覆前進， 成型并且在涂覆過程中保持該狀態(tài))。
該泡沫也可以用作復(fù)合材料的芯，.例如，該金屬泡沫可設(shè)計為輕質(zhì)金 屬覆蓋盤與加熱至焊接溫度的焊接材料接合并任選插入加強筋的復(fù)合材 料。
本發(fā)明還涉及將根據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫體用作基體材料，所述基體材 料用于通過電沉積方法、氣相或液相沉積、或粉末涂覆來進一步涂覆金屬 材料。在一個優(yōu)選實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫體用作填充聚合物 或金屬鑄件的基質(zhì)。
實施例
實施例1
將厚度為20 mm且每英寸孔隙率為10 ppi的聚氨酯泡沫形式的基材 通過絲電弧噴涂來涂覆鋅層。獲得的開孔金屬泡沫體具有0.06到0.45 g/cm3 的密度和16到220 kPa的抗壓強度。
實施例2
根據(jù)實施例1制備的金屬泡沫可作為基質(zhì)嵌入聚合物或金屬結(jié)構(gòu)中。
該開孔金屬泡沫可以用液體聚合物進行填充來獲得具有材料組合的 金屬/聚合物復(fù)合材料。該材料可以被用作例如碰撞吸收體。
實施例3
將厚度為20 mm且每英寸孔隙率為10 ppi的聚氨酯泡沫板形式的基 材通過絲電弧噴涂來涂^_鋅層。獲得的開孔金屬泡沫體具有0.06到0.45 g/cm3的密度和16到220 kPa的抗壓強度。通過絲電弧噴涂涂覆第二黃銅 或銅層以形成具有高撓曲強度和優(yōu)良吸聲性能的板，并且具有黃銅或銅設(shè) 計中具有美感的表面外觀。
權(quán)利要求
1.一種多孔金屬泡沫體，其可通過將熔融金屬涂覆于開孔非金屬基材并允許所述熔融金屬滲透進入所述非金屬基材的開孔中以形成金屬泡沫體而得到，其中所述熔融金屬沉積在至少部分所述孔的表面上以獲得金屬化的孔表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬泡沫體，其中其表面上具有金屬的所述部
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的金屬泡沫體，其中基本上所述非金 屬基材的所有孔都是其表面被金屬化的孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬泡沫體，其特征在于所述熔融金屬的 涂覆是通過熱噴涂來涂覆熔融金屬液滴、通過熔融金屬霧化、通過熔融金 屬旋轉(zhuǎn)霧化、或通過將所述開孔非金屬基材浸入熔融金屬中而形成一層或多層來進行的。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的金屬泡沫體，其特征在于所述金屬 部分包括鐵、鋅、鋁、銅、鎳、錫、金、銀、鉑或者它們的合金。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的金屬泡沫體，其具有5 ppi到150 ppi的孔隙率。
7. —種制備根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項的金屬泡沫體的方法，其中提 供開孔非金屬基材并對其涂覆一層或多層熔融金屬，并且所述熔融金屬滲 透進入所述開孔非金屬基材的開孔中。
8. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述熔融金屬的涂覆是通過熱噴 涂而涂覆熔融金屬液滴、通過熔融金屬霧化、通過熔融金屬旋轉(zhuǎn)霧化、或 通過將所述開孔非金屬基材浸入熔融金屬中來進行的。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述熔融金屬液滴的滲透是通過 以下方法促進的改變所述基材中的孔的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)；改變所述液 滴的尺寸、速度和溫度、噴涂距離、噴涂時間、所述基材和涂覆裝置之間 的工作角；多層噴涂和/或在所述基材背面產(chǎn)生負(fù)壓。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求7到9中任一項所述的方法，其中所述開孔非金屬 基材選自多孔的無機或有機材料。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求7到10中任一項所述的方法，其中所述無機材料 選自分子篩、硅膠、玻璃料、陶瓷材料、礦物纖維毛或它們的組合。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求7到11中任一項所述的方法，其中所述有機材料 選自開孔泡沫材料，包括如泡沫聚氨酯、聚酯、聚醚、泡沫聚苯乙烯的塑 料、開孔的天然或AJt海綿、木絲、織物、紡織品或它們的組合。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求7到12中任一項所述的方法，其中所述熔融金屬 包括鐵、鋅、鋁、銅、錫、鎳、金、銀、鉑或它們的合金以及加入的陶瓷 顆粒(碳化鎢、氧化鋁、碳化硅)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在用所述熔融金屬涂覆所述有機 基材后，除去所述有機基材。
15. —種金屬泡沫體，其可根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法得到。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1到6和/或15所述的金屬泡沫體，其具有兩個主表面， 其中 一個或兩個主表面由封閉孔材料層形成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬泡沫體，其作為夾層結(jié)構(gòu)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1到6和/或15中的至少一項所述的金屬泡沫體在結(jié)構(gòu) 中的應(yīng)用，尤其是用于輕量結(jié)構(gòu)、發(fā)動機結(jié)構(gòu)、汽車工程、化學(xué)工業(yè)、醫(yī) 藥工程、電氣工程。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，用于絕漆板、覆蓋物、隔音、電磁屏 蔽、減震、碰撞吸收、過濾、催化劑、電池單元和/或半導(dǎo)體的組件。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1到6和/或15所述的金屬泡沫體作為基體材料的應(yīng)用， 所述基體材料用于通過電沉積方法、氣相或液相沉積、或粉末涂覆來進一 步涂覆金屬材料。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1到6和/或15所述的金屬泡沫體作為用于填充聚合物 和金屬鑄件的基質(zhì)的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬泡沫體，其可通過將一層或多層熔融金屬涂覆于開孔非金屬基材并允許所述熔融金屬滲透進入所述非金屬基材的開孔中以形成金屬泡沫體而得到，其金屬組分至少部分滲透進入所述開孔非金屬基材。所述開孔金屬泡沫體由如下方法生產(chǎn)制備開孔非金屬基材并提供熔融金屬，和使所述熔融金屬滲透進入所述開孔非金屬基材的開孔中。所述金屬泡沫體可應(yīng)用于許多技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C23C4/12GK101184862SQ200680018697
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者于爾根·維希涅夫斯基, 弗蘭克·普倫格, 約亨·施普里斯特斯巴赫, 馬庫斯·卡坦內(nèi)克 申請人:格里洛股份公司