專利名稱：制造封閉孔金屬泡沫的方法以及具有封閉孔金屬泡沫的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造封閉孔金屬泡沫的方法，其中提供了由金屬或金屬合金和膨脹劑構(gòu)成的復(fù)合物。該復(fù)合物經(jīng)受熱處理，其中，復(fù)合物的加熱需足夠，從而在復(fù)合物中形成封閉孔隙的情況下膨脹劑(Treibmittel)還形成膨脹氣體(Treibgas)。這就意味著,封閉孔隙通過如下產(chǎn)生，即，膨脹氣體產(chǎn)生并被捕獲在形成為封閉的孔中。此外，本發(fā)明還涉及一種組件，該組件至少部分的由所述封閉孔金屬泡沫組成。
背景技術(shù)：
例如US 5，151，246公開了帶有封閉孔金屬泡沫部分的組件及其制造方法。組件例如能夠由套筒組成，在其內(nèi)部放置有封閉孔金屬泡沫。為了制造該封閉孔金屬泡沫部分，將使用膨脹劑，例如金屬氫化物，尤其是氫化鈦或碳酸鹽，例如碳酸鈣。由該膨脹劑和預(yù)期形成金屬泡沫的金屬來(lái)制造復(fù)合物，該復(fù)合物例如能夠由兩種物質(zhì)的顆粒組成，并通過擠壓來(lái)壓實(shí)。如此形成的生坯能夠隨后經(jīng)受熱處理，其中，溫度必須足夠高，一方面為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)金屬粉末顆粒之間的連接，另一方面為了使得膨脹劑形成膨脹氣體。為了保證金屬顆粒之間的連接，必須至少實(shí)現(xiàn)顆粒間的擴(kuò)散過程。為此必須實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料足夠的加熱。使用所述的膨脹劑，能夠使具有高達(dá)660°C的固相線溫度的金屬顆粒發(fā)泡。金屬泡沫例如能夠用于殼體結(jié)構(gòu)的密封。根據(jù)WO 2008/145173A1這例如在氣體放電燈中是有益的，該氣體放電燈安裝在燈體中。為了實(shí)現(xiàn)電學(xué)接觸，觸點(diǎn)必須從燈體中引出，其中，為了不使氧氣進(jìn)入到燈內(nèi)，必須保證這些饋通(Durchfiihren)的嚴(yán)實(shí)密封。燈體和金屬電極之間的饋通可靠的借助金屬泡沫來(lái)填充。此外，所選取的膨脹劑必須根據(jù)其熱性能如下選擇，其匹配于待發(fā)泡的金屬(或待發(fā)泡的金屬合金)的固相線溫度。金屬的固相線溫度和膨脹劑釋放膨脹氣體的較低溫度之間的溫度差異在這里不允許大于120°C。只有以這種方式，才能保證可靠的形成金屬泡沫。如果之后提及金屬泡沫，在此應(yīng)該也理解包括金屬合金的泡沫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制造封閉孔金屬泡沫的方法以及帶有此類封閉孔金屬泡沫的組件，其中，可使用高于660°C的固相線溫度的金屬。這一目的將以前述方法依據(jù)本發(fā)明如下完成，即由C形成的分子和/或由B和N形成的分子作為膨脹劑來(lái)使用，它們具有球狀或者管狀結(jié)構(gòu)，其中，膨脹氣體化學(xué)的或者物理的連接在這些分子上。球狀分子是已知的，例如所謂的富勒烯。在此涉及常規(guī)的例如由C原子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。具體實(shí)例為以C6tl所表示的富勒烯，其結(jié)構(gòu)和足球的結(jié)構(gòu)類似。碳納米管(以下縮寫為CNT)或者氮化硼納米管(以下縮寫為BNNT)作為已知的管狀結(jié)構(gòu)。膨脹劑的化學(xué)結(jié)合例如能夠通過該分子的官能化來(lái)實(shí)現(xiàn)。適合作為膨脹劑的官能團(tuán)例如是-COOMe。這一官能團(tuán)例如能夠連接在CNT的C原子上，其中，Me尤其代表Mo、Ni、Ir或者Co。如此所得的膨脹劑在例如有氧氣作為反應(yīng)物存在時(shí)在高于1000°c的溫度范圍中反應(yīng)。典型的，在此情況下釋放出CO2，其之后作為膨脹氣體來(lái)使用。使用該膨脹氣體實(shí)例的情況下，具有高于1000°C的固相線溫度的金屬能夠被加工成泡沫。還有可能，膨脹劑通過涂層分子連接在分子上。在此例如通過ALD法(ALD代表原子層沉積)施加非常薄的涂層，其厚度為一個(gè)或多個(gè)原子層。納米顆粒在此以渦流法保持運(yùn)動(dòng)。這一方法為已知。待涂層的顆粒例如能夠是CNT或BNNT。這些分子能夠典型的以氫化鈦或貴金屬氧化物涂層，該貴金屬氧化物例如氧化銥和/或氧化鑰和/或氧化鉬和/或氧化銅(I)和/或氧化錳(Magnetide)和/或五氧化二釩。使用貴金屬氧化物的是有益的，因?yàn)樗麄冇捎谄漭^低的與氧的親和力輕易的就分解成金屬組分和氧組分，所述氧組分提供膨脹劑。這在適合于形成金屬泡沫的溫度下進(jìn)行。氧化銥和氧化鉬例如在大約1200°C的溫度下分解，氧化釕和氧化銠在大約1100°C的溫度下分解，氧化鑰同樣在1100°C分解。帶有較高分解溫度的氧化物是分解溫度為1580°C的氧化錳，分解溫度為1800°C的氧化銅(I)和分解溫度為1750°C的五氧化二釩。由此能夠根據(jù)發(fā)泡所使用金屬的固相線溫度合適的 選擇氧化物，其中必須考慮到，所選金屬氧化物的分解溫度必須小于所用金屬相關(guān)的固相線溫度，具體地至多小120°C。當(dāng)使用球狀分子來(lái)作為分子使用時(shí)，膨脹氣體還能夠根據(jù)本發(fā)明有益的實(shí)施方式被包圍在這些分子中，即在室溫下已經(jīng)以膨脹氣體的形式存在。然而，只有當(dāng)球狀分子被破壞時(shí)其才能被釋放出來(lái)。對(duì)此同樣必須加熱到1500°C。填充氣體的富勒烯例如能夠包含He或N2,并且記為He@C60或者N2@C60。當(dāng)氣體從富勒烯內(nèi)部被釋放出的時(shí)候，其在分解之后同樣作為膨脹氣體使用。這意味著，以此類膨脹劑還能夠?qū)⒕哂写蠹s1600°C的固相線溫度的金屬發(fā)泡。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式，由金屬顆?；蛘呓饘俸辖痤w粒形成復(fù)合物，其中，至少一部分顆粒以膨脹劑的層來(lái)涂層。在此，甚至在金屬顆粒加工成為組件(生坯)之前，膨脹劑已經(jīng)如此包裝，即在制造生坯膨脹劑已經(jīng)裝進(jìn)生坯中。能夠通過顆粒上涂層的厚度、顆粒尺寸和/或涂層顆粒相比于未涂層顆粒的比例來(lái)設(shè)定膨脹劑的濃度。經(jīng)此有益的提供了非常準(zhǔn)確的方法用于設(shè)定膨脹劑的濃度。膨脹劑的濃度接下來(lái)決定了在金屬泡沫中孔隙的大小和濃度，并且因此還決定了其密度。在本發(fā)明另一實(shí)施方式中，當(dāng)復(fù)合物是由多層的涂層構(gòu)成時(shí)，其中，提供有連續(xù)的金屬或者金屬合金層和膨脹劑層。當(dāng)膨脹劑層和金屬合金或者金屬層相互交替時(shí)，這是特別有益的。膨脹劑的濃度能夠通過金屬層與膨脹劑層的厚度之比來(lái)設(shè)定。然而為了能夠?qū)崿F(xiàn)膨脹氣體在復(fù)合物中均勻分布，層必須實(shí)施得足夠薄，從而還實(shí)現(xiàn)孔隙在所形成泡沫中的均勻分布。由此尤其能夠有益的非常經(jīng)濟(jì)的以金屬泡沫層覆蓋具有特別大表面的組件。當(dāng)在復(fù)合物中額外的裝入具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的材料時(shí)，這是特別有益的。正如前面對(duì)于膨脹劑已經(jīng)闡述過的那樣，這例如能夠通過顆粒的涂層或者在其他金屬層或膨脹劑層之間插入這樣的材料層來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在金屬泡沫中設(shè)有帶有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的材料時(shí)，在此能夠影響金屬泡沫的熱膨脹系數(shù)，其會(huì)因此降低。然而前提在于，材料熱力學(xué)要如此穩(wěn)定，即它要經(jīng)受得住形成金屬泡沫所需的熱處理。當(dāng)金屬泡沫與如下組件接觸時(shí)，其中該組件比缺失具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的材料成分的金屬泡沫具有更低的熱膨脹系數(shù)，此時(shí)金屬泡沫通過所述材料降低的熱膨脹系數(shù)是特別有益的。金屬泡沫例如能夠通過這一手段有益的可靠的與陶瓷組件或者玻璃組件相連。相應(yīng)組件和金屬泡沫之間的連接通過金屬泡沫和組件熱膨脹系數(shù)的匹配而經(jīng)受較低機(jī)械應(yīng)力。尤其能夠在此達(dá)到的是，金屬泡沫和組件之間的密封連接能夠較可靠的并且在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)實(shí)現(xiàn)。此外，發(fā)明目的通過一個(gè)組件來(lái)完成，其中，在使用的金屬泡沫中包含有C的分子和/或B和N的分子，它們具有球狀或管狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@些分子在前述方法中適合于與載體氣體物理或者化學(xué)結(jié)合，所述載體氣體隨后包含在金屬泡沫的孔隙中。在前述方法中，膨脹劑的物質(zhì)連接在分子上，并通過熱處理釋放出載體氣體，該載體氣體形成了金屬泡沫的孔隙。根據(jù)組件優(yōu)選的實(shí)施方式，其由不同于金屬泡沫的材料構(gòu)成為殼體結(jié)構(gòu)，且包括具有開口的空腔，其中，開口通過金屬泡沫來(lái)封閉。在此能夠有益的具有空腔嚴(yán)密的密封，因?yàn)槠湓陂_口的區(qū)域內(nèi)在金屬泡沫和殼體結(jié)構(gòu)之間形成緊密結(jié)合。尤其是當(dāng)金屬泡沫根據(jù)其熱膨脹系數(shù)在上述方法中適合于那些殼體結(jié)構(gòu)時(shí)，嚴(yán)實(shí)的密封還能夠有益的在組件熱力學(xué)負(fù)載時(shí)保證較長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)空腔通過玻璃體構(gòu)成，尤其是燈具時(shí)，這是特別有益的。


本發(fā)明其他細(xì)節(jié)將在隨后結(jié)合附圖得以說(shuō)明。相同的或者相應(yīng)的附圖元素在各個(gè)附圖中分別配備有相同的附圖標(biāo)記，并且僅在各個(gè)附圖之間存在區(qū)別時(shí)多次闡明。其中圖I至圖3在截面圖中展示了依據(jù)本發(fā)明的組件的實(shí)施例，其中，分別在分界線的左右概括的展示了實(shí)施本發(fā)明用于熱處理(形成金屬泡沫)的方法的實(shí)施例之前和之后的狀態(tài)，和圖4是帶有用于接觸的密封的饋通的燈體，其中，通過依據(jù)本發(fā)明的金屬泡沫的實(shí)施例來(lái)構(gòu)成密封。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖I帶有殼體結(jié)構(gòu)11的組件具有空腔12，其中，組件例如能夠是兩端開口的 管。此外，銅導(dǎo)體13延伸穿過組件，其中，空腔12的截面的其余部分預(yù)期要被密封。為了該目的，將涂層14 (展示在分界線16的左半部分)施加在殼體結(jié)構(gòu)11的內(nèi)壁上，該涂層14具有相互交替的金屬層15a和膨脹劑層15b。在圖I中以并不真實(shí)的厚度展示了層15a、15b。當(dāng)然能夠設(shè)有更薄的層以及因此實(shí)際上更多的層數(shù)。這些層例如能夠通過冷氣噴涂、通過電化學(xué)涂層或者還通過ALD法(ALD代表原子層沉積)來(lái)實(shí)施?？蓪⑵渌麑釉O(shè)在復(fù)合物中，這些層由帶有負(fù)熱膨脹系數(shù)的材料組成，這一可能性并未示出。這些材料例如已知有ZrW205、ZrV2O7, Sc2W3O12, Y2W3O12, K5Zr (PO4)2 或者 KzR2 (PO4)3O在根據(jù)圖I所示的右半部中，即分界線16的右側(cè)，展示了完成的金屬泡沫18。其具有孔隙17，其中，金屬泡沫將空腔12完全填滿。在此，金屬泡沫既沿銅導(dǎo)體13走向又沿空腔12內(nèi)壁的走向，從而形成嚴(yán)實(shí)的密封。孔隙17在金屬泡沫18中的濃度的大小依賴于膨脹劑的濃度。在圖I中(以及在其他附圖中)僅僅示例性的展示了孔隙。孔隙的濃度在現(xiàn)實(shí)中能夠大很多，從而其間僅僅形成相對(duì)薄壁的金屬結(jié)構(gòu)。由此尤其能夠達(dá)到帶有較低密度的密封結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)圖2的殼體結(jié)構(gòu)11中，金屬顆粒19施加在表面上，所述顆粒都具有由膨脹劑構(gòu)成的層20。一種變化并未示出，根據(jù)這種變化，僅僅一部分顆粒19具有此類涂層，由此形成涂層顆粒和非涂層顆粒19的混合物。在根據(jù)本發(fā)明方法熱處理之后，通過由膨脹劑的層20來(lái)產(chǎn)生膨脹氣體，從而構(gòu)成封閉孔金屬泡沫18，這在分界線16的右側(cè)得以展示。根據(jù)圖3，由不同的顆粒形成復(fù)合物21，即金屬顆粒19和膨脹劑顆粒22，它們以混合的方式存在(見分界線16左側(cè))。在此同樣地，熱處理制造出在分界線的右側(cè)所示的帶有孔隙17的金屬泡沫18。根據(jù)圖4，展示了用于氣體放電燈的玻璃體23作為形成空腔結(jié)構(gòu)11的組件。兩個(gè)電極24位于空腔12中，它們通過位于輪片(Quetschung)中的扁平導(dǎo)體25與連接接觸器26相連。連接接觸器26通過開口 27導(dǎo)出，由此從外界的接觸是可能的。為了保證開口 27中接觸饋通的嚴(yán)實(shí)密封，開口 27以依據(jù)本發(fā)明的方法用金屬泡沫18填充。·
權(quán)利要求
1.用于制造封閉孔金屬泡沫(18)的方法，其中 提供由金屬或者金屬合金和膨脹劑所組成的復(fù)合物(21)，和 所述復(fù)合物(21)經(jīng)受熱處理，其中，所述復(fù)合物的熱處理要足夠，從而膨脹劑形成膨脹氣體，且在復(fù)合物(21)中形成封閉孔(17)，其特征在于，使用具有球狀或者管狀結(jié)構(gòu)的C的分子和/或B和N的分子作為膨脹劑，其中，所述膨脹氣體化學(xué)或者物理連接至這些分子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過使分子官能化或者通過涂覆分子而將所述膨脹劑連接在分子上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述分子的官能化通過連接官能團(tuán)-COOMe來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，Me尤其是Mo、Ni、Ir或Co。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用球狀分子作為所述分子，所述膨脹氣體被封閉在該球狀分子中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，氦氣和/或氮?dú)庾鳛樗雠蛎洑怏w被封閉在分子中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由金屬顆粒(19)或金屬合金顆粒形成所述復(fù)合物(21)，其中，至少部分所述顆粒以膨脹劑的層(20 )來(lái)涂敷。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述復(fù)合物由帶有多層(15a、15b)的涂層(14)組成，其中，提供有金屬或金屬合金構(gòu)成的和膨脹劑構(gòu)成的連續(xù)的層(15a、15b)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述復(fù)合物(21)中額外地引入帶有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的材料。
9.至少部分是由所述封閉孔金屬泡沫(18)所構(gòu)成的組件，其特征在于，具有球狀或者管狀結(jié)構(gòu)的C的分子和/或B和N的分子包含在金屬泡沫(18)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，所述組件形成為以不同于金屬泡沫(18)的材料所組成的殼體結(jié)構(gòu)(11)，且包括具有開口(27)的空腔(12)，所述開口(27)通過金屬泡沫(18)來(lái)封閉。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的組件，其特征在于，所述空腔(12)通過玻璃體(23)來(lái)形成，尤其是燈。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11中任意一項(xiàng)所述的組件，其特征在于，具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)的材料另外存在于金屬泡沫中，其比例如下選擇，即金屬泡沫(18)在開口(27)的區(qū)域內(nèi)具有與殼體結(jié)構(gòu)(11)至少基本上相同的膨脹系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造封閉孔金屬泡沫的方法。另外，本發(fā)明還涉及一種組件，所述金屬泡沫使用在其中。為了形成帶有封閉孔(17)的金屬泡沫(18)，該組件(11)在熱處理之前配備有金屬顆粒(19)構(gòu)成的復(fù)合物(21)，其中，顆粒例如能夠具有膨脹劑的層(20)?？蛇x的(未示出)，金屬和膨脹劑還能夠設(shè)置為板的多層或者作為顆粒的混合物。膨脹劑通過熱處理釋放出膨脹氣體，其中依據(jù)本發(fā)明設(shè)置如下，即膨脹劑由富勒烯或納米管組成，在其上，膨脹劑化學(xué)或者物理的連接。因?yàn)榧{米管或富勒烯良好的高溫穩(wěn)定性，可產(chǎn)生膨脹劑，由此在相對(duì)較高的超過1000℃的溫度下釋放出膨脹氣體，其中，由此具有相對(duì)較高的超過1000℃的固相線溫度的金屬還能夠加工成為金屬泡沫。由此形成了大量多樣的可制造的金屬泡沫，以及由此產(chǎn)生的更多結(jié)構(gòu)自由度。
文檔編號(hào)C22C1/08GK102917820SQ201180026981
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者F.海因里希斯多爾夫, J.D.詹森, U.克魯格, G.溫克勒 申請(qǐng)人:西門子公司