專利名稱：開孔膜塑體及其生產(chǎn)方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造開孔模塑體的方法，它由鎳或鐵以及形成固溶體或金屬間相，或者在它的表面上形成了這種固溶體或金屬間相的至少另一種元素形成。尤其，由于用鎳形成的這種固溶體或金屬間相的熱性能，根據(jù)本發(fā)明的開孔模塑體還在至少超過700℃的高溫范圍內(nèi)是熱穩(wěn)定的，并且可以沒有任何問題地使用。因此，根據(jù)本發(fā)明的模塑體能夠作為顆粒過濾器用于排氣系統(tǒng)。另外，在這里，在特定情況下的良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性也對其具有有利的效果。
因此，例如，在此類顆粒過濾器中含有的有機(jī)顆粒能夠通過加熱再生方法轉(zhuǎn)化為氣體組分，并且能夠從這種顆粒過濾器中去除。這樣所需的溫度升高原則上對所使用的材料無害。然而，這種溫度升高還能夠通過這樣設(shè)計的顆粒過濾器的電阻加熱方法來獲得。
開孔鎳類模塑體屬于現(xiàn)有技術(shù)，并且例如可以作為具有不同孔隙率和不同數(shù)目的孔的商品從INCO公司獲得。
然而，迄今可獲得的泡沫結(jié)構(gòu)局限于規(guī)定的形成幾何形狀，尤其，如果有的話，這種沿至少一個軸球形彎曲的幾何結(jié)構(gòu)僅以有限的程度獲得。
另外，成問題的是，如果進(jìn)一步加工這種由鎳或鐵制成的開孔泡沫結(jié)構(gòu)，固溶體或金屬間相的形成要用各自適合于此的其它金屬來獲得。
在該情況下，通常繼續(xù)將各種附加材料以包含有機(jī)粘結(jié)劑的粉末形式沉積在粉狀開孔泡沫結(jié)構(gòu)的表面上。此后，粘結(jié)劑的有機(jī)組分借助相應(yīng)的熱處理來脫除，以及在第二步中，在升高的溫度下，在非常類似燒結(jié)的方法中形成了金屬間相和固溶體。
顯而易見，應(yīng)用分別的包含有機(jī)粘結(jié)劑的金屬粉末構(gòu)成了限制，尤其，因為不容易為具有這種由粘結(jié)劑和金屬粉末組成的涂層的開孔體均勻地提供大的位移，如果可能的話。
當(dāng)這種開孔體也以三維方式成型，并且具有難以達(dá)到的表面區(qū)域或難以進(jìn)行涂層時，更尤其成問題。
然而，用在DE 37 29 126A1中所述的溶液也不能解決這些問題。
在該公開物中，例如，以類似方式將鐵鉻鋁合金沉積在金屬泡沫體上，在它之上再形成催化起作用的金屬氧化物層。
在該公開物中，所使用的金屬泡沫體沒有進(jìn)一步規(guī)定，它僅僅用來形成后續(xù)沉積的層體系的實際載體。
至少就其熱性能來說，所提出的鐵鉻鋁合金具有缺點。此外，這種合金層不太容易地以充分持久的粘合強(qiáng)度沉積在形成不同泡沫體的金屬上。
因此，本發(fā)明的目的是提出怎樣能夠提供耐熱以及耐機(jī)械性的開孔幾何結(jié)構(gòu)形狀的可能性。
該目的根據(jù)本發(fā)明用包括權(quán)利要求1的特征的方法來解決。各開孔模塑體在權(quán)利要求20中定義，以及有利的應(yīng)用相應(yīng)地由權(quán)利要求34獲得。
本發(fā)明的有利實施方案和改進(jìn)能夠用分別在從屬權(quán)利要求中指定的特征來獲得。
在制造根據(jù)本發(fā)明的開孔模塑體的時候，用有機(jī)粘結(jié)劑以及另外用可以與開孔體的鎳或鐵形成固溶體或金屬間相的金屬粉末在如購買到的由鎳或鐵制成的開孔體的表面上以及在內(nèi)部孔的表面上形成涂層。
在該開孔體的涂覆之后，可以將這樣的預(yù)處理體成型。在該成型過程中，必須保持規(guī)定的最小彎曲半徑，以便避免開孔體的斷裂。最小彎曲半徑一般通過開孔體的孔隙率以及在彎曲半徑范圍內(nèi)的各自厚度來決定。
還應(yīng)該使由涂覆的開孔體成型的方式預(yù)處理開孔結(jié)構(gòu)可充分變形，以便形成所需形狀的根據(jù)本發(fā)明的模塑體。在形成固溶體或金屬間相之后，由于它的脆性，無破壞變形不再可能。
在該成型之后，進(jìn)行兩階段熱處理。因此，保持了模塑體的預(yù)定形狀，以及如果有的話，體積僅僅輕微改變，其中視情況而定，然后可以擴(kuò)大體積，這能夠有利地使用。
在該情況下，在第一次熱處理過程中，不需要主要是粘結(jié)劑組分的有機(jī)組分，以及同時形成各固溶體或金屬間相的燒結(jié)在隨后進(jìn)行的第二次熱處理中進(jìn)行。
原則上，在第二次熱處理之后，完成了根據(jù)本發(fā)明的模塑體。
然而，視情況而定，還可以進(jìn)行另外的附加處理步驟，以便獲得前面已經(jīng)制造的開孔模塑體的所需表面改性。
有利的是，應(yīng)用有機(jī)粘結(jié)劑和應(yīng)用金屬粉末各自還要求彼此分開進(jìn)行。
因此，在由鎳或鐵制成的開孔體的表面上涂施有機(jī)粘結(jié)劑例如能夠通過浸漬和/或噴涂來進(jìn)行。
接著，各有機(jī)粘結(jié)劑本身應(yīng)該單獨具有充分的低粘度或者應(yīng)該在優(yōu)選的具有相應(yīng)的較低粘度的水溶液中使用。
在由鎳或鐵制成的開孔體的表面上施涂粘結(jié)劑的情況下，應(yīng)該遵守只有各表面被涂覆，以及保持開孔結(jié)構(gòu)。
這例如能夠通過壓擠和/或排出過量粘結(jié)劑來達(dá)到。
提供了粘結(jié)劑涂層的開孔體然后可以用各金屬粉末涂覆，其中如果可能的話，該粉末涂布方法應(yīng)該確?？梢栽陂_孔體的內(nèi)部體積區(qū)域的表面上形成均勻涂層。這例如可以通過在用各金屬粉末涂布期間或之后造成開孔體振動來實現(xiàn)。為此，優(yōu)選的是，進(jìn)行具有低幅度的高頻振動是有效的。
尤其有利的是使用鋁粉，因為在第二次熱處理之后形成的鋁化鎳或鋁化鐵達(dá)到了高熱和高機(jī)械穩(wěn)定性，并且還是導(dǎo)電的和耐腐蝕的。
在任何情況下，能夠?qū)⑵渌蹱罱饘偌尤氲叫纬筛鞴倘荏w或各金屬間相的金屬粉末中，以進(jìn)一步有利地影響所需性能。然而，使用相應(yīng)減低份額的附加金屬。因此，少量的其它粉狀元素能夠加入到金屬粉末，例如鋁粉中，或能夠使用預(yù)合金粉末。因此，根據(jù)本發(fā)明的模塑體的耐腐蝕性能夠比如用鉻增強(qiáng)。能夠用硼或鉭有利地影響其它性能。
可以將用如上所述的粘結(jié)劑和金屬粉末預(yù)處理的由鎳或鐵制成的開孔體成型，使得可以由優(yōu)選的板狀開孔體預(yù)形成中空圓柱體，隨后進(jìn)行上述兩個熱處理階段，從而能夠制造根據(jù)本發(fā)明的中空圓柱體。在該場合下，能夠借助相應(yīng)形成的纏繞心軸來支持成型。
采納該主意，那么可以制造中空圓柱體形狀的具有相等的內(nèi)和外徑的多個這種模塑體，使它們結(jié)合在一起，這樣可以總是獲得多重殼結(jié)構(gòu)。
將仍然沒有進(jìn)行熱處理的一個或多個這樣制備的模塑體插入到另外的圓柱體中，然后至少使之形成根據(jù)本發(fā)明的完全模塑體的外周表面。然后，能夠在該圓柱體內(nèi)進(jìn)行熱處理。在熱處理過程中，圓柱體那么也形成了該形狀，并且能夠同時履行模具的功能。
用于此的圓柱體能夠作為具有彼此相對的開口端面的中空圓柱體形成。
尤其，為了去除有機(jī)粘結(jié)劑組分，并且視情況而定，還為了根據(jù)本發(fā)明的模塑體的最終應(yīng)用，有利地提供穿孔，這意味著在相應(yīng)的圓周表面上，至少在這種圓柱體的外周表面上形成孔穴。
大多數(shù)不同的材料能夠用于該圓柱體。因此，不同的金屬是適合的，尤其是借此可以獲得具有形成固溶體或金屬間相的封閉形式的連接的那些。
然而，在某些情況下，陶瓷也能夠適合作為圓柱體材料。氧化鋁就是這樣的例子。
然而，形成根據(jù)本發(fā)明的模塑體的外周表面的圓柱體的這種成型用在以下描述的實施方案也是有用的。
然而，還能夠以使得作為開孔體的板狀起始產(chǎn)品圍繞連續(xù)縱軸以螺旋形式纏繞許多次的方式來成型。因此，它產(chǎn)生了用不含除了孔以外的空穴的開孔體制造根據(jù)本發(fā)明的實心圓柱型模塑體的可能性。
用這種實施方案，進(jìn)一步可以將柔性薄膜放置在開孔結(jié)構(gòu)的單獨螺旋纏繞層之間，在這類成型中，它被一起纏繞，以及用這種薄膜讓各層彼此分開。
這種薄膜還能夠由金屬或陶瓷形成。在陶瓷片材的情況下，它們應(yīng)該具有允許這種變形的原始強(qiáng)度。
還有，成螺旋地布置于各層之間的薄膜能夠被穿孔，相應(yīng)地使之具有孔穴。在該情況下，對于不同流體的薄膜的滲透性應(yīng)該低于具有開孔結(jié)構(gòu)的情況。
用于最終制造根據(jù)本發(fā)明的開孔模塑體的開孔體在參考平面中應(yīng)該不超過100mm，優(yōu)選60mm的最大厚度，以便能夠在全部體積上獲得具有有機(jī)粘結(jié)劑和金屬粉末的至少幾乎均勻的表面涂層。
在該情況下，作為開孔結(jié)構(gòu)的起始開孔體不必要在各參考平面上具有恒定的厚度。因此，還能夠使用具有楔形或在軸向上具有連續(xù)增加的厚度的開孔體。
尤其，在其中根據(jù)本發(fā)明的模塑體已經(jīng)由許多中空圓柱體形成的上述情況下，開孔模塑體能夠以有利的方式制造，由中心內(nèi)縱軸起始，它包括向外放射具有不同孔隙率和/或孔徑的不同孔結(jié)構(gòu)。這例如可以根據(jù)各個中空圓柱體來改變。
然而，還可以獲得幾乎連續(xù)的分度，其中在這種情況下，由鎳或鐵制成的開孔體的厚度以及在開孔結(jié)構(gòu)的表面上的金屬粉末和/或有機(jī)粘結(jié)劑的沉積量的選擇是根據(jù)本發(fā)明的模塑體的這種成型的適合參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明制造的開孔模塑體然而獲得了85％的最低孔隙率，其中還能夠獲得90％或95％以上的孔隙率。
孔徑和孔的數(shù)目基本上能夠通過用于制造的開孔體的選擇來預(yù)定。在該情況下，采用根據(jù)本發(fā)明的工序，如此形成了固溶體或金屬間相，孔徑和孔隙率各自受影響的程度很低。
在下文中，通過實施例來更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
為了根據(jù)本發(fā)明制造開孔模塑體，使用具有大約94％的孔隙率的由鎳制成的開孔體，該開孔體測得具有300mm*150mm的尺寸和1.5mm的厚度。
使用聚(乙烯基吡咯烷酮)作為粘結(jié)劑。在該情況下，制備1％水溶液，以及將由鎳制成的開孔體浸漬于50ml的該含有有機(jī)粘結(jié)劑的低粘性溶液中，隨后在吸收墊上壓縮，這樣能夠從由鎳制成的開孔體的孔中除去粘結(jié)劑，只有它的脊(ridge)保持被粘結(jié)劑潤濕。
使用質(zhì)量2g的片狀顆粒形式的鋁粉和8g的球形鋁粉作為金屬粉末，并且在攪拌器中干混10分鐘的時間。
將該鋁粉由至少兩面沉積在涂有粘結(jié)劑的由鎳制成的開孔體上，其中該施涂在固定了由鎳制成的開孔體的振動設(shè)備中完成。因此，在由鎳制成的開孔體的孔內(nèi)也能夠獲得幾乎均勻的表面涂層。
以螺旋形式將這樣制備的具有粘結(jié)劑和鋁粉涂層的由鎳制成的開孔體卷繞成圓柱體，其中粘結(jié)劑的粘合力還確保了鋁粉顆粒在鎳表面上的附著。
在該成型之后，在烘箱中在氮氣氛圍下完成上述第一次熱處理階段。在該第一次熱處理階段中，250℃的最低溫度應(yīng)該保持至少15分鐘的時間，以便能夠除去有機(jī)組分。
用該實施方案，以5K/min的加熱速率加熱到300℃的溫度，再繼續(xù)增加到600℃來完成第一次熱處理階段。在該溫度范圍內(nèi)，考慮大約30分鐘的保持時間。
隨后，進(jìn)行第二次熱處理階段，其中應(yīng)該保持600℃，優(yōu)選至少650℃的最低溫度達(dá)至少15分鐘。
用實際的實施方案，該熱處理階段在900-1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行30分鐘的時間。
因此，可以看出，在顯著低于鎳的熔融溫度的溫度下能夠形成鋁化鎳。
在燒結(jié)的第二次熱處理階段之后，這樣制造的具有300mm的長度的模塑體完全地由鋁化鎳組成。它的孔隙率達(dá)到91％。放置在空氣中的這樣制造的模塑體在高達(dá)1050℃的溫度下是耐氧化的。除了該熱穩(wěn)定性以外，它還獲得了充分的機(jī)械強(qiáng)度，這使它可以用于汽車用途的顆粒過濾器。
以類似的方式，還能夠使用由鐵制成的開孔體，通過它用鋁可以形成鋁化鐵。這里，應(yīng)該僅僅采用在第二次熱處理階段中的溫度。
權(quán)利要求
1.制造由鎳或鐵和形成固溶體或金屬間相，或者在其表面上形成這種固溶體或金屬間相的至少另一金屬形成的開孔模塑體的方法，其中由鎳或鐵制成的開孔體利用有機(jī)粘結(jié)劑涂布形成固溶體或金屬間相的金屬粉末，隨后，將所述由鎳或鐵制成的開孔體形成保持最小彎曲半徑的所需形狀，然后，在第一次熱處理步驟中除去有機(jī)組分；和用在所述第一次熱處理之后的第二次熱處理，所述開孔模塑體被燒結(jié)和形成了所述固溶體或所述金屬間相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于先后將所述有機(jī)粘結(jié)劑和所述各金屬粉末沉積在所述由鎳或鐵制成的開孔體的表面上，然后首先進(jìn)行成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，特征在于沉積純鋁粉，含有其它金屬元素或預(yù)合金的鋁粉。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于涂有所述粘結(jié)劑或所述金屬粉末的由鎳或鐵制成的所述模塑體被變形為中空圓柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，特征在于這種中空圓柱體的至少兩個彼此連接，具有分別匹配的外徑和內(nèi)徑。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于所述涂有所述粘結(jié)劑的由鎳或鐵制成的模塑體以成螺旋形圍繞縱軸的許多層的包裹形狀變形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6的任何一項的方法，特征在于所述由鎳或鐵制成的一個或多個變形涂覆模塑體用形成外周表面的圓柱體包封。
8.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的方法，特征在于所述圓柱體的外周表面被穿孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8的方法，特征在于使用由金屬或陶瓷制成的圓柱體。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，特征在于在螺旋形纏繞的層之間纏繞也以螺旋形纏繞的薄膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，特征在于使用穿孔薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11的方法，特征在于使用由金屬或陶瓷制成的薄膜。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于通過浸漬和/或噴涂將所述具有低粘度的有機(jī)粘結(jié)劑沉積在所述開孔體的表面上，使得保持開孔結(jié)構(gòu)，以及僅僅涂布所述孔的脊。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，特征在于通過擠壓在一起，從所述由鎳或鐵制成的模塑體中吹走和/或排出來除去過量粘結(jié)劑。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于在施涂所述金屬粉末期間和/或之后，使所述由鎳或鐵制成的模塑體振動。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于使用在涂布和成型之前在參考平面上具有100mm的最大厚度的由鎳或鐵制成的開孔體。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項的方法，特征在于在第一次熱處理步驟過程中達(dá)到250℃的最低溫度，以及該溫度保持至少15分鐘的時間。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于在第二次熱處理過程中，600℃的最低溫度保持至少15分鐘的時間。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項的方法，特征在于另外將粉末形式的至少一種其它金屬加入到所述各金屬粉末中。
20.用根據(jù)權(quán)利要求1-19的任何一項的方法制造的開孔模塑體，特征在于它由鎳或鐵和固溶體形式或作為金屬間相的金屬形成，或者所述表面作為分別由這些固溶體或金屬間相得到的層形成；以及所述模塑體包括具有保持最小彎曲半徑的至少一個彎曲區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的模塑體，特征在于它由通過后續(xù)成型獲得的由鎳或鐵制成的至少一個通常板狀的開孔體形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21的模塑體，特征在于它以中空圓柱體的形狀形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的模塑體，特征在于彼此套入的至少兩個中空圓柱體形成所述模塑體。
24.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21的模塑體，特征在于它具有圍繞縱軸形成的螺旋形。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24的任何一項的模塑體，特征在于所述孔隙率從所述內(nèi)部縱軸起始向外放射逐步或以分級形式改變。
26.根據(jù)權(quán)利要求20-25的任何一項的模塑體，特征在于它由鋁化鎳或鋁化鐵形成，或者在表面上涂有鋁化鎳或鋁化鐵。
27.根據(jù)權(quán)利要求20-26的任何一項的模塑體，特征在于獲得了85％的最小孔隙率。
28.根據(jù)權(quán)利要求20-27的任何一項的模塑體，特征在于形成外周表面的至少一個圓柱體包封所述開孔模塑體。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的模塑體，特征在于所述圓柱體被穿孔。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或權(quán)利要求29的模塑體，特征在于所述圓柱體由金屬或陶瓷形成。
31.根據(jù)權(quán)利要求20-30的任何一項的模塑體，特征在于在螺旋形纏繞的開孔模塑體的各層之間布置分隔的薄膜。
32.根據(jù)權(quán)利要求20-31的任何一項的模塑體，特征在于所述薄膜由金屬或陶瓷形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求20-32的任何一項的模塑體，特征在于所述薄膜是穿孔的。
34.根據(jù)權(quán)利要求20-33的任何一項的模塑體作為顆粒過濾器的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造開孔模塑體的方法，其中該模塑體由鎳或鐵和形成固溶體或金屬間相的至少另一元素形成，以及相應(yīng)制造的模塑體和它們的用途。在制造過程中，然后接著用有機(jī)粘結(jié)劑將具有形成固溶體或金屬間相的金屬粉末的涂層沉積在由鎳或鐵制成的開孔體上。隨后，將具有涂層的開孔體形成保持最小彎曲半徑的所需形狀，隨后在第一次熱處理步驟中除去有機(jī)組分。利用第二次熱處理，將開孔模塑體燒結(jié)，以及形成固溶體或金屬間相。
文檔編號B22F7/00GK1700965SQ200480000806
公開日2005年11月23日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者D·瑙曼, T·魏斯加伯, H·-D·伯姆, B·恩格爾曼, G·瓦爾特爾, A·伯姆 申請人:英科有限公司, 弗勞恩霍弗實用研究促進(jìn)協(xié)會