專(zhuān)利名稱(chēng):可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法
本發(fā)明涉及金屬材料制造方法，尤指一種可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，特別是針對(duì)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?8103046.7母案的制作方法提出延伸實(shí)施的發(fā)明。
近年來(lái)由于多孔質(zhì)的金屬材料具有改善材料的比重、抗壓強(qiáng)度、韌性等問(wèn)題，同時(shí)又能具備防火、隔音、隔熱、防磁波干擾等單一或復(fù)合特性，因此對(duì)于該項(xiàng)多孔質(zhì)金屬材料的開(kāi)發(fā)技術(shù)，已逐漸受到國(guó)內(nèi)外各界的注意；而對(duì)于目前所開(kāi)發(fā)的多孔質(zhì)金屬，依其孔洞的是否連通可分為發(fā)泡性金屬及通氣性金屬二類(lèi)。
其中，該發(fā)泡金屬的氣孔是為個(gè)別獨(dú)立且無(wú)互通性，通常是應(yīng)用于輕量構(gòu)造材料(噪音吸收體、防震材料、沖擊緩沖材料、斷熱構(gòu)造材料)，而在制作方法上，大致可分為發(fā)泡劑發(fā)泡法、溶解度差法、濺鍍法、金屬鍍著法等；而另一通氣性金屬，其孔洞是為彼此相連通，而該通氣性金屬是可應(yīng)用于制作過(guò)濾器、催化劑、消音器、熱交換器電池的電極材料、液體分離器、液體流量調(diào)節(jié)器、將水純化的氧氣處理器、自我潤(rùn)滑性軸承、LSI的放熱板防震材料、船只/飛機(jī)/太空船體內(nèi)的壁板、合板的充填材料等，而其制作方法上，是可分為粉末冶金法、消失模鑄造法、金屬纖維燒結(jié)法、發(fā)泡劑發(fā)泡法等幾種。
然而，在上述已知的通氣性金屬制作技術(shù)中，不但必須使用極高成本的連續(xù)鑄造發(fā)泡設(shè)備，且這些制造方法亦存在有許多問(wèn)題點(diǎn)，例如對(duì)于形成氣泡孔部的大小、形狀體積、氣孔位置、強(qiáng)度及密度等，皆無(wú)法以上述已知技術(shù)來(lái)獲得有效的控制，因此就算能夠制出該項(xiàng)通氣性金屬，而其所預(yù)達(dá)成的防火性、隔音性、隔熱性以及防磁波等效力也將受到局限；針對(duì)此一無(wú)法突破的技術(shù)困擾，本發(fā)明人乃利用其所發(fā)明的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，亦即中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)98103046.7號(hào)所揭示的發(fā)明技術(shù)予以延伸實(shí)施，以期達(dá)到制出可使孔洞呈相連通的海綿狀金屬材料并取得可控制相同孔洞間組織密度與形狀的技術(shù)；于是，本發(fā)明的目的是在于提供一種可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，使可控制海綿狀金屬材料的獨(dú)立孔形、孔徑組織的前提下，進(jìn)一步實(shí)施制成可將這些獨(dú)立孔部組織加以互相連通成相通孔部的形態(tài)，藉以提高強(qiáng)化海綿狀金屬材料在防火、隔音、隔熱或防磁波干擾等單一或復(fù)合的特性時(shí)的效能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是必須對(duì)胚料施以沾料、積層、烘干、真空沾漿、干燥、沉浸、燒結(jié)、預(yù)熱、真空鑄造等步驟，而對(duì)于制程中所需的海綿狀多孔組織中孔部的大小、形狀，以及所需制成的金屬材料屬性，配合進(jìn)行選用胚料、選用金屬熔液、選配耐火泥漿等制程，是與原案中相同，亦即在選用胚料時(shí)，是以選用屬于有機(jī)物的可碳化燒失的天然材料(較無(wú)環(huán)保問(wèn)題)作為胚料使用為原則，這些胚料的形狀及體積大小，即是決定制成海綿組織后內(nèi)部各中空孔部的形狀及體積大??；因此海綿組織中多孔分布的組織排列形態(tài)及其連通性，是配合積層步驟的聚合方式來(lái)達(dá)成。
而在積層步驟中，為能控制海綿組織中多孔分布的組織排列及其可呈相互連通的形態(tài)，在進(jìn)行積層時(shí)，可選用相同大小的胚料，先行沾上一層有機(jī)介質(zhì)，并使該有機(jī)介質(zhì)層相互粘接，經(jīng)烘干后使胚料粘聚形成具有多個(gè)縫隙的定型雛件，以利進(jìn)行后續(xù)沾漿制程。
而在沾漿步驟中的選用金屬熔液與選配耐火泥漿用料方面，是依所需制成海綿狀金屬材料是屬高熔點(diǎn)合金或低熔點(diǎn)合金而選配合適的耐火泥漿，并利用真空沾漿設(shè)備，將耐火泥漿沾附于定型雛件的外表并烘干，以利經(jīng)由后續(xù)的燒結(jié)制程將耐火泥層內(nèi)的胚料等有機(jī)物燒失碳化，使耐火泥層能取得先前胚料間所構(gòu)成的相通孔形與孔徑的聚合組織密度，并形成陶瓷殼體，再經(jīng)真空鑄造制程，而使所選用的金屬熔液能被鑄入并包覆于陶瓷殼體的縫隙內(nèi)，以取得所需相連通的孔形與孔徑組織的海綿狀金屬材料。
利用本制造方法可提高海綿狀金屬材料的物理機(jī)械特性及材質(zhì)，達(dá)到控制成型后相通孔部組織的大小、形狀暨質(zhì)密度。
為能更加詳述本發(fā)明，茲配合附圖流程所列舉的較佳實(shí)施例，詳加說(shuō)明如下

圖1是本發(fā)明所揭示的制造流程圖；圖2是本發(fā)明例舉選用相同顆粒形狀與粒徑的圓形胚料的示意圖；圖3是本發(fā)明利用有機(jī)介質(zhì)將胚料粘聚包覆并積層形成一定型雛件的剖示圖；圖4是本發(fā)明在定型雛件的有機(jī)介質(zhì)層外圍再行沾覆一層耐火泥漿的剖示圖；圖5是本發(fā)明將胚料及有機(jī)介質(zhì)層燒失后形成一孔洞相連通的陶瓷殼體的示意圖；圖6是本發(fā)明將該孔洞相連通的殼體置于真空壓鑄設(shè)備中進(jìn)行真空鑄造金屬材料的示意圖。
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明所提供可控制孔形、孔徑組織的一種海綿狀金屬材料制造方法，主要是將有機(jī)胚料2施予沾料3、積層4、烘干5、真空沾漿8、干燥9、燒結(jié)10、預(yù)熱11、真空鑄造12、成品13等步驟，以達(dá)到制造出孔洞相連通的海綿狀金屬材料成品；而在進(jìn)行上述動(dòng)作之前，必須決定所預(yù)使用胚料2的形狀與大?。黄渲性谶x用胚料2時(shí)，是以選用有機(jī)物作胚料2使用為原則，例如選用熱塑性塑膠粒、硬蠟，或?yàn)橛袡C(jī)類(lèi)的植物種子或淀粉制粒等作為有機(jī)胚粒2使用，而這些有機(jī)胚料2的形狀，是以選用或制成圓形的相同形狀與粒徑為較佳(以下便以圓形胚料為范例，如圖2所示)，以便進(jìn)行堆疊的積層4作業(yè)時(shí)，可形成所需組織密度的海綿狀組織雛型，并利用堆疊后胚料2間形成的縫隙24，作為金屬熔液6流通時(shí)的流道(配合圖3所示)。
而在選定胚料2后，必須進(jìn)行沾料3作業(yè)，即將胚料2表面沾附一層有機(jī)介質(zhì)30(如圖1及圖3所示)，該層有機(jī)介質(zhì)30是以選用具粘性、可風(fēng)干者(如有機(jī)膠質(zhì)、有機(jī)蠟)較佳，使胚料2間具有膠結(jié)的能力，進(jìn)而將這些胚料2置入一?？騼?nèi)，利用積層4的方式促使胚料2相互粘接，待聚合后再將其烘干5，形成一具多數(shù)胚料2聚合外型與其間分布有多數(shù)縫隙24的定型雛件28(如圖3所示)。
如圖4所示，而在成型出所需的定型雛件28后，是必須再對(duì)該定型雛件28施以沾覆耐火泥漿7的真空沾漿8制程，而對(duì)于選用金屬熔液6及選配耐火泥漿7過(guò)程中，又可分成使用高熔點(diǎn)合金61類(lèi)型的金屬熔液6時(shí)必須選用的A種耐火泥漿71，或?yàn)槭褂玫腿埸c(diǎn)合金62類(lèi)型的金屬熔液6時(shí)必須選用的B種耐火泥漿72(如表一所示)；無(wú)論是A種耐火泥漿71或B種耐火泥漿72，皆須具備以下條件1、耐金屬熔液的急熱沖刷。
2、較小的熱膨脹性，以確保耐火層的厚度尺寸的穩(wěn)定性。
3、良好的高溫強(qiáng)度。
4、在高溫狀態(tài)下不能產(chǎn)生分解作用或結(jié)晶變態(tài)。
5、要和金屬熔液間具有良好的接融性。
基于上述要件，可選用下列表一中的耐火泥料成份及耐溫特性表一是本發(fā)明揭示多種耐火泥漿成份的粉末配比及耐溫特性比較表。
續(xù)表一
當(dāng)然，為能使表一中各類(lèi)耐火粉末成份皆能相聚合成泥漿7，使用粘結(jié)劑73是有其絕對(duì)必要性的，如使用水玻璃(Sodium Silicate，Na2SiO3)、硅酸乙酯(Ethyl Silicate)或硅膠液(Colloidal Silicate，SiO2)等，這些粘結(jié)劑73皆是利用其成份內(nèi)的硅膠(Silica Gel)來(lái)作粘結(jié)工作；原則上本追加發(fā)明所使用的粘結(jié)劑73，較趨向采用容易取得且手續(xù)簡(jiǎn)便的硅膠液，因?yàn)楣枘z液在精密鑄造上已使用多年，且可輕易購(gòu)買(mǎi)取得，同時(shí)硅膠液的化學(xué)特性非常穩(wěn)定，除非儲(chǔ)存在低于冰點(diǎn)以下的環(huán)境中才會(huì)破壞其特性，此外只要將其脫水干燥后，即不會(huì)再吸收水份恢復(fù)原性質(zhì)，因此，硅膠液在儲(chǔ)存與使用中極具穩(wěn)定性，是本發(fā)明選用硅膠液作為粘結(jié)劑73的主要原因。
更明確的是，在本發(fā)明中以高熔點(diǎn)合金61作為金屬熔液6時(shí)，其A種耐火泥漿71的組成種類(lèi)，是可由下列的表二中選用取得
表二A種耐泥漿的組成種類(lèi)性狀表。 換言之，在本發(fā)明中以低熔點(diǎn)合金62作為金屬熔液6時(shí)，其B種耐火泥漿72的組成，是以選用石膏質(zhì)的耐火材料即可，即以石膏本身具有二分子結(jié)晶水(CaSO4·2H2O)，如作耐火材料用時(shí)，視工作時(shí)間及凝固時(shí)間的需要，將石膏中的水份除去一部份，剩余水份在1～11/2分子之間[CaSO4·(1～11/2)H2O]成為熟石膏，使用時(shí)加水調(diào)制即可，且通常在市面上即可購(gòu)得使用。
依使用金屬熔液6的種類(lèi)特性而選用合適的耐火泥漿7后，屬高熔點(diǎn)合金61所選用的A種耐火泥漿71，皆必須進(jìn)行泥漿的調(diào)制作業(yè)如下a.用螺旋槳在攪拌桶內(nèi)以1725rpm的高速轉(zhuǎn)動(dòng)下，將A種耐火泥漿71與粘結(jié)劑73調(diào)配至均勻，然后置入攪拌桶內(nèi)攪拌混合，以利后續(xù)供給真空沾漿8作業(yè)使用。其間必須注意當(dāng)泥漿一經(jīng)調(diào)制完成時(shí)，在真空沾漿8前要保持?jǐn)嚢柰皟?nèi)慢速的運(yùn)轉(zhuǎn)，使粘結(jié)劑73與A種耐火泥漿71間經(jīng)常保持在最均勻混合的情況下為最佳。
b.泥漿的粘度控制一般是使用詹氏杯(Zahn Cup)4#及5#二種，如使用詹氏杯5#進(jìn)行調(diào)制時(shí)，是在9～30秒間所取得的粘度較為適宜(配合參見(jiàn)表二所示)。
c.添加濕潤(rùn)劑74(Wetting Agent)濕潤(rùn)劑74為屬一種界面活性劑，在A種耐火泥漿71中加入濕潤(rùn)劑74的主要目的，為使耐火泥漿較容易粘著在有機(jī)介質(zhì)30(如熱塑性塑膠、硬蠟、有機(jī)淀粉)上。一般若是以選用硅酸乙酯當(dāng)粘結(jié)劑73使用時(shí)，因其濕潤(rùn)性較好，故無(wú)需添加濕潤(rùn)劑74。
d.添加消泡劑75(Antifoam)為使泥漿中含有的氣泡消失，而添加辛醇(n-Octyl alcohol)，此劑不會(huì)對(duì)泥漿起膠化作用，故具使用穩(wěn)定性。
e.添加聚酯酸乙烯76(Polyvinyl Acetate)用來(lái)提升A種耐火泥漿71的濕態(tài)強(qiáng)度；且當(dāng)選用硬蠟作為有機(jī)介質(zhì)30進(jìn)行真空沾漿8時(shí)，聚酯酸乙烯76能防止脫蠟現(xiàn)象；并且在后續(xù)的燒結(jié)11制程中，具有去除有機(jī)物的效能。
當(dāng)調(diào)制好上述合適的耐火泥漿7后，必須利用真空沾漿8的設(shè)備，將定型雛件28置入設(shè)備中，并將設(shè)備內(nèi)抽離氣體，形成真空狀態(tài)后，再注入耐火泥漿7，以利耐火泥漿7能充份穿透載入定型雛件28的縫隙24內(nèi)；隨后再取出完成真空沾漿8作業(yè)的定型雛件28，并以130℃±20℃的溫度進(jìn)行干燥9作業(yè)，促使該定型雛件28外圍的耐火泥漿7可形成硬化狀態(tài)的耐火層70。
在完成上述該等步驟后，便必須將該定型雛件28利用燒結(jié)11方式，以800℃～1800℃的高溫將耐火層70內(nèi)的胚料2及有機(jī)介質(zhì)30碳化燒失；此時(shí)該耐火層70是經(jīng)燒結(jié)后而形成具有強(qiáng)度的陶瓷殼體29，且陶瓷殼體29內(nèi)便形成具有相連通的孔部25與頸部26的分布形態(tài)，同時(shí)殼體29的孔部25及頸部26外圍，仍分布具有各縫隙24(如圖5所示)。
隨后，利用具恒溫加熱能力的真空鑄造13設(shè)備，來(lái)實(shí)施先行預(yù)熱12以及灌鑄金屬熔液6的運(yùn)作(配合圖6所示)；其中，對(duì)于在在進(jìn)行灌鑄金屬熔液6前，利用具恒溫加熱真空鑄造設(shè)備中的模穴131，進(jìn)而預(yù)熱12該置于模穴131內(nèi)海綿組織狀的定型的陶瓷殼體29，是極為必要的程序，因?yàn)橄刃蓄A(yù)熱12后，可使以殼體29的縫隙24(配合圖3所示)作為流道使用的金屬熔液6，較容易的流竄并鑄型填載于縫隙24內(nèi)，尤其是以低熔點(diǎn)合金62作為金屬熔液6時(shí)的流動(dòng)性，更是必須藉助先前預(yù)熱12該殼體29的動(dòng)作來(lái)促進(jìn)其真空鑄造的順利進(jìn)行，因此乃具有絕對(duì)性的幫助。
再者，在真空鑄造13制程中(如圖6所示)，即是將模穴131內(nèi)包含已置妥的待陶瓷鑄殼體29一同抽離氣體形成真空狀，以利注入金屬熔液時(shí)，能提升熔液在殼體29內(nèi)的各縫隙24中的流通性，并予說(shuō)明。
經(jīng)由上述步驟壓鑄成型后的海綿狀金屬材料成品14，其雙側(cè)壁面是為凝固后的金屬熔液6所包覆并整平，且該固化后的金屬熔液6并填滿(mǎn)該縫隙24，使其內(nèi)部形成的相通孔部25及頸部26均被固化后的金屬溶液6所包覆的海綿狀金屬材料成品14組織形態(tài)。當(dāng)將該成品14用作隔音墻使用時(shí)，成品14的雙側(cè)壁面是可經(jīng)過(guò)拋磨加工，使相通的孔部25及頸部26顯露出來(lái)，較能提升其吸音效果。當(dāng)然在某些著重防火或隔熱效力的使用場(chǎng)合中，該成品14的雙側(cè)壁面并不須磨拋加工處理，即可達(dá)到隔熱的使用效果。且知無(wú)論成品14的雙側(cè)壁面有無(wú)進(jìn)行磨拋加工處理，其仍然保有原來(lái)所具備的各種抗壓性、韌性、防火性、隔音性、隔熱性以及防磁波干擾等單一或復(fù)合特性外，且由于內(nèi)部孔洞的相連通性，將使得該海綿狀金屬材料在隔絕音波的能力上能更加的顯著。
綜上所述，本發(fā)明所提供的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，利用將胚料粘聚成一定型雛件，來(lái)促使該海綿狀金屬材料的內(nèi)部孔洞可呈相互連通的成型技術(shù)手段，有效提升了海綿狀金屬材料的實(shí)用性及利用性，因此理應(yīng)備具高技術(shù)的利用價(jià)值，于是依法提出追加發(fā)明的申請(qǐng)。
權(quán)利要求
1.一種可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，是一種必須先進(jìn)行選用胚料、選用金屬熔液及選配耐火泥漿后，進(jìn)行沾料、積層、烘干，以制成所需的定型雛件，再經(jīng)真空沾漿、干燥、燒結(jié)、預(yù)熱及真空鑄造步驟，以獲得可控制孔形、孔徑組織且具孔洞相通的海綿狀金屬材料；其中該胚料是依所需成型的孔部大小與形狀的組織形態(tài)，而選用合適形體及數(shù)量配比的有機(jī)物組成；該耐火泥漿是依所需制成的金屬材料為屬高熔點(diǎn)合金或低熔點(diǎn)合金的之別而分別調(diào)配制成；其特征是包括將這些有機(jī)胚料外圍沾附一層有機(jī)介質(zhì)，再利用積層方式將胚料粘聚后烘干，使胚料間相結(jié)合而成一具有多數(shù)胚料的聚合外型與其間分布有多數(shù)縫隙形態(tài)的定型雛件；將該定型雛件依所需制成的金屬材料為屬高熔點(diǎn)合金或低熔點(diǎn)合金之別，而選用合適的耐火泥漿進(jìn)行真空沾漿，并施予干燥，促使耐火泥漿能包覆于定型雛件的外圍及其縫隙表層，并硬化形成耐火層；將該包覆具有機(jī)介質(zhì)沾料及耐火層的定型雛件，利用在800℃-1800℃高溫?zé)Y(jié)方式將內(nèi)載的胚料與有機(jī)介質(zhì)層全部碳化燒失，取得所需相連通的孔部與頸部分布密度的定型陶瓷殼體；利用真空鑄造設(shè)備來(lái)預(yù)熱該定型的殼體，再對(duì)該殼體進(jìn)行真空壓鑄金屬熔液運(yùn)作，進(jìn)而制成具孔洞相連通的多孔組織狀的海綿狀金屬材料成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，其特征在于該胚料是以選用相同圓形粒徑者為較佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，其特征在于該有機(jī)介質(zhì)是以選用有機(jī)膠質(zhì)或有機(jī)蠟類(lèi)具粘結(jié)性、易烘干、可燒失者較佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，其特征在于該殼體的孔部及頸部外圍是分布具有縫隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料制造方法，其特征在于利用真空鑄造制程，使金屬熔液能填載于殼體的縫隙中，并包覆殼體的孔部及頸部，以制成具洞孔相連通的多孔組織狀的海綿狀金屬材料成品。
專(zhuān)利摘要
一種可控制孔形、孔徑組織的海綿狀金屬材料造制方法，包括對(duì)胚料施以沾料、積層、烘干、真空沾漿、干燥、沉浸、燒結(jié)、預(yù)熱、真空鑄造等步驟。將這些有機(jī)胚料外圍沾附一層有機(jī)介質(zhì)，再利用積層方式將勝料粘聚后烘干，使胚料間相結(jié)合而成一具有多數(shù)胚料的聚合外型與其間分布有多數(shù)縫隙形態(tài)的定型雛件；來(lái)促使該海綿狀金屬材料的內(nèi)部孔洞可呈相互連通形態(tài)，有效提高強(qiáng)化海綿狀金屬材料在防火、隔音、隔熱或防磁波干擾等單一或復(fù)合的特性時(shí)的效能。
文檔編號(hào)C22C1/08GKCN1080765SQ99107292
公開(kāi)日2002年3月13日 申請(qǐng)日期1999年5月14日
發(fā)明者曾紹謙 申請(qǐng)人:曾紹謙導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專(zhuān)利引用 (1),