DE102005059461B4

DE102005059461B4 - Process for producing an open-celled foam of a sinterable material

Info

Publication number: DE102005059461B4
Application number: DE102005059461A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Cornelius
Original assignee: Glatt Systemtechnik GmbH
Current assignee: Glatt Systemtechnik GmbH
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: DE102005059461A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines offenzelligen Schaumes aus einem sinterfähigen Material mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
– ein Granulat eines pyrolysierbaren Platzhaltermaterials wird in eine Form gefüllt, die der Geometrie des herzustellenden Gegenstandes entspricht,
– das Granulat wird vor oder nach dem Einfüllen in die Form mit einem Klebstoff ummantelt und
– der Klebstoff wird derart aktiviert, dass die einzelnen Elemente des Granulates in der Form untereinander verklebt werden,
– danach wird in die freien Räume zwischen dem Granulat ein Pulver des sinterfähigen Materials, aus dem der Gegenstand aus offenzelligem Schaum hergestellt werden soll, eingebracht und stabilisiert,
– das Granulat wird pyrolisiert und
– das Pulver des sinterfähigen Materials wird gesintert.Process for producing an open-cell foam from a sinterable material with the following process steps:
A granulate of a pyrolyzable placeholder material is filled into a mold which corresponds to the geometry of the article to be produced,
- The granules are coated before or after filling in the mold with an adhesive and
The adhesive is activated in such a way that the individual elements of the granulate are glued together in the mold,
- Then, in the free spaces between the granules, a powder of the sinterable material, from which the object is to be made of open-cell foam, introduced and stabilized,
- The granules are pyrolyzed and
- The powder of sinterable material is sintered.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines offenzelligen Schaumes aus einem sinterfähigen Material. Dabei werden unter sinterfähigem Material alle Pulver aus Metall und Metalllegierungen sowie Keramik verstanden.The The invention relates to a process for producing an open cell Foam made of a sinterable Material. Under sinterable material all powder understood from metal and metal alloys and ceramics.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung geschlossen- und offenzelliger Metallschäume bekannt. Die DE 196 38 927 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung hochporöser, metallischer Formkörper. Dabei wird ein Metallpulver mit einem Platzhaltermaterial vermischt, daraus wird ein Grünkörper der herzustellenden Form gepresst und der Grünkörper wird zum Formkörper gesintert. Als Platzhaltermaterial wird Carbamid, Biuret, Melamin oder Melaminharz eingesetzt, welches vor dem Sintern des Metallpulvers unter Vakuum oder Schutzgas thermisch aus dem Grünkörper ausgetrieben und der entstehende Dampf abgezogen wird.The prior art discloses various processes for producing closed-cell and open-cell metal foams. The DE 196 38 927 C2 describes a process for producing highly porous, metallic moldings. In this case, a metal powder is mixed with a placeholder material, from which a green body of the mold to be produced is pressed and the green body is sintered to the shaped body. As a spacer material carbamide, biuret, melamine or melamine resin is used, which is expelled before sintering of the metal powder under vacuum or inert gas thermally from the green body and the resulting vapor is withdrawn.

Die DE 103 55 298 A1 gibt ein Verfahren zur Herstellung von Grünkörpern für gesinterte Leichtbauteile an, bei dem unmittelbar auf einem Kern eine erste Schicht aus einem sinterbaren Pulver und einem ersten organischen Binder ausgebildet wird. Auf dieser ersten Schicht wird eine Überbeschichtung aus sinterbarem Pulver und einem zweiten organischen Binder ausgebildet. Mit dem zweiten Binder kann durch Energieeintrag eine zumindest temporäre stoffschlüssige Verbindung von Vorprodukten miteinander aktiviert werden.The DE 103 55 298 A1 discloses a method for producing green bodies for sintered lightweight components, wherein a first layer of a sinterable powder and a first organic binder is formed directly on a core. On this first layer, an overcoat of sinterable powder and a second organic binder is formed. With the second binder can be activated by energy input an at least temporary cohesive connection of precursors with each other.

Nachteilig bei den bekannten Lösungen des Standes der Technik ist, dass die Platzhalter geschlossene Elemente darstellen und deshalb daraus im Wesentlichen auch nur geschlossenzellige Schaumstrukturen hergestellt werden können.adversely in the known solutions In the prior art, the placeholders are closed elements and therefore essentially only closed-cell foam structures can be produced.

Zur Herstellung offenzelliger Formkörper ist beispielsweise die DE 31 06 917 C2 bekannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Implantates als Knochenersatz aus körperverträglichen Metall angibt. Ein offenzelliger Natur- oder Kunstschwamm wird als Positivmodell verwendet, in dessen Hohlräume eine keramische Einbettmasse gefüllt wird. Durch Anwendung von Hitze wird der offenzellige Natur- oder Kunstschwamm entfernt und in die verbleibenden Räume werden durch Gießen oder Schleudern mit Metall gefüllt, bevor die Einbettmasse, z.B. durch Lösungsmittel, entfernt wird.For the production of open-cell shaped bodies, for example, the DE 31 06 917 C2 discloses a method for producing an implant as a bone substitute made of biocompatible metal. An open-celled natural or synthetic sponge is used as a positive model in whose cavities a ceramic investment material is filled. By applying heat, the open-celled natural or artificial sponge is removed and the remaining spaces are filled with metal by casting or spinning before the embedding compound is removed, eg by solvent.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines offenzelligen Schaumes aus einem sinterfähigen Material unter Verwendung pyrolisierbarer Platzhalter anzugeben.Of the Invention is the object of a simple method for Production of an open-cell foam made of a sinterable material below Use of pyrolyzable placeholder.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung näher dargestellt.The Invention solves the task by the features specified in claim 1. Advantageous developments The invention are characterized in the subclaims and become together with the description of the preferred embodiment of the Invention closer shown.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein als solches bekanntes Granulat eines pyrolysierbaren Platzhaltermaterials außerhalb oder innerhalb der Form, die der Geometrie des herzustellenden Gegenstandes entspricht, mit einem Klebstoff ummantelt wird und der Klebstoff derart aktiviert wird, dass die einzelnen Elemente des Granulates untereinander verklebt werden. Erst danach wird in die freien Räume zwischen dem Granulat ein Pulver des sinterfähigen Materials, aus dem der offenzellige Schaum hergestellt werden soll, eingebracht und stabilisiert. Dabei kann das Pulver, ein Granulatteilchen nie vollständig umhüllen, da das einzelne Granulatteilchen über Klebstoff-Brücken mit einer Vielzahl benachbarter Granulatteilchen verbunden ist. Das Pulver kann somit nur in der offenzelligen Struktur innerhalb der Granulatschüttung angesiedelt werden. Wenn in der Folge das Granulat und der Klebstoff pyrolisiert und das Pulver gesintert wird, entsteht in entsprechender Weise ein offenzelliger Schaum des sinterfähigen Materials.Of the Essence of the invention is that a known as such Granules of a pyrolyzable placeholder material outside or within the shape, the geometry of the object to be made corresponds, is coated with an adhesive and the adhesive is activated such that the individual elements of the granules glued together. Only then is the space between the granules a powder of sinterable material, from which the open-cell foam is to be produced, introduced and stabilized. The powder, a granule particles never completely envelop, since the single granule over Adhesive bridges with a plurality of adjacent granules is connected. The Powder can thus only in the open-cell structure within the bed of granules be settled. If in the consequence the granulate and the adhesive pyrolyzed and the powder is sintered, resulting in appropriate Make an open cell foam of the sinterable material.

Zur Ummantelung des Granulates mit Klebstoff wird bevorzugt ein fließfähiger Klebstoff ausgewählt, der durch das Granulat geleitet und getrocknet wird.to Encapsulation of the granules with adhesive is preferably a flowable adhesive selected, which is passed through the granules and dried.

Das Pulver des sinterfähigen Materials wird nach dem Einbringen in die freien Räume zwischen dem Platzhalter-Granulat und vor der Pyrolisierung des Granulates stabilisiert, so dass mit Beginn der Pyrolyse des Granulates die ausgebildete offenzellige Struktur bis zum Sintern erhalten bleibt. Dazu kann der Klebstoff genutzt werden, der nach dem Einbringen des Pulvers derart aktiviert und teilweise angelöst wird, dass er in das Pulver eindringt und die einzelnen Teilchen des Pulvers untereinander verklebt. Dazu kann ein Dispersionsklebstoff ausgewählt werden, der aus Wasser, Polyvinylacetat und einem Vernetzer besteht, wobei der Vernetzer die Löslichkeit des getrockneten Klebstoffes gegenüber Wasser verringert.The Powder of sinterable Material is inserted into the free spaces between the Placeholder granules and stabilized before the pyrolization of the granules, so that with Beginning of the pyrolysis of the granules the trained open-celled Structure is preserved until sintered. This may be the glue be used, which activates after the introduction of the powder and partially dissolved is that it penetrates into the powder and the individual particles the powder glued together. This can be a dispersion adhesive to be selected, which consists of water, polyvinyl acetate and a crosslinker, wherein the crosslinker solubility the dried adhesive is reduced to water.

Das Pulver des sinterfähigen Materials kann auch als Bestandteil einer Suspension in die freien Räume zwischen dem Granulat eingebracht werden, wobei die Flüssigkeit der Suspension mindestens teilweise wieder aus der Form entfernt wird.The Powder of sinterable Materials can also be used as part of a suspension in the spaces between the granules are introduced, wherein the liquid of the suspension at least partially is removed from the mold again.

Dabei kann in vorteilhafter Weise eine derartige Flüssigkeit der Suspension ausgewählt werden, die geeignet ist, nach der Trocknung die einzelnen Teilchen des Pulvers untereinander zu stabilisieren.there can be selected in an advantageous manner, such a liquid of the suspension, the suitable, after drying, the individual particles of the powder to stabilize one another.

Es kann auch eine Flüssigkeit der Suspension ausgewählt werden, die geeignet ist, den Klebstoff, mit dem das Granulat ummantelt ist, mindestens teilweise anzulösen, damit dieser danach in das Pulver eindringt und dieses stabilisiert. Eine derartige Flüssigkeit kann aus einer Mischung von Wasser, Methylcellulose, Stärkeether und Polyvinylacetat ausgewählt werden.It can also be a liquid the suspension selected which is suitable, the adhesive with which the granules coated is to at least partially trigger so that it then penetrates into the powder and this stabilized. Such a liquid can be made from a mixture of water, methyl cellulose, starch ether and polyvinyl acetate become.

Das Verfahren kann in sehr vorteilhafter Weise zur Herstellung von Gegenständen aus offenzelligem Schaum sinterfähiger Materialien eingesetzt werden, deren Schmelzpunkt über 200 °C liegt und deren Teilchengröße zwischen 0,0001 mm und 0,2 mm beträgt.The Method can be used in a very advantageous manner for the production of objects open-cell foam sinterable Be used materials whose melting point is above 200 ° C and their Particle size between 0.0001 mm and 0.2 mm.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann als Granulat ein vorgeschäumtes Polystyrol ausgewählt werden, welches bei Wärmebehandlung weiter expandiert. Im Falle einer mindestens teilweisen Wärmebehandlung der Füllung aus Granulat und Pulver in der Form, wird das Pulver des sinterfähigen Materials in der Zone der Wärmebehandlung durch das expandierende Granulat verdichtet.In A further embodiment of the method can be used as granules prefoamed Polystyrene selected which is used in heat treatment continues to expand. In case of at least partial heat treatment the filling from granules and powder in the mold, becomes the powder of sinterable material in the zone of heat treatment the expanding granules compacted.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments.

Ausführungsbeispiel Iembodiment I

Im Ausführungsbeispiel soll die Herstellung eines medizinischen Implantates aus einem gesinterten, offenzelligen Metallschaum beschrieben werden. Bei derartigen Implantaten muss der Metallschaum, zum Zwecke einer optimalen Verbindung mit dem biologischen Material, eine ausgeprägt homogene Gerüst- und Zellstruktur mit einer hohen Anzahl der Poren pro Volumeneinheit besitzen. Weiterhin dürfen die Implantate keine geschlossenen bzw. quasi geschlossene Poren, d.h. auch Poren mit mikroskopisch kleinen Verbindungskanälen oder hohlen Stegen aufweisen, damit in solchen Toträumen keine unkontrollierbare Bakterienentwicklung stattfinden kann.in the embodiment the production of a medical implant from a sintered, open-celled metal foam can be described. In such implants must use the metal foam, for the purpose of optimal connection with the biological material, a pronounced homogeneous framework and Cell structure with a high number of pores per unit volume have. Still allowed the implants do not have closed or quasi-closed pores, i.e. also pores with microscopic connecting channels or have hollow webs, so that in such dead spaces no uncontrollable Bacterial development can take place.

Verfahrensgemäß werden zuerst Teilchen aus einem Polymer, im Beispiel Kugeln mit einem Durchmesser von 2 mm aus einem mit Pentan vorgeschäumten Polystyrol (auch Schaumpolystyrol genannt) ausgewählt und mit einem Dispersionsklebstoff, vermischt. Die Klebstoffmenge von 5 Vol-% bezogen auf das Volumen der eingesetzten Kugeln aus Polystyrol ist so bemessen, dass nur die Oberflächen der Kugeln vollständig benetzt werden.According to the method first particles of a polymer, in the example balls with a diameter of 2 mm from a pre-expanded with pentane polystyrene (also foam polystyrene called) selected and with a dispersion adhesive. The amount of glue of 5 vol% based on the volume of the balls of polystyrene used is sized so that only the surfaces of the balls are completely wetted become.

Der wasserhaltige Dispersionsklebstoff mit einer Viskosität von ca. 600 mPas besteht aus Polyvinylacetat und einen zusätzlichen Vernetzer. Letzterer dient dazu, dass das nach dem Abtrocknen entstandene Polymerisat eine möglichst geringere Löslichkeit gegenüber Wasser aufweist.Of the aqueous dispersion adhesive with a viscosity of approx. 600 mPas consists of polyvinyl acetate and an additional Crosslinkers. The latter serves to ensure that after drying Polymerisate one as possible lower solubility across from Has water.

Die mit dem flüssigen Dispersionsklebstoff ummantelten Schaumpolystyrol-Kugeln werden danach in eine verschließbare Form eingebracht, welche die Außenmaße des herzustellenden Implantates aus Metallschaum aufweist. Dabei kann die Form während des Einbringens zur Erreichung einer möglichst dichten Packung gerüttelt werden.The with the liquid Dispersion adhesive coated foam polystyrene balls are then in a lockable Form introduced, which the external dimensions of the produced Implants made of metal foam. The shape during the Shaking to achieve a dense packing as possible.

Die in die Form eingebrachte Schüttung aus mit flüssigem Dispersionsklebstoff ummantelten Schaumpolystyrol-Kugeln bildet in den Zwischenräumen eine offene luftgefüllte Struktur aus und es bilden sich, bedingt durch die Oberflächenspannung des Klebstoffes, an den Berührungspunkten zwischen den Kugeln meniskulare Klebstoffbrücken aus.The poured into the mold bed out with liquid Dispersion adhesive coated foam polystyrene spheres forms in the interstices an open air-filled Structure and form, due to the surface tension of the Adhesive, at the touch points between the spheres meniscular adhesive bridges.

Die Kugelschüttung oder -packung wird nachfolgend im Luftstrom bei 80 °C getrocknet. Dabei wird dem Dispersionsklebstoff das Wasser entzogen und das Polyvinylacetat polymerisiert, so dass die Schaumpolystyrol-Kugeln über die Klebstoffbrücken untereinander verklebt werden.The pebble bed or -packung is subsequently dried in a stream of air at 80 ° C. The water is removed from the dispersion adhesive and the Polyvinyl acetate polymerized, so that the foam polystyrene balls on the adhesive bridges glued together.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird in die innerhalb der verschließbaren Form befindliche Kugelschüttung eine Metallpulver-Suspension eingebracht, welche aus einem Pulver einer CoCrMo-Legierung und einer Trägerflüssigkeit aus Wasser mit aufgelösten Anteilen aus Methylcellulose, Stärkeether und Polyvinylacetat im Volumenverhältnis 80:15:5 besteht.In a further method step according to the invention is in the ballast located within the sealable form a Metal powder suspension introduced, which consists of a powder of a CoCrMo alloy and a carrier liquid from water with dissolved Proportions of methylcellulose, starch ethers and polyvinyl acetate in the volume ratio 80: 15: 5 consists.

Vor dem Einfüllen wurde die Einfüllöffnung der Form sowie eine untere Auslauföffnung mit einer Metallgaze verschlossen und die Form auf einem Rütteltisch fixiert. Die Maschenweite der Metallgaze ist kleiner als der Durchmesser der Schaumpolystyrol-Kugeln.In front the filling was the filling opening of the Shape and a lower outlet opening closed with a metal gauze and the mold on a vibrating table fixed. The mesh size of the metal gauze is smaller than the diameter the foam polystyrene balls.

Die Metallpulver-Suspension wird durch die Metallgaze hindurch in die Einfüllöffnung der Form eingefüllt. Durch die Schwerkraft und den Rüttelprozess wird die Metallpulver-Suspension innerhalb der offenen luftgefüllten Struktur gleichmäßig verteilt. Die Metallgaze verhindert während des Rüttelprozesses auch unerwünschte Bewegungen der Schaumpolystyrol-Kugeln.The Metal powder suspension passes through the metal gauze into the Filling opening of the Form filled. By gravity and the shaking process the metal powder suspension is within the open air-filled structure equally distributed. The metal gauze prevents during the shaking process too undesirable Movements of foam polystyrene balls.

Damit die vorher offene luftgefüllte Struktur auch vollständig mit der Metallpulver-Suspension gefüllt wird, muss eine überschüssige Menge in die Form eingebracht werden, die durch die untere Auslauföffnung wieder aus der Form austreten kann.So that the previously open air-filled structure is also completely filled with the metal powder suspension, an excess amount must be in the Form are introduced, which can escape through the lower outlet opening again from the mold.

Die Metallpulver-Suspension ist dabei so eingestellt worden, dass ausreichend Metallpulverpartikel für die später zu sinternde Zellstruktur auf den Kugeloberflächen verbleiben.The Metal powder suspension has been adjusted so that sufficient Metal powder particles for The later remain to be sintered cell structure on the spherical surfaces.

Nach der Beschichtung der Kugeloberflächen wird die Form sechs Stunden lang mit der Einfüllöffnung linear in einen Luftstrom von ca. 20° C gebracht. Dabei wird die Metallpulver-Suspension vorgetrocknet.To the coating of the spherical surfaces The mold is linearly injected into a stream of air for six hours with the filling opening from about 20 ° C brought. The metal powder suspension is predried.

Nachfolgend werden die Metallgazen entfernt und die Öffnungen mit Deckeln verschlossen, die Entlüftungsbohrungen aufweisen. Die Form wird in einen Trockenofen gebracht, in dem eine Temperatur von 110°C eingestellt wurde. Dabei verdampft das in der bereits teilweise getrockneten Metallpulver-Suspension noch vorhandene Wasser und heizt die Schaumpolystyrol-Kugeln mit dem darin noch enthaltenen Pentan auf. Weiterhin wird der Dispersionsklebstoff, der die Kugeln miteinander verklebt hat, angelöst bzw. aufgequollen, so dass die Dehnbarkeit des Klebstoffes zunimmt. Mit Erreichen des thermoplastischen Bereiches bewirkt der zunehmende Dampfdruck des Pentans, dass die Schaumpolystyrol-Kugeln expandieren. Dabei drücken die expandierenden Kugeln den angelösten Dispersionsklebstoff und die noch plastisch verformbare Metallpulver-Suspension in die noch offene Porosität der Schüttung, wobei auch die Schaumpolystyrol-Kugeln zu Polyedern verformt werden.following the metal gazes are removed and the openings are closed with lids that ventilation holes exhibit. The mold is placed in a drying oven in which a Temperature of 110 ° C was set. It evaporates in the already partially dried metal powder suspension still existing water and heats the foam polystyrene balls with the still contained therein Pentane on. Furthermore, the dispersion adhesive containing the spheres glued together, dissolved or swelled, so that the extensibility of the adhesive increases. Upon reaching the thermoplastic range causes the increasing vapor pressure of the pentane that the foam polystyrene balls expand. there to press the expanding beads the dissolved dispersion adhesive and the still plastically deformable metal powder suspension in the still open porosity the bed, wherein also the foam polystyrene balls are deformed into polyhedra.

Die Entlüftungsbohrungen in den Deckeln verhindern, dass in der Form ein Überdruck entsteht. Andererseits soll der entstehende Dampf mit einer definierten Zeit auf den Klebstoff einwirken.The ventilation holes in the lids prevent overpressure in the mold. on the other hand should the resulting vapor with a defined time on the adhesive act.

Nach ca. 4 Std. ist die Rest-Feuchtigkeit verdampft und der Klebstoff in der Metallpulver-Suspension ist abgebunden. Abschließend kann das verfestigte Vorprodukt des Implantates aus der Form entfernt werden.To About 4 hours, the residual moisture is evaporated and the glue in the metal powder suspension is set. In conclusion, can removed the solidified precursor of the implant from the mold become.

Dieses Vorprodukt des Implantates wird nachfolgend bei einer Temperatur von ca. 200°C zwei Stunden lang ausgeheizt, so dass der überwiegende Teil des aufgeblähten Styropors und des Dispersionsklebstoffs, mit denen die Styroporkugeln anfangs verklebt wurden, pyrolisiert werden. Dabei schmilzt mit Beginn der Pyrolyse das Polymer, das Pentangas entweicht aus den aufgeblähten Styroporkugeln und es kommt zu einem erheblichen Materialschwund bis das Polymer verdampft ist. Zurück bleibt Metallpulver mit einer homogenen Zellstruktur, das mit der Methylcellulose lagestabil verklebt ist.This Precursor of the implant is subsequently at a temperature of about 200 ° C two Heated for hours, leaving most of the bloated styrofoam and the dispersion adhesive with which the styrofoam beads initially were glued, pyrolyzed. It melts with the beginning of the Pyrolysis of the polymer, the pentane gas escapes from the bloated polystyrene balls and there is a significant loss of material until the polymer has evaporated. Back remains metal powder with a homogeneous cell structure, which coincides with the Methylcellulose is adhered to storage stable.

Abschließend wird das Vorprodukt des Implantates in einer wasserhaltigen, reduzierenden Atmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur von ca. 0,7 × Ts (Ts = Schmelztemperatur der Metallpulverlegierung) entbindert, d.h. die restlichen Klebstoffteile pyrolisieren vollständig und die Metallpulverpartikel werden miteinander versintert. Im Ergebnis liegt ein offenzelliges Implantat aus gesintertem Metallschaum vor, welches alle Anforderungen für ein medizinisches Human-Implantat erfüllt.Finally, it will the precursor of the implant in a hydrous, reducing the atmosphere or in vacuo at a temperature of about 0.7 × Ts (Ts = melting temperature the metal powder alloy), i. the remaining adhesive parts completely pyrolyze and the metal powder particles are sintered together. In the result there is an open-cell implant made of sintered metal foam, which meets all requirements for a medical human implant met.

Ausführungsbeispiel IIembodiment II

Beim Ausführungsbeispiel II soll ein Bauelement aus Leichtbauschaum hergestellt werden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel I ist für den genannten Einsatz keine absolut offenzellige Struktur zwingend. Es besteht jedoch die Forderung, dass das Bauelement einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann.At the embodiment II is a component made of lightweight construction. In difference to the embodiment I is for the above use no absolutely open-cell structure mandatory. However, there is a requirement that the device is simple and can be produced economically.

Zunächst werden Teilchen aus einem Polymer, vorzugsweise sind es Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 3 mm aus geschäumtem Polystyrol (auch Schaumpolystyrol genannt), mit einem Dispersionsklebstoff, vermischt. Das in den Styroporkugeln noch vorhandene Pentan wurde vorher mittels Tempern entfernt.First, be Particles of a polymer, preferably they are balls with one 3 mm diameter of foamed polystyrene (also foam polystyrene) called), mixed with a dispersion adhesive. That in the Styrofoam balls still existing pentane was previously by means of tempering away.

Die Klebstoffmenge wird mit 5 Vol.-% bezogen auf das Volumen der eingesetzten Kugeln aus Polystyrol bemessen. Der wasserhaltige Dispersionsklebstoff weist eine Viskosität von ca. 600 mPas auf und besteht aus Polyvinylacetat und einen zusätzlichen Vernetzer. Letzter dient dazu, dass das nach dem Abtrocknen entstandene Polymerisat keine Löslichkeit gegenüber Wasser aufweist.The Adhesive amount is 5 vol .-% based on the volume of the used Sized polystyrene balls. The hydrous dispersion adhesive has a viscosity of about 600 mPas and consists of polyvinyl acetate and an additional Crosslinkers. The latter serves to ensure that after drying Polymer no solubility across from Has water.

Die Schaumpolystyrol-Kugeln werden mit dem flüssigen Dispersionsklebstoff beschichtet und in eine Form, welche die Außenmaße des herzustellenden Metallschaumkörpers bestimmt, eingefüllt.The Foam polystyrene beads are mixed with the liquid dispersion adhesive coated and in a shape which determines the outer dimensions of the metal foam body to be produced, filled.

Die Schaumpolystyrol-Kugeln werden zur Gewährleistung einer möglichst dichten Packung in der Form gerüttelt. Zwischen den Kugeln bilden sich, bedingt durch die Oberflächenspannung des Klebstoffes Klebstoffbrücken aus, die die Kugeln miteinander verbinden. Die offene Porosität in der Kugelpackung bleibt erhalten.The Foam polystyrene balls are used to ensure as much as possible tight package shaken in the form. Formed between the balls, due to the surface tension of the adhesive adhesive bridges out, which connect the balls together. The open porosity in the Ball packing is retained.

Danach wird die Kugelpackung in einem Luftstrom bei 80 °C getrocknet, wobei durch Wasserentzug aus der Dispersion das Polyvinylacetat polymerisiert und die Kugeln untereinander verklebt werden.After that The ball packing is dried in an air stream at 80 ° C, whereby by dehydration polymerized from the dispersion, the polyvinyl acetate and the balls glued together.

In die Form wird entsprechend Ausführungsbeispiel I eine Metallpulver-Suspension aus Carbonyleisenpulver und einer Trägerflüssigkeit aus Wasser mit aufgelösten Anteilen aus Methylcellulose, Stärkeether und Polyvinylacetat im Volumenverhältnis 80:15:5 eingebracht und gerüttelt.In the form according to Embodiment I, a metal powder suspension of carbonyl iron powder and a carrier liquid of water with dissolved portions of methyl cellulose, Starch ether and polyvinyl acetate in the volume ratio 80: 15: 5 introduced and shaken.

Überschüssige Metallpulver-Suspension kann aus der Kugelpackung und Form frei ablaufen. Die Viskosität der Metallpulver-Suspension wurde so eingestellt, dass einerseits eine ausreichende Menge von Metallpulverpartikeln für die später zu sinternde Zellstruktur auf den Kugeloberflächen verbleibt und andererseits überschüssige Metallpulvermengen, welche die Dichte des fertigen Bauteiles zusätzlich erhöhen, vermieden werden.Excess metal powder suspension can from the ball packing and form run off freely. The viscosity of the metal powder suspension was adjusted so that on the one hand a sufficient amount of Metal powder particles for The later to be sintered cell structure remains on the spherical surfaces and on the other hand excess amounts of metal powder, which additionally increase the density of the finished component, be avoided.

Die gelösten Anteile aus den genannten Klebstoffkomponenten sollen nach dem Trocknen und bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung Metallpulverteile mit einer Partikelgröße von kleiner 0,01 mm in ihrer Lage stabilisieren. Nach drei Stunden Trocknung im Luftstrom bei ca. 100°C ist die Metallpulver-Suspension auf den Kugeloberflächen getrocknet, die Klebstoffanteile aus der Suspension sind abgebunden und die beschichtete Kugelpackung wird aus der Form entnommen.The dissolved Shares of said adhesive components after drying and in a subsequent thermal treatment, metal powder parts with a particle size of smaller Stabilize 0.01 mm in their position. After three hours of drying in air flow at approx. 100 ° C the metal powder suspension is dried on the spherical surfaces, the adhesive components from the suspension are set and the Coated ball packing is removed from the mold.

Nachfolgend wird die Kugelpackung bei einer Temperatur von ca. 200°C zwei Stunden ausgeheizt, wobei der überwiegende Teil des Styropors und des Dispersionsklebstoffs, mit denen die Styroporkugeln anfangs verklebt wurden, pyrolisieren. Zuerst schmilzt das Polymer, die eingeschlossene Luft und Pentangasreste entweichen aus dem aufgeblähten Styroporkugeln. Danach kommt es zu einem erheblichen Materialschwund und das Polymer verdampft. Im Ergebnis bleibt eine homogene, kugelförmige Zellstruktur aus Metallpulverteilchen zurück, die durch die Methylcellulose lagestabil miteinander verklebt sind.following The ball package is heated at a temperature of about 200 ° C for two hours overheated, with the vast majority Part of the polystyrene and the dispersion adhesive with which the Styrofoam balls were initially glued, pyrolize. First it melts the polymer, trapped air and pentane residues escape from the bloated polystyrene balls. After that, there is a considerable loss of material and the polymer evaporated. The result is a homogeneous, spherical cell structure back from metal powder particles, which are glued together stable by the methylcellulose.

Abschließend werden in einem sintermetallurgischen Prozess unter reduzierender CO-Gas-Atmosphäre und bei einer Temperatur von ca. 0,7 × Ts (TS = Schmelztemperatur der Metallpulverpartikel) die restlichen organischen Klebstoffanteile entbindert und die Struktur aus Pulverpartikeln zum fertigen Bauelement aus offenzelligem Leichtbauschaum versintert.To conclude in a sinter metallurgical process under reducing CO gas atmosphere and at a temperature of about 0.7 × Ts (TS = Melting temperature of the metal powder particles) the remaining organic Adhesive components and the structure of powder particles and the particles sintered to the finished component of open-cell lightweight foam.

Claims

Process for producing an open-celled foam from a sinterable Material with the following process steps: - a granulate a pyrolyzable placeholder material is filled in a mold, the corresponds to the geometry of the object to be manufactured, - the granules is before or after filling encased in the mold with an adhesive and - the adhesive is activated so that the individual elements of the granules are glued together in the mold - after that will be in the free Spaces between the granules a powder of sinterable material, from which the Object is to be made of open-cell foam introduced and stabilized, - the Granules are pyrolyzed and - The powder of sinterable material is sintered.

Method according to claim 1, characterized in that that the encasing of the granulate with adhesive takes place in such a way, that a flowable adhesive is selected and is passed through the granules, and then that with adhesive coated granule pack is dried.

Method according to claim 1 or 2, characterized to stabilize the powder of the sinterable material as an adhesive a dispersion adhesive selected which consists of water, polyvinyl acetate and a crosslinker, where the crosslinker is the resistance of the dried adhesive increases against water solubility, and that the dispersion adhesive after the introduction of the powder of sinterable Solved material in such a way is that he at least partially penetrates into the powder and the individual particles of the powder bonded together.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the powder of sinterable material incorporated as part of a suspension in the free spaces between the granules and the liquid the suspension is at least partially removed from the mold.

Method according to claim 4, characterized in that that such a liquid the suspension selected which is suitable, after drying, the individual particles stabilize the powder with each other.

Method according to claim 4 or 5, characterized that such a liquid the suspension selected which is suitable, the adhesive with which the granules are sheathed is to at least partially resolve.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized that as a liquid the suspension is a mixture of water, methyl cellulose, starch ether and polyvinyl acetate is selected.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as a powder of sinterable material such is selected their melting point over 200 ° C is and their particle size between 0.0001 mm and 0.2 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a polystyrene is selected as granules, which in heat treatment expanded, and that before the pyrolization of the granules, the filling in the mold is at least partially subjected to a heat treatment, such that powder of sinterable material in the zone of heat treatment is compressed by the expanding granules.