CH312165A - Verfahren zur Herstellung von metallischen Filtern grosser Durchlässigkeit. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Herstellung von metallischen Filtern grosser DurchlÏssigkeit.



   Es ist bekannt, Glas oder keramische Massen als Filterwerkstoffe zu verwenden.



  In den letzten Jahren ist man zur   Erzeu-    gung von metallischen Filtern übergegangen, die auf pulver-metallurgischem Wege durch Sintern von gepressten oder geschütteten Pulvern hergestellt werden. Von derartigen metallischen Filtern verlangt man folgende Eigenschaften : Die Filter sollen eine verhältnismässig grosse Porosität besitzen, die nach den bisherigen Erfahrungen meist zwischen   30    und   60 ouzo    liegt. Sie sollen eine hohe Durch  lässigkeit    gegenüber den zu filtrierenden Flüssigkeiten oder Gasen aufweisen. Die Poren sollen in dem Sinterkörper möglichst gleichmässig verteilt sein. Sie sollen möglichst durch den Filterwerkstoff vollständig hindurehgehen.

   Nichtdurchgeliende, blinde Poren sind nicht nur ohne Bedeutung für den    Filtrierungsvorgang, sondern unerwünscht,    da sie die Festigkeit des   Filterkörpers    schÏdlich beeinflussen. Die Poren sollen weiterhin, je nach den Anforderungen, die man an die Filter stellt, mehr oder weniger fein sein.



  Die Porengrösse soll möglichst gleichmässig sein.



   Sind grössere Fremdteilchen,   Verunreini--    gungen oder Schwebestoffe aus den zu fil  trierenden    Flüssigkeiten oder Gasen zu beseitigen, so können die Poren ebenfalls grösser sein, zumal sich dies für die Filtriergeschwindigkeit günstig auswirkt. Sehr häufig werden jedoch, bedingt durch die Gr¯¯e und Art der aus der Flüssigkeit oder dem Gas zu entfernenden Verunreinigungen, Poren verlangt, deren mittlerer Durchmesser nur einige   wenige, u beträgt.    Feinste Poren sind im besonderen notwendig, wenn etwa Luft in feinster Verteilung in Flüssigkeiten eingeleitet werden soll, wie es zum Beispiel zur Beschleunigung von   Gärungsprozessen    erfor  derlich    ist.

   Auch beim Filtrieren von   Schmier-    oder Brennstoffen werden feinporige Filter   benotigt,    wenn aus der Flüssigkeit Verunreinigungen von wenigen u Korndurchmesser beseitigt werden sollen.



   Bei der Herstellung von metallischen Fil  tern    hoher Durchlässigkeit geht man meist so vor, dass man kugelförmige Körner als   Ausgangspulver    verwendet. Es sind die verschiedensten Verfahren bekannt, die die Herstellung von   Metallpulvern    gleichmϯiger Korngr¯¯e und von annähernd   kugelför-    miger Gestalt gestatten. Man kann zum Beispiel das Metall oder die Metallegierungen elektrisch im Wasser abschmelzen. Man kann die Metallpulver durch Zerstäubung unter oder ohne mechanische   Druckeinwirkung gra-    nulieren. Beide Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass eine teilweise Oxydation der K¯rner an ihrer Oberfläche stattfindet, was für den weiteren   Verarbeitvmgsvorgang un-    günstig ist.

   Ein anderer Weg zur   Herstel-    lung kugelförmiger   ! Metallteilchen    besteht in der Zersetzung von   Metallcarbonylen    oder in der Kondensation   von Metalldämpfen. Man    kann schliesslich auch kugelförmige Metallk¯rner - von mehr als 0, 15 mm Durchmesser  -durch mechanische Zerkleinerung eingekerbter Drähte oder   : pane    herstellen.



   Als Ausgangspulver für Metallfilter können zahlreiche Metallpulver in Betracht kom  men,    so zum Beispiel Pulver aus Nickel, Bronze, Kupfer, Eisen, legierten und unle gierten Stählen, nichtrostenden Stählen usw.



   Es können auch andere Pulver von metallischem Charakter benützt werden, so zum Beispiel Karbide von Schwermetallen der vierten, fünften und sechsten Gruppe des periodi  schen    Systems, wie TiC, TaC, WC usw. Die Möglichkeit der Benützung verschiedenartiger Filterwerkstoffe sind also ausserordentlich gross. Die Art der benützten Filterwerkstoffe hängt, abgesehen von wirtschaftlichen   Erwä-    gungen, wesentlich davon ab, welche   Flüssig-    keit filtriert oder welches Gas gereinigt werden soll. Es spielt bei der Wahl des   geeig-    netsten Filterwerkstoffes eine Rolle, ob die Flüssigkeit mit dem   Filterwerkstoff    reagieren bzw. ihn korrodieren kann.



   Es ist weiterhin bekannt, dem Ausgangspulver vor seiner Verarbeitung Füllstoffe   hinzuzusetzen,    die später nach der Bildung des   Filtergegenstandes    entfernt werden oder die bei der Wärmebehandlung (Sinterung) desselben durch Verdampfung beseitigt werden. Es geschieht dies im ersten Fall durch Herauslösen des Füllstoffes (zum Beispiel   NaCl    oder   Na2CO3)    aus dem Sinterkörper oder im zweiten Fall (z. B.   Ammonium-oder      Ammonium-bi-carbonat)    durch Verdampfung des Füllstoffes vor oder während der Sinterung. Zweck dieser Massnahmen ist die Offenhaltung von durchgehenden, für die Wirkung des Filters wichtigen Poren.



   Das Wesen der Erfindung beruht auf der Verwendung einer bestimmten und neuen Art von Füllstoffen, durch welche nicht nur eine Offenhaltung der Poren während der Wärmebehandlung, sondern gleichzeitig auch eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeit des   Sinterproduktes    erreicht werden kann.



  Diese Forderung erfüllen Füllstoffe, welche während der Sinterung zersetzt und zu Metall l   reduziezt    werden.



   Es sind vorzugsweise Metallsalze, wie Chloride, Sulfate, Carbonate, Nitrate, Oxalate    usw.,    die durch ein Gas, zweckmässigerweise das Schutzgas, bei der Sinterung reduziert werden. Das Kation des Metallsalzes, also seine Metallkomponente, kann von der glei chen Art, aber auch von einer andern Art als der metallische Grundstoff des Filters sein. Während der Sinterung, vorzugsweise in den ersten Stadien des   Sintervorganges,    wird das Metallsalz zersetzt und gleichzeitig reduziert, vorzugsweise durch das Schutzgas, wie zum Beispiel Wasserstoff. Das Anion    (tMetalloid)    geht dabei weg und hält die Poren bei der Sinterung offen, Das Kation bleibt als reduziertes Metall in   feinster Ver-    teilung zurück.

   In den meisten FÏllen   dif-    fundiert es in die Oberfläche der Körner des   Grundmetalles    und legiert sich mit ihnen, wodurch eine beträchtliche Erhöhung der Festigkeit des Filterkörpers erreicht werden kann.



   Hat das   Kation des-iqetallsalzes    einen niedrigeren Schmelzpunkt als die   Grundkom-    ponente des   Filterkorpers,    dann tritt der Vorgang der Diffusion und Legierungsbildung bereits bei niedrigeren Temperaturen ein, als wenn das Kation von der gleichen Art wie   das Grundmetall    gewesen wäre.



   Die Einbringung des Metallsalzes in das   Ausgangspulver    erfolgt zweckmässig so, dal3 das Metallsalz gleichmässig und fein in der Grundkomponente verteilt wird. Es geschieht dies zweckmässig durch Zusatz   des Metall-    salzes in Form seiner wässerigen   Losung.    Es findet alsdann eine Tränkung der metallischen Pulver statt. Die feine   Verteilmg    des Metallsalzes im Grundmetall wird dadurch verbessert, dass das getränkte metallische Pulver während des   Eindampfens    der Flüssigkeit ständig gleichmässig und gut gerührt wird. Die Verteilung des zugesetzten Metallsalzes ist um so besser, je feiner die Korngrösse des   Ausgangspulvers    ist.



   Es ist bemerkenswert, dass bei der Sinte  rung    noch keine erheblichen Schwindungserscheinungen auftreten, wenn nach dem beschriebenen Verfahren gearbeitet wird. Die  Porosität bleibt nahezu unverändert. Die Durchlässigkeit des Filters gegenüber der zu filtrierenden Flüssigkeit wird mit steigender Sintertemperatur nur wenig erniedrigt.



   Die Menge des zuzusetzenden Füllstoffes  (Metallsalzes) ist vom Einfluss auf die   Durch-      lässigkeit    und Porengr¯¯e des Filters. Mit steigender Menge des Zusatzes nimmt die DurchlÏssigkeit und Porengr¯¯e zu. Es kommen Mengen von 3 bis 25 % in Betracht  (berechnet auf den Metallgehalt des Metallsalzes), wobei Mengen von 3 bis 7  /o für die Herstellung von feinporigen und   15  /a    und mehr f r die Erzeugung besonders grobporiger Filter zu verwenden sind.



   Die Korngrosse des   AusgangsmetallpW-    vers ist   gleichfall) s    von Einfluss auf die Durchlässigkeit und   Porengrosse    des Filters.



  Je feiner das Ausgangsmetallpulver ist, um so kleiner ist die erreichbare mittlere Porengrosse, welche ein Mass f r die minimale Grosse der aus einer Flüssigkeit zu entfernenden   Verunreinigungen    ist. Es wurde festgestellt, dass bei kugelförmigen Körnern des   Ausgangsmetallpulvers    die mittlere Porengrosse etwa   1/8    bis 1/12 der Korngrosse des Ausgangsmetallpulvers beträgt. Will man besonders feinporige Filter herstellen, dann muss man mittlere Korngrössen des   Ausgangs-    metallpulvers verwenden, die nur wenige, betragen.



   Mit Erhöhung des Pressdruckes erfolgt eine Verdichtung des Filterkörpers und eine Verringerung seiner Porosität und Durch  lässigkeit.    Aus diesem Grunde wird man den angewandten Pressdruck nicht zu hoch   wäh-    len. Erfahrungsgemäss soll er 2   t/cm2    nicht wesentlich  berschreiten, da sonst eine starke Erniedrigung der f r die   Filterqualität    wichtigen Eigenschaften, wie Durchlässigkeit und   Porengrosse,    erfolgt.



   Als Beispiele für das hier beschriebene Verfahren der Herstellung von metallischen Filtern, die bei guter Festigkeit,   gleichmässi-    ger und feiner Porenverteilung eine günstige Durchlässigkeit gegenüber der zu filtrierenden Flüssigkeit zeigen, seien folgende genannt :
1. Man verwendet als Ausgangsstoff feinkörniges und reines, auf dem Wege der Reduktion mit Wasserstoff hergestelltes Nickelmetallpulver einer ungefähren mittleren Korngr¯¯e von 5Á. Diesem Nickelmetallpulver setzt man durch Tränkung eine wÏsserige Lösung von   Kupferchlorid    in einer solchen Menge hinzu, dass in dem   Filterwerk-    stoff 3 bis   12  /o Kupfer vorlianden    sind.

   Die getränkte Masse wird getrocknet, wobei   wäll-    rend des   Eindampfens    eine gute   Durch-    mischung durch Umrühren stattfindet. Nach dem Trocknen wird die Masse zerrieben und dann mit einem nicht zu hohen spezifischen Druck gepresst. Der angewendete Pressdruck soll möglichst 2   t/cm2 nicht überschreiten.   



  Die Presslinge werden dann bei Temperaturen von 800 bis 1000¯ C   im Wasserstoffstrom ge-    sinter. Die Hohe der angewendeten Sintertemperatur hängt davon ab, was f r eine Gesamtporosität und Durchlässigkeit von dem Metallfilter verlangt wird.



   2. Man geht von einem   feinkornigen    Bronzepulver aus, welches zum Beispiel einen Zinngehalt von 10 % besitzt. Die mittlere Korngrösse des Bronzepulvers beträgt etwa 45Á. Dieses Pulver tränkt man, in der gl. eichen Weise, wie beim ersten Beispiel angegeben, mit 10 bis   20"/o Kupferchlorid. Man    presst dann das getränkte, getrocknete und zerriebene Pulver mit einem spezifischen Druck von   1    t/cm2 und sintert hierauf l/2 bis   1    Stunde bei Temperaturen von 700 bis   800     C im Wasserstoffstrom.



   3. Als   Ausgangsmetallpulver    wird ein nach dem   DPG-Verfahren    (Verfahren der   Deut-    schen   Pulvermetallurgischen, Gesellschaft    m. b. H., Frankfurt am Main, Deutschland) her  gestelltes,    unter mechanischem Druck   zer-      stäubtes    Eisenmetallpulver der Kornfraktion 0, 06 bis   0,    10mm verwendet. Es erfolgt eine Zugabe von 3 bis 5    /o Eisenchlorid    in Form einer wässerigen   Salzlosung    (berechnet auf den Metallgehalt des   Eisenchlorids).    Das getränkte Pulver wird eingedampft, getrocknet, zerrieben und mit einem spezifischen Druck von 1   t/cm2    in Formen gepre¯t.

   Es erfolgt   zunächst eine Yorsinterung    bei   800     C im Wasserstoffstrom und dann eine Hoehsinterung in dem gleichen Schutzgas f r die Dauer von   3/4      Stunden    bei 1280¯ C. Es werden Platten, Rohre oder in anderer Weise   ge      formte      Eilterkörper    hergestellt.



   4. Als Ausgangsmetallpulver wird   DPG-    Eisenpulver einer Kornfraktion von 0, 200 bis 0, 300 mm verwendet. Es werden   10  /o    Eisenchlorid (berechnet auf den Metallgehalt des   Eisenchlorids)    hinzugegeben. Weiterver  arbeitvmg    der   Pulver lmd Pressen    derselben wie im Beispiel 3 beschrieben. Die IIochsinterung wird bei einer Temperatur von   1330     C vorgenommen.



   Metallische Filter der beschriebenen Zusammensetzung und Herstellungsweise haben sich sowohl beim Filtrieren von Flüssigkeiten als auch bei der Reinigung von Gasen von fremden Bestandteilen hervorragend bewährt.



  Aus Schweröl, wie Naphtha, lassen sich mehr als   98  /o    der festen und suspendierten Ver  unreinigungen    entfernen.



   Die Filtriergeschwindigkeit ist eine sehr gute, selbst dann, wenn die Poren nur eine Feinheit von 1 bis   3 t aufweisen.    Das im Beispiel 3 genannte Filter aus   DPG-Eisen    eignet sich zum Beispiel für die   Endreini-      gung    von Naphtha, wobei alle   Verunreini-    gungen, die über 2 bis   3      u    liegen, restlos beseitigt werden. Die Durchlässigkeit eines derartigen Filters gegenüber Naphtha beträgt bei einem Überdruck von   1    Atmosphäre etwa   350    cm3 pro Minute und pro   1 cm2 Filter-    fläche. Das im Beispiel 4 genannte DPG Eisenfilter wird zur Vorreinigung von Naphtha verwendet.

   Es werden durch dasselbe alle   Verunreinigungen    restlos beseitigt, die über 8 bis 10Á liegen. Die   Durchlässig-    keit eines solchen Filters beträgt bei 1 AtmosphÏre Überdruck und einer StÏrke von 2,   5 mm    etwa 850 cm3 pro Minute und 1 cm2 Filterfläche.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung von metallischen Filtern grosser Durchlässigkeit, die durch Sinterung von metallischen Pulvern hergestellt werden und bei denen zwecks Offenhaltung der Poren während der Sin terlmg Füllstoffe hinzugesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Fiillstoffe während der Sinterung zersetzt und zu Metall reduziert werden.

   UNTERANSPRÜCHE : 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoffe mit einem Gas reduzierbare Metallsalze in solchen Mengen verwendet werden, dass der Metallgehalt der Fiillstoffe 3 bis 25"/o des Filterwerkstoffes beträgt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente des Metallsalzes von der gleichen Art wie die Grundkomponente des Metallfilters ist.

   3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, class die Metallkomponente des Metallsalzes von anderer Art als die Grundkomponente des Filters ist, sich mit dem Grtmdmetall legiert und niedriger als dasselbe schmilzt.

   4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze in Form von wässerigen Salzlosungen erfolgen.

   5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von feinporigen Metallfiltern Metallpulver verwendet werden, die eine mittlere Korngrösse haben, die unter 0, 01 mm liegt.

   6. Verfahren nach Patentanspruch, daclurch gekennzeichnet, dass beim Pressen der metallischen Pulver spezifische Drucke angewendet werden, die nicht grosser als 2 t/em2 sind.