多孔工件的浸渍方法

本发明涉及多孔工件的浸渍方法，即用一种至少在浸渍时成液态 的介质填充工件孔隙的方法。本发明的一个优选的但不是唯一的应用 领域就是浸渍由陶瓷或尤其是由炭材如石墨构成的烧结工件，所述工 件被用作滑动轴承或电气滑动接触件如碳刷或电刷。可以为了不同目 的地用各种浸渍剂浸泡工件，例如用油或脂肪浸渍工件以改善滑动性 能，用塑料浸渍工件以提高机械强度或用金属或金属合金浸渍工件以 提高导电性能。

常见的多孔工件浸渍方法在于将工件浸入液体的浸渍剂中，其中 浸渍剂被吸入工件孔隙内。如果浸渍剂不是天然液态的，则要以液态 溶解或熔化的形式被应用。浸渍的改善方式是真空一高压浸渍。在这 种情况下，工件在被浸入浸渍剂之前进行真空处理以使孔隙中没有空 气。在浸入工件后，浸渍剂承受压力以便将浸渍剂压入工件孔隙中。 这种常见的浸渍方法具有以下缺点：

-浸渍和所需的准备工作如将工件堆置在浸渍容器中是很费时的 并且通常需要2-8个小时；

-尽管采用了真空和高压，但仍然很难在整个工件体积中获得均 匀和完全的孔隙填充；

-在浸渍后需要进行费事的清洗，以便从工件表面上除去残余浸 渍剂。所需的机械和/或化学清洗步骤昂贵、费时并且经常与明显的 给环境造成负担相关。

本发明的任务是提出一种新颖改进的多孔工件浸渍方法，尤其是 提出了这样一种方法，可以在比较短的处理时间内利用该方法获得均 匀完整的孔隙填充并且一般可以省略费事的工件表面后处理工作。

根据本发明，令人惊奇地如此完成了上述任务，即为了浸渍多孔 工件而采用了注塑技术或压铸技术。因而，通过权利要求1所述的方 法完成了上述任务。

从属权利要求涉及到其它有利的方法或用该方法浸渍的工件的 设置方案。

我们吃惊地发现，常见的注塑机或压铸机可以被用于用液态浸渍 剂浸渍安置在注塑模或压铸模内的多孔工件。我们发现，在这种情况 下，处理时间短到约1分钟-3分钟地实现了基本上完满的多孔工件 孔隙的填充。我们还发现，在采用其型腔符合工件形状并且基本上无 间隙地围绕工件的模具时，在工件表面上基本上没有留下多余的浸渍 剂，因而，后续清理工作是多余的，或工作负担明显减轻了。

在本发明的方法中，冷的或预热的工件被放入一个注塑机或压铸 机的分体式密封闭合模具(闭合装置)的与工件适配的型腔中。闭合 装置被闭合，液态的或被加热到液化温度的浸渍剂在压力足够高的情 况下借助机器的注塑装置或压铸装置被压入封闭的模具中。一直保持 模具承受液态浸渍剂的压力，直到工件孔隙被完全填满，其中为此所 需的时间根据经验来选择。根据所用浸渍剂的类型，工件一直停留在 模具中，直到如金属熔融物凝固或树脂硬化。在浸渍过程结束后，打 开模具并且借助顶料器抛出浸渍工件，随后可以开始一个新周期。

由于根据遵守小尺寸公差的工件成型而精确配合地制成型腔，所 以实现了型腔从四面八方基本上无间隙地围绕着工件，其中在工件与 型腔之间的间隙最好明显小于100微米并最好也小于工件孔径。由此 一来，可以实现被压入型腔中的浸渍剂只流入孔中，而不会流入型腔 与工件之间的间隙中，从而工件表面(除冒口外)没有被浸渍剂弄脏。 因而，工件后处理尽可能缩减到敲冒口和可能有的冒口打磨。

本发明的浸渍方法也可以利用这样的压铸机进行，即它是按照所 谓的挤压浇注方法(再挤压压铸)设计的，或者用这样的注塑机进行， 即它适用于进行喷注模压。人们把这种方法称为挤压浇注或喷注模 压，其中一个压铸模或注塑模的两个半模在开始压铸或注入前还没有 以充分的合模力被压合。在这种状态下，型腔虽然已经被密封地封闭 起来，但它相对半模完全闭合时的尺寸有一定裕量，或者半模可以在 注入熔融物的压力下略微分开。完全压合半模是在注入或压铸过程后 实现的。如果在根据这样的处理控制而设计的压铸机或注塑机上实施 本发明的浸渍方法，则产生了这样的优点，即在开始注入或压铸过程 前，在型腔壁与所放入的待浸渍工件之间尚留有一个小间隙。在这个 间隙中，液态浸渍剂可以均匀地扩展到工件的表面上。在最终闭合半 模时，这个间隙消失了，液态浸渍剂机械地被压入工件孔隙中。

利用本发明的方法，相对常见浸渍方法地明显缩短了周期时间。 与常见方法相比，不仅真正的浸渍过程可以在很短的时间如三分钟内 进行，而且预处理(把工件放入型腔并合模)以及后续处理(开模并 取出工件并可能敲掉冒口)也可以在这样短的时间里实现，其中在常 见方法中，这三个阶段都分别需要费时1-4小时。本发明的方法容易 自动化。也可以根据工件类型采用具有许多型腔的多件式模具，由此 一来，处理时间进一步明显缩短。对于这种方法来说，原则上可以采 用常见的注塑机或压铸机，如在塑料喷注技术及金属压铸技术中常见 的那样。

本发明方法的另一个优点在于，可以无需溶剂地使用许多浸渍剂 如蜡、树脂等，根据传统方法，只能以其在溶剂中的溶液形式处理它 们。由此一来，与传统浸渍方法相比，本发明的方法可以明显美化环 境地实施。利用本发明的方法，可以浸渍具有相差很大的孔隙率如 2％-90％的孔隙率的工件。本发明的方法最好被用于由炭材构成的工 件，它们可以被用作滑动轴承或成碳刷或电刷形式的电滑动接触件。 最好可以通过混合天然石墨、人造石墨、焦化石墨、碳纤维塑料纤维、 焦碳、碳黑中的至少一种成分与胶合剂如煤焦油或石油焦油或石油沥 青以及塑料树脂并随后借助压制、压实或挤压的成型和随后一般分成 多级的100℃-3200℃的热处理以便烧结、硬化、碳化、石墨化而制 成碳体。也可以通过预制碳纤维条、垫、织物或针织品以及可能有的、 稳定形状所需的用煤焦油或石油焦油或石油沥青或塑料树脂进行的 胶合以及随后的100℃-3200℃的热处理来制成工件。

作为浸渍剂地可以采用：

-天然或人造的油、脂肪或蜡；

-天然或人造的树脂，包括人造树脂，其通过改良如酯化或皂化 天然树脂而成；

-塑料，它们是通过聚合、加聚或缩聚而形成的并且可以被置入 一种为浸渍所需的能流动状态；

-所有金属或金属合金；

-预处理过的或未经处理的沥青。

浸渍剂可以在至少一个供应位置上被供给装有工件的封闭模 具。如由粉末状炭材通过压制或挤压以及随后的烧结形成的成型件通 常具有多孔结构的优选方向，其中优选方向垂直于压制方向或平行于 挤压方向。在这样的工件中，本发明的方法提供了这样的可能性，即 浸渍剂的供应位置如此安置在装有工件的模具上，即浸渍剂在型腔中 或通过工件孔隙的前进方向基本上平行于上述优选方向。但事实证 明，一般不需要如此，而是在取决于加工地具有各向异性或孔隙率优 选方向的工件中，可以在工件的任意位置上供应浸渍剂并且可以实现 浸渍剂在工件内相对优选方向随意流动，在这种情况下，尽管如此， 浸渍仍然与在没有优选方向的均衡受压的成型件中一样地均匀一 致。

结合附图来详细说明本发明的一个实施例。

图1以纵截面图画出了具有置入其中的多孔工件的压注模。

图2表示沿图1的II-II线的截面。

如图1所示，预制的待浸渍工件1具有用于固定在电动有轨车辆 之电刷上的纵长滑板形状。工件1由烧结多孔炭材构成。通过成型加 工如挤压或压制以及后续的热处理(烧结)尺寸很稳定地制成了所述 工件。随后，工件1被放入由两个半模3、5构成的压注模中，其型 腔是根据工件1尺寸而准确加工而成的。压注模具有许多个设置在分 布于其长度上的位置上的喷注通道7。通过这些通道，不象在普通压 铸时那样将压铸材料注入以便形成工件，而且将液态浸渍剂注入以便 填充已经位于型腔内的多孔工件1的孔隙。

具有合模装置和浇注装置的压铸机是本领域技术人员所熟悉 的。例如参见Lueger Lexikon der Technik，第8册，提纲“压铸” 及“压铸机”。图1、2所示压铸模的两个半模3、5被固定在压铸机 合模装置的夹固板上并且在放入工件1后被闭合起来并承受一闭模 力S。随后，通过压铸机的浇注装置沿箭头I方向并以适当的喷注压 力地经喷注通道7将液态的如熔融的浸渍剂压入模具中，从而它均匀 地填充工件1的孔隙。在被放入到模具中之前或在浇注浸渍剂之前， 工件1最好被预热到适当温度。

例如，按照以下参数来进行由含熔融铝硅盐(AlSi12)的炭材构成 的滑板1的浸渍(渗透)。作为压铸机地采用了具有250吨合模力的 Fa.Bühler标准压铸机。在两分钟内被预热到650℃的工件被放入被 预热到250℃的压铸模中并承受250吨的合模力。熔融的浸渍剂 (AlSi12)达到了650℃并且以200巴的压力通过喷注通道7被压入 模具中。200巴的喷射压力保持了长达3秒钟。随后，打开模具并取 出经过浸渍的工件1。结果，获得了浸渍剂对孔隙很均匀的填充效果 以及没有浸渍剂的工件表面。因而，浸渍工件的后续加工可以局限于 在喷注通道7内残留的冒口之打落或磨除。机器可以以约3分钟的工 作周期工作。

代替压铸机地，本发明的方法也可以采用常见的注塑机。这种注 塑机可以是任何已知结构的装置，如在技术文献如书“塑料机器导 编”Hsg.F.，Johannaber，Hanser-Verlag，慕尼黑1992所述的装 置。或许根据所用浸渍剂的情况地把现有的螺杆式增塑注塑装置用于 注射液态浸渍剂。此外，可以用简单的活塞式喷注装置代替常见的螺 杆式增塑注塑装置来注入液态浸渍剂。

如果在本发明的方法中把金属合金用做浸渍剂且尤其是把铝合 金或锰合金用作浸渍剂，则这样的注塑机可以被用于浸渍，即所述注 塑机是根据所谓的摇溶模铸方法工作的。在这种情况下，利用了以下 事实，即在某温区内的这些金属的某些合金在固态和液态之间具有触 变过渡相。对于压铸由这样的合金构成的成型件来说，众所周知地在 注塑机的螺杆机构内将合金加热到对应于触变状态的温度，其中通过 转动螺杆的作用限制了晶体生长并且金属合金在这种触变状态下被 注入压铸模中。当可用触变金属合金进行浸渍的多孔工件被安置在压 铸模内时，也可以按照同样的方式进行本发明的浸渍方法。