ESFERAS HUECAS Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR ...

ES 2 243 456 T3
○19
OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
ESPAÑA
○11 Número de publicación: 2 243 456
○51 Int. Cl. 7 : B22F 1/00
12○ TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3
86○ Número de solicitud europea: 01911397 .6
86○ Fecha de presentación : 24.01.2001
87○ Número de publicación de la solicitud: 1251985
87○ Fecha de publicación de la solicitud: 30.10.2002
54○ Título: Procedimiento para fabricar componentes estructurales ligeros.
30○ Prioridad: 25.01.2000 DE 100 03 175
10.03.2000 DE 100 11 856
10.03.2000 DE 100 11 764
07.09.2000 DE 100 46 174
45○ Fecha de publicación de la mención BOPI:
01.12.2005
45○ Fecha de la publicación del folleto de la patente:
01.12.2005
73○ Titular/es: Glatt Systemtechnik Dresden GmbH
Grunaer Weg, 26
01277 Dresden, DE
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der
angewandten Forschung e.V.
72○ Inventor/es: Bretschneider, Frank;
Stephan, Herbert;
Brückner, Jürgen;
Stephani, Günter;
Schneider, Lothar;
Waag, Ulf;
Andersen, Olaf y
Hunkemöller, Paul
74○ Agente: Carpintero López, Francisco
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de
la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea
de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se
considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del
Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid

1
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para fabricar componentes estructurales
ligeros.
La invención se refiere a un procedimiento para fabricar
componentes estructurales ligeros con esferas
huecas con cubiertas de un material inorgánico sinterizado,
tales como metales óxidos metálicos o material
cerámico.
En los documentos EP 0300543 A1 y US
4.917.857 se describe un procedimiento para fabricar
esferas huecas metálicas y cerámicas. Sobre un núcleo
esférico de un polímero espumado se aplica una
suspensión acuosa de un polvo metálico o cerámico
con un aglutinante orgánico y con un tratamiento térmico
(400 a 500ºC) se piroliza el polímero que forma
el núcleo, escapando los componentes gaseosos y obteniéndose
un llamado cuerpo verde con una estabilidad
suficiente.
Este cuerpo verde se sigue calentando después para
expulsar también los componentes orgánicos restantes
del aglutinante y sinterizar las partículas de polvo
entre sí para formar una cubierta cerrada de la esfera.
Además, en el documento DE19750042C2 se describe,
especialmente, la aplicación del material de
partida en forma de polvo con un aglutinante líquido
sobre un núcleo mediante la recirculación con un
rotor.
Las esferas huecas obtenidas de esta forma, con
una cubierta compuesta sustancialmente por el material
de polvo, pueden emplearse para diversas aplicaciones.
En el documento DE19817959C1 se describe una
aplicación para componentes estructurales ligeros.
Para ello, unas esferas huecas conocidas de por sí deben
mezclarse con un adhesivo polímero formando
una “masa de esferas”, y dicha “masa de esferas” debe
introducirse, antes de endurecerse el adhesivo, en un
molde o entre dos placas superficiales. Para ello, antes
del endurecimiento del adhesivo se dispone de un
determinado margen de tiempo limitado, en el que se
deben procesar las bolas preparadas correspondientemente.
Además, al llenar artículos de moldeo con geometrías
difíciles, por ejemplo con destalonamientos,
surgen problemas en caso del llenado total del volumen
total del artículo de moldeo con una “masa de
esferas” de este tipo.
Después del endurecimiento del adhesivo (base de
poliuretano o de poliéster, un adhesivo epoxídico o un
PM-MA), el adhesivo forma una unión sólida para las
esferas huecas que forman un componente estructural
ligero de este tipo, lo cual, por una parte, no siempre
se consigue completamente por la posible segregación
y lo cual, por otra parte, tampoco es deseable para algunas
aplicaciones.
Sin embargo, introduciendo en primer lugar las esferas
huecas en un artículo de moldeo y, después, el
adhesivo más o menos viscoso, no es posible conseguir
una distribución homogénea del adhesivo en el
artículo de moldeo.
Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de mejorar
componentes estructurales ligeros de esferas huecas
con cubiertas de un material inorgánico sinterizado
de tal forma que se amplíe su campo de aplicación,
que se simplifique tecnológicamente la transformación
en componentes y que mejoren las propieda-
2
ES 2 243 456 T3 2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
des de aplicación de los componentes fabricados.
Según la invención, este objetivo se consigue con
un procedimiento que presenta las características de
la reivindicación 1. Unas variantes ventajosas de la
invención pueden conseguirse con las características
mencionadas en las reivindicaciones subordinadas.
Las esferas huecas que han de usarse según la invención
se basan en soluciones convencionales, pero
presentan al menos una capa funcional adicional sobre
la cubierta esférica, que se compone de un material
sinterizado, al menos preponderantemente inorgánico.
El material de la capa funcional, los componentes
contenidos en el mismo o aplicados sobre una
capa funcional, pueden deformarse plástica y/o elásticamente,
volviéndose fluidos, mediante un tratamiento
físico y/o químico. De este modo, las cubiertas y,
por tanto, también las esferas huecas contiguas pueden
fijarse entre sí de forma adhesiva y/o en unión
positiva.
Las cubiertas pueden componerse de metal, de una
aleación de metal, de un óxido metálico o de un material
cerámico. Pueden estar en mayor medida exentos
de componentes orgánicos. Los metales apropiados
son, por ejemplo, hierro, níquel, cobre y metal
ligero.
Asimismo, el documento EP0271944A1 se refiere
a un procedimiento para fabricar esferas huecas o sus
compuestos con paredes de mayor resistencia.
Por el documento US4925740 se conocen esferas
huecas metálicas de estructuras estabilizadas.
El documento US3773475 describe elementos estructurales
con esferas deformadas o sometidas a una
presión elevada.
En el documento WO99/54655 se describe un aislamiento
térmico para la incorporación entre formaciones
que han de aislarse. Titanio, aluminio o metales
pesados de alto punto de fusión como, por ejemplo,
el wolframio o el molibdeno y sus aleaciones.
El tratamiento físico y/o químico y la selección de
materiales deben realizarse de tal forma que al menos
las cubiertas de las esferas huecas no se vuelvan
inestables durante el tratamiento.
También se pueden realizar varias capas funcionales
en forma de cebolla, unas encima de otras, pudiendo
cubrir la selección de materiales diferentes aplicaciones.
El tratamiento de este tipo de esferas huecas
puede realizarse también en varias etapas, específicamente
para la aplicación correspondiente.
Las esferas huecas a usar según la invención, con
una capa funcional sólida adicional que se ha aplicado
adicionalmente, por ejemplo aplicando una suspensión
sobre la cubierta, y que se ha secado o endurecido,
constituyen un producto previo mejor y más fácil
de procesar que las esferas huecas convencionales, y
estas esferas huecas le ahorran pasos de procedimiento
tecnológicos al productor final de los componentes.
Se pueden emplear esferas huecas sin capa funcional,
con un diámetro exterior de 0,1 a 20 mm, preferentemente,
de 0,5 a 5 mm. La cubierta puede presentar
un grosor que corresponda a entre 0,1 y 50%,
preferentemente hasta el 10% del diámetro exterior de
las esferas huecas.
La(s) capa(s) funcional(es) deberían tener un grosor
que después del tratamiento físico o químico de
las esferas huecas garantice el efecto funcional correspondiente,
por ejemplo, una protección anticorrosiva
o una unión por adhesión entre esferas huecas contiguas.
Sin embargo, el grosor debe elegirse de mane-

3
ra ventajosa de tal forma que durante una deformación
plástica y/o elástica pueda lograrse una fijación
en unión positiva de esferas huecas contiguas.
Generalmente, basta con que el grosor de una capa
funcional sea menor que el grosor de la cubierta.
El grosor de una capa funcional no debería ser mayor
que 0,9 veces, preferentemente, que entre 0,1 y
0,5 veces el grosor de la cubierta de la esfera hueca
correspondiente. De este modo, se pueden conseguir
funciones como, por ejemplo, uniones de esferas
huecas contiguas, formando un componente estructural
ligero, la protección anticorrosiva de las cubiertas
metálicas, unas propiedades eléctricas y magnéticas.
Además, la masa, al menos de una capa funcional
o de varias, no debería ser superior a la masa de la
cubierta.
Para una fijación de esferas huecas contiguas en
unión positiva mediante el material de la capa funcional
puede ser suficiente con que esté cubierto como
máximo un 80% de la superficie de la cubierta.
De esta manera, puede reducirse la masa de un
componente estructural ligero fabricado a partir de esferas
huecas.
Las esferas huecas deben ser susceptibles de corrimiento
y no deben adherirse entre sí, de modo que
puedan procesarse sin problemas después de su almacenaje
y transporte.
Sobre la capa funcional puede aplicarse una capa
de sellado adicional, especialmente para la protección
temporal durante el transporte y el almacenaje, para
poder formar superficies muy lisas, no adhesivas. Para
este fin, pueden aplicarse pulverizando, por ejemplo,
barnices de secado rápido, preferentemente hidrosolubles,
u otros líquidos más o menos viscosos. Unos
ejemplos adecuados son las soluciones de celulosa o
de pectina o el alcohol polivinílico.
Las capas funcionales pueden formarse a partir de
un material homogéneo, pero también de materiales
compuestos.
Así, para determinadas aplicaciones (por ejemplo,
para fines de detección), en la capa funcional pueden
estar incorporadas partículas ferromagnéticas y/o permanentemente
magnéticas.
Sin embargo, la capa funcional puede estar dotada
o formada también con elementos o compuestos de
efecto catalítico. Así, por ejemplo, pueden precipitarse,
por ejemplo, platino y/o rodio galvánicamente, sin
corriente, sobre una cubierta o una capa funcional.
Si se emplean materiales o componentes orgánicos
para las capas funcionales, resultan especialmente
apropiados aquellos polímeros seleccionados de entre
copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA),
poliamidas o poliésteres, pero también resina fenólica,
resina cresólica, resina de furano o resina epoxídica
o aglutinantes basados en látex o de caucho.
Una resina epoxídica adecuada se conoce, por ejemplo,
bajo la denominación comercial de Terokal 5051
LV y un material basado en caucho puede adquirirse
en el comercio bajo la denominación comercial
de Terostat 5190. Ambos productos pueden aplicarse
a temperaturas superiores a 55ºC y endurecerse, a
continuación, mediante suministro de energía. Entonces,
son altamente resistentes y altamente rígidos. El
material basado en caucho también se puede endurecer
parcialmente. Los dos productos mencionados
presentan una conductividad eléctrica de aproximadamente
10 6 Ω·cm.
Resultan especialmente apropiadas las llamadas
ES 2 243 456 T3 4
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
“masas fundidas calientes” que frecuentemente son
copolímeros de etileno-acetato de vinilo.
La composición de estos materiales puede ajustarse
de tal forma que sea posible una aplicación a temperaturas
relativamente bajas (por ejemplo < 60ºC)
en fase líquida y que, después del secado, luego pueda
realizarse una activación, por ejemplo, mediante
calentamiento. Con una selección o composición determinada,
puede ajustarse de manera selectiva una
determinada temperatura de reblandecimiento o de
fusión que debería ser, preferentemente, superior a
80ºC, especialmente superior a 100ºC.
Sin embargo, se pueden emplear también los barnices
en polvo conocidos de por sí, por ejemplo, basados
en resina fenólica o de resina epoxídica como
material de la capa funcional. Éstos se pueden aplicar
en forma de polvo sobre las esferas huecas calentadas,
por ejemplo, en lecho fluidizado, durante lo cual
deberían mantenerse unas temperaturas a las que el
polvo se adhiera a las cubiertas de las esferas huecas,
pero que no se produzca ninguna fusión del polvo de
barniz en polvo que conduzca al corrimiento. Las distintas
partículas de polvo pueden distribuirse de forma
más o menos homogénea por la superficie de la
cubierta y las esferas huecas pueden transportarse o
almacenarse sin problemas después del enfriamiento,
sin que se peguen entre sí. Sólo al fabricar componentes
estructurales ligeros, la temperatura se vuelve
a aumentar hasta que el polvo se reblandezca o se
funda. En el caso de la fusión puede quedar formado
un revestimiento homogéneo de barniz a lo largo de
toda la superficie, aunque, con un empaquetamiento
correspondientemente denso de las esferas huecas o
un ejercicio de presión (compactación) sobre las esferas
huecas, zonas de la superficie de esferas huecas
que estén en contacto directo entre sí pueden mantenerse
sin el material de capa funcional (por ejemplo,
sin barniz).
Una capa funcional puede estar constituida, por
ejemplo, por un aglutinante orgánico, dentro y/o sobre
el cual estén adheridas partículas, preferentemente
metales o polímeros. Dichas partículas se pueden
deformar en un procesamiento térmico final.
Los polímeros pueden contener también elementos
y compuestos inorgánicos en forma de polvo,
cumpliendo especialmente una función de aglutinante
para dichos elementos o compuestos, además de otras
funciones como la protección anticorrosiva y/o el aislamiento.
Los elementos o compuestos inorgánicos adecuados
son, por ejemplo, metales, pigmentos colorantes,
compuestos de metal, aleaciones de metal o aquellos
con propiedades magnéticas o ferromagnéticas.
En caso de emplear elementos o compuestos en
forma de polvo para las capas funcionales, éstas pueden
aplicarse sobre las cubiertas como suspensión
con un aglutinante. Además de aglutinantes orgánicos
pueden usarse también aglutinantes inorgánicos.
Así, por ejemplo, se pueden usar soluciones de sales
metálicas o vidrio soluble para ligar al menos temporalmente
polvos de metal, de óxido metálico, de material
cerámico o de vidrio. Los vidrios apropiados son,
por ejemplo, esmaltes o vidrios para soldar, por ejemplo,
vidrios que contengan plomo o boro, presentando
éstos últimos una temperatura de reblandecimiento y
de fusión relativamente baja.
De manera ventajosa, la capa funcional puede
contener un metal que pueda formar un intermetaluro
3

5
con material metálico de cubierta o con un segundo
material de capa funcional. Esto es posible, por ejemplo,
con estaño y cobre. De esta manera, también se
pueden formar diversos aluminuros.
Sin embargo, también se pueden formar aleaciones
metálicas, si están contenidos metales adecuados
en una capa funcional o en la capa funcional y la cubierta.
En particular, en el caso de cubiertas porosas, puede
ser ventajoso seleccionar una combinación de materiales
que permita una infiltración. El material de
capa funcional puede infiltrarse en la cubierta porosa
o el material de cubierta puede infiltrarse en la capa
funcional para obtener una envoltura cerrada. De esta
manera, se puede influir en el diámetro exterior de la
esfera hueca.
Además, materiales cerámicos o metales porosos,
difícilmente sinterizables, pueden dotarse de una superficie
densa.
También pueden estar contenidos diversos aditivos
en la capa funcional. Algunos ejemplos son soldaduras,
agentes de fluidez, coadyuvantes de sinterización,
agentes de expansión o de hinchamiento.
Así, la capa funcional puede formarse con un metal
en forma de polvo, que contenga adicionalmente
un agente de expansión. Durante un calentamiento,
mediante la capa funcional se forma espuma metálica
que puede rellenar al menos parcialmente los espacios
huecos en un granel de esferas huecas.
Se pueden emplear los polvos metálicos más diversos
de metales puros (por ejemplo, Si, Al o Cu),
pero también aleaciones, por ejemplo, con Mn.
Los agentes de expansión adecuados son los hidruros
metálicos, carbonatos o hidratos. Preferentemente,
se puede emplear anhídrido de titanio en forma
de polvo.
La concentración del agente de expansión en la
capa funcional dentro de la capa funcional debería ser
mayor en la pared interior que fuera, para influir de
manera ventajosa en la formación de espuma.
Particularmente, en el caso de varias capas funcionales
distintas, realizadas unas encima de otras, puede
ser conveniente una combinación de un tratamiento
físico y un tratamiento químico. Así, por ejemplo,
una eliminación o activación puede realizarse de forma
química, pudiendo realizarse a continuación, mediante
un tratamiento térmico, una deformación plástica.
Las esferas huecas con una cubierta constituida
sustancialmente por metal se pueden fabricar de una
manera ventajosa, en comparación con las soluciones
conocidas, de tal forma que un vehículo volátil al calentarse,
por ejemplo icopor, esté provisto de una capa
envolvente. Dicha capa envolvente se forma a partir
de un líquido que contenga un aglutinante y partes de
polvo metálico básico, realizándose después del secado
una sinterización. En los procedimientos convencionales
se producen problemas, porque los productos
previos esféricos preparados de esta forma no presentan
una estabilidad suficiente durante la sinterización,
porque a medida que suben las temperaturas disminuye
en general fuertemente el efecto aglutinante. El
aglutinante es expulsado por evaporación o por pirólisis,
quedando reducida la estabilidad. Los grosores de
capa realizados por sinterización pueden sufrir daños
y quedar aplastados incluso por pequeñas presiones y
fuerzas, siendo destruidas algunas esferas huecas individuales,
preparadas de esta forma. Es complicado
4
ES 2 243 456 T3 6
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
separar estas esferas huecas dañadas o destruidas. Este
inconveniente puede contrarrestarse añadiendo a la
mezcla que contiene el aglutinante y el polvo metálico
básico un aditivo que se descomponga al calentarse.
Un aditivo de este tipo puede estar contenido en
el líquido de la mezcla en forma disuelta o en forma
coloidal.
La descomposición del aditivo puede producirse
durante la sinterización, formando los productos de
descomposición complementarios originados a partir
del aditivo durante el transcurso temporal del tratamiento
térmico durante la sinterización componentes
aglutinantes adicionales para el polvo metálico básico
en forma de cuerpos sólidos. Este proceso transcurre
de forma opuesta al efecto aglutinante disminuido del
aglutinante en sí a medida que crece la temperatura,
y la función aglutinante es adoptada sucesivamente
por los productos de descomposición complementarios
originados a partir del aditivo.
La esfera hueca obtenida después de la sinterización,
con una cubierta metálica, puede dotarse posteriormente
con al menos una capa funcional, tal como
ya se ha descrito anteriormente en diversas formas a
título de ejemplo.
El aditivo que existe como suspensión junto con
el líquido, el aglutinante y el polvo metálico básico,
puede ser de manera ventajosa una sal metálica o un
hidróxido metálico, pudiendo estar contenidos también
varias de estas sales y/o hidróxidos metálicos.
Mediante el aumento de temperatura en el transcurso
temporal del tratamiento térmico para la sinterización,
a partir de la sal metálica se forma un óxido
metálico (pudiendo producirse la formación de óxido
de manera ventajosa en una atmósfera oxidante).
El óxido metálico formado en forma de cuerpos sólidos
como producto de descomposición complementario,
actúa entonces como aglutinante entre las partículas
de polvo metálico básico y aumenta la estabilidad
de la cubierta originada de una esfera hueca, mientras
que el aglutinante compuesto esencialmente por
componentes orgánicos, queda descompuesto por pirólisis.
Sin embargo, se puede sinterizar también en atmósfera
inerte, por ejemplo, nitrógeno o argón.
Resultan adecuados, por ejemplo, el acetato de cobre,
el acetato de níquel, el oxalato de hierro, los carbonatos
de níquel, el acetilacetonato de níquel o el
acetilacetonato de cobre. Estos compuestos deberían
emplearse, preferentemente, hasta el correspondiente
límite de saturación de forma disuelta en un líquido.
Durante el secado realizado antes de la sinterización,
debido a su tensión superficial, los aditivos disueltos
en el líquido se concentran en los puntos de
contacto de las partículas de polvo metálico básico, y
después del secado quedan como sustancia sólida junto
con los componentes aglutinantes orgánicos, que
estaban contenidos en el líquido, aumentando debido
al incremento de volumen en los puntos de contacto
de las partículas de polvo metálico básico la resistencia
de las cubiertas de la esfera hueca contra la presión
y la vibración.
La resistencia de las esferas huecas aumenta también
de tal forma que los productos de descomposición
complementarias, originados durante el proceso
de sinterización, que quedan como cuerpos sólidos y
que se han obtenido a partir del aditivo, se acumulan
de forma concentrada en cada uno de los puntos
de contacto mutuos de las partículas de polvo metáli-

7
co básico. Esta acumulación se produce por la tensión
superficial del líquido en los puntos de contacto de las
distintas partículas de polvo metálico básico antes del
secado.
La realización de la función aglutinante durante el
calentamiento, por los productos de descomposición
formados a partir del aditivo, a la vez de una disminución
opuesta de la función aglutinante del aglutinante
para las partículas de polvo metálico básico, tiene un
efecto ventajoso especialmente en esferas huecas de
pared fina.
De manera ventajosa, como aditivo pueden emplearse
sales metálicas de ácidos orgánicos, porque
durante la descomposición de un aditivo de este tipo
y del aglutinante se libera además sólo carbono, oxígeno
y/o agua que se emiten a la atmósfera, siendo
este tipo de sustancias generalmente inofensivos para
las personas, el medio ambiente y la técnica.
Las sales metálicas se seleccionan de manera ventajosa
de entre metales que se pueden reducir fácilmente,
tales como cobre, hierro, níquel, cobalto, estaño,
molibdeno, wolframio y/o plata, y por tanto, en
un polvo metálico básico basado en hierro son apropiados
para la sinterización, siendo estos metales también
unos elementos de aleación adecuados al poder
emplearse también en aceros sinterizados.
Para la preparación de la suspensión, a partir de la
cual se puede realizar la capa envolvente que luego,
después de la sinterización, puede formar la cubierta
de apoyo de una esfera hueca, como disolvente puede
emplearse, por ejemplo, agua, alcohol o líquidos similares.
Si como líquido se emplea, por ejemplo, alcohol,
este alcohol resulta especialmente ventajoso, porque
el aglutinante generalmente orgánico se disuelve
bien en alcoholes.
La formación de la capa envolvente puede proporcionarse,
en forma preespumada, mediante procedimientos
de pulverización de polvo en húmedo o colada
de barbotina, sobre el soporte esférico de icopor o
de estireno, descomponiéndose el cuerpo de soporte
después del secado y la sinterización, por desgasificación
y por pirólisis, saliendo hacia fuera los componentes
gaseosos originados, de forma que la cubierta
metálica formada pueda ser completamente hueca por
dentro.
Como aglutinante orgánico puede emplearse uno
que se componga de uno o varios aglutinantes orgánicos
y que esté contenido en el líquido junto con las
partículas de polvo metálico básico y el aditivo.
Durante la acumulación ya mencionada del aditivo
en los puntos de contacto de las partículas de polvo
metálico, el aditivo se encuentra disuelto y/o distribuido
homogéneamente en el líquido en un orden atómico
y/o molecular. Durante el secado, el aditivo contenido
en el líquido forma una sustancia sólida entre los
puntos de contacto de las partículas de polvo metálico
básico. Sin embargo, no se descompone durante
el secado. La acumulación de la sustancia sólida originada
a partir del aditivo en los puntos de contacto
de las partículas de polvo metálico básico permanece
después del secado, y de este modo puede reforzarse
la unión de las partículas de polvo metálico básico
entre ellas, pudiendo incrementarse la resistencia de
la capa envolvente seca por el aumento de volumen
producido en los puntos de contacto de las partículas
de polvo metálico básico. La esfera hueca formada
sustancialmente a partir de la capa envolvente seca es
mucho menos sensible a los golpes, las vibraciones y
ES 2 243 456 T3 8
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
las oscilaciones ya durante la sinterización, de lo que
es el caso en las soluciones conocidas.
De manera especialmente ventajosa pueden emplearse
sales de metales, cuyos óxidos puedan reducirse
fácilmente. Este tipo de metales son, por ejemplo,
cobre, hierro, níquel, cobalto, estaño, molibdeno,
wolframio o plata. Así, pueden emplearse de una manera
ventajosa sales metálicas seleccionadas de entre
hidróxidos, carbonatos, acetatos, formiatos, oxalatos
y/o acetilacetonatos.
La esfera hueca seca, no provista de la capa envolvente,
puede desligarse durante un tratamiento térmico
subsiguiente en atmósfera oxidante a temperaturas
de aproximadamente 600ºC. Durante ello, se descomponen
todos los componentes de aglutinantes orgánicos,
así como el aditivo adicionado, siendo formado a
partir de éste un producto de descomposición complementario,
configurado como cuerpo sólido, generalmente
óxidos metálicos y/o hidróxidos metálicos. El
aditivo presente ahora como cuerpo sólido puede asumir
el papel de los componentes orgánicos del aglutinante
que, principalmente por pirólisis, pierde su estructura
molecular de la sustancia aglutinante orgánica,
escapando las moléculas orgánicas en su mayor
parte como gas. Frecuentemente, debido a la estabilidad
termodinámica de distintos productos orgánicos
sometidos a la pirólisis queda un resto de aglutinante
que se compone, en primer lugar, en gran parte de
compuestos aromáticos de hidrocarburo, por lo que
puede asumir todavía una función aglutinante entre
las partículas de polvo metálico básico. La disminución
del efecto aglutinante puede compensarse en mayor
parte por los productos de descomposición originados
del aditivo, porque por ejemplo óxidos metálicos
originados como productos de descomposición
pueden actuar como aglutinante.
Durante la sinterización a temperatura creciente se
vuelve volátil primero el aglutinante, salvo restos de
aglutinante y, a continuación, el vehículo empleado.
Las temperaturas de descomposición del vehículo y
del aditivo son normalmente inferiores a la temperatura
de fusión del aditivo y de las partículas de polvo
metálico básico correspondientes.
El efecto aglutinante de los óxidos metálicos
aumenta, especialmente a causa de su pequeño tamaño
de partículas, durante la sinterización a temperatura
creciente, mientras que el efecto aglutinante del
aglutinante que se vuelve volátil disminuye de forma
opuesta, salvo pocos restos de aglutinante que quedan,
durante el transcurso de la sinterización.
Según una forma de realización de este procedimiento
para fabricar esferas huecas con cubiertas metálicas,
durante la sinterización en una atmósfera reductora
a partir de los productos de descomposición
complementarios del aditivo pueden formarse componentes
de aleación para las partículas de polvo metálico
básico que, asimismo, están presentes en forma
sólida como producto intermedio. La temperatura
de fusión de un producto complementario originado a
partir del aditivo debería ser inferior a la temperatura
de fusión del correspondiente polvo metálico básico.
Como ya se ha mencionado, después de la sinterización,
sobre la cubierta metálica estable, originada
ahora, se puede aplicar una capa funcional, por ejemplo,
en un rector de lecho fluidizado.
Sin embargo, también existe la posibilidad de precipitar
directamente sobre la cubierta metálica o sobre
una capa funcional intercalada, adecuada, sin corrien-
5

9
te y de forma galvánica, una capa metálica, siendo
recomendables para ello especialmente metales apropiados
como catalizador. En este caso, resulta ventajoso
configurar la superficie de la cubierta o la capa
funcional con una rugosidad o porosidad relativamente
grande para aumentar correspondientemente la superficie.
Sin embargo, las capas funcionales pueden aplicarse
y realizarse también en un lecho fluidizado o en
un dispositivo tal como se describe, por ejemplo, en
el documento DE19750042C2.
Para fabricar componentes estructurales ligeros
con esferas huecas según la invención, un artículo de
moldeo o una estructura que forma la envoltura exterior
del componente estructural ligero, se llena con
dichas esferas huecas, llenando a ser posible todo el
volumen interior.
Después del llenado o, dado el caso, de una compactación
de las esferas huecas que por lo demás están
sin tratar, en al menos una etapa de procedimiento
adicional se lleva a cabo un tratamiento físico y/o químico,
durante el que el material de la capa funcional
se ablanda al menos en tal medida que pueda deformarse
plástica y/o elásticamente.
La compactación puede realizarse con una simple
compactación por presión, aunque resulta más favorable
hacerlo mediante una compactación por vibración,
pudiendo realizarse una compactación de manera
ventajosa también, al menos parcialmente, durante
el tratamiento físico y/o químico posterior.
El tratamiento físico puede ser un calentamiento
del material de la capa funcional, provocado por suministro
de energía, en cuyo caso la temperatura de
reblandecimiento y, dado el caso, también la temperatura
de fusión de este material debería ser inferior a
la del material que forma la cubierta.
El material fluido calentado se adapta a la forma
de la superficie de las esferas huecas situadas lo
más juntas posible, que se tocan mutuamente prácticamente
de forma puntual. Después del enfriamiento,
durante el cual el material de la capa funcional
también puede volver a solidificarse, las esferas huecas
contiguas se fijan al menos en unión positiva, no
siendo obligatoria necesariamente una unión adhesiva
fija.
Por el flujo del material de la capa funcional, los
espacios huecos que queden entre las esferas huecas
pueden llenarse, al menos en parte, con dicho material.
De esta manera, se puede influir en las fuerzas
que actúen sobre la esfera hueca y se pueden evitar
tensiones indeseables en las cubiertas.
Además, se puede conseguir que entre los puntos
o superficies de contacto de esferas huecas contiguas
sea desplazado totalmente el material de la capa funcional,
y que las cubiertas se encuentren directamente
en contacto entre sí, por lo que se consigue aumentar
la estabilidad y la resistencia del componente estructural
ligero.
El calentamiento puede realizarse, por ejemplo,
por la convección con gases o líquidos calientes, que
se hagan pasar por el empaquetamiento de las esferas
huecas, o por radiación de calor, por inducción o por
la pared de moldeo calentada correspondientemente.
Un tratamiento químico puede realizarse, preferentemente,
con un disolvente apropiado para el material
de la capa funcional, que se introduce en estado
líquido o gaseoso en el molde relleno. Con un disolvente
de este tipo se consigue el reblandecimiento del
6
ES 2 243 456 T3 10
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
material de la capa funcional, de tal forma que éste
se pueda deformar plásticamente de forma temporal.
Después de la retirada o la evaporación del disolvente,
que puede realizarse por aspiración y/o por calentamiento,
el material de la capa funcional puede volver
a solidificarse y mantener la forma adoptada.
En una mezcla de varios componentes, a partir de
los que se ha formado la capa funcional, puede ser
suficiente con reblandecer un componente con el disolvente
y/o por suministro de energía, de tal forma
que se pueda deformar plásticamente.
Se pueden emplear disolventes orgánicos para disolver
al menos parcialmente y reblandecer polímeros
o capas funcionales que contengan polímeros correspondientes,
o componentes orgánicos contenidos en
las mismas.
Resultan especialmente ventajosos los materiales
de la capa funcional que aumenten su volumen a consecuencia
del tratamiento, por ejemplo un espumado.
De esta manera, es posible compensar las tolerancias
de diámetro de las cubiertas de las esferas huecas y,
dado el caso, influir positivamente también en las características,
especialmente, en la amortiguación y la
elasticidad del componente estructural ligero.
Este tipo de materiales pueden ser polímeros que
contengan agentes de expansión o metales que contengan
agentes de expansión en forma de polvo.
Así, un polvo metálico ligado con un aglutinante
orgánico puede estar mezclado adicionalmente con
un agente de expansión adecuado en forma de polvo,
de tal forma que durante un calentamiento correspondiente
quede formada una espuma de metal alrededor
de las cubiertas. Los agentes de expansión apropiados
son, por ejemplo, hidruros metálicos, carbonatos o hidruros.
Para el aluminio puede usarse, por ejemplo, un
polvo de hidruro de titanio.
Sin embargo, en caso de un tratamiento químico,
se pueden añadir también agentes de hinchamiento
para aumentar el volumen del material de la capa funcional.
Así, se pueden aplicar polímeros hinchables como
material de capa funcional sobre cubiertas, y después
del llenado de una estructura que forma la envoltura
exterior de un componente estructural ligero, se puede
añadir un agente de hinchamiento orgánico o inorgánico.
Después del aumento de volumen producido por
el hinchamiento se realiza un cierre estanco al gas de
la estructura y las esferas huecas se estabilizan con el
material de la capa funcional.
Como polímeros de este tipo pueden emplearse,
por ejemplo, aquellos que se conozcan bajo el término
“superabsorbentes”. Estos polímeros pueden hincharse
con agua o soluciones de agua, produciéndose un
sensible aumento de volumen. Éste se mantiene mientras
el agua permanezca almacenada en el polímero.
Si se usa, por ejemplo, un componente estructural
ligero de este tipo con una envoltura estanca al gas y
al agua, el polímero hinchado puede fijar las distintas
esferas huecas llenando dado el caso los espacios
huecos.
Después de abrir la envoltura y de eliminar el agua
por secado, en caso de necesidad, esta unión se puede
volver a soltar y, si se desea, las esferas huecas también
pueden volver a retirarse.
En la capa funcional pueden estar contenidos o incorporados,
de manera ventajosa, también al menos
una soldadura y, dado el caso, un fundente adecuado.
Una capa funcional de este tipo puede componerse,

11
por ejemplo, de estaño puro o de polvo de estaño ligado.
Una cubierta de hierro o una cubierta compuesta
por acero fino inoxidable, de alta resistencia y estable
al calor puede estar recubierta, por ejemplo, de una
aleación de cobre que forme la capa funcional.
En particular, en el caso de materiales de cubierta
que reaccionan de manera relativamente fácil como,
por ejemplo, el hierro o el aluminio, las capas funcionales
tienen un efecto positivo como protección anticorrosiva.
Forman una protección corrosiva también
en componentes fabricados a partir de esferas huecas.
También puede resultar ventajoso que la pared interior
del artículo de moldeo se haya recubierto de un
agente de desmoldeo o si la pared interior del artículo
de moldeo o la de la estructura que forma la envoltura
exterior de un componente estructural ligero se ha
recubierto de un material adecuado también para la
capa funcional, antes del llenado con esferas huecas.
De esta forma, se puede asegurar un desmoldeo
más fácil del componente estructural ligero o una superficie
más lisa de un componente de este tipo o una
unión más fija del empaquetamiento de esferas huecas
con la envoltura exterior.
Como estructura que constituye la envoltura exterior,
se pueden emplear cubiertas metálicas, cuerpos
metálicos u otros cuerpos huecos que puedan llenarse
con las esferas huecas según la invención.
Al fabricar un componente estructural ligero en un
artículo de moldeo, la superficie del componente estructural
ligero desmoldeado queda formada sustancialmente
por las cubiertas de las esferas huecas exteriores,
determinando el tamaño de las cubiertas de
las esferas huecas sustancialmente la rugosidad de la
superficie. Dicha superficie se puede contracolar, revestir
o dotar de recubrimientos.
Un componente estructural ligero desmoldeado
puede someterse, como componente estructural ligero
bruto, a un tratamiento siguiente o final. El componente
estructural ligero bruto de fácil manejo puede
someterse a una sinterización, a una sinterización
posterior o se puede infiltrar para llenar los espacios
huecos que queden.
Un producto previo preparado de esta forma se
puede insertar, por ejemplo, como núcleo en un molde
de una máquina de moldeo de inyección de plástico,
y ser envuelta de plástico por pulverización. En lugar
del plástico, la envoltura exterior alrededor de un
producto previo de este tipo puede realizarse también
a partir de un metal o de una aleación de metal, con
un procedimiento adecuado. Esto se puede lograr, por
ejemplo, mediante la inmersión en una masa fundida
o mediante soldadura de recargue o mediante procedimientos
de pulverización de metal conocidos de por
sí.
Un componente estructural ligero o un componente
estructural ligero bruto puede deformarse, dado el
caso, doblando o prensado. Sin embargo, también se
puede mecanizar con arranque de virutas. En estos casos,
sin embargo, debería garantizarse una unión fija
de las esferas huecas, lo que se puede conseguir, por
ejemplo, con la ayuda del material de capa funcional
que pueda resistir a la deformación sin que el componente
estructural ligero se rompa durante la deformación.
Para estos casos puede emplearse de manera ventajosa
un material de capa funcional que, o bien, se
pueda endurecer en varias etapas, o bien, se pueda de-
ES 2 243 456 T3 12
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
formar plásticamente durante un período prolongado
y a lo largo de un intervalo de temperaturas conocido,
de forma que la deformación del componente estructural
ligero pueda realizarse después del tratamiento,
antes del endurecimiento completo que puede producirse
dado el caso.
La fabricación de los componentes estructurales
ligeros puede realizarse por cargas, por ejemplo, en
artículos de moldeo, pero también de forma continua
o casi continua. Esto último resulta favorable especialmente
para la fabricación de semiproductos.
A continuación, la invención se describe detalladamente
con la ayuda de un ejemplo de realización.
La figura 1 muestra un corte a través de un artículo
de moldeo calentable, en el que un amortiguador
de vibraciones constituido por esferas huecas puede
fabricarse como componente estructural ligero.
Un amortiguador de vibraciones según la figura
1, realizado como componente estructural ligero 1, se
fabrica sustancialmente a partir de esferas huecas, cuyas
cubiertas están constituidas por un metal sinterizado,
por ejemplo, hierro. Se pueden haber fabricado
previamente tal como se conoce por el estado de la
técnica. En este ejemplo, las esferas huecas usadas deberían
tener un diámetro exterior de aproximadamente
1 mm, y el diámetro de todas las esferas huecas, a
ser posible, debería ser igual.
Entonces, las esferas huecas se pueden recubrir de
una aleación de cobre en forma de polvo, por ejemplo,
mediante un dispositivo conocido por el documento
DE19750042C2. En este caso, queda formada una capa
funcional con un grosor de aproximadamente 0,3
mm.
Después del endurecimiento o secado de la capa
funcional, de su almacenaje y, dado el caso, de su
transporte necesario, las esferas huecas no adheridas
entre sí, presentes en forma suelta a granel, se pueden
introducir en un artículo de moldeo 2 dividido. El artículo
de moldeo 2 queda formado por varias piezas individuales
ensambladas sin hendidura, que después de
fabricar el amortiguador de vibraciones, pueden volver
a separarse como un ejemplo de un componente
estructural ligero 1.
Además, el artículo de moldeo 2 presenta un orificio
de llenado 4 y elementos calefactores eléctricos 5.
Para compactar las esferas huecas introducidas, en este
ejemplo, el artículo de moldeo 2 está alojado sobre
un dispositivo de vibración 6.
Después de llenar el artículo de moldeo 2 con las
esferas huecas a través del orificio de llenado 4, se
activa el dispositivo de vibración 6, de modo que las
esferas huecas estén compactadas de forma densa llenando
todos los huecos del artículo de moldeo 2.
Después o prácticamente al mismo tiempo, los
elementos calefactores 5 se conectan con una fuente
de tensión eléctrica, por lo que se calientan el artículo
de moldeo 2 y, por consiguiente, también la superficie
interior del artículo de moldeo 2. De esta forma,
se produce el reblandecimiento y, al seguir subiendo
la temperatura, la fusión del cobre en la capa funcional.
El cobre fundido fluye envolviendo la superficie
de las cubiertas de las esferas huecas y uniéndolas entre
sí con el cobre fundido de las esferas huecas contiguas.
Después del período de tiempo determinado de
forma empírica y/o mediante la regulación de temperatura,
los elementos calefactores 5 se desconectan de
la fuente de tensión y, durante el enfriamiento relativamente
rápido del artículo de moldeo, la temperatura
7

13
baja por debajo de la temperatura de fusión del cobre,
de modo que éste se solidifica.
El enfriamiento puede acelerarse, por ejemplo,
con aire refrigerante introducido en el artículo de moldeo
2, a través del componente estructural ligero 1
poroso.
No es imprescindible fundir la totalidad del cobre
de la capa funcional. Puede ser suficiente con fundir
las zonas exteriores de la superficie de las capas funcionales.
Sin embargo, también puede bastar con fundir el
cobre de esferas huecas dispuestas en las zonas marginales
exteriores del componente estructural ligero
1 y dejar prácticamente sin influencia a las esferas
huecas dispuestas en el interior, de tal forma que en
8
ES 2 243 456 T3 14
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
el componente estructural ligero 1 quede configurada
una cubierta exterior relativamente estable que haga
que el componente estructural ligero pueda manejarse
al menos de tal forma que pueda extraerse del artículo
de moldeo 2.
Un componente estructural ligero 1 de este tipo
puede someterse, en otra etapa de procedimiento, a
otro tratamiento térmico en un horno de sinterización
para logra la fusión total de la totalidad del cobre.
Para el empleo de un componente estructural ligero
1 como amortiguador de vibraciones se puede
elegir una aleación de cobre especialmente adecuada
para ello, con la estabilidad y resistencia suficientes,
de las esferas huecas unidas entre sí.

15
REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para fabricar componentes estructurales
ligeros, en el que esferas huecas inorgánicas,
sinterizadas, recubiertas de una capa funcional
formada con polímeros, aglutinantes orgánicos o metal
en forma de polvo y un agente de expansión, se
introducen en un artículo de moldeo (2) o en una estructura
que constituye la envoltura exterior del componente
estructural ligero (1), y después del llenado
se lleva a cabo un tratamiento con un disolvente, con
un agente de hinchamiento y/o un tratamiento térmico
que conduzca a la deformabilidad plástica del material
de la capa funcional, uniéndose las esferas huecas
entre sí al menos en unión positiva por la deformación
plástica, por lo que las esferas huecas contiguas
se tocan con sus cubiertas en sus puntos de contacto,
poniéndose en contacto directo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque se realiza un calentamiento al menos
hasta el reblandecimiento de las capas funcionales.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 2, caracterizado porque el volumen de la capa
funcional deformada plásticamente aumenta de forma
duradera con el tratamiento.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 3, caracterizado
porque el material de la capa funcional se
espuma o se hincha.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque las esferas huecas
introducidas se compactan antes y/o durante el tratamiento.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque un disolvente líquido
o gaseoso para el material de capa funcional se introduce
en el artículo de moldeo (2) o en la estructura.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado
porque el disolvente se retira después del tratamiento
y/o se expulsa por calentamiento.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque antes del llenado, la
pared interior del artículo de moldeo (2) o de la estructura
se recubre con un agente de desmoldeo, con
un agente envolvente o con el material de capa funcional.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 8, caracterizado porque el tratamiento se
efectúa en un artículo de moldeo (2) de tal forma que
las esferas huecas queden unidas entre sí de tal manera
que se obtenga un componente estructural ligero
(1) manejable que se pueda desmoldear.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado
porque el componente estructural ligero
(1) se deforma.
11. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 10,
caracterizado porque la superficie del componente
estructural ligero (1) se lamina, se reviste o se recubre.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 11, caracterizado porque las esferas huecas
se introducen de forma continua o casi continua en un
molde y, después del tratamiento, se extraen de forma
continua o casi continua componentes estructurales ligeros
(1).
ES 2 243 456 T3 16
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 12, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un material o un material que contenga un
componente de material cuya temperatura de reblandecimiento
sea inferior a la temperatura de reblandecimiento
del material de cubierta o a la temperatura a
la que la cubierta se vuelve inestable.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 13, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un material o un material que contenga un
componente de material cuya temperatura de fusión
sea inferior a la temperatura de fusión del material de
cubierta o a la temperatura a la que la cubierta se vuelve
inestable.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 14, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un polímero orgánico, soluble en un disolvente.
16. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 15, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un polímero seleccionado de entre copolímeros
de etileno-acetato de vinilo, poliamidas, poliésteres,
resina epoxídica, resina fenólica o aglutinantes
basados en caucho.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 16, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un aglutinante con el que las partículas se
mantienen de forma adhesiva.
18. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado
porque como polímero se usa un barniz
en polvo basado en resina epoxídica.
19. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 18, caracterizado porque para la capa funcional
se usa un material que contenga un metal, un
óxido metálico, vidrio o material cerámico.
20. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 19, caracterizado porque en la capa funcional
está contenido un fundente, un coadyuvante de sinterización
o un agente de expansión.
21. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 20, caracterizado porque como agente de expansión
se usa un hidruro metálico, un carbonato o un
hidrato, en forma de polvo.
22. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 21, caracterizado porque en la capa funcional
se incorporan partículas ferromagnéticas y/o permanentemente
magnéticas.
23. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 22, caracterizado porque la capa funcional se
forma con un elemento o compuesto de efecto catalítico
o se dopa con un compuesto o elemento de este
tipo.
24. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 23, caracterizado porque la cubierta o la capa
funcional se forman con un metal o una aleación de
metal que se pueda infiltrar respectivamente en el otro
material.
25. Procedimiento según una de las reivindicaciones
1 a 24, caracterizado porque sobre la capa funcional
se forma una capa de sellado.
26. Procedimiento según la reivindicación 25, caracterizado
porque la capa de sellado se forma a partir
de celulosa, pectina o alcohol polivinílico.
9

10
ES 2 243 456 T3