(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成元素が鉄、クロム、珪素及び硼素を主として構成される非晶質金属からなる金属細線を用いて形成した多孔質マットであって、
前記金属細線が、無酸素雰囲気のチャンバ内にて周縁が半径方向外向きに鋭利なエッジをなす円盤を水平に延在する回転軸を中心に周方向に回転させ、前記円盤の下端の前記周縁に対してその下方から溶融する原料金属を供給することにより、線径が８０μｍ以下でありかつ断面の長径（Ｒ）と短径（ｒ）との比（ｒ／Ｒ）からなる真円度が８０％以上に形成されると共に、
クロムの含有量が５原子％乃至２０原子％、珪素の含有量が５原子％乃至２５原子％、硼素の含有量が５原子％乃至２０原子％であり、珪素の含有原子％と硼素の含有原子％との和が１５原子％乃至３５原子％であり、残部が鉄及び不可避不純物であり、
前記多孔質マットが、表面燃焼バーナ用マットまたは高温用フィルタまたは高温用防振材に用いられることを特徴とする金属細線を用いた多孔質マット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面燃焼バーナ用マット、高温用フィルタ及び高温用防振部品等に用いるための金属細線及びそれを用いた多孔質マットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より表面燃焼による熱輻射を利用したバーナ用マットとしてセラミック材料、またはセラミック繊維で形成した多孔質マットがある。これらのマットは強度が弱いことや燃焼ガス上流側の温度が上昇し、ガス上流側に引火する逆火現象などの不具合があることから、この問題を解決するべく伸線加工を施した金属細線で形成したマットが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属細線の合金組成は伸線加工時の加工限度により限られていた。例えば、耐高温酸化性の高い合金系として、例えば鉄−クロム−アルミニウム系合金があり（例えば特公平４−６７０９０号公報参照）、耐高温酸化性を向上させるにはアルミニウムの添加量が多い方が望ましい。ところが、アルミニウムを５重量％以上添加すると加工性が著しく低下し、伸線加工で細線を作製することが困難となる。
【０００４】
一方、アルミニウムと同様に耐酸化性を高める元素として珪素があり、これはアルミニウムより安価であることから鉄−クロム−珪素系合金が耐高温酸化材料として期待される。しかしながら、珪素はその添加量が多くなると脆化をきたし、伸線加工による細線作成が困難となることから通常添加量は数重量％以下に制限される。
【０００５】
また、上記の伸線加工性の悪い金属材料を細線化する技術として、周縁が鋭利なエッジをなすロールを回転させ、その下方から溶融する原料を供給することにより細線を成形する溶融紡糸法があるが、この方法により上記鉄−クロム−アルミニウムまたは鉄−クロム−珪素等の金属材料を細線化した場合、その断面が扁平となり易いことから、真円度が高くばらつきの少ない金属細線を得ることは困難であった。
【０００６】
本発明は上記したような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主な目的は、表面燃焼バーナ用マット材料、高温用フィルタ材料及び高温用防振材料などとして用いることが可能な耐高温酸化性及び加工性の高い金属細線及びそれを用いた耐高温酸化性の高い多孔質マットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的は本発明によれば、組成元素が鉄、クロム、珪素及び硼素を主として構成される非晶質金属からなる金属細線を用いて形成した多孔質マットであって、前記金属細線が、無酸素雰囲気のチャンバ内にて周縁が半径方向外向きに鋭利なエッジをなす円盤を水平に延在する回転軸を中心に周方向に回転させ、前記円盤の下端の前記周縁に対してその下方から溶融する原料金属を供給することにより、線径が８０μｍ以下でありかつ断面の長径（Ｒ）と短径（ｒ）との比（ｒ／Ｒ）からなる真円度が８０％以上に形成されると共に、クロムの含有量が５原子％乃至２０原子％、珪素の含有量が５原子％乃至２５原子％、硼素の含有量が５原子％乃至２０原子％であり、珪素の含有原子％と硼素の含有原子％との和が１５原子％乃至３５原子％であり、残部が鉄及び不可避不純物であり、前記多孔質マットが、表面燃焼バーナ用マットまたは高温用フィルタまたは高温用防振材に用いられることを特徴とする金属細線を用いた多孔質マットを提供することにより達成される。これにより、耐高温酸化性が高く、安定性、耐久性の高い高品質の多孔質マットが得られる。
【０００８】
金属細線を非晶質とすることで、その断面の真円度が高くなり、品質のばらつきを防止し得ると共に脆化せず、例えばウェブ状に加工する際の線切れを防止できる。
【０００９】
ここで、クロムの含有量が５原子％未満であると耐高温酸化性が低下する。また、２０原子％を越えると、得られる細線が結晶化して脆くなり、実用に供することが困難になる。
【００１０】
また、硼素の含有量が５原子％未満であるか、または２５原子％を越えると得られる細線が結晶化して脆くなり、実用に供することが困難になる。
【００１１】
更に、珪素の含有原子％と硼素の含有原子％との和が１５原子％未満であるか、または３５原子％を越えると、得られる細線が結晶化して脆くなり、実用に供することが困難になる。
【００１２】
本発明の非晶質金属細線を構成する合金には、非晶質状態を保持する範囲内でＣｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｌ及び希土類金属からなる群から選択された１種または２種以上の元素を含有させても良い。これらの添加元素の具体的な含有量は、鉄、クロム、珪素、硼素及び上記添加元素の総和に対してＣｏ及びＮｉの場合３０原子％以下、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗ及びＭｏの場合は１０原子％以下、Ｍｎ、Ｃｕ及びＡｌの場合は３原子％以下、希土類元素の場合は１原子％以下が良い。これらの元素を添加することにより、機械的性質や耐高温酸化性等を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態について添付の図面を参照して詳しく説明する。
【００１４】
図１（ａ）は、本発明が適用された金属細線の製造装置の構成を示す側断面図、図１（ｂ）はそのｂ−ｂ線について見た矢視図である。この装置は、水平に延在する回転軸を中心に回転する銅円盤１と、その下方から径方向に沿って延在し、銅円盤１の周縁近傍で開口する筒状ホルダ２と、該筒状ホルダ２の開口近傍でその内部の棒状原料金属Ｍを局部的に加熱するための高周波加熱コイル３と、筒状ホルダ２を、徐々に上方に押し上げるための押し上げ部材４と、該押し上げ部材４を駆動するアクチュエータとしてのシリンダ５とを有している。また、高周波加熱コイル３にはこれを励起する高周波加熱装置７が接続されている。
【００１５】
尚、高周波加熱コイル３の上端と銅円盤１とは該銅円盤１が高周波の熱の影響を受けないようにするために１０ｍｍ以上離すと良い。また、筒状ホルダ２の内径は原料金属Ｍの露出する部分の揺れを抑えるべくφ１０ｍｍ以下とし、筒状ホルダ２の上端と銅円盤１との距離は５ｍｍ以下とすると良い。更に、シリンダ５の分解能は１／６ｍｍ／ｓｅｃ以上が好ましい。尚、少なくとも銅円盤１、筒状ホルダ２、高周波加熱コイル３及び押し上げ部材４は密閉チャンバ８内に受容し、原料金属及び製品としての金属細線ＭＬの酸化を防止するべく真空（例えば１０-2〜１０-3ｔｏｒｒ）にした後に、不活性ガス（例えばＡｒガス）を導入する。真空に保持せずに、不活性ガス雰囲気下で製造を行うことにより溶融した原料金属Ｍを細線化する際に効率的に冷却される。
【００１６】
以下に、本装置の作動要領について説明する。まず、例えば直径２０ｃｍの銅円盤１を所定の回転速度（例えば周速２０ｍ／ｓｅｃ程度）で定速回転させる。そして、銅円盤１に向けて筒状ホルダ２に支持された例えば直径６ｍｍの棒状原料合金Ｍを、徐々に（例えば０．５ｍｍ／ｓｅｃ）押し上げ部材４をもって押し上げつつその先端部を高周波加熱コイル３をもって加熱、溶融させる。次に、溶融した原料合金Ｍの先端部を回転する銅円盤１の鋭利なエッジをなす周縁に接触させて急冷・凝固させ、例えば直径２０μｍ〜８０μｍ程度の非晶質金属細線ＭＬを形成する。原料合金Ｍの先端部が減るに従い徐々に押し上げ部材４をもって原料合金Ｍを押し上げて常に銅円盤１の周縁と溶融した原料金属Ｍの先端部との接触状態が一定となるようにシリンダ５を制御する。ここで、原料合金Ｍを押し上げる速度が早すぎると、溶融した金属が銅円盤１に接触した際に飛散してしまい、細線化できない。この押し上げる速度は銅円盤１の回転速度との関係で決まり、例えば銅円盤１の回転速度が２０ｍｍ／ｓｅｃ程度の時は、押し上げ速度は１ｍｍ／ｓｅｃ以下が望ましい。ここで、押し上げ速度を低くする程、また銅円盤１の回転速度を高くする程、更に原料金属Ｍの直径、即ち筒状ホルダ２の内径を小さくする程細い金属細線が得られる。このようにして製造された金属細線ＭＬの断面構造の一例を図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す。製造された金属細線の断面は銅円盤１の形状により少なくとも一部直線部またはＶ字部を含んでいるが、実質的に円形であり、その真円度は８０％以上となる。尚、この金属細線の線径は８０μｍ以下であることが必要である。これは、線径が８０μｍを越えると、結晶化相が析出して脆くなり、ウェブの加工性等がが悪化するためである。
【００１７】
この方法により製造された線径が８０μｍ以下の金属細線を用いて表面燃焼バーナ用マットとしての多孔質マット、高温用フィルタ及び高温用防振材などを製造できる。
【００１８】
例えば上記多孔質マットを製造する際、この金属細線をマット化する方法としては、例えば上記金属細線から綿状のウェブを形成し、これを数十枚積層して圧縮焼結する方法がある。この時、焼結温度に保持することにより金属細線が結晶化する場合があるが、マットに成形されているので、その時点では使用上の問題はない。
【００１９】
一方、本発明に基づく金属細線は、上記した製造方法（ｍｅｌｔ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ法：ＭＥ法）に限定されず、同様な融液押出法、回転液中法、ジェット急冷法、ガラス被覆溶融紡糸法などからなる各種急冷凝固や溶融紡糸法によっても同様に製造することができる。
【００２０】
【実施例】
表１に、各種組成の合金原料から上記金属細線の製造装置により非晶質金属細線を作製し、その組織、真円度、平均線径、ウェブ加工性及び高温酸化性を以下のようにして評価した結果を示す。
【００２１】
組織については、Ｘ線回折法により非晶質特有のハローパターンが得られることにより判定し、結晶質相からの回折線が観察された場合には、非晶質を含んでいても結晶質と判定した。
【００２２】
真円度は、１ｍの長さに切断した細線の断面を光学顕微鏡により任意の１０点で観察し、それぞれの断面の長径（Ｒ）と短径（ｒ）との比（（ｒ／Ｒ）×１００％）の平均値で求めた。
平均線径は、上記１０点の断面の長径（Ｒ）の平均値とした。
【００２３】
ウェブ加工性については、細線をウェブ加工機に於て加工した場合に、ウェブ加工機に供給した細線の総重量（Ｗ）に対する、ウェブ状に加工可能であった細線の重量（ｗ）の比（（ｗ／Ｗ）×１００％）からウェブ加工に於ける細線の歩留まり率で判定した。実際には歩留まり率が９０％未満であると、実用に供することは困難である。
【００２４】
高温酸化性については、細線を１１００℃の大気中に１００時間放置し、酸化試験前の重量（Ｇ）に対する、試験後の重量増加（ΔＧ）の比（（ΔＧ／Ｇ）×１００％）、即ち酸化増量比で判定した。実際には酸化増量比が４０％を越えるものは耐高温酸化性が劣り実用に供することは困難である。
【００２５】
【表１】
0003703597.tif 000002
【００２６】
表１から明らかなように、実施例１〜４に示した実質的に円形断面を有する本発明による非晶質金属細線は、ウェブ加工性が優れ、かつ耐高温酸化性にも優れた特性を有している。
【００２７】
一方、比較例１の非晶質金属細線は、その合金組成が本発明の組成範囲を逸脱しているために、耐高温酸化特性が劣り、実用上用いることができないものであった。また比較例２〜５の金属細線の場合は、その合金組成が本発明の組成範囲を逸脱しているために、結晶相を生じ、ウェブ加工性が悪く実用上用いることができないものであった。
【００２８】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明による金属細線によれば、金属細線の原料金属の組成元素に所定の割合でクロム珪素、硼素を含ませ、非晶質とすることにより、線径が８０μｍ以下の耐高温酸化性及び加工性の高い金属細線が安価に得られる。これを周縁が鋭利なエッジをなす銅円盤を回転させ、その下方から溶融する原料金属を供給して形成することで、その製造が容易、かつ安価になる。また、この金属細線を多孔質マットに用い、例えば表面燃焼バーナ用マットとすることにより、加熱／冷却を繰り返す表面燃焼バーナ用マットの安定性、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明が適用された金属細線の製造装置の構成を示す側断面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ線について見た矢視図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、金属細線の断面構造の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１  銅円盤
２  筒状ホルダ
３  高周波加熱コイル
４  押し上げ部材
５  シリンダ
７  高周波加熱装置
８  密閉チャンバ
【図１】
0003703597.tif 000003
【図２】
0003703597.tif 000004