(57)【要約】本発明は、焼結することが可能で繊維を含有する材料から製造される、少なくとも一つの層を有する高多孔性焼結体に関する。本発明の目的は、向上したバーンオフ特性と向上した火炎の粘着性の数値を有する上記高多孔性焼結体を提供することにある。この目的のために、使用される繊維は、一方および／または両方の側面が湾曲し、約１mmより短い主軸と約２００μｍより短い第二軸とを有しており、主軸は第二軸より長い。本発明は、また、上記高多孔性焼結体の製造方法及びその使用に関する。
2004525261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方および／または両方の側面が湾曲した繊維（１）であって、約１mmより短い主軸（２）と約２００μｍより短い第二軸（３）とを有する繊維（１）を含有する焼結可能材料から製造された少なくとも一つの層を有する高多孔性の焼結体であって、主軸が第二軸より長いことを特徴とする高多孔性の焼結体。
【請求項２】
繊維（１）が長軸の周りにねじれていることを特徴とする請求項１記載の高多孔性の焼結体。
【請求項３】
繊維（１）の第二軸（３）の長さが中間部から端部に向かって減少していることを特徴とする請求項１または２記載の高多孔性の焼結体。
【請求項４】
湾曲した側面が繊維（１）の長軸に対して交差する方向に拡がる凹部を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の高多孔性の焼結体。
【請求項５】
焼結体はさらに、焼結層されていない少なくとも一つの層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高多孔性の焼結体。
【請求項６】
焼結体は約５ないし１５０μｍの範囲で、好ましくは１０ないし１００μｍの範囲である小孔分布を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の高多孔性の焼結体。
【請求項７】
繊維（１）を含有する焼結可能材料から製造される、少なくとも一つの層を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の高多孔性焼結体の製造方法であって、
第一工程において、繊維（１）を最大約２０mmの長さに切断し、
第二工程において、上記材料は約０．２〜０．４ｇ／cm2の注入容積に加工され、
第三工程において、上記材料は焼結される
ことを特徴とする高多孔性焼結体の製造方法。
【請求項８】
上記材料は第二工程に続く工程において付加的に圧縮されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
上記材料は第二工程において、焼結層されていない少なくとも一つの層を付加され、引き続いて第三工程においてその層とともに焼結されることを特徴とする請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の高多孔性焼結体の補助燃焼装置および／または付加燃焼装置の蒸発要素または芯要素、バーナーの火炎サポート、熱分配板、燃焼支持要素、熱交換器および／または不均一反応の触媒としての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維を含有する焼結可能材料から製造された少なくとも一つの層を有する高多孔性焼結体、その焼結体の製造方法およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
高多孔性焼結体は、いくつかの技術目的のために使用されている。特に、それらは燃焼要素として使用され、その多孔性ゆえに、液体燃料を一時的に吸収して上記要素の表面にその燃料を蒸発させることができる。そのような燃焼要素は高温に耐えなければならない。高多孔性焼結体は、特に自動車の補助燃焼装置において使用されている。
【０００３】
焼結金属粉末から高多孔性体を製造することは当業界で知られている。そのような金属粉末を使用することによって、約６０％より僅かに大きい空隙率を達成できる。さらに、高多孔率を得るために、焼結可能金属繊維を使用することは知られている。そのような焼結可能金属繊維は、繊維状編物に編み込まれて焼結される。そのような繊維状編物は約９０％に達する空隙率を有する。
【０００４】
特に、燃焼要素として高多孔性焼結体を使用するためには、良好なバーンオフ特性および火炎の粘着性の良好な数値が必要である。同時に、そのような要素は高い空隙率を保有しなければならない。しかし、焼結体の空隙率が高くなればなるほど、その焼結体の火炎の粘着性に対する数値とバーンオフ特性の数値は低くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記欠点を有しない高多孔性焼結体を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は本発明に従って、一方および／または両方の側面が湾曲した繊維であって、約１mmより短い主軸と約２００μｍより短い第二軸とを有する繊維を含有する焼結可能材料から製造された少なくとも一つの層を有する高多孔性の焼結体であって、主軸が第二軸より長いことを特徴とする高多孔性の焼結体を提供することによって解決される。
【発明の効果】
【０００７】
そのような高多孔性の焼結体は、特に、当業者に知られているような繊維状編物として製造されるとき、従来の金属繊維で製造された焼結体に比べて、バーンオフ特性と火炎の粘着性に関して著しく改良された数値を達成することができる。上記繊維は大きな比表面積を有しているので、繊維状編物として製造される、当業者に知られている金属繊維に比べて改良された特性を示す。利点として、使用される繊維は鋭い端部を有しているので、もし、それらの繊維が液体燃料を気化する場合における燃焼を促進するために使用されるならば、特にその効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において焼結可能材料とは、金属、金属酸化物、セラミックスおよび／またはプラスチックスから製造された材料を意味する。本発明において使用可能な金属材料は、純粋金属から製造された材料だけでなく、合金から製造された材料および／または異なる金属と合金の混合物から製造された材料を含む。これらは、特に、鋼を含み、好ましくはクロムニッケル鋼、青銅、ニッケルマスターアロイ、ハステロイ、インコネルまたは同等品である。ここで、混合物材料は、例えばプラチナのような高融点元素を含有することができる。
【０００９】
使用される繊維は金属またはセラミックスである。特に好ましくは、鉄の繊維製品（例えば、材料規格 1.0495, 1.4113又は1.4841 に従うもの）および／または鉄−クロム−アルミニウムベースの合金かまたはニッケルーアルミニウムベースの合金が使用される。アルミニウム合金は高温安定性と高耐食性を有しているので好ましい。ここで、アルミニウムは合金中の金属全量に対して約１０〜４０重量％の範囲で含有されるのが好ましい。さらに好ましくは、本発明の高多孔性焼結体は、金属繊維のみで製造される。しかし、本発明において、粉末と繊維との混合物は焼結可能材料として使用できる。
【００１０】
本発明の焼結体中の繊維が両側面において湾曲していれば、その断面は多少とも楕円形として描かれる。もし、その繊維が長軸に沿って主軸の方向に分割されれば、繊維は半楕円形状と認識される。そのようにして一方の側面のみが湾曲するようにした繊維は、さらに比表面積が増加するので特に好ましく、バーンオフ特性の数値と火炎の粘着性の数値はさらに増加する。そのような繊維は平坦面と曲面を有している。
【００１１】
特に好ましくは、繊維の主軸は約５００μｍより短く、第二軸は約１００μｍより短い。主軸と第二軸の長さは、繊維の断面を磨いて約１００〜５００倍の顕微鏡観察によって特定することができる。
【００１２】
さらに、使用される繊維は、異なる長さを有するのが好ましく、それによって、焼結プロセス中に非常に安定した繊維マトリックスを形成することができる。この繊維マトリックスの形成は、長軸に沿って少なくとも一度曲げられる繊維を使用することによる本発明の好ましい実施例において改良される。このように、繊維間の噛み合いは改良され、繊維マトリックスの安定性をさらに増加する。使用される繊維の全量における曲げられる繊維の比率は好ましくは少なくとも２０重量％である。
【００１３】
本発明の実施例において、繊維は長軸に沿ってねじられる。ねじられる繊維の比率は繊維の全量に対して少なくとも１５重量％であり、特に好ましくは４０〜６０重量％である。好ましくは、繊維は長軸に沿って少なくとも半回転ねじられる。さらに好ましくは、繊維は長軸に沿って１回以上ねじられる。
【００１４】
本発明の焼結体は、利点として、長軸に沿った繊維のねじれが、より良好な焼結作用を起こしうるように、高い機械的特性の数値を有している。さらに、本発明の焼結体は、良好なバーンオフ特性を有している。
【００１５】
さらに好ましくは、繊維の第二軸の長さは、中間部から端部に向かって減少している。ここで、繊維の端部における第二軸の長さは約２０μｍの範囲であるのに対して、繊維の中間部における第二軸の長さは、例えば、約１００μｍの範囲である。「繊維の中間部における第二軸の長さ」の「繊維の端部における第二軸の長さ」に対する比率は、２：１以上であるのが好ましく、３：１以上であるのがさらに好ましい。本発明の焼結体中の繊維の比率は少なくとも２０重量％であるのが好ましく、１５〜５０重量％の範囲であるのがさらに好ましい。
【００１６】
本発明のさらに好ましい実施例として、湾曲した側面は繊維の長軸に対して交差する方向に拡がる凹部を有している。例えば、溝形状である凹部により、繊維の湾曲した側面はうねるような表面を示す。ここで、本発明の焼結体で使用される繊維の比表面積は好都合なことに増加しており、バーンオフ特性と火炎の粘着性に対する数値を改良する。
【００１７】
さらに好ましくは、本発明の焼結体は少なくとも一つの焼結されていない層を有している。さらに、焼結されていない層は、例えば、多孔板またはワイヤの編物等であり、焼結可能材料、特に繊維と同じ材料で製造されるのが好ましい。
【００１８】
最後に、本発明の焼結体中の小孔の分布は、約５〜１５０μｍの範囲であるのが好都合であり、１０〜１００μｍの範囲であるのが好ましい。小孔分布は、規格ASSME 12/94 のポロシメーターによって定められる。本発明の焼結体は、少なくとも８０％の空隙率を有するのが好ましく、９０％以上の空隙率を有するのが好ましく、９３％以上の空隙率を有するのがさらに好ましく、少なくとも５０ｇ／ｍ2  の密度を有するのが好ましい。本発明  の焼結体は高多孔性であるだけでなく、特に大きな比表面積を有しており、大きな比表面積は本発明の焼結体のバーンオフ特性に顕著な影響を与える。さらに、本発明の焼結体は、特に燃焼要素または芯要素として使用されるとき、大量の燃料を吸収することができる。
【００１９】
さらに、本発明は、繊維を含有する焼結可能材料から製造される、少なくとも一つの層を有する高多孔性焼結体の製造方法に関し、第一工程において、繊維を最大約２０mmの長さに切断し、第二工程において、上記材料は約０．２〜０．４ｇ／cm2の注入容積に加工され、第三工程において、上記材料は焼結される。
【００２０】
第一工程で使用される繊維を短くすることは、製造される製品の高い機械的特性と平坦性にとって好都合である。０．２〜０．４ｇ／cm2  の注入容積である、上記長さの繊維を  使用することによって、高い機械的強度と同時に高い平坦性を有する焼結体を製造することができる。好ましくは、繊維は第二工程において分散される。繊維の分散は繊維の塊りに機械的振動のような衝撃を与えながら実行され、その間に繊維は注入鋳型に充填される。機械的振動の衝撃によって起こされる繊維の塊の撹拌によって、繊維の塊の中の繊維は振動コンベヤを経て鋳型まで送られる。繊維が鋳型に充填される間、篩い面上の繊維の塊を撹拌することによって繊維は分散される。鋳型の形状に応じて、振動または回転する篩いが準備され、繊維の塊に振動または回転が付加される。ここで、約０．５〜５mmのメッシュサイズの比較的広いメッシュの篩い面で十分である。篩い面上の繊維の塊を撹拌することによって、繊維は篩いの孔の中でぎっしり詰まっていない余裕のある箇所において、繊維の塊から鋳型に向けて落下する。
【００２１】
さらに、特に使用される繊維材料の分散中、鋳型は材料の流れを相対的に撹拌するのが好ましい。材料の流れ、例えば、振動コンベヤの排出端部または篩いの下側の流れにおける相対的な撹拌は、製造される高多孔性焼結体の幾何学的形状に対応する。ここで、鋳型は平面内の繊維の流れに対して相対的に回転したり、繊維をかきまわしたりすることができる。もし製造される高多孔性焼結体が対応する場合において固定するための接続要素を保有すべきならば、本発明のさらなる実施例は、高多孔性焼結体に固定されるための少なくとも一つの接続要素が成型要素として鋳型に挿入され、同様に焼結されることを開示する。
【００２２】
さらに好ましくは、材料は第二工程に続く工程において付加的に圧縮される。ここで、安定した多孔性のグリーンシートが形成され、引き続く第三工程において焼結される。グリーンシートは別々に処理することができる。そのグリーンシートは高精度の寸法であり、収縮するという徴候はなく、実際に堅くて安定した多孔性体に焼結される。
【００２３】
さらに好ましくは、材料には第二工程において、焼結されていない、さらなる１層が付加され、引き続いて第三工程においてその層とともに焼結される。ここで、焼結可能材料からなる層と焼結されていない層との間の強固な結合が得られる。２つの層は同じ材料からなるのが好ましい。特に、さらなる層は多孔板またはワイヤの編物とすることができる。
【００２４】
最後に、本発明は、本発明の多孔性焼結体の特に自動車における補助燃焼装置および／または付加燃焼装置の蒸発要素または芯要素、バーナーの火炎サポート、熱分配板、燃焼支持要素、熱交換器および／または不均一反応の触媒としての使用に関する。当業者に知られている多孔性焼結体に比べて、本発明の多孔性焼結体は、著しく増加した比表面積により、上記用途のすべてにおいて優れた特性を示し、特に火炎の粘着性に関して優れた特性を示す。本発明の多孔性焼結体が触媒として使用されるとき、本発明の多孔性焼結体を製造するために使用される繊維の端部と角部の数が多いために、不均一反応が著しく促進される。上記用途において考慮されるべきバーンオフ特性は、本発明の多孔性焼結体によって著しく高められる。
【実施例１】
【００２５】
本発明の上記利点およびさらなる利点は、添付図面においてより詳細に説明される。
【００２６】
図１において、全体として参照番号１を付した多孔性焼結体（燃焼要素）は、一方の側面は湾曲しているが、他方の側面はほぼ平坦である繊維を示している。図１に示すように、その断面は半楕円形状である。その湾曲した表面に、溝状凹部（明るい領域）を有している。さらに、もつれ及びねじれが繊維の長軸に沿って見られる。
【００２７】
図２は、多孔性焼結体１で使用される繊維のデザインを示し、主軸２と第二軸３が明確に特定される。
【００２８】
図１に示す燃焼要素は、焼結可能材料、すなわち材料1.4841の繊維から製造された第一層を有している。第一層には、さらなる層、すなわちメッシュサイズ２mmのワイヤの編物が付加され、ともに焼結された。ここで、１５０ｇ／ｍ2  の密度となるように繊維含有層  が調整された。繊維の主軸の長さは３５０μｍであり、第二軸の長さは５０μｍであった。繊維の長さは、約５〜１５mmの範囲であった。振動コンベヤによってワイヤの編物に付加された繊維の塊は、真空下において約１２８０℃でワイヤの編物とともに焼結された。このようにして、本発明の多孔性焼結体が製造された。その多孔性焼結体は、９０％以上の空隙率であり、１２〜１００μｍの範囲の小孔分布を有していた。
【００２９】
本発明は、当業者に一般的に知られている多孔性焼結体に比べて、高多孔性の焼結体を提供し、本発明の高多孔性焼結体は、特に燃焼要素または芯要素として使用されるとき、高い空隙率とともに、向上したバーンオフ特性と火炎の粘着性に対する良好な数値を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の多孔性焼結体から製造された燃焼要素の顕微鏡による６８．９倍の拡大図である。
【図２】図１の燃焼要素において使用される繊維の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    多孔性焼結体
２    主軸
３    第二軸
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月5日(2003.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
一方の側面が湾曲しており、他方の側面がほぼ平坦である繊維であって、１mmより短い主軸（２）と２００μｍより短い第二軸（３）とを有し、半楕円形状の断面の繊維を含有する焼結可能材料から製造された少なくとも一つの層を有する高多孔性の焼結体であって、主軸が第二軸より長いことを特徴とする高多孔性の焼結体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この課題は本発明に従って、一方の側面が湾曲しており、他方の側面がほぼ平坦である繊維であって、１mmより短い主軸と２００μｍより短い第二軸とを有し、半楕円形状の断面の繊維を含有する焼結可能材料から製造された少なくとも一つの層を有する高多孔性の焼結体であって、主軸が第二軸より長いことを特徴とする高多孔性の焼結体を提供することによって解決される。




【国際調査報告】
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