(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化除去可能な芯材繊維がシート状に成形された芯材繊維成形シートを準備する準備工程と、
前記芯材繊維成形シートに於ける前記芯材繊維の露出面に、２種以上の第１金属が混合された状態の被覆層を形成する被覆処理を施し、被覆処理済フェルトマットを得る被覆工程と、
酸素含有ガス存在下で前記被覆処理済フェルトマットを加熱処理し、前記芯材繊維を酸化除去するとともに、前記２種以上の第１金属を合金化して、第１合金繊維からなるフェルトマットを得る酸化処理工程を備えた合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項２】
前記酸化処理工程の後、還元性ガスの共存下で、前記第１合金繊維からなるフェルトマットを加熱処理し、フェルトマットの還元及び焼結を行う請求項１記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項３】
請求項１もしくは２記載の合金繊維フェルトマットの製造方法により得られた合金繊維フェルトマットに対して、前記第１金属以外の第２金属を含む第２金属層を前記第１合金繊維の表面側に形成する表面処理工程を備えた合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項４】
前記表面処理工程の後、還元性ガスの共存下で、前記第２金属層を表面側に有する前記第１合金繊維からなるフェルトマットを加熱処理し、フェルトマットの還元及び焼結を行う請求項３記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項５】
前記酸化処理工程に於ける加熱処理温度を８００〜１１００℃の範囲内に設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項６】
前記２種以上の第１金属がＦｅ及びＣｒであり、前記第１合金繊維がＦｅ−Ｃｒ系合金からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項７】
前記２種以上の第１金属がＦｅ及びＣｒであり、前記第２金属がＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｏから選択される１種以上の金属である請求項３又は４記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項８】
前記第１合金繊維の材料が、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｐ系合金のいずれかである請求項１〜５のいずれか１項に記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項９】
前記第１合金繊維の材料が、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｐ系合金のいずれかであり、
前記第２金属が、Ｓｉ、Ａｌから選択される１種以上の金属である請求項３又は４記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項１０】
前記芯材繊維が炭素繊維である請求項１〜９のいずれか１項に記載の合金繊維フェルトマットの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の合金繊維フェルトマットの製造方法により製造される合金繊維フェルトマット。
【請求項１２】
請求項１１に記載の合金繊維フェルトマットを燃焼部として利用した繊維フェルトマットバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば繊維フェルトマットバーナの燃焼部にも利用することができる断熱性、耐熱性等を備えた合金繊維フェルトマット及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維フェルトマットバーナは、図４（イ）に示すように繊維フェルトマット（繊維焼結板）４１の表裏面間に渡って可燃性混合気４２を噴出させ、マット表面４３側で燃焼をおこなう。ここで、繊維フェルトマットの構成繊維としては、鉄を主成分とした金属性ファイバマット、或いは、セラミックファイバをマット状に成形したものが利用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような材料を使用する場合にあっては、図４（ロ）に示すように燃焼部４４の形状等を複雑化した場合、割れ、酸化消耗等が発生するという問題がある。従って、より割れの無い、耐熱性（耐酸化消耗性）の高い材料の出現が望まれていた。
さらに、このようなフェルトマットは、その表裏面間に渡る断熱性が高い必要がある。
一方、金属繊維フェルト状体及びその製造方法としては、特開平４−１１０５８が知られている。この出願の方法を採用することにより、フェルトマット全体として比較的強度を有するフェルトマットを比較的簡便な方法で製造することが可能である。しかしながら、上記のような繊維フェルトマットバーナの燃焼部に使用できるような十分な、耐割れ性能、断熱性、耐熱性を備えた合金繊維フェルトマットは未だ得られていない。
本発明の目的は、マット表裏面間に渡る断熱性に優れるとともに、耐割れ性能、耐熱性の点で優れた特性を有する合金繊維フェルトマットを得るとともに、この製造方法を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による合金繊維フェルトマットの製造方法の特徴手段は、酸化除去可能な芯材繊維がシート状に成形された芯材繊維成形シートを準備する準備工程と、
前記芯材繊維成形シートに於ける前記芯材繊維の露出面に、２種以上の第１金属が混合された状態の被覆層を形成する被覆処理を施し、被覆処理済フェルトマットを得る被覆工程と、
酸素含有ガス存在下で前記被覆処理済フェルトマットを加熱処理し、前記芯材繊維を酸化除去するとともに、前記２種以上の第１金属を合金化して、第１合金繊維からなるフェルトマットを得る酸化処理工程を備えたことにある。
この製造方法においては、有機繊維、炭素繊維等のような酸化によって除去可能な繊維である芯材繊維のシートが準備される。このようなシートにあっては、一般に、芯材繊維は、シートの表面あるいは裏面にほぼ平行な状態でその多数が分布されている。
このような芯材繊維成形シートを準備した後、これを構成する芯材繊維の露出面に対して、２種以上の第１金属が混合された状態の被覆処理を施し、被覆処理済フェルトマットを得る。ここで、このような被覆処理の代表としては、第１金属の混合メッキ浴でのメッキ処理を挙げることができる。さらに、複数種の第１金属粉体の混合槽に、芯材繊維シートを浸漬して芯材繊維表面に粉体の混合層を付着させる等の処理も採用できる。従って、このような処理により、芯材繊維が中心にあり、その周りに第１金属層が被覆された被覆処理済フェルトマットを得ることができる。
次に、この被覆処理済フェルトマットは、酸化性雰囲気内で加熱処理される。この処理により、芯材繊維は酸化除去され、複数の第１金属が合金化し、中空状の第１合金繊維からなるフェルトマットを得ることができる。
このフェルトマットの製造方法においては、第１金属として任意の金属を選択して好ましい特性（例えば耐熱性、耐割れ性能、耐酸化消耗性）のものを、比較的容易に製造することができる。また、このフェルトマットの場合、第１合金繊維も合金繊維フェルトマットの表面あるいは裏面に沿って配設され、それらの上下に重なる繊維の一部のみが結合しているだけの構造となるため、フェルトマット全体としてみた場合に、その断熱性能は、単純な粒子の焼結構造に比較して、明らかに高くすることができる。
【０００５】
さて、このような製造方法で製造されるフェルトマットにあっては、その構成材料は、酸化物となっている。このような状態は、用途によっては、好ましくない場合がある。
従って、上記の酸化処理工程の後、還元性ガスの共存下で、前記第１合金繊維からなるフェルトマットを加熱処理し、フェルトマットの還元及び焼結を行うことが好ましい。
この処理は、第１合金繊維を還元処理することとなり、金属自体が有する特性を発揮させることが可能となる。さらに焼結を進めて、強度の点で好ましい状態を実現することができる。
【０００６】
上述のようにして得られる合金繊維フェルトマットに対して、第１金属以外の第２金属を含む第２金属層を第１合金繊維の表面側に形成する表面処理工程を備えることが好ましい。
第１合金繊維の表面に第２金属の酸化層を形成させて、この酸化層により内部側への酸化の進展を防止したり、繊維自体を強化したい場合がある。このような場合に、表面側に第２金属層を形成して、上記の用に供することができる。
【０００７】
この第２金属層の形成においても、前記表面処理工程の後、還元性ガスの共存下で、前記第２金属層を表面側に有する前記第１合金繊維からなるフェルトマットを加熱処理し、フェルトマットの還元及び焼結を行うことが好ましい。
還元処理により金属本来の特性を引き出すことができ、さらに、焼結を進めて、第２金属と第１合金繊維との結合状態をより良好なものとできるからである。
【０００８】
さて、前述の酸化処理工程に於ける加熱処理温度としては、８００〜１１００℃の範囲内に設定することが好ましい。この温度範囲において、芯材繊維の酸化除去と、第１金属の合金化を良好に進めることができるからである。
温度が、上記範囲より低いと酸化除去が不完全になる場合があるとともに、焼結、合金化を十分に進められない場合がある。
一方、上記範囲より高いと、焼結が進み過ぎる場合が発生しやすい。
【０００９】
これまで説明してきた前記２種以上の第１金属がＦｅ及びＣｒであり、前記第１合金繊維がＦｅ−Ｃｒ系合金からなることが好ましい。
この第１合金繊維の場合は、断熱性に優れるとともに、図３に実線及び破線で示すように、耐熱性にも優れた特性を示すためである。さらに、この材料は、複雑な形状に成形して、高温状態としても割れを発生し難い。
さらに、前記第１合金繊維がＦｅ−Ｃｒ系合金からなり、前記第２金属がＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｏから選択される１種以上の金属であることが好ましい。
この場合、Ｆｅ−Ｃｒ系合金は前述のように優れた特性を示すが、この特性に加えて、表面側のＳｉ、Ａｌ等は、酸化膜を形成して、酸化を表面で止める役割を果たすことができるからである。Ａｌ被覆層を備えたものの耐熱性は図３に実線で示すように、非常に好ましい。さらに、Ｍｎを使用する場合は材料の強度を上げることができる。一方、Ｍｏを使用する場合はこの層部の腐食を防止できる。
【００１０】
一方、前記第１合金繊維の材料が、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｐ系合金のいずれかであることが好ましい。
ここで、第１合金繊維が、それぞれ、上記のような材料である場合は、以下のような特徴を有するものとできるからである。
Ｎｉ−Ｃｏ系合金の場合は、複雑な形状構成においても、割れ等の問題を発生せず、比較的高い強度を得ることができる。
Ｎｉ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｐ系合金の場合は、耐酸化性、強度向上を図ることができる。
Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｏ−Ｍｎ共に、双方ともＰを含有させることにより、耐酸化性が向上する。
さらに、このような第１合金繊維を備えた合金ファイバマットの場合にあっても、前記第２金属が、Ｓｉ、Ａｌから選択される１種以上の金属であることが好ましい。酸化を表面で止める役割を果たすことができるからである。
これまで説明してきた合金繊維フェルトマットの製造方法により得られるものも、非常に有用なものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願の合金繊維フェルトマット１の製造形態について説明する。
図１は、本願の合金繊維フェルトマット１を連続的に製造する工程図である。
製造にあたっては、有機繊維、炭素繊維等の酸化雰囲気内で酸化除去可能な繊維である芯材繊維２をランダムに絡み合わせた長尺のフェルト３を、予め準備しておく（準備工程）。
この合金繊維フェルトマット１の製造にあたっては、芯材繊維２は、その大部分が、図２（イ）に示すように、マット表面３ｂあるいは裏面３ａに沿った方向に配設分布される。ただし、芯材繊維２の配列は、合金繊維４の配置から確認できるのみである。即ち、芯材繊維２は、マットの厚み方向Ｄとは直交する方向（表裏面に沿った方向）Ｈに、その過半が分布・配設される。従って、後述するようにこの心材繊維２の表面に形成される第１金属被覆層５も、フェルトマット１の形成方向Ｈの分布が多いものとなる。このことにより、フェルトマットの断熱性が確保される。
芯材繊維２としては、繊維径１５μｍ、長さ２０ｍｍ程度のものを使用することができる。
【００１２】
そして、このフェルト３を、図１に示すように、第１金属被覆処理槽６に導入し、前記芯材繊維２の外周面を一様な厚さで、図２（ロ）に示すように、第１金属被覆層５を設けることにより、芯材繊維２と２種以上の第１金属が混在した状態の被覆層５とからなる複合繊維７を形成する（被覆工程）。この第１金属被覆層５によって芯材繊維２の接触部分に、第１金属材からなる連結部６ａが形成され、複合繊維７が、この連結部６ａによって金属的に一体化する（この連結部６ａは、後の酸化処理工程で焼結され、強固な繊維間結合部となり、合金繊維フェルトマット１の強度を保つ）。ここで、２種以上の第１金属が混合状態とされることにより、この混合状態の金属が合金繊維の基本構造材となる。
前記第１金属被覆処理槽６としては、２種以上の金属メッキ浴が代表的である。又メッキ浴には、下地処理用の無電解メッキ槽を併用することもできる。
【００１３】
こうして得られた複合繊維７からなる被覆処理済フェルトマット８に、加熱処理を施す（酸化処理工程）。
この加熱処理は基本的には脱炭焼結処理であり、さらに必要な場合は、還元処理を施す。
【００１４】
脱炭焼結処理は、図１に示すように、酸素含有ガス存在下で被覆処理済フェルトマット８を加熱処理し、前記芯材繊維２を酸化除去する工程であり、炭素繊維を芯材繊維２として用いる場合にあっては、熱処理部９で、８００〜１３００℃（８００〜１１００℃が好ましい）、１０分〜４時間程度の熱処理を行う。このようにすると、芯材繊維２のみを除去できる。
なお、この時、複合繊維７の第１金属被覆層内での複数繊維の焼結合金化が進む。結果、フェルトマットは第１合金中空繊維からなるフェルトマットとなる。従って、この製造方法では任意の金属の組み合わせを容易に実施できる。
この場合、各繊維間の結合状態は強く、さらにそれが中空状態であるため、マット全体としてみた場合成形性に優れている。さらに、このようにして得られるフェルトマットを加圧することにより、薄肉化すると同時に焼結による連結部６ａが燃結した結合部を追加し、さらにフェルトマットとしての強度を高めることができる。
【００１５】
還元処理は、図１に示すように、脱炭焼結処理に伴って酸化物状態にある材料を、還元処理する工程であり、還元処理部１０で、水素ガス等の還元ガスの共存下で加熱し、還元とさらなる焼結を行わせることにより、高強度な合金繊維フェルトマットを得るものである。
【００１６】
次に、上記のようにして得られた第１合金繊維からなるフェルトマット３０が、第２金属表面処理槽１１に導入される。そして、前記第１合金繊維７０の外表面に第２金属層１２を設けることにより、第１合金繊維７０の表面側に第２金属層１２を備えたものが形成される（表面処理工程）。この状態を、図２（ハ）に示した。
ここで、第２金属層１２の形成にあたっては、図１に示すように、第２金属表面処理槽１１である溶液処理槽で第２金属を含む溶液内にフェルトマット３０を浸漬させて、表面に第２金属を含む溶液成分の被覆層を形成し、その後、熱処理部１３で酸化除去等により第２金属のみを残すものとする。この処理の代わりに、これを上記同様にメッキ処理を行ってさらに加熱処理をおこなうものとすることもできる。さらに、第２金属の粒状体を表面に分散・付着させ、後に加熱処理を行って第２金属の第１金属層内への拡散を発生させ、両者の合金化を図ることもできる。
【００１７】
【実施例】
上記の例において、実際に形成される合金繊維フェルトマットの例に関して、第２金属による表面処理を伴わない第１実施例と、この表面処理を伴う第２実施例について説明する。
第１実施例
第１実施例に於ける諸条件は以下の通りである。
ａ  芯材繊維            炭素繊維
繊維径（ｍｍ）    ０．０１５
繊維長（ｍｍ）    ２０
ｂ  第１金属            Ｆｅ−Ｃｒ（組成割合８０％−２０％）
ｃ  第１金属被覆処理    Ｆｅ及びＣｒの混合状態でのメッキ
被覆層厚さ（ｍｍ）０．００５
熱処理温度          １１００℃（処理時間  ６０分）
この材料のメッキには、硫酸クロムの塩基性塩、鉄アンモニア硫酸塩等の混合浴を使用できる。これを使用する場合は、他に、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、水ガラス、グリセリン等が調整用に使用する。
物性は以下の通りである。
ａ  目付（ｇ／ｍ2 ）    ４２５
ｂ  引張試験            １（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｃ  曲げ試験後の引張荷重  ０．８（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｄ  空孔率                ８０％
ｅ  断熱性
（ニッケル粉末を単純に焼結して得られる多孔質シートに於ける材料表裏面間に於ける断熱性能との比較）
ほぼ同一の厚みを有し、通気性能が同等と見なせるものにおいて、実施例１のものは単純な焼結構造のものと比較して、熱伝導度比が１／１０程度であった。
ｆ  酸化磨耗性
（本願同様の手法によりＮｉ担体からなるＮｉ中空繊維フェルトマットと、実施例１の酸化磨耗性を比較）
図３に破線で結果を示した。同図は、１０００℃、空気雰囲気に於ける酸化による重量減少量を比較したものである。同図において二点鎖線のものはＮｉ中空繊維フェルトマットの結果を示している。実施例１のものが、格段に優れていることが判る。
ｇ  耐割れ性能
図４（ロ）の繊維フェルトマットバーナの構成を採用した場合にあって、インプット１０7／Ｈｒ、１００時間の燃焼で、割れ等の問題を起こすことはなかった。
【００１８】
第２実施例
第２実施例のものは、第１実施例のものにＡｌ表面処理を施したものであり、この例に於ける諸条件は以下の通りである。
ａ  芯材繊維            炭素繊維
繊維径（ｍｍ）    ０．０１５
繊維長（ｍｍ）    ２０
ｂ  第１金属            Ｆｅ−Ｃｒ（組成割合８０％−１９％）
ｃ  第１金属被覆処理    Ｆｅ及びＣｒの混合状態でのメッキ
被覆層厚さ（ｍｍ）０．００５
ｄ  第２金属            Ａｌ
（組成割合Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌで８０％−１９％−１％）
ｆ  第１金属被覆処理    Ｆｅ及びＣｒの混合状態でのメッキ
被覆層厚さ（ｍｍ）０．００５
ｇ  第２金属表面処理    Ａｌ−Ｈｇアマルガム内浸漬に伴う表面処理層の形成
表面処理層厚さ（ｍｍ）０．０００５
ｈ  熱処理温度          １１００℃（処理時間  ６０分）
物性は以下の通りであった。
ａ  目付（ｇ／ｍ2 ）    ４２５
ｂ  引張試験            ３（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｃ  曲げ試験後の引張荷重０．５（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｄ  空孔率              ８０％
ｅ  断熱性
第１実施例相当の断熱性を示した。
ｆ  酸化磨耗性
（本願同様の手法によりＮｉ担体からなるＮｉ中空繊維フェルトマットと、実施例２の酸
化磨耗性を比較）
図３に実線で結果を示した。評価条件は、先に説明したものと同様である。実施例２の
ものが、Ｎｉ中空繊維フェルトマット（二点鎖線）より格段に優れており、さらに、実施
例１のものより優れていることが判る。
ｇ  耐割れ性能
図４（ロ）の繊維フェルトマットバーナの構成を採用した場合にあって、インプット
１０7／Ｈｒ、１００時間の燃焼で、割れ等の問題を起こすことはなかった。
【００１９】
第３実施例
第３実施例に於ける諸条件は以下の通りである。
ａ  芯材繊維            炭素繊維
繊維径（ｍｍ）    ０．０１５
繊維長（ｍｍ）    ２０
ｂ  第１金属            Ｎｉ−Ｐ（組成割合８５％−１５％）
ｃ  第１金属被覆処理    Ｎｉ及びＰの混合状態でのメッキ
被覆層厚さ（ｍｍ）０．００５
熱処理温度          １１００℃（処理時間  ６０分）
この材料のメッキには、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、正リン酸、亜リン酸等の混合浴を使用できる。
物性は以下の通りである。
ａ  目付（ｇ／ｍ2 ）    ４２５
ｂ  引張試験（ｋｇ）    １．８（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｃ  曲げ試験後の引張荷重１．２（ｋｇ／ｃｍ幅）
ｄ  空孔率              ８０％
ｅ  断熱性
（ニッケル粉末を単純に焼結して得られる多孔質シートに於ける材料表裏面間に於ける断熱性能との比較）
ほぼ同一の厚みを有し、通気性能が同等と見なせるものにおいて、実施例３のものは単純な焼結構造のものと比較して、熱伝導度比が１／１０程度であった。
ｆ  酸化磨耗性
実施例１のものと同等の物性を示した。
ｇ  耐割れ性能
図４（ロ）の繊維フェルトマットバーナの構成を採用した場合にあって、インプット１０7／Ｈｒ、１００時間の燃焼で、割れ等の問題を起こすことはなかった。
【００２０】
〔別実施の形態例〕
本願の別実施の形態について以下説明する。
（イ）  上記の実施例にあっては、第１金属被覆処理にあたって、メッキ手法を採用したが、第１金属被覆処理にあたって、電気メッキ、化学メッキなどの他、蒸着、浸漬被覆処理などの方法を使用してもよい。
（ロ）  上記の実施例にあっては、第１金属の組み合わせとして、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｐの組み合わせについて説明したが、この他、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｏ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｐの組み合わせとすることもできる。
（ハ）  ２種以上の第１金属としてＦｅ及びＣｒを選択する場合は、第２金属としてＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｍｏから選択される１種以上の金属を選択することが好ましい。
（ニ）  第１合金繊維の材料が、Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｎｉ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系合金、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｐ系合金のいずれかである場合は、第２金属として、Ｓｉ、Ａｌから選択される１種以上の金属を選択することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願の合金繊維フェルトマットの製造工程の一例を示す図
【図２】  本願の合金繊維フェルトマットの説明図
【図３】  第１実施例、第２実施例の合金繊維フェルトマットの酸化消耗性を示す図
【図４】  繊維フェルトマットバーナの説明図
【符号の説明】
１    合金繊維フェルトマット
２    芯材繊維
１２  第２金属層
３０  第１合金繊維フェルトマット
７０  第１合金繊維
【図１】
0003736924.tif 000002
【図２】
0003736924.tif 000003
【図３】
0003736924.tif 000004
【図４】
0003736924.tif 000005