CN1856373A - 包括一种以上的金属或金属合金的金属纤维 - Google Patents

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Abstract

一种金属纤维具有横截面，该横截面具有周长。横截面至少包括第一区域和第二区域，这些区域的每一个都提供一部分周长。第一区域由第一金属或金属合金M1组成，第二区域由第二金属或金属合金M2组成，其中，M1不同于M2。提供一种制造这种纤维的方法，依照本发明的主题，该方法包括如下步骤：提供由金属或金属合金M1组成的箔片或板；在所述箔片或板的第一面上涂敷一层第二金属或金属合金M2；将由M1和M2组成的所述箔片或板盘绕到轴上；旋转带有盘绕的箔片或板的所述轴，并使用切割工具来切割所述盘绕的箔片或板的端表面。

Description

包括一种以上的金属或金属合金的金属纤维
技术领域
本发明涉及一种包括几种金属或金属合金的金属纤维，并涉及一种制造这种纤维的方法。
背景技术
金属纤维在现有技术中已众所周知。最著名的一个示例是由线束拉拔方法所获得的金属纤维。
线束拉拔的金属纤维可由不同的金属合金组成，如JP5-177243中所述。
US4930199叙述了一种通过盘绕刮削(coil shaving)方法所得的金属纤维。
这种金属纤维可用于提供金属纤维媒介，以用于几种不同的应用，如液体或气体的过滤、燃烧器薄膜或催化载体。
经常性地，金属纤维媒介与其他金属或金属合金组合，以便给金属纤维媒介提供特殊性能，如催化特性。通常，金属纤维媒介自身涂敷有另一种附加的金属或金属合金，这可导致附加金属或金属合金在整个金属纤维媒介上的不均匀分布。
甚至，在纤维的外表面上必须存在各种金属或金属合金。
如EP0227131B1所述，通过用两种或多种型式的金属纤维混合制成金属纤维，可以完成金属组合，各个金属纤维可由特殊金属或金属合金制成。在混合的金属纤维媒介中采用贵金属的情况下，一种型式的纤维可由贱金属制成，该贱金属涂敷有贵金属或金属合金。
使用两种或多种型式的金属纤维(以在金属纤维媒介中提供金属合金组合)具有如下缺点，即，至少两种不同的金属纤维(其由两种不同的金属或金属合金制成)需单独地生产，之后必须实现混合良好的混合物。即使在获得了这种混合良好的混合物的情况下，也存在金属在金属纤维媒介中更好和更加均匀分布的需要。特别在如果其中一种金属或金属合金包括作为混合物的贵金属的情况下，更需如此。
金属线中不同金属或金属合金的组合从提供这种金属线的方法中所知，如GB1432906所述。这种方法具有不适于提供具有横截面表面的金属线的缺点，其中，与金属纤维的大小相比，该表面足够小。
发明内容
本发明的目的是提供金属纤维，其在横截面内包括至少两种金属或金属合金。本发明还有一个目的是提供一种制造金属纤维的方法，该金属纤维在其横截面内包括至少两种金属或金属合金，该金属纤维具有较小的当量直径，如现有技术中所已知的。本发明还有一个目的是提供一种制造金属纤维的方法，该金属纤维制造廉价，并降低了制造包括多于一种金属合金的金属纤维媒介的成本。本发明的另一个目的是提供制造金属纤维和金属纤维媒介的工艺，其中，该金属纤维和金属纤维媒介与不同金属合金结合的柔性增加，且这种不同合金的比率增加。本发明的又一个目的是提供一种制造金属纤维和金属纤维媒介的工艺，其中，在多于一种金属合金组成的金属纤维媒介中存在的不同金属合金的分布更加均匀。
本发明的一个目的是提供一种在其横截面内包括至少两种不同的金属或金属合金的金属纤维，并且其当量直径降低。本发明的一个目的是提供一种金属纤维，其便于制造，并简化了包括多于一种金属合金的金属纤维媒介的制造工艺。
本发明的另一个目的是提供一种金属纤维，其制造廉价并降低了制造包括多于一种金属合金的金属纤维媒介的成本。特别是在使用并结合贵金属的情况下更是如此。本发明的又一个目的是提供一种金属纤维，该金属纤维提供了一种制造金属纤维媒介的工艺，该金属纤维与不同金属合金结合的柔性增加，且这种不同合金的比率增加。
本发明的一个目的是提供一种金属纤维，其提高了金属纤维媒介中的不同金属合金的分布的均匀性，其中，该金属纤维媒介包括多于一种金属合金。
依照本发明的主题，制造金属纤维的方法包括如下步骤：
-提供由金属或金属合金M1组成的箔片或板；
-在所述箔片或板的第一面施加一层第二金属或金属合金M2；
-将由M1和M2组成的所述箔片或板盘绕在轴上；
-旋转具有盘绕的箔片或板的所述轴，并利用切割工具来切割所述盘绕的箔片或板的端表面。
依照本发明的主题，还可采用下述方法制造包括多于两种的金属或金属合金的金属纤维。
在由金属或金属合金M1制成的箔片或板的一侧上涂敷有一层金属或金属合金M2。在箔片或板的第二侧上，施加一层第三金属或金属合金M3，其中，所述第二面上没有金属M2。也可以在箔片或板的一面或两面上，涂敷其他可能的不同金属的连续层。如果可以应用，可在M1和M2或M3之间提供这种附加层，以提高M1和M2或M3之间的锚固，或者可用来获得在纤维外表面上具有多于3种金属或金属元素的纤维。
这种箔片或板然后盘绕到轴上，并随后用切割工具来切割盘绕的箔片或板的端表面。
所得的金属纤维的横截面大体为多边形，如大体为四边形或甚至大体为矩形或甚至大体为正方形。
多边形的侧边在多边形的两个角度之间不绝对是直线。侧边也可包括小的突起或锯齿形或波纹形。这特别是采用常用的工业切割工具所出现的情况。
以这种方式提供的金属纤维具有几种优点。可以相当容易地采用不同的工艺来将第二金属层施加到箔片或板上。所述层的厚度可以在很大程度上变化，这就使得可容易地改变在所获得的纤维的横截面内的M1和M2的含量。一个特别的优点在于，在M2由贵金属或半贵金属或金属合金组成的情况下，层M2的厚度可降低到最小(作为示例，可小于5μm，甚至小于
Figure A20048002736800071
)。这就使得能够降低在纤维外表面上带有这种贵金属或次贵金属或金属合金的金属纤维的价格。可能地，在金属纤维的横截面内测量的M1的表面大于这个横截面的总表面的90％，或者甚至大于95％，如大于98％。
依照本发明的主题，金属纤维的制造方法也具有这样一个优点，即，材料的生产时间最小，节约了生产成本。
依照本发明的主题的方法可提供这样的金属纤维，即，其当量直径优选小于150μm，如小于100μm或者甚至小于80μm，作为一个示例，其小于66μm，如为65μm、35μm或22μm。术语“当量直径”限定为虚圆的直径，所述虚圆的表面与示例中纤维的横截面表面相同。
依照本发明的主题的金属纤维具有横截面，该横截面具有周长。该金属纤维的特征在于，其横截面包括至少第一和第二区域。每个这些区域形成了一部分周长。第一区域由第一金属或金属合金M1组成，而第二区域由第二金属或金属合金M2组成，其中，M1不同于M2。金属纤维的当量直径优选小于150μm，如小于100μm或者甚至小于80μm，作为一个示例，其小于66μm，如为65μm、35μm或22μm。
金属纤维的横截面优选大体上为多边形的，更优选大体为四边形的，如大体上为矩形或大体为正方形的。
“横截面”意味着垂直于金属纤维的主轴的金属纤维的截面。
“大体上为多边形”意味着横截面的轮廓为多边形形状，如四边形、矩形或正方形，但是多边形的侧边在多边形的两角度之间不绝对为直线。侧边也可包括小突起或者锯齿或者可以是波纹状。
可能地，依照本发明的主题的金属纤维可包括多于两种的金属或金属合金，作为示例，为三种或甚至更多种金属或金属合金。该方法可包括一个或多个附加的步骤，以在盘绕步骤之前，将不同的金属或金属合金的附加连续层施加到金属箔片的一面或两面上。各个金属提供了横截面的一个区域。这些区域提供了金属纤维横截面的一部分周长。这就意味着各个金属或金属合金向外部暴露。该方法可包括一个或多个附加步骤，以在盘绕步骤之前，将不同的金属或金属合金的附加层施加到金属箔片的一面或两面上。纤维的横截面可获得分层的外观，各个层提供了一个特殊金属或金属合金的区域，该区域提供了横截面的一部分周长。以这种方式，可获得在其外部纤维表面内具有多于两种如三种或更多金属或金属合金的金属纤维。对于各层或区域来说，金属或金属合金可以不同，或者一些层或区域可由同一种金属或金属合金组成。
优选地，M1由不锈钢组成，作为示例，该不锈钢由AISI 400系列或任何其他Fe-Ni-Cr合金或者Fe-Al-Cr合金制成。
可能地，M2、M3和所有附加的金属或金属合金可以选自由Cu、Ni、Pt、Pd、Ag、Au、Rh、V、W、Fe、Mo、Ir、Al、Ti、Ce组成的组中，或可以是由这个组中的至少一个元素组成的合金。可能地，M2和/或M3和/或任何其他附加金属或金属合金可为金属氧化物。
可以理解，M2和M3可以相同或不同。而且，金属或金属合金的附加层可以与M2或M3相同或者与之不同。
例如可通过喷溅、喷涂、热喷涂、电解涂层或者浸渍涂层或任何其他已知的技术来提供由M2组成的层，以及如果可能，M3或任何其他金属或金属合金层(其施加于由M1组成的箔片或板上)。
可根据用于切割盘绕的箔片或板的端表面的切割装置，按照盘绕的箔片或板的厚度以及切割装置的移动速度(其沿着轴的轴向移动)来改变横截面的形状。
横截面的形状通常大体为矩形的。矩形的一对侧边(下文称作A)由在切割盘绕的箔片或板的端表面的过程中由旋转装置沿旋转轴的轴向的移动速度来确定。矩形的另一对侧边(下文称作B)由盘绕的板或箔片厚度确定。
横截面的周长由侧边A和B的长度之和组成。
侧边A与具有金属或金属合金的表面相应，该表面位于箔片或板在切割之前的一侧。侧边B包括沿着其长度上的几个部分，各个部分可由横截面内的几个区域中的金属或金属合金层形成。
如果盘绕的箔片或板的厚度按照切割装置的切割速度选择，就可以获得大体为正方形的横截面。
按照本发明的主题，金属纤维还可被加工成纤维网。这种纤维网可用作金属纤维媒介，以用于若干应用，如过滤介质或催化转化器介质或者燃烧器薄膜。横截面内的其中一种金属或金属合金(通常为占据金属纤维的横截面表面的主要部分的金属或金属合金)可提供金属纤维的机械阻力。可能地，在媒介用作催化转化器介质时，其他金属或金属合金可用作催化剂。其他金属或金属合金的另一个功能是增加导电性。这是采用如Cu、Al、Ag和/或Au的情况。
附图说明
现参考附图更详细地叙述本发明，其中：
图1、2、3和4示意性地示出按照本发明的主题的金属纤维。
图5示意性地示出按照本发明的主题用于制造金属纤维的工艺的不同生产步骤。
具体实施方式
图1示出按照本发明的主题的金属纤维100的横截面。金属纤维横截面100包括第一区域101和第二区域102，其横截面大体上为多边形，在这个示例中为四边形，甚至大体上为矩形。利用第一金属M1提供第一区域101，该金属M1例如为包括铝、铬和铁在内的不锈钢合金。这个第一区域101形成了金属纤维横截面的周长的部分111、112、113。第二区域102提供了金属纤维横截面的周长的部分121、122和123。作为示例，用于提供第二区域的金属是Pd。
作为示例，图1的金属纤维100的当量直径为R。这就意味着，表面积π*R2/4等于纤维第一侧边长度133分别与第一区域101、第二区域102的层厚131和132之和的乘积。作为示例，金属纤维100的当量直径为80μm，其中，纤维第一侧边长度133为50μm，第一区域101的厚度131为100μm，第二区域102的厚度132为0.01μm。第一区域101提供了横截面总表面的99.99％，并提供了这个横截面的86％的周长。可以清楚看出，形成区域101和102的各种金属和金属合金向外露出。
作为替换，第一区域101由包括铝、铬和铁组成的不锈钢合金形成。用于形成第二区域的金属是Cu。
金属纤维100的当量直径为35μm，纤维的第一侧边长度133为19.3μm，第一区域101的厚度131是50μm，第二区域102的厚度132是0.05μm。第一区域101形成了横截面的总表面的99.9％，形成这个横截面的86％的周长。
图2示出另一个实施例，金属纤维200(横截面大体为正方形)的横截面包括第一区域201和第二区域202。第一区域由铁-铬-铝的不锈钢形成，而第二区域由铜形成。这两个区域具有都为28.5μm的等效厚度231、232。金属纤维第一侧边长度233等于厚度231和232之和，因此为57μm。金属纤维的合成的当量直径是65μm，而金属纤维的周长由第一区域和第二区域组成，该第一区域由金属合金组成，该第二区域由金属组成，且这两区域分别提供了50％的周长。
依照本发明的主题，图3示出金属纤维300的另一个实施例，金属纤维的横截面示出三个区域301、302和303。第一区域(由铁-铬-铝的不锈钢组成)的厚度331例如为100μm。在四边形横截面的两相对边，这个第一区域由第二区域302或第三区域303分别限定，该第二和第三区域302、303的厚度332、333非常有限，各为0.01μm。第二区域302和第三区域303可由Pd或Pt形成。纤维的第一侧边长度334为50.25μm，这就导致金属纤维的当量直径为80μm，第一区域301提供了横截面的总表面的99.98％。金属纤维的周长的66.5％由第一区域301的金属形成，33.5％由第二区域302和第三区域303的金属形成。
按照本发明的主题，图4示出金属纤维400的另一个示例。
金属纤维的横截面包括五个区域：401、402、403、404和405。第一区域具有厚度431，并使用由AISI 400系列，如AISI 444制成的不锈钢合金来形成。在四边形的横截面的两相对侧边，由Ti形成薄的第二区域402和第三区域403，其厚度分别为432和433。这些第二区域402和第三区域403用作第一区域401和第四区域404、第五区域405之间的连接层，并由铜形成。第四区域404和第五区域405分别具有厚度434和435。可以理解，根据所选的厚度，横截面的表面内的金属百分比可有较大改变，而各层向外露出到横截面的周边。
可以理解，根据金属纤维内所需的金属或金属合金，可以使用其他金属或金属合金。
图5中示出制造金属纤维的方法，该金属纤维大体为多边形，并具有由不同的金属纤维的两区域组成的横截面。
在第一步骤501中，提供由第一金属或金属合金M1制成的箔片510或板。这个箔片具有厚度560。作为一个示例，提供由铁-铬-铝制成的厚度为100μm的箔片。
在第二步骤502，金属或金属合金M1的箔片510设有第二金属或金属合金M2的层521，其中，该第二金属或金属合金层利用涂敷工艺520(如溅射、喷涂、热喷涂、电解涂层或者浸渍涂层)形成。获得包括M1和M2的金属箔片522，其厚度为561。作为一个示例，铁-铬-铝的合金箔片可通过溅射涂敷工艺来涂敷一层Cu，该层厚度561为0.05μm。这样就提供了厚度为100.05μm的涂层箔片。
在下一个步骤503，将包括M1和M2的箔片502盘绕在轴530上，在轴530上设置箔片522的叠层531。
在第四步骤，将叠层531从旋转轴530上切割下来，在绕其轴线541旋转时用切割工具542切割。这就提供了作为本发明的主题的金属纤维570的束543。切割工具沿着轴的轴线方向朝向剩余的叠层531移动，其移动速度为在轴每旋转一圈，移动规定的μm数，如图5的565所指示的。
如细节部分505所示，金属纤维横截面570包括两个区域，即由金属M1形成的第一区域571和由金属M2形成的第二区域572。金属箔片510的厚度与第一区域571的厚度相应。金属层521的厚度与第二区域572的厚度相应。确定了纤维第一侧边长度563，其近似为切割工具的移动速度565。
如细节505所示，金属纤维570的侧边不完全为直线，而是包括小的突起或锯齿或者可以为波纹状。这是由于切割过程中的切割运动和扰动所致。

Claims (31)

1.一种制造金属纤维的方法，其包括以下步骤：
-提供由金属或金属合金M1构成的箔片或板；
-在所述箔片或板的第一侧施加一层第二金属或金属合金M2；
-将包括M1和M2的所述箔片或板盘绕在轴上；
-旋转带有盘绕的箔片或板的轴，并使用切割工具来切割所述盘绕的箔片或板的端表面。
2.如权利要求1所述的制造金属纤维的方法，包括施加一层第三金属或金属合金M3的附加步骤。
3.如权利要求2所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，提供金属或金属合金的附加层。
4.如权利要求2或3所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述第三金属或金属合金M3的层施加到所述箔片或板的第二侧上。
5.如权利要求2到4中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述M3可选自包括Cu、Ni、Pt、Pd、Ag、Au、Rh、V、W、Fe、Mo、Ir、Al、Ti、Ce的组中，或可以是包括所述组中的至少一种元素的合金。
6.如权利要求2到4中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述M3为金属氧化物。
7.如权利要求2到6中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，可通过喷溅、喷涂、热喷涂、电解涂层或者浸渍涂层来将M3施加于所述箔片或板上。
8.如权利要求2到7中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述M2与M3相同。
9.如权利要求1到8中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，可通过喷溅、喷涂、热喷涂、电解涂层或者浸渍涂层来将M2施加于所述箔片或板上。
10.如权利要求1到9中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述金属纤维的横截面大体上为多边形。
11.如权利要求1到9中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述金属纤维的横截面大体上为矩形。
12.如权利要求11所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述金属纤维的横截面大体为正方形。
13.如权利要求1到12中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述金属纤维的当量直径小于150μm。
14.如权利要求1到13中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，M1提供了所述金属纤维的横截面表面的至少90％。
15.如权利要求1到14中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，M1为不锈钢。
16.如权利要求1到15中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述M2可选自包括Cu、Ni、Pt、Pd、Ag、Au、Rh、V、W、Fe、Mo、Ir、Al、Ti、Ce的组中，或可以是包括所述组中的至少一种元素的合金。
17.如权利要求1到16中任一权利要求所述的制造金属纤维的方法，其特征在于，所述M2为金属氧化物。
18.一种具有横截面的金属纤维，所述横截面具有周长，其特征在于，所述横截面至少包括第一区域和第二区域，每个所述区域提供了一部分所述周长，所述第一区域由第一金属或金属合金M1组成，所述第二区域由第二金属或金属合金M2组成，所述M1不同于所述M2，所述纤维的当量直径等于或小于150μm。
19.如权利要求18所述的金属纤维，其特征在于，所述横截面包括第三区域，其提供了一部分所述周长，所述第三区域可由金属M3组成。
20.如权利要求18到19中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述横截面包括附加区域，该附加区域提供了一部分所述周长。
21.如权利要求18到20中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述第二区域和所述第三区域提供了部分所述周长，这两个区域彼此相对。
22.如权利要求18到21中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M3可选自包括Cu、Ni、Pt、Pd、Ag、Au、Rh、V、W、Fe、Mo、Ir、Al、Ti、Ce的组中，或可以是包括所述组中的至少一种元素的合金。
23.如权利要求18到21中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M3为金属氧化物。
24.如权利要求18到23中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M2与M3相同。
25.如权利要求18到24中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述横截面大体上为多边形。
26.如权利要求18到25中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述横截面大体上为矩形。
27.如权利要求26所述的金属纤维，其特征在于，所述横截面大体上为正方形。
28.如权利要求18到27中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M1提供了所述横截面表面的至少90％。
29.如权利要求18到28中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M1为不锈钢。
30.如权利要求18到29中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M2可选自包括Cu、Ni、Pt、Pd、Ag、Au、Rh、V、W、Fe、Mo、Ir、Al、Ti、Ce的组中，或可以是包括所述组中的至少一种元素的合金。
31.如权利要求18到29中任一权利要求所述的金属纤维，其特征在于，所述M2为金属氧化物。
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