JP2006504878A - 多孔質のプレート状の金属複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

多孔質のプレート状の金属複合材の製造方法。少なくとも一方向に関して任意の寸法を有する焼成可能なファイバから構成されたプレート状金属複合材の製造方法を提供する。この方法によれば、金属ファイバは作業ステップにおいて圧縮され、溶接される。

Description

本発明は、多孔質のプレート状の金属複合材の製造方法に関する。また本発明の主題は、音声吸収パネルを提供することにある。

軽量建築材又は音声吸収材等に使用され得る多孔質のプレート状の金属複合材を製造する方法は、最先端技術において公知である。
例えば、特許文献１には、金属複合材パネルの製造方法が開示されている。この方法によれば、ワイヤ製金属格子の架橋材がその間に配置された、穿孔を有さない２枚の外側パネルを互いに連結する。この方法の特徴は、金属格子を金属パネルに対して接合するに先立って、最初に金属格子の交差地点をローリングによってワイヤの厚さに迄平坦化することによって、その後の該交差地点の金属パネルに対する溶接、又は接着を可能にする。それにより、後の形成プロセスで更に加工され得る金属複合材パネルが有利に獲得される。

金属複合材パネル別の製造方法は、特許文献２にて公知である。本文献には、多孔質の金属ファイバ製パネルと、同パネルの製造方法とが開示されている。本方法では、ファイバフリースを用いて、同ファイバフリースを１００〜１５０℃の温度で７００〜１２００Ｎ／ｃｍ^２の圧力により所定の局部領域のみを加圧することによって、ファイバの所定領域のみが焼成される。その結果、所定領域のみ焼成され、十分な強度を有する一方で、比較的ファイバ面領域が広い金属ファイバ製パネルが獲得される。

更に、特許文献３にて、精錬抽出金属ファイバからなるフィルタ体を製造するための焼成冶金方法が公知である。本方法は、多孔体、特にファイバ、詳細には金属ファイバからなるフィルタ体の製造に使用される。本方法では、バルク材として存在するルーズファイバを振動により分離して、鋳型内に充填する。その後、充填されたファイバを加熱して焼成する。焼成の結果、フィルタ体として使用され得る中実の安定した多孔体が形成される。焼成金属ファイバ材は、上述したフィルタ体として使用され得る他に、音声吸収材として使用されることも公知である。焼成金属ファイバ材は、例えば、ガスタービン内の音の低減に使用され得ることが証明されている。

上述した全方法において、一般に焼成ステップは、使用材料の液温と固体温度との間にて実行される。焼成により互いに接合されるべきファイバの長さと直径は非常に幅広くてもよく、直径は１〜２５０μｍ、長さは５０μｍ〜５０ｍｍの範囲内であり得る。

時期尚早なファイバの酸化を防止するために、焼成工程は真空炉内で実行される。これに関連して、実際の焼成は数時間に及ぶことから、焼成材料は機械的に固められ、即ち予め圧縮された状態で焼成工程に送られる。このように製造された焼成体は、焼成工程の後に所定の寸法に切断されて、音吸吸収材等としてガスタービンの排気ガスマフラー内に配置され得る。
ドイツ特許第３９３５１２０号明細書 ドイツ特許第２０５７４７４号明細書 ドイツ特許第１９９２４６７５号明細書

しかしながら、公知の方法は、入手可能な焼成炉の寸法により、使用される炉の寸法に応じた、幾何学的形態が限定された焼成体のみを製造することが可能である。例えば、長
さが少なくとも１５００ｍｍを超える前述したタイプの焼成体を製造する場合、前述した方法は使用出来ない。それにも係らず、そのような焼成体を製造するにおいては、第一のステップで比較的小さい焼成体を製造して、第二のステップで該焼成体を、接着、又は溶接等によって互いに適切に接続する必要がある。この工程の実行は時間を要し、かつ高価であるという不都合を有する。

従って、本発明の目的は、上述の不都合を回避する一方で、製造コストを低減すると共に、少なくとも一方向に関して任意の所望の寸法を有する、焼成可能なファイバからなるプレート状の金属複合材を製造し得る方法を提供することにある。本発明はまた、音声吸収パネルを提供し得る。

本目的を達成するために、本発明は、単一のステップにおいて金属ファイバが圧縮かつ溶接、即ち互いに融合される多孔質のプレート状複合材の製造方法を提供する。
最先端技術により公知の方法と対比すると、本発明では焼成ではなく融合によって個々の金属ファイバを流動的に接合させる。本方法は比較的経済的であるのみならず、少なくとも一方向において任意の所望の長さを有する金属複合材の形成の可能性を提供する。

本方法を実行する際には、金属ファイバのために準備された溶接、即ち融合装置内に金属ファイバを導入する。金属ファイバは、巻回体から解放されるプレハブ金属ファイバマット、例えば環状マットの類似品として加工されることが好ましい。代替的に、金属ファイバがバルク材として存在する場合、第一ステップでバルク材を分離し、次にこれらを金属ルーズファイバ材として融合装置内へ供給し得る。融合装置への導入は連続的に実行されて、この工程を更に実行することにより無限の長さ寸法を有する金属複合パネルが製造され得る。融合装置内に導入されたファイバは、次いで単一のステップにて圧縮され固められ、かつ融合される。このステップのために、形成されるべき金属複合材の両側上に薄膜電極が有利に配置される。薄膜電極は、個々の金属ファイバを融合させるとともに、弱い圧力を付与するように作用する。

融合工程は、有利にはパルス融合工程、好ましくはキャパシタ・パルス融合工程からなり、使用される電極は１０〜２５，０００ｍｍ^２の薄膜面積を有することが好ましい。キャパシタ・パルス融合工程の特徴は、実際の融合工程が概ね１秒未満という比較的短い継続時間を有することである。本方法を実行する際、継続時間は１０ミリ秒よりも短いものであり得る。

２００，０００Ａ迄の非常に短い高電流パルスを用いて、材料の所定位置を加熱して、ファイバを最も接近したファイバに対して点状に融合させる電気抵抗によって、ファイバから圧縮金属複合材のファイバを形成する。印加される溶接、即ち融合の比エネルギーは、０．２〜７．５Ｊ／ｍｍ^２である。

融合の工程に先立って、及び／又は、融合の工程中、金属複合材の金属ファイバには圧力が付与される。この圧力は、０．１〜１０Ｎ／ｍｍ^２、好ましくは１．５〜６Ｎ／ｍｍ^２の加圧力にて生成されることが好ましい。

本方法の更なる利点は、衝撃的に作用する電荷によって個々の金属ファイバから構成された金属複合材の構造が更に緊縮化されることにある。その結果、融合工程中に、金属複合材の構造がより緊縮される。

本願には詳細に説明しない適切な自動化装置を使用して、バルク材として存在するか、又はマット状の金属ファイバは、部分に分かれて、電極に対して少なくとも一方向におい
てエンドレスに供給され得る。この工程にて、金属複合材の幅は、１０〜２０００ｍｍ、好ましくは２５０〜１２５０ｍｍから選択され得る。ファイバは１〜２５０μｍ、好ましくは３０〜１００μｍの平均径を有する。使用される金属ファイバは同一の太さを有するが、異なる長さを有してもよく、長さの異なる金属ファイバを正確に使用することによって、圧縮融合工程において非常に安定したファイバ構造、即ちファイバ・マトリックスが形成される。

本発明の方法で製造された金属複合材は、製造後に仕上げが施されて、音声吸収媒体として使用され、例えばマフラー系、又はタービンの排気ガスパイプ内に配置され得る。焼成により製造される現在迄公知の金属複合材を越える利点としては、少なくとも一方向に関して、寸法に制限なく形成することが可能であり、かつ製造コストが相当低減されることにある。更にキャパシタ・パルス融合工程の能力によって、ローリング等の更なる仕上げ工程を必要とせず、金属複合材の厚さを変化させ得る。それによって、さらにコストが低減される点においても、従来の工程と比較すると有利である。また、本発明の方法で製造される金属複合材は、後の工程にて更に加工され得るという利点を有する。従って、本方法により製造された金属複後材料を、深絞り等のプラスチック成形、又は鋳造によって幾何学的に複雑な構造へと変形することも可能である。それ故、球形状の本体を形成し得る。本方法で製造された金属複合材は耐熱性を有するため、特に燃焼タービン内における音声吸収材として適当である。また本方法で製造された金属複合材は、バーナ表面全体上で均質な燃焼を可能にするガスバーナ挿入物としても適当である。

本発明の更なる特徴によれば、融合工程中の酸化を防止するため、本方法は不活性ガス中で実行し得る。適切な不活性ガスには、例えばアルゴン、ヘリウムがある。
本発明の更なる特徴によれば、金属複合材の平坦な両側面が、各々カバー層としてのワイヤメッシュと融合される。このワイヤメッシュに配置は、個々のファイバ端部が金属複合材の外部へ延び得る、個々のファイバの長さ及び直径とは関係なく、本発明を広範囲に実施し得る点にある。このような状況に対抗するために、ファイバ複合材の両面が、カバー層としてのワイヤメッシュと融合される。ワイヤの融合は、金属ファイバの融合と同時に実行されるのが有利であり、従ってカバー層を融合する更なるステップは必要ではない。

音声吸収パネルに関して、上述した目的を達成するために、金属ファイバフリースから形成された音声吸収パネルを提供する。金属ファイバフリースの金属ファイバは融合され、かつ２枚のカバー層間に配置される。

従来の多孔性を有する金属ファイバフリースと比較すると、本発明の音声吸収パネルの個々の金属ファイバは、焼成による材料流動法によらず、融合、即ち溶接により互いに接合される。このことは、声吸収パネルを比較的経済的に製造するのみでなく、少なくとも一方向に関して音声吸収パネルを連続的に製造することを可能にして、環状の金属ファイバフリースの類似品が製造され得る。金属ファイバフリースの更なる用途のために、次いで金属ファイバフリースは所望の長さに仕上げられる。

本発明の更なる提案によれば、金属ファイバフリースの対向する平坦な両側面は、好ましくはワイヤメッシュから形成されたカバー層に融合される。このようにして、２枚のワイヤメッシュを有し、該ワイヤメッシュ間に金属ファイバフリースが配置されたサンドイッチ構造全体が形成される。

本発明による音声吸収パネルは本来安定性を有するが、次なる工程により更なる加工を施すことも可能である。それ故、例えば、本発明の音声吸収パネルを、深絞り等のプラスチック成形により球形体に形成することが可能である。このことは、焼成により製造され
た従来の音声吸収パネルでは不可能であったため、本発明の音声吸収パネルは更なる加工をも含む新たな可能性を提供する。

本方法により製造された金属複合材は多孔性を有するため、特に音声吸収パネルへの用途に適している。従来の焼成工程と比較すると、後に金属複合材を形成する金属ファイバにて元々存在する孔も互いに結合されて、個々の金属ファイバの融合後に相当の割合で残留するため、本発明の音声吸収パネルは、最先端技術にて公知である、焼成により製造された音声吸収パネルよりも多孔性が高い。従って、本発明による音声吸収パネルは、従来の音声吸収パネルよりも良好な放射特性を有し得る。

本発明の金属複合材の更なる使用の可能性としては、ガスバーナ挿入物としての使用がある。これに関連する利点として、例えばプラスチック成形による可能な幾何学的形状の多様性、熱膨張中の制御された所定量の拡張、軽量、及びバーナ表面全体上の均質な燃焼の確実さによる複数の用途がある。更に、本発明の金属複合材は、炎の跳ね返りに対する高い信頼性、より高い温度においても有効な耐食性、衝撃に対する高い機械的抵抗、低い熱不活性性を提供する。

本発明の更なる利点と特徴とを、図面を参照に説明する。
図１、図２および図３に、本発明を実行する方法を示す。図１に第一のステップ、図２に第二のステップ、図３に第三のステップを概略的に示す。

図１において、第一のステップで、非圧縮ファイバ材料としての金属ファイバ１を、ワイヤメッシュ２に関して対向する平坦な両側面上に覆う。金属ファイバ１に対向していないワイヤメッシュ２の各表面上に、各々薄膜電極３を設ける。薄膜電極３の各々を、互いにプライヤー、又はトングのように金属ファイバ１の方向へ移動して、ワイヤメッシュ２と金属ファイバ１とを接近させ加圧する。図２に、本ステップを概略的に示す。

電極３は、金属ファイバ１とワイヤメッシュ２とに所定の表面荷重、即ち所定の圧力が付与されるまで、液圧等を用いて所定の力Ｆで互いに接近される。金属ファイバ１とワイヤメッシュ２とを共に加圧すると同時に、電源４により電極３内に電流を印加する。本発明において、電流の印加は図示されないキャパシタにより実行されて、キャパシタが突然放電する結果、２００，０００Ａ迄の短い高電流パルスが、ワイヤメッシュ２と金属ファイバ１とを通して供給される。電流パルス導入の結果、個々の金属ファイバ間に電気抵抗が形成されて、これらの位置において材料が局所的に加熱されて、最も近接するファイバ同士が点状に溶接、即ち融合される。この融合の工程中の酸化を防止するため、全工程は不活性ガス雰囲気中で実行される。

図３に、最終的な金属ファイバ複合材を示す。金属ファイバ複合材は、サンドイッチ状に積み重ねられており、圧縮されて互いに融合した金属ファイバ１がその間に配置された２枚のワイヤメッシュをカバー層として備えている。前述した融合工程の結果、個々の金属ファイバ１のみが互いに融合しているわけではなく、ワイヤメッシュ２も金属ファイバ１と融合されて、全体として安定性を有する、多孔質の音声吸収金属複合材が形成される。この金属複合材には、深絞り等の更なる工程を施すことが可能である。

本方法の第一のステップを示す概略図。 本方法の第ニのステップを示す概略図。 本方法の第三のステップを示す概略図。

符号の説明

１…金属ファイバ、２…ワイヤメッシュ、３…電極、４…電源リード、Ｆ…加圧の力

Claims (14)

1. 多孔質のプレート状の金属複合材を製造する方法であって、前記方法は、単一のステップにおいて金属ファイバが圧縮され、かつ融合される方法。
2. 前記金属ファイバはプレハブ金属ファイバマット状に加工される、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属ファイバはバルク材から抽出され、最初に分離される請求項１に記載の方法。
4. 前記金属複合材の平坦な両側面は、各々カバー層としてのワイヤメッシュと融合される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 環状の金属複合材を連続的に形成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記方法は不活性ガス中で実行される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記金属ファイバは、パルス融合、好ましくはキャパシタ・パルス融合により融合される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記融合の工程は、１秒未満、好ましくは１０ミリ秒未満の間、実行される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記融合工程に先立って、又は融合工程中に金属ファイバが加圧される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記圧力は０．１〜１０Ｎ／ｍｍ^２、好ましくは１．５〜６．０Ｎ／ｍｍ^２の加圧力で生成される請求項９に記載の方法。
11. 金属ファイバフリースから形成された音声吸収パネルであって、前記金属ファイバフリースの金属ファイバは互いに融合され、かつ二枚のカバー層の間に配置されている音声吸収パネル。
12. 前記金属ファイバフリースは、カバー層と融合されている請求項１１に記載の音声吸収パネル。
13. 前記カバー層は、ワイヤメッシュから形成されている請求項１１又は１２に記載の音声吸収パネル。
14. 金属ファイバフリースから形成されたガスバーナ挿入物であって、前記金属ファイバフリースの金属ファイバは互いに融合され、かつ好ましくはワイヤメッシュから形成された二枚のカバー層の間に配置されている挿入物。

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