JP2007533849A - 金属繊維焼結体 - Google Patents

金属繊維焼結体 Download PDF

Info

Publication number
JP2007533849A
JP2007533849A JP2007507790A JP2007507790A JP2007533849A JP 2007533849 A JP2007533849 A JP 2007533849A JP 2007507790 A JP2007507790 A JP 2007507790A JP 2007507790 A JP2007507790 A JP 2007507790A JP 2007533849 A JP2007533849 A JP 2007533849A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal fiber
sintered body
metal
less
body according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007507790A
Other languages
English (en)
Inventor
ストゥルナラス,コンスタンティン
アンドレオゥリ,コンスタンティナ
タトゥディ,ゾイ
ヴェルシェーヴ,フランク
ヴロマント,カール
ヴァン・ベッツブルッヘ,ヘリット
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bekaert NV SA
Original Assignee
Bekaert NV SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bekaert NV SA filed Critical Bekaert NV SA
Publication of JP2007533849A publication Critical patent/JP2007533849A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2027Metallic material
    • B01D39/2041Metallic material the material being filamentary or fibrous
    • B01D39/2044Metallic material the material being filamentary or fibrous sintered or bonded by inorganic agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/002Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12479Porous [e.g., foamed, spongy, cracked, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本発明は、金属繊維の焼結体であって、この金属繊維焼結体は、この金属繊維焼結体の第1の外面として少なくとも第1の金属繊維層を含み、この第1の金属繊維層は、等価直径D1を有する金属繊維を含み、前記焼結体は、前記等価直径D1の2倍未満の平均流孔径を有し、前記第1の金属繊維層の前記金属繊維は平均繊維長L1を有し、L1/D1の比は110未満である。

Description

本発明は、金属繊維の焼結体と、金属繊維の焼結体を製造する方法とに関する。
金属繊維の焼結体は、液体または気体のろ過等の数多くの用途があることで、よく知られている。そのような金属繊維焼結体は、例えば欧州特許出願公開第0329863号明細書または米国特許第5679441号明細書により知られている。
現在既知の金属繊維焼結体の欠点は、そのような焼結体が表面フィルタとして使用される場合、そのような焼結体を例えばバックパルス、バックフラッシュまたはバックウォッシュによって洗浄するのが困難なことである。焼結体表面に粒子が固定されるのを防ぐために、焼結体の表面を平滑にするように努めた場合であっても、多分、濾過された粒子の少なくともわずかな一部は、金属繊維焼結体から除去することはできないであろう。焼結体中に存在するこのような粒子は、長期間にわたって焼結体を通過する流れを妨害する傾向がある。
金属繊維焼結体は多種多様な方法で製造されているが、これらの方法は本質的に2種類の方法に基づいている。
金属繊維焼結体を製造する第1の方法は、空気堆積法によって金属繊維ウェブを得て、この空気堆積法により得たウェブを適切な炉で焼結することである。
この空気で堆積させたウェブの不利な点は、このウェブが多くの場合、特に比較的薄い金属繊維焼結体を製造しようとした場合、比較的不均一であるという事実である。その理由は、空気堆積法によって十分に均一なウェブを製造するのはほとんど不可能だからである。それゆえ、金属繊維焼結体の表面が均一な性質を有するようにするために、多くの場合、空気で堆積させた複数のウェブを積み重ねている(いわゆる二重である)。
焼結前のウェブを得るためのその他の方法は、特開昭61−225400号公報および特開昭61−223105号公報に記載されているいわゆる湿式堆積法または湿式抄紙法である。金属繊維をスラリーにし、このスラリーをスクリーン上に注ぐ。このスクリーンを介して、スラリーから水を吸引する。次いで、残された脱水スラリーを焼結する。なお、結合剤を用いて、金属繊維同士を互いに一時的に結合し、それによって輸送可能な脱水スラリーにしてもよい。この脱水スラリーは、可能であれば結合剤を分離除去した後、焼結する。
この湿式ウェブの不利な点は、比較的細く短い繊維を用いる場合、より短い繊維がスクリーンを介して吸引され、水と共にスラリーから除去されてしまうことである。焼結前の薄いウェブを製造する場合、脱水工程の吸引によって、焼結のための繊維がほとんど無い又は全く無い小さな穴又はより大きな穴がウェブにできるかもしれない。また、脱水の間にスラリー液を支持するために使われる支持用のネットの跡も残る。この脱水したウェブ上のネットのパターンは、反復的な薄いスポットとして発見される。このような結果、焼結前の脱水したばかりの複数のウェブを互いに積み重ねた場合でさえ、脱水スラリー及びその後の金属繊維焼結体には、繊維がほとんど存在しない不均一な区域ができるかもしれない。
特に、等価直径が小さい(例えば2μm〜6μm)繊維を用いる場合に、脱水の間に水とともに繊維が吸引される現象が起こる。この理由は、多くの場合、長さがより短い繊維の量がより多いほど、繊維がより細かくなるからである。結果として、等価直径が小さな繊維の場合、より多くの短い長さの繊維が、脱水の間に水と共に吸引される。
本発明の目的は、従来技術の欠点が解消された金属繊維焼結体を提供することである。
本発明の他の目的は、例えばバックパルス、バックフラッシュまたはバックウォッシュによってさらに効果的に洗浄できる金属繊維焼結体を提供することである。
本発明のさらなる目的は、金属繊維体が薄い場合でさえ、金属繊維焼結体の表面にわたって均一な特性を有する微細な金属繊維を含む金属繊維焼結体を提供することである。
本発明のさらなる目的は、焼結体の厚さが減少しても、改良されたフィルタ効率を有する金属繊維焼結体を提供することである。
本発明に係る金属繊維焼結体は、少なくとも1つの第1の金属繊維層を含み、この層の金属繊維は等価直径D1を有する。この第1の金属繊維層は、金属繊維焼結体の第1の外面を提供する。本発明に係る金属繊維焼結体は、等価直径D1の2倍未満の平均流孔径を有する。
金属繊維の等価直径とは、繊維の半径方向断面の面積と同じ面積を有する仮想の円の直径を意味する。平均流孔径は、ASTM F−316−80に従って平均流孔径の測定を実施する「Coulter Porometer II」試験装置を使用して測定する。第1の金属繊維層のいずれの金属繊維も、各繊維固有の繊維長を有する。繊維長には、金属繊維の製造方法に起因する分布が存在することから、本発明に係る金属繊維焼結体の第1の金属繊維層の金属繊維は、平均繊維長Lを有する。この長さは、適切な統計学的基準に準じてかなりの数の繊維を測定することによって決定される。金属繊維の平均繊維長は10mm未満、例えば6mm未満であり、好ましくは1mm未満、例えば0.8mm未満または0.6mm未満、例えば0.2mm未満である。
このようにして、金属繊維焼結体内の第1の金属繊維層の金属繊維は、等価直径に対する平均繊維長の比率(L1/D1)が110未満であることが好ましく、100未満であることがより好ましく、通常30を超える。ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする国際公開第02/057035号パンフレットに記載されているプロセスにより得られる金属繊維の場合、6μmまでの範囲の等価直径を有する金属繊維は、約30〜70のL1/D1が好ましい。
驚くべきことに、本発明に係る金属繊維焼結体は、例えばバックフラッシュによって高い効率で繰返し洗浄できることがわかったとともに、洗浄後に残った粒子は限定されているかまたは全く無いことがわかった。理由は完全には理解されていないが、多分、L/Dが100未満である金属繊維の使用と、繊維の等価直径と比較してこのような小さい平均流孔径の組合せは(このような小さい平均流孔径を得るために、後に説明する特定の製造方法が使用されるか、あるいは例えば欧州特許出願公開第329863号明細書で説明されているように、焼結後に追加の工程が金属繊維焼結体になされる)、金属繊維焼結体をバックパルス、バックウォッシュまたはバックフラッシュする間にそのような好都合な挙動を提供するように思われる。
好ましくは金属繊維焼結体の第1層の金属繊維の等価直径D1は、好ましくは100μm未満、例えば65μm未満であり、より好ましくは36μm未満、例えば35μm、22μmまたは17μmである。あるいは、金属繊維の等価直径は15μm未満、例えば14μm、12μmもしくは11μmであり、さらに好ましくは9μm未満、例えば8μmである。最も好ましくは、金属繊維の等価直径D1は、7μm未満または6μm未満、例えば5μm未満、1μm、1.5μm、2μm、3μm、3.5μmもしくは4μmなどである。
好ましくは金属繊維焼結体は、前記等価直径D1の1.5倍未満の平均流孔径を有することがわかった。さらに好ましくは、本発明に係る金属繊維焼結体の平均流孔径は、1μm拡張された、焼結金属焼結体の第1の金属繊維層の金属繊維の等価直径D1と等しいか、それ未満である。このことは、詳細には6μmと等しいかそれ未満の等価直径D1を有する金属繊維が使用されるときに、さらに詳細には等価直径D1が5μm未満であるときに当てはまる。さらに好ましくは、国際公開第02/057035号パンフレットに記載されている方法を用いて金属繊維を切断してもよいし、集束伸線法またはコイル材切削法のどちらかによる金属繊維を使用する。
金属繊維には、あらゆるタイプの金属または合金を用いることができる。金属繊維は、例えばステンレス鋼などの鋼から作られる。好ましいステンレス鋼合金としては、AISI316LやAISI347等のAISI300系合金またはAISI400系合金、またはFe、AlおよびCrを含む合金、DIN1.4767合金やFecralloy(登録商標)等のクロム、アルミニウムおよび/またはニッケル、ならびに0.05から0.3重量%のイットリウム、セリウム、ランタン、ハフニウムもしくはチタンを含むステンレス鋼がある。さらに、銅もしくは銅合金、またはチタンもしくはチタン合金を用いてもよい。金属繊維は、ニッケルまたはニッケル合金から作ることもできる。
金属繊維は、現在知られている金属繊維の製造方法、例えば、集束伸線法によって、特許第3083144号公報に記載されているコイル材切削法によって、ワイヤ切削法(例えばスチールウール等)によって、または融解合金浴から金属繊維を製造する方法によって、作ることができる。
平均長の金属繊維を供給するために、国際公開第02/057035号パンフレットに記載されている方法を用いて金属繊維を切断してもよいし、または米国特許第4664971号明細書に記載されている金属繊維粒を供給する方法を用いてもよい。
金属繊維焼結体の第1の金属繊維層の厚さは広範囲に変化してもよいが、比較的薄い第1の金属繊維層を得ることができ、例えば、0.2mm以下または0.1mm以下の厚さの第1の金属繊維層を得ることができる。さらに驚くべきことに、0.2mm未満または0.1mm未満といった厚さの第1の金属繊維層を有する金属繊維焼結体は、10000Paを超える沸点圧力を得ることができることがわかった。0.2mm未満または0.1mm未満の厚さの第1の金属繊維層を有するこのような金属繊維焼結体を液体ろ過器として用いる場合、高いろ過効率が得られることもわかった。
沸点圧力は、ISO4003試験法に準じて測定する。
本発明に係る金属繊維焼結体の第1の金属繊維層の重量は好ましくは500g/m2未満、さらに好ましくは400g/m2未満、またなおさらに好ましくは100g/m2などの300g/m2未満、例えば40g/m2未満、またはなお30g/m2未満である。
金属繊維焼結体の空隙率は広範囲に変化してもよいが、このような金属繊維焼結体が40%〜99%の範囲内の空隙率、例えば80%またはそれ未満、より好ましくは55%〜80%の範囲内、さらに好ましくは70%またはそれ未満、例えば55%〜70%の範囲内の空隙率を有し得ることがわかった。
用語「空隙率」Pは、以下により理解することができる。
P=100*(1−d)
d=(1m3の金属繊維焼結体の重量)/(SF)
SF=金属繊維焼結体に用いた金属繊維の合金1m3あたりの重量
本発明に係る金属繊維焼結体は、第1の金属繊維層からなってもよい。あるいは本発明に係る金属繊維焼結体の第1の外面を提供する第1の金属繊維層に隣接して、金属繊維焼結体はさらなる多孔性金属構造体を含み得ることが理解される。この多孔性金属構造体は、金属メッシュ、例えば金属溶接または編組グリッド、あるいは圧延金属シートでもよい。多孔性金属構造体はまた、1つ以上の追加の金属繊維層を含むことができる。多孔性金属構造体はさらに、1つ以上の追加の金属繊維層および金属メッシュ、例えば金属溶接または編組グリッド、あるいは拡張金属シートを含むことができる。好ましくは第2の金属繊維層の金属繊維の等価直径D2は、第1の金属繊維層の金属繊維の等価直径D1よりも大きい。好ましくは第2の金属繊維層の金属繊維の平均繊維長L2は、第1の金属繊維層の金属繊維の平均繊維長L1よりも大きい。
多孔性構造体の第1の金属繊維層および追加層は、1回の焼結操作で、あるいは各層または層の一部が個別に焼結された後のどちらかに、相互に焼結されることが理解される。多孔性金属構造体の、その元素およびまたは層の空隙率は好ましくは、第1の金属繊維層の空隙率よりも大きい。
第1の金属繊維層が金属繊維焼結構造体の第1の外面を提供するので、好都合にはこの外面は実質的に平坦な表面を有する。
実質的に平坦とは、統計学的に適切な長さにわたって測定されたRa値が、金属繊維焼結体の第1の外層に存在する金属繊維の等価直径D1の3倍未満であることを意味する。
さらに好ましくは、金属繊維焼結体の第1の外面のRa値が等価直径D1未満であり、例えば等価直径D1の0.5未満である。
Ra値は、測定された長さから判断される外形の平均線からの表面の高さの算術平均偏差として定義される。平均線は、外形の等しい面積が、その線の上部および下部に位置するように定義される。
制限的であるとして理解されるべきではないが、本発明に係る金属繊維焼結体の第1の金属繊維層を提供する方法は、
適切な等価直径D1および平均繊維長L1を有し、D1/L1が110未満である金属繊維を供給するステップと、
金属繊維と結合剤を混合して、金属繊維と結合剤を含むスラリーを調製するステップと、
ドクターブレードなどを備えたアプリケーターを用いて、支持体上にスラリーの層をテープキャストするステップと、
キャストしたスラリーを固化して、金属繊維と結合剤を含むホイルを得るステップと、
ホイル中の結合剤を分解除去し、金属繊維を焼結し、そして焼結金属繊維第1層を得るステップと
を含む。
第1のステップにおいて、金属繊維が提供される。
本発明に係る方法の第2のステップにおいて、スラリーは、金属繊維と、結合剤と、結合剤を溶解するための溶媒とを使用して調製することが好ましい。最も好ましくは水溶性の結合剤を使用し、溶媒として水を使用する。
この金属繊維と、溶媒と、結合剤とを含む好ましいスラリーは、スラリーの2重量%〜40重量%の範囲の濃度で金属繊維を含むことが好ましい。より好ましくは、金属繊維はスラリーの5重量%〜15重量%である。金属繊維の等価直径が小さくなるほど、より低濃度の金属繊維を維持すべきことを見出した。また、スラリーはポリマー結合剤と金属繊維を含んでもよく、このポリマー結合剤は加熱されるとその粘度が低下する。
本発明の目的のための結合剤は、スラリーを濃縮するための生産物として理解すべきである。好ましくは、水可溶性結合剤、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロースエーテル、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチレンオキシドに由来するポリエーテル、アクリル酸ポリマーまたはアクリル酸コポリマーを用いる。好ましくはスラリーの0.5重量%〜30重量%の濃度の結合剤を溶媒に添加する。最も好ましくは、必要な粘度を与えるために、スラリーの20重量%未満または15重量%未満または10重量%未満の濃度を要求する結合剤を選択する。スラリーにとっては、1000cPs〜20000cPsの間の粘度範囲を用いることが好ましい。適切な混合装置を用いて、スラリーの成分を混合する。スラリーに泡が生じる場合、少量の消泡剤成分を添加する。
次に、好ましくは実質的に平坦な表面上に、アプリケーター、例えばドクターブレードを備えたものを用いて、スラリーをテープキャストする。アプリケーターのクリアランスは比較的狭く維持し、このクリアランスは好ましくは0.2mm〜6mmの間であり、より好ましくは0.2mm〜3mmの間である。
スラリー内の金属繊維の量、金属繊維焼結体の単位表面積あたりに必要な重量、および金属繊維焼結体の必要な密度に応じて、クリアランス及びそれによるスラリーの層の厚さを選択する。
次のステップでは、キャストしたスラリーを固化し、結合剤および金属繊維を含むホイルを形成する。このことは、好ましくは溶媒を蒸発することによって行う。室温で容易に蒸発する溶媒を用いてもよい。あるいは、水を溶媒として用いた場合、乾燥工程として蒸発を行ってもよい。乾燥もしくは蒸発を行ってもよく、空気乾燥によって支援してもよく、またはキャストしたスラリーを強制的に加熱、例えばキャストしたスラリーの表面上に加熱した空気を強制的に送ることによって、または例えばマイクロ波もしくはIR線などの照射によって加熱してもよい。溶媒(例えば水)だけが除去されることから、ここでの溶媒は結合剤と化学的に結合していなかったことがわかる。溶媒が蒸発すると、キャストしたスラリーの厚さはある程度まで薄くなることから、キャストしたスラリーの体積が減少して、ホイルの体積になることがわかる。なお、結合剤が加熱されるとその粘度が低下する場合、キャストしたスラリーを冷却することによって、結合剤が固化する。
可能であれば、ホイルは、分解除去および焼成の前にプレスして、その厚さを減少する。これは焼結後に得られるであろう金属繊維焼結層の空隙率を低下させて、第1の金属繊維層の外面を平滑にするためである。
最終ステップでは、結合剤を分解除去するために、金属繊維と結合剤を含むホイルを熱処理し、引き続いて金属繊維を互いに焼結する。このような結合剤除去と焼結は、一回の熱操作によって行ってもよいし、又は二回の連続的な操作で行ってもよい。但し、一回目の操作の直後にもう一方の操作を行う必要はない。
なお、複数層のホイルを積み重ねて、層状の焼結体を形成してもよい。これらのホイルは、同じ金属繊維を含むものでなくても、単位面積または体積当りの金属繊維含有量が同じでなくてもよい。これらのホイルは、金属繊維、金属繊維含有量、厚さ、重さおよびその他の特性の点で、互いに異なっていてよい。あるいは、その他の多孔質金属構造体が一層または複数層のホイルに積み重なってもよい。例えば、金属ワイヤメッシュ、圧延金属シート、または空気堆積法によるウェブもしくは湿式堆積法によるウェブの一または複数の層、または金属粉末の層を、金属繊維と結合剤を含むホイルに加えてもよい。あるいは、金属ホイルまたは金属板を、積層体に加えてもよい。
金属繊維焼結体の厚さをさらに薄くするために、または金属繊維焼結体の表面を平滑にするために、焼結後に金属繊維焼結体をさらに圧縮、例えば圧延またはカレンダー処理に付してもよい。
本発明に係るこのような方法は、焼結体内に両方の金属繊維全てを有する金属繊維焼結体をもたらすため、金属繊維焼結体における金属繊維のL/D比は焼結体製造前の繊維の比と著しく異ならず、その一方で、焼結体中の繊維の分布はより均一であるため、繊維の等価直径の3倍未満の平均流孔径を得ることができる。後者はスラリーで使用された大量の溶媒、および蒸発による溶媒全ての除去によって引き起こされることが想定される。
第2の焼結操作においてこの多孔性構造体を第1の金属繊維層に焼結することによって、追加の多孔性構造体が本発明に係る金属繊維焼結体に提供される。あるいは多孔性構造体が第1の金属繊維層の分解除去および焼結前に、ホイル(圧縮されているか、又は圧縮されていない)に提供される。
このような方法によって得られた金属繊維焼結体は、当技術分野で既知の方法を使用して得られた焼結体と比較すると、物理的特性の値の違いは別にしても、焼結体表面においてより均一な物理的特性を有することが認められた。
本発明に係る金属繊維焼結体は、フィルタメディアとして、例えば表面濾過によって気体または液体どちらかの流体からの微粒子を濾過するのに好適に使用することができる。例えば、金属繊維焼結体は、煤煙の濾過に、あるいはビール、ワインなどの飲料の濾過に、あるいは油または冷却液の濾過に使用できる。金属繊維焼結体は、燃料電池にも使用できる。
以下、添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の好ましい実施形態として、繊維の等価直径が2μmである金属繊維焼結体を、以下のステップにより製造した。
集束伸線法によって金属繊維を得るステップ。
国際公開第02/057035号パンフレットと同様の方法を使用して繊維長を減少するステップ。
この繊維と結合剤と溶媒とのスラリーを調製するステップ。
このスラリーをテープキャストするステップ。
キャストしたスラリー中の溶媒全てを蒸発させて、このテープキャストしたスラリーを乾燥するステップ。
乾燥させたテープキャスト層を積層するステップ。
乾燥させ積層させたテープキャスト層中の結合剤を分解除去するステップ。
金属繊維を焼結するステップ。
金属繊維焼結体を圧縮するステップ。
なお、分解除去および焼結の前に、ホイルを圧縮する場合も行った。
第1のステップにおいて、集束伸線法により作製した2μmの等価直径を有する金属繊維を供給した。国際公開第02/057035号パンフレットの方法を用いて、エンドレスな金属繊維を平均繊維長L1が109μmの金属繊維に切断した。この金属繊維はAISI 316L合金であった。またL1/D1は54.5であった。
次に、スラリーに対する重量%で、9.09重量%の金属繊維と、1.36重量%のメチルセルロースエーテル(結合剤)と、89.55重量%の水(溶媒)とからなる組成のスラリーを調製した。
1.5mmのクリアランス(隙間)を有するドクターブレードを用いて、スラリーをテープキャストした。
このキャストしたスラリーを、約24時間にわたり空気で乾燥することによって固化した。なお、IR照射を行うことで、キャストしたスラリーを加熱して、乾燥操作を支援することができる。水および金属繊維と化学的に結合した結合剤を含むホイルを得た。厚さが251μmで、重量が127g/m2の金属繊維非焼結体を得た。この金属繊維非焼結体は、13重量%の結合剤と、87重量%の金属繊維を含んでいた。
複数のホイルを積み重ねて、約400g/m2の複数層のホイルを得た。
ホイルの積層は、この場合は4層であった。結合剤を分解除去するために、約30分間にわたって常圧下で400℃の温度で処理した。引き続き、結合剤を除去したものを、H2雰囲気下、1100℃、約30分間の条件で焼結した。ホイルの全ての層の金属繊維は、互いに焼結した。
得られた金属繊維焼結体を圧延した。空隙率は65%となり、重量は約369g/m2となった。この金属繊維焼結体は、9470Paの沸点圧力と、2.9μmの平均流孔径を有した。
また、焼結前に金属繊維と結合剤の層を3層のみ積層した点を除いて上記と同じ方法で、本発明に係る金属繊維焼結体を得た。得られた本発明に係る金属繊維焼結体は、2μmの等価直径と54.5のL/Dを有するAISI316Lステンレス鋼からなる金属繊維を含んでおり、この金属繊維焼結体の空隙率は65%であり、単位表面積当たり重量は300g/m2であり、3.4μmの平均流孔径が達成され、9444Paの沸点圧力を有していた。この本発明に係る金属繊維焼結体は、以下に示す図2の本発明に係る金属繊維焼結体として使用した。
おそらく金属ワイヤメッシュを焼結金属繊維生成物に加えて、高真空下、約1050℃にて60分間にわたって再び焼結操作を行った。なお、第1の焼結操作の前に、得られたホイルの積層にメッシュを加えてもよい。
同様のステップを用いて、直径が1.5μmでL/Dが実質的に同じである金属繊維を使用して、焼結金属繊維生産物を得た。得られた金属繊維焼結体は、重量が約333g/m2であり、空隙率が65%であった。この金属繊維焼結体は、沸点圧力が13609Paで、平均流孔径が2.4μmであった。Raは0.99μmであった。
どちらの実施形態も、色々な条件下で、直径が0.51μmの粒子の内、99.95%超の粒子を捕集することができた。
金属繊維焼結体は、排気ガスなどの気体から、又は油または飲料などの液体から、固体微粒子を表面濾過することに使用できる。
図1に示すように、フィルタメディア104の流入側表面103は、金属繊維焼結体102の外面であり、平均流孔径が非常に小さく維持されているので、微粒子101は金属繊維焼結体102を通過することができない。金属繊維焼結体102に焼結され、フィルタメディア104の流出側106に位置する金属メッシュ105は、フィルタメディア104において、圧力抵抗を与えることができる。
固化した金属繊維と結合剤の層が2層(それぞれ230g/m2の重量)のみ施されたことを除いて、実質的には上記と同じプロセスパラメータを使用して本発明に係る金属繊維焼結体を得た。使用した金属繊維は、繊維の等価直径が1.5μm、直径に対する平均長(L/D)が50であるステンレス鋼AISI316L繊維であった。この2層を焼結前に他方の層の上に置いた。焼結後、厚さ0.1mmおよび重量400g/m2で、50%の空隙率を有する金属繊維焼結体を得た。1.7174μmの平均流孔径および13400Paの沸点圧力を得た。
この金属繊維焼結体のRaは0.525μmであった。
図2に示すように、Puralの粒子を含む液体(80容量%が水で、20容量%がエタノール)を濾過するために、上述の金属繊維焼結体をフィルタメディアとして使用する試験を行った。Puralの粒子は、酸化アルミニウムの粒子で、直径1μm未満の粒子が全粒子の10容量%、直径5μm未満の粒子が全粒子の50容量%、直径23μm未満の粒子が全粒子の90容量%という粒径分布を有するものであった。ロードした3.5分後に、バックパルスによってフィルタを洗浄した。
バックパルス後に液体を金属繊維焼結体に流した際の収率(グリーンフィルタの収率に対するパーセントとして表す)を縦座標201に示し、バックパルスによる洗浄の回数202を横座標に示した。図2に示すように、本発明に係る金属繊維焼結体の曲線210は、各洗浄操作後も実質的に同じ収率が得られることを明らかにした。このことは、金属繊維焼結体が濾過した実質的に全ての粒子を、バックパルスが常に除去したことを示す。
曲線220、230および240は、同じ設定の試験を行った従来技術の金属繊維焼結体の曲線である。曲線220は、2μmの等価直径のAISI316L繊維から得た金属繊維焼結体であり、この焼結体は65%の空隙率および300g/m2の重量、3.34μmの平均流孔径、そして約2500のL/Rを有するものであった。この焼結体は、空気堆積法によるウェブから製造した。曲線230は、2μmの等価直径のAISI316L繊維から得た金属繊維焼結体であり、この焼結体は65%の空隙率および300g/m2の重量、3.32μmの平均流孔径、そして1500のL/Rを有するものであった。この焼結体は、既知の抄紙法によってスラリーを湿式ウェブおよび脱水することによって製造した。
従来技術の金属繊維焼結体を使用して得たこれらの曲線から、本発明に係る金属繊維焼結体を使用することによって、従来技術による金属繊維焼結体よりも洗浄性が十分に改良されたことが明らかである。従来技術の金属繊維焼結体では、焼結体は完全に洗浄されず、反復洗浄操作後に著しい収率損失が生じる。
表面フィルタ用途で使用される金属繊維焼結体を示す模式図である。 バックパルスによる洗浄回数に対する、バックパルス後に液体を金属繊維焼結体に流した際の収率(グリーンフィルタの収率に対するパーセント)を表すグラフである。

Claims (16)

  1. 金属繊維の焼結体であって、この金属繊維焼結体は、この金属繊維焼結体の第1の外面として少なくとも第1の金属繊維層を含み、この第1の金属繊維層は、等価直径D1を有する金属繊維を含み、前記焼結体は、前記等価直径D1の2倍未満の平均流孔径を有しており、前記第1の金属繊維層の前記金属繊維が平均繊維長L1を有し、L1/D1の比が110未満であることを特徴とする金属繊維焼結体。
  2. 前記等価直径が5μm未満である請求項1に記載の金属繊維焼結体。
  3. 前記第1の金属繊維層厚が0.2mm未満である請求項1または2に記載の金属繊維焼結体。
  4. 前記平均流孔径が前記等価直径の1.5倍未満である請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  5. 前記平均流孔径が3.5μm未満である請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  6. 前記焼結体が80%未満の空隙率を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  7. 前記焼結体が70%未満の空隙率を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  8. 前記焼結体が10000Paを超える沸点圧力を有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  9. 前記焼結体が前記第1の金属繊維層からなる請求項1〜8のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  10. 前記焼結体が多孔性金属構造体を含み、これは前記第1の金属繊維層に焼結される請求項1〜8のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  11. 前記多孔性金属構造体が金属メッシュである請求項10に記載の金属繊維焼結体。
  12. 前記多孔性金属構造体が第2の金属繊維層を含み、前記第2の金属繊維層が前記第1の金属繊維層の前記金属繊維の前記等価直径D1よりも大きな等価直径D2を有する金属繊維を含む請求項10に記載の金属繊維焼結体。
  13. 前記多孔性金属構造体が、前記第2の金属繊維層に焼結される金属メッシュをさらに含む請求項12に記載の金属繊維焼結体。
  14. 金属繊維焼結体の前記第1の外面が、前記等価直径D1の3倍未満のRa値を有する請求項1〜13のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体。
  15. 気体または液体から固体粒子を表面濾過するための請求項1〜14のいずれか一項に記載の金属繊維焼結体の使用。
  16. ワイン濾過のための請求項15に記載の金属繊維焼結体の使用。
JP2007507790A 2004-04-15 2005-03-24 金属繊維焼結体 Pending JP2007533849A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04101536 2004-04-15
PCT/EP2005/051379 WO2005099863A1 (en) 2004-04-15 2005-03-24 Sintered metal fiber medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007533849A true JP2007533849A (ja) 2007-11-22

Family

ID=34928958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007507790A Pending JP2007533849A (ja) 2004-04-15 2005-03-24 金属繊維焼結体

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20080145500A1 (ja)
EP (1) EP1735075B1 (ja)
JP (1) JP2007533849A (ja)
KR (1) KR20070004831A (ja)
CN (1) CN100515537C (ja)
AT (1) ATE460970T1 (ja)
DE (1) DE602005019993D1 (ja)
ES (1) ES2340397T3 (ja)
WO (1) WO2005099863A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013519825A (ja) * 2010-02-12 2013-05-30 ドナルドソン カンパニー,インコーポレイティド 液体用濾過材
JP2013189676A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 金属多孔体及び金属多孔体の製造方法。

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090008316A1 (en) * 2006-02-23 2009-01-08 John Verhaeghe Filter Plate for Use in a Filter Stack
WO2008000049A2 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Nv Bekaert Sa A sintered metal fiber medium and a method to provide a sintered metal fiber medium
WO2009109435A1 (en) 2008-03-07 2009-09-11 Bekaert Advanced Filtration Sa An elongate mesh pack for use as part of a filter candle
DE102010013507A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-06 Gkn Sinter Metals Holding Gmbh Filtersystem, insbesondere für die Viskosefiltration
KR101247678B1 (ko) * 2010-10-21 2013-04-01 김용우 3중 금속필터
CN102068857A (zh) * 2010-11-26 2011-05-25 王东伟 一种金属纤维毡的生产方法
CN103801156A (zh) * 2014-03-05 2014-05-21 哈尔滨工业大学(威海) 一种多层金属纤维烧结毡
DE102016226234A1 (de) * 2016-12-27 2018-06-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Strömungsplatte für eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektrolyseur
CN107335278A (zh) * 2017-08-17 2017-11-10 佛山泓乾生物科技有限公司 一种果汁过滤膜
CN110787534B (zh) * 2019-11-11 2020-08-04 西安菲尔特金属过滤材料股份有限公司 高温气体除尘用高精度金属纤维毡的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693305A (ja) * 1992-09-11 1994-04-05 Tomoegawa Paper Co Ltd 金属繊維焼結シートの製造方法
JPH07124426A (ja) * 1993-11-08 1995-05-16 Nippon Seisen Co Ltd 精密積層濾過材
WO2002047854A1 (en) * 2000-12-13 2002-06-20 N.V. Bekaert S.A. A sintered product

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL193609C (nl) * 1981-12-30 2000-04-04 Bekaert Sa Nv Samengestelde streng voor verwerking als granulaat in kunststofproducten en werkwijze voor het vervaardigen van een kunststofmenggranulaat.
DE3872868T2 (de) * 1987-12-29 1992-12-03 Bekaert Sa Nv Verdichtung eines metallgewebes.
BE1006452A3 (nl) * 1992-12-18 1994-08-30 Bekaert Sa Nv Poreus gesinterd laminaat omvattende metaalvezels.
US5665479A (en) * 1995-12-12 1997-09-09 N.V. Bekaert S.A. Sintered multilayer metal fiber web
BE1011287A3 (nl) * 1997-07-18 1999-07-06 Bekaert Sa Nv Bierfilter.
EP1018357A1 (en) * 1999-01-08 2000-07-12 N.V. Bekaert S.A. Layered filtering structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693305A (ja) * 1992-09-11 1994-04-05 Tomoegawa Paper Co Ltd 金属繊維焼結シートの製造方法
JPH07124426A (ja) * 1993-11-08 1995-05-16 Nippon Seisen Co Ltd 精密積層濾過材
WO2002047854A1 (en) * 2000-12-13 2002-06-20 N.V. Bekaert S.A. A sintered product

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013519825A (ja) * 2010-02-12 2013-05-30 ドナルドソン カンパニー,インコーポレイティド 液体用濾過材
US10226723B2 (en) 2010-02-12 2019-03-12 Donaldson Company, Inc. Liquid filtration media, filter elements and methods
US11565206B2 (en) 2010-02-12 2023-01-31 Donaldson Company, Inc. Liquid filtration media, filter elements and methods
JP2013189676A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 金属多孔体及び金属多孔体の製造方法。

Also Published As

Publication number Publication date
ES2340397T3 (es) 2010-06-02
ATE460970T1 (de) 2010-04-15
US20080145500A1 (en) 2008-06-19
WO2005099863A1 (en) 2005-10-27
CN100515537C (zh) 2009-07-22
CN1942226A (zh) 2007-04-04
EP1735075B1 (en) 2010-03-17
EP1735075A1 (en) 2006-12-27
KR20070004831A (ko) 2007-01-09
DE602005019993D1 (de) 2010-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007533849A (ja) 金属繊維焼結体
JP2007532778A (ja) 金属繊維焼結体の製造方法
EP2412419A1 (en) Honeycomb filter and method for producing honeycomb filter
US20060273005A1 (en) Porous structures and methods for forming porous structures
WO2000040323A1 (en) Layered filtering structure
US11298663B2 (en) Thin metal/ceramic hybrid membrane sheet and filter
WO2008000049A2 (en) A sintered metal fiber medium and a method to provide a sintered metal fiber medium
US12059652B2 (en) Fe—Al-based metal membrane and preparation method thereof
CN212283588U (zh) 一种Fe-Al系金属膜
JP2007533865A (ja) 金属繊維非焼結体の製造方法
JP5430081B2 (ja) 金属多孔質焼結体の製造方法
JP4187154B2 (ja) 金属多孔質焼結体およびフィルター
JP7215636B1 (ja) 炭化珪素質セラミックハニカム構造体及びその製造方法
WO2000040360A1 (fr) Fabrication d'elements frittes en fibre metallique, et feuille frittee en tissu metallique non tisse
JP3146837B2 (ja) 金属フィルタ及びその製造方法
JPH09253431A (ja) 金属膜フィルタ
JP4622513B2 (ja) セラミック塗料供給方法、積層セラミック電子部品の製造方法及びセラミック塗料供給装置
JPH08229319A (ja) 金属フィルタの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111118