JP2014177639A

JP2014177639A - 半完成金属製品

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Publication number: JP2014177639A
Application number: JP2014098760A
Authority: JP
Inventors: Hofenauer Andreas; ホフェナウアー，アンドレアス; Sorg Christoph; ゾルク，クリストフ; Markusch Ralf; マルクシュ，ラルフ
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2014-09-25
Also published as: CN102137885A; JP2012503694A; EP2331610A1; WO2010034792A1; KR20110136780A; CA2738390A1; US20120273410A1; EP2331610B1; DE102008042415B3

Abstract

【課題】紙製造の標準的な方法で用いる抄紙機によって水を使って比較的安価に製造され、通常の紙のごとく形成され、要すれば熱処理により金属材料に変えられる、被焼成金属含有改良紙の提供。
【解決手段】（ａ）有機繊維材料、（ｂ）結合剤、（ｃ）１５〜９０容量％の金属フィラー、及び、（ｄ）０〜１５容量％の非金属無機フィラー、を含み、（ｃ）及び（ｄ）のフィラーの総含有量が半完成製品の９０容量％を超えない半完成製品。金属材料が、１２００、１３００、又は１６００℃の温度にて１０時間かけた焼成により得られる半完成製品。前記金属フィラーの含有量が、半完成製品の固体容量に対して、少なくとも４５容量％であり、及び／又は、総フィラー含有量が、半完成製品の固体容量に対して、４５〜９０容量％である半完成製品。
【選択図】なし

Description

本発明は、半完成金属製品、金属材料、並びに、該材料及び半完成金属製品の製造方法、並びに、その使用に関する。

例えば、粒子フィルターとしてディーゼル燃焼エンジンの排気機構に組み込まれる、多孔性の被焼成金属構造物は、従来技術のものである。例えば、特許文献１は、くさび形状のフィルター嚢を有する多孔性の被焼成金属構造物を開示している。

エキスパンドメタル支持構造物を用いる被焼成金属フィルターの製造方法は、商業的に知られている。従来技術においては、この種のエキスパンドメタル構造物は、被焼成金属により焼成前にさまざまに性能が高められる。このように、被焼成金属粉体と可能な限り低含有量の有機結合剤とから塗布可能なペーストが調製され、スターフィーダー法により金属織物又はエキスパンドメタルに入れ込まれることが商業的に知られている。

同様に、流動性のペースト又は懸濁物が、被焼成金属粉体、有機結合剤、及び溶媒から調製されることが知られている。このような方式で処理される被焼成金属粉体は、金蔵織物又はエキスパンドメタルをペースト又は懸濁物に浸すことにより塗布される。金属織物又はエキスパンドメタルには、鋳造工程にて懸濁物がかけられ、又はペーストが押し当てられる。どのように改良しても、溶媒を揮発させ、被焼成金属を金属骨子に固定するために乾燥工程が必要とされる。

被焼成金属粉体をワックスと混ぜ、可塑性塊状物を加熱した後に、例えばエキスパンドメタル格子のような金属骨子に塗布することも知られている。

金属織物又はエキスパンドメタルを被覆する工程に関わらず、層厚さ及び層密度を正確に調整することは困難である。加えて、エキスパンドメタルは、得られるフィルターマットの重量及びコストを引き上げる。それゆえ、骨子材料を用いずとも板状で形状を保て安定したフィルターマットを製造できることが望ましい。特許文献２は、斯かる課題を解決し、下記のステップを開示している。
ａ．被焼成金属粉体と有機結合剤とから混合物を調製し、
ｂ．前記混合物からフィルムを作製し、
ｃ．前記フィルムを成形し、そして、
ｄ．焼成する。

斯かる方法においては、被焼成金属フィルムは、半完成製品として使用され、（焼成の前に）そのままの状態で、一般的なフィルター構造物へ変換されるべく、際立った固有安定性を有する。

紙製品との関連において、無機フィルターの本来の役割は、コストを下げ、性能を補うことである。それゆえ、紙の性能は、フィラーによって改良され得る。質量において最大３０〜４０％のフィラー含有量（ＳＣ又はデコールペーパー）が一般的に要求されている。

プレセラミック性であり焼成できる特殊な紙から製造されたセラミック材料には、重要な応用範囲がある。このような紙は、熱によってセラミック材料に変換されることで、例えば７５重量％のプレセラミックフィラー（反応性セラミック相を作る）又はセラミックフィラーにより、顕著に性能が高められる。特許文献３は、ケイ素及びアルミニウムの反応性フィラーにより性能が高められる紙を開示している。斯かる紙は、熱による熱分解及び続く酸化によりセラミック材料に変換される。斯かる方法においては、フィラーが熱分解の間に炭素と反応しセラミック相を形成する。その結果、構成成分として炭化ケイ素、酸化アルミニウム、及びムライトを含む混合セラミックスが得られる。斯かる方法では、セラミック構造物及びセラミック成分を作ることができる。

特許文献４は、反応性フィラー（Ｓｉ，Ａｌ）に代わり、焼成により処理される非反応性フィラー（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ゼオライト、アルミノケイ酸塩）を含む特殊な紙を開示している。斯かる文献は、全て焼成の後にセラミック材料を得ることを開示している。

特許文献５も、セラミック成分を含む紙からセラミック材料を作ることを開示している。

先行技術によれば、被焼成金属フィルムは、板状の半完成製品に基づく、多孔性で肉薄の被焼成金属構造物を製造するために用いられる。被焼成金属フィルムを製造することの問題点は、フィルム作製工程において高揮発性の有機溶媒を用い、防爆設備（爆発の危険性、作業安全性）及び多大な製造コストを要することである。さらなる問題点としては、被焼成金属フィルムが補強繊維を有さず剛性及び安定性が低いということ、また、複雑な形状物を作ることが困難であるということがある。それゆえ、例えば補強繊維としてセルロースなどの有機繊維をさらに含み水性成分にて作ることができる、板状で均質であり安定な半完成金属製品の製造方法を改良することが要望されている。

独国特許出願公開第10128936 A1号明細書国際公開第06/008222号パンフレット独国特許出願公開第103 48 798 A1号明細書独国特許出願公開第10 2006 022 598 A1号明細書米国特許第4,421,599号明細書

本発明は、上記問題点を解決する金属構造物を作るための有効な方法及び手段を提供することの課題に基づく。特に望ましくは、紙における標準的な大きさで、紙製造の標準的な方法で用いる抄紙機によって水を使って比較的安価に製造され、通常の紙のごとく形成され、要すれば熱処理により金属材料に変えられる、被焼成金属含有改良紙を開発することである。

本発明の課題は、驚くべきことに、請求項に記載された半完成製品、該製品の製造方法、その使用、及び金属材料によって解決される。

本発明によれば、金属により改良された板状の半完成製品は、金属含有改良紙として提供され、驚くべきことに、標準的な紙の大きさで抄紙機を用いた標準的な紙製法により、水を使って製造することができる。金属フィラーは、紙製造工程中に取り入れることができる。揮発性有機溶剤を用いる必要はない。紙産業における手順を採用することにより、この種の半完成金属製品は、大幅に速く製造することができ、また、テープ鋳込みのような他の方法におけるよりもかなり大きい寸法に製造することができる。さらには、製紙工程において用いられるセルロース繊維が得られた板状の半完成製品において、補強繊維として働くことにより、斯かる製品は、例えばテープ鋳込みにより製造された被焼成金属フィルムと比較して、より確実に安定で柔軟なものとなる。紙は、標準的な製紙方法により、例えばフィルターに適した複雑な形状へと成形され、要すれば熱により金属材料に変えられる。

図１は、高純度鋼鉄粉体で充たされ波形状に加工された本発明の半完成製品を示している。図２は、高純度鋼鉄粉体で充たされた本発明の半完成製品（フィラー含有量８７重量％、固体容量に対して約５０容量％に相当する）の横断面を示している。図３は、高純度鋼鉄粉体で充たされた本発明の半完成製品（フィラー含有量８７重量％、固体容量に対して約５０容量％に相当する）の横断面を示している。

本発明は、
（ａ）有機繊維材料、
（ｂ）結合剤、
（ｃ）１５〜９０容量％の金属フィラー、及び、
（ｄ）０〜１５容量％の非金属無機フィラー
を含む半完成製品に関し、
半完成製品の固体容量に対して、（ｃ）及び（ｄ）のフィラーの総含有量が半完成製品の９０容量％を超えない。

上記の量は、固体容量に対する割合によって示される。これは、フィラー、セルロース、ラテックス、及びさらなる有機結合剤及び／又はポリマーを含む全ての固体の総容量に対する、フィラーの容量の割合を意味するものである。空隙の容量は、考慮に入れない。これは、請求項を、用いるフィラーの密度、及び、紙の圧縮度から独立させる。半完成製品が金属で充たされる程度は、このような方式で表されることがより好適であることから、本明細書においては、容量百分率により割合を示すことが有効である。一般的に、金属含有容量を高めることにより、金属粒子が接触するため、焼成が容易になる。

本発明は、製紙工程において金属フィラーによって半完成製品の性能を著しく高めることができる。半完成製品は、主として、用いられる金属フィラーによって優れたものになる。板状の半完成金属製品は、圧縮されずに、又は成形後に熱によって圧縮されて得られ、使用され得る。また、半完成製品の性能に大きな影響を与えない量であるが、非金属のフィラーがさらに含まれ得る。好ましくは、金属フィラーよりかなり少ない量の非金属フィラーが含まれる。例えば、金属フィラー１００部に対して、非金属フィラーは、わずか２０、１０、又は５部である。

一実施形態においては、半完成製品における繊維材料（ａ）は、連続的なマトリクスを形成しない。斯かる実施形態においては、繊維材料の含有量は、マトリクスを形成するほど十分なものではない。フィラーは、結合剤によって結合される。さらなる実施形態においては、金属の含有量は、互いに接触でき連続的なマトリクスを形成できるほど十分多い。

本発明の材料は、“半完成製品”と称される。これは、金属含有材料が、さらに処理され得る形で提供されることを意味する。しかしながら、半完成製品自体が日常用いられる物品として使用されることが除外されるわけではない。

本発明のさらなる実施形態においては、半完成製品は、紙又はカードである。半完成製品の紙のような特性は、有機繊維材料（ａ）の含有量に伴って増す。しかしながら、驚くべきことに、繊維材料の含有量が、紙において標準的に規定する量よりかなり少ない量であっても、標準的な製紙方法によって、半完成製品が製造される。

本発明に係る半完成製品は、固体である。該製品は、製造後の残存水分量が非常に少なく、例えば、５重量％未満、１重量％未満、又は０．２重量％未満である。該製品は、好ましくは、標準的な取り扱い及び移送において分解しない程度に十分安定なものである。

好ましい実施形態においては、金属材料は、例えば１０時間、また、例えば１１００〜１８００℃、特に１２００〜１７００℃又は１２００℃〜１６００℃、具体的には１２００、１３００、又は１６００℃の温度で、標準的な条件下にて半完成製品を焼成することにより得られる。本発明の範囲内における“金属材料”は、例えば少なくとも１５、５０、８０、９５、９９、又は１００重量％の十分な金属含有量を有する材料である。

好ましい実施形態においては、半完成製品における金属フィラー（ｃ）の含有量は、半完成製品の固体容量に対して、少なくとも２０容量％、好ましくは少なくとも５０容量％、特に好ましくは少なくとも７６容量％又は少なくとも８５容量％である。総含有量は、半完成製品の固体容量に対して、好ましくは４０〜９５容量％、又は７０〜９５容量％、特に７６〜９０容量％である。金属フィラーの含有量を高めることは、半完成製品に金属のような特性を顕著に与えることができるという点で、有効である。このように、金属粉体含有改良紙を焼成できるものにするためには、被焼成金属粒子が空間内にて十分に近接していなければならない。上記特性は、金属フィラーが紙の中に多く含まれているほど、より十分に提供される。

固体容量に対して、好ましくは少なくとも２０容量％、好ましくは３５容量％、特に好ましくは４５容量％又は５５容量％の金属粉体が含有される。金属は、有機成分よりかなり大きな密度を有するため、斯かる値は、重量％においてはかなり大きな値に相当する。例えば、被焼成金属の８ｇ／ｃｍ^３の見かけ密度においては、斯かる固体の容量含有量は、紙の総乾燥重量に対して、以下の重量含有量に相当する：金属含有改良紙の総乾燥重量に対して、１０容量％が約３７重量％、２０容量％が約５７重量％、３５容量％が約７４重量％、４５容量％が約８１重量％、そして最後に、５５容量％が約８７重量％。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、要すれば合金又は混合物の態様で、周期律表の４周期、５周期、及び６周期の内の少なくとも１種の金属を含む。金属の材質は、例えば、鉄、タングステン、クロム、マンガン、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、バナジウム、ニオビウム、タンタル、銅、銀、金、アルミニウム、青銅、黄銅、スズ、スズ合金、鉛、鉛合金、亜鉛、マグネシウム、Ｍｇ合金、カルシウム、及び、鋼鉄若しくは高純度鋼鉄のようなこれら金属の混合物又は合金である。好ましい実施形態においては、金属フィラーは、少なくとも１種の貴金属を含む。例えば１０００〜２０００℃にて１０時間の焼成において反応せず、炭化物、窒化物、酸化物を形成しない金属が特に好ましい。一実施形態においては、前記金属がケイ素でなく、前記半完成製品がケイ素を含まない。

好ましい実施形態においては、セラミックフィラー、好ましくは炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、及び水酸化物、特に好ましくは炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、窒化ケイ素、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、及びホウ化チタンが非金属無機フィラーとして含有される。原則として、性能を改良すべく、好ましくは黒鉛、活性炭、煤、ダイアモンド、ダイアモンドパウダー、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は炭素繊維などの炭素が低含有量で含まれうる。しかしながら、この種の反応性添加剤が含有されるのは、セラミック材料を形成すべく金属との反応を大きく引き起こさない量のとき、又は引き起こさないときのみである。それゆえ、好ましい実施形態においては、黒鉛や煤といった炭素の元素が含まれていない。

好ましい実施形態においては、非金属フィラーの含有量は、半完成製品の固体容量に対して、１０容量％未満、好ましくは５容量％未満、特に好ましくは２容量％未満である。

好ましい実施形態においては、金属フィラー及び／又はさらなるフィラーは、粉体状及び／又は繊維状の態様であり、好ましくは粒子サイズ及び／又は繊維直径が２００μｍ未満であり、特に好ましくは１００μｍ未満又は５０μｍ未満である。フィラーとして非繊維状粒子を用いることと同様に、繊維に類似したフィラーも、繊維状フィラーとして知られているものと同様に用いられ得る。それゆえ、示されたフィラー含有量は、繊維状及び非繊維状フィラーの両方を含む。例えば、紙に基づく被焼成金属含有構造物において金属短繊維を用いることは、斯かる構造物に優れた強度及び／又は損傷耐性を与え得る。所定の見かけ密度において、粒子又は繊維の直径の代表値が小さくなるほど、製紙工程においてフィラーが沈降する傾向が小さくなる。従って、製紙産業に基づく提示された方法によって、より小さな粒子によって、簡便に紙の性能をより高めることができる。被焼成金属粒子を用いる際には、５０μｍ未満、又は３０μｍ未満の直径範囲の粒子品質のもののみが、最近の数年間で商業的に利用可能となっている。

好ましい実施形態においては、有機繊維材料（ａ）の含有量は、半完成製品の固体容量に対して、２〜８４．５容量％、特に５〜５０、又は、５〜２５容量％である。

結合剤（ｂ）の含有量は、半完成製品の固体容量に対して、０．５〜２０容量％、好ましくは１〜１５容量％、又は、２〜１０容量％である。好ましい実施形態においては、結合剤（ｂ）は、ラテックス及び／又は天然多糖類若しくは天然多糖類誘導体、特にはデンプンである。特にラテックスは、このような状況下において二重の役割を果たす。一方、ラテックス（架橋前ポリマーの乳濁液）を使用すると、製紙工程において激しい凝集を生じさせる。乳濁液としてのラテックスにおいては、１００〜５００ｎｍ範囲の直径を有する非常に微細な滴が形成されている。結果として、比較的活性の低い基材を用いても、用いるラテックスの有効面積は、大きいものとなる。フィルム形成能と関連して、ラテックスを用いることにより、かなり多量のフィラーが、非常に効率よく凝集、即ち、さらなる保形剤と結合し凝集体を形成する。これに関連し、荷電したデンプンをさらに用いることにより、凝集が選択的に制御され得る。強力な凝集により、紙製造における高含水方式において、基材用混合物が金型に塗布されるときにフィラーが型に付着しにくく、フィラーが白濁水とともに失われないこととなる。一方、出来上がった金属含有改良紙において、ラテックスは、弾性のある結合剤の役割を果たす。これにより、紙の粉ふき（フィラーの脱離）が抑制される。セルロース繊維とラテックスとを組み合わせることにより、金属含有改良紙の非常に高い柔軟性が可能となる。ラテックスは、好ましくはポリマーの分散液である。ポリマーの分散液は、水系相におけるコロイド状のポリマー粒子の安定な分散液のことである。ポリマー粒子の直径は、１０ｎｍと５μｍとの間である。酢酸ビニルアクリルエステル、又はメチルメタクリレート及びエチルアクリレート、又はスチレンブタジエン、又はアクリロニトリルに基づくポリマーの分散液が、例えばラテックスとして用いられ得る。具体的には、ＢＡＳＦ社製の商品名「Styronal 809」の製品（スチレンブタジエンに基づく）、及び、Ｅｍｅｒａｌｄ社製の商品名「Nychem 1562x117」の製品（アクリロニトリルに基づく）が、荷電したラテックスとして価値あることが証明されている。

天然多糖類も本発明において用いられ得る。なかでも、デンプンが特に好ましい。例えば、ジャガイモデンプン、トウモロコシデンプン、又は米デンプンが、デンプンとして用いられ得る。さらに、適当な天然多糖類として、キサンタンガム、及びグアーから得られるものがある。天然多糖類及びデンプンは、誘導体化、即ち、公知の方法によって化学的に変性され得る。

好ましい実施形態は、有機結合剤、好ましくはフェノール樹脂を含み、及び／又は、無機結合剤、好ましくはシリカ含有結合剤を含み、及び／又は、有機金属ポリマー、好ましくはシラン、シロキサン、シラザンを含み、及び／又は、ハイブリッドポリマーを含む。これら結合剤は、例えば、ラテックス、及び／又は、天然多糖類若しくは天然多糖類誘導体、特にデンプンと組み合わされて用いられ得る。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、荷電したラテックス、及び／又は、天然多糖類若しくは天然多糖類誘導体、特にデンプンを結合剤として含み、荷電したラテックス又は荷電したデンプンは、半完成製品の総乾燥重量に対して、０．０５〜１５重量％の量、特に好ましくは０．５〜１０重量％の量で存在する。好ましくは、アニオン性ラテックス、及び／又は、カチオン性ラテックスが用いられる。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、保形剤として、ポリビニルアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン、硫酸アルミニウム、及び／又は、ベントナイトを、半完成製品の総乾燥重量に対して、好ましくは０．０１〜７重量％、特に好ましくは０．１〜２重量％の量で含む。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、天然繊維材料（ａ）として、天然繊維、特にセルロースに基づく化学的に変性された天然繊維、又は合成繊維を含む。硫酸セルロース、及び／又は、亜硫酸セルロース、及び／又は、熱機械処理（ＴＭＰ）により調製されたセルロース、及び／又は、化学熱機械処理（ＣＴＭＰ）により調製されたセルロース、及び／又は、綿、及び／又は、リンター、リグノセルロース含有物質、及び／又は、木材パルプが例えば好適である。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、５０〜２００００μｍの厚み、好ましくは１００〜１５００μｍの厚みを有する。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、さらに、湿潤剤、及び／又は、分散剤、好ましくはカチオン性及び／又はアニオン性の安定化剤を含む。湿潤剤、及び／又は、分散剤は、半完成製品の総乾燥重量に対して、好ましくは０．０５〜５重量％の量、特に０．１〜３重量％の量で含まれる。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、完全な熱分解の間に、半完成製品の総乾燥重量に対して、５０重量％未満、好ましくは４０重量％未満、特に好ましくは３０重量％未満、又は２０重量％未満の重量減少を被る。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、製紙技術を利用して、好ましくは段ボール構造物、ハニカム構造物、又は管状構造物となって成形される。

好ましい実施形態においては、半完成製品は、金属支持構造物と組み合わされて、好ましくはエキスパンドメタルと組み合わされて、又は、金属繊維織物と組み合わされて、製紙技術を利用して、好ましくは段ボール構造物、ハニカム構造物、又は管状構造物となって成形される。

本発明は、さらには、金属材料を作るための上記請求項の１つ又はそれ以上に記載の半完成製品の使用に関し、例えば、気体又は液体のフィルター、触媒担体、触媒コンバータ、熱交換器、障壁層、ハウジング部材、バーナー孔、電磁波遮蔽紙としての使用に関する。

本発明は、さらには、
−繊維材料（ａ）、結合剤（ｂ）、並びにフィラー（ｃ）及び（ｄ）を、溶媒中、好ましくは水中にて混合してペーストを作るステップ、
−抄紙機、又は押出成形若しくは射出成形を利用してペーストを処理し、半完成製品を成形するステップ、
を有する、上記請求項の少なくとも１つに記載の半完成製品の製造方法に関する。

好ましい実施形態においては、半完成製品を懸濁物で被覆する。懸濁物は、好ましくは、有機結合剤、及び／又は、金属、及び／又は、セラミック、及び／又は、炭素含有及び／又はリグノセルロース含有添加剤を、粉体及び／又は繊維の形で含む。

本発明は、さらには、有機成分が取り除かれるまで熱処理される本発明の金属材料、半完成製品を製造する方法に関する。これは、例えば、有機成分の含有量を１、０．２、又は０．０５重量％にすることを意味している。大部分の金属マトリクスは、取り残される。斯かる方法は、例えば酸化物、窒化物、若しくは炭化物を作らず、金属が化学的に反応しない、若しくは実質的に化学的に反応しない（例えば１０、５、２％未満）ように実施する。

本発明は、さらには、本発明の半完成製品を使用した金属材料の製造方法に関し、下記の少なくとも１つにより特徴付けられる。
−半完成製品に、有機結合剤、好ましくはフェノール樹脂を浸透させ、及び／又は、無機結合剤、好ましくはシリカ含有結合剤を浸透させ、その後、３００℃までの温度、好ましくは２００℃までの温度で加熱処理する。又は、
−半完成製品に、ハイブリッドポリマー、及び／又は、有機金属ポリマー、好ましくはシラン、シロキサン、若しくはシラザンを浸透させ、その後、３００℃までの温度、好ましくは２００℃までの温度で加熱処理し、そして、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度、より好ましくは１２００℃又は１０００℃までの温度で熱分解する。
又は、
−半完成製品を、１２００℃までの温度、好ましくは８００℃までの温度で熱分解し、その後、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度、より好ましくは１２００℃まで又は１０００℃までの温度で焼成する。又は、
−半完成製品を、１２００℃までの温度、好ましくは８００℃までの温度で熱分解し、その後、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度、より好ましくは１２００℃まで又は１０００℃までの温度で焼成し、そして、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度で、金属、好ましくはアルミニウム、銅、又はケイ素を浸透させる。

本発明の半完成製品は、少なくとも２層の積層体であってもよい。本発明の具体的な実施形態においては、本発明の半完成製品の少なくとも２つが、半完成製品の製造中に互いに結合される。この場合、層は、１つ１つ平坦に重ねられる。

本発明の好ましい実施形態においては、製紙技術を利用して、各半完成製品の層又は未だ乾燥していない作製直後の層の複数が製造中に結合される。この場合、２つの各半完成製品は、好ましくは湿っているうちにコーチングによって、１０重量％、好ましくは２０重量％、特に好ましくは４０重量％を超える水分含有量の湿度において相互に結合される。そして、積層体が乾燥するときに結合のための力が与えられる。

本発明の好ましい実施形態においては、少なくとも２つの各半完成製品が結合剤によって結合される。前記結合剤は、好ましくは有機結合剤、特に、デンプン、ラテックス、又はポリビニルアルコールである。ハイブリッドポリマー、有機金属ポリマー、又はこれら物質の混合物も好適である。この場合、半完成製品の層は、結合剤を用いて提供され、接着結合される。さらに好ましい実施形態においては、結合剤が金属フィラーを含む。

さらに本発明は、本発明の方法によって得られる金属材料に関する。本発明の材料は、主として金属マトリクスを含む。該材料は、機械的歪みを受けても安定であることが好ましい。該材料は、好ましくは多孔性であり、空孔の含有量は、該材料の容量に対して、好ましくは２０〜９５％、又は３０〜７０％である。空孔の大きさは、少なくとも空孔の９５％が、例えば１μｍと２０００μｍとの間、より好ましくは３０μｍと５００μｍとの間である。平均空孔径は、好ましくは１μｍと２０００μｍとの間、より好ましくは３０μｍと５００μｍとの間である。空孔形状又は空孔構造の有機的形態造形は、好ましくはセルロース繊維の熱による除去により得られる。

本発明の材料は、高含有量の金属を含むか、又は実質的に金属からなる。少なくとも６０、７５、７０、９５又は９９重量％の金属含有量が好ましい。本発明の材料及び高含有量の金属を含む半完成製品は、このように、いずれの場合でも金属含有量の低い、独国特許出願公開第10 2006 022 598 A1号明細書に記載のセラミック材料及び半完成製品と異なる。

さらに本発明は、気体又は液体のフィルター、触媒担体、触媒コンバータ、熱交換器、障壁層、ハウジング部材、バーナー孔、膜、表面バーナー、断熱材、電極、熱管、熱交換チューブ、コンデンサ、又は、軽量構造物、又は、特に機器電磁波、Ｘ線、レーダーの電磁波遮蔽材としての半完成製品又は金属材料の使用に関する。

本発明は、本発明の半完成製品又は材料を含む、気体又は液体のフィルター、触媒担体、触媒コンバータ、熱交換器、障壁層、ハウジング部材、バーナー孔、膜、表面バーナー、断熱材、電極、熱管、熱交換チューブ、コンデンサ、軽量構造物、又は、特に機器電磁波、Ｘ線、レーダーの電磁波を遮蔽する被覆材に関する。本発明の半完成製品は、軽量構造物、又は、電磁波を遮蔽する被覆材などの装置として特に好適である。

補強繊維として作用するセルロース繊維が、金属支持構造物がなくとも利用に適した構造物へ変わることから、本発明の潜在的な利点は、板状で均質であり安定で柔軟な半完成金属製品を提供することにある。

この種の紙が、水系の製紙技術により、即ち有機溶剤を使わずに、紙における標準的な寸法及びコストで製造され得ることは、同様に利点である。

金属紙の厚み、密度及び微細構造が正確に調整でき、例えば熱変換するときに、得られた金属材料の強度や微細構造などを正確に制御することができることは、利点である。

熱変換するときに、得られた金属材料の空隙率及び微細構造をセルロースの熱分解によって制御できることは、同様に利点である。

金属含有改良紙に対して、製紙技術（例えばサイズプレス）を利用して含浸をすること、及び／又は、製紙技術（例えばコーチング、延展）を利用して被覆すること、及び／又は、印刷（例えばスクリーン印刷）することができる点は、同様に利点である。

セルロースなどの有機繊維を用いた補強により、金属含有改良紙を、例えばフィルター構造物の形状へと精度良く変えることができる点は、同様に利点であり、製紙技術を利用して、波形状（コルゲート板製品）及び／又は巻形状（巻管製品）などに成形する用途において好適である。

組成及び／又は粒子サイズにおいて異なる粉体で充たされた紙を、例えば熱変換することで際立った特性を獲得できるように、互いに結合できる点は、同様に利点である。

金属含有改良紙が金属繊維も金属粒子も含むことができるように、製紙工程において金属繊維も金属粒子も導入することができるという点は、同様に利点である。

セルロース、金属、有機結合剤、及びラテックスのようなさらなる添加剤を含む水性懸濁液を、製紙方法によって形成される板状より、むしろ射出成形又は押出成形により３次元状となるように形成できる点は、さらに利点である。

エキスパンドメタルのような金属支持構造物に金属含有改良紙を結合することができる点も、利点である。

金属フィラーの含有量が多いため、焼成される場合に紙又は紙構造物が効率よく金属材料へ変換される点も、同様に利点である。

（実施例１）高純度鋼鉄を含む半完成製品
半完成製品は、下記の構成成分から製造した。

未漂白の針葉樹（総紙量（絶乾）に対して９．９７重量％）
カチオン性トウモロコシデンプン（総紙量（絶乾）に対して０．５重量％）
高純度鋼鉄粉体（FeCrNiMoMnSi）品名「Ampersint 0717.02」H.C. Starck社製
（総紙量（絶乾）に対して８７重量％）
ラテックス（アニオン性；総紙量（絶乾）に対して２．５重量％）
カチオン性ポリアクリルアミド（総紙量（絶乾）に対して０．０３重量％）

高純度鋼鉄粉体「Ampersint 0717.02」は、下記の組成を有する。
Cr 16.5 %
Ni 10.2 %
Mo 2.3 %
Mn 1.4 %
Si 0.4 %
C 0.032 %
S 0.005 %
P ＜ 0.01 %
Fe 残部

粒子径分布は、
D90 12.9 μm
D50 10.6 μm
D10 3.4 μm

＜各配合成分の準備＞
セルロース：
約２リッターの水道水を用い、粉砕機（例えば、「MK III C」Messmer社製）を使って２０分間、乾燥セルロースを粉砕した。得られたセルロース懸濁液を水道水により固形分含有量が０．５％になるまで希釈した。
カチオン性トウモロコシデンプン：
水道水中で約３％濃度にて、９５℃で、６０分間、撹拌しながら温め、次に、冷水で約１％濃度になるように希釈し、２０分間撹拌した。室温まで冷却した。固形分含有量を特定した。
高純度鋼鉄粉体：直接計量した。
ラテックス：水道水で固形分含有量４％に希釈した。
カチオン性ポリアクリルアミド：撹拌しながら水道水で固形分含有量０．０２２６％に希釈した。

＜試験用シートの製造＞
直径２０ｃｍであり坪量３１８．３ｇ／ｍ^２の円板状試験用シートを、ラッピド−コーセン法により、試験用シート抄紙機（例えば、「G8 KT」 Gockel社製）を用いて製造した。斯かる製造のために、２０２．０９ｇのセルロース懸濁液（固形分含有量０．５％）をホウケイ酸塩製ビーカー（容量６００ｍｌ）に入れた。実験用スターラー（例えば、「IKA RW 20 DZM」）を用いて７００ｒｐｍで撹拌しながら、４．７４ｇのカチオン製デンプンの懸濁液（固形分含有量１．０６％）を加えた。さらに３０秒間撹拌した後、８．７ｇの高純度鋼鉄粉体を加えた。さらに３０秒間撹拌した後、６．２５ｇのアニオン性ラテックス乳濁液（固形分含有量４％）を加えた。引き続いて１分間撹拌した後、１３．２９ｇのカチオン性ポリアクリルアミド（固形分含有量０．２２６％）を加え、さらにもう１分間撹拌した。得られた混合物をラッピド−コーセン抄紙機に入れた。製造したシートは、真空下の９６℃にて１０分間乾燥させた。図２及び図３は、半完成製品の横断面である。半完成製品は、約５０容量％の固形分含有量を有している。

上記方法で製造し、高純度鋼鉄粉体が充たされた紙は、カレンダーを用いて、９０ＫＮ／ｍのライン圧力で９０℃にて圧縮され、波付装置によりＣ波形状に成形された。波形状となった紙サンプルは、続いて、最高温度１０００℃にて酸素雰囲気下において前焼成された。これにより、全ての有機成分が酸化によって取り除かれ、高純度鋼鉄粒子に最初の圧縮が与えられた。続いて、高純度鋼鉄粉体を焼成すべく、必要に応じ標準的な方法により、完全な焼成が施される。斯かる目的のため、標準的には、水素雰囲気下、又は希ガス雰囲気下、又は真空下にて１０００〜１６００℃の温度範囲で焼成が行われる。焼成は、１０００℃と１４００℃との間で実施した。

（実施例２）鉄を含む半完成製品
半完成製品は、下記の構成成分から製造した。

未漂白の針葉樹（総紙量（絶乾）に対して９．９７重量％）
カチオン性トウモロコシデンプン（総紙量（絶乾）に対して０．５重量％）
カルボニル鉄粉体（品名「Carbonyliron SQ」Imhoff & Stahl社製
（総紙量（絶乾）に対して８７重量％）
ラテックス（アニオン性；総紙量（絶乾）に対して２．５重量％）
ポリアクリルアミド（カチオン性総紙量（絶乾）に対して０．０３重量％）

各配合成分を準備し、実施例１のようにして紙を製造した。この方法で製造し、カルボニル鉄で充たされた紙は、カレンダーを用いて、９０ＫＮ／ｍのライン圧力で９０℃にて圧縮され、波付装置によりＣ波形状に成形された。続いて、最高温度１０００℃にて酸素雰囲気下において前焼成された。これにより、全ての有機成分が酸化によって取り除かれ、鉄粒子に最初の圧縮が与えられた。続いて、必要に応じ金属焼成の標準的な方法により、完全な焼成が施される。斯かる目的のため、標準的には、水素雰囲気下、又は希ガス雰囲気下、又は真空下にて１０００〜１６００℃の温度範囲で焼成が行われる。焼成は、１０００℃と１４００℃との間で実施した。

Claims

（ａ）有機繊維材料、
（ｂ）結合剤、
（ｃ）１５〜９０容量％の金属フィラー、及び、
（ｄ）０〜１５容量％の非金属無機フィラー、
を含み、各容量が半完成製品の固体容量に対して示され、（ｃ）及び（ｄ）のフィラーの総含有量が半完成製品の９０容量％を超えない半完成製品。
前記結合剤（ｂ）が、ラテックス、及び／又は、天然多糖類若しくは天然多糖類誘導体、特にデンプンであることを特徴とする請求項１記載の半完成製品。
前記有機繊維材料（ａ）の含有量が、半完成製品の固体容量に対して、２〜８４．５容量％であり、前記結合剤（ｂ）の含有量が、０．５〜２０容量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の半完成製品。
前記有機繊維材料（ａ）が連続的なマトリクスを形成していないことを特徴とする請求項１記載の半完成製品。
金属材料が、１２００、１３００、又は１６００℃の温度にて１０時間かけた焼成により得られることを特徴とする請求項１記載の半完成製品。
前記金属フィラーの含有量が、半完成製品の固体容量に対して、少なくとも４５容量％であり、及び／又は、総フィラー含有量が、半完成製品の固体容量に対して、４５〜９０容量％であることを特徴とする請求項１記載の半完成製品。
周期律表の４周期、５周期、及び６周期のうちの典型元素又は遷移元素の少なくとも１種の金属を含むことを特徴とする請求項１〜６の少なくとも１項に記載の半完成製品。
金属の材質が、鉄、タングステン、クロム、マンガン、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、チタン、バナジウム、ニオビウム、タンタル、銅、銀、金、アルミニウム、青銅、黄銅、スズ、スズ合金、鉛、鉛合金、亜鉛、マグネシウム、Ｍｇ合金、カルシウム、及び、これら金属の混合物又は合金から選ばれることを特徴とする請求項１〜７の少なくとも１項に記載の半完成製品。
セラミックフィラー、好ましくは炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、及び水酸化物、特に好ましくは炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、二酸化チタン、窒化ケイ素、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、及びホウ化チタン、及び／又は、リグノセルロース含有フィラー、及び／又は、炭素、好ましくは黒鉛、活性炭、煤、ダイアモンド、ダイアモンドパウダー、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は炭素繊維が、非金属無機フィラーとして用いられることを特徴とする請求項１〜８の少なくとも１項に記載の半完成製品。
非金属フィラーの含有量が、半完成製品の固体容量に対して、５容量％未満であることを特徴とする請求項１〜９の少なくとも１項に記載の半完成製品。
前記金属フィラー及び／又はさらなるフィラーが、粉体状及び／又は繊維状の態様であり、好ましくは粒子サイズ及び／又は繊維直径が２００μｍ未満であり、特に好ましくは１００μｍ未満又は５０μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１０の少なくとも１項に記載の半完成製品。
有機結合剤、好ましくはフェノール樹脂を含み、及び／又は、無機結合剤、好ましくはシリカ含有結合剤を含み、及び／又は、有機金属ポリマー、好ましくはシラン、シロキサン、シラザンを含み、及び／又は、ハイブリッドポリマーを含むことを特徴とする請求項１〜１１の少なくとも１項に記載の半完成製品。
硫酸セルロース、及び／又は、亜硫酸セルロース、及び／又は、熱機械処理（ＴＭＰ）により調製されたセルロース、及び／又は、化学熱機械処理（ＣＴＭＰ）により調製されたセルロース、及び／又は、綿、及び／又は、リンター、及び／又は、木材パルプ、及び／又は、合成繊維を繊維材料として含むことを特徴とする請求項１〜１２の少なくとも１項に記載の半完成製品。
５０〜２００００μｍの厚み、好ましくは１００〜１５００μｍの厚みを有することを特徴とする請求項１〜１３の少なくとも１項に記載の半完成製品。
湿潤剤、及び／又は、分散剤、好ましくはカチオン性及び／又はアニオン性の安定化剤をさらに含み、前記湿潤剤、及び／又は、前記分散剤が、半完成製品の総乾燥重量に対して、０．０５〜５重量％の量、特に好ましくは０．１〜３重量％の量で存在していることを特徴とする請求項１〜１４の少なくとも１項に記載の半完成製品。
荷電したラテックス、及び／又は、荷電したデンプンを含み、前記荷電したラテックス又は前記荷電したデンプンが、半完成製品の総乾燥重量に対して、０．０５〜１５重量％の量、特に好ましくは０．５〜１０重量％の量で存在していることを特徴とする請求項２記載の半完成製品。
ポリビニルアミン、ポリアクリルアミド、ポリアミドアミン、硫酸アルミニウム、及び／又は、ベントナイトを保形剤として含み、半完成製品の総乾燥重量に対して、好ましくは０．０１〜７重量％、特に好ましくは０．１〜２重量％の量で含むことを特徴とする請求項１〜１６の少なくとも１項に記載の半完成製品。
完全な熱分解の間に、半完成製品の総乾燥重量に対して、５０重量％未満、好ましくは４０重量％未満、さらに好ましくは３０重量％未満、特に好ましくは２０重量％未満の重量減少を被ることを特徴とする請求項１〜１７の少なくとも１項に記載の半完成製品。
製紙技術を利用して、好ましくは段ボール構造物、ハニカム構造物、又は管状構造物へと成形されることを特徴とする請求項１〜１８の少なくとも１項に記載の半完成製品。
金属支持構造物と組み合わされて、好ましくはエキスパンドメタルと組み合わされて、又は、金属繊維織物と組み合わされて、製紙技術を利用して、好ましくは段ボール構造物、ハニカム構造物、又は管状構造物へと成形されることを特徴とする請求項１〜１９の少なくとも１項に記載の半完成製品。
複数の層が結合されて積層体が形成されていることを特徴とする請求項１〜２０の少なくとも１項に記載の半完成製品。
金属材料を製造するための、請求項１〜２１の１項以上に記載の半完成製品の使用。
−繊維材料（ａ）、結合剤（ｂ）、並びにフィラー（ｃ）及び（ｄ）を、溶媒中にて混合してペーストを作るステップ、
−抄紙機、又は押出成形若しくは射出成形を利用してペーストを処理し、半完成製品を成形するステップ、
を有する、請求項１〜２２の少なくとも１項に記載の半完成製品を製造するための製造方法。
半完成製品を懸濁物で被覆する、請求項１〜２１の１項以上に記載の被覆された半完成製品を製造するための製造方法。
前記懸濁物が、有機結合剤、及び／又は、金属、及び／又は、セラミック、及び／又は、炭素含有及び／又はリグノセルロース含有添加剤を、粉体及び／又は繊維の態様で含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
少なくとも２つの半完成製品を互いに結合する請求項１〜２５の１項以上に記載の半完成製品を製造するための製造方法。
請求項１〜２６のいずれか１項に記載の半完成製品を、有機成分が取り除かれるまで加熱して金属材料を製造する金属材料の製造方法。
−半完成製品に、有機結合剤、好ましくはフェノール樹脂を浸透させ、及び／又は、無機結合剤、好ましくはシリカ含有結合剤を浸透させ、その後、３００℃までの温度、好ましくは２００℃までの温度で加熱処理するステップ、又は、
−半完成製品に、ハイブリッドポリマー、及び／又は、有機金属ポリマー、好ましくはシラン、シロキサン、若しくはシラザンを浸透させ、その後、３００℃までの温度、好ましくは２００℃までの温度で加熱処理し、そして、１６００℃までの温度、好ましくは１２００℃、最も好ましくは８００℃までの温度で熱分解するステップ、又は、
−半完成製品を、１２００℃までの温度、好ましくは８００℃までの温度で熱分解し、その後、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度、より好ましくは１２００℃まで又は１０００℃までの温度で焼成するステップ、又は、
−半完成製品を、１２００℃までの温度、好ましくは８００℃までの温度で熱分解し、その後、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度、より好ましくは１２００℃まで又は１０００℃までの温度で焼成し、そして、１６００℃までの温度、好ましくは１４００℃までの温度で、金属、好ましくはアルミニウム、銅、又はケイ素を浸透させるステップ、
の少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１〜２７の少なくとも１項に記載の半完成製品を用いて金属材料を製造する金属材料の製造方法。
請求項２７又は２８のいずれかに記載の方法により得られる金属材料。
気体又は液体のフィルター、触媒担体、触媒コンバータ、熱交換器、障壁層、ハウジング部材、バーナー孔、膜、表面バーナー、断熱材、電極、熱管、熱交換チューブ、コンデンサ、又は、軽量構造物、又は、特に機器電磁波、Ｘ線、レーダーの電磁波遮蔽材として、請求項１〜２１のいずれかに記載の半完成製品、又は、請求項２９記載の金属材料を使用する使用方法。
請求項１〜２１のいずれかに記載の半完成製品、又は、請求項２９記載の金属材料を含む、気体又は液体のフィルター、触媒担体、触媒コンバータ、熱交換器、障壁層、ハウジング部材、バーナー孔、膜、表面バーナー、断熱材、電極、熱管、熱交換チューブ、コンデンサ、軽量構造物、又は、特に機器電磁波、Ｘ線、レーダーの電磁波を遮蔽する被覆材。