JP3471740B2 - 繊維質断熱材およびその製造方法 - Google Patents
繊維質断熱材およびその製造方法Info
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- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過酷な温度条件下
で使用可能な高い断熱性と強度を兼ね備えた繊維質断熱
材およびその製造方法に関する。
で使用可能な高い断熱性と強度を兼ね備えた繊維質断熱
材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば加熱炉や溶解炉などで用いられ
る断熱材としては、従来、耐火煉瓦などのセラミックス
製断熱材が知られている。表１は代表的なセラミックス
製断熱材を示すものである。表１から判るように、これ
ら断熱材は、強度が高いものは断熱性に劣り、断熱性が
優れているものは強度が低いという二律背反した特性を
有している。また、強度が低いものは脆いため、溶損や
摩滅などにより耐久性が低いという欠点がある。
る断熱材としては、従来、耐火煉瓦などのセラミックス
製断熱材が知られている。表１は代表的なセラミックス
製断熱材を示すものである。表１から判るように、これ
ら断熱材は、強度が高いものは断熱性に劣り、断熱性が
優れているものは強度が低いという二律背反した特性を
有している。また、強度が低いものは脆いため、溶損や
摩滅などにより耐久性が低いという欠点がある。
【０００３】
【表１】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなセラミッ
クス製断熱材の他に、ガラス繊維やシリカ繊維、あるい
はその他のセラミックス繊維を集合させて不織布とした
ものも知られている。しかしながら、ガラス繊維製のも
のは使用可能な温度が４００〜５００℃であり、高温で
の使用には適していない。また、シリカ等のセラミック
ス繊維製のものでは、強度が高いものは断熱性に劣り、
断熱性が優れているものは強度が低いという上記と同じ
欠点を有している。したがって、本発明は、高い耐熱性
を有することは勿論のこと、高い断熱性と強度を兼ね備
えた繊維質断熱材およびその製造方法を提供することを
目的としている。
クス製断熱材の他に、ガラス繊維やシリカ繊維、あるい
はその他のセラミックス繊維を集合させて不織布とした
ものも知られている。しかしながら、ガラス繊維製のも
のは使用可能な温度が４００〜５００℃であり、高温で
の使用には適していない。また、シリカ等のセラミック
ス繊維製のものでは、強度が高いものは断熱性に劣り、
断熱性が優れているものは強度が低いという上記と同じ
欠点を有している。したがって、本発明は、高い耐熱性
を有することは勿論のこと、高い断熱性と強度を兼ね備
えた繊維質断熱材およびその製造方法を提供することを
目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】高強度（高靭性）と高耐
熱性を考えた場合、耐熱合金が有利である。しかしなが
ら、耐熱合金はセラミックスと比べて熱伝導率が高く、
断熱材には不向きである。たとえば、粉末冶金法によっ
て多孔質の断熱材を作製しても、断熱性は充分ではなか
った。そこで、本発明者は、金属繊維に着目して多孔質
体を形成したところ、優れた断熱性と高強度を有するこ
とを見い出した。本発明の繊維質断熱材の製造方法はこ
のような知見に基づいてなされたもので、回転するロー
ルの外周に設けたエッジに溶融金属を連続的に接触さ
せ、上記溶融金属をロールの接線方向に引き出すととも
に急冷して線径が２０〜１００μｍの金属繊維を形成す
る溶湯抽出工程と、ランダムに集合させられた上記金属
繊維からその一部を梳ってシート状にまとめる解繊工程
と、この解繊工程で製造されたシート状体の金属繊維ど
うしの接点で互いに接合して金属多孔質体とする接合工
程とを備え、溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量％含有
し、かつ、Ｓｉを３〜１０重量％およびＡｌを３〜１０
％のうち少なくともいずれか一方を含有するＦｅ−Ｃｒ
合金であることを特徴としている。このような製造方法
によれば、空孔率の大きな金属多孔質体を構成すること
ができるから、断熱性に優れた繊維質断熱材を製造する
ことができる。また、溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量
％含有し、かつ、Ｓｉを３〜１０重量％およびＡｌを３
〜１０％のうち少なくともいずれか一方を含有するＦｅ
−Ｃｒ合金であるから、耐酸化性と耐熱性を向上させる
ことができるのはもちろんのこと、難加工材であっても
溶湯抽出による金属繊維の製造を円滑に行うことができ
る。
熱性を考えた場合、耐熱合金が有利である。しかしなが
ら、耐熱合金はセラミックスと比べて熱伝導率が高く、
断熱材には不向きである。たとえば、粉末冶金法によっ
て多孔質の断熱材を作製しても、断熱性は充分ではなか
った。そこで、本発明者は、金属繊維に着目して多孔質
体を形成したところ、優れた断熱性と高強度を有するこ
とを見い出した。本発明の繊維質断熱材の製造方法はこ
のような知見に基づいてなされたもので、回転するロー
ルの外周に設けたエッジに溶融金属を連続的に接触さ
せ、上記溶融金属をロールの接線方向に引き出すととも
に急冷して線径が２０〜１００μｍの金属繊維を形成す
る溶湯抽出工程と、ランダムに集合させられた上記金属
繊維からその一部を梳ってシート状にまとめる解繊工程
と、この解繊工程で製造されたシート状体の金属繊維ど
うしの接点で互いに接合して金属多孔質体とする接合工
程とを備え、溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量％含有
し、かつ、Ｓｉを３〜１０重量％およびＡｌを３〜１０
％のうち少なくともいずれか一方を含有するＦｅ−Ｃｒ
合金であることを特徴としている。このような製造方法
によれば、空孔率の大きな金属多孔質体を構成すること
ができるから、断熱性に優れた繊維質断熱材を製造する
ことができる。また、溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量
％含有し、かつ、Ｓｉを３〜１０重量％およびＡｌを３
〜１０％のうち少なくともいずれか一方を含有するＦｅ
−Ｃｒ合金であるから、耐酸化性と耐熱性を向上させる
ことができるのはもちろんのこと、難加工材であっても
溶湯抽出による金属繊維の製造を円滑に行うことができ
る。
【０００６】
【０００７】
【発明の実施の形態】金属繊維どうしの接合手段として
は、金属多孔質体を加熱して金属繊維どうしの接点で焼
結させる方法が最も簡便である。あるいは、金属繊維ど
うしをロウ付けしたり、接着剤によって接着することも
可能である。さらに、電気抵抗溶接なども適用可能であ
る。
は、金属多孔質体を加熱して金属繊維どうしの接点で焼
結させる方法が最も簡便である。あるいは、金属繊維ど
うしをロウ付けしたり、接着剤によって接着することも
可能である。さらに、電気抵抗溶接なども適用可能であ
る。
【０００８】金属多孔質体の金属繊維は、主としてほぼ
一平面に沿ったランダムな方向に長手方向を配向させる
とともに、一平面と直交する方向に互いに重なり合って
シート状体とされていることが望ましい。このように金
属繊維の長手方向を主としてほぼ一平面に沿って配向さ
せることにより、シート状体の厚さ方向では繊維どうし
が接点で接合されているのみであるため熱伝導が阻ま
れ、その方向での断熱性が飛躍的に向上する。
一平面に沿ったランダムな方向に長手方向を配向させる
とともに、一平面と直交する方向に互いに重なり合って
シート状体とされていることが望ましい。このように金
属繊維の長手方向を主としてほぼ一平面に沿って配向さ
せることにより、シート状体の厚さ方向では繊維どうし
が接点で接合されているのみであるため熱伝導が阻ま
れ、その方向での断熱性が飛躍的に向上する。
【０００９】金属繊維の長手方向では金属自体の熱伝導
があるために熱伝導率が高い。一方、金属繊維の長手方
向と直交する方向では、空孔内媒体（大気中では空気）
の熱伝導が主となるために熱伝導率が低い。したがっ
て、シート内での金属繊維の配向を適宜調整することに
より、シートの厚さ方向と平面に沿った方向の断熱性を
任意に制御することができる。たとえば、解繊工程で製
造したシート状体の厚さ方向にニードルパンチを打ち込
み、厚さ方向に沿った方向に配向した金属繊維の割合を
増加させることにより、厚さ方向への熱伝導率を上げて
平面方向への熱伝導率を下げることができる。また、そ
のような処理を行った場合、金属繊維どうしの絡み合い
度合いがより多くなり、金属多孔質体の強度もさらに向
上する。なお、金属多孔質体は、１枚のシート状体かあ
るいはこれを複数積層して構成することができる。
があるために熱伝導率が高い。一方、金属繊維の長手方
向と直交する方向では、空孔内媒体（大気中では空気）
の熱伝導が主となるために熱伝導率が低い。したがっ
て、シート内での金属繊維の配向を適宜調整することに
より、シートの厚さ方向と平面に沿った方向の断熱性を
任意に制御することができる。たとえば、解繊工程で製
造したシート状体の厚さ方向にニードルパンチを打ち込
み、厚さ方向に沿った方向に配向した金属繊維の割合を
増加させることにより、厚さ方向への熱伝導率を上げて
平面方向への熱伝導率を下げることができる。また、そ
のような処理を行った場合、金属繊維どうしの絡み合い
度合いがより多くなり、金属多孔質体の強度もさらに向
上する。なお、金属多孔質体は、１枚のシート状体かあ
るいはこれを複数積層して構成することができる。
【００１０】金属繊維は溶融抽出法によって製造する。
図１は溶湯抽出装置を示す概略図である。図１において
符号１はロールであり、ロール１の外周にはエッジ１ａ
が形成されている。ロール１の下側には軸線を上下方向
に向けた材料ホルダ２が配置されている。材料ホルダ２
の内部には、金属の線材が上方へ移動可能に収容されて
いる。材料ホルダ２の上端部には加熱コイル３が配置さ
れ、材料ホルダ２の上端から突出する材料Ｍを溶融する
ようになっている。そして、溶融した材料Ｍはロール１
のエッジ１ａに接触し、ロール１の接線方向へ引き出さ
れるとともに急冷されることで均一な線径の金属繊維Ｆ
が製造される。このような溶湯抽出法で製造された金属
繊維Ｆの線径は２０〜１００μｍである。
図１は溶湯抽出装置を示す概略図である。図１において
符号１はロールであり、ロール１の外周にはエッジ１ａ
が形成されている。ロール１の下側には軸線を上下方向
に向けた材料ホルダ２が配置されている。材料ホルダ２
の内部には、金属の線材が上方へ移動可能に収容されて
いる。材料ホルダ２の上端部には加熱コイル３が配置さ
れ、材料ホルダ２の上端から突出する材料Ｍを溶融する
ようになっている。そして、溶融した材料Ｍはロール１
のエッジ１ａに接触し、ロール１の接線方向へ引き出さ
れるとともに急冷されることで均一な線径の金属繊維Ｆ
が製造される。このような溶湯抽出法で製造された金属
繊維Ｆの線径は２０〜１００μｍである。
【００１１】図２は上記のようにして製造された金属繊
維から繊維質断熱材を製造する装置を示す側面図であ
る。図２に示すように、材料コンベア１０には金属繊維
Ｆの集合体が供給され、出口側へ搬送される。材料コン
ベア１０の出口には、フィードローラ１１が配置され、
フィードローラ１１の外側には解繊機構１２が配置され
ている。図２（Ｂ）に示すように、フィードローラ１１
の外周には多数の歯が形成され、金属繊維Ｆを噛み込ん
で送り出すようになっている。また、解繊機構１２の外
周にも多数の歯が形成され、フィードローラ１１に噛み
込まれた金属繊維Ｆからその一部を梳ってコンベア１３
のベルト１４上に落下させる。これが解繊工程であり、
その際に金属繊維Ｆは分断され、ベルト１４上でランダ
ムな方向に配向させられて不織布のようなシート状体Ｗ
とされる。なお、シート状体Ｗは図示しない焼結炉に移
送され、そこで加熱されることによって金属繊維Ｆどう
しの接点が拡散接合された板状のマット（金属多孔質
体）とされる。このマットが繊維質断熱材として使用さ
れる。
維から繊維質断熱材を製造する装置を示す側面図であ
る。図２に示すように、材料コンベア１０には金属繊維
Ｆの集合体が供給され、出口側へ搬送される。材料コン
ベア１０の出口には、フィードローラ１１が配置され、
フィードローラ１１の外側には解繊機構１２が配置され
ている。図２（Ｂ）に示すように、フィードローラ１１
の外周には多数の歯が形成され、金属繊維Ｆを噛み込ん
で送り出すようになっている。また、解繊機構１２の外
周にも多数の歯が形成され、フィードローラ１１に噛み
込まれた金属繊維Ｆからその一部を梳ってコンベア１３
のベルト１４上に落下させる。これが解繊工程であり、
その際に金属繊維Ｆは分断され、ベルト１４上でランダ
ムな方向に配向させられて不織布のようなシート状体Ｗ
とされる。なお、シート状体Ｗは図示しない焼結炉に移
送され、そこで加熱されることによって金属繊維Ｆどう
しの接点が拡散接合された板状のマット（金属多孔質
体）とされる。このマットが繊維質断熱材として使用さ
れる。
【００１２】材料コンベア１０には、溶湯抽出法で製造
された金属繊維がそのまま供給されるから、金属繊維の
集合体では線径が均一となっている。本発明は、そのよ
うな場合に限定されるものではなく、別工程で製造した
線径の異なる金属繊維の集合体を混合して用いることも
できる。
された金属繊維がそのまま供給されるから、金属繊維の
集合体では線径が均一となっている。本発明は、そのよ
うな場合に限定されるものではなく、別工程で製造した
線径の異なる金属繊維の集合体を混合して用いることも
できる。
【００１３】金属多孔質体の空孔率は５０〜９５％であ
ることが望ましい。これにより、一平面に沿う方向の熱
伝導率を０．６〜１０．０Wｍ−１K−1とすることがで
き、また、一平面と直交する方向の熱伝導率を０．１〜
０．６Wｍ−１K−1とすることができる。空孔率が大き
ければ大きいほど熱伝導率が低下するが、空孔率が９５
％を超えると、空孔内で空気の対流が生じて逆に熱伝導
率が高くなる。より好ましい空孔率の範囲は７５〜９０
％である。
ることが望ましい。これにより、一平面に沿う方向の熱
伝導率を０．６〜１０．０Wｍ−１K−1とすることがで
き、また、一平面と直交する方向の熱伝導率を０．１〜
０．６Wｍ−１K−1とすることができる。空孔率が大き
ければ大きいほど熱伝導率が低下するが、空孔率が９５
％を超えると、空孔内で空気の対流が生じて逆に熱伝導
率が高くなる。より好ましい空孔率の範囲は７５〜９０
％である。
【００１４】空孔率は、図２においてシート状体Ｗを製
造する際の条件、および金属繊維どうしを接合する際の
接合方法によって設定することができる。まず、図２に
おいて解繊機構１２の回転速度とベルト１４の速度を調
整することにより、シート状体Ｗの目付（単位面積当た
りの重量）を調整することができる。すなわち、解繊機
構１２の回転速度を増加するかベルト１４の速度を遅く
すれば、目付の大きなシート状体Ｗの製造が可能であ
り、反対に解繊機構１２の回転速度を遅くするかベルト
１４の速度を増加すれば、目付の小さなシート状体Ｗが
製造可能である。そして、金属繊維どうしを接合する際
に、１枚のシート状体Ｗかあるいはこれを複数枚積層し
たものをシート状体Ｗの板厚方向へ所定の板厚になるよ
うに圧縮することにより、空孔率を調整することができ
る。
造する際の条件、および金属繊維どうしを接合する際の
接合方法によって設定することができる。まず、図２に
おいて解繊機構１２の回転速度とベルト１４の速度を調
整することにより、シート状体Ｗの目付（単位面積当た
りの重量）を調整することができる。すなわち、解繊機
構１２の回転速度を増加するかベルト１４の速度を遅く
すれば、目付の大きなシート状体Ｗの製造が可能であ
り、反対に解繊機構１２の回転速度を遅くするかベルト
１４の速度を増加すれば、目付の小さなシート状体Ｗが
製造可能である。そして、金属繊維どうしを接合する際
に、１枚のシート状体Ｗかあるいはこれを複数枚積層し
たものをシート状体Ｗの板厚方向へ所定の板厚になるよ
うに圧縮することにより、空孔率を調整することができ
る。
【００１５】金属繊維は、Ｃｒを５〜３０重量％含有す
るＦｅ−Ｃｒ合金とする。Ｃｒは金属繊維の表面に不動
態被膜を形成し、金属繊維の耐酸化性と耐熱性を向上さ
せる。Ｃｒの含有量が５重量％未満ではその効果が充分
ではない。また、Ｃｒの含有量が３０重量％を超える
と、溶湯抽出法による金属繊維の製造が困難となるとと
もに、耐酸化性のそれ以上の向上は望めない。さらに、
ＣｒとともにＮｉを５〜３０重量％含有させた場合には
同等以上の効果を得ることができ、市販の材料として
は、ＳＵＳ（例えばＳＵＳ３０４）材がある。なお、Ｆ
ｅの代わりにＮｉを基材としたニッケル基合金において
も同等の効果が予測されるが、その場合には、材料費の
増加による製造コストの増加は避けられないものと思わ
れる。
るＦｅ−Ｃｒ合金とする。Ｃｒは金属繊維の表面に不動
態被膜を形成し、金属繊維の耐酸化性と耐熱性を向上さ
せる。Ｃｒの含有量が５重量％未満ではその効果が充分
ではない。また、Ｃｒの含有量が３０重量％を超える
と、溶湯抽出法による金属繊維の製造が困難となるとと
もに、耐酸化性のそれ以上の向上は望めない。さらに、
ＣｒとともにＮｉを５〜３０重量％含有させた場合には
同等以上の効果を得ることができ、市販の材料として
は、ＳＵＳ（例えばＳＵＳ３０４）材がある。なお、Ｆ
ｅの代わりにＮｉを基材としたニッケル基合金において
も同等の効果が予測されるが、その場合には、材料費の
増加による製造コストの増加は避けられないものと思わ
れる。
【００１６】また、金属繊維は、Ｓｉを３〜１０重量％
およびＡｌを３〜１０％のうち少なくともいずれか一方
を含有し、より高温での耐酸化性を向上させることがで
きる。ＳｉおよびＡｌはＣｒと同様に耐酸化性を向上さ
せる。ＳｉまたはＡｌの含有量が３重量％未満ではその
効果が充分ではない。また、ＳｉまたはＡｉの含有量が
１０重量％を超えると、溶湯抽出法による金属繊維の製
造が困難となる。なお、より高温での耐酸化性を向上さ
せるにはＡｌよりもＳｉの方が好適であり、Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｙ等の希土類元素、およびＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから１
種または２種以上の元素を選択して微量を添加すればさ
らに高温での耐酸化性を向上させることができる。
およびＡｌを３〜１０％のうち少なくともいずれか一方
を含有し、より高温での耐酸化性を向上させることがで
きる。ＳｉおよびＡｌはＣｒと同様に耐酸化性を向上さ
せる。ＳｉまたはＡｌの含有量が３重量％未満ではその
効果が充分ではない。また、ＳｉまたはＡｉの含有量が
１０重量％を超えると、溶湯抽出法による金属繊維の製
造が困難となる。なお、より高温での耐酸化性を向上さ
せるにはＡｌよりもＳｉの方が好適であり、Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｙ等の希土類元素、およびＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆから１
種または２種以上の元素を選択して微量を添加すればさ
らに高温での耐酸化性を向上させることができる。
【００１７】
【実施例】次に、具体的な実施例により本発明をさらに
詳細に説明する。Ａ．Ｃｒ含有量の調査 表２に示すＣｒ含有量のＦｅ−Ｃｒ合金製の試験片（直
径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を作製し、８００℃の大気中
で１０時間保持した。各試験片の表面の組成をＸ線電子
分析装置（Electron Spectroscopy for Chemical Analy
zer）で定性分析した。その結果を表２に併記した。表
２から判るように、Ｃｒ含有量が５重量％未満では、試
験片の表面に形成された酸化被膜がＦｅ酸化物またはＦ
ｅ−Ｃｒ酸化物であり、この酸化被膜は脆くて簡単に剥
離した。一方、Ｃｒ含有量が５重量％以上では酸化皮膜
にＦｅが含まれず、緻密で強固な不動態被膜（Ｃｒ酸化
膜）が形成された。
詳細に説明する。Ａ．Ｃｒ含有量の調査 表２に示すＣｒ含有量のＦｅ−Ｃｒ合金製の試験片（直
径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）を作製し、８００℃の大気中
で１０時間保持した。各試験片の表面の組成をＸ線電子
分析装置（Electron Spectroscopy for Chemical Analy
zer）で定性分析した。その結果を表２に併記した。表
２から判るように、Ｃｒ含有量が５重量％未満では、試
験片の表面に形成された酸化被膜がＦｅ酸化物またはＦ
ｅ−Ｃｒ酸化物であり、この酸化被膜は脆くて簡単に剥
離した。一方、Ｃｒ含有量が５重量％以上では酸化皮膜
にＦｅが含まれず、緻密で強固な不動態被膜（Ｃｒ酸化
膜）が形成された。
【００１８】
【表２】
【００１９】Ｂ．溶湯抽出法による金属繊維の製造
表３に示すＣｒ含有量およびＳｉ含有量の材料を用いて
溶湯抽出法による金属繊維の製造を行った（同時に一般
的な引抜き法による繊維化も実施した）。その製造の状
況を表３に併記した。表３から判るように、Ｃｒ含有量
が３０重量％以下で、かつ、Ｓｉ含有量が１０重量％以
下のときに金属繊維の製造が可能であった。また、溶融
抽出法が一般的な引抜き法に比べて難加工材の繊維化に
より優れていることも実証された。ここで、表３におい
て「×」は、ロールに溶融金属が濡れないなどの理由で
製造が不可能（引抜き法の場合は、繊維径が１００μｍ
以上の段階で繊維が破断してしまい、それ以上の細繊維
化が不可能）なことを示し、「△」は製造は可能である
が、たまに上記のようなトラブルが生じて歩留りが悪い
ことを示す。なお、Ｓｉに代えてＡｌを表３に示す含有
量にして同じ調査を行ったところ、ほぼ同等の結果が得
られた。
溶湯抽出法による金属繊維の製造を行った（同時に一般
的な引抜き法による繊維化も実施した）。その製造の状
況を表３に併記した。表３から判るように、Ｃｒ含有量
が３０重量％以下で、かつ、Ｓｉ含有量が１０重量％以
下のときに金属繊維の製造が可能であった。また、溶融
抽出法が一般的な引抜き法に比べて難加工材の繊維化に
より優れていることも実証された。ここで、表３におい
て「×」は、ロールに溶融金属が濡れないなどの理由で
製造が不可能（引抜き法の場合は、繊維径が１００μｍ
以上の段階で繊維が破断してしまい、それ以上の細繊維
化が不可能）なことを示し、「△」は製造は可能である
が、たまに上記のようなトラブルが生じて歩留りが悪い
ことを示す。なお、Ｓｉに代えてＡｌを表３に示す含有
量にして同じ調査を行ったところ、ほぼ同等の結果が得
られた。
【００２０】
【表３】
【００２１】Ｃ．酸化試験−１
上記Ｂで製造された金属繊維のうち、Ｃｒ含有量が２０
重量％、ＳｉまたはＡｌを含有する線径４０μｍのもの
から重さ１ｇの試験片を作製した。まず、この試験片を
９００℃の大気中で２０時間保持し、ＳｉまたはＡｌの
添加量と加熱後の増加重量（酸化増量）との関係を調べ
た。その結果を図３に示す。なお、図３には、参考のた
めにＣｒを２０重量％含有するＦｅ−Ｃｒ合金で製造し
た試験片の酸化増量を併記した。また、「酸化増量」と
は、（加熱後重量／加熱前重量−１）×１００によって
算出される。図３から判るように、ＳｉまたはＡｌの添
加量が３重量％未満では酸化増量はかなり多いが、その
添加量が３重量％から増加するにつれて酸化増量が著し
く減少している。したがって、ＳｉまたはＡｌを３重量
％以上含有することにより、９００℃といった高温での
耐酸化性に優れることが確認された。
重量％、ＳｉまたはＡｌを含有する線径４０μｍのもの
から重さ１ｇの試験片を作製した。まず、この試験片を
９００℃の大気中で２０時間保持し、ＳｉまたはＡｌの
添加量と加熱後の増加重量（酸化増量）との関係を調べ
た。その結果を図３に示す。なお、図３には、参考のた
めにＣｒを２０重量％含有するＦｅ−Ｃｒ合金で製造し
た試験片の酸化増量を併記した。また、「酸化増量」と
は、（加熱後重量／加熱前重量−１）×１００によって
算出される。図３から判るように、ＳｉまたはＡｌの添
加量が３重量％未満では酸化増量はかなり多いが、その
添加量が３重量％から増加するにつれて酸化増量が著し
く減少している。したがって、ＳｉまたはＡｌを３重量
％以上含有することにより、９００℃といった高温での
耐酸化性に優れることが確認された。
【００２２】Ｄ．酸化試験−２
Ｃｒ、ＳｉおよびＡｌの含有量を種々設定したもの、お
よびＳＵＳ３０４材で線径４０μｍ、重さ１ｇの試験片
を作製した。この試験片を９００℃の大気中で保持し、
加熱時間と酸化増量との関係を調べた。その結果を図４
に示す。図４から判るように、ＳｉまたはＡｌを含有し
ない試験片では、加熱時間が約２０時間を超えたあたり
から酸化増量が急激に増加しているが、ＳｉまたはＡｌ
を５重量％含有する試験片では、酸化増量は緩やかな増
加をたどる。以上の結果により、ＳｉまたはＡｌを３重
量％以上含有することで高温での耐久性に優れることが
確認された。
よびＳＵＳ３０４材で線径４０μｍ、重さ１ｇの試験片
を作製した。この試験片を９００℃の大気中で保持し、
加熱時間と酸化増量との関係を調べた。その結果を図４
に示す。図４から判るように、ＳｉまたはＡｌを含有し
ない試験片では、加熱時間が約２０時間を超えたあたり
から酸化増量が急激に増加しているが、ＳｉまたはＡｌ
を５重量％含有する試験片では、酸化増量は緩やかな増
加をたどる。以上の結果により、ＳｉまたはＡｌを３重
量％以上含有することで高温での耐久性に優れることが
確認された。
【００２３】Ｅ．繊維質断熱材の製造
７５％Ｆｅ−２０％Ｃｒ−５％Ｓｉ合金から溶湯抽出法
によって線径４０μｍの金属繊維を製造した。この金属
繊維を図２に示すものと同等の解繊機構によって梳り、
金属繊維の長手方向が一平面上でランダムな方向に向く
シート状体を製造した。このシート状体の嵩比重は１４
０ｇ／ｍ２であった。このようなシート状体を表４に示
す枚数積層し、これを表４に示す板厚になるように加圧
して真空焼結炉に挿入し、１２００℃で６時間焼結して
繊維質断熱材を製造した。各繊維質断熱材の空孔率を測
定し、その結果を表４に併記した。
によって線径４０μｍの金属繊維を製造した。この金属
繊維を図２に示すものと同等の解繊機構によって梳り、
金属繊維の長手方向が一平面上でランダムな方向に向く
シート状体を製造した。このシート状体の嵩比重は１４
０ｇ／ｍ２であった。このようなシート状体を表４に示
す枚数積層し、これを表４に示す板厚になるように加圧
して真空焼結炉に挿入し、１２００℃で６時間焼結して
繊維質断熱材を製造した。各繊維質断熱材の空孔率を測
定し、その結果を表４に併記した。
【００２４】
【表４】
【００２５】Ｆ．繊維質断熱材の特性調査
図５（Ａ）に示すように、板厚が２ｍｍの繊維質断熱材
（Ｎｏ．１〜５）から直径１０ｍｍの試験片Ａと幅２０
ｍｍ長さ１５０ｍｍの試験片Ｂを板厚方向に切り抜い
た。また、図５（Ｂ）に示すように、板厚が１２ｍｍの
繊維質断熱材（Ｎｏ．６〜１０）の平面方向で試験片の
板厚が２ｍｍとなるように、直径１０ｍｍの試験片Ｃと
幅２０ｍｍ長さ１５０ｍｍの試験片Ｄを採取した。
（Ｎｏ．１〜５）から直径１０ｍｍの試験片Ａと幅２０
ｍｍ長さ１５０ｍｍの試験片Ｂを板厚方向に切り抜い
た。また、図５（Ｂ）に示すように、板厚が１２ｍｍの
繊維質断熱材（Ｎｏ．６〜１０）の平面方向で試験片の
板厚が２ｍｍとなるように、直径１０ｍｍの試験片Ｃと
幅２０ｍｍ長さ１５０ｍｍの試験片Ｄを採取した。
【００２６】円形の試験片ＡおよびＣの表裏面間におけ
る熱伝導率を測定し、それらの空孔率と熱伝導率との関
係を図６（Ａ）に示した。この図に示すように、その板
厚方向が繊維質断熱材の板厚方向と一致する試験片Ａの
熱伝導率は、表１に示した従来の断熱材の熱伝導率（最
小）と同等以下である。また、その板厚方向が繊維質断
熱材の平面方向と一致する試験片Ｃの熱伝導率は、表１
に示した従来の断熱材の熱伝導率（最大）と同等以下で
ある。したがって、実施例の繊維質断熱材の断熱性は、
従来のセラミックス製の断熱材と同等以上であることが
判る。なお、図に示すように、空孔率が９０％のあたり
から熱伝導率が増加しているが、これは空孔内の空気の
対流に起因するものと考えられる。
る熱伝導率を測定し、それらの空孔率と熱伝導率との関
係を図６（Ａ）に示した。この図に示すように、その板
厚方向が繊維質断熱材の板厚方向と一致する試験片Ａの
熱伝導率は、表１に示した従来の断熱材の熱伝導率（最
小）と同等以下である。また、その板厚方向が繊維質断
熱材の平面方向と一致する試験片Ｃの熱伝導率は、表１
に示した従来の断熱材の熱伝導率（最大）と同等以下で
ある。したがって、実施例の繊維質断熱材の断熱性は、
従来のセラミックス製の断熱材と同等以上であることが
判る。なお、図に示すように、空孔率が９０％のあたり
から熱伝導率が増加しているが、これは空孔内の空気の
対流に起因するものと考えられる。
【００２７】次に、試験片ＢおよびＤを用いて曲げ試験
を行い、それらの空孔率と曲げ強度との関係を図６
（Ｂ）に示した。この図に示すように、空孔率が７０％
の試験片では、曲げ強度が１００ＭＰａ程度である。こ
れに対して、表１に示した従来のセラミックス製断熱材
では曲げ強度が３．９ＭＰａであることから、本発明の
繊維質断熱材がいかに高強度であるかが判る。
を行い、それらの空孔率と曲げ強度との関係を図６
（Ｂ）に示した。この図に示すように、空孔率が７０％
の試験片では、曲げ強度が１００ＭＰａ程度である。こ
れに対して、表１に示した従来のセラミックス製断熱材
では曲げ強度が３．９ＭＰａであることから、本発明の
繊維質断熱材がいかに高強度であるかが判る。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
数の金属繊維をそれらの接点において互いに接合するこ
とにより金属多孔質体としているから、高い耐熱性を有
することは勿論のこと、高い断熱性と強度を兼ね備えた
繊維質断熱材を提供することができるという効果が得ら
れる。
数の金属繊維をそれらの接点において互いに接合するこ
とにより金属多孔質体としているから、高い耐熱性を有
することは勿論のこと、高い断熱性と強度を兼ね備えた
繊維質断熱材を提供することができるという効果が得ら
れる。
【図１】 溶湯抽出装置の概略を示す側面図である。
【図２】 （Ａ）は解繊機構を含む装置の概略を示す側
面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂで示す部分の拡大
図である。
面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂで示す部分の拡大
図である。
【図３】 本発明の実施例に係る金属繊維におけるＳｉ
またはＡｌ添加量と酸化増量との関係を示す線図であ
る。
またはＡｌ添加量と酸化増量との関係を示す線図であ
る。
【図４】 本発明の実施例に係る金属繊維における加熱
時間と酸化増量との関係を示す線図である。
時間と酸化増量との関係を示す線図である。
【図５】 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の実施例の繊維
質断熱材における試験片の採取方法を説明するための斜
視図である。
質断熱材における試験片の採取方法を説明するための斜
視図である。
【図６】 （Ａ）は本発明の実施例の繊維質断熱材にお
ける空孔率と熱伝導率との関係を示す線図であり、
（Ｂ）は空孔率と曲げ強度との関係を示す線図である。
ける空孔率と熱伝導率との関係を示す線図であり、
（Ｂ）は空孔率と曲げ強度との関係を示す線図である。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−175803（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−68759（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−161561（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−236995（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−67845（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−131335（ＪＰ，Ａ)
特公 昭47−24327（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
D04H 1/00 - 18/00
B22F 1/00 - 9/30
C22C 38/00 - 38/60
Claims (5)
- 【請求項１】 回転するロールの外周に設けたエッジに
溶融金属を連続的に接触させ、上記溶融金属をロールの
接線方向に引き出すとともに急冷して線径が２０〜１０
０μｍの金属繊維を形成する溶湯抽出工程と、ランダム
に集合させられた上記金属繊維からその一部を梳ってシ
ート状にまとめる解繊工程と、この解繊工程で製造され
たシート状体の金属繊維どうしの接点で互いに接合して
金属多孔質体とする接合工程とを備え、 上記溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量％含有し、かつ、
Ｓｉを３〜１０重量％およびＡｌを３〜１０％のうち少
なくともいずれか一方を含有するＦｅ−Ｃｒ合金である
ことを特徴とする繊維質断熱材の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の繊維質断熱材の製造方
法により製造された繊維質断熱材。 - 【請求項３】 前記金属多孔質体の空孔率を５０〜９５
％とすることにより、一平面に沿う方向の熱伝導率を
０．６〜１０．０Ｗｍ−１Ｋ−１としたことを特徴とす
る請求項２に記載の繊維質断熱材。 - 【請求項４】 前記金属多孔質体の空孔率を５０〜９５
％とすることにより、前記一平面と直交する方向の熱伝
導率を０．１〜０．６Ｗｍ−１Ｋ−１としたことを特徴
とする請求項２または３に記載の繊維質断熱材。 - 【請求項５】 前記金属繊維の線径が２０〜１００μｍ
であるとともに、前記溶融金属は、Ｃｒを５〜３０重量
％含有し、かつ、Ｓｉを３〜１０重量％またはＡｌを３
〜１０％含有するＦｅ−Ｃｒ合金であることを特徴とす
る請求項２〜４のいずれかに記載の繊維質断熱材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334653A JP3471740B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 繊維質断熱材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334653A JP3471740B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 繊維質断熱材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002146662A JP2002146662A (ja) | 2002-05-22 |
| JP3471740B2 true JP3471740B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=18810528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000334653A Expired - Fee Related JP3471740B2 (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 繊維質断熱材およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3471740B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101560723B1 (ko) * | 2013-12-19 | 2015-10-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 내열강 섬유 제조방법 |
| KR20160078738A (ko) * | 2014-12-24 | 2016-07-05 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 니켈 크롬계 리본 섬유 및 그 제조방법 |
| EP4124670A1 (en) * | 2021-07-28 | 2023-02-01 | National Tsing Hua University | High chromium and silicon-rich corrosion resistant steel and article comprising the same |
-
2000
- 2000-11-01 JP JP2000334653A patent/JP3471740B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR101560723B1 (ko) * | 2013-12-19 | 2015-10-16 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 내열강 섬유 제조방법 |
| KR20160078738A (ko) * | 2014-12-24 | 2016-07-05 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 니켈 크롬계 리본 섬유 및 그 제조방법 |
| KR101669440B1 (ko) | 2014-12-24 | 2016-10-26 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 니켈 크롬계 리본 섬유 및 그 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002146662A (ja) | 2002-05-22 |
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