JPS5817817B2 - 大表面積金属体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、犬なる表面積を有すると共に多孔質である大
表面積金属体を製造する方法に関する。

自動車用ガソリン等のペーパライザー（蒸発器、気化器
）、触媒や触媒担体、あるいは熱交換器などは、大なる
表面積であること、多孔質であることが要求される。

本発明は、上記要件を満足する金属体の製造方法を提供
しようとするものである。

即ち、本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金
からなる被覆用金属に接触させて、これら金属よりも高
い融点を有する金属繊維の層状物を配置し、非酸化性雰
囲気中において、上記の被覆用金属の融点以上金属繊維
の融点以下に加熱することを特徴とする大表面積金属体
の製造方法にある。

（以下、これを第一製造法という）。本発明によれば、
上記金属繊維がアルミニウムまたはアルミニウム合金か
らなる被覆層によって覆われ、また該被覆層は多数の亀
裂状、凹凸状、板状等の複雑な粗い表面を有する、多孔
質の大表面積金属体を得ることができる。

即ち、上記大表面積金属体は多数の金属繊維が無方向ま
たは一方向に層状に重ねられたものであるから、多孔質
であると共にその孔径も犬、今様様である。

また、金属繊維は、複雑な荒れた表面を有する被覆層に
よって覆われているので、金属体は犬なる表面積を有す
る。

また、被覆層はアルミニウムまたはアルミニウム合金で
あるから、金属体は熱伝導率が高く、特に前記ペーパラ
イザーとして優れた性質を有する。

また、表面はアルミニウムの酸化物が形成されているた
めに耐食性も高い。

本発明において、上記金属繊維は大表面積金属体の骨格
となるものであって、鉄、鉄−クロム、ステンレススチ
ール等の鉄系のもののほかタングステン、モリブデン等
の金属繊維を用いる。

この中、鉄系のものは被覆層たるアルミニウム、アルミ
ニラム合金と緊密に結合するので最も好ましＧまた、こ
の金属繊維は直径２０μないし５００μ程度のものがよ
く、２０μ以下の場合には前記創格としての機能をなし
難く、一方５００μ以上では金属体が多孔質となり難い
。

このような細い４属繊維としては、例えば金属線を細く
延伸したもの、あるいはウィスカがある。

上記金属繊維は、一本の長繊維あるいは適宜の長さの多
数の繊維を方向性なく、あるいは一定方向に互に交差さ
せてスポンジ状の層状物に構成する。

繊維を覆うための被覆用金属は、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金からなる。

アルミニウム合金としては、アルミニウム・銅、アルミ
ニウム・マンガン、アルミニウム・シリコンなどが挙げ
られる。

また、上記金属繊維層状物と被覆用金属とを接触させて
上記加熱を行なうことにより、被覆用金属は溶融され、
該溶融金属は該金属と接触してＧ）る部分の金属繊維を
濡らすと共に、さらに当初には接触していなかった部分
め金属繊維までをも該繊維の表面を伝わって濡らし、全
ての金属繊維の表面を覆う。

しかして、上記溶融金属が金属繊維の全表面を覆った後
にこれらを冷却することにより、前記のごとき粗雑な荒
い表面を有する被覆層で覆われた金属繊維の層状物から
なる大表面積金属体が得られるのである。

該第−製造法において、上記の加熱時間が、前記のごと
く金属繊維を被覆用金属によって覆うに充分な程度の短
い時間であるときには、金属繊維と被覆用金属との境界
部分は比較的判別し易く、また被覆層の表面は亀裂状、
凹凸状を呈する〔第５図ａ、ｃ参照〕。

また、上記の時間を越えて十分に長い時間加熱するとき
は、金属繊維の金属と被覆用金属とがその接触部分にお
いて反応して合金を作り、両者の境界層は明確でないが
、あるいは両者が全て反応し合ってほぼ均一な合金とな
り当初の金属繊維が残存しない状態となる。

しかして、この均一な合金となった場合には、金属体は
上記両金属の合金からなる繊維状物が互に絡み合った多
孔質、大表面積のものとなる。

なお、前記金属繊維はその全てが被覆用金属によって覆
われ、その後冷却されるまでの間、金属体の骨格として
その形状、層状構造を維持していることが必要なため、
該礒維は被覆用金属の融点以上の融点を有することが必
要である。

またそのために前記の加熱は金属繊維の融点以下被覆用
金属の融点以上の間で行なう必要がある。

また、上記層状構造を所定の厚みに固定しておくために
、被覆用金属に接触させるに先立って、金属繊維の層を
所定の厚みにしておき、これらをその焼結温度に加熱し
て繊維を互にその接点において焼結し固定しておくこと
が好ましい。

また、上記の被覆処理用の加熱は非酸化性雰囲気中で行
う必要がある。

けだし、酸化性雰囲気中で加熱処理をする場合には、被
覆用金属の溶湯が金属繊維を濡らしてこれを覆っていく
際に酸化されてしまい、被覆層が脆弱な金属体しか得ら
れないからである。

また、前記の大表面積金属体を製造する他の方法として
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第一
の金属と、銅または銅合金からなる第二の金属とを被覆
用金属として用い、第一の金属に第二の金属を接触させ
、更に該第二の金属に接触させて上記の両金属から生成
されるアルミニウム・銅合金が溶融する温度以上の融点
を有する金属繊維の層状物を配置し、非酸化性雰囲気中
において、上記のアルミニウム・銅合金が溶融する温度
以上金属繊維の融点以下の温度に加熱する（以下、これ
を第二製造法という）。

この加熱によって、上記の第一の金属と第二の金属とが
反応して固夜相または液相のアルミニウム・銅合金が生
成し、この溶融状態にある合金が、前記の第一製造法の
場合と同様に、金属繊維の表面を濡らして該表面を被覆
し、前記のごとく複雑な表面を有する被覆層で覆われた
金属繊維の層からなる大表面積金属体が得られる。

上記よりも知られるごとく、上記の加熱温度は第一金属
と第二金属とから生成されるアルミニウム・銅合金が液
相または固液相を呈する温度、換言すれば該合金が溶融
する温度であれば良い。

実用的には該合金の共晶温度よりも２０ないし５０℃高
い温度に加熱するのが好ましい。

なお、金属繊維は第一金属よりも融点の高い第二金属と
接触しているので、前記の第一製造法の場合のごとくア
ルミニウムまたはアルミニウム合金（第一金属）のみが
、金属繊維を被覆することはない。

該第二製造法において、金属繊維と被覆層の間の境界部
分の状態は、前記第一製造法の場合と同様に加熱時間に
よって異なる。

したがって、加熱時間が充分に長い場合には、第一、第
二の金属および金属繊維の金属の王者による合金からな
る繊維状物を互に絡み合った、多孔質の大表面積金属体
が得られる。

また、該第二製造法において、第一金属たるアルミニウ
ム、アルミニウム合金、金属繊維および非酸化性雰囲気
に関しては前記第一製造法の場合と同様である。

また、第二の金属における銅合金としては銅・すず、銅
・亜鉛、銅・ニッケル、銅・アルミニウム等が挙げられ
る。

しかして、該第二製造法によるときには被覆層がアルミ
ニウムと銅、またはこれらを主成分とする合金からなる
ものであるから、被覆用金属としてアルミニウムまたは
その合金を用いる前記第一製造法の場合に比して、低い
温度で製造することが可能であり、また金属繊維との濡
れ性も良い。

さらに、この場合には第５図す、ｄに見られるごとき、
より大きい表面積を有する金属体を得ることができる。

なお、上記した第一、第二いずれの製造法においても、
被覆用金属は、実施例に示すごとき板状体に限らず１．
粉末状のものも使用することができる。

また、被覆用金属としての前記のアルミニウム合金また
は銅合金は、アルミニウムまたは銅を５０重量％以上含
有している合金をいう。

また、本発明にかかる大表面積金属体はその全体が多孔
質のものであり表面から裏面にかけての通気性を有する
が、該金属体はアルミニウムまたはアルミニウム合金の
基板上にその〜側面を固着して配設した状態のものとす
ることもできる。

つまり基板（基台）付きの大表面積金属体である。

しかして、前者のごとく基板付きでない場合には該金属
体は通気性を有するので、前記したペーパライザー、触
媒、触媒担体のほかフィルター等にも利用することがで
きる。

また、基板付き金属体ノ場合にｔ、−１、上記のペーパ
ライザー、触媒、触媒担体のほか熱交換器等に利用する
ことができる。

上記の基板付きの大表面積金属体を製造する場合には、
前記した第二製造法により行い、第一金属を厚みの大き
い板の状態で用い、該第−金属の板の厚みを、第一金属
と第二金属とが反応して被覆層を形成するに要する第一
金属の量以上のものとする。

しかして、この場合の加熱温度は第一金属たるアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の融点以下であり、この加
熱によって生ずる銅との合金のみが金属繊維を被覆し、
他のアルミニウムまたはアルミニウム合金は基板として
残存する。

実施例 １ 第２図に示すごとき、アルミニウム基板１を固着してな
る大表面積金属体３２を、前記第二製造法により製造し
た。

すなわち、第１図に示すごとく、厚み４Ｈのアルミニウ
ム１の上に厚み７０μｍの銅板２を載置し、更にその上
にステンレス鋼製の金属繊維の層状物３を載置し、更に
その上に黒鉛布４およびステンレス鋼板５を順次載置し
、これらを水素雰囲気とした電熱加熱炉中に入れて加熱
し、その後室温に冷却した。

ここに、上記のアルミニウム板１および銅板２を被覆層
を形成するための金属で、前記の第一および第二金属で
ある。

ステンレス鋼板５は、金属繊維３、銅板２をアルミニウ
ム板１に押えつけてそれらの間の接触を良くするための
荷重であり、黒鉛布４は金属繊維３を濡らしつつ上昇し
てきたアルミニウム・銅合金がステンレス鋼板５に接触
して固着することを防止するためのものである。

上記金属繊維の層状物３は、直径２８μｍの繊維３ｇを
無方向に絡み合せて層状物となし、１０００°Ｃに１２
０分間、水素気流中で加熱し、たて８０ｍｍ、よこ８０
ｍｖｔ、厚み０．６ ａｍの空隙の多い、板状の焼結体
としたものを用いた。

上記の、大表面積金属体を製造するための加熱は、アル
ミニウムと銅との共晶温度が５４８℃、アルミニウムの
融点が６６０°Ｃである故、５７０°Ｃないし６００℃
で行い、また加熱時間は５０分間とした。

この加熱により、アルミニウム板１と銅板２とがまずそ
の接触部分において反応し、溶融し、次いで該溶融液を
介して両者が更に反応して銅板２の全てとアルミニウム
板１の上部のアルミニウムとからなるアルミニウム・銅
合金が生成する。

しかして、該合金の融液はこれと接触している部分の金
属繊維を濡らし、該液はその濡れ性によって金属繊維の
表面を伝わり、該繊維の他の部分をも濡らして該繊維の
全体に付着する。

上記工程により第２図に示すごとく、層状にあるステン
レス鋼繊維の周囲をアルミニウム・銅合金が被覆してな
る大表面積金属体３２が、アルミニウム板１の上方部分
に、その下方部分を埋没した状態で固着された金属物３
１を得た。

次に、上記の大表面積金属体３２の部分を切断し、ＥＰ
ＭＡによる二次電子線像の写真撮影を行った。

第５図ａないしｄはその写真である。同図より知られる
ごとく、該金属体３２は、第５図のａおよびｂで代表さ
れる２種類の被覆層を有するものからなる。

第５図Ｃおよびｄは、それぞれ第５図ａおよびｂに相当
する状態のものを更に高倍率で撮影した写真である。

第５図ａに見られるごとく、金属繊維（細線の部分）は
その大部分が被覆層によって覆われていることが分る。

しかして、この被覆層は第５図Ｃに見られるごとく亀裂
状、凹凸状の組雑な表面を有することが分る。

また、第５図すに示されるものは、金属繊維そのものは
見られず、同図ｄの拡大写真にも見られるごとく多数の
板状体が種々の方向に結合し合って帯状物を形成してい
ることが分る。

つまり、このような多数の板状体によって被覆層が形成
されていることが分る。

以上の第５図より知られるごとく、該金属体の被覆層は
種々の表面構造を有し、これらの構造の故に被覆層は犬
なる表面積を有するのである。

また、被覆層は、随所で他の金属繊維上の被覆層と接触
しているが、それらの間には空隙があり、該金属体は全
体として多孔質体である。

なお、このものの空隙率は約６５％であった。

上記のごとく被覆層は、大別して上記の二種類であるが
、このような表面構造の差異は次の理由によるものと考
えられる。

すなわち、第５図ａ、ｃの状態のものは、金属繊維の周
囲に前記アルミニウム・銅合金がその濡れ性によって付
着して、該繊維を被覆した時点のものであり、第５図す
、ｄの状態のものは上記のごとく付着したアルミニウム
・銅合金の融液中に金属繊維のステンレス鋼が拡散して
いき、これら成分からなる合金を形成し、該合金が板状
結晶として被覆層表面に析出したことによるものと考え
られる。

事実、第５図ａ、ｃの状態のものをＥ−ＰＭＡにより分
析したところ、被覆層はアルミニウム・銅合金の状態に
あり、金属繊維中の鉄、ニッケル等はほとんど被覆層中
に認められなかった。

しかし、第５図す、ｄの状態にあるものの板。状体は、
大体アルミニウム４５ないし５４％、銅３１ないし３５
％、鉄１１ないし１３％、その他ノニッケル、クロムが
少量認められ、金属繊維の成分がアルミニウム・銅合金
中へ拡散してきていることか分った。

しかして、上記のごとき被覆層の組成の差異は金属繊維
とこれに付着したアルミニウム・銅合金の融液との接触
時間の差異によるものと考えられる。

この接触時間の差異は、アルミニウム・銅合金がその濡
れ性によって金属繊維に付着する場合金属繊維の層の状
態、該繊維の銅板２からの距離等によってその付着時期
が異なるためと考えられる。

それ故、第５図す、ｄの状態のものを得るに）は、加熱
時間を前記合金化に必要とされる十分な時間を取れば良
いこととなる。

また、上記のことからも知られるごとく、上記金属体３
２は第５図のａ、ｃとす、ｄで代表される二種の被覆層
の中間状態（つまり板状結晶様の板状体が少量生成して
いる状態のものなど）にある被覆層も有しており、この
ようなものは金属繊維が当初の状態より細い、やせ細っ
た状態を呈していた。

実施例 ２ 第３図に示すごとき、基板を固着していない大表面積金
属体６を、前記第一製造法により製造した。

すなわち、被覆用金属としての厚み０．６ ｖｔｔｔｔ
のアルミニウム板の上に、実施例１と同様のステンレス
鋼金属繊維の層状物を載置し、その上に黒鉛布ステンレ
ス鋼板を置いて、実施例１と同様にして加熱し、その後
冷却した。

なお、該加熱はアルミニウムの融点以上である７００℃
において、４０分間行なった。

該加熱によって上記アルミニウムが溶融し、該融液はそ
の濡れ性によって金属繊維の表面を伝わって上昇し該繊
維に付着して被覆層を形成する。

以上の工程により、第３図に示すごとき板状の大表面積
金属体６を得た。

該金属体は、ステンレス鋼繊維を骨格として、その表面
にアルミニウムの被覆層が形成されたものであり、該被
覆層は主として前記第５図ａ’ｃに示されるごとき表面
構造を有していた。

また、第５図す、ｄに示されるごとき表面構造も若干認
められた。

なお、この金属体６は約７０係の空隙率であった。

実施例 ３ 第４図に示すごとき、その外周に基板としてのアルミニ
ウム管７を固着してなる大表面積金属体８を前記第二製
造法により製造した。

すなわち、内径４４ｍｍ、外径５０７Ｉｔ７ＩＬのアル
ミニラム管の内部に、その内壁に接触させて厚み７０μ
ｍの銅板を配し、更に該銅板に接触させて内径４３ｍｍ
、外径４４ｍｍの環状の金属繊維の層状物を配置し、水
素雰囲気中で５９０℃、５０分間加熱し、その後冷却し
た。

該加熱により、前記のごとく、金属繊維表面にアルミニ
ウム・銅合金が付着した。

霞゛ 、い ′／以上の工轡により、竺４図に
ソ亨ごとき１、金属繊維の表面を、上記銅板の、隼とナ
ルミニウ台管の内壁部分のアルミニウムとから生成した
アル：ミニラム・銅合金（ごよ）て被覆し工な、る大−
面積金属体８とその外周に固着されたア、抑、ミニリム
管７とからなる金属物８１を得た。

しかして、゛該大表面積金属体８は実施例２（こより製
造され大声面積金属体６と同様の被覆層を有しており、
またその空隙率は約７０係であった。

上述の各実施例によって製造された金属体は金属繊維の
表面層は極めて複雑な亀裂、凹凸で覆われ、また板状体
が突出する等粗雑な表面を有するものであるから表面層
の表面面積は極めて大面積であり、かつこれらの繊維が
絡みあって多孔質の層をなしているものであるから、ガ
ソリ、ン等の液体をその表面に点滴しても、瞬時に前記
粗雑へ表面または空孔中に吸収され、反面該金属体は金
属繊維およびアルミニウムまたはアルミニウム・銅合金
の被覆層から成り、熱の伝達が極めて良好であるので、
ガソリンその他の液体のペーパライザーとして極めて、
有効であり、また該金属体は表面積が大きく流体令抵抗
少なく通過せしめ得るので熱交換器の熱交換素子として
も雫めて有用であるほか、触媒や触媒担体として利用し
て有用なものである。

図面の簡単な説明、 、 図は本発明の実施例を示すもので、第１図および第、２
図は第１実、施例で第１図は犬゛表面積金属体を製造す
る過程の一態様を示す説明図、第２図は製造しへ基板付
き大表面積金属体の斜視図、第３図および第４図は第２
および第３実施例により製造した木表面、積金属体の斜
視図および一部欠截斜視図、第５図ａないしｄは王妃実
施例１で得られた大表面積金属体の断面のＥＰＭＡによ
る二次電子線像写真で同図ａ、ｂは倍率９１倍、Ｃは倍
率２６４倍、ｄは５２８倍である。

１・・・・・・アルミニウム板、２・・・・・・銅板、
３・・・・・・金属繊維の層状物、４・・・・・・黒鉛
布、５・・・・・・ステンレス細板、６・・・・・・大
表面積金属体、３１，８１・・・・・・基板付き大表面
積金属体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる被覆
   用金属に接触させて、これら金属よりも高い融点を有す
   る金属繊維の層状物を配置し、非酸化性雰囲気中におい
   て、上記の被覆用金属の融点以上、金属繊維の融点以下
   に加熱することを特徴とする大表面積金属体の製造方法
   。 ２ アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第一
   の金属と、銅または銅合金からなる第二の金属を接触さ
   せ、更に該第二の金属に接触させて、上記両金属から生
   成される合金が溶融する温度以上の融点を有する金属繊
   維の層状物を配置し、非酸化性雰囲気中において、上記
   両金属から生成される合金が溶融する温度以上、上記金
   属繊維の融点以下に加熱することを特徴とする大表面積
   金属体の製造方法。