JPS59113960A

JPS59113960A - 金属または金属酸化物材料からストリツプまたは薄い層を製造する方法と装置

Info

Publication number: JPS59113960A
Application number: JP58211727A
Authority: JP
Inventors: ウイルフリ−ト・ハイネマン; ペ−テル・ライマン; トマ−ス・ガプリ−ル; ハンス−ヨアヒム・ギユンテ−ロツト
Original assignee: KONKASUTO SUTANDAADO AG
Current assignee: KONKASUTO SUTANDAADO AG
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-11-12
Publication date: 1984-06-30
Also published as: CA1229464A; CH666840A5; DD225360A5; ZA838391B

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、溶融物を貯蔵容器から少なくとも一つのノズ
ル開口を通って、連続的に動かされる冷却体の上に施与
し、そして溶融物が冷却すると材料ウェブまたは材料層
を形成する、金属または金属酸化物材料のストリップま
たは薄い層を直接溶融物から製造する方法と装置に関す
る。

非晶質の金属ストリップの製造方法と装置は公知であり
（ヨーロッパ特許００２６８１２）、その場合金属の溶
融物が貯蔵容器から少な（とも一つのノズ　６− ル開口を通って圧し出されて、ノズル開口のすぐ近くを
通過して動かされる冷却体の表面で凝固する。その場合
、０．５″−１１圃の直径を有する円いノズルから出発
するが、それを使用する際に、ノズル開口、冷却体表面
からのノズル開口の間隔ならびに冷却体表面の速度の間
の、非晶質金属ストリップの製造に最適な関係が指示さ
れる。

それを以て、生産速度が比較的高い場合に、一様に形成
された金属ストリップを製造できなければならない。こ
のようなストリップは、完全に非晶質であるか、または
非晶質と結晶質の状態の二相の混合物を含むことができ
る。ここでは、非晶質の金属合金は、分子構造の少な（
とも５０％好適には少なくとも８０％が非晶質である合
金を意味するものと解する。

さらに、金属ストリップの製造方法と装置が知られてお
り（ドイツ特許明細書２７４６２３８）、これによると
、５幅の広い”金属ストリップを製造するために、実際
に製造の複雑な種々のノズル形状が提案されている。こ
れで達成される最大のストリップ幅は１２ｍｍになる。

この提案の範囲内で、多数の平行な均一なノズル噴流を
適当な間隔で、運動する基体に突き当てて比較的幅の広
いストリップを形成することが基本的にできなければな
らないことも指摘される。しかしながら、この試みも困
難に立ち至った。というのは、特にノズル噴流がプール
を形成するように集合しないので、一様な横断面を有す
るストリップを得るのが実際にむづかしいからである。

そのほか、約７．５ｍｍより幅の広い大体一様な横断面
を有するストリップを引張るのに十分一様な厚さのプー
ルを得るのは、不可能でなければ、困難である。

このような困難を克服するために、ドイツ特許明細書２
７４６２３８によれば、冷却体表面の非常に近（に段の
ついたノズル形状を有する装置が提案された。この装置
を用いて、幅と厚さに関して一様な寸法を有し、および
上記の幅の範囲まで一様な強度特性を有するストリップ
を作ることができる。

金属ス）　ＩＪツブを高速度で作るだめの装置と組合わ
せて、彎曲した表面とスリット状のノズル開口を有する
ノズル本体が、ノズル本体と冷却体の表面の間の流れ条
件に影響を与えるために知られている（ヨーロッパ％許
００４００６９　）。

冒頭に述べた種類のス）　ＩＪツブを製造するだめのす
べての周知の方法と装置は、はｔ！１５ｃｍより実質的
に幅の広いストリップの実際の製造がこれまでできなか
ったという決定的な欠点をもっている。このため、その
ようなストリップに対するきわめて強い要求にもかかわ
らず、それを常になお複雑で費用のかかる圧延方法を介
して製造していた。そのほか、例えば変圧器を製造する
ことができる非晶質の構造を有するいっそう幅の広いス
トリップに対する要求もある。

このような変圧器は、従来のシートを積重ねて作られた
変圧器よりも約３０％も少ない電磁可逆損失を有する。

本発明の課題は、任意の幅の金属または金属酸化物材料
からストリップを製造することができ、かつまた異なる
構造（非晶質または結晶質）の分離　９− された領域を有するストリップを製造することができる
方法と装置を提供することである。

この課題は、特許請求の範囲に定義された特徴により解
決される。このようにして、部分的にこれまでの実際の
困難およびこれとつながった偏見を克服してほとんど任
意の幅のストリップを製造することができ、かつ異なる
構造（非晶質または結晶質）の分離された幅を有するス
トリップを製造することができ、それにより幅広い使用
範囲が得られる。かくして、例えば、中央部分では非晶
質構造を有し、従って剛性があって形状が安定しており
、かつ箔を他の要素と結合しなければならない、例えば
折らなければならない縁領域では、軟（てしかも可撓性
の結晶構造を有する箔を製造することができる。相並ん
でいるノズルまたはノズル群のだめの方法パラメータの
制御を組合わせることにより、有利な仕方で、製造すべ
きストリップの材料特性を大幅に決めることができる。

この方法により製造されたス）　ＩＪツブは、機械的ま
たは化学的に強化１０− される部品、例えば耐蝕性にするためにパイプラインま
たは滑り軸受を被覆またはライニングするために特別有
利な仕方で用いることができる。このような製品は、本
発明により製造されたストリップまたは箔を用いると、
伝統的な方法により製造された製品よりもいっそう簡単
にかつ安価に製造することができる。加えて、提案され
た方法により製造された製品は、従来の、例えば粉末冶
金的な方法により製造された製品よりもいっそう良好な
技術特性を有する。

次に、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。

第１図に概略水した本発明の方法を実施するための装置
は、冷却体として作用する連続的に回転するドラム１と
、貯蔵容器２とを有し、貯蔵容器２は一つまたは複数の
ノズル３、例えばノズルスリットを有し、かつ貯蔵容器
２に存在する溶融物を加熱するための誘導加熱装置４を
有する。誘導加熱装置の代りに、任意の他の温度安定化
装置を用いることもできる。

貯蔵容器２には溶融金属が含まれており、源５から随意
に供給される。貯蔵容器２も全装置も不活性ガス系に接
続されており、このことは第１図に概略的に、貯蔵容器
２に接続されたガス容器６により示されている。さらに
、ノズル開口の領域を保護ガス雰囲気により囲むことが
できる。また、貯蔵容器２をガス容器６からの軽い正圧
で作用させることもできる。しかしながら、貯蔵容器と
ノズル開口の間に圧力差を発生させる任意の他の装置、
例えばそれ自体周知の機械的または電磁的な圧力差発生
器を設けることもできる。誘導加熱装置４には調整され
た動力供給装置７が接続されている。形成されるストリ
ップ８をドラム１からいっそう良く解放するために、溜
め１００に接続された空気または保護ガスのだめのスト
リッパーノズル９０を接続することができる。

図示の例では、第１図によるノズル形状３が後述する仕
方で多数の個々のノズルからなっている。その場合、相
互に結合できる実質的に二つの構造型式が異っている。

第一の構造型式では、第２図に示したように、貯蔵容器
２と一体化された単一のノズル本体が設けられており、
このノズル本体は、図示の実施例では三つの単独スリン
）　３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃを有する。第３．４および５
図に概略的に示した第二の実施型式では、多数のノズル
本体が設けられており、これらのノズル本体はそれぞれ
単独ノズル３またはノズル群３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃを有
することができ、かつそれぞれ別々の貯蔵容器２Ａ、　
２Ｂ、　２Ｃと連結されている。

第２図と第３図によるノズル開口３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ
からなっているスリットノズル３がドラム１の運動方向
Ｙに対し垂直にかつドラムの表面に対しほぼ平行に走っ
ている。ノズル開口３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃは、貯蔵容器
２または貯蔵容器２Ａ、　２Ｂ、　２Ｃから流れる溶融
物が、基体として役立つドラム１の表面に、連続的なか
つ閉鎖された溶融物を形成するように相並んで配置され
ている。冷却体として形成されたドラム１により、薄い
溶融層の内方に温度降下を生じ、そのため溶融物が即座
に凝固し１３− て基体の上に機械的に閉鎖された材料ウェブを形成する
。溶融温度を例えば調整可能な動力供給装置７を用いて
選択することにより、ならびにドラム１の運動速度を選
択することにより、および基礎表面の上の温度勾配を選
択することにより、種々の構造の材料ウェブ、従って主
として非晶質のまたは結晶質の構造を作ることができる
。製造された製品にそのような結晶構造を例えばＸ線回
折測定により求めることができる。結晶質材料が特有の
鋭い回折線を示すのに対し、非晶質材料の場合にはＸ線
回折パターンの強さが回折角と共に徐々にしか変らない
。

別々の貯蔵容器２Ａ、２Ｂと連結されている別々のノズ
ル本体を用いた場合、相並んだ非晶質／非晶質構造また
は非晶質／結晶質構造を含む材料ウェブを作ることがで
きる。このようにして作られた箔は閉鎖された材料ウェ
ブとして現われるが、種々の範囲で、結晶質または非晶
質の構造の周知の異なる特性を示す。例えば、このよう
にして作られた箔は中央範囲で弾性が高くか１４− つ安定しいるのに対し、縁の範囲では柔かく、従って容
易に変形できるので、その箔は包装箔として著しく適し
ている。苛酷な使用分野は、箔の上に正常な超伝導する
領域を有する、相並んでいて相互に連結された導体ウェ
ブの製造である。このような箔は、融解プラントのだめ
の高い界磁コイルの製造に用いることができる。

第４図と第５図に示した実施例によれば、別々の貯蔵容
器２Ａ、　２Ｂ、　２Ｃのノズルヘッドがドラム１の運
動方向Ｙに相互に変位している。この場合、個々の貯蔵
容器に所属するノズルまたはノズル群の作用領域がドラ
ム１の運動方向Ｙに対し横方向に接口な（相互につなが
っている。この配置により、種々の材料の直接相互につ
ながっている領域の種々の材料ウェブを製造することが
でき、その際領域の間の移行が鋭い分割線に沿って行わ
れる。これをなしとげるには、貯蔵容器２Ａからのすで
に凝固した溶融物に直接、第二の貯蔵容器２Ｂからの異
なる化合物の第二の溶融物が溶融されるように、方法パ
ラメータ、溶融温度、相互のノズルの間隔およびドラム
表面の運動速度を制御すれば良い。そのとき、全体とし
てドラム表面から取去ることができる単一の材料層が形
成される。

ノズル開口３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃの間の最適な接続領域
を達成するために、相並んでいるノズル開口を運動方向
Ｙにおいて相互にずらし【配置するのは特に有利である
。その根本的な設計を第６Ａおよび６Ｂ図に示す。その
場合、貯蔵容器２の下側にそのようなノズルモジュール
８Ａ、　８Ｂ、　８Ｃを個々にまたはきわめて多数確実
に相並べて使用することができる。そのようなノズルモ
ジュールは、スリット幅ａ１スリット長さｂ、変位Ｃ１
重なりｄを有する多数のノズル開口３Ａ、　３Ｂ、　３
Ｃを含む。

この配置では、ノズル開口の作用領域を特に有利に一様
におおうことができる。次のような値０．８が特に有利であることが判明した。ａ　＝　０．３重ｇ
Ｅｉ；ｎ　。

ｂ＝２０〜１００ｍｍ、ｃ−０〜５ｒｎｍおよびｄ＝０
〜３ｍｍ、第７図〜第９図は、そのようなノズルモジュ
ールのだめの別の有利な実施例を示す。第７Ａ図〜第７
Ｃ図によれば、相並んでいるノズルモジュールが貫通す
るノズルスリット３を有する。第７Ａ図によると、モジ
ュールの間の接合面がノズルスリットに対し垂直に走っ
ている。第７Ｂ図は斜めに走っている接合面を示し、こ
れにより実際に個々のノズルモジュールの間の移行が特
に良好になるので、製造された製品に接合個所を実際に
認めることができない。第７Ｃ図によれば、モジュール
の間に彎曲した接合面が設けられ、この接合面により特
に有利な仕方で、貫通するノズルスリットを自動的に心
出しすることができる。

第８Ａ図によるノズルモジュールは、それツレ一つのス
リットノズルおよび斜めに走る接合面を有する。第８Ｂ
図によれば、一つのモジュールが多数の、例では二つの
ずらして配置されたスリットノズルを有し、その際モジ
ュールの間に斜めに走る接合面が設けられ、かつノズル
スリットが接合個所を越えて変位して走っている。

それに対して、第８Ｃ図によるノズルスリットは、１７
− ゛ノズルスリットに対し直角に配置された接合面を越え
て連続して走っている。

第９Ｂ図は、相並んでいる、斜めに走るノズル開口の曲
げたまだは広げた端部が隣接したノズルモジュールにか
ぶさるようにノズル開口が互に重なっている例を示し、
これにより特別な始めのモジュールや終りのモジュール
を全く必要としない。

Ｆｅ５ｏＮｉ４ｏＢｚｏの合金から非晶質のウェブを製
造するための特に好都合な実施例では、第１図と第２図
による装置を用いた。その装置では、多重ノズル配置を
、重なりＧが１ｍｍ、変位りが３ｍ、ノズルスリット幅
が０．３ｍｍおよび基体表面からのノズルの間隔０．３
ｍｍに設定した。１２００回転／分のドラムの回転速度
と３９ｃｍのドラムの直径の場合、１．２重ｍ／分の鋳
造速度が得られる。

第７図によるモジュールノズルを用いた別の実施例では
、個々のノズルの大きさが２、ＯＸ　Ｏ，３Ｘ　３５ｍｍ、基体表面からのノズル
間隔が０．３ｍｍであった。鋳造速度は前述した例と同
じに１８− 選択した。

基礎表面からのノズルの間隔ｄは、一方では製造すべき
ウェブまたは製造すべき層の厚さより大きく、他方では
Ｑ、５ｍｍより小さいように選択するのが合目的である
ことが判明した。非晶質のウェブまたは層を製造するた
めに、１．２〜２．０１ａｎＺ分の範囲の鋳造速度が、
前述した好都合な実施例に特に有利であることが判明し
た。例では、幅が５〜３Ｑｃｍのウェブを製造した。

特別有利な仕方で、前述の方法と前述の装置を用いて、
例えば触媒反応のためのＮｉとＰｄを有する合金、例え
ば水素溜めのための（：ｕ−Ｔｔ、Ｃｕ　Ｚ７’。

Ｎｉ−Ｚｒ、　Ｍｇ−Ｎｎ合金、さらにステンレス鋼を
溶接するためのＦｅをペースとした半田付箔およびセラ
ミックを金属部分と結合するためのＮｉ−合金から箔を
作ることができる。さらに、変圧器板または半導体の用
途のためのＧｅを含むまたはＳｉを含む合金を製造する
ことができ、またはキャリヤ材料、例えばシリコン太陽
電池をそれで被覆することができる。また、超導体のだ
めの合金をこの方法で作ることができる。このような高
い価値のある箔を前述の方法により比較的高価でない輸
送材料の縁に保持することができ、それによりこのよう
な箔の機械的加工を、有用な箔を保護しながら、縁に作
用する輸送装置を用いてすることができる。

このような製品により、または前述の方法を用いて、種
々の型式の合成材料を、例えば種々の金属−合金をサン
ドインチとして、または繊維状材料、ス）　ＩＪツブお
よび同様なもののイソスタチックプレス均衡成形の範囲
内で作ることができる。記載の方法により作られた箔ま
たはストリップで管または輸送ラインを被覆することも
できるので、それらの管は例えば高価な材料からなる耐
蝕性の表面を有すると共に、キャリヤ材料が簡単で安価
な大量生産される製品であることができる。

このような種類の大面積の被覆は多数の接合する材料ウ
ェブにより実現することができ、その際相並んで走る材
料ウェブの間の接合範囲は、一様な構造の均一な表面が
得られるように付加的な方法段階で後処理することがで
きる。その付加的な方法段階は例えば“レーザーブラッ
シング“を用いて実施することができる。その際、材料
層が接合範囲で調整可能な侵入深さにまで短時間で局部
的に溶融される。その場合、周囲の材料の冷却ポテンシ
ャルは、溶融された容積を非常に高い冷却率で、例えば
１０４と１０５℃／秒の間の範囲でガラス状に凝固させ
るのに十分であるので、そこでも非晶質の材料構造を作
ることができる。この方法で、例えば管または軸の表面
を高く硬化することができ、その際比較的大きい寸法を
有する加工片が硬化した表面を備えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の概略斜視図、第
２図は多数の個々のスリットを有するノズル本体のため
の第一の実施例を示す図、第３図は個々のノズルからな
っているスリットノズルを有する第二の実施例を示す図
、第４図２１− はずらされ゛た個々のノズルと別々のノズル本体を有す
る別の実施例を示す図、第５図は第４図による装置の平
面図、第６Ａ図〜第６Ｂ図はずらされたノズルスリット
を有するノズル本体の下から見た底面図、第７ａ〜７０
図は連続的なノズルスリットを有するノズルモジュール
を示す図、第８Ａ〜８０図はずらされたノズルスリット
を有するノズルモジュールを示す図、第９Ａおよび９Ｂ
図は斜めに走るノズルスリットを有するノズルモジュー
ルを示す図である。１・・・冷却体　　２Ａ、　２Ｂ、　２Ｃ・・・貯蔵容
器３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ・・・ノズル開口　８・・・ス
トリップ代理人　　江　崎　光　好代理人　　江　崎　光　史２２−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融物を貯蔵容器から少なくとも一つのノズル開
口を通って、連続的に動かされる冷却体に施与し、そし
て溶融物が冷却する際に材料ウェブまたは材料層を形成
する、金属または金属酸化物材料のストリップまたは薄
い層を直接溶融物から製造する方法において、多数の相
並んでいるノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）から流
出する溶融物が冷却体表面に突き当ったときに集合して
閉鎖された溶融浴になり、そして所望の幅の閉鎖された
材料層が形成されるように溶融物を集合の瞬間に凝固さ
せることを特徴とする方法。
（２）冷却体表面の運動方向に対し横に変位した少なく
とも一つのノズルからの溶融物が凝固した直後に、第一
の溶融物と異なる少なくとも一つの第二の溶融物を同じ
冷却体表面に施与し、その際閉鎖された材料層に、異な
る組成物の相並んでいる領域が形成されるように、第二
の溶融物が、第一の溶融物から形成された部分ストリッ
プに直接溶融される、特許請求の範囲第１項記載の方法
。
（３）連続的に動かされる冷却体表面を、被覆すべき半
仕上製品により形成する、特許請求の範囲第１項記載の
方法。
（４）一つまたは複数の材料層を、同じまたは異なる組
成物および／または構造体の付加的な材料層を施与する
ことにより、またはイソスタチックプレスにより合成材
料に再処理する、特許請求の範囲第１項記載の方法。
（５）半仕上製品の表面を改良するだめの特許請求の範
囲第３項記載の方法において、相並んで走る材料ウェブ
の間の接合面を付加的な方法段階で局部的に短時間で溶
融し、そして溶融した容積をガラス状に凝固させた、特
許請求の範囲第３項記載の方法。
（６）溶融をレーザーを用いて行い、溶融さ、れた材料
を１０４と１０５℃／秒の間の温度勾配でガラス状に凝
固させた、特許請求の範囲第５項記載の方法。
（７）溶融物を貯蔵容器から少なくとも一つのノズル開
口を通って、連続的に動かされる冷却体に施与し、そし
て溶融物が冷却する際に材料ウェブまたは材料層を形成
する、金属または金属酸化物材料のス）　ＩＪツブまた
は薄い層を直接溶融物から製造する方法であって、多数
の相並んでいるノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）　
カラ流出する溶融物が冷却体表面に突き当ったときに集
合して閉鎖された溶融浴になり、そして所望の幅の閉鎖
された材料層が形成されるように溶融物を集合の瞬間に
凝固させる方法を実施するだめの装置において、冷却体
（１）の表面上のノズル開口の作用範囲が直接互につな
がっているかまたは互に重なるように、多数の相並んで
いるノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）−／）ｉ　一
つまたは複数の貯蔵容器（２ａ、　２Ｂ、　２Ｃ）と連
結されていることを特徴とする装置。
（８）ノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）が、基体と
して作用する冷却体（１）の運動方向（Ｙ）において互
にずらして配置されている、特許請求の範囲第７項記載
の装置。
（９）スリットノズル（３）が、多数の相並んでいるノ
ズル本体（２Ａ、　２Ｂ、　２Ｃ）から形成され、その
際各ノズル本体が一つまたは複数のノズル開口（３Ａ、
　３Ｂ、　３Ｃ）を有する、特許請求の範囲第７項記載
の装置。
（１０）スリットノズル（３）が、確実に互に接合され
た多数のノズルモジュール（第６．７．８図）により形
成されている、特許請求の範囲第７項記載の装置。
（１１）両方の外側ノズル開口（３Ａ、　３Ｃ）が基体
表面の運動方向（Ｙ）に関して直線に存在するようにス
リットノズル（３）が奇数のノズル開口（３Ａ、　３Ｂ
。３Ｃ）からなる、特許請求の範囲第８項記載の装置。
（１２）両方の貯蔵容器（２Ａ、　２Ｂ）に関して方法
パラメータを別々に調整するために、相並んでいる貯蔵
容器（２Ａ、　２Ｂ）が、別々に調整される制御装置（
７）と連結されている、特許請求の範囲第７項記載の装
置。
（１３）相並んでいるノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、第９
図）が互に重なっており、その際ノズル開口のすべての
始めの領域が基体表面の運動方向（Ｙ）に対し垂直な第
一の線に存在し、かつノズル開口のすべての終りの領域
が運動方向（Ｙ、第９Ｂ図）に対し垂直な第二の線に存
在する、特許請求の範囲第１１項記載の装置。
（１４）ノズルまたはノズル群の作用範囲が冷却体表面
の運動方向に対し横に接口なく互につながるような間隔
だけ、種々の溶融物に所属するノズルまたはノズル群が
冷却体表面の運動方向に互にずらされて配置されている
、特許請求の範囲第７項記載の装置。
（１５）ノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）が０．３
と０．８ｍｍの間のスリット幅（ａ）および２０と１０
０ｍｍの間のスリット長さくｂ）を有する、特許請求の
範囲第７項記載の　５− 装置。
（１６）ノズル開口（３Ａ、　３Ｂ、　３Ｃ）の交互の
変位（Ｃ）が最大５皿である、特許請求の範囲第８項記
載の装置。
（１７）貯蔵容器とノズル開口の間に圧力差を用いる特
許請求の範囲第７項記載の装置において、ノズル開口（
３Ａ、　３Ｂ、　３．Ｃ）の交互の変位（Ｃ）が冷却体
（１）の運動方向（Ｙ）において５ｍｍと１２ｍｍの間
の範囲にある装置。