高氣孔率的燒結物體及其製造方法
2023-12-10 10:29:57 2
專利名稱：高氣孔率的燒結物體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及高氣孔率的燒結物體及其製造方法和其應用，該物體包括至少一層含纖維的可燒結材料。
背景技術：
高氣孔率的燒結物體用於各種不同的技術目的。它們尤其被用作燃燒元件，在這裡，它們由於高氣孔率而能夠暫時接收液態燃料並在元件表面上將其蒸發。這種燃燒元件必須相應地承受高溫。尤其是汽車的穩定加熱器也需要高氣孔率的燒結物體。
現有技術公開了用可燒結金屬粉末製造高氣孔率的物體。當然，用這種金屬粉末只能獲得略大於約60％的氣孔率值。為達到更高的氣孔率，還知道了使用可燒結的金屬纖維。這種可燒結的金屬纖維可以隨後被織成無紡布並接著進行燒結。這種無紡布的氣孔率可接近90％。
對高氣孔率物體的可能應用且尤其是作為燃燒元件來說，要求良好的燒損性能和火焰附著值。該元件同時必須有高氣孔率。然而，物體的氣孔率越高，可以達到的火焰附著值和物體的燒損性能就越差。
發明內容
本發明的任務是提供不具有上述缺點的高氣孔率的燒結物體。
按照本發明，如此完成該任務，即提供一種高氣孔率的燒結物體，它包括至少一層含纖維的可燒結材料，這些纖維在一側和/或在兩側是隆彎的，它們有一個小於1mm的主軸線和小於約200μm的副軸線，其中主軸線比副軸線長。與背景技術所公開的由普通金屬纖維且尤其是被加工成無紡布的這些纖維製成的燒結物體相比，這種高氣孔率的燒結物體具有明顯改善的燒損性能和火焰附著值。與或許被加工成無紡布的和在現有技術中公開的金屬纖維相比，這些纖維具有較大的比表面，這樣一來，獲得了更好的性能。所用纖維有利地具有尖銳的稜邊，這些稜邊尤其在被用作促進燃燒的元件時且例如對使液態燃料蒸發有一定的積極作用。
本發明意義上的可燒結材料是指那些由金屬、金屬氧化物、陶瓷和/或塑料製成的材料。本發明意義上的可用金屬材料不僅是指由純金屬構成的材料，而且也指由金屬合金和/或不同金屬和金屬合金組成的混合材料構成的材料，其中尤其包括鋼並最好為鉻鎳鋼、青銅、鎳基合金、耐鹽酸鎳基合金、鉻鎳鐵合金等，其中混合材料也可以包含高熔點成份如鉑。所用纖維可以是金屬的或陶瓷的。作為纖維，特別優選地使用鐵材料(例如按材料標準1.0495，1.4113或1.4841)和/或以鐵-鉻-鋁或鎳-鋁為基礎的合金。優選含鋁合金，這是因為，這種合金具有高耐熱性和高耐蝕性。鋁含量優選為約10％-40％(重量％)，這是相對合金中的金屬總量而言。根據本發明的高氣孔率的燒結物體進最好都是由金屬纖維構成。但是，在本發明的意義上，由含纖維的粉末構成的混合物也可被用作可燒結材料。
若在本發明物體裡的纖維在它的兩側上是隆彎的，則其橫斷面大致可以描述為橢圓形。若使這樣一種纖維沿其縱軸線並朝向主軸線方向地被分開，就得到大致成半橢圓形的纖維。這種只在一側隆彎的纖維是特別優選的，這是因為這種纖維具有高得多的比表面積，因此，大大提高了所要求的燒損性能及火焰附著值。因而，這種纖維具有一個平坦側面和一個隆彎側面。
特別優選的是，該纖維的主軸線小於約500μm，副軸線小於約100μm。主軸線和副軸線的長度是藉助放大倍數為100至約500的顯微鏡在纖維橫斷面磨片上測定的。
此外，所用纖維優選地具有各種不同的長度，因而在燒結時就生成一種很穩定的纖維矩陣。這種纖維矩陣在本發明的另一優選實施方案中可以通過使用至少簡單地沿縱軸線彎折的纖維來進一步改善。這樣，這些纖維就能更好地相互鉤結，從而進一步提高纖維矩陣的穩定性。折彎纖維佔所用纖維總量的比例最好在一個至少為20％(重量％)的範圍內。
在本發明的另一個實施方案中，這些纖維都圍繞其縱軸線扭轉。扭轉纖維佔纖維總量的比例至少達到15％(重量％)，尤其優選為40％-60％(重量％)。纖維最好圍繞縱軸線扭轉半圈，更好的是，它們圍繞縱軸線扭轉一圈以上。
本發明物體更有利地具有較高的機械性能，這是因為通過纖維圍繞其縱軸線的扭轉提供了更好的燒結接觸。另外，本發明的物體具有更好的燒損性能。
還優選的是，纖維副軸線的長度從中間起向著兩端減小。例如，在這裡，在纖維中央的副軸線長度大致在100μm範圍內，相反，在纖維兩端上的副軸線長度大致在20μm範圍內。在纖維中央的副軸線長度與在纖維端部的副軸線長度之比優選大於2∶1，進一步優選為大於3∶1。在本發明物體中，這種纖維的比重優選達到至少20％(重量％)並進一步優選在15％-50％(重量％)的範圍內。
在本發明的另一實施方案中，這些隆彎側具有沿纖維縱軸線的橫向延伸的空隙。由於這些例如可以設計成凹槽狀的空隙，纖維的隆彎側具有一個成波浪形的表面。這樣一來，有利地提高了在本發明物體中使用的纖維的比表面積，因而它具有進一步改善的燒損性能和火焰附著值。
還優選的是，該物體具有至少另一個未燒結層。所述的另一個未燒結層例如可以是一個孔板或一個金屬絲布等類似物，它優選地由與可燒結材料相同的材料且尤其是纖維製成。
最後，本發明的物體有利地具有約5-150μm並最好是10-100μm的孔隙分布。這種孔隙分布用一孔隙計並按照標準ASSME 12/94來測定。此外，本發明的物體最好具有至少為80％的氣孔率並最好是大於95％且更好的是大於93％的氣孔率，同時，它具有至少50g/m2的表面重量。本發明的物體不僅具有高氣孔率，而且也具有上述的大的比表面積，它們對本發明物體的燒損性能產生有利影響。此外，尤其是在用作如燃燒元件或燈芯元件時，本發明物體可以吸收大量燃燒液體。
此外，本發明還涉及一種製造高氣孔率的燒結物體的方法，該物體具有至少一層含有纖維的可燒結材料，其中-在第一步中，使纖維縮短到最長約20mm的長度，-在第二步中，以約0.2-0.4g/cm2的松裝比容堆覆該材料；-在第三步中，燒結該材料。
通過在第一步中進行的纖維縮短，有利地獲得了要製造物體的的高機械穩定性和均勻性。用有這種長度的纖維並且在松裝比容為0.2-0.4g/cm2的情況下，就可以產生出具有高機械強度並同時有較高均勻性的物體。此外，最好規定，這些纖維經過分選地在第二步裡進行堆覆。纖維分選是在裝入模時通過使定向機械振動作用於料堆上來實現的。藉助定向機械振動作用產生的料堆攪拌例如可以通過以下方法實現，即纖維經過一個振動輸送機從料堆被送至模。也可以規定，藉助料堆攪拌的分選可以在裝入模時在一個篩面上實現。根據模的不同實施形式，在這裡，可以設置一個振動篩面或一個轉動篩面，在該篩面上放置料堆。在這種情況下，網眼大小約為0.5-5mm粗網眼篩面就足夠了。料堆在篩面上的滾動造成總是只在篩眼區域中纖維離開料堆並落到模裡。
還最好規定在對所用材料且尤其是纖維進行分選時，使模相對材料入口移動。在材料入口如一個振動運輸槽的卸料端和篩子漏口之間的相對運動取決於要製造的多孔物體的幾何形狀。在這裡，該模可以旋轉或相對纖維入口在一個平面裡來回運動。如果要製造的多孔物體必須具有連接元件以便固定在相應外殼上，則在本發明的其它技術方案裡規定了至少有一個要與多孔物體連接起來的連接元件作為模部件地被放置到模中並一起進行燒結。
還優選的是，在第二步之後，還在另一步驟中壓實該材料。因而產生穩定的多孔未燒結體，它接著在第三步中被燒結。未燒結體可以單獨地繼續進行處理。這樣的未燒結體具有高的尺寸穩定性並可以隨後實際上無明顯收縮地被燒結成一個堅固穩定的多孔物體。
還優選的是，該材料在第二步裡被放置在另一未燒結層上並接著與這個層在第三步裡進行燒結。這樣，在可燒結材料層和未燒結層之間獲得牢固固定。這兩層最好由相同材料組成。尤其是所述的另一層可以是一孔板或是金屬絲布。
最後，本發明涉及本發明物體可用作在尤其是汽車的穩定加熱裝置和/或附加加熱裝置裡的蒸發器件或燈芯元件，用作燃燒器中的火焰穩定器，用作熱分配板，用做燃燒促進元件，用作熱交換器和/或多相反應的催化器。在所有上述應用中，本發明的物體由於其與現有技術所公開的多孔物體相比有大得多的比表面積，因而具有出色的性能，尤其是火焰附著性能。以本發明物體作為催化器的多相反應因這些用於製造本發明物體的纖維具有許多尖角和稜邊而使反應速度快了許多。在本發明的物體中，在上述應用中是十分重要的燒損性能明顯提高了。
本發明的這種優點和其它優點根據所附簡圖加以詳細敘述。所示為圖1一種由按本發明的物體所製成的燃燒元件的比例為68.9∶1的顯微放大圖；圖2通過一個使用在燃燒元件裡的纖維的橫斷面示意圖。
具體實施例方式
在圖1中，用標記1整體表示的物體(燃燒元件)具有纖維，這些纖維一側隆彎，但另一側基本上是平面的。因而，它們的橫斷面對應於半橢圓。它們在隆彎表面上具有槽形空隙(亮區)。另外，可以看到沿著纖維縱軸線的折彎和扭轉。
圖2以草圖示出在物體1裡使用的纖維構造，在這裡，可清楚看到主軸線2和副軸線3。
圖1所示的燃燒元件具有一個由可燒結材料製成的第一層，即由材料1.4841的纖維製成的層，該層布置在另一層上，即具有2mm網眼孔徑的金屬絲布上並與燒結在一起。作者裡，調整出150g/m2的含纖維層的表面重量。這些纖維的主軸線長度為350μm，副軸線長度為50μm。纖維長度約為5-15mm。藉助振動輸送機堆覆到金屬絲布上的纖維料堆接著在約1280℃溫度下在真空裡與金屬絲布燒結在一起。從而製成一種根據本發明的物體，該物體的氣孔率大於90％，孔隙分布在12μm-100μm的範圍內。
通過本發明，提供了高氣孔率的燒結物體，與從現有技術中公開的普通多孔物體相比，這些物體尤其是在被用作燃燒元件或燈芯元件時具有更高的燒損性能和更好的火焰附著值，同時又有保持不變的高氣孔率。
權利要求
1.一種高氣孔率的燒結物體，它具有至少一個由可燒結材料製成的並含有纖維(1)的層，這些纖維在一側和/或兩側上隆彎的並且所述纖維具有一個短於約1mm的主軸線(2)和一個短於約200μm的副軸線(3)，其中該主軸線比該副軸線長。
2.按權利要求1所述的高氣孔率的燒結物體，其特徵在於，所述纖維(1)繞其縱軸線扭轉。
3.按權利要求1或2所述的高氣孔率的燒結物體，其特徵在於，所述纖維(1)的該副軸線(3)的長度從中心起向兩端減小。
4.按上述權利要求之一所述的高氣孔率的燒結物體，其特徵在於，所述隆彎側具有沿纖維(1)縱軸線的橫向延伸的空隙。
5.按上述權利要求之一所述的高氣孔率的燒結物體，其特徵在於，該物體具有至少另一個未燒結的層。
6.按上述權利要求之一所述的高氣孔率的燒結物體，其特徵在於，該物體的氣孔分布約為5-150μm並優選為10-100μm。
7.一種製造如權利要求1-6之一所述的高氣孔率物體的方法，該物體具有至少一個由可燒結材料製成的並含纖維(1)的層，其中-在第一步裡，使所述纖維(1)縮短到最長約20mm的長度；-在第二步裡，按照松裝比容為大約0.2-0.4g/cm2堆覆該材料；-在第三步裡，燒結該材料。
8.按權利要求7所述的方法，其特徵在於，在第二步之後，還在另一步驟中壓實該材料。
9.按權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，該材料在第二步裡被堆覆在至少另一個未燒結的層上並接著在第三步裡與這個層燒結在一起。
10.將如權利要求1-6之一所述的高氣孔率的燒結物體用作在穩定加熱裝置和/或附加加熱裝置裡的蒸發器件或燈芯元件、燃燒器裡的火焰穩定器、熱分配器板、燃燒促進元件、熱交換器和/或多相反應的催化器的用途。
全文摘要
本發明涉及高氣孔率的燒結物體，它包括至少一層含纖維的可燒結材料。本發明的任務是提供一種這樣的物體，該物體具有更高的燒損特性和火焰附著值。如此完成該任務是，即所用纖維在一側和/或雙側上是隆彎的，而且這些纖維的主軸線短於約1mm，副軸線短於約20μm，其中主軸線比副軸線長。此外，本發明涉及該高氣孔率的燒結物體的製造方法及其應用。
文檔編號B22F3/11GK1527752SQ02806409
公開日2004年9月8日 申請日期2002年2月16日 優先權日2001年3月13日
發明者K·黑伯格, K 黑伯格 申請人:Gkn金屬燒結有限公司