JPH01162541A - 横断面が円形の金属繊維を製造する方法及び装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、金属溶融物のエンドレスストランドを紡糸ノ
ズルを経て押出しかつ水性冷媒で中で冷却することによ
りエンドレス繊維に固化しかつ急冷することにより、円
形横断面を有する細い金属繊維を連続的に製造する方法
に関する。また、本発明は、前記方法を実施する装置で
あって、金属材料が充填された坩堝と、溶融液状の金属
を急冷しかつ金属のエンドレス繊維に固化する冷却装置
とを有する形式のものに関する。

従来の技術 米国特許第３８４５８０５号明細書及び欧州特許公開第
００７６６１８号から、溶融鋼を一緒に流動する液状媒
体中に噴射することにより金属繊維を製造することは公
知である。

これらの方法を詳細に考察すると、均等な円形の横断面
を有する繊維が生じるように凝固工程を制御することの
困難性が明らかである。−般には均等に円形状の横断面
を有する繊維は形成されず、波状の構造を有する繊維、
非対称的節、ジグザグ状構造を有する繊維、縫れ、コル
ク抜き形状、成形された球状の肉厚部を有する繊維又は
ごく短い繊維片が形成される。更に、これらの方法は、
酸化物及び窒化物皮膜を形成する金属ないし金属合金に
ために適当であるにすぎない。繊維の不均一性は、少な
（とも浸漬点で乱流をもって流動する冷媒の連続的に変
動する冷却条件にによって生じる。

欧州特許公開第００３９１６９号によれば、前記困難性
は、溶融した合金を紡糸ノズルを通して冷却液を収容し
た回転体中に流出させ、その際冷却の際にエンドレス繊
維を形成させ、該繊維を回転体の内壁で回転体の遠心力
によって巻取ることにより克服される。この方法におい
ては、冷却液は十分に回転体の壁に対して十分に静止す
る、したがって所望の均一な繊維の冷却が達成されかつ
乱流によって撹乱されない。

前記方法は、繊維の大量生産にとってはあまり好ましく
ない。該方法は、一般にドラムに繊維が充満すると、ド
ラムを空にするために中断しなければならない。ドラム
の回転中に繊維をドラムから取り出すことは極めて困難
である。

時折の繊維の裂断を回避することはできない。

ドラムを静止させなければ、繊維の来光を掴みかつ取り
出すことは不可能である。

発明か解決しようとする課題 従って、本発明の課題は、横断面が極めて正確な円形及
び全長にわたって均等な直径を有しかつ高い均一な冷却
に基づきその都度の材料選択に応じて無定形又は準安定
の微細結晶質構造を有する、大量の金属繊維を簡単かつ
確実な生産法で製造することができる方法及び装置を提
供することであった。

課題を解決するための手段 前記課題は、方法に関しては、各繊維毎に溶融液状の金
属材料をノズルを通して加圧下に押出しかつノズルを３
〜１８　ｚ／ｓの速度で流出させかつガス及び蒸気を充
填した幅　０．５〜１０ｍｍの空間を横断させかつ引続
きノズルの下でノズルの出口位置における繊維よりも１
０〜４０％速く運動する冷却液内に該冷却液の流動方向
に対して４５〜９０’の角度で流入させることにより、
無定形又は準安定な結晶質構造の任意の長さ及び５０〜
１０００μｍの直径を有する、横断面が円形の金属繊維
を製造する方法において、ノズルの下及び流動方向にあ
る短い冷却区閣内の冷却液が静止流路の内部で層流を形
成しかつ冷却液に抵抗低下剤を添加することにより解決
される。該方法の別の特徴は、請求項２〜３に記載され
ている。

装置に関しては、ガス圧を受けた溶融物容器から成り、
該容器の底に単数又は複数のノズルが設けられており、
該ノズルの下を液体循環路の一区分が案内されており、
該区分がノズルの出口からガス又は蒸気が充填された　
０．５〜ＩＯＨの空間によって分離されておりかつ単数
又は複数のリールがノズルから冷却液の運動方向で間隔
を置いて組込まれている形式のものにおいて、各ノズル
の下に直線的に水平に又は僅かに傾斜して延びる、上方
が解放した通路が設けられていることにより解決される
。別の有利な構成は、請求項５〜７に記載されている。

発明の作用及び効果 本発明による方法及び装置は、均一に円形の横断面を有
する金属繊維の製造を可能にする。

該繊維は、微結晶、部分結晶又はその都度選択された合
金系に基づきガラス状に凝固することができる。ガラス
状凝固のためには、特に：Ｆｅ−Ｂ、　Ｃｏ−Ｂ、　Ｎ
１−Ｂ＋　Ｐｄ−３ｉ、　Ｆｅ−３ｉ−Ｂ＋　Ｆｅ−Ｎ
１−Ｂ、　Ｎｂ−Ｎｉ、　Ｃｕ−Ｔｉ、　Ｆｅ−Ｚｒ、
　Ｃｏ−Ｚｒ、　Ｌａ−Ａｕ、　Ｇｄ−Ｃ。

、　Ｍｇ−Ｚｎ、　Ｂｅ−Ｚｒ系から成る合金が適当で
ある。

上記のような合金から成る繊維は、高い強度を有し、耐
食性であり又は良好な電気的及び機械的特性によって優
れている。

ＮｉＡｌ２又はＣｏＦｅＡｌ２のような金属間相を含有
する、高い割合のクロム、モリブデン又はタングステン
もしくは鉄を有する鉄ベース合金から成る金属繊維は、
高い弾性係数を有するζ２とにより優れている。このよ
うな繊維は、意図的に生ぜしめた材料特性を有する複合
材料を製造するために使用することができ、その際固有
のマトリックス内に埋込まれた繊維は完成品の特性、例
えば強度及び剛性を改善する。ケーブル及びネットに加
工された金属繊維は、導電性ケーブルとして及び電気部
品の磁気シールドとして使用することができる。本発明
に基づき製造された金属繊維はその特性を広範囲に変更
可能であるので、これらはガラス繊維、炭素繊維及びア
ラミド繊維の代わりに建材を補強するために使用するこ
ともできる。これらはまた、スチールコードとして自動
車タイヤの補強のために、高強度の鋼素材の熱圧延、冷
間引抜及び相応する熱処理により製造される細い高強度
の金属線材の代用品として使用することができる。

実施例 次に、図示の実施例により本発明の詳細な説明する。

第１図に示した金属繊維を製造するための本発明による
方法を実施する装置は、溶融液状材料が充填される押出
装置２を有し、該押出装置は、溶融物及び不活性ガス例
えばアルゴン、ヘリウム又は窒素を供給するための、詳
細には図示されていない供給装置、及び単数又は複数の
出口を備えた、詳細には図示されていないノズルを内蔵
している。溶融物レベルの上に不活性ガスの過圧をかけ
ることにより、溶融液状材料はノズルを通って押出され
る。

冷却液１は、ポンプ６によって弁１３、熱交換器７及び
導管系８を経て加圧容器１０に圧送される。圧力計１２
は、加圧容器ｌＯ内の液体圧の測定を行い、弁１１によ
って、液体１の圧力を微調整する。遮断弁１５の解放後
に、冷却液１は詳細には図示されていないノズルを介し
て冷却通路９内に流入する。冷却通路９の出口端部から
、冷却液１は捕集装置を介して集合容器５内に流入し、
そこから再びポンプ６を介して加圧容器１０に送られる
。集合容器５内に突入したり−ル１４は、前記装置で製
造された金属繊維を連続的に巻取る。

本発明による方法は、第１図に略本した装置を用いて以
下のように実施する： 冷却液１をポンプ６によって導管系８を通して加圧容器
１０に圧送する。弁１３て流量を制御する。冷却液１は
、熱交換器７て、５〜３０’Ｃの温度に保持する。圧力
測定装置１２及び制御弁１１は、加圧容器１０内の液体
圧を読取・りかつ微調整する。遮断弁１５の解放後、液
体１は詳細には図示されていないノズルを通って冷却通
路９内に少なくとも３　ｍ／ｓ、好ましくは３〜１８Ｉ
ＩＩ／ｓ、有利には５〜１２肩／Ｓの速度で流入する。

冷却液の速度が３　ｘ／ｓ未満に低下すると、ガラス状
又は結晶質の非平衡構造を有する繊維を製造するために
、１０　’に／ｓより高い速度を発生させることは不可
能になる。円形の横断面及び無定形もしくは微結晶質構
造を有する細い金属繊維を製造するためには、本発明に
よる装置で達成することができる、１０５〜１０８にへ
の冷却速度が必要である。

金属繊維３内でのガラス形成又は結晶質の準安定状態を
形成する傾向は、もちろん繊維３の直径、繊維３の組成
、冷却液１の選択及び冷却液１の温度にも左右される。

冷却通路９内での冷却液１の速度状態が安定化された後
に、押出装置から溶融液状材料を冷却液ｌ内に噴射させ
る。押出装置２からの溶融液状材料の流出速度は、容易
に溶融物液面上の不活性ガスの圧力を介して制御するこ
とができかつ好ましくは３〜１８ｚ／ｓであり、但し冷
却通路９内での冷却液ｌの速度より１０〜４０％低いべ
きである。

押出装置２の詳細には図示されていないノズルは、単数
又は複数の出口を有し、該出口は円形の横断面を有しか
つその直径は５０〜１０００μｍ１好ましくは１００〜
３００μｍである。

押出装置２のノズルから押出された溶融液状材料の噴流
は、冷却通路９内で冷却液１の流動方向と、４５°〜９
０°の有利な値を取るべきである角度を形成する。冷却
通路９内の流動冷却液１の表面から押出装置２の出口ま
での距離は、５ｚｍ未満である。

押出装置２のノズルから押出された溶融液状材料の噴流
は、冷却トラフ９内の冷却液ｌによって受取られ、冷却
されかつ円形の横断面を有する金属繊維３に固化される
。

細い金属繊維は、連続的に繊維リール１４によって巻取
られる。リール１４の駆動機構、軸受及び保持装置は、
詳細には図示されていない。リール１４は冷却液の流れ
によって洗われる細い金属繊維の製造法並びに該方法を
実施する装置にとっては、金属繊維を連続的に高い品質
で製造することができるようにプロセスを制御すること
が極めて重要である。その際、最も重要であるのは、冷
却通路９の構成及び冷却液１の選択である。

第２図には、冷却通路９の有利な１実施例が略本されて
いる。高速で流動する冷却液ｌ内に、加圧下に溶融液状
材料のストランドを押出装置２の流出ノズル４から噴射
させる。冷却通路９の通過過程で、溶融液状材料のスト
ランドは固体の金属繊維３に凝固する。好ましくは、冷
却通路９の横断面は、流動する冷却液内に渦流が発生し
ない平滑な形態を有する。

第３図は、複数の細い金属繊維を同時に製造するための
装置の別の有利な実施例を示す。この実施例は、多重流
出ノズル４．１つの冷却トラフ９、冷却液１及び複数の
凝固した繊維３を包含する。冷却トラフ９は、好ましく
は流出ノズル４から流出する各々の溶融液状材料のスト
ランドが別のストランドとは無関係に金属繊維３に凝固
することができるように構成されている。この構成は、
溶融液体の状態で、繊維３相互の付着を生じるストラン
ドの好ましくない接触が行われ得ず、かつ金属繊維３を
１つのリール１４又は複数のリールで別々に巻取ること
ができるという利点を有する。

溶融液状材料のストランドから円形の横断面を有する高
品質のエンドレスの金属繊維を製造するために、高い冷
媒速度でも乱流を生ぜずに流れかつ高い蒸発温度及び蒸
発エンタルピーを有するように選択する。更に、冷媒は
溶融液状材料もしくは金属繊維と化学反応を起こすべき
でない。更に、非引火性であるべきでありかつ良好な熱
伝導性を有するべきである。

水はそのような適当な冷媒であるが、但し高い流速では
乱流及び不安定性を生じる傾向を呈する。このことは無
条件に回避されるべきである。水に適当な抵抗低下剤を
添加すると、レイノルズ数が低下しかつ層流から乱流へ
の移行をより高い速度にシフトする。サリシル酸ナトリ
ウムと臭素化テトラデシルトリメチルアンモニウムの等
量混合物を有する水が特に適当であることが判明した。

該冷却液体は全ての要求を満足する。該冷却液はポンプ
６内で機械的負荷によってもその有効性が悪影響を受け
ない。この際の流れは要求される高い流速でも重層状で
行われる。

■実施例において、合金：　Ｆｅａｌ、ｓＢｔ＋、ｓＳ
ｉ＋から成る金属繊維を製造した。その融点は１５３０
にであった。溶融した合金をアルゴンで直径１８０μｍ
を有するノズルから７５°の角度で冷却通路に噴射し、
該冷却通路内を水、サリシル酸ナトリウム及び臭素化テ
トラデシルトリメチルアンモニウムから成る熱さ２０℃
混合物をＬ２ｍ／ｓの速度で流動させた。ノズルの出口
から冷媒表面までの距離は２■であった。ノズルから流
出する溶融液状材料の達成された流出速度はｌｏｗ／ｓ
であった。このようにして製造した細い金属繊維は、平
均直径１５０±７μｍの円形横断面を有していた。最大
引張強さは３２００　ＭＰａであった。Ｘ線回折により
、無定形構造を確認することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施する装置の略本構成図
、第２図は冷却トラフ部分の有利な１実施例の略本斜視
図及び第３図は複数の金属繊維を同時に製造するための
装置の１実施例の略本斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各繊維（３）毎に溶融液状の金属材料をノズル（４
   ）を通して加圧下に押出しかつノズルを３〜１８ｍ／ｓ
   の速度で流出させかつガス及び蒸気を充填した幅０．５
   〜１０ｍｍの空間を横断させかつ引続きノズルの下でノ
   ズルの出口位置における繊維（３）よりも１０〜４０％
   速く運動する冷却液（１）内に該冷却液の流動方向に対
   して４５〜９０゜の角度で流入させることにより、無定
   形又は準安定な結晶質構造の任意の長さ及び５０〜１０
   ００μｍの直径を有する、横断面が円形の金属繊維を製
   造する方法において、ノズル（４）の下及び流動方向に
   ある短い冷却区間内の冷却液（１）が静止流路（９）の
   内部で層流を形成しかつ冷却液（１）に抵抗低下剤を添
   加することを特徴とする、横断面が円形の丸い金属繊維
   を製造する方法。 ２、抵抗低下剤として、サリシル酸ナトリウム及び臭素
   化テトラデシルトリメチルアンモニウムを添加する請求
   項１記載の方法。 ３、ノズル（４）の下及び冷却区間内部の層流をほぼ水
   平に又は僅かに傾斜してかつ直線的に流動させる請求項
   １又は２記載の方法。 ４、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実
   施する装置であって、ガス圧を受けた溶融物容器（２）
   から成り、該容器の底に単数又は複数のノズル（４）が
   設けられており、該ノズルの下を液体循環路の一区分（
   ９）が案内されており、該区分がノズルの出口からガス
   又は蒸気が充填された０．５〜１０ｍｍの空間によって
   分離されておりかつ単数又は複数のリール（１４）がノ
   ズルから冷却液の運動方向で間隔を置いて組込まれてい
   る形式のものにおいて、各ノズル（４）の下に直線的に
   水平に又は僅かに傾斜して延びる、上方が解放した通路
   （９）が設けられていることを特徴とする、横断面が円
   形の金属繊維を製造する装置。 ５、リール（１４）が冷却区間の端部に冷却液によって
   洗われるように組込まれている請求項４記載の装置。 ６、溶融物坩堝に複数のノズル及びノズル１個当り１個
   の通路及びリールが組込まれている請求項４又は５記載
   の装置。 ７、冷却液（１）が水から成りかつ抵抗低下剤を含有す
   る請求項４から６までのいずれか１項記載の装置。