【発明の詳細な説明】
マルチチャネル構造体及びその製造方法
本発明は、マルチチャネル構造体の新規な製造方法及びそのような方法で製造
された、フィルター、触媒担体、熱交換器等としての用途に好適な、特に比較的
小さいチャネル又は直径が数ミクロン〜数ミリメーターの範囲の孔を有する構造
に関する。
発明の背景
チャネル物質を製造する種々の方法が知られている。J.Reeman,R.W.Buswel
l及びD.G.Ainleyは、「粉末冶金学の基本原理」(W.D.Jones編集、Edward Arno
ld Pubhsher Limited出版、ロンドン、1960年、341ページ)に報告及び引用され
ているように、ブレードプレスにおいてカドミウムワイヤを取り入れ、その後焼
結の際にそれらを除去することによって、高温タービンブレードに冷却通路を形
成する方法について開示している。この方法は、非常に労力及び時間がかかり、
小さく均一に分散されたチャネルを有するミクロ−チャネル物質を製造すること
はできない。
GASARと呼ばれる方向性凝固方法は、1993年1月26日発行の米国特許第5,181,5
49号に開示されているように、制御された空隙率[1-3]で固体を製造するために
発展してきた。金属を特定の気体(通常は水素)の雰囲気中で溶融し、所望の圧力
で鋳型に流し込み、冷却する。金属の凝固に伴い、溶解ガスの溶解性が急激に減
少し、気泡の核が発生する。気泡は液体中を浮遊して高温領域を形成し、再び吸
収される。固体と液体の界面に生成した気泡は、凝固条件により、個々に分離し
た或いは連続した空孔になる。多孔性物質の最終的なミクロ構造は、熱力学的な
プロセス及び動力学的なプロセスの両者に依存する。GASAR処理条件下で気泡の
均一な核を形成することは不可能であり、このプロセスは、水素化物を生成しな
い系に限定され、共晶は非対称性が高く、安定した共晶の成長が可能な組成物及
び凝固温度は非常に狭い範囲に限定される。この方法は、特定の直径のミクロチ
ャネルを通すだけの長い構造を製造することはできない。さらに、この
方法は、2方向又はそれ以上の所望の方向に配向されるチャネルの製造には利用
できない。
1989年4月4日にMarsha L.Langhorstに発行された米国特許第4,818,264号は
、ガラスポリキャピラリ物質の製造に使用可能な中空ガラスファイバーを、管を
延伸して製造することについて開示している。外径1.8mm、内径1.4mmの7本のガ
ラス管を外径8mm、内径6mmのガラス管の中に入れ、この組み立てたものをガラ
ス管延伸機で引き伸ばした。この特許は、H.D.Pierce Jr.らの論文、技術文書
「ガラスマルチキャピラリカラムの製造方法」(クロマトグラフィー科学の17巻
、J、5/'79、297ページ)を、この研究の基礎として引用している。この方法は、
セラミックス、金属間化合物、炭素等の粉末又は脆性材料には応用できない。
薄肉ハニカム構造形成のための押出方法は、1974年2月5日発行の米国特許第
3,790,654号に開示されているように、D.Rodneyらによって開発された。Rodney
らは、相互接続された放出スロットを備えた出口面と、放出スロットと連係して
ダイを経て部分的に伸長する多数の供給口を備えた入口面とを有する押出ダイの
使用について開示している。出口面と接続された放出スロットに、押出し可能な
物質が流れる程度の圧力下で、ダイに押出し可能な物質を供給すると、その物質
の一部は、そこから縦方向に放出されてそこから伸長する多数の開口経路を有す
る博肉構造を形成する前に、そのスロット内で側方に流れて連続的な塊を形成す
る。縦方向に放出された塊がその経路の変形を厳格に防止する。この方法の欠点
は、非常に複雑であり、非常に高価な方法で、直径0.5〜1mm以下のチャネル及び
直径0.2mm以下のチャネル間壁を製造することができず、かつ、2方向以上に配
向されたチャネルを有する構造を製造することができないことである。
チャネル物質の製造とは関係ないが、本発明を実施してチャネル構造を製造す
るために使用されるいくつかの方法が、1988年9月20日にWilliam S.Coblenzに
発行された米国特許第4,772,524号に開示されているように、モノリシック繊維
状セラミック構造を製造することにおいても使用されていることは留意すべきで
ある。
Coblenzの特許は、高密度の繊維状モノリシックセラミック構造の製造方法を
開示している。この方法は、多数の被覆ファイバーを形成し、各被覆ファイバー
は、セラミックコーティングを有するセラミックのコアを含む。製造物が形成さ
れるセラミック材料の未焼結体(green body)は、焼結によって、可塑的に変形及
び圧縮される。しかし、この特許には、本明細書で開示し、請求するマルチチャ
ネル構造の製造方法については、何ら開示又は示唆もない。
1990年10月23日にMasaru Sugimotoらに発行された米国特許第4,965,245号は、
例えば、酸化物で被覆された被覆金属フィラメント(これが延伸され酸化性雰囲
気中で加熱されて超電導が形成される)の束を包含する超電導ケーブル又はコイ
ルの製造方法について開示している。しかし、この特許は、本明細書で開示し、
請求するようなチャネル構造の製造方法については、開示も示唆もしていない。
発明の概要
本発明に従い、多数のチャネルを有する構造材の本体を含んでなるマルチチャ
ネル構造が、構造材とバインダとからなる粉末形態のシェルと、可動チャネル形
成充填材及びバインダから成る粉末形態の内側コアとを包含する複合ロッドを形
成し、前記複合ロッドを平行関係で束ねて第1の束を組み立て、前記第1の束を
変形することによって強固にし、前記第1束の個々のロッドの直径を減少させ、
この変形させた多数の第1束をさらに第1束と組み合わせ、その束を強固にして
最終的な製品にすることによって製造される。そして、バインダをシェル材及び
内側コア材の両方から除去する。充填コア材を除去し、焼結して、最終製品の束
のそれぞれの複合ロッドのコアから充填材が除去されることで定義されるチャネ
ルを含む最終構造が製造される。バインダ及び充填コア材は、焼結前、焼結の間
又は焼結後のいずれにおいて除去してもよく、例えば、蒸発、分解、溶解、浸潤
、吹き出しを伴う溶融等によって除去される。例えばカーボンのような特定の充
填コア材は、酸化及び燃焼によって除去してもよい。
一実施態様においては、構造材は、アルミナのような焼結性セラミック粉末;
コアのチャネル形成材は、グラファイト粉末又はメラミン又は尿素又はポリエチ
レン或いはポリプロピレンのようなポリマー;コア及びシェルの両方のバインダ
は、パラフィン又はワックスである。
殻とコアの混合物の押出温度における粘度又は降伏点は、相互にできる限り近
いことが好ましい。
好ましい実施態様においては、バインダは加熱によって除去する。この場合は
、バインダは、充填コア材の融点又は沸点以下の融点又は沸点であるか、又はそ
のような材料がカーボンで加熱が酸化性雰囲気中で行われる場合は、充填コア材
の酸化点以下の酸化点を有するべきである。また、充填コア材は、バインダの除
去後に加熱によって又は高温で加熱して酸化することによって除去してもよく、
これは、焼結段階を遂行するための加熱の際に達成することができ、充填材の融
点又は沸点又は酸化点よりも高温が必要である。
他の実施態様においては、殻の構造材は、タングステン又は鉄粉のような粉状
金属から形成され、コアのチャネル形成充填材は、銅のような低融点金属粉であ
る。この実施態様においては、バインダは、コア充填材よりも実質的に低融点で
よく、パラフィン又はポリエチレン又は数種物質の混合物でもよい。
他の実施態様においては、殻の構造材は、FeCrAlY又はHastealloys粉のような
合金から形成され、コアのチャネル形成充填材は、メラミンのような低カーボン
残留ポリマーである。この実施態様では、バインダはワックスでよく、充填材及
びバインダは、焼結前或いは焼結の際、部分的に又は完全に有機溶媒及び/又は
蒸発によって除去してよい。
さらに他の実施態様においては、複合ロッド内コアは、チャネル形成充填材及
びバインダから成る少なくとも1つの充填材-バインダロッドから形成され、シ
ェルは、コアの周りに平行に配置された構造材とバインダの混合物から形成され
る多数のロッドを配置して、束を形成し、例えば、押出によって、上述の方法を
実施するための複合ロッドを形成することによって、形成される。
他の実施態様においては、殻の構造材は、例えば白金、パラジウム等のような
貴金属のような非炭化物形成粉状金属、又はマグネシウム、銅、及びニッケルの
ような非炭化物形成金属粉、及びニッケルアルミナイドのような非炭化物形成合
金から形成され、コアのチャネル形成充填材は、粉状カーボンである。この実施
態様においては、バインダは、カーボンコア充填材よりも実質的に低融点でよく
、
パラフィン又はでよい。
炭素充填材を用いる他の実施態様においては、生成した構造を加熱してバイン
ダを除去する際に、窒素或いはアルゴンのような非酸化性雰囲気中に保持するこ
とによって、炭素充填材の酸化を抑制する。溶融することによって、構造の温度
を構成成分が相互に結合或いは連結するまで温度を維持して構造の完全性を維持
することもできる。このような結合或いは連結によって構造の完全性を確保する
場合は、非酸化性雰囲気は除かれ、例えば燃焼のような酸化によって炭質充填材
を除去するために、例えば酸素或いは空気のような酸化性雰囲気によって置き換
えられる。これは、焼結段階において所望の温度に加熱することとは別に又はそ
の過程で行ってもよい。
発明の目的及び効果
本発明の目的は、セラミック、金属、金属間化合物及びポリマー等の粉末材料
を用いた、該材料からなるマルチチャネル構造体の新規な製造方法を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は、フィルター、触媒担体、熱交換器、ベント等として有用
な構造物を製造するのに好適な比較的小さな直径のチャネルを有するマルチチャ
ネル構造物の製造方法を提供することである。
本発明の方法は、従来の方法で得られたものより小さな直径を有するチャネル
であって、比較的薄いチャネル間壁をもって形成されたチャネルを有する新規な
構造物の製造を可能にする。
本発明の新規な方法は、比較的小さな直径の多数のチャネルを持った構造物を
製造するのに、本発明の実施に使用できる簡単な単一オリフィスダイと比較して
より複雑なダイを含む比較的高価な装置を必要とする上記従来の方法を実施する
のと比較してより単純でありかつより複雑でない。
本発明を使用して異種のセラミック、金属間化合物及び金属の多孔質のポリキ
ャピラリー構造物を製造することができる。
この方法は、最終多孔度(数容量%から90容量%以上まで)のチャネル直径とチ
ャネル間壁厚さ(数ミクロンから数ミリメーターまで)を狭い許容範囲内で制
御することができる。
この方法は一次元チャネル構造物を製造できるだけでなく、二次元及び三次元
多孔質構造物の製造にも同様に適用することができる。
図面の説明
図1は本発明のマルチチャネル構造物の製造工程の概略説明図である。
図2は図1の工程1に示す複合ロッドの他の実施態様の断面図を含む手順の概
略説明図である。
図3は図1の工程1に示す複合ロッドのさらに他の実施態様の断面図を含む手
順の概略説明図であり、ここでは第2構造マトリクスバインダ混合物12Aからな
る追加の層が外側構造マトリクスバインダ層12と内側コア13の間に挿入されてい
る。
図4は、2つの垂直な方向に配向した、異なる直径を有するチャネルを持った
構造物を製造するための、図1の工程4に示す束19の最終組立体の他の実施態様
の概略説明図である。
図5a及び5bは、マルチチャネル構造物により囲まれた大きなチャネル(図5
a)及びマルチチャネル構造物により囲まれた固体(solid)中心構造物(図5b)を製
造するように配置された、図1の工程4の他の実施態様を示す。
好ましい実施態様の説明
図1には、アルミナ等の粉末状構造材料とパラフィン等のバインダ材料からな
る第1の混合物で形成された外側シェル12と、メラミンやグラファイト等の粉末
状のチャネル形成性充填材材料とパラフィン等のバインダからなる第2の混合物
で形成された内側コア13を含む複合ロッド11の横断面図が示されている。
複合ロッド11は、例えば、第1の混合物の管を、例えば押し出しにより製造し
て外側シェル12を形成することにより形成できる。内側コア13は、第2の混合物
から例えば押し出しにより別に形成できる。ついでシェル12に内側コア13を挿入
することにより複合ロッド11を形成できる。
別に、外側シェル12と内側コア13を形成する材料を含む混合物を、同軸2
チャネルダイを用いて同時に押し出し、複合ロッド11を形成することもできる。
上記のようにして複合ロッド11を形成したら、図1の11Aに示すように、所望
により、押し出しによりその直径をさらに小さくすることもできる。
ついで、複合ロッド(11又は11A)の束14を、図1の工程2に示すように組み立
てる。ここで11Aで示す複合ロッドは、断面が相互に平行に配置されている。
いくつかの平行ロッド(11A)を製造する便利な方法は、直径を小さくする前又
は後に、切断してセグメント11Aにし、種々の平行なロッドを形成し、束14を形
成できるような長い複合ロッド(11)を製造することである。
組み立てたロッドの束14は、破断図に示すように、工程2で適当な直径のダイ
を持つ押出機15で押し出されて変形され、束14の直径は束14Aに示すように、か
つ小さな直径の束14Aを持つ個々の複合ロッド11Aの直径となるまで、変形され、
小さくされる。
図1の工程3に示すように、さらなる束17をさらに小さくされた直径を持つ複
合ロッド11Bを含む平行な束11Aの多数から組み立てる。このさらなる束17を、次
に、適当な直径のダイを持つ押出機18によりさらに変形して、この束17の直径を
工程3に示すように、より小さな直径17Aにする。もちろん、工程1、2又は3
で使用する押出機は、各工程の所望の直径を持つ押し出しダイを適宜備えていれ
ば、同じ装置であってもよい。
複合ロッドの束を作り、この束を押し出すことにより、その束の直径及びそれ
を構成する複合ロッドの直径を小さくし、これによって、個々のコア13の直径を
小さくし、単位体積当たりの数を多くする操作を、望ましい直径と望ましい数の
チャネル形成性コアが得られるまで実施できる。
複合ロッドの組み立てた束の変形により、多数の束が一体化され、円形断面又
は矩形断面又は他の形状の断面のロッドになる。しかし、最終の束を、押し出し
によっては容易に一体化されない大きな組立体にすることが望ましい。この場合
、束17Aの最終組立体は、例えば、工程4でプランジャー22によりダイ21内で圧
縮、一体化されて組み立てられた大きな束からなる。
一体化された束19は次に、工程5で熱処理を受け、バインダが除去され、充
填材材料が除去され、チャネル構造材料からなる残存マルチチャネル未焼成(gre
en)構造物が焼成される。
充填材の選択は、構造材料の種類に大きく依存し、充填材は、構造材料中に充
分な機械的一体性が発現するまで所定の位置に存在し、かつ構造材料の特性を劣
化させない条件で除去されるようなものであることが必要である。また、充填材
材料は両者が存在する温度範囲で構造材料と化学的に適合性であることが必要で
ある。除去される前に比較的高温で残存する充填材は、種々の構造材料に対して
広範囲の応用性を有する。例えば、MgO、CaO等は、焼成プロセスの際に除去され
ず、焼成中、チャネルの形状を保持し、焼成後、溶解により除去することができ
る。従って、これらは、シェルの充分な構造一体性の発現に800〜1200℃の高温
が必要な場合に、W、Ta等の高温耐火性金属用の充填材として使用することがで
きる。充填材材料が、構造材料と新たな望ましくない化合物を形成すべきでない
ことはいうまでもない。構造材料が充分な機械的一体性を発現する前に除去され
るような低温ポリマーを使用すると、マルチチャネル構造物は不安定で、崩壊す
る。より低融点の充填材も使用できるが、その場合、構造物を支持する粉末ベッ
ド中で充填材を極めてゆっくり除去する必要がある。
アルミナ、炭化珪素及びニッケル等の、充分な機械的一体性を発現するのに比
較的高温を必要とする構造材料、特にニッケルは、炭素充填材材料の使用の際に
利点がある。炭素充填材は、その存在が予見される場合を除き、バインダの除去
、焼成、及び充填材除去の際に、カーバイドや他の化合物を形成することがない
これらの構造材料とともに使用する事ができる。
チャネル構造材料の化学組成は、典型的に、複合ロッドを形成するために使用
される出発構造粉末材料のものである。しかし、構造材料の所望の化学組成は、
また、混合した構造粉末から始めて、焼結の間かその後に粉末を反応させ、所望
の組成物を形成することによって、得られる。例えば、FeCrAlYのような金属合
金は、高室温延性、異常な周期的酸化抵抗、及び優れた耐衝撃特性を有する合金
であり、これらの特性は、この合金を、高温用途の優れた触媒支持体とするもの
であり、この金属合金は、対応する合金粉末から製造するか、又は、該当する化
学量論の比率で、合金の対応する元素状金属粉末化成分を混合し、焼結の間かそ
の後に、現場で、熱をかけて、元素金属成分を所望の合金に形成することによっ
て、合金が形成できる。FeCrAlYマルチチャネル構造が形成されるときに、白金
のような触媒をディップコーティング又は電気めっきにより適用して触媒コンバ
ータのような用途のための触媒製品を形成することができる。さらに、白金のよ
うな触媒は、複合ロッドを形成するために使用される構造材料の粉末状の成分の
うちの1つとして取り入れられることが可能である。同じ方法を適用して、ニッ
ケル及びアルミニウム粉末からアルミニウム化ニッケルのような所望の金属間化
合物を形成できる。同様に、本方法を使用して、マルチチャネルの構造材料で、
セラミック組成物、例えば、珪素及び炭素粉末からの炭化ケイ素を形成できる。
本技術は、分子サイズのような所望の特性を有するより少ない高価な原料から始
めることができる。
本発明の方法は、次の工程(図1)から成る:
ステップ1-例えば、シェル(アルミナ+バインダ)とコア(充填材+バインダ)と
からなる二成分材料(bi-material)ロッド(11)の製造
シェルは、アルミナ粉体と、バインダ添加物(ワックス、パラフィン又はエチ
レン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸エチル等のある種の熱可塑性ポリマー)と
の混合物から成る。コアが、バインダと、後に蒸発、溶融、溶解及び酸化等によ
って除去できるチャネル形成充填材の粉末との混合物から成る。炭素(黒鉛又は
無定形の炭素のような)や、他の有機物質(尿素、メラミン、重合体のような)
又は無機物質(CaO、MgO、金属)の粉末が、充填材として使用することができる。
0.1-10mmの範囲の直径を有する望ましいロッドが、より大きい直径(20-200mm)の
二成分材料ロッド11の押出しにより製造される。
ステップ2-束へのロッドの組立て及び束の再押出し
このステージの結果として、マトリックス(アルミナ+バインダ)及びチャネ
ル形成繊維(充填材+バインダ)から成る未焼成複合ブランク(ロッド)が得ら
れる。しかし、押出しのこのステージにより製造される繊維は、まだあまりに大
きい直径、即ち、数百ミクロン、を有することができ、それゆえに、大きさの更
なる減少は、必要かもしれない。
ステップ3-チャネルの大きさの更なる精製のためのステップ2の繰返し
このステップの終わりで、押出し比率に従い、10〜100ミクロンの直径のチャ
ネル形成繊維で得られるロッドは、0.1〜10mmの直径を有する。必要なら、この
ステップは、更に小さい直径繊維を得るために繰り返すことができる。
ステップ4−加熱ち密化の前に所望の未焼成密度を得るための、ステップ3にお
いて製造されたロッドの束への組み立て、及びダイにおける又は冷間等方加圧、
冷間押出し及び冷間圧延等による固化
ステップ5-ち密化
このステップは、順に(1)バインダの除去、(2)充填材の除去、及び(3)
マルチチャネルのアルミナ未焼結体の焼結を含む。焼結は、熱的誘導亀裂が避け
られるように起こり、フィルタの高強度を得るためにチャネル間壁の高密度を提
供する。パラフィンをバインダとして使用する場合、その除去は150〜350℃で起
こる。尿素又はメラミン又は炭素充填材を除去するために、約300〜500℃の温度
は、必要である。アルミナの焼結は、1500〜1700℃で起こる。微細構造の設計及
び制御によるこの種のマルチチャネルの製品を加工することによって、所望の最
終用途に仕立てられる特性を有する種々のセラミック金属的な又は金属間化合物
製品が製造できる。例えば、20マイクロメートルのチャネル直径を有する製品が
必要な場合、ステージ1で、0.5mmのコア直径及び1mmのシェル直径を有する二成
分材料ロッドを得ることができる。次いで、ステージ2において、これらのロッ
ドの1000本の束が集められ、直径36mmから直径1mmに押出し成形し、ステージ2
の後には、このロッドの充填材+バインダ混合物(及びそれゆえに、将来のチャ
ネル)からの繊維は、〜20マイクロメータの直径を有する。ステップ3は、この
場合除外できる。ステップ2において、得られるロッドは、束にし、加圧し(ス
テップ4)、そして、焼結する(ステップ5)。より小さい直径チャネルが必要な場
合、ステップ3は再度含んでもよい。
したがって、本発明の方法は、充填材及びバインダ粉末の混合物からなる除去
可能な内側コアからなるロッド構造と、バインダ粉末及び焼結可能な構造粉末の
混合物からなる外側シェルとの繰り返された共押出を使用して、繊維強化セラミ
ックマトリックス未焼成ブランクを形成し、次いで、充填材により固定された繊
維を脱結合しかつ除去し、マトリックスを焼成する。このようにして、調整され
た直径と、まっすぐなマイクロチャネルの分布とを有するマルチチャネル構造が
形成される。
実施例
実施例1
ステップ1−85重量%のアルミナ粉末(平均粒子直径1.3μm)と15重量%の
パラフィン、バインダとの第1の混合物を調製した。この第1の混合物を90℃に
加熱してブレンドした。
ステップ2−79重量%のメラミン粉末(平均粒子サイズ2.5μk)と21重量%の
パラフィンバインダとの第2の混合物をステップ1における混合物のように調製
した。
ステップ3−ステップ1及びステップ2で調製した2つの混合物を2チャネル
押出成形機に装填し、45℃で押出成形した。この結果、直径1mmのコアを有し
直径2mmのシースを有する複合材料(bi-material)ロッドが作られた。このコア
はメラミン粉末とパラフィンとの第2の混合物からなっており、シースはアルミ
ナ粉末とパラフィンの第1の混合物からなっていた。
ステップ4−ステップ3で得られた複合材料ロッドを100mmの素片に切断し
、そのような631の素片の束を集合させ、実質的に平行関係にしたこの束を、直
径90mm、直径3mmの流出孔のコンテナを有する押型に挿入し、押出成形した
。この結果、アルミナ粉末とパラフィンバインダの混合物のマトリックス及びメ
ラミン粉末とパラフィンバインダの混合物からなる631本の繊維で強化された繊
維構造を有する直径3mmのロッドが作られた。各繊維の直径はおよそ60マイク
ロメートルであった。
ステップ5−ステップ4で得られたロッドの束を50mmの長さの素片に切断し
、そのような300の素片を50x90mmの方形押型中に平行にスタッキングし(10層
、各層は30の素片)、このスタックを40℃で圧縮し(圧力1500N/cm2)ロッドのス
タックを固めた。この結果、189300本の繊維を有する方形の未熟の(green)(す
なわち未硬化の)複合構造体が得られた。
ステップ6−ステップ5で得られた未熟構体を加熱し、焼結した。熱処理の手
順は以下のようにした:
温度を5℃/時間の速度で20℃から250℃に上げて加熱し、高い方の温度で0.5h
維持し、15℃/時間の速度で温度を350℃まで上げて加熱を続け、高い方の温度
で1時間維持し、温度を540℃まで上げて加熱を続けて1時間維持し、100℃/時
間の速度で815℃まで加熱して1時間維持し、100℃/時間の速度で1090℃に加熱
して1時間維持した。この結果、直径およそ40マイクロメートルの189300の連続
平行ダクトを有する方形マルチチャネル焼結アルミナ製造物が得られた。
実施例2
ステップ1−タングステン粉末(平均粒子サイズ-5マイクロメートル)と48
容積%のバインダ(34%パラフィンワックス、33%ポリエチレンワックス及び33
%蜜蝋)の第1の混合物を含む外径1mmのシェル、及び5マイクロメートルの
銅粉末と60容積%の同じバインダとの第2の混合物を含む直径2.5mmのコアか
らなる複合材料ロッドを、直径60mmの複合材料未熟構体を直径4mmに押出し
成形することによって作製した。
ステップ2−ステップ1で得られた169本の複合材料ロッドを実質的に平行関
係にして束にまとめ、これを60mmバレルに挿入し、直径2mmのダイスを通し
て押出成形した。このステップの結果、(W+バインダ)マトリックス及び直径
約0.1mmの169本の(Cu+バインダ)繊維を含む、直径2mmの未熟複合ロッドの
束が得られた。
ステップ3−ステップ2で作製された2mmロッドの束を50mmの長さの素片
に切断し、これらの素片の束を50x50mmの正方形ダイス型中に置き、6000kgfの
力で圧縮しアッセンブルしたロッドを固めた。
ステップ4−ステップ3で得られた未焼成体(green body)(即ち、未硬化構造
体)をバインダ除去のためH2雰囲気中で20℃から500℃まで0.2℃/分の速度で加
熱し、次に温度を5℃/分の速度で500℃から1280℃まで上げて水素雰囲気中で加
熱した。加熱の過程で、銅は1083℃で融解しはじめ、Wマトリックスに浸透し、
繊維の代わりにチャネルを残す。この結果生ずる構造を含むチャネル間壁はW-Cu
擬合金からなっている。
実施例3
ステップ1−カルボニルFe粉末と40容積%のバインダ(85%パラフィン及び15
%蜜蝋)との第1の混合物を含む外径1mmのシェル及び、メラミン粉末と50容
積%の同じバインダとの混合物を含む直径0.81mmのコアからなる複合材料ロッ
ドを、直径60mmの複合材料未焼成体(メラミンとバインダの直径54mmのコア
及びFeとバインダの直径60mmのシェル)を直径1mmに押出成形することによ
って得た。
ステップ2−ステップ1で得られたロッドを100mmの長さの素片に切断し、1
027の複合材料素片の束を平行ロッドの束にまとめ、これを10MPaの圧力で45℃に
て圧縮し、組み立てたロッドを固めた。
ステップ3−ステップ2の後で得られるφ30mmの未焼成体をバインダ及びメ
ラミンを除去するためにH2雰囲気中で0.2℃/分の速度で温度を20℃から500℃ま
で上げて加熱し、次にH2雰囲気中で温度を5℃/分で500℃から1200℃まで上げて
1200℃にて2時間維持することにより焼結した。その結果、焼結後約87mmの長
さと25mmの直径を有し直径0.66mmの1027のチャネルを有する鉄の構造体が作
られた。
実施例4
ステップ1−63容積%のアルミナ粉末(平均粒子サイズ約1.3μm)と37容積
%のバインダ(80%パラフィン+20%ポリエチレン)の第1の混合物を調製した
。
ステップ2−60容積%の酸化マグネシウム粉末(平均粒子サイズ約1.8μm)
と40容積%のバインダ(80%パラフィン+20%ポリエチレン)の第2の混合物を
調製した。
ステップ3−ステップ1及び2で調製した2つの混合物を2-チャネル押出機
に装填し、第1の混合物がコアとしての第2の混合物を覆うシェルとして押出さ
れるようにして55℃にて押出成形した。その結果、直径2mmのコア及び直径4
mmのシェルを有する複合材料ロッドが作製された。コアは第2の混合物
(酸化マグネシウム+バインダ)からなり、シェルは第1の混合物(アルミナ+
バインダ)からなっていた。
ステップ4−ステップ3で得られた複合材料ロッドを束にして、直径90mm、
流出孔直径20mmのコンテナを有するダイ型中に挿入し、押出成形した。その結
果、91のフューチャーチャネル(future channel)を有する直径20mmの未焼成ロ
ッド構造体が作製された。
ステップ5−ステップ4で得られた未焼成体を加熱して焼結した。熱処理の手
順は以下のとおり:
5℃/時間の速度で20℃から500℃まで加熱し、次に60℃/時間の速度で500℃か
ら1100℃で加熱し、高い方の温度で1時間維持し、次に30℃/時間の速度で1100
℃から1500℃まで加熱し、1時間維持した。
ステップ6−ステップ5で得られた焼結構造体片を20mmの長さの素片に切断
し、この素片を60℃にてHNO3中に入れそこで6時間維持した。MgO繊維がその構
造体から溶け出し直径約1mmのチャネルを残りの構造体中に残した。
実施例5
アルミナマルチチャネル構造を製造するために、1.3μmの粒度を有するア
ルミナ粉末を50容量%のバインダ(パラフィンワックス/蜜蝋)と混合して粘
ちょう性のある混合物を〜45〜50℃で得た。次の工程で、この混合物を、6
0mmのコンテナに連結した12mmのダイを通して押し出した。結果として12mm
のロッドがアルミナ−バインダ混合物から製造され、より小片(各〜100mm)に
カットされた。
同じ技術を使用して、充填材−バインダ混合物を、メラミン粉末(50容量%
)及びバインダ(パラフィンワックス/蜜蝋)から製造し、この充填材−バイン
ダ混合物を同じサイズの12mmロッドに押し出した。
次の工程で、アルミナ−バインダ及び充填材−バインダのロッドをバンドルに
配列し、その中央に1の充填材−バインダロッドを、及びその周りの同心的な2
層、最初の層は充填材−バインダのロッドを含み、第2の(外側の)層はアルミ
ナ−バインダのロッドを含む。このバンドルを同一の12mmダイを通して押し
出した後、2材料ロッドで形成された未加工ボディ構造が、アルミナ−バインダ
シェル及び中央に充填材−バインダをもって得られた。次の工程で、ロッドを1
00mm片にカットし、それは平行ロッドのバンドルに集められて12mmのダイで
再押し出しするために60mmのコンテナへ積載された。この工程の結果として、
アルミナ-バインダマトリックス及び19の充填材−バインダで詰まった通路を
含むロッド組立体が得られた。
より小片にカットした後、12mmのロッドと19の詰まった通路からなる該未加
工ボディ構造を、微細なアルミナ粉末中へ固定し空気中で熱処理した。このアル
ミナ粉末は、ワックスバインダを融解させる熱処理の間に毛細管作用により液化
したバインダを除く。この脱バインディング法は、加熱速度5〜6℃/時間で、
保持時間2時間で実施し、次いでサンプルを炉で1100℃まで30〜35℃/
時間の加熱速度で加熱し、2時間保持し、及び冷却する。該サンプルを埋設用粉
末から取り除いた後、それを更にゆっくりとした加熱速度で1400℃で焼結さ
せ2時間保持した。液化バインダを吸い上げるのにアルミナ粉末の代わりに炭素
粉末も使用できることに注目すべきである。
その結果、19チャネルを含むアルミナ構造サンプルが製造された。焼結後の
ODは9.3mmでチャネルサイズは〜1.6mmで、チャネルの容積分率は約69%で、
チャネル間の壁の厚さは1mmであった。
実施例6
イットリアで安定化したジルコニアから形成されたマルチチャネル構造を製造
するために、イットリアで安定化したジルコニア粉末を使用した。粒度は1〜5
μmの範囲であった。安定化したジルコニア粉末を55〜60℃で55容量%の
バインダ(パラフィンワックス/蜜蝋)と混合して粘ちょう性の均一な材料を製
造した。実施例5で記載したのと同一の技術を用いて、2種類の12mmロッド、1
つは“ZrO2/Y2O3−バインダ”で形成され及び他方は実施例5の“充填材
−バインダ”で形成されたものを作製し、一緒に再押し出しし(750℃で)、Z
rO2/Y2O3を含むシェル及び充填材−バインダ材料を含むコアを有する12m
mの2材料ロッドを製造した。次の工程で該2材料ロッドを19片にカット
し、中央に1の充填材−バインダロッド及び周囲の同心的な2層であって各々6
及び12ロッドを含むものからなるバンドルに配列した。最初の同心的な層は、
充填材−バインダロッドからなり、第2の(外側の)層はZrO2/Y2O3−バ
インダロッドからなった。該バンドルは60mmのコンテナへ挿入され、12mmの
ダイを通して押し出され、ZrO2/Y2O3マトリックス及び充填材マトリック
スで満ちた19の2.4mm通路を含むロッド構造を製造した。次の工程で、製造さ
れた該ロッド構造をさらに19片にカットし上記のように再押し出し、ZrO2
/Y2O3マトリックス及び充填材材料マトリックスで詰まった19×19=36
1通路(〜0.45mm直径)を有する12mmロッドを製造した。
要される長さにカットした後、これらのロッド構造は、実施例5に記載された
のと同様の熱処理方法に施され、1500℃で最終焼結された。
その結果、361チャネルを含むZrO2/Y2O3構造が製造された。焼結後
のODは約9.8mmに減じ、チャネルサイズは約0.3mmで、壁の厚さ0.25mmで総チ
ャネル間隙率は58%であった。
実施例7
チャネルの85%容積負荷及び〜0.5mmのチャネル径を持つ高温金属合金(Fe
CrAlY)マルチ−チャネルロッドを下記の方法で製造した。
Fe−25Cr−5Al−0.5Yの粉末を45容量%のバインダ(パラフィン
ワックス/蜜蝋)と混合し、混合物を5mmのダイを通して押し出し得られたロッ
ドを長さ100mmで直径5mmの断片にカットした。
同じ技術を用いて、充填材-バインダ混合物をメラミン粉末(50容量%)及び
バインダ(パラフィンワックス/蜜蝋)から調製した。押し出し後、この充填材
−バインダ混合物の直径55mmのロッドが得られた。
FeCrAlY-バインダ及び充填材-バインダの平行ロッドを、中央に1の充
填材-バインダロッド及びその周囲にfecr合金−バインダロッドを含む1の
同心的外層の平行バンドルに配列した。このバンドルを0.75mmダイを通して45
℃で押し出した後、FeCrAlY-バインダシェル及び中央に充填材−バイン
ダを持つ2材料ロッドが得られた。次の工程で、該ロッドを長さ40mmの
断片にカットし、1000平行断片のバンドルに集め、該バンドルを、方形の断
面が40×30mmのダイへ負荷し、温度45℃で圧力15MPa下で圧縮した。
この工程の結果、FeCrAlY-バインダマトリックス及び1000の均一に
分布した平行充填材−バインダ繊維を含む40×30×12mmの未加工のボディ
が得られた。脱バインディング及び焼結を行い、バインダ及び充填材を除き、そ
の結果、平面40×12mmに垂直に延伸された1000チャネルを持つ予め指定
されたマルチ−チャネルFeCrAlY構造が得られる。
脱結合(debinding)はゆっくりと(0.1℃/分)350℃まで加熱して次いで1
0時間保持することによって実施され、焼結は超高純度の水素雰囲気中で0.2℃
/分の速度で350℃から1400℃に加熱することによって実施され1400
℃で2時間保持した。
実施例8
前記の実施例に記載されるのとほぼ同様の方法で、スーパーアロイ(superall
oy)であるヘイステロイXの40×30×12mmのマルチチャネルの未焼成バ
ー(green bar)を製造した。それは、85%の容積分率の直径0.5mmのチャ
ネルを有していた。粉末混合物:Ni−45%、Cr−22%、Fe−18%、
Mo−9%、Co−1.5%、W−0.5%を、構造材料として使用した。85
%のパラフィン及び15%蜜蝋を含むバインダ50容量%と混合し、得られた混
合物を2成分材料性ロッド(bi-material rod)として使用した。ロッドの核は
、55%メラミン+50%の同一のバインダの混合物から製造した。未焼成バー
(green bar)の製造手順は実施例8と同一であった。
実施例9
マルチチャネルのアルミナ構造物を製造するために、平均粒径1.3ミクロン
のアルミナ粉末を、パラフィン+蜜蝋バインダの混合物と混合した。バインダは
90%のパラフィン及び10%の蜜蝋を含んでいた。混合物は50%のバインダ
及び50%のアルミナ粉末を含んでいた。
充填材混合物は、平均粒径20ミクロンの黒鉛粉末と前記と同一のバインダと
を混合することにより製造した。
第一の混合物のチューブを、外径60mm及び内径30mmで押し出した。
第二の混合物のロッドを、直径30mmで押し出した。これを第一の混合物か
ら製造したチューブに挿入した。
この複合ロッドは、シェルを形成するアルミナ−バインダチューブ及びコアを
形成する黒鉛−バインダロッドから構成される。これをダイの中に押出し、2m
mの複合ロッドを形成した。
2mmの複合ロッドを長さ100mmのセグメントに切断した。631のセグ
メントの束を集め、容器並びに直径90mmのキャビティ及び30mmの出口穴
(outgoing hole)を有するダイに挿入し、押し出した。結果として、直径0.
3mmの黒鉛及びバインダのファイバー631本を有する外径30mmの未硬化
(複合)構造物を得た。
脱結合(debinding)のために、この複合構造物を0.1℃/分の速度で室温
から400℃へ加熱した。
次いで複合構造物を、1.0℃/分の速度で400℃から1600℃へ加熱し
、黒鉛充填材の燃焼及びアルミナ構造物の焼結のために1600℃で2時間維持
した。
実施例10
マルチチャネル炭化ケイ素構造物を製造するために、第一の混合物を、粒径0
.5ミクロンの焼結性炭化ケイ素粉末の52容量%及び70重量%ポリエチレン
ワックス、25重量%パラフィンワックス及び5重量%蜜蝋から構成されるバイ
ンダの48容量%を材料として製造した。第二の混合物は、50容量%黒鉛粉末
(アズベリーブランド(Asbury brand)、グレード番号:Micro 850、粒径:325
メッシュ)及び50容量%の同一のバインダを材料として製造した。
第一の混合物を、60mmの容器に接続した20mmのダイを通して押出し、
20mmのロッドを製造した。第二の混合物を同様に押出し、同様の20mmの
ロッドを製造した。次工程において、ロッドを7つのロッドからなる束に集めた
。これは、中央の第二の混合物を材料とするロッドを、周囲を第一の混合物を材
料
とする6つのロッドが囲んでいた。これを60mmの容器に挿入し、取りつけら
れた20mmのダイを通して押し出した。次工程においては、前記工程の間に製
造した複合ロッドを、得られた長さを7片に切断し、束に集め、60mmの容器
に挿入し、取り付けられたダイを通して再び押出し、複合構造を有するロッド:
バインダと混合した炭化ケイ素を材料とするマトリックス及びバインダと混合し
た黒鉛粉末を材料とする7つのファイバーを製造した。次工程において、複合ロ
ッドを同様に7片に切断し、束にし、ダイ容器に挿入し、同様のダイを通して押
し出した。この工程の結果、炭化ケイ素/バインダマトリックス及び49の黒鉛
/バインダファイバーを含む未硬化物が製造された。
熱処理は以下に示す2工程から構成された。(1)5〜6℃/時間の加熱速度
で350℃で5時間の脱結合(媒体−黒鉛の埋没)、10〜12℃/時間の加熱速
度で1100℃までの漸進的な加熱、続く同温度で2時間の維持、(2)10〜
12℃/時間の加熱速度で2100℃で2時間、アルゴン中での最終の焼結(媒
体の埋没なし)。最終工程では、サンプルを空気中で1400℃まで加熱し、黒
鉛を燃焼させた。
結果として、49通のチャネルを有する炭化ケイ素構造体が製造された。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Multi-channel structure and manufacturing method thereof
The present invention relates to a novel method for producing a multi-channel structure and to such a method.
Especially suitable for use as filters, catalyst supports, heat exchangers, etc.
Structures with small channels or holes with diameters ranging from a few microns to a few millimeters
About.
Background of the Invention
Various methods for producing channel materials are known. J. Reeman, R.W. Buswel
l and D.G. Ainley, "Basic Principles of Powder Metallurgy" (Edited by W.D. Jones, Edward Arno
ld Pubhsher Limited, London, 1960, p. 341)
Cadmium wire was introduced into the blade press and then fired.
Removing them during sintering creates cooling passages in the hot turbine blades.
It discloses a method of accomplishing this. This method is very labor and time consuming,
Producing a micro-channel material having small, uniformly dispersed channels
Can not.
A directional solidification method called GASAR is disclosed in US Pat. No. 5,181,5 issued Jan. 26, 1993.
To produce a solid with a controlled porosity [1-3] as disclosed in US Pat.
Has evolved. The metal is melted in a specific gas (usually hydrogen) atmosphere and
Pour into mold and cool. With the solidification of metal, the solubility of dissolved gas sharply decreases
Some nuclei of bubbles are generated. Bubbles float in the liquid to form a high-temperature area, and are absorbed again.
Will be collected. Bubbles formed at the solid-liquid interface are separated individually depending on the coagulation conditions.
Or it becomes a continuous hole. The final microstructure of the porous material is thermodynamic
It depends on both the process and the kinetic process. Under GASAR processing conditions
It is impossible to form a homogeneous nucleus, and this process does not produce hydrides.
Eutectic is highly asymmetric, and is capable of stable eutectic growth.
The solidification temperature is limited to a very narrow range. This method is suitable for micro-
It is not possible to make long structures that only pass through the channel. Furthermore, this
The method is used to produce channels oriented in two or more desired directions.
Can not.
Marsha L. on April 4, 1989. U.S. Patent No. 4,818,264 issued to Langhorst
Tubes, hollow glass fibers, which can be used in the production of glass polycapillary materials
It discloses that it is manufactured by stretching. 7 gauges with outer diameter 1.8mm and inner diameter 1.4mm
Place the lath tube in a glass tube with an outer diameter of 8 mm and an inner diameter of 6 mm.
The tube was stretched by a tube stretching machine. This patent is issued by H.D. Articles and technical documents by Pierce Jr.
`` Method of manufacturing glass multi-capillary column '' (Vol. 17 of chromatography science)
, J, 5 / '79, p. 297), as the basis for this study. This method
It cannot be applied to ceramics, intermetallic compounds, powders such as carbon, or brittle materials.
An extrusion method for forming a thin-walled honeycomb structure is disclosed in U.S. Pat.
As disclosed in U.S. Pat. Developed by Rodney et al. Rodney
Have an outlet face with interconnected ejection slots, and
An extrusion die having an inlet face with a number of feed ports extending partially through the die.
The use is disclosed. Extrudable into a discharge slot connected to the outlet face
When extrudable material is supplied to the die under pressure enough to allow the material to flow,
Has a number of open paths that are emitted longitudinally from and extend therefrom
Before forming the fillet structure, it flows laterally within the slot to form a continuous mass.
You. The longitudinally released mass strictly prevents deformation of the path. Disadvantages of this method
Is a very complex and very expensive method, with channels less than 0.5-1 mm in diameter and
Channel walls with a diameter of 0.2 mm or less cannot be manufactured, and
The inability to manufacture structures with oriented channels.
Although not related to the production of channel materials, the present invention may be implemented to produce channel structures.
Some methods used for this are described in William S. Coblenz on September 20, 1988.
Monolithic fiber as disclosed in issued U.S. Pat.No. 4,772,524
It should be noted that it is also used in manufacturing
is there.
Coblenz patent discloses a method for producing a high density fibrous monolithic ceramic structure.
Has been disclosed. This method forms multiple coated fibers, each coated fiber
Includes a ceramic core with a ceramic coating. Product formed
The green body of ceramic material to be plastically deformed by sintering
Compressed. However, this patent does not cover the multichannel features disclosed and claimed herein.
There is no disclosure or suggestion about the method of manufacturing the flannel structure.
U.S. Pat.No. 4,965,245, issued to Masaru Sugimoto et al. On October 23, 1990,
For example, coated metal filaments coated with oxide (which are drawn and oxidized
Superconducting cable or coil containing a bundle of
It discloses a method of manufacturing a device. However, this patent discloses herein,
It does not disclose or suggest a method of manufacturing the channel structure as claimed.
Summary of the Invention
In accordance with the present invention, a multichamber comprising a body of structural material having multiple channels
The tunnel structure is composed of a powdered shell composed of a structural material and a binder, and a movable channel type.
Forming a composite rod including a powdered inner core comprising a composite filler and a binder;
Forming a first bundle by bundling the composite rods in a parallel relationship, and assembling the first bundle.
Strengthening by deformation, reducing the diameter of individual rods of said first bundle,
A large number of the deformed first bundles are further combined with the first bundle, and the bundle is strengthened.
Manufactured by making the final product. And the binder and shell material
Remove from both inner core material. Remove the filling core material, sinter and finish product bundle
Channel defined by the removal of filler from the core of each composite rod
The final structure is manufactured containing the Binder and filling core material before and during sintering
Or after sintering, e.g., evaporation, decomposition, dissolution, infiltration
, And is removed by melting accompanied by blowing. Certain charges, such as carbon
Filling core material may be removed by oxidation and combustion.
In one embodiment, the structural material is a sinterable ceramic powder, such as alumina;
The core channel forming material may be graphite powder or melamine or urea or polyethylene.
Polymers such as ren or polypropylene; both core and shell binders
Is paraffin or wax.
The viscosity or yield point of the mixture of shell and core at the extrusion temperature should be as close as possible to each other.
Preferably.
In a preferred embodiment, the binder is removed by heating. in this case
The binder has a melting point or boiling point lower than the melting point or boiling point of the filled core material, or
If the material is carbon and heating is performed in an oxidizing atmosphere, the filling core material
Should have an oxidation point below the oxidation point of Also, the filling core material removes the binder.
It may be removed by heating after leaving or by oxidizing by heating at a high temperature,
This can be achieved during heating to perform the sintering step,
A higher temperature than the point or boiling point or oxidation point is required.
In another embodiment, the shell structural material is powdered, such as tungsten or iron powder.
Formed from metal, the core channel forming filler is a low melting metal powder such as copper.
You. In this embodiment, the binder has a substantially lower melting point than the core filler.
It may be paraffin or polyethylene or a mixture of several substances.
In another embodiment, the shell construction material is such as FeCrAlY or Hastealloys powder.
Formed from an alloy, the core channel forming filler is low carbon, such as melamine
Residual polymer. In this embodiment, the binder may be a wax, and the filler and
And / or the binder may be partially or completely organic solvent and / or before or during sintering.
It may be removed by evaporation.
In yet other embodiments, the core within the composite rod includes a channel-forming filler and
Formed from at least one filler-binder rod consisting of
The well is formed from a mixture of structural material and binder arranged parallel around the core
A number of rods are arranged to form a bundle and the method described above is used, for example, by extrusion.
It is formed by forming a composite rod to perform.
In other embodiments, the shell construction is such as, for example, platinum, palladium, etc.
Non-carbide forming powdered metals such as noble metals, or magnesium, copper and nickel
Non-carbide forming metal powders and non-carbide forming alloys such as nickel aluminides.
Formed from gold, the core channel forming filler is powdered carbon. This implementation
In embodiments, the binder may have a substantially lower melting point than the carbon core filler.
,
It may be paraffin or.
In other embodiments using carbon fillers, the resulting structure is heated to bind
When removing dust, keep it in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon.
This suppresses the oxidation of the carbon filler. The temperature of the structure by melting
To maintain structural integrity by maintaining the temperature until the components combine or connect with each other
You can also. Ensuring structural integrity through such connections
In such cases, the non-oxidizing atmosphere is excluded and the carbonaceous filler is oxidized, for example by combustion.
Replaced by an oxidizing atmosphere such as oxygen or air to remove
available. This may be separate or independent of heating to the desired temperature during the sintering step.
May be performed during the process.
Object and effect of the invention
An object of the present invention is to provide powder materials such as ceramics, metals, intermetallic compounds and polymers.
To provide a novel method for producing a multi-channel structure made of the material using
And
Another object of the present invention is useful as a filter, a catalyst carrier, a heat exchanger, a vent, and the like.
With relatively small diameter channels suitable for producing complex structures
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tunnel structure.
The method of the present invention provides a channel having a smaller diameter than that obtained by conventional methods.
A new channel having a channel formed with a relatively thin channel wall.
Enables production of structures.
The novel method of the present invention provides a structure with multiple channels of relatively small diameter.
Compared to a simple single orifice die that can be used to implement the present invention to manufacture
Implement the above conventional method which requires relatively expensive equipment including more complex dies
Simpler and less complex than
The present invention uses porous ceramics of different types of ceramics, intermetallics and metals.
Capillary structures can be manufactured.
This method depends on the channel diameter and channel of the final porosity (from a few vol% to over 90 vol%).
Controls channel wall thickness (from a few microns to a few millimeters) within narrow tolerances
You can control.
This method can not only produce one-dimensional channel structures, but also two- and three-dimensional
The same can be applied to the production of a porous structure.
Description of the drawings
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a manufacturing process of a multi-channel structure of the present invention.
FIG. 2 is an outline of a procedure including a cross-sectional view of another embodiment of the composite rod shown in Step 1 of FIG.
FIG.
FIG. 3 shows a hand including a cross-sectional view of yet another embodiment of the composite rod shown in step 1 of FIG.
FIG. 3 is a schematic explanatory view of the order, in which a second structural matrix binder mixture 12A is used.
Additional layers are inserted between the outer structural matrix binder layer 12 and the inner core 13.
You.
FIG. 4 has channels with different diameters oriented in two perpendicular directions
Another embodiment of the final assembly of bundle 19 shown in step 4 of FIG. 1 for manufacturing a structure
FIG.
5a and 5b show a large channel (FIG. 5) surrounded by a multi-channel structure.
a) and a solid core structure (FIG. 5b) surrounded by a multi-channel structure.
4 shows another embodiment of step 4 of FIG. 1 arranged to make.
Description of the preferred embodiment
FIG. 1 shows a powdery structural material such as alumina and a binder material such as paraffin.
Outer shell 12 formed of the first mixture, and a powder such as melamine or graphite.
Mixture comprising a channel-forming filler material in the form of a binder and a binder such as paraffin
A cross-sectional view of the composite rod 11 including the inner core 13 formed by is shown.
The composite rod 11 is produced, for example, by extruding a tube of the first mixture, for example by extrusion.
To form the outer shell 12. Inner core 13 is a second mixture
From, for example, by extrusion. Then insert the inner core 13 into the shell 12
By doing so, the composite rod 11 can be formed.
Separately, a mixture comprising the materials forming the outer shell 12 and the inner core 13 is coaxial
The composite rod 11 can be formed by simultaneously extruding using a channel die.
After the composite rod 11 is formed as described above, as shown in FIG.
Thus, the diameter can be further reduced by extrusion.
Next, a bundle 14 of composite rods (11 or 11A) is assembled as shown in Step 2 of FIG.
Te Here, the composite rod indicated by 11A has cross sections arranged parallel to each other.
A convenient way to manufacture some parallel rods (11A) is before or after reducing the diameter.
Will later be cut into segments 11A, forming various parallel rods and forming bundles 14
To produce a long composite rod (11) that can be formed.
The assembled bundle of rods 14 is assembled into a die having an appropriate diameter in Step 2 as shown in a cutaway view.
The bundle 14 is extruded and deformed by the extruder 15 having the diameter of the bundle 14 as shown in the bundle 14A.
Deformed to the diameter of the individual composite rod 11A with the smaller diameter bundle 14A,
Be reduced.
As shown in step 3 of FIG. 1, a further bundle 17 is combined with a smaller diameter composite.
Assemble from a large number of parallel bundles 11A including the joining rods 11B. This further bundle 17
The bundle 17 is further deformed by an extruder 18 having a die having an appropriate diameter to reduce the diameter of the bundle 17.
As shown in step 3, make smaller diameter 17A. Of course, steps 1, 2 or 3
The extruder used in (1) is appropriately equipped with an extrusion die having a desired diameter for each step.
The same device may be used.
By making a bundle of composite rods and extruding this bundle, the diameter of the bundle and its
To reduce the diameter of the composite rod, thereby reducing the diameter of each core 13.
The operation of reducing the number and increasing the number per unit volume
This can be performed until a channel-forming core is obtained.
Due to the deformation of the assembled bundle of composite rods, many bundles are integrated and have a circular cross section or
Will be a rod of rectangular cross section or other shaped cross section. But push out the final bundle
In some cases, it is desirable to have a large assembly that is not easily integrated. in this case
, The final assembly of bundle 17A is compressed in die 21 by plunger 22 in step 4, for example.
It consists of a large bundle that is shrunk and integrated.
The integrated bundle 19 is then subjected to a heat treatment in step 5 to remove the binder and fill.
The filler material is removed and the remaining multi-channel unfired (gre
en) The structure is fired.
The choice of filler depends greatly on the type of structural material, and the filler is
In place until adequate mechanical integrity develops and the properties of the structural material are inferior.
It must be one that can be removed under conditions that do not render it inactive. Also, filler
The material must be chemically compatible with the structural material over the temperature range in which both are present.
is there. Fillers that remain at relatively high temperatures before being removed,
Has a wide range of applications. For example, MgO, CaO, etc. are removed during the firing process.
The shape of the channel can be maintained during firing, and can be removed by dissolution after firing.
You. Therefore, they are used at high temperatures of 800-1200 ° C. for the development of sufficient structural integrity of the shell.
Can be used as a filler for high temperature refractory metals such as W, Ta, etc.
Wear. Filler materials should not form new undesirable compounds with structural materials
Needless to say. Structural material is removed before developing sufficient mechanical integrity
When using low temperature polymers such as these, the multichannel structure is unstable and collapses.
You. Lower melting point fillers can be used, in which case the powder bed supporting the structure is
It is necessary to remove the filler very slowly in the furnace.
Compared with alumina, silicon carbide, nickel, etc., to achieve sufficient mechanical integrity
Structural materials that require relatively high temperatures, especially nickel, are
There are advantages. Carbon fillers are used to remove binders unless their presence is foreseen.
Does not form carbides or other compounds during firing, and filler removal
It can be used with these structural materials.
The chemical composition of the channel structure material is typically used to form a composite rod
Of the starting structural powder material. However, the desired chemical composition of the structural material is
It is also possible to start with a mixed structural powder and react the powder during or after sintering,
By forming the composition of For example, metal alloys such as FeCrAlY
Gold is an alloy with high room temperature ductility, extraordinary cyclic oxidation resistance, and excellent impact resistance
These properties make this alloy an excellent catalyst support for high temperature applications.
The metal alloy is manufactured from the corresponding alloy powder or
Mix the corresponding elemental metal powdered components of the alloy in stoichiometric proportions and allow
After that, in-situ heat is applied to form the elemental metal components into the desired alloy.
Thus, an alloy can be formed. When the FeCrAlY multi-channel structure is formed, platinum
Apply a catalyst such as by dip coating or electroplating to convert the catalyst
Catalyst products for such applications. Furthermore, it's platinum
Such a catalyst is a component of the powdery component of the structural material used to form the composite rod.
It can be incorporated as one of them. Apply the same method to
Desired intermetallics such as nickel aluminide from Kel and aluminum powder
Compounds can be formed. Similarly, using this method, with multi-channel structural materials,
Ceramic compositions can be formed, for example, silicon carbide from silicon and carbon powder.
The technology starts with less expensive raw materials having desired properties such as molecular size.
Can be
The method of the invention comprises the following steps (FIG. 1):
Step 1-For example, shell (alumina + binder) and core (filler + binder)
Of bi-material rod (11) consisting of
The shell consists of alumina powder and a binder additive (wax, paraffin or ethylene).
Certain thermoplastic polymers such as vinyl acetate and ethylene ethyl acrylate)
Consisting of a mixture of The core is combined with the binder by later evaporation, melting, melting and oxidation.
And a mixture with the powder of the channel-forming filler which can be removed by the method. Carbon (graphite or
(Such as amorphous carbon) and other organic substances (such as urea, melamine, and polymers)
Alternatively, a powder of an inorganic substance (CaO, MgO, metal) can be used as the filler.
Desirable rods with diameters in the range of 0.1-10mm are larger diameters (20-200mm)
It is produced by extrusion of a two-component material rod 11.
Step 2-Assemble rod into bundle and re-extrude bundle
As a result of this stage, the matrix (alumina + binder) and channel
Composite blanks (rods) consisting of fiber forming fibers (filler + binder)
It is. However, the fibers produced by this stage of extrusion are still too large.
Threshold diameter, i.e., hundreds of microns, and therefore,
A further reduction may be necessary.
Step 3-Repeat step 2 for further purification of channel size
At the end of this step, depending on the extrusion ratio, a 10-100 micron diameter
Rods obtained with flannel forming fibers have a diameter of 0.1 to 10 mm. If necessary,
The steps can be repeated to obtain smaller diameter fibers.
Step 4-Step 3 to obtain the desired green density prior to heat densification
Assembling into a bundle of rods manufactured and cold isostatic pressing in a die or
Solidification by cold extrusion and cold rolling
Step 5-densification
This step involves (1) binder removal, (2) filler removal, and (3)
Includes sintering of multi-channel alumina green bodies. Sintering avoids thermally induced cracks
And high density of the channel walls to obtain high filter strength.
Offer. If paraffin is used as a binder, its removal can take place at 150-350 ° C.
This. To remove urea or melamine or carbon filler, temperature of about 300-500 ° C
Is necessary. Alumina sintering occurs at 1500-1700 ° C. Microstructure design and
By processing this type of multi-channel product with control and control,
Various ceramic metallic or intermetallic compounds with tailored properties
Products can be manufactured. For example, a product with a channel diameter of 20 micrometers
If necessary, on stage 1, a component having a core diameter of 0.5 mm and a shell diameter of 1 mm
A material rod can be obtained. Then, in stage 2, these locks are
1000 bundles are collected and extruded from 36 mm in diameter to 1 mm in diameter.
After this, the filler + binder mixture of this rod (and hence the future
The fibers from Nell) have a diameter of 2020 micrometers. Step 3
Case can be excluded. In step 2, the resulting rods are bundled, pressurized (s
Step 4) and sinter (Step 5). Where smaller diameter channels are needed
If so, step 3 may be included again.
Thus, the method of the present invention provides for the removal of a mixture of filler and binder powder.
Rod structure consisting of a possible inner core, binder powder and sinterable structural powder
Using repeated coextrusion with an outer shell of the mixture, the fiber reinforced ceramic
To form a green matrix blank, and then the fibers fixed by the filler
The fibers are decoupled and removed and the matrix is calcined. In this way, it is adjusted
Multi-channel structure with a rounded diameter and a straight distribution of microchannels
It is formed.
Example
Example 1
Step 1-85% by weight of alumina powder (average particle diameter 1.3 μm) and 15% by weight
A first mixture of paraffin and binder was prepared. Bring this first mixture to 90 ° C
Heat and blend.
Step 2-79% by weight of melamine powder (average particle size 2.5 μk) and 21% by weight
Prepare a second mixture with paraffin binder as the mixture in step 1
did.
Step 3—Two channels prepared in Step 1 and Step 2
It was loaded into an extruder and extruded at 45 ° C. As a result, it has a core with a diameter of 1 mm
A bi-material rod with a 2 mm diameter sheath was made. This core
Consists of a second mixture of melamine powder and paraffin and the sheath is aluminum
It consisted of a first mixture of powder and paraffin.
Step 4—Cut the composite rod obtained in Step 3 into 100 mm pieces
This bundle of 631 pieces is assembled, and the
Inserted into a stamping die having a container with a 90 mm diameter and 3 mm diameter outlet hole and extruded
. As a result, the matrix and the matrix of the mixture of the alumina powder and the paraffin binder are obtained.
Fiber reinforced with 631 fibers consisting of a mixture of lamin powder and paraffin binder
A 3 mm diameter rod with a fiber structure was made. Each fiber diameter is about 60 mics
Meters.
Step 5-Cut the rod bundle obtained in Step 4 into 50 mm long pieces
, Such 300 pieces are stacked in parallel in a 50x90mm square die (10 layers
, Each layer is 30 pieces), and the stack is compressed at 40 ° C. (pressure 1500 N / cmTwo) Rod
Hardened tack. The result is a square green (su) with 189,300 fibers.
That is, an uncured) composite structure was obtained.
Step 6-The immature structure obtained in step 5 was heated and sintered. Heat treatment
The order was as follows:
Raise the temperature from 20 ° C to 250 ° C at a rate of 5 ° C / hour and heat for 0.5h at the higher temperature
Maintain, increase the temperature to 350 ° C at a rate of 15 ° C / hour, continue heating, and
For 1 hour, raise the temperature to 540 ° C, continue heating and maintain for 1 hour, 100 ° C / hour
Heat to 815 ° C at a rate between and maintain for 1 hour, heat to 1090 ° C at a rate of 100 ° C / hour
And maintained for 1 hour. This results in a 189,300 series of approximately 40 micrometers in diameter
A square multi-channel sintered alumina product with parallel ducts was obtained.
Example 2
Step 1-Tungsten powder (average particle size-5 micrometers) and 48
Volume% binder (34% paraffin wax, 33% polyethylene wax and 33%
% Beeswax) and a 1 mm outer diameter shell containing a first mixture of
2.5 mm diameter core containing a second mixture of copper powder and 60% by volume of the same binder
Extrudes a composite material rod consisting of a 60 mm diameter composite material immature structure to a diameter of 4 mm.
It was produced by molding.
Step 2-The 169 composite rods obtained in step 1 are substantially parallel
Put it into a bundle, insert it into a 60 mm barrel, and pass it through a 2 mm diameter die.
And extruded. The result of this step is the (W + binder) matrix and diameter
About 2mm diameter immature composite rod containing 169 (Cu + binder) fibers of about 0.1mm
A bunch was obtained.
Step 3-A bundle of 2 mm rods produced in step 2 is a 50 mm long piece
And put the bundle of these pieces in a 50x50 mm square die, and weigh 6000 kgf.
The assembled rod was compacted by force.
Step 4-The green body obtained in step 3 (ie, the uncured structure
H) for binder removalTwoIn an atmosphere, the temperature is increased from 20 ° C to 500 ° C at a rate of 0.2 ° C / min.
Heat, then raise the temperature from 500 ° C to 1280 ° C at a rate of 5 ° C / min and heat in a hydrogen atmosphere.
Heated. During the heating process, copper begins to melt at 1083 ° C, penetrates the W matrix,
Leave the channel in place of the fiber. The resulting channel wall, including the resulting structure, is W-Cu
It is made of pseudo alloy.
Example 3
Step 1-Carbonyl Fe powder and 40% by volume binder (85% paraffin and 15%
% Beeswax) and a 1 mm outer diameter shell containing the first mixture with melamine powder and 50 volumes
Of a core with a diameter of 0.81 mm containing a mixture with the same binder
The unfired composite material with a diameter of 60 mm (a core of melamine and binder with a diameter of 54 mm)
And a 60 mm diameter shell of Fe and binder) by extrusion molding to a diameter of 1 mm.
I got it.
Step 2-Cut the rod obtained in Step 1 into pieces having a length of 100 mm,
The bundle of the composite material pieces of No. 027 was bundled into a bundle of parallel rods, and this was
And compressed to solidify the assembled rod.
Step 3-The green body of φ30 mm obtained after step 2 is
H to remove laminTwoThe temperature is increased from 20 ° C to 500 ° C at a rate of 0.2 ° C / min in the atmosphere.
And heat, then HTwoRaise the temperature from 500 ℃ to 1200 ℃ at 5 ℃ / min in the atmosphere
Sintering was maintained at 1200 ° C. for 2 hours. As a result, about 87mm long after sintering
And an iron structure with a diameter of 25 mm and 1027 channels of 0.66 mm diameter
Was done.
Example 4
Step 1-63 volume% alumina powder (average particle size about 1.3μm) and 37 volume
A first mixture of 1% binder (80% paraffin + 20% polyethylene) was prepared.
.
Step 2-60% by volume magnesium oxide powder (average particle size about 1.8 μm)
And a second mixture of 40% by volume binder (80% paraffin + 20% polyethylene)
Prepared.
Step 3-The two mixtures prepared in steps 1 and 2 are extruded in a 2-channel extruder
And the first mixture is extruded as a shell over the second mixture as a core.
And extruded at 55 ° C. As a result, a core having a diameter of 2 mm and a diameter of 4 mm
A composite rod with a mm shell was made. The core is the second mixture
(Magnesium oxide + binder), and the shell is composed of a first mixture (alumina +
Binder).
Step 4-The composite material rod obtained in Step 3 is bundled to have a diameter of 90 mm,
It was inserted into a die having a container with an outlet hole diameter of 20 mm and extruded. The result
As a result, an unfired 20 mm diameter roast having 91 future channels
A pad structure was produced.
Step 5-The green body obtained in Step 4 was heated and sintered. Heat treatment
The order is as follows:
Heat from 20 ° C to 500 ° C at a rate of 5 ° C / hour and then 500 ° C at a rate of 60 ° C / hour.
Heated at 1100 ° C, maintained at the higher temperature for 1 hour, and then 1100 ° C at a rate of 30 ° C / hour.
C. to 1500.degree. C. and maintained for 1 hour.
Step 6-Cut the sintered structure piece obtained in step 5 into 20 mm long pieces
Then, this piece is HNO at 60 ° C.ThreeAnd kept there for 6 hours. MgO fiber is the structure
A channel about 1 mm in diameter that melted out of the structure was left in the remaining structure.
Example 5
To produce an alumina multi-channel structure, an aperture having a grain size of 1.3 μm was used.
Lumina powder is mixed with 50% by volume of a binder (paraffin wax / beeswax)
A viscous mixture was obtained at 5045-50 ° C. In the next step, this mixture is
Extruded through a 12 mm die connected to a 0 mm container. 12mm as a result
Rods are made from the alumina-binder mixture and are reduced to smaller pieces (~ 100 mm each).
It was cut.
Using the same technique, the filler-binder mixture is added to the melamine powder (50% by volume).
) And a binder (paraffin wax / beeswax);
The mixture was extruded into 12 mm rods of the same size.
In the next step, alumina-binder and filler-binder rods are bundled
Arrayed with one filler-binder rod in the center and two concentric
Layer, the first layer contains filler-binder rods, the second (outer) layer is aluminum
Including a rod of a binder. Push this bundle through the same 12mm die
After release, the raw body structure formed by the two material rods
Obtained with filler and binder in the shell and center. In the next step, the rod
Cut into 00mm pieces, which are assembled into bundles of parallel rods and die with 12mm
Loaded into 60mm container for re-extrusion. As a result of this process,
Alumina-Binder Matrix and Filler of Nineteen- Filling Path with Binder
The resulting rod assembly was obtained.
After being cut into smaller pieces, the uncooked rod consisting of a 12 mm rod and 19 blocked passages
The body structure was fixed in fine alumina powder and heat-treated in air. This al
Mina powder liquefies by capillary action during heat treatment to melt wax binder
Excluded binder. This debinding method uses a heating rate of 5 to 6 ° C./hour,
A holding time of 2 hours was performed, and the sample was then oven-heated to 1100 ° C at 30-35 ° C /
Heat at the heating rate of time, hold for 2 hours, and cool. Burying the sample
After removal from the powder, it is sintered at 1400 ° C. at a slower heating rate.
And held for 2 hours. Carbon instead of alumina powder to suck up liquefied binder
It should be noted that powders can also be used.
As a result, an alumina structure sample including 19 channels was produced. After sintering
OD is 9.3mm, channel size is ~ 1.6mm, volume fraction of channel is about 69%,
The wall thickness between the channels was 1 mm.
Example 6
Fabricates multi-channel structures formed from zirconia stabilized with yttria
For this purpose, zirconia powder stabilized with yttria was used. Particle size is 1-5
It was in the range of μm. 55% by volume of the stabilized zirconia powder at 55-60 ° C.
Mix with binder (paraffin wax / beeswax) to produce uniform consistency material
Built. Using the same technique as described in Example 5, two 12 mm rods, 1
One is “ZrOTwo/ YTwoOThree-Binder "and the other" filler "of Example 5
-Binder "is formed and re-extruded together (at 750 ° C)
rOTwo/ YTwoOThree12m with a shell containing and a core containing filler-binder material
m two-material rods were produced. In the next step, cut the two material rod into 19 pieces
And one central filler-binder rod and two concentric layers,
And 12 bundles. The first concentric layer is
The second (outer) layer consists of filler-binder rods and ZrOTwo/ YTwoOThree-Ba
Made of Indah rod. The bundle is inserted into a 60mm container and 12mm
Extruded through the die, ZrOTwo/ YTwoOThreeMatrix and filler matrix
A rod structure containing 19 2.4 mm passages filled with stainless steel was manufactured. In the next step,
The rod structure thus obtained was further cut into 19 pieces and re-extruded as described above.Two
/ YTwoOThree19 × 19 = 36 packed with matrix and filler material matrix
A 12 mm rod having one passage (〜0.45 mm diameter) was produced.
After cutting to the required length, these rod structures were described in Example 5.
And a final sintering at 1500 ° C.
As a result, ZrO containing 361 channelsTwo/ YTwoOThreeThe structure was manufactured. After sintering
OD is reduced to about 9.8 mm, channel size is about 0.3 mm, and wall thickness is 0.25 mm
The channel porosity was 58%.
Example 7
High temperature metal alloy (Fe) with 85% volume loading of the channel and a channel diameter of ~ 0.5 mm
(CrAlY) multi-channel rods were produced in the following manner.
Fe-25Cr-5Al-0.5Y powder was mixed with 45% by volume of a binder (paraffin
Wax / beeswax) and extruded the mixture through a 5 mm die.
Was cut into pieces having a length of 100 mm and a diameter of 5 mm.
Using the same technique, the filler-binder mixture is mixed with melamine powder (50% by volume) and
Prepared from binder (paraffin wax / beeswax). After extrusion, this filler
A 55 mm diameter rod of binder mixture was obtained.
The parallel rods of FeCrAlY-binder and filler-binder are filled with 1
1 including filler-binder rod and fecr alloy-binder rod around it
The concentric outer layers were arranged in parallel bundles. 45 through this 0.75mm die
After extruding at 0 ° C, a FeCrAlY-binder shell and a filler-bine in the center
A two-material rod with a damper was obtained. In the next step, the rod was
Cut into pieces, collect in bundles of 1000 parallel pieces, and divide the bundles into square sections
It was loaded on a die with a face of 40 × 30 mm and compressed at a temperature of 45 ° C. under a pressure of 15 MPa.
As a result of this process, a uniform FeCrAlY-binder matrix and 1000
40 × 30 × 12 mm raw body with distributed parallel filler-binder fibers
was gotten. Debinding and sintering to remove binder and filler
As a result, pre-designated with 1000 channels stretched perpendicular to the plane 40 × 12 mm
The resulting multi-channel FeCrAlY structure is obtained.
Debinding is carried out slowly (0.1 ° C./min) to 350 ° C. and then 1
The sintering is carried out at 0.2 ° C. in an ultra-high purity hydrogen atmosphere.
Per minute by heating from 350 ° C. to 1400 ° C.
C. for 2 hours.
Example 8
In substantially the same manner as described in the previous example, a superalloy (superall
oy) 40 × 30 × 12 mm multi-channel unfired bar of Heysteroy X
(Green bar). It is a 0.5 mm diameter chamber with a volume fraction of 85%.
Flannel. Powder mixture: Ni-45%, Cr-22%, Fe-18%,
Mo-9%, Co-1.5%, W-0.5% were used as structural materials. 85
% Paraffin and 15% beeswax by mixing with 50% by volume of a binder.
The compound was used as a bi-material rod. The core of the rod is
, 55% melamine + 50% of the same binder. Unfired bar
(green bar) was manufactured in the same manner as in Example 8.
Example 9
1.3 micron average particle size to produce multi-channel alumina structure
Was mixed with a mixture of paraffin + beeswax binder. The binder
It contained 90% paraffin and 10% beeswax. The mixture is 50% binder
And 50% alumina powder.
The filler mixture is composed of graphite powder having an average particle size of 20 microns and the same binder as described above.
Was mixed.
A tube of the first mixture was extruded with an outer diameter of 60 mm and an inner diameter of 30 mm.
A rod of the second mixture was extruded with a diameter of 30 mm. Is this the first mixture
Was inserted into the tube manufactured by the company.
The composite rod comprises an alumina-binder tube and a core forming a shell.
It consists of a graphite-binder rod to be formed. Extrude this into a die, 2m
m composite rods were formed.
2 mm composite rods were cut into 100 mm long segments. 631 Seg
A bundle of the vessel, a container and a 90 mm diameter cavity and a 30 mm exit hole
(Outgoing hole) and extruded. As a result, a diameter of.
Uncured, 30 mm outer diameter with 631 graphite and binder fibers of 3 mm
A (composite) structure was obtained.
For debinding, the composite structure is brought to room temperature at a rate of 0.1 ° C./min.
To 400 ° C.
The composite structure is then heated from 400 ° C. to 1600 ° C. at a rate of 1.0 ° C./min.
Maintained at 1600 ° C for 2 hours for burning graphite filler and sintering alumina structure
did.
Example 10
To produce a multi-channel silicon carbide structure, the first mixture is treated with a particle size
. 52% by volume and 70% by weight polyethylene of 5 micron sintered silicon carbide powder
Wax consisting of wax, 25% paraffin wax and 5% beeswax
48% by volume of the material was produced. The second mixture is 50% by volume graphite powder
(Asbury brand, grade number: Micro 850, particle size: 325
(Mesh) and 50% by volume of the same binder.
Extruding the first mixture through a 20 mm die connected to a 60 mm container;
A 20 mm rod was produced. The second mixture is similarly extruded and the same 20 mm
A rod was manufactured. In the next step, the rods were collected in a bundle consisting of seven rods
. It consists of a rod made of the second mixture in the center and the first mixture around it.
Fee
6 rods were surrounded. Insert this into a 60mm container and attach
Extruded through a drawn 20 mm die. In the next step,
The resulting composite rod was cut into 7 pieces of the obtained length, collected in a bundle, and placed in a 60 mm container.
And extruded again through the attached die, a rod with composite structure:
A matrix made of silicon carbide mixed with a binder and mixed with a binder
Seven fibers made of the graphite powder were manufactured. In the next step,
The die is similarly cut into seven pieces, bundled, inserted into a die container and pushed through a similar die.
I started. The result of this step is a silicon carbide / binder matrix and 49 graphite
/ An uncured product containing a binder fiber was produced.
The heat treatment was composed of the following two steps. (1) Heating rate of 5-6 ° C / hour
For 5 hours at 350 ° C (embedding of medium-graphite) at a heating rate of 10 to 12 ° C / hour
Gradual heating to 1100 ° C. at a temperature, followed by maintaining at the same temperature for 2 hours, (2) 10
Final sintering (argon) in argon at a heating rate of 12 ° C./hour at 2100 ° C. for 2 hours
No body burial). In the final step, the sample is heated to 1400 ° C. in air and
Burned lead.
As a result, a silicon carbide structure having 49 channels was produced.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),AU,CA,JP,K
R
(72)発明者 マリア ロバート エイ
アメリカ合衆国 アリゾナ州 85715 ツ
ーソン ノース フォンテイン パーク
2001
【要約の続き】
ことによって除去される。一定の態様において、内核の
材料は、焼結工程を実行するために構造を熱する間、そ
の材料を加熱することによって除去してもよい。他の態
様において、結合剤及び/又は充填材料は、好適な溶媒
によって除去されてもよい。────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), AU, CA, JP, K
R
(72) Inventor Maria Robert A
85715 US Arizona
Johnson North Fontaine Park
2001
[Continuation of summary]
Removed by In certain embodiments, the inner core
The material is heated while heating the structure to perform the sintering process.
May be removed by heating the material. Other forms
In one embodiment, the binder and / or filler material is a suitable solvent
May be removed.