JPH0587284B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は継目なし多孔質金属物品に関するもの
である。さらに具体的にいえば、本発明の継目な
しの多孔質金属フイルターおよびそれらの製造方
法に関するものである。 金属フイルターは各種の応用に古くから使用さ
れてきた。例えば、焼結金属粒状物例えばステン
レス鋼粉末からつくられた多孔質ステンレス鋼フ
イルターは大きい圧力降下が許容できる各種の工
程、および比較的精細な過能力が機械的強度、
高温抵抗および／または化学浸蝕抵抗と組合わさ
れねばならない応用において用途を見出してき
た。このような応用は昇温に出会う流動床接触工
程、例えば流動接触分解に用いられる微細触媒の
過、および高信頼性レコードテープの製造、を
含む。この種のフイルターのさらにもう一つの用
途は、例えばポリエステルフイルムのようなポリ
マーフイルムおよびフアイバーの製造に用いる熔
融樹脂の過においてである。 商業的に入手できる円筒形状金属フイルターの
一つの形態は代表的にはシート状物質からつくら
れ、その物質を円筒形に成型し次いで縦方向に熔
接する。不幸にして、この製造方法は急速な温度
変化に対して敏感な構造をもたらし、すなわち、
不均等加熱および冷却が終局的には継目熔接近傍
の構造の亀裂および破壊をもたらすことができ
る。このような熔接構造体のその他の欠陥は不均
質なブローバツク（blow back）特性と例えば比
較的小さい直径の構造体をつくり得ないことであ
り、例えば1.3cm（1/2インチ）の直径において、
熔融継目は過に利用できる総面積のかなりの部
分を占領し、与えられたサイクルについての使用
時のフイルター寿命に限定を与える。 本発明によれば、継目なし多孔質金属物品およ
びその製造方法が提供されるのであり、上記タイ
プの現在入手できる金属フイルターに関する上述
の制扼を実質上克服する。さらに、本発明による
物品は均質な細孔特性をもち、従つてより長い使
用寿命をもち、過の応用に特に望ましいものに
する。 本発明による方法はフイルターとして特に有用
である継目なしの多孔質金属物品をつくる手段を
提供するものであり、得られる構造体の気孔性は
(1)その構造体をつくるのに用いる組成物の補給と
(2)容易に測定し得る工程変数とを調節することに
よつて正確につくり上げることができる。 本発明によれば、継目なし多孔質金属物品をつ
くるための方法が提供されるのであり、その方法
は、 (a) 粒状物の安定懸濁体を含むモールドを、粒状
物が懸濁体からモールドの内壁上へ分離および
分配されそれによつてモールド内壁と一致する
構造体が形成されるような速度においてそのよ
うな時間の間、回転させ、その回転速度は少く
とも100G（１“Ｇ”は重力加速度に等しい）の
遠心加速度が構造体内壁において達成される十
分な速さのものであり、 (b) 形成された構造体を乾燥して生強度または未
焼結強度をもつ乾燥構造体を提供し、そして、 (c) 乾燥構造体を焼結して揮発性物質を除きかつ
上記粒状物の個々の粒子を相互に融着させて継
目なし中空多孔質構造体を形成させる。 ことから成る。 本発明による金属物品は金属粒状物から成る、
特にフイルターとして有用である実質上均一の直
径、厚さおよび細孔構造をもつ継目なしの中空多
孔質構造体であり、粒状物の個々の粒子は相互に
結合されている。この多孔質金属物品は1.5また
はそれ以下のバブルポイント比（以下で定義する
とおり）をもつ。 本発明による継目なし多孔質金属物品をつくる
のに用いる安定化懸濁体は液体媒体、金属粒状
物、安定剤、および結合剤で構成される。好まし
くは、単一の成分が、金属粒状物の分散体を安定
化しそして懸濁体の乾燥時に個々の粒子を相互に
か容器へ結合させ、それによつて必要とする生強
度または未焼結強度を提供することの、両方に役
立つ。すなわち、安定化結合剤を使用する。 代表的には、液体媒体中の金属粒状物の安定化
懸濁体は次の一般的手順によつてつくられる。 安定化／結合剤を液状媒体、好ましくは水と、
使用と廃棄を容易にするために、その液体媒体中
の所要の安定化／結合剤の濃度を与えるような量
で組合わせる。以下で論ずる好ましい安定化／結
合剤、カルボポール941、については、その安定
化／結合剤は好ましくは、混合物すなわち安定
化／結合剤と液体媒体との0.1％から0.9％から成
る。好ましい安定化／結合剤はB.F.グツドリツ
チ・ケミカルズ・カンパニーから入手できるカル
ボポール941であり、これは媒体へ比較的高い粘
度を提供する。例えば、カルボポール941／水混
合物においては、カルボポール941が0.35重量％
（水の重量を基準）から成るが、粘度は20℃にお
いて約750センチポイズである。カルボポール941
が混合物の0.9％（水の重量を基準）から成ると
きは、混合物の粘度は約1200センチポイズであ
る。カルボポール941と水の混合物は、その組合
せが実質的に一定した粘度をもち、すなわち、こ
れらの成分の混混合物は容易に再現し得る粘度を
組成物に与えるので、好ましい。 安定化懸濁体中で懸濁されるべき金属粒状物の
最も大きい粒子の直径を基準にして、懸濁体が十
分に安定となる安定化／結合剤−液体媒体の粘度
値をきめることができる。本発明による安定化懸
濁体の所望粘度は、懸濁体が金属粒状物を懸濁状
で保持しそれによつて回転容器中で発生される遠
心力の刺戟下に置かれる前は実質上均一に分散さ
れたままに保持するような粘度である。安定化／
結合剤−液体媒体混合物の所望粘度を知ると、混
合物調製において使用されるべきこれら成分の相
対量をきめることができる。従つて、使用される
べき液体媒体と混合するときに、使用される成分
の相対量に関して比較的一定したバルク粘度
（bulk viscosity）と、懸濁体全体にわたつて比
較的一定した粘度値をもつ懸濁体を生成する安定
化／結合剤を使用することが望ましい。一般的に
は、金属粒状物が微細である場合にはより少ない
安定化／結合剤を用いる。 安定化／結合剤と液体媒体（ここではときには
担体とよぶ）との組合せは好ましくは、安定化／
結合剤の均一分散が得られるまで混合される。金
属粒状物質を次に添加し、安定化／結合剤−液体
媒体混合物と混合して、担体中で金属粒状物の均
質安定化分散体または懸濁体を提供する。金属粒
状物と担体、すなわち、安定化懸濁体の他成分と
の重量比は代表的には５：１から１：１、好まし
くは4.5：１から３−５：１である。この比は主
として多孔質物品の所望の厚さとモールドあるい
は容器の内容積に依存する。 与えられた金属物品に必要とされる粒状金属粉
の量は次の関係によつてきめることができる： 粒状金属粉末必要量（重量）＝Vσ・ρ・Ｋ ここで、 Vσ＝仕上がりの継目なし多孔質金属物品の環
状体容積、すなわち、構造体の壁によつて占
有される容積； ρ＝金属粒状物の見掛け密度；および、 Ｋ＝収縮係数。 収縮係数、Ｋ、は形成される構造体の厚さを焼
結前後において測定することによつて実験的にき
められる。 分散金属粒状物の安定化懸濁体の粘度は好まし
くはゲル稠度以下であり、従つて、処理の容易さ
のため、その安定化懸濁体は注ぐことができる。
しかし、比較的大きい粒子を用いるときにはゲル
化した安定化懸濁体と高速回転が好ましいかもし
れない。 いくつかの系については、安定化／結合剤を含
む液体媒体の中の金属粒状物懸濁体は撤底的な混
合を完了したのちに安定である。安定あるいは安
定化とは、金属粒状物質が懸濁状にありかつ所望
構造体の形成に悪い影響を及ぼす早さの速度で沈
降することがないことを意味する。すなわち、粒
子の沈降あるいは水簸は回転開始前にはおそらな
い。 多くの応用については、安定化／結合剤を仕立
てるのに追加成分を添加することが好ましい。例
えば、カルボポールへの中和用塩基、水酸化アン
モニウム、の添加は安定化懸濁体を中和し粘度を
実質的程度へ上げるのに役立つ。このような系は
きわめてシクソトロープ性であり、すなわち、そ
れらはかき乱されないときには（低剪断条件）き
わめて高い見掛け粘度をもち、従つて懸濁粒状物
の沈降が遅延される。はげしく撹拌するときに
は、低に有効粘度をもち、従つて金属粒状物の分
散にきわめて有効である。これらの懸濁体はきわ
めて安定であるので、それらは使用時点より前以
て、金属粒状物を沈降させることなくつくること
ができる。あるいはまた、懸濁体を仕立てる別の
成分の添加を必要としない安定化／結合剤も使用
してよい。カルボポール941は、好ましい安定
化／結合剤であるが、中和剤を添加して使用して
もよくあるいは添加せずに使用してもよい。例え
ば、腐食に敏温な金属粒状物の場合には、中和さ
れたカルボポール941はその酸度が低くなるので
好ましい。その他の場合には、粘度増加剤を使つ
て懸濁体を安定化するのを助けることが好ましい
かもしれない。 金属粒状物懸濁体を安定化するのに役立ちそし
てまた液体媒体が乾燥によつて除かれるときに結
合剤として作用する各種の増粘剤を使用してもよ
い。ポリアクリル酸（B.F.グツドリツチ・ケミカ
ル・カンパニーからカルボポールの商標名で入手
できる）が特に望ましい。前記のとおり、カルボ
ポール941が特に好ましい。カルボポール941は約
125000の分子量をもつ。カルボポール934も使用
してよい。それは約3000000の分子量をもつ。使
用できる他の物質はカルボキシメチルセルロー
ス、カルボキシエチルセルロース、ポリエチレン
オキサイド、ナトリウムカルボキシメチルセルロ
ース、グアーガム、アルギン酸塩、メチルセルロ
ース、およびイナゴマメガムを含む。一般的に
は、水を液体媒体として使用するときには、焼結
前または焼結中に揮発しかつ／または実質上完全
に分解する水と相容性の安定化／結合剤を使用し
てよい。 金属粒状物は合金；各種金属例えばニツケル、
クロム、銅、モリブデン、タングステン、亜鉛、
錫、金、銀、白金、アルミウム、コバルト、鉄お
よびマグネシウム；並びに、金属混合物と硼素含
有合金を含む金属合金；を含む各種金属物質のい
ずれかであることができる。ニツケル／クロム合
金が好ましい。これらのうち、ニツケル、クロム
および鉄を含むAISI記号のステンレス鋼はより
好ましい。特に好ましいのは通常オーステナイト
質ステンレス鋼と呼ばれるAISI300系列のステン
レス鋼である。好ましい分類の中のその他のステ
ンレス鋼はマルテンサイト質ステンレス鋼、マレ
ージング鋼、17−７および17−4PHステンレス
鋼、フエライト質ステンレス鋼、およびカーペン
ターNo.20合金である。ニツケル／クロムの好まし
い種類内の他の合金はハステロイ、モネルおよび
インコネル、並びに50重量％ニツケル／50重量％
クロム合金である。フエライト質およびオーステ
ナイト質のステンレス鋼の共晶のような多構造物
質も使用してよい。使用金属粒状物は樹枝状、針
状、繊維状および埼状を含む各種形状をもつこと
ができ、代表的には１から300マイクロメートル、
好ましくは20から200マイクロメートル、さらに
好ましくは25から150マイクロメートルの範囲の
平均粒径をもつ。特定の応用に選ばれる金属粒状
物の寸法は出来上りの継目なし多孔質金属物品の
中の気孔性と関係がある。 本発明によるオーステナイト・ステンレス鋼多
孔質物品は低炭素残留物をもつことを特徴とし、
すなわち、0.08重量％以下、さらに好ましくは
0.05％以下、代表的には0.03％またはそれ以下、
例えば0.015％である。低製品炭素含量は結合樹
脂のきわめて低い濃度に基づくものであり、それ
は懸濁体中の金属粒状物対担体（安定化／結合剤
と液体媒体）との重量比を調節することによつて
可能とされる。代表的には、安定化／結合剤のた
めに安定化懸濁体中に存在する炭素量は0.25％ま
たはそれ以下である（金続粒状物の重量を基準に
して）。この一部は焼結操作における熱上げ中に
失なわれ、金属中へ実際に吸収される残留炭素量
は焼結中におこる化学的および物理的処理中に減
少する。 オーステナイト質ステンレス鋼で以て作業する
ときには低炭素含量は特に意味があり、0.08重量
％より多い炭素含量のオーステナイト質ステンレ
ス鋼は粒界においてクロムカーバイドの析出をお
こしやすく、これは多くの条件の下で腐蝕をおこ
すからである。この腐蝕され易さは0.08重量％以
上の炭素を含むオーステナイト質ステンレス鋼を
482から816℃（900から1500〓）の範囲（感作領
域）の温度へ露出するときに一層ひどくなる。代
表的には炭素含量が少ないほどオーステナイト質
ステンレス鋼の粒間腐蝕の受け易さは小さくな
る。0.03から0.08重量％の範囲の炭素を含むオー
ステナイト質ステンレス鋼は感作領域内の温度へ
さらされなかつたときには安定である。しかし、
その種の鋼を感作領域内の温度へ露出するときに
は、クロムカーバイドが粒界において析出し、金
属は次いで各種の腐蝕性媒体による侵蝕を受けや
すくなる。炭素含量が0.03重量％以下であるオー
ステナイト質ステンレス鋼は感作領域内の温度へ
露出した後でも粒界において著しい量のクロムカ
ーバイドを析出せず、従つて炭素含量が0.03重量
％より多い相当オーステナイト質ステンレス鋼よ
り高い腐蝕抵抗を示す。 炭素がオーステナイト質ステンレス多孔質物品
から焼結中に除かれる工程は十分に理解はされて
いない。しかし、出発混合物が１％以上の炭素を
含む場合に0.015から0.8％以下の炭素をもつ製品
を得ることは一般的には経済的に実用的でないこ
とは実験的に決定されている。かなり炭素質結合
剤が熔融しかつ／または揮発するとしても、十分
な炭素が液体または蒸気から金属の中へ拡散して
0.08％を十分こえる水準へ炭素含量を望まましく
なく増加させる。これらの理由で、粒状オーステ
ナイト質ステンレス鋼の重量に対する懸濁媒体中
の安定化懸濁体の中の炭素の重量％は金属粒状物
の重量の0.25％以下へ好ましくは保たれるべきで
ある。 構造体内で均一に分布されている、より精密に
制御された細孔分布を提供するために実質上球形
の粒子を使用してよい。あるいはまた、金属フア
イバーあるいは金属フアイバー／金属粉末組合せ
を安定化懸濁体中で使用することができる。 本発明による方法を実施する際には、細長い中
空の円筒容器に分散金属粒状物の安定化懸濁液を
少くとも一部、好ましくは完全に満たす。容器ま
たはモールドは工程において用いる焼結温度に耐
え得るいかなる物質で形成してもよい。使用でき
る物質の例は炭化珪素、窒化珪素、モリブデンお
よび各種セラミツクを含む。しかし、金属粒状物
の熱膨脹係数は容器またはモールドよりも実質的
に大きくなければならない。これは焼結工程中に
ぎつしり詰つた粒状物構造体のための良好な支持
体であるために必要である。金属粒状物より小さ
い熱膨脹係数をもつ容器またはモールドは焼結工
程を実施するときに乾燥金属粒状物構造体ほどに
膨脹しない。その結果、金属粒状物はモールド壁
中へ突進する傾向があり、それによつて焼結が完
了するまで構造体の形状とぎつしり詰つた性質を
維持する。好ましくは、金属粒状物の熱膨脹係数
は容器またはモールドの少くとも約1.5倍である。
例えば、モールドの好ましいセラミツク容器につ
いては、以下で論ずるとおり、熱膨脹係数は一般
には5.6×10^-7から2.2×10^-6cm／cm／℃（1.0×
10^-6から4.0×10^-6インチ／インチ／〓）の範囲
内にある。好ましいステンレス鋼金属粒状物につ
いては、熱膨脹係数は一般的には3.3×10^-6から
5.0×10^-6cm／cm／℃（6.0×10^-6から9.0×10^-6イ
ンチ／インチ／〓）の範囲にある。 上記のとおり、セラミツクチユーブはモールド
または容器としての用途に好ましい構造体であ
る。公差の小さい円筒状セラミツク・チユーブが
利用でき、それはきわめて均質の継目なし多孔質
金属円筒状物品を生成させる。その上、セラミツ
ク・チユーブは焼結工程によつて悪い影響を受け
ることがなく、形成される金属物品は焼結段階の
結果セラミツク物質へ付着することがない、従つ
て、容器は再使用できる。セラミツクチユーブの
組成物のいくつかの例は次のとおりである； (a) フル（full）密度まで押出した99.8％のAl₂O₃
（アルミナ； (b) フル密度まで押出した96.0％のAl₂O₃（アルミ
ナ）： (c) フル密度まで押出した85％ムライトと15.0％
ガラス； (d) フル密度まで押出した100％ムライト； (e) 泥漿鋳込を行ない80％密度まで等力プレスし
た80％のAl₂O₃と20％のSiO₂。 上記(e)によつて規定されるセラミツクの組成物
は本発明による用途に最も好ましいものである。
この物質のセラミツクチユーブは比較的長い長さ
にわたつて良好な寸法公差を示す。例えば、この
組成セラミツクチユーブは、線メートルあたり
0.17cmより大きくない変動（線フイートあたり
0.020インチより大きくない変動）の2.5から15cm
（１から６インチ）の直径をもち壁の厚さの変動
が0.013cm（0.005インチ）より大きくない標準反
り（彎曲）公差のチユーブで以て、利用でき、す
なわち、内径対外径の同心性は0.013cmより大き
くない。セラミツクチユーブの壁の厚さが増すに
つれて、直径公差はさらにきつくなる。これらの
きつい公差をもつセラミツクチユーブを使つて形
成される多孔質物品は比較的きつい公差をもつ。 分散金属粒状物の安定化懸濁体を容器へ添加す
る前に、容器の一端は好ましくは例えばゴム栓あ
るいは他の適当手段で以て封鎖し、例えば実験室
テストにおいては、接着テープを使用した。分散
金属粒子の安定化懸濁液の添加量は好ましくは容
器を実質上完全に充満させるのに必要な量であ
る。充満された容器が好ましく、なぜならば、金
属粒状物のより均質な分布を与えより均質な多孔
質構造をもたらすからである。さらに、完全に充
満された容器は始動を助け、なぜならば、重心の
中心が円筒の長軸とより一層一致するからであ
る。安定化懸濁体を容器へ添加後、容器を密封
し、容器をその長軸の周りで回転させ得る構造の
上に、好ましくは容器を実質上水平位置におい
て、とりつける。例えば、クラウシング旋盤のよ
うな機械旋盤あるいはスピンドルを使用してよ
い。容器あるいはモールドを十分な高速で回転さ
せ、形成される構造体の内壁において100Gに等
しいかそれより大きく、より好ましくは約110G、
最も好ましくは約115Gの重力を与えて適切な圧
縮を与える。これは所要の均質多孔特性をもつ本
発明による物品を提供するのに適切な圧縮を得る
ために必要な最小の力を与えることが実験的に決
定された。適切な圧縮とは、外的機械力を適用す
ることなく、例えば、容器またはモールド中に挿
入し、形成される構造体をモールド内壁へひろげ
て押しつける袋（bladder）のような静的機械手
段による追加的な力を適用することなしに、達成
できる最大量の圧縮を意味する。必要とする回転
速度は形成されつつある物品の直径と逆に変動す
る。例えば5.1cm（２インチ）の直径の多孔性物
品については回転速度は約2000rpmである。直径
2.5cm（１インチ）の物品については、回転速度
は約3000rpmである。直径1.3cm（半インチ）の
物品については、回転速度は約4000rpmである。 段階つきの多孔構造、例えば構造体の外壁近傍
で大粒径をもち従つて大きい細孔をもち内壁近傍
において小粒径をもち従つて小さい細孔をもつ細
孔径の移り変り、をもつ多孔質金属構造体を組立
てることが望ましいかもしれない。本発明による
方法を使用してこの種の構造体を提供するのに用
いることができる一つの方式は広い粒径分布の金
属粒状物を安定化懸濁体の中へ導入し、次いで容
器をはじめは低い回転速度で回転し、それによつ
てモールド内面上で小粒より多いパーセンテージ
の大粒を沈積させ、続いて、構造体が形成される
につれて回転速度を上げて、小粒径または微細の
粒子がさきに分配された大粒径上に分配されるよ
うにし、従つて沈積される構造体の最終部分また
は内部部分が大粒よりも多くの小粒から成り、ア
ウトサイド−イン（outside−in）形態をもつ段
階つき細孔構造体が形成されるようになる。回転
の最終速度は、少くとも100Gの遠心加速を提供
し所望の均質細孔特性をもつ本発明による物品を
提供する所望圧縮水準を得るよう、十分に大きく
なければならない。この方式で操作するときは、
懸濁液中の金属粒状物の濃度が低い方が好まし
い。 本発明によつて期待される段階つき構造体の第
二の製造方法は、特定回転速度において容器内部
に第一の安定化懸濁液を沈積させ、上澄を除き、
このように沈積した物質を乾燥し、そして、第一
の安定化懸濁液と異なる粒径分布すなわちより微
細の（またはより粗い）粒子をもつ金属粒状物を
含む別の安定化懸濁体を導入し、そしてこの手順
を繰返す、ことから成る。細孔径が異なる所望数
の層をもつ構造体はこの方式で製造することがで
きる。さらに、大きい方から小さい方への細孔の
段階づけは内から外または外から内へを基準とす
るいずれかであり得る。実際には、異なる細孔径
の層を交互様式で、例えば構造体の外側での微小
細孔層、大きい細孔の中間層、および微小細孔物
質の内側層、を提供することも本発明の領域内に
ある。上記で論じたとおり、各々の安定化懸濁体
の場合の最終回転速度は各々の特定層についてそ
れが乾燥される前に少くとも100Gの遠心加速を
与えるよう十分に大きくなければならない。この
技法によつてつくられる好ましい構造体は、比較
的微細の金属粒状物例えば−220，＋325のオース
テナイト質ステンレス鋼から成る外部層と、比較
的粗い金属粒状物例えば−50，＋100の粉末の内部
層とから成る。公称外径が10.2cm（４インチ）で
外層が約0.038cm（0.015インチ）の厚さであり内
層が約0.102cm（0.040インチ）であるこのタイプ
の構造体はガスの過に特に有用なものにさせる
性質をもつ。 容器は一般的には３分から５分間所望rpmにお
いて回転させ、その後それを止める。より長時間
を使つてよいが必要とは思われなかつた。好まし
くは、容器を唐突に止めないで遅くさせ、より好
ましくは、それの慣性がなくなるまで回転させ
る。容器を次に回転用構造物から外し、上澄液を
除き、そして形成された構造体を容器中で、好ま
しくは水平位置においたままで乾燥して、構造体
に“生”強度または非焼結強度を与える。乾燥は
38から99℃（100から210〓）の対流浴中で30から
45分間またはそれより長く実施するのが好まし
い。 容器を次に真空炉あるいは還元雰囲気炉、最も
好ましくは真空炉のような炉の中に置いて揮発物
質を除きかつ金属粒状物の個々の粒子を相互に融
着させる。焼結は構造体を垂直位置に置いて最も
よく実施され、昇温下での金属粒状物の大きいク
リーブ速度に基因する変形を回避する。 焼結段階自体は好ましくは一つの粒子から別の
粒子への固体状態拡散を促進して焼結結合を形成
させるのに十分に高い温度において実施される。
ステンレス鋼金属粒状物については、870から
1400℃（1600から2550〓）、さらに好ましくは
1040から1385℃（1900から2525〓）の範囲の温度
が、１時間から８時間の間で、適切であることが
見出された。好ましくは、焼結段階は真空下また
は純水素中、あるいは他の還元雰囲気の中で実施
される。 真鍮のような融点の低い物質を用いるときに
は、より低い焼結温度を使用してよい。例えば、
真鍮の場合、705から1038℃（1300から1900〓）
の範囲の温度が適切である。 焼結段階は上記のとおり固相拡散を促進する十
分な温度で実施するのが好ましいけれども、比較
的低温において焼結する液相を使用して、例えば
銀をステンレス鋼粒状物と一緒に、あるいは錫を
銅と一緒に使用して、実施することもできる。 ある場合には、乾燥された構造体を無垢の部材
を代表的にはその構造体の各端において与え、そ
れらをその場で焼結し、金属粒状物の個々の粒子
を相互に融着させかつ無垢の金物部材を金属粒状
物の隣接粒子へ融着させて、無垢の、閉鎖細孔
の、さらには多孔質の端末取付部材、例えば端末
キヤツプを構造体に与える。あるいはまた、構造
体を乾燥したのちにただし焼結の前に取付部材を
挿入することができる。例えば乾燥構造体はねぢ
切り取付け具をその中へねぢ込むことができる十
分な生強度（焼結前）をもつことが見出された。
その後の焼結段階中に、金属粒状物は個々の粒子
と無垢金属部材との間で結合を形成し、それによ
つて、その後の加工操作を必要とすることなく完
成された過要素を形成する。螺旋状補強スプリ
ングのような内部支持部材もまた容器またはモー
ルドの中に置いて形成構造体中へ組込むことがで
きる。 焼結段階が完了すると、得られる構造体を冷却
し、次いで炉から取出す。冷却すると、継目なし
多孔質金属構造体は金属粒状物の個々の金属粒子
間の焼結結合の形成によつて容器あるいはモール
ドから容易に取出される。 セラミツクチユーブを使用する利点は離型剤例
えば炭素離型剤を使つて継目なし構造体がモール
ドへ結合するのを妨げる必要がないことである。
このような剥離剤の使用は焼結構造体を汚染する
かもしれず、除去が困難である。従つて、本発明
の物品を剥離剤または何らかの他のコーテイング
物質を使用せずにつくることはきわめて好まし
い。 上述の方法によつて形成される円筒状構造体は
ロール巻き、つくり変え、スウージによつて曲
げ、熔接し、真鍮をかぶせ、そして／または必要
ならば再焼結してよい。無垢の部材を構造体へ熔
接することによつて取付る場合には、多孔質構造
体の熔接は多孔質構造体の均一でかつ否のない性
質に基づいて改善されることが観察された。 本発明による多孔質金属物品は代表的には1.3
から15.2cm（1/2から６インチ）、好ましくは2.5
から10.2cm（１から４インチ）の範囲の公称直径
と、0.013から2.5cm（0.005から１インチ）、より
好ましくは0.013から0.64cm（0.005から0.25イン
チ）の範囲の壁の厚さとをもつ。つくられたまま
で、円筒状構造体の長さは代表的には2.5cmある
いはさらには2.5cm以下から122cmあるいはさらに
は122cm以上の範囲にある。つくられた構造体は
任意の所望の長さへ切断してもよい。代表的に
は、つくられたままの構造体の長さ対直径（Ｌ／
Ｄ）は約100以下であり、さらに代表的には１か
ら100の範囲にある。本発明による多孔質金属物
品は代表的にはベーター＝100における１から
100、好ましくは５から40マイクロメートルのF2
レーテイングをもつ。本発明による焼結構造体
は、その形成構造体の均質性と当業において従来
知られている焼結金属構造体の中に代表的に存在
する密度変動が比較的無いことに基づいて、この
一般的タイプのその他の焼結構造体と相対的に与
えられた効率において比較的大きい空隙容積をも
つ。 細孔径測定を実施するのに用いるF2テストは
オクラホマ州大学（OSU）において1970代にお
いて開発されたF2テストの改良版である。 OSUテストにおいては、適切なテスト流体中
の人工的汚染物の懸濁体をテストフイルター中を
通過させ、その間連続的にテスト下のフイルター
の上流と下流において流体を試料採取する。試料
は自動粒子計数器により５種または５種以上の予
め選んだ粒子直径について分析し、上流の計数と
下流の計数との比は自動的に記録される。この比
は工業においてベーター比（β）として知られて
いる。 試験した５種または５種より多くの直径の各々
についてのベーター比を横軸としての粒子直径に
対する縦軸として、通常はグラフ上でプロツト
し、その中では、縦軸が対数尺度であり、横軸は
1og²尺度である。それらの点の間で滑らかな曲線
を次にひく。テストされた範囲内のすべての直径
についてのベーター比を次にこの曲線から読みと
ることができる。特定粒子径における効率は次式
によつてベーター比から計算される： 効率，％＝100（１−１／ベーター） 例として、もしベーター＝100であれば効率＝
99％である。 特記しないかぎり、ここで提示される実施例に
おいて引用される除去レーテイング（rating）は
ベーター＝100における粒子直径であり、従つて、
引用される除去レーテイングにおける効率は99％
である。 改良F2テストにおいては、１から20マイクロ
メートルの範囲における効率がAC微細テスト・
ダスト、ACスパーク・プラグ・カンパニーによ
つて供給される天然の珪素質ダスト、の懸濁体を
テスト汚染物として使用して測定される。使用の
前に、このダストの水中懸濁体をその分散体が安
定であるまで混合した。テスト流速はフイルター
の面積１m²あたり100／分であつた。 以上の実施例において言及されるバブルポイン
ト・テストは、フイルメツクスＢ（アツシユラン
ド・ケミカル・カンパニーから入手できる190プ
ルーフアルコール濃度95％）の変性エチルアルコ
ール）の液体浴の中で試験されるべき適切に端末
キヤツプを取つけた多孔質円筒状金属物品を浸漬
してすべての細孔を濡らすことによつて室温にお
いて実施した。（浴中に置く前に、その円筒状構
造体の一端を封鎖し一方他端は液が構造体の内部
に入るのを妨げるよう封さし、乾燥空気源へとり
つけた。）圧力を構造体内部へ次に適用し（テス
トした円筒は直径が5.1cm（２インチ）で長さが
10.2cm（４インチ）であつた）、第一またははじ
めの空気泡が円筒の外部表面上に現われるのに要
する圧力を記録した。圧力を次に、外部表面積１
cm²あたり毎分22cm³の流速が構造体中を流れるまで
上げた。この圧力を次に記録した。以下に示すす
べての実施例について、この点におけるテスト円
筒の外部表面上の泡の分布が全く均一であること
が観察された。この流速における圧力を記録した
のち、流速を外部表面積１cm²あたり毎分65cm³の空
気量へ増加し、圧力を再び記録し、その後、圧力
を上げて外部表面積１cm²あたり毎分97cm³の空気流
速を与え、この流速を保つのに要する圧力を記録
した。これらの特定流速すなわち、２２，６５お
よび９７を保つのに必要とされる圧力と最初の気
泡形成に必要とする圧力との比は形成された構造
体中の細孔径の均質度の尺度である。すなわち、
この比が1.0に近いほど、細孔径がより均質であ
りかつ細孔径分布はよりせまい。この比に及ぼす
構造体自身の圧力降下の影響を除くために、２
２，６５および９７の特定空気流速の各々におけ
るクリーン（clean）圧力降下（すなわち、細孔
の濡れのない空気中の）を測定し、構造体をフイ
ルメツクスＢ中に浸漬したとき相当流速で測定し
た圧力降下から、それらの比の各々の計算前に差
引いた。 実施例１から4Aにおいて行なう一般的手順： 以下の実施例１から4Aにおける多孔質物品は
以下に記載の一般的方法を使つて調製した。以下
の実施例のすべてにおいて別の手続がとられる場
合には、以下に示す一般的手続からの偏りは特定
例に関して記載する。 マイクロメートル941を脱イオン水と組合せ、
その組合せ物をカルボポールの均質分散が得られ
るまで混合し、オーステナイト質ステンレス鋼粒
状物（316L、以下で規定する粒径をもつ）を次
に添加し液体媒体中の金属粒状物の所望組成をも
つ均一分散体を提供するよう混合する。カルボポ
ール941、水、および金属粒状物の量は以下の表
１に規定されている。 上記の(e)において示した組成、約5.1cm（２イ
ンチ）の内径および56cm（22インチ）の長さをも
つ開放状の円筒状セラミツク容器またはモールド
をその一端で封をし、次いで特定の安定化懸濁体
で完全に充満させた。このセラミツク容器または
モールドの開放端を次に封じ、その内部に懸濁体
を閉ぢこめた。この容器を次に水平に機械旋盤上
にのせ、旋盤を始動させ、回転速度を2000rpm
（113.5G）へ上げた。2000rpmにおいて３分から
５分間経つたのち、旋盤への動力を止め、旋盤を
停止まで回転させた。容器を次に旋盤から取出
し、開放し、上澄液体を注ぎ出した。あるいはま
た、その上澄液体は容器を回転させながら、端末
キヤツプ内にドレインキヤツプを取りつけること
によつて取り出すことができ、そのキヤツプは容
器を回転させながら（金属粒状物がモールド内面
上へ沈積されてしまつたのちに）開けることがで
きる。形成された構造体を中にもつ容器を次に水
平に149から177℃（300から350〓）の浴の中で30
分から45分、粉末が乾燥するまで置いた。〔149か
ら177℃（300から350〓）の範囲の温度をこれら
の実施例において使用したが、より低い乾燥温度
例えば38から99℃（100から210〓）を使つて、構
造体中での液体のガスへの早すぎる転化により湿
潤構造体が破損する可能性を減らすことが好まし
い〕。この容器を次に真空炉中で垂直に置き、そ
の中の乾燥金属構造体を４時間の間、焼結温度
（表２中で規定するとおりの）に曝した。容器を
次に冷却し、炉から取出した。その多孔質金属構
造体を次にテストのためにセラミツクチユーブか
ら取出した。結果を以下の表２と３に示す。

【表】 １ ここで用いるとき、このタイプの記号、例え
ば“−100，＋200”メツシユ、はその粒状物質
の特徴をいう。この特定の場合では、−100は
100メツシユの米国標準篩を通過し一方では＋
200は米国特許標準篩の200メツシユを通らない
ことを意味する。同様に“−200”粉末粒径は
全粒子が米国標準篩の200メツシユを通過する
粉末をいう。 ２ この比は金属粒状物の重量と担体すなわち、
カルボポール941と脱イオン水、の重量の比を
いう。これらの実施例のすべてにおいて、カル
ボポール941は0.35重量％（脱イオン水を基準）
の量で存在した。 上記実施例１−4Aの多孔質金属物品は壁の厚
さがそれぞれ0.201，0.198，0.203，0.213，0.193，
0.201，0.173，および0.196cm（それぞれ、0.079，
0.078，0.080，0.084，0.076，0.079，0.068，およ
び0.077インチ）であり、空隙容積がそれぞれ
66.0，64.0，61.8，63.5，59.2，58.9，51.1，およ
び52.0％であつた。

【表】 上述の、第一または初期の、フイルメツクスＢ
中のバブルポイントを得るのに必要な圧力、並び
に、２２，６５および９７の流速を維持するのに
必要とする圧力を測定し、後者の圧力と初期バブ
ルポイントについて測定した圧力との比（クリー
ン圧力降下について補正後）を計算した。結果を
以下の第３表に示す。

【表】 １ 第３表に報告した測定は第２表にデータが提
示されているものと同時につくつた（同じ安定
化懸濁体から同じ実験において）多孔質円筒状
金属チユーブについて実施した。第３表に報告
した結果はそのように形成されたチユーブの継
片について実施され、必ずしも第２表中のデー
ターがつくられた同じチユーブについて実施さ
れたものではない。 特定流速、すなわち、２２，６５および９７に
おける圧力と第一または初期パブルポイントを形
成するのに必要とされる圧力との比はすべて1.5
以下であつた。これらの比較的低い比は本発明に
よる方法によつてつくられた多孔性物品の実質上
均一な細孔構造を反映している。本発明による多
孔質物品の均一細孔特性を記述する目的でここで
用いるとき、用語「バブルポイント比」とは、97
cm³／分／cm²の流速を維持するのに必要とする圧力
（上記のテスト方法において、かつ、表面積１cm²
あたり毎分97cm³の乾燥空気の流速におけるクリー
ン圧力降下を測定値から、比を計算する前に差引
いた）と第一の空気泡が現われるのに必要な圧力
（上述のテスト法において記載のとおりの）との
比のことをいう。 上述の結果は、本発明による多孔質物品が均一
な細孔特性をもつ構造体を提供することを示して
いる。その上、それらの物品はそれらの製法のた
めに、熔接構造体に関連する欠陥をもたないもの
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 継目なしの中空多孔質物品の製造方法であつ
   て、 (a) 金属粒状物の安定化懸濁体を含むモールド
   を、この粒状物が上記懸濁体から分離されかつ
   上記モールドの内壁上に分配されそれによつて
   上記モールドの内壁と一致する構造体を形成す
   るような速度においてかつそのような時間の
   間、回転させ、その回転速度が上記構造体の内
   壁において少くとも100Gの加速度を達成する
   のに十分な速さであり； (b) 上記構造体を乾燥して生強度または未焼結強
   度をもつ乾燥構造体を提供させ；そして、 (c) 乾燥構造体を焼結して揮発性物質を除きかつ
   上記粒状物の個々の粒子を相互に融着させて継
   目なしの中空多孔質物品を形成させる； 工程を含み、 遠心成形法によつて得られた構造体をモールド
   から取り出す前に乾燥及び焼結することを特徴と
   し、更に、該モールドが、セラミツク、炭化珪素
   又は窒化珪素を含み、金属粒状物の熱膨張係数よ
   りも小さな熱膨張係数を有することを特徴とする
   方法。 ２ 上記モールドの回転をそれを水平位置におい
   て実施し、上記乾燥工程を上記モールドを水平位
   置において実施し、そして、上記焼結を垂直位置
   において実施する特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 ３ 工程(a)と(b)を少なくとも一度、第一の安定化
   懸濁体と異なる粒径分布をもつ第二金属粒状物の
   少くとも第二の安定化懸濁体で以て、工程(c)を実
   施する前に繰返し、それによつて段階のついた多
   孔質構造をもつ継目なし中空多孔質物品を形成さ
   せる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ １個または１個より多くの付属物を上記モー
   ルド中へ上記焼結前に挿入する特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ５ 上記モールドを上記安定化懸濁体で実質上完
   全に充満させる特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ６ 回転速度が、少くとも110Gの加速度が上記
   構造体の内壁において達成されるような速度であ
   る特許請求の範囲第５項に記載の方法。 ７ 上記安定化懸濁体中の上記金属粒状物とその
   中の他の成分との重量比が５：１から１：１であ
   る特許請求の範囲第６項に記載の方法。 ８ 上記金属粒状物がステンレス鋼であり、上記
   モールドがセラミツクであり、上記焼結を870か
   ら1400℃の範囲の温度において行う特許請求の範
   囲第７項に記載の方法。 ９ 上記金属粒状物がオーステナイト質ステンレ
   ス鋼であり、上記安定化懸濁体中の上記金属粒状
   物とその中の他成分との重量比が4.5：１から
   3.5：１であり、上記焼結が1040から1385℃の範
   囲において実施される特許請求の範囲第８項に記
   載の方法。 １０ 上記安定化懸濁体が(1)水、(2)ポリアクリル
   酸から成る安定化／結合剤、および(3)25から150
   マイクロメートルの範囲の平均粒径をもつオース
   テナイト質ステンレス鋼粒子から成り、上記安定
   化懸濁体中の上記金属粒状物とその中の他成分と
   の重量比が３：５：１から4.5：１の範囲にあり、
   上記モールドが2.54ないし10.2cmの範囲の内径と
   １ないし100のＬ／Ｄとをもち、上記ステンレス
   鋼粒子が上記モールドの少くとも1.5倍の熱膨脹
   係数をもち、上記モールドの回転がそれを水平位
   置にして実施され、上記乾燥が上記モールドを水
   平位置にして実施され、上記焼結が上記モールド
   を垂直位置にして実施され、そして、形成される
   継目なし中空多孔質物品が0.013から0.635cmの壁
   の厚さ、１から100マイクロメートルのベーター
   ＝100におけるF2規格および1.5またはそれ以下の
   バブルポイント比をもつ特許請求の範囲第９項に
   記載の方法。 １１ 段階のついた多孔質構造をもつ継目なし中
   空多孔質物品の製造方法であつて、 (a) 液体媒体中に所定の粒度分布で分散した金属
   粒状物の安定化懸濁体を含むモールドであつ
   て、この金属粒状物より低い熱膨脹係数をもつ
   モールドを第一の低い速度において回転させて
   上記懸濁体から大きい方の寸法の粒子をまず分
   離しそれらを上記モールドの内壁上に分布さ
   せ； (b) 少くとも一つのより大きい速度において上記
   モールドを回転させて上記懸濁体から小さい方
   の寸法の粒子を分離しかつそれらをさきに分布
   させた大粒子上に分布させ、それによつて上記
   モールドの内壁と一致する構造体を形成し、上
   記のモールドが上記構造体の内壁において少く
   とも100Gの加速度が達成される速度で回転さ
   れ； (c) 上記構造体を乾燥して生強度または未焼結強
   度をもつ乾燥構造体を提供し；そして、 (d) この乾燥構造体を焼結して揮発性物質を除き
   かつ上記粒状物の個々の粒子を相互に融着させ
   て段階つきの多孔質構造をもつ継目なし中空多
   孔質物品を形成させる； 工程を含み、 遠心成形法によつて得られた構造体をモールド
   から取り出す前に乾燥及び焼結することを特徴と
   し、更に、該モールドが、セラミツク、炭化珪素
   又は窒素珪素を含み、金属粒状物の熱膨張係数よ
   りも小さな熱膨張係数を有することを特徴とする
   方法。 １２ 上記モールドの回転をそのモールドを水平
   位置において実施し、上記乾燥工程を上記モール
   ドを水平位置において実施し、そして、上記焼結
   を垂直位置において実施する特許請求の範囲第１
   １項に記載の方法。 １３ １個または１個より多くの付属物を上記モ
   ールド中へ上記焼結前に挿入する特許請求の範囲
   第１１項に記載の方法。 １４ 上記モールドが上記安定化懸濁体で以て実
   質上完全に充満される特許請求の範囲第１１項に
   記載の方法。 １５ 回転速度は少くとも100Gの加速度が上記
   構造体の内壁において達成されるような速度であ
   る特許請求の範囲第１４項に記載の方法。 １６ 上記安定化懸濁体中の上記金属粒状物とそ
   の中の他成分との重量比が５：１から１：１であ
   る特許請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７ 上記粒状物がステンレス鋼であり、上記モ
   ールドがセラミツクであり、上記焼結が870から
   1400℃の範囲の温度において実施される特許請求
   の範囲第１６項に記載の方法。 １８ 上記金属粒状物がオーステナイト質ステン
   レス鋼であり、上記安定化懸濁体中の上記金属粒
   状物とその中の他成分との重量比が4.5：１から
   3.5：１であり、上記焼結が1040から1385℃の範
   囲の温度において実施される、特許請求の範囲第
   １７項に記載の方法。 １９ 上記安定化懸濁体が(1)水、(2)ポリアクリル
   酸から成る安定化／結合剤および(3)平均粒径が25
   から150マイクロメートルの範囲にあるオーステ
   ナイト質ステンレス鋼粒子から成り、上記安定化
   懸濁体中の上記金属粒子とその中の他成分との重
   量比が3.5：１から4.5：１の範囲にあり、上記モ
   ールドが2.5から10.2cmの範囲の内径と１から100
   のＬ／Ｄとをもち、上記ステンレス鋼粒子が上記
   モールドより少くとも1.5倍大きい熱膨脹係数を
   もち、上記モールドの回転が上記モールドを水平
   位置において実施され、上記乾燥が上記モールド
   を水平位置において実施され、上記焼結が上記モ
   ールドを垂直位置において実施され、そして、形
   成された継目なし中空多孔質物品が0.013から
   0.635cmの壁厚、１から100マイクロメートルのベ
   ーター＝100におけるF2規格、および1.5またはそ
   れ以下のバブルポイント比をもつ特許請求の範囲
   第１８項に記載の方法。