專(zhuān)利名稱(chēng)：制備金屬纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明涉及一種制備金屬纖維的方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種制備金屬纖維的方法，該金屬纖維可用于電容器、過(guò)濾介質(zhì)、催化劑載體或其它高表面積或抗腐蝕用途。
本發(fā)明背景的說(shuō)明金屬纖維有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用。具體地說(shuō)，在高溫下和腐蝕環(huán)境中維持其特性的金屬纖維可用于電容器、過(guò)濾介質(zhì)、催化劑載體結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)代電子工業(yè)對(duì)微型電容器的需求日益增長(zhǎng)。含有鉭的電容器被制成小尺寸并且能夠在高溫下和腐蝕環(huán)境中維持其電容。實(shí)際上，現(xiàn)在，鉭的最大工業(yè)應(yīng)用是用于電解電容器。鉭粉末金屬陽(yáng)極被用于固體和液體電解電容器中并且鉭箔可用于制造箔電容器。
鉭通過(guò)將鉭粉末壓制成壓塊，并之后燒結(jié)該壓塊以形成一種多孔性、高表面積的小球，而可制得而用于電容器中。該小球然后可在電解質(zhì)中進(jìn)行陽(yáng)極處理以在鉭表面上形成連續(xù)介質(zhì)氧化膜。這些孔可用電解質(zhì)填充并連結(jié)導(dǎo)線以形成電容器。
用于電容器的鉭粉可通過(guò)多種方法制得。在一種方法中，該鉭粉通過(guò)K2TaF2的鈉還原方法制得。然后該鈉還原的鉭產(chǎn)品可進(jìn)一步通過(guò)熔化方法純化。通過(guò)這種方法制得的鉭粉隨后可被壓縮和燒結(jié)成為條狀或直接作為電容器級(jí)鉭粉出售。通過(guò)改變鈉還原方法的過(guò)程參數(shù)，如時(shí)間、溫度、鈉給料速率和稀釋劑，可制得不同顆粒尺寸的粉末。現(xiàn)今可制得大量的鈉還原鉭粉，這些粉末含有的單位電容如下5000μF·V/g-大于25,000μF·V/g。
此外，鉭粉可通過(guò)氫化、粉碎和脫氣的電子束熔融的鑄錠而制得。電子束熔融的鉭粉較鈉還原粉末有著更高純度和更好的介質(zhì)特性，但是用這些粉末制得的電容器的單位電容通常較低。
精細(xì)的鉭絲也可通過(guò)將閥金屬和第二延展金屬相結(jié)合以形成坯料而制得。該坯料通過(guò)常規(guī)方法如擠壓或拉伸進(jìn)行加工。該加工將細(xì)絲的直徑降低至0.2-0.5微米。之后通過(guò)無(wú)機(jī)酸浸漬除去該延展金屬，剩下完整的閥金屬絲。該方法比其它制備鉭粉末的方法貴，因此工業(yè)上并沒(méi)有廣泛應(yīng)用。
此外，上述方法可被修飾成包括另外一個(gè)步驟用一層或多層金屬環(huán)繞基本類(lèi)似于上述坯料的坯料，從而形成連續(xù)金屬套。通過(guò)延展金屬將該金屬套從細(xì)絲分離。然后該坯料被通過(guò)常規(guī)方法縮減尺寸，優(yōu)選通過(guò)熱擠壓或拔絲直至細(xì)絲直徑小于5微米而金屬套的厚度是100微米或更小時(shí)。然后該復(fù)合物切成適于電容器制作的長(zhǎng)度。然后用于分離閥金屬部分的第二延展金屬通過(guò)無(wú)機(jī)酸浸漬而除去。
可使用通過(guò)球磨鉭粉的其它步驟以提高鉭電容。該球磨可將基本上呈球形的顆粒轉(zhuǎn)化成薄片。薄片的優(yōu)點(diǎn)在于其表面積對(duì)體積的比率較原來(lái)鉭粉的為高。該表面積對(duì)體積的高比率導(dǎo)致用薄片制備的陽(yáng)極具有較大容積效率。通過(guò)球磨和其它機(jī)械方法對(duì)鉭粉改性有著實(shí)際缺陷，包括更高的制造成本和更少的成品產(chǎn)量。
鈮粉也被發(fā)現(xiàn)可用于微型電容器。鈮粉末可通過(guò)氫化、粉碎和之后的脫氫而由鑄錠制得。該脫氫的鈮粉的顆粒結(jié)構(gòu)同鉭粉相似。
鉭和鈮的純態(tài)是易延展的并具有對(duì)碳、氮、氧和氫的高間隙溶解度。鉭和鈮在高溫下可溶解足量的氧從而破壞了正常工作溫度下的延展性。對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，不希望有溶解的氧。因此，通常避免高溫制造這些金屬纖維。
因此，需要一種制備金屬纖維的經(jīng)濟(jì)方法。更具體說(shuō)，需要一種用于制備金屬纖維的經(jīng)濟(jì)方法，該金屬纖維含有用于電容器、過(guò)濾介質(zhì)和催化劑載體和其它應(yīng)用的鉭或鈮。
本發(fā)明概要制備金屬纖維的方法包括熔融至少一種纖維金屬和一種基材金屬的混合物，冷卻該混合物，并形成一種含有至少一種纖維相和一種基材相的疏松基體(Bulk matrix)，并從纖維相中至少除去大部分基體相。此外，該方法可包括使疏松基體變形。
在某些實(shí)施方式中，該纖維金屬至少是鈮、鈮合金、鉭和鉭合金中的一種而基材金屬是至少銅和銅合金中的一種。在某些實(shí)施方式中，可通過(guò)將基材相溶解在合適的無(wú)機(jī)酸中，如，但不限于，硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸中而除去大部分基材相。
讀者通過(guò)考慮下面本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明從而領(lǐng)會(huì)本發(fā)明前述細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。讀者也可通過(guò)制造和/或使用本發(fā)明的金屬纖維領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的這些另外的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)參考附圖而更好地理解，其中

圖1是疏松基材放大200倍的橫截面顯微照片，該疏松基材通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括熔融含有C-103和銅的混合物，該顯微照片顯示了基材相中的纖維相的枝狀晶體的形狀；圖2是圖1的疏松基材放大500倍的橫截面顯微照片，該顯微照片顯示了基材相中纖維相的枝狀晶體形狀；圖3是疏松基材放大500倍的橫截面顯微照片，該疏松基材通過(guò)熔融含有C-103和銅的混合物并將該疏松基材機(jī)械加工成片而制得，該顯微照片顯示了疏松基材變形對(duì)基材相中纖維相的枝狀晶體形狀的影響；圖4A和圖4B是圖3的疏松基材放大1000倍的橫截面顯微照片，這些顯微照片顯示了疏松基材變形對(duì)基材相中纖維相的枝狀晶體形狀的影響；圖5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G和5H是纖維一些形狀的電子掃描顯微鏡(“SEM”)的顯微照片，這些纖維通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括將含有鈮和銅的混合物熔融成疏松基材并從疏松基材相中除去基材相；圖6A、6B、6C和6D是使用二次電子成象(“SEI”)顯示的纖維一些形狀的放大1000倍的顯微照片，這些纖維通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括將含有鈮和銅的混合物熔融成疏松基材并從疏松基材相中除去基材相；圖7A是使用SEI顯示的纖維一些形狀的放大200倍的顯微照片，這些纖維通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括將含有C-103和銅的混合物熔融成疏松基材并在變形后通過(guò)軋制從疏松基材相中除去基材相；圖7B、7C、7D和7E是使用SEI的圖7A纖維一些形狀的放大2000倍的顯微照片；圖8是疏松基材的放大500倍的橫截面顯微照片，該疏松基材通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括熔融含有C-103和銅的混合物，該顯微照片顯示了基材相中纖維相的枝狀晶體形狀；圖9是另一幅疏松基材的放大500倍的橫截面顯微照片，該疏松基材通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括熔融含有C-103和銅的混合物，該顯微照片顯示了基材相中纖維相的枝狀晶體形狀；圖10是另一幅疏松基材的放大1000倍的橫截面顯微照片，該疏松基材通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括熔融含有C-103和銅的混合物，該顯微照片顯示了基材相中纖維相的枝狀晶體形狀；圖11描述的是板狀疏松基材，該疏松基材通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式制得，該方法包括熔融含有C-103和銅的混合物并將該混合物冷卻成0.5英寸的板材；圖12A、12B和12C是圖11的疏松基材放大500倍的橫截面顯微照片，該顯微照片顯示了基材相中纖維相的枝狀晶體形狀；本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供了一種制備金屬纖維的方法。本發(fā)明用于生產(chǎn)金屬纖維方法的一個(gè)實(shí)施方式包括熔融至少一種纖維金屬和一種基材金屬的混合物；冷卻該混合物以形成一種疏松基材，該疏松基材包含至少含有纖維相和基材相的兩種固相；將大部分基材相從纖維中除去。在某些實(shí)施方式中，該纖維相在基材相中呈纖維形式或枝狀晶體形式。見(jiàn)圖1、2、8、9、10和12A-12C。在某些實(shí)施方式中，該纖維金屬可以至少是選自鉭、含鉭合金、鈮和含鈮合金中的一種金屬。
該基材金屬可以是任何金屬，只要該金屬在冷卻含有至少一種基材金屬和一種纖維金屬的混合物時(shí)，能經(jīng)受低共熔體反應(yīng)以形成一種含有至少一種纖維相和一種基材相的疏松基材。之后該基材相至少?gòu)睦w維相中基本除去從而露出金屬纖維。見(jiàn)圖5A-5H、6A-6D和7A-7E。在某些實(shí)施方式中，該基材金屬可以是，例如，銅或青銅。假如所得金屬纖維可應(yīng)用于所要求的應(yīng)用時(shí)，大部分基材相要考慮從疏松基材中除去。
該纖維金屬可以是任何金屬或任何含有金屬的合金，只要該金屬或合金在冷卻時(shí)能在基材相中形成一種固相。本發(fā)明的實(shí)施方式可以使用任何形式的金屬纖維，這些形式包括，但不一定限于，棒形、板狀機(jī)器芯片、機(jī)器調(diào)諧器(turning)、以及其它粗的或細(xì)的輸入庫(kù)存(stock)。某些實(shí)施方式中，需要細(xì)的或小尺寸的材料。用于成形纖維的方法較其它只能使用金屬粉末作為起始材料的成形纖維方法有潛在的重大改進(jìn)。優(yōu)選地，在混合纖維金屬和基材金屬時(shí)，所得混合物有比單獨(dú)的基材金屬或單獨(dú)的纖維金屬更低的熔點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，在冷卻纖維金屬和基材金屬的混合物時(shí)，該纖維金屬形成了一種呈纖維形狀或枝狀晶體形狀的纖維相。圖1和2是含有纖維相11和基材相12的疏松基材10的放大200倍的顯微照片。該纖維相在基材相12的基材中呈纖維形狀或枝狀晶體形狀。疏松基材10通過(guò)熔融含有C-103、鈮合金和銅的混合物而形成的。用于本實(shí)施方式的C-103含有鈮、10重量％鉿、0.7-1.3重量％鈦、0.7重量％鋯、0.5重量％鈦、0.5重量％鎢和偶存的雜質(zhì)。C-103的熔點(diǎn)是2350±50℃(4260±90°F)。混合物中纖維金屬的重量百分?jǐn)?shù)可以是任何在冷卻時(shí)會(huì)形成兩種或更多混合固相的濃度。在某些實(shí)施方式中，該纖維金屬可以是任何大于0重量％至70重量％的重量百分?jǐn)?shù)。然而，在針對(duì)形成更高表面積纖維的實(shí)施方式中，混合物中纖維金屬的濃度可減少到小于50重量％。在其它實(shí)施方式中，假如需要提高方法的纖維的產(chǎn)量的話，該纖維金屬的量可被增加到5重量％直至50重量％或甚至15重量％-50重量％。其中，同時(shí)要求纖維的產(chǎn)量和金屬纖維的高表面積的某些應(yīng)用的實(shí)施方式中，混合物中纖維金屬的濃度可以是15-25重量％纖維金屬。含有基材金屬和纖維金屬的混合物可以是低共熔性混合物。低共熔性混合物是一種這樣的混合物，其中可能發(fā)生，在冷卻時(shí)一種液態(tài)溶液轉(zhuǎn)化成至少兩種混合固體的等溫可逆反應(yīng)。在某些實(shí)施方式中，優(yōu)選是這些相中的至少一種形成枝狀結(jié)構(gòu)。
制備金屬纖維的方法可用于制備任何纖維金屬，包括但不僅限于，鈮、含有鈮的合金、鉭和含有鉭的合金。鉭應(yīng)用有限而且成本高。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在許多腐蝕介質(zhì)中，同純鉭相當(dāng)?shù)目垢g性能可以以成本顯著降低的鈮、鈮合金、鈮和鉭的合金得到。在一個(gè)實(shí)施方式中，制造纖維的方法包括一種比鉭便宜的鈮合金或鉭合金。
有著3.62平方米/克表面積、其平均長(zhǎng)度為50-150微米、寬度3-6微米的金屬纖維已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明方法的實(shí)施方式得到。此外，纖維相中氧濃度被限制在1.5百分重量或更低。
該纖維相可以以枝狀或纖維狀存在于基材相中。例如，圖1顯示在銅基材12中鈮11的枝狀晶體。枝狀晶體是以金屬混合物冷卻和凝固而形成。纖維金屬是在和基材金屬的熔融物中，如鈮在與銅的熔融物中，在冷卻時(shí)會(huì)首先成核成為一個(gè)小品體，然后該晶體可能持續(xù)增長(zhǎng)成為枝狀晶體?！爸罹w”通常描述為有樹(shù)狀分枝形的金屬晶體。此處使用的，“枝狀晶體”或“枝狀晶體的”也包括以纖維狀、針狀和圓形或帶狀晶體的纖維相材料。在某些情況下，如具有高濃度纖維金屬，該纖維金屬的枝狀晶體能進(jìn)一步增長(zhǎng)成為晶體顆粒。
在基材金屬中的纖維金屬的枝狀晶體的形態(tài)、尺寸和縱橫比可通過(guò)調(diào)整過(guò)程參數(shù)而變更。可以控制枝狀晶體或纖維的形態(tài)、尺寸和縱橫比的過(guò)程參數(shù)包括但不限于熔融物中的金屬比、熔融速率、凝固速率、凝固幾何形態(tài)、熔融或凝固方法(例如旋轉(zhuǎn)電極或潑濺(splat)粉末法)、熔融池體積和其它合金元素的添加。在熔融低共熔基材中形成枝狀晶體來(lái)制備金屬纖維比簡(jiǎn)單機(jī)械加工金屬混合物形成纖維相所花的時(shí)間和成本都少得多。
任何熔融法都可被用于熔融該纖維金屬和基材金屬，如，但不限于，真空或惰性氣體冶金操作諸如VAR、感應(yīng)熔化、連續(xù)澆鑄、在冷卻的反向旋轉(zhuǎn)輥上連續(xù)澆鑄帶材、“擠壓”型澆鑄法和熔融。
任選地，在疏松基材中的纖維相隨后可通過(guò)使用幾種用于變形疏松基材的機(jī)械加工步驟的任何一種來(lái)改變尺寸、形狀和成形。該用于變形疏松基材的機(jī)械加工步驟可以是已知的機(jī)械方法或機(jī)械方法的組合，這些機(jī)械方法包括，但不限于，熱軋、冷軋、壓縮、擠壓、鍛造、拉伸或任何其它合適的機(jī)械加工方法。例如，圖3和4A-D是在機(jī)械加工步驟后的銅基材中鈮枝狀晶體的顯微照片。圖3和4A-D由含有C-103和銅的熔融混合物制得。該混合物被熔化和冷卻以形成鈕狀物。之后將鈕狀物通過(guò)軋制變形以縮減橫截面面積。變形之前通過(guò)將相似疏松基材的圖1和2同圖3和4A-D相比，機(jī)械加工的效果能易于從基材相中的纖維相的形態(tài)看到。變形疏松基材可導(dǎo)致含有的纖維相的拉長(zhǎng)和橫截面面積縮減中的至少一種。鍛造加工可用于將疏松基材變形成為任何合適的形式，如線狀、棒狀、片狀、條狀、帶狀、擠壓狀、板狀或展平的顆粒。
然后該纖維金屬通過(guò)任何已知方法可從疏松基材中恢復(fù)以獲得基本上不含纖維相的基材相。例如，在一個(gè)含有銅基材金屬的實(shí)施方式中，銅可被溶解在任何可以溶解基材金屬而不溶解纖維金屬的物質(zhì)中，如無(wú)機(jī)酸中。任何合適的無(wú)機(jī)酸都可以使用，如，但不限于，硝酸、硫酸、鹽酸或磷酸以及其它合適的酸或這些酸的混合物。該基材金屬也可通過(guò)使用已知方法電解該基材金屬而從疏松基材中除去。
從疏松基材中移出的金屬纖維，如本文所定義的在其呈枝狀晶體形式時(shí)有著高的表面積對(duì)質(zhì)量的比率。纖維材料可大量地用作抗腐蝕過(guò)濾材料、膜載體、催化劑基材或其它可以使用絲材的獨(dú)特性能的應(yīng)用。纖維材料可進(jìn)一步加工以符合特定應(yīng)用的特定要求。這些進(jìn)一步加工步驟可包括燒結(jié)、壓制或任何其它以所要求方式最優(yōu)化絲材的特性所必要的步驟。例如，纖維材料可通過(guò)在粘性液體中高速剪切、氫化脫氫和粉碎加工而制成粉末狀的一致性。任選地，將纖維材料的漿料冷凍成小冰珠可使絲材在混合器中處理而進(jìn)一步縮短。
被加工的或進(jìn)一步加工的金屬纖維可認(rèn)為電容器應(yīng)用中的最初的形式。在許多電容器應(yīng)用中，更充裕的和成本較低的鈮，單獨(dú)地或合金化地，可用作鉭的有效替代物。同鉭相比，較低成本鈮和它的合金，結(jié)合大量供給和本發(fā)明方法，是用于小型電子的微型電容器的最佳材料。鈮和鉭電容器應(yīng)用需要一種精細(xì)的、高表面積的產(chǎn)品，要求尺寸為1-5微米級(jí)和表面積大于2m2/克。
熔融步驟下列實(shí)施例中描述的熔融方法在至少10-3托的真空下或惰性氣體氛圍中進(jìn)行。在熔融方法中使用這種環(huán)境大大減少了氧摻入金屬。盡管實(shí)施例是這樣進(jìn)行的，但成形纖維方法的實(shí)施方式不一定需要任何步驟都在真空或在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。該方法的熔融步驟可包括任何能夠得到熔融狀態(tài)纖維金屬和基材金屬的步驟。
在本方法的某些實(shí)施方式中，可能有利的是使氧進(jìn)入金屬纖維最小化，盡管金屬纖維的其它應(yīng)用，如過(guò)濾介質(zhì)和催化劑載體，可以不受氧的影響。一旦纖維金屬被包裹在熔融基材金屬中，它進(jìn)一步被保護(hù)而不受大氣污染，唯一有可能的污染是在纖維金屬/基材金屬和大氣界面處的可能的反應(yīng)。其中需要大氣污染最小化的某些實(shí)施方式，纖維金屬可以精細(xì)顆粒大小的方式添加。
用于制備纖維的方法將通過(guò)某些下面顯示的實(shí)施例說(shuō)明。提供這些實(shí)施例是用于描述本方法的實(shí)施方式而不限定權(quán)利要求的范圍。
實(shí)施例除非另有指出，所有用于本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中表達(dá)成分、組合物、時(shí)間、溫度等的數(shù)字都理解成在所有例子中被“約”修飾。相應(yīng)地，除非有相反指示，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中列出的數(shù)字參數(shù)是近似值，該近似值隨著本發(fā)明得到的所需特性而改變。最低程度并且不試圖限定權(quán)利要求范圍等同物原則的應(yīng)用，每個(gè)數(shù)字參數(shù)至少限制在所報(bào)道的有效數(shù)字范圍內(nèi)并使用通常舍入技術(shù)。
盡管列出本發(fā)明寬范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)是近似值，但在特定實(shí)施例中列出的數(shù)字的值是盡可能精確地報(bào)道。然而任何數(shù)字的值可能固有地含有某些錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤是由它們相應(yīng)測(cè)試測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差所導(dǎo)致。
實(shí)施例1熔融50重量％鈮和50重量％銅的混合物以形成鈕狀物，冷卻并軋制成片狀形式。所得片狀物被切割或剪切成短的長(zhǎng)度并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸處移出。
實(shí)施例2熔融5重量％鈮和95重量％銅的混合物以形成鈕狀物，冷卻并軋制成片狀形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸中移出。
實(shí)施例3熔融15重量％鈮和85重量％銅的混合物以形成鈕狀物，冷卻并軋制成片狀物形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸中移出。該實(shí)施例中制得的鈮金屬纖維的SEM示于圖5A-5H.中。
實(shí)施例4熔融24重量％鈮和76重量％銅的混合物以形成鈕狀物，之后冷卻和軋制成原始厚度1/10的片狀物形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸處移出。
實(shí)施例5熔融鈮和銅的混合物以及2.5重量％鋯以形成鈕狀物，之后冷卻和軋制成原始厚度1/10的片狀物形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸處移出。該纖維顯示出比沒(méi)有添加鋯所形成的纖維有著更高表面積。所收集到的纖維的SEI顯微照片示于圖6A-6D.中。
實(shí)施例6熔融23重量％鈮、7.5重量％鉭和銅的混合物以形成鈕狀物，之后冷卻和軋制成厚度為.022英寸的片狀物形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸中取出。將纖維清洗，然后分兩批燒結(jié)，一批的溫度為975℃而第二批的溫度為1015℃。纖維尺寸的收縮不明顯。
實(shí)施例7熔融23重量％C-103合金和銅的混合物以形成鈕狀物，冷卻和軋制成厚度為.022英寸的片狀物形式。所得片狀物被切割或剪切成約1英寸正方形并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸處取出。將纖維清洗，然后被分兩批燒結(jié)，一批的溫度為975℃而第二批的溫度為1015℃。纖維尺寸的收縮不明顯。該纖維的顯微照片示于圖7A-7E.中。
實(shí)施例8將C-103合金和銅的混合物真空電弧熔融(“VAR”)以形成鑄塊狀物，冷卻和軋制成厚度為.055英寸的片狀物。具有相似組成的各種疏松基材的橫截面顯微照片示于圖8-10中。所得片狀物被切割或剪切并且用無(wú)機(jī)酸蝕刻以將銅從鈮金屬纖維中除去。過(guò)濾所得混合物以將金屬纖維從無(wú)機(jī)酸中取出。
實(shí)施例9將C-103合金和銅的混合物真空電弧熔融(“VAR”)以形成鑄塊狀物，之后冷卻、感應(yīng)熔煉和澆鑄在厚度為0.5英寸的石墨片模。所得片材形式的疏松基材示于圖11中。疏松基材的橫截面顯微照片示于圖12A-12C中。橫軋片材，然后將基材相用五次無(wú)機(jī)酸清洗和幾次沖洗從纖維相中除去。所得纖維，見(jiàn)圖7A-7E，具有含有下列其它組分的鈮組成碳1100ppm鉻＜20ppm銅0.98重量％
鐵320ppm氫180ppm鉿1400ppm氮240ppm氧0.84重量％和鈦760ppm這種分析表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中，部分纖維金屬的一些組分最終呈現(xiàn)在基材相而部分基材金屬的一些組分最終呈現(xiàn)在纖維相。
實(shí)施例10熔融25重量％鈮和75重量％銅的混合物以形成鈕狀物，冷卻和軋制成厚度約為0.018-0.020英寸的片狀物形式。將所得片狀物用硝酸蝕刻以將銅從鈮纖維金屬中除去。當(dāng)將片狀物添加到酸中時(shí)，硝酸開(kāi)始沸騰并且金屬纖維浮到頂部。當(dāng)沸騰結(jié)束時(shí)，該鈮纖維材料降落到底部。過(guò)濾所得混合物以將纖維從無(wú)機(jī)酸處取出。
可以理解本說(shuō)明書(shū)說(shuō)明了那些有關(guān)清楚理解本發(fā)明的方面。本發(fā)明某些方面對(duì)本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，因此為簡(jiǎn)化本說(shuō)明書(shū)將不再介紹那些不促進(jìn)更好理解本發(fā)明的方面。盡管本發(fā)明實(shí)施方式已經(jīng)描述，一個(gè)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在考慮前述說(shuō)明時(shí)，意識(shí)到可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行很多修改和改變。所有這些對(duì)發(fā)明的修改和改變都被前述說(shuō)明和下列權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)1.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少一種纖維金屬和一種基材金屬的混合物；冷卻該混合物以形成一種包含至少一種纖維相和一種基材相的疏松基材；將大部分基材相從纖維相中除去；其中通過(guò)調(diào)整至少一個(gè)過(guò)程參數(shù)而變更該纖維相中纖維形態(tài)、尺寸和縱橫比中的至少一種。
2.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括變形該疏松基材。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維相包含金屬和金屬合金中的一種。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維金屬至少是鈮、鈮合金、鉭和鉭合金中的一種。
5.權(quán)利要求1的方法，其中該基材金屬至少是銅和銅合金中的一種。
6.權(quán)利要求1的方法，其中熔融該混合物包括下列方法中的至少一種真空電弧熔融、感應(yīng)熔化、連續(xù)澆鑄、在冷卻的反向旋轉(zhuǎn)輥上連續(xù)澆鑄帶材、擠壓型澆鑄法和旋轉(zhuǎn)電極粉末熔融。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維相在基材相中呈枝狀晶體形式。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該混合物是低共熔體混合物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中纖維金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)大于0重量％并且小于70重量％。
10.權(quán)利要求1的方法，其中纖維金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)為15重量％-25重量％。
11.權(quán)利要求2的方法，其中變形該疏松基材包括下列方法的至少一種熱軋、冷軋、擠壓、鍛造、拉伸和其它機(jī)械加工方法。
12.權(quán)利要求11的方法，其中變形該疏松基材導(dǎo)致疏松基材延伸和疏松基材的橫截面面積縮減中的至少一種變化。
13.權(quán)利要求11的方法，其中該疏松基材含有在基材相的基材中的纖維相的纖維和枝狀晶體的至少一種，并且變形該疏松基材以改變纖維相的尺寸、形狀和形式中的至少一種。
14.權(quán)利要求1的方法，其中從纖維相中除去大部分基材相，其包括下列方法的至少一種溶解該基材相和電解該基材相。
15.權(quán)利要求14的方法，其中溶解該基材相包括在合適的無(wú)機(jī)酸中溶解該基材相。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該無(wú)機(jī)酸是下列中的至少一種硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸。
17.權(quán)利要求1的方法，其中在至少除去大部分基材相之后，該纖維相呈枝狀晶體形式。
18.權(quán)利要求17的方法，其中該纖維相呈下列形式的一種纖維狀、針狀、帶狀和圓形。
19.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少鈮和銅的混合物；冷卻該混合物以形成一種疏松基材，其包含至少一種含有大部分鈮的纖維相和一種含有大部分銅的基材相；將大部分基材相從纖維相中除去；其中該纖維相中纖維形態(tài)、尺寸和縱橫比中的至少一種通過(guò)調(diào)整至少一個(gè)過(guò)程參數(shù)而變更。
20.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括變形該疏松基材。
21.權(quán)利要求19的方法，其中該混合物包含C-103。
22.權(quán)利要求19的方法，其中熔融該混合物，其包括下列方法中的至少一種真空電弧熔融、感應(yīng)熔化、連續(xù)澆鑄、在冷卻的反向旋轉(zhuǎn)輥上連續(xù)澆鑄帶材、擠壓型澆鑄法和旋轉(zhuǎn)電極粉末熔融。
23.權(quán)利要求19的方法，其中該纖維相在基材相中呈枝狀晶體形式。
24.權(quán)利要求19的方法，其中纖維金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)為15重量％-25重量％。
25.權(quán)利要求20的方法，其中變形該疏松基材包括下列方法的至少一種熱軋、冷軋、擠壓、鍛造、拉伸和其它機(jī)械加工方法。
26.權(quán)利要求20的方法，其中變形該疏松基材包括冷軋?jiān)撌杷苫摹?br> 27.權(quán)利要求19的方法，其中從纖維相中除去大部分基材相，包括下列方法的至少一種溶解該基材相和電解。
28.權(quán)利要求27的方法，其中溶解該基材金屬包括在合適的無(wú)機(jī)酸中溶解該基材金屬。
29.權(quán)利要求28的方法，其中該無(wú)機(jī)酸是下列的至少一種硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸。
30.權(quán)利要求19的方法，其中在至少除去大部分該基材相之后，該纖維相呈枝狀晶體形式。
31.權(quán)利要求30的方法，其中該纖維相呈下列形式的一種纖維狀、針狀、帶狀和圓形。
32.權(quán)利要求1的方法，其中調(diào)整至少一個(gè)過(guò)程參數(shù)包括調(diào)整下列至少一種熔融物中金屬比率、熔融速率、凝固速率、凝固幾何形態(tài)、熔融方法、凝固方法、熔鑄池體積和其它合金元素的添加。
33.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在至少除去大部分基材相之后加工該纖維相，其中加工該纖維相包括下列加工中的至少一種燒結(jié)該纖維相、壓制該纖維相、清洗該纖維相、將該纖維相制成粉末狀一致性和縮短纖維相的纖維。
34.權(quán)利要求33的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)在粘性液體中高速剪切、氫化物脫氫和粉碎加工而將纖維相制成粉末狀一致性。
35.權(quán)利要求33的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)將該纖維相的漿液冷凍成大量小冰粒并在混合器中加工這些大量小冰粒從而縮短纖維相的纖維。
36.權(quán)利要求19的方法，其中調(diào)整至少一個(gè)過(guò)程參數(shù)包括調(diào)整下列中至少一種熔融物中金屬比率、熔融速率、凝固速率、凝固幾何形態(tài)、熔融方法、凝固方法、熔池體積和其它合金元素的添加。
37.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括在至少除去大部分基材相后加工該纖維相，其中加工該纖維相包括下列加工法中的至少一種燒結(jié)該纖維相、壓制該纖維相、清洗該纖維相、將該纖維相制成粉末狀一致性和縮短纖維相的纖維。
38.權(quán)利要求37的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)在粘性液體中高速剪切、氫化物脫氫和粉碎加工將纖維相制成粉末狀一致性。
39.權(quán)利要求37的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)將該纖維相的漿液冷凍成大量小冰珠并在混合器中加工這些大量小冰珠從而縮短纖維相的纖維。
40.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少一種纖維金屬和基材金屬的混合物；冷卻該混合物以形成一種包含至少一種纖維相和一種基材相的疏松基材；將大部分基材相從纖維相中除去；和加工該纖維相，其中加工該纖維相包括下列加工中的至少一種燒結(jié)該纖維相、壓制該纖維相、清洗該纖維相、將該纖維相制成粉末狀一致性和縮短纖維相的纖維。
41.權(quán)利要求40的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)在粘性液體中高速剪切、氫化物脫氫和粉碎加工將纖維相制成粉末狀一致性。
42.權(quán)利要求40的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)將該纖維相的漿液冷凍成大量小冰珠并在混合器中加工這些大量小冰珠從而縮短纖維相的纖維。
43.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少鈮和銅的混合物；冷卻該混合物以形成一種包含至少一種含有大部分鈮的纖維相和一種含有大部分銅的基材相的疏松基材；將大部分基材相從纖維相中除去；和加工該纖維相，其中加工該纖維相包括下列加工中的至少一種燒結(jié)該纖維相、壓制該纖維相、清洗該纖維相、將該纖維相制成粉末狀一致性和縮短纖維相的纖維。
44.權(quán)利要求43的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)在粘性液體中高速剪切、氫化物脫氫和粉碎加工而使纖維相成為粉末狀一致性。
45.權(quán)利要求43的方法，其中加工該纖維相包括通過(guò)將該纖維相的漿液冷凍成大量小冰珠并在混合器中加工這些大量小冰珠從而縮短纖維相的纖維。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少一種纖維金屬和一種基材金屬的混合物；冷卻該混合物以形成一種包含至少一種纖維相和一種基材相的疏松基材；將大部分基材相從纖維相中除去。
2.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括變形該疏松基材。
3.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維相包含金屬和金屬合金中的一種。
4.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維金屬至少是鈮、鈮合金、鉭和鉭合金中的一種。
5.權(quán)利要求1的方法，其中基材金屬至少是銅和銅合金中的一種。
6.權(quán)利要求1的方法，其中熔融該混合物包括下列方法中的至少一種真空電弧熔融、感應(yīng)熔化、連續(xù)澆鑄、在冷卻的反向旋轉(zhuǎn)輥上連續(xù)澆鑄帶材、擠壓型澆鑄法和旋轉(zhuǎn)電極粉末熔融。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該纖維相在基材相中呈枝狀晶體形式。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該混合物是低共熔體混合物。
9.權(quán)利要求1的方法，其中纖維金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)大于0重量％并且小于70重量％。
10.權(quán)利要求8的方法，其中基材金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)為15重量％-25重量％。
11.權(quán)利要求2的方法，其中變形該疏松基材包括下列方法的至少一種熱軋、冷軋、擠壓、鍛造、拉伸和其它機(jī)械加工方法。
12.權(quán)利要求10的方法，其中變形該疏松基材導(dǎo)致延伸疏松基材和縮減疏松基材的橫截面面積中的至少一種。
13.權(quán)利要求11的方法，其中該疏松基材含有在基材相的基材中的纖維相的纖維和枝狀晶體的至少一種，并且變形該疏松基材改變纖維相的尺寸、形狀和形式中的至少一種。
14.權(quán)利要求1的方法，其中從纖維相中除去大部分基材相，其包括下列方法的至少一種溶解該基材相和電解該基材相。
15.權(quán)利要求14的方法，其中溶解該基材相包括在合適的無(wú)機(jī)酸中溶解該基材相。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該無(wú)機(jī)酸是下列的至少一種硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸。
17.權(quán)利要求1的方法，其中在至少除去大部分基材相后，該纖維相呈枝狀晶體形式。
18.權(quán)利要求17的方法，其中該纖維相呈下列形式的一種纖維狀、針狀、帶狀和圓形。
19.一種制備金屬纖維的方法，其包括熔融至少鈮和銅的混合物；冷卻該混合物以形成一種疏松基材，該疏松基材包含至少一種含有大部分鈮的纖維相和一種含有大部分銅的基材相；將大部分基材相從纖維相中除去。
20.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括變形該疏松基材。
21.權(quán)利要求19的方法，其中該混合物包含C-103。
22.權(quán)利要求19的方法，其中熔融該混合物包括下列方法中的至少一種真空電弧熔融、感應(yīng)熔化、連續(xù)澆鑄、在冷卻的反向旋轉(zhuǎn)輥上連續(xù)澆鑄帶材、擠壓型澆鑄法和旋轉(zhuǎn)電極粉末熔融。
23.權(quán)利要求19的方法，其中該纖維相在基材相中呈枝狀晶體形式。
24.權(quán)利要求19的方法，其中纖維金屬在混合物中的重量百分?jǐn)?shù)為15重量％-25重量％。
25.權(quán)利要求20的方法，其中變形該疏松基材，其包括下列方法的至少一種熱軋、冷軋、擠壓、鍛造、拉伸和其它機(jī)械加工方法。
26.權(quán)利要求25的方法，其中變形該疏松基材包括冷軋?jiān)撌杷苫摹?br> 27.權(quán)利要求19的方法，其中從纖維相中除去大部分基材相其包括下列方法的至少一種溶解該基材相和電解。
28.權(quán)利要求27的方法，其中溶解該基材金屬包括在合適的無(wú)機(jī)酸中溶解該基材金屬。
29.權(quán)利要求28的方法，其中該無(wú)機(jī)酸是下列的至少一種硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸。
30.權(quán)利要求19的方法，其中至少除去大部分的基材相之后，該纖維相呈枝狀晶體形式。
31.權(quán)利要求30的方法，其中該纖維相呈下列形式的一種纖維狀、針狀、帶狀和圓形。
全文摘要
一種制備金屬纖維的方法包括熔融至少一種纖維金屬和一種基材金屬的混合物，冷卻該混合物，形成一種含有至少一種纖維相和一種基材相的疏松基材，從纖維相中至少除去大部分基材相。此外，該方法可包括變形該疏松基材。在某些實(shí)施方式中，該纖維金屬至少是鈮、鈮合金、鉭和鉭合金中的一種而基材金屬至少是銅和銅合金中的一種。在某些實(shí)施方式中，可通過(guò)下述方法除去大部分基材相將基材相溶解在合適的無(wú)機(jī)酸中，如，但不限于，硝酸、硫酸、鹽酸和磷酸。
文檔編號(hào)C22F1/18GK1816401SQ200480018896
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者菲利普·M·奧拉里, 約翰·J·赫布達(dá), 羅納德·A·格雷厄姆 申請(qǐng)人:Ati資產(chǎn)公司