[发明专利]烧结粉末和金属纤维的多孔金属膜

说明书

相关申请案

本申请案主张2011年2月4日申请的美国临时申请案第61/439,581号的权益。上述申请案的整体教示内容以引用的方式并入本文中。

背景技术

由金属制成的气体过滤介质的效能主要视所用原料而定。气体中的粒子移除效率与材料总内表面积呈函数关系。因此，最适合的材料为具有较大的表面积与体积的比率的材料。较小且具有不规则形状的金属粒子或纤维最适合于制造气体过滤介质。当前高效全金属气体过滤器一般有2个类别。第一个为由精细金属粉末制成的过滤器，一般小于20微米且通常为1微米至3微米。一实例为Entegris「III」系气体过滤器或Mott「Gas」系过滤器。第二个为由小直径金属纤维制成的过滤器，该等纤维的直径为5微米或更小。此种过滤器的实例为Pall「」系过滤器及Mott「Defender」过滤器。

一般而言，与由纤维制成的过滤器相比，由粉末制成的过滤器由于用于其制造的粉末冶金方法而具有较低渗透性。难以使用粉末制造具有足够低以确保高渗透性的密度的固态多孔基体。另一方面，来自纤维的固态材料可使用非编织技术制造，从而产生具有高渗透性的极低密度的材料。由粉末金属制成的多孔材料倾向于具有较强结构且由纤维材料制成的多孔材料倾向于具有相对较弱的结构。

一般而言，使用传统粉末金属方法制造采用粉末的高效气体过滤材料：将粉末倾倒于模具中，加压该模具以形成黏着、仍易碎的「生坯形式（green form）」且烧结此生坯形式以在离散金属粒子之间形成牢固连结。此方法简单、直接且被广泛实践。

纤维本身并不适合于粉末金属方法，此主要归因于引起纤维广泛缠结及「凝块」的较大静电力。其不像粉末般「流动」。不借助电荷减少剂就无法均匀地填充模具且加压成为问题。不可能形成复杂的几何形状。典型地，介质局限于平板垫，其通过使用水或空气沉降来沉积纤维而形成，该等方法常用于形成非编织物。接着可烧结此等材料以在离散纤维之间形成连结。

日本专利摘要JP06-277422揭示一种制造过滤器介质的方法，其使得金属纤维11及金属粉末12分散并漂浮于液体中，接着在金属纤维11与金属粉末12的掺合物在液体中沉降后形成由该掺合物组成的混合产物，随后烧结该混合产物。根据此申请案，当混合物沉降时，金属粉末沉降快于金属纤维。因为金属纤维11及金属粉末12在悬浮于液体中时经均匀地混合，所以可在纤维及粉末已沉降于滴水板5上后至少平行于积累平面维持极均匀的混合物。此外，根据此揭示案，如JP06-277422的图2中所示，在厚度方向上混合物的混合比率存在一些变化。所揭示的方法较复杂且需要具有喷射板、滴水板的大槽，并需要在金属纤维及金属粒子悬浮于液体中后移除喷射板。未揭示形成诸如管的复杂过滤器结构的方法。

日本专利摘要JP05-245317揭示一种用于自内燃机、尤其柴油机的废气移除有害组分的过滤器或催化剂体，其具备至少一个金属线或金属纤维织物层。将呈粉末、颗粒、纤维片段或纤维碎片形式的烧结材料引入筛网中且烧结于金属线或纤维上。该织物以斜纹线织物形式形成，且将烧结材料4引入筛网5中并与金属线或纤维2、3烧结在一起。所揭示的结构含有隔离的烧结粉末区域及纤维与粉末区域。

日本专利摘要JP2010-142785揭示一种过滤器总成1，其由金属多孔体构成，具有至少两个或两个以上圆柱形过滤器体2，该等圆柱形过滤器体在轴线方向上具有视情况存在的长度，彼此在基底部件3中相隔排列，且该总成由外壳容器5包封，其中该金属过滤器体2包含具有非圆形横截面表面且具有平坦表面6的圆柱体，其中描绘轮廓的外部线条的一部分在整个圆周长度（LO）的5-48%及平坦表面6的宽度尺寸（L1）上平坦且其它圆柱形过滤器体2的平坦表面6以指定间隔相对排列。在过滤器总成1中，过滤器体在外部圆周表面上具备复数个突起且包括通过连接该等突起的(1/2H)平均高度的点所形成的虚拟平均线之一部分形成平坦表面的突起。金属过滤器体由包含不锈钢纤维及/或不锈钢粉末状材料的分层烧结多孔体形成。所揭示的金属过滤器具有分层结构。

Zeller等人的美国专利第7,329,311号揭示一种复合材料，其中构成该复合物的粉末状奈米粒子材料的直径可小于约1000奈米。如同多孔基底材料，此等奈米粒子材料可为金属、金属合金、陶瓷、热塑性塑料或此等材料的混合物。起始奈米粒子渗入多孔基底材料中，且可具有包括（但不限于）球体、树状突起、纤维或此等粒子的混合物的形状。所揭示的复合物具有多孔基底材料及渗入该基底的孔隙中的粉末状烧结奈米粒子材料。