CN120897813A - 金属纤维构造体 - Google Patents

Abstract

本发明是多个金属纤维（2）彼此粘结的金属纤维构造体（1），具备通过与多个金属纤维（2）相接而使多个金属纤维（2）连接的金属多孔质体（3）。

Description

金属纤维构造体

技术领域

本发明涉及金属纤维构造体。

背景技术

以往，作为金属纤维片已知多种构造。例如，日本专利公开公报日本特开平7-258706号公报（JPH7-258706A）中公开了过滤器材料、耐热材料、导电材料、静电屏蔽材料等使用的金属纤维烧结片的制造方法。

发明内容

在日本专利公开公报日本特开平7-258706号公报所公开的金属纤维烧结片的制造方法中，使用特定的金属丝网对仅由金属纤维构成的浆料进行抄造，在制成在其两面设有多孔质的挠性陶瓷片的3层构成后进行干燥，在氩气或氢气气氛中以该金属纤维熔点以下的温度对金属纤维进行烧结来制造金属纤维的烧结片。在该情况下，金属纤维的实心芯部彼此被烧结。与此相对，要求与这种构造不同的新的金属纤维构造体。

本发明是考虑上述问题提出的，其目的在于提供新构造的金属纤维构造体。

本公开的金属纤维构造体由多个金属纤维彼此粘结而成，

所述金属纤维构造体具备通过与所述多个金属纤维相接而使多个金属纤维连接的金属多孔质体。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

在所述金属纤维之间配置有所述金属多孔质体。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属纤维具有由所述金属多孔质体覆盖的构造。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属多孔质体的截面上的金属的占空系数在20%-80%的范围内。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属纤维构造体的截面上的金属的占空系数在30%-80%的范围内。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属纤维的平均纤维直径在10μm-3000μm的范围内。

本公开的金属纤维构造体可以是，

厚度在0.01mm-50.0mm的范围内。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属多孔质体的材料包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属纤维的材料包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属多孔质体的材料包含杨氏模量为150-450GPa的金属。

在本公开的金属纤维构造体中，也可以是，

所述金属纤维的材料包含杨氏模量为150-450GPa的金属。

附图说明

图1是本公开实施方式的金属纤维构造体的概念图。

图2是本公开实施方式的金属纤维构造体的另一概念图。

图3是本公开实施方式的金属纤维构造体的例示性显微镜照片。

图4是示出实施例1的金属纤维构造体的截面的显微镜照片。

图5是示出比较例1的金属纤维构造体的截面的显微镜照片。

具体实施方式

以下参照附图说明本公开的实施方式。图1、图2是本公开实施方式的金属纤维构造体的概念图。图3是本公开实施方式的金属纤维构造体的例示性显微镜照片（日本电子公司制的扫描型电子显微镜。1000倍）。

［金属纤维构造体1］

如图1及图2所示，本实施方式的金属纤维构造体1包括多个金属纤维2和与金属纤维2相接的金属多孔质体3，金属纤维2彼此通过金属多孔质体3来连接、粘结。需要说明的是，在本说明书中，金属纤维彼此“粘结”是指金属纤维彼此物理性固定的状态，也将金属纤维被物理性固定的部位称为粘结部。在金属纤维构造体1中，金属纤维2彼此借助金属多孔质体3（即，粘结部）间接固定（图1等）。

如后所述，与不存在金属多孔质体的情况（例如，将金属纤维彼此借助实心材料连接的情况）相比，通过金属多孔质体3与金属纤维2相接，从而能够作为金属纤维构造体1整体发挥优异的柔性（应力缓和性、柔软性、弯曲性）等。

在金属纤维构造体1中，金属多孔质体3与金属纤维2连接的构造没有特别限定，金属纤维2可以由金属多孔质体3覆盖（图1、图2），也可以在金属纤维2间的一部分配置金属多孔质体3。即，根据金属多孔质体3相对于金属纤维2的相对位置，从而金属纤维构造体1整体的占空系数也能够采取多种值。

具体来说，优选金属纤维构造体1截面上的金属（金属纤维2和金属多孔质体3的金属）的占空系数在30%-80%的范围内，更加优选在40%～70%的范围内。金属纤维构造体1的占空系数越低，具有柔性变得越良好的倾向，金属纤维构造体1的占空系数越高，具有电阻率或强度等其他物性也变得越良好的倾向。若在上述范围内，则能够兼顾实现柔性和其他物性。

需要说明的是，“占空系数”是指相对于金属纤维构造体1所具有的面积而言，其实心部（金属纤维、金属粒子等）存在的部分的比例。

将金属纤维构造体1垂直切断，针对所得到的截面，能够使用扫描型电子显微镜（SEM）及公知图像解析软件求出通过以下算式得到的值的平均值。

占空系数（%）＝金属纤维构造体1的金属所占的面积/（金属纤维构造体1的金属所占的面积＋金属纤维构造体1的金属以外所占的面积）×100

金属纤维构造体1的尺寸根据用途适当调整，因此没有特别限定，优选金属纤维构造体1的厚度在0.01mm-50.0mm的范围内，更加优选在0.01mm-20.0mm的范围内。若为上述范围，则能够兼顾实现柔性与电阻率、强度之等其他物性。需要说明的是，根据作为金属纤维构造体1的构成要素的金属纤维2的个体差异排列、或制造工序等，金属纤维构造体1的表面也可以具有凹凸（表面粗糙度）。

（金属纤维2）

金属纤维2是纤维状的金属部件。优选金属纤维2被烧结。通过金属纤维2被烧结，从而容易使金属纤维构造体1的热传导性及均质性稳定。

优选金属纤维2的平均纤维直径在10μm-3000μm的范围内，更加优选在10μm-200μm的范围内，进一步优选在10μm-50μm的范围内。金属纤维2的平均纤维直径越小，具有所得到的金属纤维构造体1的柔性变得越良好的倾向，金属纤维2的平均纤维直径越大，具有所得到的金属纤维构造体1的电阻率或强度变得越良好的倾向。若在上述范围内，则能够兼顾实现柔性和其他物性。需要说明的是，本说明书中的“平均纤维直径”是面积直径的平均值（例如，20个纤维的平均值），其中，面积直径是通过计算由显微镜拍摄的金属纤维2的相对于长度方向的任意垂直截面上的金属纤维2的截面积（例如通过公知软件算出。）并计算面积与该截面积相同的圆的直径而导出。另外，金属纤维2有时因烧结而带有圆角，该情况下的金属纤维2的平均纤维直径也同样计算。

金属纤维2的平均纤维长没有特别限定，优选为1mm-50mm的范围内，更加优选为1mm-20mm的范围内。例如，在使用金属纤维构造体1来作为金属纤维无纺布的情况下，平均纤维长度短的金属纤维2更容易提高金属纤维无纺布的均质性，因此优选。需要说明的是，本说明书中的“平均纤维长度”是以显微镜测定20根纤维并将测定值取平均得到的值。

作为金属纤维2的材料，也可以包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。作为这样的金属的例子，能够举出银、铜、金、铝或各自的合金。金属纤维构造体1也可以包含两种以上的上述金属来作为金属纤维2。

另外，作为金属纤维2的材料，也可以包含杨氏模量（23℃）为150-450GPa的金属。作为这样的金属的例子，能够举出铁、镍、铬、铍、钨、钼或各自的合金。金属纤维构造体1也可以包含两种以上的上述金属来作为金属纤维2。

（金属多孔质体3）

如上所述，在金属纤维构造体1中，金属多孔质体3是将金属纤维2彼此粘结的粘结部。

优选金属多孔质体3的截面上的金属的占空系数在20%-80%的范围内，更加优选在30%-70%的范围内。金属多孔质体3的占空系数越低，具有所得到的金属纤维构造体1的柔性变得越良好的倾向，金属多孔质体3的占空系数越高，具有所得到的金属纤维构造体1的电阻率或强度存在变得越良好的倾向。若在上述范围内，则能够兼顾实现柔性和其他物性。

金属多孔质体3的占空系数也能够使用电子显微镜（SEM）及公知图像解析软件以面积比来求出。具体来说，根据SEM图像中的金属多孔质体3的截面样本（例如20个），能够求出通过以下的算式得到的值的平均值来作为金属多孔质体3的占空系数。

占空系数（%）＝金属多孔质体3的金属所占的面积/（金属多孔质体3的金属所占的面积＋金属多孔质体3以外所占的面积）×100

作为金属多孔质体3的材料，也可以包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。这样的金属的例子如上所述。

另外，作为金属多孔质体3的材料，也可以包含杨氏模量（23℃）为150-450GPa的金属。这样的金属的例子如上所述。

需要说明的是，由于所得到的金属纤维构造体1发挥优异的柔性和电阻率，因此优选金属纤维2及金属多孔质体3为铜、银、或铝。另外，由于所得到的金属纤维构造体1发挥优异的柔性和强度，因此优选金属纤维2及金属多孔质体3为不锈钢、钨、镍或铁。金属多孔质体3与金属纤维2的材料可以相同也可以不同。

（金属纤维构造体1的制法、用途）

作为金属纤维构造体1的制法，例如，首先准备包含成为金属多孔质体3的金属粒子或金属纤维的浆料溶液。接下来，在作为基板而准备的金属纤维2上涂敷该溶液并在规定的温度进行干燥。在此，需要根据所使用的金属的熔点来调节干燥加热温度，以使形成于金属纤维2的金属多孔质体3不熔融（液状化）。能够基于金属多孔质体3与金属纤维2连接的构造、上述特征（占空系数、直径、厚度等）而从按照这种方式得到的构造体中适当分离、挑选，以得到本公开的金属纤维构造体1。需要说明的是，优选金属粒径及金属纤维的直径为0.001μm-10.0μm。

金属纤维构造体1是由于其柔软性而能够成型为板状、片状等形状的构造体。也可以根据用途而进一步在金属纤维构造体1上被覆树脂膜。树脂膜的厚度可以是金属纤维构造体1的厚度的1倍-1000倍，树脂膜的材料能够使用具有绝缘性及柔软性的公知的树脂材料。例如，能够举出丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮树脂、聚酯树脂、聚丙烯树脂、氟树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂等。另外，金属纤维构造体1能够根据金属纤维2的材料（性质）被用作过滤器材料、耐热材料、导电材料、放热材料、传热材料、静电屏蔽材料。

由以上结构构成的本实施方式的金属纤维构造体1是多个金属纤维2彼此粘结而成的金属纤维构造体1，具备通过与多个金属纤维2相接而使多个金属纤维2连接的金属多孔质体3。与通过烧结使实心的金属纤维的交织部分熔融以将金属纤维接合的现有技术不同，根据这样的金属纤维构造体1，如上所述，由于将多个金属纤维2借助金属多孔质体3连接，因此作为金属纤维构造体1整体能够发挥优异的柔性等。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，如上所述，也可以在金属纤维2之间配置金属多孔质体3。或者，也可以具有金属纤维2由金属多孔质体3覆盖的构造。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属多孔质体3的截面上的金属的占空系数在20%-80%的范围内。像这样，能够更适当地兼顾实现金属纤维构造体1的柔性与其他物性。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，也可以使金属纤维构造体1的截面上的金属的占空系数在30%-80%的范围内。像这样，能够更加良好地兼顾实现金属纤维构造体1的柔性与其他物性。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属纤维2的平均纤维直径也可以在10μm-3000μm的范围内。像这样，能够适当地兼顾实现金属纤维构造体1的柔性和其他物性。

另外，本实施方式的金属纤维构造体1的厚度也可以在0.01mm-50.0mm的范围内。像这样，能够适当地兼顾实现金属纤维构造体1的柔性和其他物性。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属多孔质体3的材料也可以包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。像这样，能够获得柔性及电阻率优异的金属纤维构造体1。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属多孔质体3的材料也可以包含杨氏模量为150-450GPa的金属。像这样，能够获得柔性及强度优异的金属纤维构造体1。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属纤维2的材料也可以包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。像这样，能够获得柔性及电阻率优异的金属纤维构造体1。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，金属纤维2的材料也可以包含杨氏模量为150-450GPa的金属。像这样，能够获得柔性及强度优异的金属纤维构造体1。

需要说明的是，本实施方式的金属纤维构造体1不限定于上述方式、组合。

例如，金属多孔质体3也可以薄薄地覆盖各金属纤维2的表面并在金属纤维2彼此的连接部位更多（粗）地夹设金属多孔质体3来作为金属纤维2的粘结部（图2、图3）。换言之，金属纤维构造体1中的金属多孔质体3的量（体积）也可以根据金属纤维2的位置而变化。

另外，在本实施方式的金属纤维构造体1中，若金属纤维2及金属多孔质体3的材料包含热传导率高的金属，则能够获得柔性及热传导性优异的金属纤维构造体1。作为热传导率高的金属的例子，能够举出银、铜、金、铝或各自的合金。

另外，也可以使用金属以外的成分来作为金属纤维2的一部分，这样的成分也可以由上述金属成分覆盖。

【实施例】

以下使用实施例及比较例更详细地说明本公开。

＜实施例1-16＞

使用表1-2所示的材料来制造金属纤维构造体。即，将包含铜粒子（平均一次粒径25nm、IoLiTec公司制）的浆料溶液（固体成分：50%、溶剂：甘油）向设为表1-2所示的基板的铜纤维涂敷，并在N₂气氛中于250℃加热1小时。需要说明的是，图4是示出实施例1的金属纤维构造体的截面的显微镜照片（3000倍）。

＜实施例17＞

使用表2所示的材料制造金属纤维构造体。即，将包含铜粒子（平均一次粒径25nm、IoLiTec公司制）的浆料溶液（固体成分：50%、溶剂：甘油）向设为表2所示的基板的铝纤维涂敷，且在N₂气氛中于250℃加热1小时。

＜实施例18-33＞

使用表3-4所示的材料来制造金属纤维构造体。即，将包含不锈钢SUS316L粒子（平均一次粒径70nm、IoLiTec公司制）的浆料溶液（固体成分：50%、溶剂：甘油）向设为表3-4所示的基板的不锈钢纤维（SUS304）涂敷，且在N₂气氛中于250℃加热1小时。

＜实施例34＞

使用表4所示的材料制造金属纤维构造体。即，将包含不锈钢SUS316L粒子（平均一次粒径70nm、IoLiTec公司制）的浆料溶液（固体成分：50%、溶剂：甘油）向设为表4所示的基板的钨纤维涂敷，且在N₂气氛中于250℃加热1小时。

＜比较例1、2＞

针对与实施例1、18中使用的铜纤维或不锈钢纤维相同的金属纤维，实施在N₂气氛中于250℃加热1小时的处理，制得比较例1、2的金属纤维构造体。图5是示出比较例1的金属纤维构造体的截面的显微镜照片（3000倍）。

＜评价＞

（电阻率（体积电阻率））

按照以下方式对实施例1-17及比较例1的金属纤维构造体的电阻率（体积电阻率）进行测定、评价。使用日东精工Analytech制低电阻率计LorestaGP，通过四端子法测定各金属纤维构造体的电阻率（体积电阻率）。使测定样本厚度恒定，根据测定范围切成任意大小。在该值大于1.7×10^-8Ω·m且为3.4×10^-8Ω·m以下的情况下为优（◎），在大于3.4×10^-8Ω·m且为5.1×10^-8Ω·m以下的情况下为良（○），在大于5.1×10^-8Ω·m且为6.8×10^-8Ω·m以下的情况下为可用（△），在大于6.8×10^-8Ω·m的情况下为不良（×）。

（应力缓和性）

按照以下方式对实施例1-34及比较例1、2的金属纤维构造体的应力缓和性（柔性）进行测定、评价。将除了实施例15和32以外的各金属纤维构造体切成厚度变为大致1/10的环形（外径50mmφ、内径30mmφ）（例如，在实施例1的情况下为1.1mm厚度）。另外，准备环形（外径55mmφ、内径35mmφ、厚度0.5mm）的纯度95%的氧化铝板，在氧化铝板的单面上以10μm厚度均匀地涂敷双液固化型环氧树脂系粘接剂（Cemedine公司制、1500）。然后，将切成环形的金属纤维构造体或设为环形的实施例15、32的金属纤维构造体贴合在氧化铝板的涂敷有双液固化型环氧树脂系粘接剂的面上，在23℃、65%RH的环境下静置24小时，制得试验片。将所制得的试验片投入150℃的恒温器（Espec公司制、PV-212），对加热中的试验片的翘曲量进行测定，作为应力缓和性的评价结果。在翘曲量低于0.05mm的情况下为优（◎），在0.05mm以上且小于0.20mm的情况下为良（〇），在0.20mm以上且小于0.50mm的情况下为可用（△），在0.50mm以上的情况下为不良（×）。

（强度）

按照以下方式对实施例18-34及比较例2的金属纤维构造体的强度进行测定、评价。将各金属纤维构造体切成基于JISZ2241的4号试验片，使用拉伸试验机（岛津制作所公司制、UH-1000kNI）进行拉伸试验，将所得到的杨氏模量（23℃）的值设为强度。在杨氏模量的值为20.0GPa以上的情况下为优（◎），在15.0GPa以上且小于20.0GPa的情况下为良（○），在10.0GPa以上且小于15.0GPa的情况下为可用（△），在低于10.0GPa的情况下为不良（×）。

将以上的结果及综合评价示于表1至表4。需要说明的是，当进行综合评价时，若两个单独项目为◎，则将综合评价设为“优（◎）”。在为○的单独项目为一个以上且没有△及×的情况下，将综合评价设为“良（○）”。在单独评价即使有一个△且其他评价为◎或〇的情况下，也将综合评价设为“可用（△）”。另外，在单独评价即使有一个×的情况下也将综合评价设为“不良（×）”。

【表1】

【表2】

【表3】

【表4】

如上述的表1至表4所示，实施例1-34的金属纤维构造体1具有与以往不同的（新的）构造（参见图4、图5），确认到柔性（应力缓和性）优异，与比较例1、2的金属纤维构造体相比，电阻率、强度也优异。可知与在比较例1、2中综合评价为不良不同，在全部实例中能够兼顾电阻率或强度和应力缓和性。

另外，在实施例中，若将实施例8-9与实施例10-11以及将实施例25-26与实施例27-28比较可知，若金属多孔质体3的占空系数在20%-80%的范围内，则综合评价更加良好，能够更适当地兼顾电阻率或强度和应力缓和性。

此外，与实施例2-3比较可知，在实施例4-7中，电阻率的下限值上升而上限值降低，应力缓和性的上限值也减小，因此这些特性更均衡地得到发挥。另外，与实施例19-20比较，在实施例21-24中，强度的下限值上升而上限值减小，应力缓和性的上限值也减小，因此这些特性更均衡地得到发挥。因此可知，若金属纤维构造体1的占空系数在30%-80%的范围内，则能够更适当地兼顾电阻率或强度与应力缓和性。

另外，将实施例12与实施例13-14以及将实施例29与实施例30-31比较可知，若金属纤维2的平均纤维直径在10μm-3000μm的范围内，则综合评价更加良好，能够更适当地兼顾电阻率或强度与应力缓和性。

另外，根据实施例15-16和实施例32-33的结果可知，若金属纤维构造体1的厚度在0.01mm-50.0mm的范围内，则单独评价和综合评价均为“优”或“良”，能够更适当地兼顾电阻率或强度和应力缓和性。

如以上所示，由多个金属纤维彼此粘结而成且具备通过与多个金属纤维相接而使多个金属纤维连接的金属多孔质体的本公开的金属纤维构造体的柔性等各种物性优异。

Claims (11)

1.一种金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维构造体由多个金属纤维彼此粘结而成，

所述金属纤维构造体具备通过与所述多个金属纤维相接而使多个金属纤维连接的金属多孔质体。

2.根据权利要求1所述的金属纤维构造体，其中，

在所述金属纤维之间配置有所述金属多孔质体。

3.根据权利要求1所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维构造体具有所述金属纤维由所述金属多孔质体覆盖的构造。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属多孔质体的截面上的金属的占空系数在20%-80%的范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维构造体的截面上的金属的占空系数在30%-80%的范围内。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维的平均纤维直径在10μm-3000μm的范围内。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维构造体的厚度在0.01mm-50.0mm的范围内。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属多孔质体的材料包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维的材料包含20℃下的电阻率为1.5×10^-8Ω·m-3.0×10^-8Ω·m的金属。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属多孔质体的材料包含杨氏模量为150-450GPa的金属。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的金属纤维构造体，其中，

所述金属纤维的材料包含杨氏模量为150-450GPa的金属。