專利名稱：使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置及其方法，尤其是涉及使用這樣一種電鑄技術的金屬纖維的制造裝置及其方法，該電鑄技術能夠從電解槽按照與陰極表面非導電圖形對應的所希望大小的直徑，將可以使用電機電鍍的各種金屬電鍍在陰極表面上并將其連續分離，來制造連續的金屬纖維。
現有技術關于現有的金屬纖維的制造技術，有例如韓國專利公報特2001-0036472號所公開的技術，這種技術具有如下缺點，即受金屬纖維的材料限制，并且用急冷凝固法制造時有難點，還有就是直徑必須在30μm以下。
另外，如韓國專利公報特1995-0005949號所公開的由擠壓或拉拔制造金屬纖維的方法中，在擠壓過程中，金屬粒子之間產生粘合，因此擠壓之后，要在每根纖維之間進行分離是很困難的。
作為解決這個問題的方法，有事先氧化金屬粉末表面的方法或者在金屬粉末的表面鍍上其他金屬的方法，還有混合金屬粉末和鹽、氧化物或者碳精的方法等，但是存在制造工序復雜及其帶來的成本上升等問題。
發明概述本發明正是鑒于這些現有技術的問題而提出的，本發明的第一目的在于，和過去通過復雜工序制造金屬纖維的金屬纖維制造方法不同，提供一種使用電鑄技術，可以通過單一工序或者最少的工序數來制造金屬纖維的金屬纖維制造方法并提供實現這種方法的金屬纖維制造裝置。
本發明的第二目的在于，把可以電鍍的所有金屬材料制造成所希望大小的金屬纖維。
本發明的第三目的在于，連續地制造金屬纖維，克服過去方法的問題，即打破纖維長度的局限。
本發明的第四目的在于，容易地在數μm～數mm的范圍內調節金屬纖維的大小(寬度及厚度)，使其不受截面大小限制。
為了達到上述目的，本發明提供一種使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，該連續制造金屬纖維的金屬纖維制造裝置包括電解槽，可容納用于進行目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；難溶性陽極材料，設置在上述電解液中，并與電源供給裝置的負極(-)端子連接；陰極材料，與上述電源供給裝置的正極(+)端子連接，在被電鍍的對置面精細研磨的狀態下，和上述陽極材料保持一定的距離，其一部分浸泡在電解液中，并設置成可以旋轉；以及多個非導體圖形，設置在該陰極材料的外周面，用于形成和陰極材料的旋轉方向一致的平行的多個環狀接觸窗，在接通電源的狀態下，伴隨著陰極材料的旋轉，以對應上述多個環狀接觸窗的形狀而被鍍上的多個金屬圖形從暴露在空氣中的陰極材料的表面連續剝離，得到多個金屬纖維。
上述陰極材料最好由可以支持其兩個端部旋轉的圓筒體組成，而上述陽極材料最好由和上述陰極材料保持一定間隔的半球型殼體組成。
而且，上述陰極材料也可以由可以支持旋轉的無限環形式的傳送帶組成，上述陽極材料也可以形成為與浸泡在電解液中的陰極材料的下部表面保持一定間隔的平板形狀。
為了保持電解液的組成均勻，上述制造裝置最好還含有可以使電解液循環的電解液循環裝置。在這種情況下，上述電解液的循環裝置可以從電解槽的下部引出，由其前端部的噴嘴位于陰極材料和陽極材料之間空隙內的循環管道、設置在該循環管道上并用于去除異物的過濾器、以及用于循環電解液的循環泵組成。
根據本發明的第二方面，一種不連續地制造金屬纖維的金屬纖維制造裝置包括電解槽，其中容納有進行目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；難溶性陽極材料，設置在上述電解液中，并與上述電源供給裝置的負極(-)端子連接；陰極材料，與上述電源供給裝置的正極(+)端子連接，在被電鍍的對置面精細研磨的狀態下，和上述陽極材料保持一定距離，并浸泡在電解液中；多個非導體圖形，設置在與上述陽極材料對置的陰極材料的外周面，構成多個線狀接觸窗，在接通電源的狀態下，剝離以與多個線狀接觸窗相應的形狀電鍍在陰極材料表面上的金屬圖形，得到多個金屬纖維。
根據本發明的第三個方面，提供一種使用電鑄技術連續制造金屬纖維的方法，其特征在于，包括如下步驟在電解槽里準備目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；在陽極材料和陰極材料之間加上DC(直流)電源、通過多個環狀接觸窗在陰極材料的外周面鍍上目標金屬的同時，旋轉陰極材料，其中，難溶性陽極材料設置在上述電解液中，陰極材料設置成和該陽極材料保持一定距離，并且部分浸泡在電解液中而且可以旋轉，在精細研磨的外周面上形成有構成和旋轉方向一致的平行的多個環狀接觸窗的多個非導體圖形；伴隨著陰極材料的旋轉，把按照與上述多個環狀接觸窗相應的形狀電鍍在陰極材料的表面的露在空氣中的多個金屬圖形連續剝離，作為多個金屬纖維。
根據本發明的第四方面，本發明提供一種使用電鑄技術制造不連續金屬纖維的方法，其特征在于，包括如下步驟在電解槽里準備目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；在難溶性板狀陽極材料和板狀陰極材料之間加上DC電源，通過多個線狀接觸窗，在陰極材料的外周面鍍上目標金屬，其中，難溶性板狀陽極材料設置在上述電解液中，板狀陰極材料和該陽極材料保持一定距離，并浸泡在電解液中，在精細研磨的外周面上形成有構成平行的多個線狀接觸窗的多個非導體圖形；把按與上述多個線狀接觸窗相應的形狀進行電鍍的陰極材料暴露在空氣當中，剝離多個金屬圖形，作為金屬纖維。
上述制造方法最好還包含以下步驟，即排出電解槽下部的電解液，以便電解液的組成保持均勻，并且在被過濾之后，向上述陰極材料和陽極材料之間的對置面注入。
如上所述，本發明和現有技術不同，通過連續工序的金屬纖維制造，可以不受纖維長度的限制而進行制作。而且，和現有的擠壓和拉拔或者急冷凝固法等制造方法不同，由于通過應用了電氣電鍍的電鑄技術來制造，所以，因工藝單純，可以顯著節約制造成本，而且，可以在狹小的空間里使用簡單設備生產金屬纖維。
而且，在本發明中，不僅是金屬纖維的長度，而且其寬度、厚度也很容易調節到數μm～數mm，很容易制造所希望大小的金屬纖維，不僅是純金屬，各種合金和現有電鍍工藝中可以使用的所有金屬都可以制造金屬纖維。
圖1是表示根據本發明第一實施例的使用了滾筒型陰極的連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖；圖2是表示根據本發明第二實施例的使用了傳送帶型陰極的連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖；圖3是表示依據本發明第三實施例的使用分批型陰極的不連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖；圖4a及圖4b是表示第一實施例至第三實施例的陰極材料表面圖形的剖面圖和正視圖；圖5是表示根據本發明制造的樣片的抗拉試驗結果的圖表；圖6是根據本發明制造的金屬纖維的顯微鏡照片。
優選實施例的說明以下，參照展示了優選實施例的附圖來詳細說明本發明。
圖1是表示根據本發明第一實施例的連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖，圖2是表示根據本發明第二實施例的連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖，圖3是表示根據本發明第三實施例的不連續金屬纖維制造裝置的概略結構圖，圖4a及圖4b是表示第一實施例至第三實施例的陰極材料表面圖形的剖面圖和正視圖，其中，第一實施例使用了滾筒型陰極，第二實施例使用了傳送帶型陰極，第三實施例使用了分批型(Batch)陰極。
首先參考圖1，根據本發明第一實施例的金屬纖維的連續制造裝置包括可以容納目標金屬纖維9的電解液3的電解槽10；設置在電解液3中，并成半球型殼狀的難溶性陽極材料2；陰極材料1，陰極材料1作為和陽極材料2保持一定距離而對置的圓筒體，設置成其兩端部的旋轉軸以可旋轉的方式被支承，在圓筒體外周面精細研磨的后圓周方向上固定有多個非導體圖形，以便形成平行的多個環狀接觸窗。
上述陰極材料1最好是象管子那樣，內部是空心的，由和電解液不反應的不銹鋼之類的導體組成，陽極材料2最好是使用在Ti鋼板上涂覆IrO2的難溶性材料。
進一步詳細說明上述陰極材料，如圖4a及圖4b的展開圖所示，具有以下結構，即通過多個非導體圖形14，多個環狀接觸窗15a形成在陰極材料15的表面上。在這種情況下，與陰極材料15對應的環狀接觸窗15a的寬度和深度取決于要制造的金屬纖維9的寬度和厚度。上述非導體圖形14作為硬化樹脂適合于使用高強度材料。
上述制造裝置的組成還包括對陽極材料2和陰極材料1均勻供給電氣電鍍所必需的DC(直流)電流的電流供給裝置4；為了電解液3的組成保持均勻，并除去陰極產生的氧氣等而使電解液3循環的循環泵5；用于除去金屬纖維連續制造工序中產生的異物的過濾器6等。
在這種情況下，從電解槽10的下部起經過過濾器6、循環泵5及循環管道8a向電解槽10循環的被過濾的電解液3最好通過噴嘴8向陰極材料1和陽極材料2之間的空間供給，以便被均勻攪拌。
而且，由上述過濾器6和循環泵5及循環管道8a組成的電解液的攪拌裝置，可以由兩端被陰極的旋轉軸支持而沿著圓周旋轉或者沿著軸方向旋轉移動的攪棒組成。
在如上組成的本發明的第一實施例的制造裝置中，在電解槽10里準備符合目標金屬纖維制造過程需要的電解液3，在部分浸泡在電解液3里并旋轉的陰極材料1和完全浸泡的陽極材料2之間的、以預定間隔對置的兩個極之間，供給直流電，通過多個環狀接觸窗15a從電解槽10向陰極材料1的表面進行與接觸窗15a形狀相應的電鍍。
這時，隨著陰極材料1的旋轉，在電鍍到接觸窗上并暴露于空氣中的陰極材料1的表面，貼上粘合膠帶后進行分離。由于陰極材料1的表面被研磨，鍍在陰極材料1的表面上的金屬作為多個金屬纖維9，很容易剝離而被得到，隨著陰極材料1的旋轉，可以連續得到與環狀接觸窗15a的圖形對應的金屬纖維9。
接著，在把剝離的金屬纖維9固定在卷線裝置7上的情況下，把隨著陰極材料1的旋轉連續生成的金屬纖維9，卷繞在卷線裝置7上，就可以得到使用者所要求長度的具有均勻組成和均勻尺寸的金屬纖維。
依據上述制造方法所得到的金屬纖維9，適用于任何種類的可以進行電氣電鍍的金屬，根據環狀接觸窗15a的大小設置，可以得到數μm～數mm大小的金屬纖維。
根據第一實施例，例如制造Fe-80wt％Ni合金纖維時，使用氯化鎳和硫酸鹽為主要成分的電解液3，旋轉滾筒型的陰極材料1，就可以連續制造具有均勻組成的Fe-80wt％Ni合金纖維。這時，電流密度最好在3～40A/dm2的范圍內供給，用于攪拌電解液3的泵流速最好是在30～200cm/sec、電解液的PH值最好是在1～5、電解液的溫度最好是在常溫～50℃的范圍內。
參考圖2，展示的是依據本發明第二實施例的使用了傳送帶型陰極的連續金屬纖維的制造裝置。
在上述第二實施例中，除了陰極材料11和陽極材料2a，其他部分結構和第一實施例相同，其中，陰極材料11組成可以支持旋轉的無限環形態的傳送帶結構，陽極材料2a形成為平板形狀，使其和陰極材料11保持一定的間隔。
因此，對和第一實施例相同的部分，對同樣的構件標以相同的標號，并略去與此相關的說明。在這種情況下，在陰極材料11的表面上，如第一實施例那樣，附著多個非導體圖形14。
因此，在如上所述結構的第二實施例中，旋轉傳送帶驅動滾輪11a、11b，則可以連續生產和陰極材料11的旋轉方向一致的、與多個環狀接觸窗15a對應的金屬纖維9，而且，其生產的金屬纖維9經過導輪12卷在卷線裝置7上。
根據上述第二實施例所得到的金屬纖維9和根據第一實施例所得到的金屬纖維是一樣的。
圖3是使用分批型陰極，可以制造不連續金屬纖維的根據本發明第三實施例的制造裝置，陰極材料13和陽極材料2a形成相互對應的平板形狀。
在第三實施例中，除了陰極材料13的形狀，其他部分結構和第二實施例是一樣的。因此，對和第二實施例相同的部分，標以相同的標號，并略去與此相關的說明。在這種情況下，在陰極材料11的表面上，如第二實施例所述的那樣，附著多個非導體圖形14(參照圖4a及圖4b)。
在第三實施例中，把陰極材料13設置在電解槽10里，實施電氣電鍍，在陰極材料的表面進行電鍍時，由非導體圖形14決定的與多個平行的接觸窗對應的長度均勻的多個金屬纖維，無需切斷就可以得到。上述第三實施例正是周期性反復這種過程、每隔一定時間就可以得到長度均勻的金屬纖維的分批型制造方法。
參考實施例，更加詳細說明根據本發明的上述金屬纖維制造方法。
(實施例1)如圖1所示，使用滾筒型陰極材料1，制造含有Fe-80wt％Ni組成的金屬纖維。為了制造Fe-80wt％Ni合金纖維，使用以氯化鎳和硫酸鹽作為主要成分的電解液3，一邊旋轉滾筒型陰極材料1，一邊制造Fe-80wt％Ni合金纖維，結果可以連續制造組成均勻的金屬纖維。這時，在電流密度為10A/dm2的范圍內進行供電，攪拌電解液3的泵流速為120cm/sec，電解液的PH值為3，電解液的溫度為45℃。
測定由以上條件所制造出來的金屬纖維強度而得到的圖表顯示于圖5中。一般地，作為Fe-80wt％Ni合金的屈服強度和硬度值，所知道的值分別是97Mpa和60HRB(345Mpa)(Metal Handbook，ASM 9th ed.Vol.3p.610《金屬手冊》，ASM.第9版，第3鄭，第610頁)。測定依據本發明制造的Fe-80wt％Ni合金纖維的強度，通過調查可知，屈服強度和硬度分別是2119Mpa和6170Mpa，從這個結果可以了解，本發明的金屬纖維和過去相比，具有大約強20倍的機械特性。
(實施例2)如圖1所示，使用滾筒型的陰極材料1制造Ni纖維。為了制造Ni纖維，使用以氯化鎳和硫酸鹽作為主要成分的電解液3，一邊旋轉滾筒型陰極材料1，一邊制造Ni纖維，從而可以連續地制造組成均勻的金屬纖維。這時，在電流密度為10A/dm2的范圍內進行供電，用于攪拌電解液3的泵流速在120cm/sec的范圍內，電解液的PH值為3，電解液的溫度為45℃。
把由以上條件制造的金屬纖維的顯微鏡照片示于圖6，調查結果制造的金屬纖維的厚度是均勻的。
如上所述，本發明和過去的技術不同，通過連續工藝制造金屬纖維，根據這種制造方法，可以不受纖維長度的限制進行制作。而且，和已有的擠壓和拉拔或者急冷凝固法來制造的方法不同，應用電氣電鍍的電鑄技術來制造，由于工藝單一化，制造成本得到顯著節約，而且，可以在狹小的空間里使用簡單的設備來生產金屬纖維。
另外，在本發明中，不僅是金屬纖維的長度，而且其寬度、厚度也很容易調節到數μm～數mm，可以方便地制造所希望大小的金屬纖維，不僅是純金屬，而且對各種合金和在已有的電鍍工序中可以使用的所有金屬，都可以進行纖維制造。
以上，以特定的優選實施例作為例子，對本發明進行了說明，但本發明不限于上述實施例，在不脫離本發明宗旨的范圍內，可以由掌握本發明所屬的技術領域知識的人，進行各種變更和修正。
權利要求
1.一種使用電鑄技術連續地制造金屬纖維的金屬纖維制造裝置，其特征在于，包括電解槽，可容納用于進行目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；難溶性陽極材料，設置在上述電解液中，并與電源供給裝置的負極(-)端子連接；陰極材料，與上述電源供給裝置的正極(+)端子連接，在被電鍍的對置面精細研磨的狀態下，和上述陽極材料保持一定的距離，其一部分浸泡在電解液中，并設置成可以旋轉；和多個非導體圖形，設置在上述陰極材料的外周面，用于形成和陰極材料的旋轉方向一致的平行的多個環狀接觸窗，在接通電源的狀態下，伴隨著陰極材料的旋轉，從暴露在空氣中的陰極材料的表面，將按照對應于上述多個環狀接觸窗的形狀被電鍍的多個金屬圖形連續剝離，得到多個金屬纖維。
2.如權利要求1所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，上述陰極材料由其兩端部可以被支承旋轉的圓筒體組成，上述陽極材料和上述陰極材料保持一定距離，形成半球型殼狀。
3.如權利要求1所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，上述陰極材料由可以被支承旋轉的無限環形態的傳送帶組成，上述陽極材料與浸泡在電解液中的陰極材料的下部表面保持一定的距離，形成平板形狀。
4.如權利要求1所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，上述陰極材料由和電解液不反應的導體構成，陽極材料由在Ti鋼板上涂覆IrO2的難溶性材料構成。
5.如權利要求1所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，通過上述非導體圖形形成在陰極材料表面的各個環狀接觸窗的寬度和深度，取決于想要制造的金屬纖維的寬度和厚度。
6.如權利要求1至權利要求5任何一項所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，為了保持電解液的組成均勻，還包括用于將電解液循環的電解液循環裝置。
7.如權利要求6所述的使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置，其特征在于，上述電解液的循環裝置包括從電解槽的下部引出的循環管道，其前端部噴嘴位于陰極材料和陽極材料之間的空隙中；設置在所述循環管道上用于去除異物的過濾器；以及用于將電解液循環的循環泵。
8.一種使用電鑄技術不連續地制造金屬纖維的金屬纖維制造裝置，其特征在于，包括電解槽，其中容納有進行目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；難溶性陽極材料，設置在上述電解液中，并與上述電源供給裝置的負極(-)端子連接；陰極材料，與上述電源供給裝置的正極(+)端子連接，在被電鍍的對置面精細研磨的狀態下，和上述陽極材料保持一定距離，并浸泡在電解液中；多個非導體圖形，設置在與上述陽極材料對置的陰極材料的外周面，構成多個線狀接觸窗，在接通電源的狀態下，剝離以與多個線狀接觸窗相應的形狀電鍍在陰極材料表面上的金屬圖形，得到多個金屬纖維。
9.一種使用電鑄技術連續制造金屬纖維的金屬纖維制造方法，其特征在于，包括如下步驟在電解槽里準備目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；在陽極材料和陰極材料之間加上DC電源，通過多個環狀接觸窗在陰極材料的外周面鍍上目的金屬的同時，旋轉陰極材料，其中，難溶性陽極材料設置在上述電解液中，陰極材料設置成和該陽極材料保持一定距離，并且部分浸泡在電解液中而且可以旋轉，在精細研磨的外周面上形成有構成和旋轉方向一致的平行的多個環狀接觸窗的多個非導體圖形；伴隨著上述陰極材料的旋轉，把按照與上述多個環狀接觸窗相應的形狀電鍍在陰極材料表面的露在空氣中的多個金屬圖形連續剝離，作為多個金屬纖維。
10.一種使用電鑄技術的不連續金屬纖維的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在電解槽內準備目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；在難溶性板狀陽極材料和板狀陰極材料之間加上DC電源，通過多個線狀接觸窗，在陰極材料的外周面電鍍目標金屬，其中，難溶性板狀陽極材料設置在上述電解液中，板狀陰極材料和該陽極材料保持一定距離，并浸泡在電解液中，在精細研磨的外周面上形成有構成平行的多個線狀接觸窗的多個非導體圖形；把按照與上述多個線狀接觸窗相應的形狀進行電鍍的陰極材料暴露在空氣當中，剝離多個金屬圖形，作為金屬纖維。把對應上述多個線狀接觸窗的形狀進行電鍍的陰極材料，暴露在空氣當中，剝離多個金屬圖形，作為金屬纖維，
11.如權利要求9或者權利要求10所述的使用電鑄技術的不連續金屬纖維的制造方法，其特征在于，還包括如下步驟從電解槽的下部排出電解液，在過濾之后，向上述陰極材料和陽極材料之間的對置面注入，以便保持電解液的組成均勻。
全文摘要
本發明提供了使用電鑄技術的金屬纖維制造裝置及其方法，通過電解槽將可進行電氣電鍍的金屬電鍍在陰極表面上并進行連續分離。本發明的金屬纖維制造裝置包括電解槽，可容納用于進行目標金屬纖維的電鍍所需要的電解液；設置在電解液中的難溶性陽極材料，并與電源供給裝置的負極端子連接；與電源供給裝置的正極端子連接的陰極材料，在被電鍍的對置面精細研磨的狀態下，與陽極材料保持一定的距離，其一部分浸泡在電解液中，并可旋轉；多個非導體圖形，設置在陰極材料的外周面上，用于形成多個環狀接觸窗。在接通電源的狀態下，伴隨著陰極材料的旋轉，從暴露在空氣中的陰極材料的表面將所電鍍的多個金屬圖形連續剝離，得到多個金屬纖維。
文檔編號C25D1/04GK1523137SQ0310451
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月17日 優先權日2003年2月17日
發明者樸容范, 河昌成 申請人:未來金屬株式會社