通过熔体纺丝制造具有微米范围内厚度的金属或无机纤维的设备和方法

摘要

一种用于产生金属的、金属玻璃的或无机材料的细长纤维的设备包括具有平面外圆周表面的可旋转轮，平面外圆周表面在平行于轮的旋转轴的方向上是平坦的；至少一个喷嘴，具有用于将熔融材料引导到圆周表面上的喷嘴开口；以及收集装置，用于收集从熔融材料形成在圆周表面上的以及通过轮的旋转生成的离心力与圆周表面分离的固化纤维。喷嘴具有矩形横截面，矩形横截面具有在轮的旋转的圆周方向上喷嘴开口的宽度和大于宽度的垂直于轮的圆周表面的长度。提供一种用于控制施加到液体金属的气体压力的设备，气体压力使液体金属移动通过喷嘴开口以及将液体金属输送到可旋转轮的圆周表面。还要求保护一种用于产生细长纤维的方法。

说明书

背景技术

熔体纺丝是一种用于液体快速冷却的技术。轮可以通常通过水或液氮在内部冷却和旋转。然后将细液流滴到轮上并冷却，引起快速固化。该技术用于开发需要极高冷却率的材料以形成诸如金属、无机材料和金属玻璃的材料的细长纤维。熔体纺丝所能达到的冷却率为每秒10⁴-10⁷开尔文(K/s)。

熔体纺丝的第一个建议源自1958-1961的一系列相关专利(美国专利号2,825,108,2,910,744和2,976,590)中的Robert Pond。在美国专利2,825,198和2,910,724中，熔融金属在压力下通过喷嘴喷射到激冷块的旋转光滑凹面上。通过改变激冷块的表面速度和喷射条件，据说可以形成具有1μm至4μm的最小横截面尺寸和1μm至无限长度的金属丝。在美国专利2,824,198中使用了单个激冷块，在美国专利2,910,724中，多个喷嘴将金属流引导到一个旋转激冷块或多个旋转激冷块上以及提供关联的喷嘴。在美国专利2,910,724中没有提供激冷块，而是熔融金属通过喷嘴向下喷射到设置在腔室的侧壁上的壁架上垂直放置的含有固体二氧化碳的冷却腔室中。通过改变喷嘴的横截面形状，可以改变所产生的细丝的横截面形状。

Pond和Maddin于1969年概述了熔体纺丝机的当前概念。尽管液体首先在鼓的内表面淬火，但到了1976年，Liebermann和Graham进一步发展了连续铸造技术，这时在鼓的外表面上。

该工艺可以连续产生薄带材料，其中宽度为几英寸的片可以在市场上买到。条带的尺寸通常为几十微米厚，几厘米宽和长。

该工艺的参考可以在以下出版物中找到：

1、R.W.Cahn，Physical Metallurgy，第三版，Elsevier Science PublishersB.V.，1983。

2、Liebermann,H.；Graham,C.(1976年11月)“Production of amorphous alloyribbons and effects of apparatus parameters on ribbon dimensions”.IEEETransactions on Magnetics 12(6):921—923.doi:10.1l09/TMAG.1976.l05920l。

3、Egami,T.(1984年12月)在Progress in Physics上的报告“Magneticamorphous alloys:physics and technological applications”.47(12):1601.doi:10.1088/0034-4885/47/12/002。

迄今为止，熔体纺丝工艺还没有用于工业规模的微米级金属带和纤维的商业制造。

在这方面应该注意的是，光纤可以理解为其长度至少是其宽度的两倍的元件。

在我们尚未公开的EP申请14 180 273,6和相应的PCT申请PCT/EP2015/068194中描述了通过将熔体沉积在旋转轮上从金属熔体制造微纤维的方法。在那里，轮设置有结构化的表面，该结构化的表面调节所产生的金属微纤维的尺寸。

金属纤维增强复合材料在改善最多样性质的整个系列应用中发挥着核心作用。这种应用的示例是：

·电池和蓄电池的电极，

·用于触摸敏感系统的导电塑料，例如机器人领域中的显示器和人造手，

·防静电纺织品和塑料，

·机械增强纺织品，塑料和水泥轻质和重型建筑，

·在受到机械和/或化学应力的环境中使用过滤材料

·催化作用

改善基于纤维的材料功能的重要方面是金属纤维的大表面积与重量比以及在工业相关工艺中制造和加工它们的能力。这表示：

·金属纤维的宽度小和长度可调，

·控制纤维的附着力，以进一步处理纤维，

·适用于不同的材料

·经济的制造方法和低工艺成本，具有单位时间的材料产量高，

目前，基于金属纤维的功能材料的工业相关制造被限制在>50μm的纤维厚度。学术过程基于平版印刷技术，基于玻璃的模板方法和机械挤压工艺，使金属纤维达到<50μm。然而，这些方法不能在工业上使用，因为它们仅限于少数材料，以及在某些情况下不可重复。

在我们的EP申请14 180 273,6和相应的PCT申请PCT/EP2015/068194中描述的方法和设备允许以工业规模生产微米尺寸的纤维。然而，为旋转轮提供相对精细且高度精确的表面设计或形貌的需求在工业过程中是相当复杂且成本较高的因素。

另外的现有技术可以在以下文献中找到：EP 0 055 827A1；S.W.Kim等人标题为“Manufacture and Industrial application of Fe-based Metallic Glasses”，出版于Materials Science Forum，第706-709页，2012年第1324至1330页；J.K.Sung等人出版的标题为“Theoretical expectations of strip thickness in planar flow castingprocess”，出版于Materials Science and Engineering，卷A181-A182,1994第1237-1242页，以及由Jech Robert等出版的标题为“Rapid meltification via melt spinning：Equipment and techniques”，出版于Journal of Metals，第36卷，2013年12月20日第4，第41-45页。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备和方法，通过该设备和方法可以在旋转轮的外表面上生成金属和更一般的无机微纤维，其中微纤维具有均匀的纤维厚度分布以及通过将熔体沉积到具有平滑平面表面的快速旋转的金属或陶瓷轮上而具有中值在200nm至50μm的范围内可控的宽度以及100mm至厘米或更长的长度。纤维应该优选具有小于1微米的厚度和宽度以及0.5mm至5mm或更大的长度。

为了实现该目的，提供了一种用于产生金属的、金属玻璃的或无机材料的细长纤维的设备，所述设备包括具有平面外圆周表面的可旋转轮，所述平面外圆周表面在平行于所述轮的旋转轴的方向上是平坦的；至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴具有用于将熔融材料引导到圆周表面上的喷嘴开口，其中所述喷嘴具有矩形横截面，并且在所述轮的圆周方向上所述喷嘴开口的缝隙的宽度被选择为在10至500μm的范围内；以及收集装置，用于收集从所述熔融材料形成在所述圆周表面上的以及通过所述轮的旋转生成的离心力与所述圆周表面分离的材料的固化纤维，其中所述设备包括另外的设备，所述另外的设备配置成控制施加到所述熔融材料的气体压力，所述气体压力使所述熔融材料移动通过所述喷嘴开口并且将所述熔融材料输送到可旋转轮的所述圆周表面，并且其中所述另外的设备还配置成将熔融材料的质量流向下调整到一定水平，在所述一定水平处通过使所述熔融材料的轮表面的每单位面积的质量流对于在从10至100m/sec的范围内的所述轮的旋转表面速度控制和保持在0.01至100g/(m2*sec)的范围内，所述熔融材料按单位面积沉积在所述可旋转轮的圆周表面上。

喷嘴方便地具有矩形横截面，其具有在轮的旋转的圆周方向上喷嘴开口的宽度，和大于宽度的垂直于轮的圆周表面的长度，然而这不是必需的，喷嘴原则上可以制造具有最不相同的截面形状，只要喷嘴开口的尺寸和几何形状允许通过开口的熔融金属流被向下调整到产生所需微纤维的水平。作为另一示例，喷嘴可以具有月牙形开口，或者可以包括一行相互连接的大致圆形或椭圆形或矩形开口或者一行离散的圆形或椭圆形或矩形开口，在每个情况中该行设置平行于轮的旋转轴或者与轮的旋转轴成一定角度。因此，喷嘴缝隙的宽度的参考可以理解为与轮的表面旋转方向平行的方向上的圆形、椭圆形或矩形开口的宽度或平均宽度。

应该指出的是，在本说明书的引言中引用的现有技术没有表明，目前描述的喷嘴宽度可以产生所需的纤维，并且所需的纤维可以相应地在本文所述的轮的旋转表面速度范围处在轮速度范围处产生。

本发明还涉及一种产生金属的、金属玻璃的或无机材料的细长微纤维的方法，所述细长微纤维具有50μm或更小的中值宽度、5μm或更小的厚度，以及比所述宽度大至少十倍的长度；所述方法包括以下步骤：将熔融材料引导通过喷嘴到旋转轮的平面外圆周表面上，其中所述喷嘴具有用于将熔融材料引导到圆周表面上的喷嘴开口，其中所述喷嘴具有矩形横截面，并且在所述轮的圆周方向上所述喷嘴开口的缝隙的宽度被选择为在10至500μm的范围内；通过施加气体压力到所述熔融材料，以使所述熔融材料移动通过所述喷嘴开口并且将所述熔融材料输送到可旋转轮的所述圆周表面；以及收集从所述熔融材料形成在所述圆周表面上的以及通过所述轮的旋转生成的离心力与所述圆周表面分离的固化纤维；所述方法还包括以下步骤：选择所述喷嘴的尺寸和几何形状以及所述气体压力(ΔP)，以对于在从10至100m/sec的范围内的所述轮的旋转表面速度，将按单位面积沉积在所述可旋转轮的圆周表面上的熔融材料的质量流(Mfa)调整到一定值，以通过采用材料依赖的方式将到所述轮的圆周表面的熔融材料的流降低到一定水平以在所述可旋转轮上形成所述材料的微纤维；所述一定值在0.01至100g/(m2*sec)的范围内，特别是在0.5至50g/(m2*sec)的范围内，特别是在0.7至30g/(m2*sec)的范围内以及理想地大约1g/(m2*sec)；在所述一定水平处通过作用以产生所述材料的期望的细长纤维来凝缩所述熔融材料。

材料流降低到一定水平，在所述一定水平处细长纤维具有以下宽度：200μm至<1μm、优选150μm至<1μm，以及特别是<50μm至<1μm。这意味着按单位面积沉积到可旋转轮的圆周表面上的液体材料的体积Vm被控制。由此产生的金属股或纤维通常具有小于或等于5μm至<1μm的厚度。

纤维的长度通过在其上沉积熔体的轮表面的顶部上包括5mm至1mm的凹槽或凸起来控制。凹槽或凸起平行于旋转轴延伸，其中凹槽和凸起之间的距离对应于纤维的长度。实际上，这些凹槽和凸起可以通过机械加工来制备。

从以下基于实验结果的计算可以看出本发明的基本概念：

每秒沉积的金属熔体的数量(Mf)在0.01和10g/sec之间；特别是在0.1和5g/sec之间，特别是在0.2和3g/sec之间，理想的是在0.25g/sec左右。

轮表面的旋转速度(U)通常在10至100m/sec之间；特别是在30和80m/sec之间，理想的是在60m/sec。

单位面积的质量流＝Mfa可以如下计算：当轮表面的旋转速度是U(m/sec)和喷嘴开口的长度是Ld时：

Mf＝0.01g/sec；U＝10m/sec，Ld＝1cm：Mfa＝Mf/(U*Ld*sec)＝0.1g/(m2*sec)

Mf＝10g/sec；U＝100m/sec，Ld＝1cm：Mfa＝Mf/(U*Ld*sec)＝10g/(m2*sec)

Mf＝10g/sec；U＝10m/sec，Ld＝1cm：Mfa＝Mf/(U*Ld*sec)＝100g/(m2*sec)

Mf＝0.01g/sec；U＝100m/sec，Ld＝1cm：Mfa＝Mf/(U*Ld*sec)＝0.01g/(m2*sec)

因此Mfa的范围在0.01和100g/(m2*sec)之间；对于U＝60m/sec和Mf＝0.25g/sec，理想地为0.42g/(m2*sec)。可以理解的是，本文引用的Mfa值适用于喷嘴孔口长度L的每线性厘米。

对于密度G约为8g/cm3的钢，在分离成纤维之前，这些Mfa极限可以按如下方式转变为轮上熔体的预期层厚度(d)：

Mfa＝0.01g/(m2*sec)：d＝(Mfa/G)*(m2*sec/U*Ld*sec)＝1/8*10^-2mm

Mfa＝100g/(m2*sec)：d＝1/8mm

理想情况下

Mfa＝0.42g/(m2*sec)：d＝0.0875mm。

特别令人惊讶的是，通过提供具有上述特征的设备和方法，可以使用具有平滑的、抛光平面的，非结构化的表面的可旋转轮来生成具有尺寸可控制在相对严格的限度内的金属股和纤维，所述表面具有一定表面粗糙度。在每个实验之前，将用于下面详述的实验的铜轮抛光。预计表面粗糙度和纤维宽度之间存在一些相关性。

优选设置控制器，以保持轮的旋转速度恒定，使得轮的表面速度在外圆周表面的直径为20cm或更大的情况下处于40至60m/s的范围内。

纤维材料的产生是来自喷嘴的材料流和可旋转轮的旋转速度的组合。如果成功地大大减少来自喷嘴的金属流，那么也可能以较低的旋转速度，即轮的表面速度，进行操作。因此，对于200mm直径的轮，10Hz的旋转速度也是完全可能的，只要相应地减少从喷嘴流出的熔融材料的量。已经证明可以用直径200mm的轮以60Hz的旋转速度来生成微纤维。铜轮的表面速度100m/s接近200mm直径的铜轮的机械极限。然而，如果轮的材料改变，则可能有更高的速度，例如对于200mm直径的不锈钢轮，速度可达200m/s。

以这种方式控制轮的表面速度使得可以确保来自固定宽度的矩形孔口或者来自另外适合孔口的金属流可以降低到能够产生期望尺寸的金属纤维的水平。

尽管20cm至35cm的轮的直径是优选的，但这并不重要，并且可以使用在1至100cm范围内的轮直径。如果旋转速度保持恒定，则旋转轮的圆周表面的较大直径增加轮的表面速度。因此，轮的较大直径导致金属纤维在恒定的旋转速度下较小的宽度。

喷嘴的缝隙的开口在轮的圆周方向上的宽度优选(对于矩形喷嘴开口或月牙形开口)选择在20至500μm的范围内，特别是在20至100μm的范围内。这些是目前喷嘴开口宽度的实际尺寸范围。然而，轮的更高的圆周速度可以使得用于产生微纤维的喷嘴开口具有更大的宽度或尺寸。缝隙的最大长度对应于轮的外周表面在平行于其旋转轴的方向上的宽度，即，与轮的外周表面的宽度相同或比其更小，例如比轮的外圆周表面的宽度短几厘米。在给出的示例中，缝隙的宽度大约是1cm和轮的宽度大约4cm。

为了完整起见，应该指出，产生厚度为10至40μm的带的利伯曼使用具有圆形孔口的喷嘴。

熔体的温度优选比金属的熔点高100至400℃。由于熔体的粘度随着熔体温度的升高而降低，所以当选择特定金属的操作参数时，必须记住随着温度的升高粘度的降低，以确保熔融金属向可旋转轮的输送速率保持足够低以达到所需尺寸的纤维。熔体的粘度也取决于熔体的材料。

除前述之外，施加在喷嘴的上游的熔体的压力被控制为按照50至5000mbar范围中的量高于熔体纺丝腔室中的压力。尽管目的是为了减少输送到可旋转轮的熔体的量，从而产生所需尺寸的微纤维，但是仍然证明，喷嘴长度为10mm可能每秒处理1克金属成微纤维，使得过程在工业上是相关的。

可旋转轮优选是温度控制的，例如，达到-100℃至+400℃范围内的温度。

轮通常由金属例如铜或不锈钢制成，或者由金属合金或陶瓷材料制成，或者是基材轮，所述基材轮具有由金属或金属合金或陶瓷材料或石墨或气相沉积碳制成的层或胎，例如具有石墨层的铜轮。

轮优选安装成在具有气氛的腔室内旋转，所述气氛是空气、惰性气体、氮气或氦气中的至少一种。

此外，轮优选安装成在具有对应于环境大气压的压力的气氛的腔室内或在比环境压力低的压力下旋转。

一般而言，微纤维的厚度和宽度可以通过将来自在压力P下经过区域A的矩形槽的坩埚的金属熔体分配到快速旋转的平面轮上来控制。在这方面，已经发现以下工艺参数是确定因素：

Mfa-到旋转轮表面上每秒每单位面积所分配的液态金属的质量应控制和保持在非常低的水平，通常低于10g/(m2*sec)。

详细地说，已经发现，纤维的宽度可以设置为：较低的Vm值导致金属纤维的较低的宽度。

通过调整以下工艺参数可以设置Mfa：

U-金属熔体沉积在其上的旋转轮B的表面速度。在实验中，U在18和60m/sec之间变化，以及发现较高的速度导致纤维宽度较低。10和100m/s之间的速度是可以想象的。

A-金属熔体通过其分配到轮表面上的坩埚的矩形缝隙的缝隙孔口面积。减小轮的圆周方向上缝隙的宽度导致Vm值降低。缝隙的宽度W可以选择在10和500μm之间。

T-熔体的温度。如上所述，熔体的粘度随着温度的升高而下降。在恒定条件下，较低的粘度会导致较高的Vm。因此，控制T可以减少Vm。必须记住，T必须取决于所使用的金属来选择。已发现在所用金属的熔点以上100至400℃范围内的温度是有用的。

P-用于通过坩埚的喷嘴开口排出熔体的过压。ΔP的较高值，即作用在坩埚中的熔体上的压力与处理腔室内普遍的压力之间的压力差，导致较高的Vm，然而必须记住的是，喷嘴的窄的宽度值可能需要较高的压力值ΔP来部分补偿由于较窄的宽度导致的Vm的降低。在实验中，发现50和2000mbar之间的压力ΔP是有用的。

要理解或预测为什么如果适当地选择Mfa，金属熔体被分裂成微纤维是不容易的。一个可能的学术解释如下：

在固体支承件上的薄液膜的去湿可以通过两种不同的机制出现：

(i)由于作为液体材料的成核位点的表面缺陷(例如表面粗糙)所造成的液膜缺陷所引起的异质空穴成核，以及

(ii)在远距离分子力的影响下，液膜自发破裂，称为调幅去湿。

这些力可以通过引起表面波动呈指数级增长而使薄膜不稳定。断裂发生在对应于振幅增加最快直到达到膜的厚度(也称为临界膜厚度)的表面波纹的波长的长度尺度上。

在理想平坦表面的情况下，预期不会由于缺陷而导致异质空穴成核。

因此，为了发生去湿，需要提供小于平坦衬底上的液膜的临界膜厚度的减小的膜厚度。在非移动衬底的情况下，在气-液和液-固界面上出现的表面力在最终引起去湿的薄膜中引起波动，即空穴。这种去湿发生在几微秒内。

为了移动固体衬底，例如在旋转轮的情况下，通过将金属液膜喷射通过坩埚的开口而被涂覆，情况是非常不同的。喷射方向垂直于旋转轮表面的移动。当液膜与移动的固体支承件接触时，两个额外的力拉动气-液和液-固界面：切向牵引力，拉动液膜与移动的固体支承件；以及离心力，垂直拉离固体界面。由于固体支承件的圆周移动在60m/sec或更大的范围内，所以这两个力可能是巨大的。如果膜厚度小于材料的临界膜厚度，则牵引力使膜薄薄地散开并最终去湿。离心力拉动在出现的表面膜波动上，并更促进了去湿结构。由于牵引力和离心力是分别与液膜表面成切线和垂直的一维力，所以波动采用条纹模式在牵引力的方向上出现。这个过程可能需要在微秒的范围内的一定时间。考虑到在微纤维制造的情况下需要冷却的少量材料，熔体纺丝的冷却率在每100摄氏度10⁴-10微秒的范围内-而不是1至10微秒。因此，冷却率和调幅去湿覆盖类似的时间范围。如果液膜的温度比去湿时间更慢地低于其熔融温度，则固化微纤维将与轮剥离。因此，制造具有微观宽度的宏观长纤维，其中纤维的宽度取决于每单位时间浇铸到旋转轮区域上的液体材料的量。旋转轮表面上的缺陷，例如地形域或表面粗糙度，除了调幅去湿润之外，还起到液膜成核位点的作用。沿着轮的表面并且垂直于旋转轴的常规域可以支承以形成纤维宽度和长度的更均匀的分布。在锥形域的情况下，离心力将迫使液膜在锥体的尖端聚集。这将影响这种制造的微纤维的形状和均匀性。

参考文献：

Spinodal Dewetting in Liquid Crystal and Liquid Metal Films,StephanHerminghaus,Karin Jacobs,Klaus Mecke,Joerg Bischof,Andreas Fery,Mohammed Ibn-Elhaj,Stefan Schlagowski:Science 1998,282,916

Dewetting of an Evaporating Thin Liquid Film:Heterogeneous Nucleationand Surface Instability,Uwe Thiele,Michael Mertig,和Wolfgang Pomp:PhysicalReview Letters 1997,80,2869。

附图说明

现在将通过仅参照本发明的方法的各种实施例和附图以及另外详细地描述本发明。在附图中示出了：

图1示出基本熔体纺丝工艺的示意图，

图2示出装备有本发明的可旋转轮的用于熔体纺丝的设备的前视图，

图3示出在去除壳体的情况下从前视图中看到的图2的设备的细节图，

图4示出具有说明性草图的坩埚排放孔口的俯视图，

图5示出与示例1对比的在30Hz旋转的200mm直径的铜轮上纺成的Fe40Ni40B20合金的熔体纺带的照片，

图6示出表示包括一个对比示例和十五个本发明示例的十六个实验的重要参数的表，

图7示出在示例2的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图8示出了示例3的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图9示出在示例4的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，以及顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图10示出了在示例5的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，以及顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图11示出了在示例6的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，以及顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图12示出了在示例7的实验中产生的纤维的一个照片(左上)和两个SEM图像(右上和右下)，其中照片中的比例尺表示10mm的长度，以及顶部和底部SEM图像的比例尺表示长度分别为200μm和20μm，

图13示出了在示例8的实验中产生的纤维的两个SEM图像，其中图像在样品的不同位置拍摄，并且在左手和右手图像中的比例尺分别表示30μm和20μm的长度。

具体实施方式

现在转向图1所示的熔体纺丝工艺的示意图。可以看出，待纺丝的金属A在坩埚K中被电加热装置I加热。气体压力P将熔融金属通过坩埚K的喷嘴N喷射到旋转轮B上。轮B具有平面外圆周表面(S)，其在平行于轮(B)的旋转轴的方向上是平坦的，即轮的圆周表面S对应于通过在圆圈中围绕平行于直线的旋转轴而使该直线旋转获得的旋转表面。如图4所示，通常由氮化硼制成的坩埚K的喷嘴N具有矩形形状的喷嘴开口O。从图4的示意图可以看出，喷嘴开口的长度方向L垂直于轮B的圆周表面S的圆周方向C取向，并且延伸超过轮的圆周表面的轴宽度的相当大的一部分，以及在实际示例中超过轮的轴宽度的至少大多数部分，使得喷嘴开口沿着轮B的表面的轴宽度分布熔融金属。缝隙的宽度W可以在相对宽的限度内选择，例如500μm和10μm，以控制熔融金属从喷嘴N到轮B的结构化表面S上的流率。当宽度W相对较大时，获得熔融金属到轮B的结构化表面上的相对较高的流率，并且对于给定的轮速度，所产生的股具有相对较大的横截面。当通过用一个坩埚K替换具有期望的喷嘴宽度W的坩埚K而获得的宽度W减小时，熔融金属到轮B的结构化圆周表面S上的流率减小，并且对于轮的相同旋转速度，所产生的股的横截面相对较小。

施加到熔融金属的压力P也可以用来改变流率。显然，相对较大的压力导致比相对较低的压力更高的流率。为了迫使熔融金属通过喷嘴N，总是需要最小压力P，因为单靠重力通常不足以确保足够的流动，特别是在喷嘴开口的相对小的宽度W的情况下。实际上这是有利的，因为否则将需要某种形式的阀，并且用于调整熔融金属流的阀在技术上是具有挑战性的。应该注意的是，施加到熔体的压力与腔室12中普遍的压力之间的压力差ΔP取决于所使用的金属以及喷嘴开口在圆周方向上的宽度。这也取决于喷嘴开口在平行于轮的旋转轴的方向上的长度。喷嘴开口的长度可以在宽的限度内变化。对于实验室实验，已经发现10到12mm的值是有用的。在生产中，可以取决于轮的圆周表面的轴宽度来选择更大的长度。

示出在图2和3中使用的实际设备。除了轮B的设计之外，图2和3中所示的设备基本上是可从德国Hechingen的Edmund Buehler GmbH公司获得的市售熔体纺丝机。它由具有圆柱部分12的金属腔室10和切向延伸的收集管14组成，切向延伸的收集管14在远离圆柱部分12的端部处具有可关闭的端口16。具有电加热系统I和气压源P的坩埚K安装在圆柱部分12上方的腔室10的短圆柱延伸部分18内，并且设置有必要供应线路，用于加压气体，例如氩气，用于对确定压力P的气体流量阀进行供电和控制，用于对加热系统I供电和用于监测诸如气体压力和熔体温度的参数。轮B安装在圆柱部分12的内部并与圆柱部分12同轴，并且由轴承(未示出)支承在轴20上，该轴20由凸缘于圆柱部分12的尾部的电动机22驱动(参见，图3)。圆柱部分的前侧24，即与驱动马达22相对的侧面26由玻璃制成，使得可以观察和通过高速摄像机拍摄纺丝过程。腔室10可以通过真空泵经由抽空接管28抽真空，并且可以通过另一个进料接管30供应惰性气体或反应气体流。因此，可以在所需的温度和压力下在腔室10内提供期望的气氛。

用于关闭端口16的盖可以是铰接的或可移除的玻璃盖，允许收集在圆柱延伸部分18中的材料根据需要被观察、移除和拍摄。在所有实验中，铜轮未被冷却。

进行了以下实验：

示例1-对比示例

在第一实验中，在具有200mm直径和平滑圆周表面32(在图1中的S n处指示并且在图3中的平面图中看到)的标准铜轮B上形成熔体纺丝条，该标准铜轮B具有径直圆柱。由氮化硼坩埚K内的加热系统I形成Fe 40Ni40B20的熔体。坩埚K具有标称尺寸的缝隙孔口，长度L＝10mm，宽度W＝400μm。一旦金属已经熔融，压力源P将气体压力施加到熔融气体上，以将熔融金属从孔口排出到铜轮B上。铜轮B由驱动马达以18.8m/s的表面速度旋转。金属样品的质量大约是10克。如图5所示，生成单个连续的条，其具有>1m的长度，9.3+1-0.1mm的典型宽度和42+1-2微米的典型厚度。图5示出了以这种方式制造的条具有良好的质量。然而，它们的宽度和厚度远大于本发明所要求的尺寸，因此该示例被分类为失败的示例。

在下面的示例中，将给出使用光滑平坦轮和Fe40Ni40B20金属玻璃(示例3至7和9至14)，不锈钢(V2A示例8)以及Zn和Al(示例15和16)产生的纤维。如果参考中间宽度，则根据通常的定义获得该值。在所有情况下，大多数纤维的厚度小于5μm。至今还没有尝试更精确地确定厚度。

示例2–发明示例

材料：Fe40Ni40B20实验MS048喷嘴开口的标称长度10mm喷嘴开口的标称宽度400μm轮的温度RT(～23℃)腔室中的气体氩气腔室12中的压力400mbar腔室12中气体的温度RT喷射温度1400℃喷射压力600mbar轮的表面速度59.4m/s轮的直径200mm喷嘴和轮之间的距离0.3mm所得纤维的宽度最大1296μm，最小6.3μm所得纤维的厚度<5μm

示例3–发明示例

材料：FE40Ni40B20实验MS047喷嘴开口的标称长度10mm喷嘴开口的标称宽度200μm轮的温度RT(～23℃)腔室中的气体氩气腔室12中的压力400mbar腔室12中气体的温度RT喷射温度1400℃喷射压力600mbar轮的表面速度59.4m/s轮的直径200mm喷嘴和轮之间的距离0.3mm所得纤维的宽度最大335μm，最小3μm所得纤维的厚度<5μm

示例4–发明示例

示例5–发明示例

材料：Fe40Ni40B20实验MS051喷嘴开口的标称长度10mm喷嘴开口的标称宽度75μm轮的温度RT(～23℃)腔室中的气体氩气腔室12中的压力400mbar腔室12中气体的温度RT喷射温度1400℃喷射压力1000mbar轮的表面速度59.4m/s轮的直径200mm喷嘴和轮之间的距离0.3mm所得纤维的宽度最大94μm，最小2.3μm所得纤维的厚度<5μm

示例6–发明示例

示例7–发明示例

示例8–发明示例

材料：不锈钢V2A实验MS058喷嘴开口的标称长度10mm喷嘴开口的标称宽度75μm轮的温度RT(～23℃)腔室中的气体氩气腔室12中的压力400mbar腔室12中气体的温度RT喷射温度1550℃喷射压力1200mbar轮的表面速度59.4m/s95Hz轮的直径200mm喷嘴和轮之间的距离0.3mm所得纤维的宽度Max 143.9μm,min 2.3μm所得纤维的厚度<5μm

在由实验编号分类的图6的表中总结了对比示例1和本发明示例2至8的值以及其他相关的值。另外的发明示例9至16包括在图6的表中。在可用的情况下，相关纤维的SEM显微照片和照片示出在图7至13中并由实验编号(MS加三个数字)标识。

图6的表还包括所产生的微纤维宽度的平均值。

尽管在示例中喷嘴开口和轮之间的间距为300μm，但是实验已经示出选择100和300mm之间的间距；对产生的微纤维没有任何可测量的影响。

在所有的实验中，轮的直径是200mm。