CN103930366A - 多孔体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种高强度的多孔体及其制造方法。多孔体(1)包括碳发泡体(10)和碳膜(20)，所述碳发泡体(10)是以碳为主要成分的多孔材料，所述碳膜(20)形成在碳发泡体(10)的表面，碳膜(20)包括许多个微细碳纤维(21、21……)和许多个富勒烯(22、22……)，所述许多个微细碳纤维(21、21……)是碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米线圈和碳纳米丝等纤维状的纳米碳类物质，所述许多个富勒烯(22、22……)是由许多个碳原子构成的大致球状的纳米碳类物质。

Description

多孔体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种多孔体及其制造方法。
背景技术
以往，在铸造用的铸模和电池的隔膜等中利用多孔体。
在专利文献1中，公开了一种在型腔的一部分使用了由不锈钢等的金属粉构成的多孔体(多孔材料)的铸模(模具)。
采用专利文献1所述的模具，能够使型腔内的气体经过多孔体的气孔而排出到外部，所以能不使气体残留在熔融金属中地良好地进行铸造。
但是，专利文献1所述的模具在具有许多个气孔的多孔体的构造上，与以往的模具相比，具有强度低这一问题。例如可能在铸造时，模具因熔融金属的热量等的作用而伸缩，相应地在模具上产生裂纹。
另外，在电池中，由多孔体构成的隔膜也可能因为热量和冲击等受损，希望使隔膜高强度化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005–334898号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的问题在于，提供一种高强度的多孔体及其制造方法。
用于解决课题的方案
本发明的多孔体包括碳发泡体和碳膜，上述碳发泡体是以碳为主要成分的多孔材料，上述碳膜形成于上述碳发泡体的表面，含有至少一种纳米碳类物质。
在本发明的多孔体中，优选的是，上述碳发泡体构成为铸模，在上述碳发泡体的成形面形成有上述碳膜。
在本发明的多孔体中，优选的是，上述碳发泡体的气孔率为10％～70％。
在本发明的多孔体中，优选的是，上述碳发泡体含有90wt％以上的碳。
本发明的多孔体的制造方法包括碳发泡体制造工序和碳膜形成工序，在上述碳发泡体制造工序中，制造作为以碳为主要成分的多孔材料的碳发泡体，在上述碳膜形成工序中，在上述碳发泡体的表面形成含有至少一种纳米碳类物质的碳膜。
发明效果
采用本发明，能够实现多孔体的高强度化。
附图说明
图1是表示本发明的多孔体的图。
图2是表示本发明的多孔体的制造工序的图。
图3是表示对本发明的多孔体的流动性进行确认的实验的图。
图4是表示本发明的多孔体的另一形态的图。
具体实施方式
以下，参照图1说明作为本发明的多孔体的一实施方式的多孔体1。
如图1所示，多孔体1是铸造用的铸模，包括碳发泡体10和碳膜20。
碳发泡体10构成为铸造用的铸模，一个面(图1中的上表面)形成为成形面。碳发泡体10是由沥青或煤炭等制成的以碳为主要成分的多孔材料。碳发泡体10具有许多个气孔，利用该许多个气孔使表面成为凹凸面。碳发泡体10含有90wt％以上的碳，气孔率为10％～70％。
这里，气孔率是在规定的多孔材料中气孔所占的比率，根据成为对象的多孔材料的体积、真密度和重量而算出。
另外，作为碳发泡体10，可以采用由美国的塔奇斯顿研究实验室研发的CFOAM(注册商标)。
存在于碳发泡体10中的许多个气孔包括许多个大气孔11、11……和比许多个大气孔11、11……小径的许多个小气孔12、12……。
大气孔11是具有1500μm左右的比较大的直径的气孔，小气孔12是具有50μm左右的比较小的直径的气孔。
多个小气孔12、12……与1个大气孔11结合，在1个大气孔11的表面，多个小气孔12、12……为开口的状态。此外，碳发泡体10的靠成形面(图1中的上表面)侧的空间和碳发泡体10的与成形面相反的一侧的空间，借助许多个大气孔11、11……和许多个小气孔12、12……成为连通的状态。
碳膜20是用于实现起模阻力的降低等的致密的被膜，形成在碳发泡体10的成形面上。碳膜20包括许多个微细碳纤维21、21……和许多个富勒烯22、22……。
微细碳纤维21是碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米线圈和碳纳米丝等纤维状的纳米碳类物质，以从碳发泡体10的成形面向上方(图1中的上侧)延伸出来的方式形成有许多个。
富勒烯22是由许多个碳原子构成的大致球状的纳米碳类物质，含有实施了规定的化学修饰的富勒烯衍生物。在本实施方式中，作为富勒烯22，采用由60个碳原子构成的C60富勒烯。富勒烯22在许多个微细碳纤维21、21……之间存在许多个。
如上所述，在多孔体1中，在因具有许多个气孔而强度低的碳发泡体10的成形面上形成有碳膜20，碳膜20利用许多个微细的纤维状的微细碳纤维21、21……和许多个微细的大致球状的富勒烯22、22……而成为致密的构造。
由此，利用致密的碳膜20加强碳发泡体10的成形面，能够抑制因熔融金属的热量而使碳发泡体10产生裂纹。因而，能够实现多孔体1的高强度化。
另外，利用碳膜20使碳发泡体10的粗糙(凹凸面)的成形面形成为致密的表面性状，能够实现良好的流动性。
碳发泡体10由于主要由碳构成，所以容易与同样主要由碳构成的碳膜20结合。
因而，采用多孔体1，能够抑制碳膜20自碳发泡体10剥离。
另外，碳发泡体10由于主要由碳构成，所以与通常用作模具的金属相比，导热性低，与熔融金属(例如铝合金)的亲和性也低。
因而，采用多孔体1，能够实现良好的流动性。
此外，不必在多孔体1的成形面上涂敷铸模涂料，能够降低铸造所需的成本。
这里，铸模涂料是云母等的粉末，为了在铸造中提高流动性而使用。通过使铸模涂料分散在水中而涂敷在铸模的成形面上，使水蒸发而将铸模涂料粘着在铸模的成形面上。在进行铸造时，由于铸模涂料夹在铸模的成形面与熔融金属之间，铸模的保温性提高，所以流动性提高。此外，熔融金属中含有的气体等流入到粘着在铸模的成形面上的铸模涂料的颗粒间，所以流动性提高。
此外，除了上述优点以外，在多孔体1中，还能充分利用碳发泡体10具有的优点。
详细而言，如上所述，在碳发泡体10中，碳发泡体10的靠成形面侧的空间与碳发泡体10的与成形面相反的一侧的空间，借助许多个大气孔11、11……和许多个小气孔12、12……成为连通的状态，所以在进行铸造时，能够将型腔内的气体和熔融金属中含有的气体等排出到外部(碳发泡体10的与成形面相反的一侧的空间)。
因而，不必在多孔体1中设置用于将型腔内的气体和熔融金属中含有的气体等排出到外部的通风机构，能够降低铸造所需的成本。
另外，碳发泡体10是具有许多个气孔的构件，所以与不存在许多个气孔的原料相比，铸造时的热膨胀小。
因而，能够抑制铸造时的多孔体1的变形，提高制造的铸件的精度。
另外，碳发泡体10是具有许多个气孔的构件，所以与铸模通常使用的原料(例如模具钢)相比，重量轻。
因而，能够实现多孔体1的轻型化。特别是，碳发泡体10主要由碳构成，所以能够实现多孔体1的进一步的轻型化。
以下，参照图2说明作为本发明的多孔体的制造方法的一实施方式的多孔体1的制造工序S1。
如图2所示，制造工序S1包括碳发泡体制造工序S10和碳膜形成工序S20。
碳发泡体制造工序S10是制造碳发泡体10的工序。
在碳发泡体制造工序S10中，通过使沥青或煤炭等发泡而制造多孔材料，通过将该多孔材料形成为适当的形状(铸模的形状)，制造碳发泡体10。
另外，优选的是，碳发泡体10含有90wt％以上的碳。
这是为了使碳发泡体10与碳膜20良好地结合。
另外，优选的是，碳发泡体10的气孔率为10％～70％。
这是因为，在碳发泡体10中，当气孔率低于10％时，难以实现碳发泡体10的轻型化以及经由许多个气孔排出气体，当气孔率高于70％时，碳发泡体10的强度不充分。
另外，也可以在碳发泡体制造工序S10中，使用上述CFOAM(注册商标)来制造碳发泡体10。
碳膜形成工序S20是在利用碳发泡体制造工序S10制成的碳发泡体10的成形面上形成碳膜20的工序。
在碳膜形成工序S20中，首先，一边利用气氛炉在氮等惰性气体气氛下供给乙炔气体等反应气体，一边加热碳发泡体10，从而在碳发泡体10的成形面上形成许多个微细碳纤维21、21……。
接着，在形成于碳发泡体10的成形面的许多个微细碳纤维21、21……上涂敷许多个富勒烯22、22……。也可以在涂敷许多个富勒烯22、22……时或者在涂敷了许多个富勒烯22、22……后，通过通电加热等施加适当的热，促进许多个微细碳纤维21、21……与许多个富勒烯22、22……的结合。
这样在碳发泡体10的成形面上形成碳膜20。
如上所述，在制造工序S1中，依次经历碳发泡体制造工序S10和碳膜形成工序S20，从而制造多孔体1。
以下，参照图3说明多孔体1的特性。
另外，为了方便说明，将图3中的左右方向简称为左右方向。左右方向与水平面平行。
如图3所示，改变条件而制造3个具有沿左右方向延伸的型腔的铸模，进行了确认多孔体1的流动性的实验。
该实验从各铸模的型腔的左端部的上方将熔融金属供给到该型腔内(参照图3中的涂白箭头)，测量熔融金属的流动量。
3个铸模形成为相同的形状。
各铸模的型腔形成为大致长方体状，为了方便实验，沿左右方向分成14个区。型腔的左右尺寸为490mm，每个区的长度为35mm。
熔融金属采用作为铝合金的ADC12，将熔融金属保持温度设定为700℃。
实施例
使用具有与多孔体1相同的结构的铸模进行了实验。在该铸模的成形面上未涂敷分型剂。
在该情况下，熔融金属到达了型腔的右端部。
比较例1
作为铸模的原料，使用在以往的模具中通常使用的模具钢，在该铸模的成形面上形成了与碳膜20相同的被膜。在该铸模的成形面上未涂敷分型剂。
在该情况下，熔融金属从型腔的左侧到达超过了第10个区的位置。
比较例2
除了在铸模的成形面上涂敷有分型剂以外，其他与比较例1相同地进行了实验。
在该情况下，熔融金属从型腔的左侧到达超过了第12个区的位置。
根据以上的实验的结果可明确得知，多孔体1具有比以往的模具佳的流动性。特别是，多孔体1的流动性比涂敷了分型剂的以往的模具佳，可以说具有极优异的流动性。
另外，在本实施方式中，在碳发泡体10的成形面上形成有包括许多个微细碳纤维21、21……和许多个富勒烯22、22……的碳膜20，但本发明的碳膜只要包括至少一种纳米碳类物质即可。
例如也可以将本发明的碳膜形成为由碳纳米管构成的碳膜。
另外，见下述，也可以将本发明的碳膜形成为碳膜120。
以下，参照图4说明作为本发明的多孔体的另一形态的具有碳膜120的多孔体100。
另外，对于与多孔体1共用的部分，标注相同的附图标记而省略说明。
如图4所示，多孔体100是铸造用的铸模，包括碳发泡体10和碳膜120。
碳膜120是用于实现起模阻力的降低等的致密的被膜，形成在碳发泡体10的成形面上。碳膜120包括许多个富勒烯122、122……。
富勒烯122是由许多个碳原子构成的大致球状的纳米碳类物质，含有实施了规定的化学修饰的富勒烯衍生物。在本实施方式中，作为富勒烯122，采用由60个碳原子构成的C60富勒烯。在碳发泡体10的成形面上存在许多个富勒烯122。
富勒烯122的外径约为1nm，所以能够进入到碳发泡体10中的具有约1500μm的直径的大气孔11内以及具有约50μm的直径的小气孔12内。因此，在碳发泡体10的成形面近旁的许多个大气孔11、11……的表面以及许多个小气孔12、12……的表面，存在许多个富勒烯122、122……。
由此，能够抑制存在于许多个大气孔11、11……的表面以及许多个小气孔12、12……的表面的许多个富勒烯122、122……自碳发泡体10脱落，进而能够抑制碳膜120自碳发泡体10剥离。
如上所述，在多孔体100中，在因具有许多个气孔而强度低的碳发泡体10的成形面上形成有致密的碳膜120。
由此，能够利用致密的碳膜120加强碳发泡体10的成形面，能够抑制因熔融金属的热量而使碳发泡体10产生裂纹。因而，能够实现多孔体100的高强度化。
另外，碳发泡体10的粗糙(凹凸面)的成形面因碳膜120而形成为致密的表面性状，能够实现良好的流动性。
碳发泡体10主要由碳构成，所以容易与同样主要由碳构成的碳膜120结合。
因而，采用多孔体100，能够抑制碳膜120自碳发泡体10剥离。
另外，碳发泡体10主要由碳构成，所以与通常用作模具的金属相比，导热性低，与熔融金属(例如铝合金)的亲和性也低。
因而，采用多孔体100，能够实现良好的流动性。
此外，不必在多孔体100的成形面上涂敷铸模涂料，能够降低铸造所需的成本。
另外，除了上述优点以外，在多孔体100中，还能充分利用上述那样的碳发泡体10具有的优点。
以下，参照图2说明作为本发明的多孔体的制造方法的另一形态的多孔体100的制造工序S100。
如图2所示，制造工序S100包括碳发泡体制造工序S10和碳膜形成工序S120。
碳膜形成工序S120是在利用碳发泡体制造工序S10制成的碳发泡体10的成形面上形成碳膜120的工序。
在碳膜形成工序S120中，首先在碳发泡体10的成形面上涂敷许多个富勒烯122、122……。
接着，通过通电加热等使碳发泡体10升温至400℃以上的温度(例如500℃)。
这样使碳发泡体10与许多个富勒烯122、122……结合，在碳发泡体10的成形面上形成碳膜120。
此时，碳发泡体10主要由碳构成，所以碳膜120中的许多个富勒烯122、122……的一部分不会扩散到碳发泡体10内。也就是说，当在以往的模具的成形面上形成了碳膜120的情况下，碳膜120中的许多个富勒烯122、122……的一部分扩散到该模具内，不能使碳膜120牢固，但是采用多孔体100，能使碳膜120牢固。
另外，可以认为，本发明的多孔体不仅能应用在铸造用的铸模中，还能应用在电池的隔膜和滤膜等各种用途中。
工业实用性
本发明能够利用在多孔体及其制造方法中。
附图标记说明
1、多孔体；10、碳发泡体；11、大气孔；12、小气孔；20、碳膜；21、微细碳纤维；22、富勒烯。

Claims (5)

1.一种多孔体，其中，
该多孔体包括碳发泡体和碳膜，
所述碳发泡体是以碳为主要成分的多孔材料，
所述碳膜形成于所述碳发泡体的表面，含有至少一种纳米碳类物质。
2.根据权利要求1所述的多孔体，其中，
所述碳发泡体构成为铸模，在所述碳发泡体的成形面形成有所述碳膜。
3.根据权利要求1或2所述的多孔体，其中，
所述碳发泡体的气孔率为10％～70％。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的多孔体，其中，
所述碳发泡体含有90wt％以上的碳。
5.一种多孔体的制造方法，其中，
该多孔体的制造方法包括碳发泡体制造工序和碳膜形成工序，
在所述碳发泡体制造工序中，制造作为以碳为主要成分的多孔材料的碳发泡体，
在所述碳膜形成工序中，在所述碳发泡体的表面形成含有至少一种纳米碳类物质的碳膜。
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