CN106102966A - 多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够高效且以低成本制造，且烧结时的收缩率较小、尺寸精度优异并且具有足够强度的高品质的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法。本发明的多孔铝烧结体(10)由多个铝基材(11)烧结而成，其中，在铝基材(11)彼此结合而成的结合部(15)存在Ti‑Al系化合物(16)及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。在此，优选在铝基材(11)的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，且在柱状突起上具有上述结合部(15)。

Description

多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种由多个铝基材彼此烧结而成的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法。
背景技术
上述多孔铝烧结体例如可被用作各种电池中的电极及集电体、热交换器用部件、消音部件、过滤器、冲击吸收部件等。
以往，这种多孔铝烧结体例如通过专利文献1～5中所公开的方法来制造。
专利文献1中，将混合铝粉末、石蜡颗粒及粘合剂而形成的混合物成型为片状，将其自然干燥后，浸渍于有机溶剂中并去除蜡颗粒后，通过进行干燥、脱脂、烧结来制造多孔铝烧结体。
并且，专利文献2～4中，将铝粉末、包含钛的烧结助剂粉末、粘合剂、增塑剂及有机溶剂混合而形成粘性组合物，使该粘性组合物成型并发泡后，通过在非氧化气氛下加热烧结来制造多孔铝烧结体。
而且，专利文献5中，混合由铝构成的基础粉末和包含共晶元素的桥接形成用Al合金粉末等，通过将其在氢气氛或氢与氮的混合气氛中加热烧结来制造多孔铝烧结体。另外，该多孔铝烧结体设为由铝构成的基础粉末通过由过共晶组织构成的桥接部而相互连结的结构。
专利文献1：日本专利公开2009-256788号公报(A)
专利文献2：日本专利公开2010-280951号公报(A)
专利文献3：日本专利公开2011-023430号公报(A)
专利文献4：日本专利公开2011-077269号公报(A)
专利文献5：日本专利公开平08-325661号公报(A)
然而，专利文献1中记载的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法中存在难以得到气孔率较高的多孔铝烧结体的问题。而且还存在对铝基材彼此进行烧结时，铝基材彼此的结合会因形成于铝基材表面的坚固的氧化膜而被阻碍，从而无法得到具有足够强度的多孔铝烧结体的问题。
并且，专利文献2～4中记载的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法中，由于使粘性组合物成型、发泡，因此存在无法有效地制造多孔铝烧结体的问题。而且还存在由于粘性组合物含有较多的粘合剂，因此脱粘合剂处理需要较多的时间，并且烧结时的成型体的收缩率变大，无法制造尺寸精度优异的多孔铝烧结体的问题。
而且，专利文献5中记载的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法中，设为使由铝构成的基础粉末通过由过共晶组织构成的桥接部而结合的结构。该桥接部通过由共晶组成的低熔点Al合金粉末熔融而产生液相且该液相在基础粉末之间凝固而形成。因此，很难得到气孔率较高的烧结体。
并且，专利文献1～5中记载的多孔铝烧结体中为强度不足且容易破损的多孔铝烧结体。因此，需要注意在运输时或加工时的操作。尤其，在具有较高的气孔率的多孔铝烧结体中，有强度进一步降低的趋势。
发明内容
本发明是以如上的情况为背景而完成的，其目的在于提供一种能够高效且以低成本制造，且烧结时的收缩率较小、尺寸精度优异并且具有足够强度的高品质的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法。
为解决这种课题而实现所述目的，本发明的多孔铝烧结体为由多个铝基材烧结而成的多孔铝烧结体，其特征在于，在所述铝基材彼此结合而成的结合部存在Ti-Al系化合物、及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
根据设为上述结构的本发明的多孔铝烧结体，在铝基材彼此的结合部存在Ti-Al系化合物，因此铝的扩散移动得到抑制，因而能够维持铝基材彼此之间的空隙，且能够得到气孔率较高的多孔铝烧结体。
并且，在所述铝基材彼此结合而成的结合部存在包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。可推测该共晶元素化合物为铝基材的铝与共晶元素进行反应而形成的化合物。如此，通过介入有共晶元素，而使铝基材中存在局部熔点降低的部分。在熔点降低的部分，容易较粗地形成铝基材彼此的结合部，从而能够提高多孔铝烧结体的强度。
在此，本发明的多孔铝烧结体中，优选在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，且在所述柱状突起上具有所述结合部。
此时，经由在铝基材的外表面形成的柱状突起而设为铝基材彼此结合而成的结构，因此无需另外实施发泡工序等，就能够制成气孔率较高的多孔铝烧结体。由此，能够高效且以低成本制造该多孔铝烧结体。
并且，在铝基材彼此之间不像粘性组合物那样存在较多的粘合剂，因此能够得到烧结时收缩率较小且尺寸精度优异的多孔铝烧结体。
而且，通过介入有共晶元素，容易较粗地形成柱状突起，从而能够大幅提高多孔铝烧结体的强度。
并且，本发明的多孔铝烧结体中，优选所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
使用铝纤维作为所述铝基材的情况下，当经由柱状突起使得铝纤维彼此结合时，有容易保持空隙且气孔率变高的趋势。因此，作为所述铝基材而使用铝纤维及铝粉末并调整它们的混合比，由此能够控制多孔铝烧结体的气孔率。
而且，本发明的多孔铝烧结体中，优选气孔率设在30％以上且90％以下的范围内。
该结构的多孔铝烧结体中，气孔率控制在30％以上且90％以下的范围内，因此能够根据用途来提供最佳气孔率的多孔铝烧结体。
本发明的多孔铝烧结体的制造方法为由多个铝基材烧结而成的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，具有：烧结用铝原料形成工序，在所述铝基材的外表面固着钛粉和共晶元素粉，所述钛粉由金属钛粉及氢化钛粉中的任意一种或两种构成，所述共晶元素粉由与Al进行共晶反应的共晶元素构成，从而形成烧结用铝原料；原料散布工序，向保持体散布所述烧结用铝原料；及烧结工序，对保持在所述保持体的所述烧结用铝原料进行加热而进行烧结，并且经由结合部而将多个所述铝基材彼此结合，该结合部存在Ti-Al系化合物及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
该结构的多孔铝烧结体的制造方法中，通过对在所述铝基材的外表面固着有由金属钛粉及氢化钛粉中的任意一种或两种构成的钛粉和由与Al进行共晶反应的共晶元素构成的共晶元素粉的烧结用铝原料进行烧结来制造多孔铝烧结体。
当将上述烧结用铝原料在烧结工序中加热至铝的熔点附近时，使得铝基材熔融，但铝基材的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜被保持，铝基材的形状得以维持。并且，经由存在Ti-Al系化合物的结合部而将多个所述铝基材彼此结合，因此铝的扩散移动得到抑制，能够维持铝基材彼此之间的空隙，且能够得到气孔率较高的多孔铝烧结体。
而且，铝基材的表面固着有由与Al进行共晶反应的共晶元素构成的共晶元素粉末粒子，因此在介入有该共晶元素粉末粒子的部分，铝基材的熔点局部降低，通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，从而使氧化膜内部的熔融铝向外侧喷出时的压力变低，容易较粗地形成结合部。由此，能够提高多孔铝烧结体的强度。
在此，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选所述结合部形成在从铝基材的外表面朝向外侧突出的多个柱状突起上。
在铝基材的外表面中固着有钛粉的部分，通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，从而使内部的熔融铝向外侧喷出，所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并使其固化。由此，在铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起。
并且，通过经由在铝基材的外表面形成的柱状突起而使铝基材彼此结合，无需另外实施发泡工序等，就可得到气孔率较高的多孔铝烧结体。
而且，在铝基材彼此之间不像粘性组合物那样存在较多的粘合剂，因此能够得到烧结时收缩率较小且尺寸精度优异的多孔铝烧结体。
并且，熔融铝通过钛而被固化，由此能够防止在铝基材彼此之间的空隙中填充有熔融铝，且能够得到较高的气孔率的多孔铝烧结体。
并且，优选在所述烧结用铝原料形成工序中，使用镍粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述镍粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
此时，钛粉的含量设为0.01质量％以上，作为所述共晶元素粉的镍粉的含量设为0.01质量％以上，因此能够可靠地将铝基材彼此结合，且能够得到具有足够强度的多孔铝烧结体。并且，钛粉末粒子的含量设为20质量％以下，作为所述共晶元素粉的镍粉的含量设为5质量％以下，因此能够防止在铝基材彼此之间的空隙中填充有熔融铝，且能够得到较高的气孔率的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选在所述烧结用铝原料形成工序中，使用镁粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述镁粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
此时，钛粉的含量设为0.01质量％以上，作为所述共晶元素粉的镁粉的含量设为0.01质量％以上，因此能够可靠地将铝基材彼此结合，且能够得到具有足够强度的多孔铝烧结体。并且，钛粉末粒子的含量设为20质量％以下，作为所述共晶元素粉的镁粉含量设为5质量％以下，因此能够防止在铝基材彼此之间的空隙中填充有熔融铝，且能够得到较高的气孔率的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选在所述烧结用铝原料形成工序中，使用铜粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述铜粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
此时，钛粉的含量设为0.01质量％以上，作为所述共晶元素粉的铜粉的含量设为0.01质量％以上，因此能够可靠地将铝基材彼此结合，且能够得到具有足够强度的多孔铝烧结体。并且，钛粉末粒子的含量设为20质量％以下，将作为所述共晶元素粉的铜粉含量设为5质量％以下，因此能够防止在铝基材彼此之间的空隙中填充有熔融铝，且能够得到较高的气孔率的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选在所述烧结用铝原料形成工序中，使用硅粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述硅粉的含量设在0.01质量％以上且15质量％以下的范围内。
此时，钛粉的含量设为0.01质量％以上，作为所述共晶元素粉的硅粉的含量设为0.01质量％以上，因此能够可靠地将铝基材彼此结合，且能够得到具有足够强度的多孔铝烧结体。并且，钛粉末粒子的含量设为20质量％以下，将作为所述共晶元素粉的硅粉含量设为15质量％以下，因此能够防止在铝基材彼此之间的空隙中填充有熔融铝，且能够得到较高的气孔率的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选所述烧结用铝原料形成工序具备：混合工序，将所述铝基材与所述钛粉及所述共晶元素粉，与粘合剂一同进行混合；及干燥工序，对所述混合工序中得到的混合物进行干燥。
根据该结构的烧结用铝原料的制造方法，具备：混合工序，将所述铝基材、钛粉及所述共晶元素粉，与粘合剂一同进行混合；及干燥工序，对该混合工序中得到的混合物进行干燥，因此可使钛粉及所述共晶元素粉分散并固着于铝基材的外表面，从而可制造上述烧结用铝原料。
根据本发明，可提供一种能够高效且以低成本制造，且烧结时收缩率较小、尺寸精度优异并且具有足够强度的高品质的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的多孔铝烧结体的放大示意图。
图2是表示图1所示的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的SEM观察及组成分析结果的图。
图3是表示图1所示的多孔铝烧结体的制造方法的一例的流程图。
图4是在铝基材的外表面固着钛粉及共晶元素粉的烧结用铝原料的说明图。
图5是制造片状多孔铝烧结体的连续烧结装置的概略说明图。
图6是表示在烧结工序中铝基材的外表面形成有柱状突起的状态的说明图。
图7是表示制造块状的多孔铝烧结体的制造工序的说明图。
图8是表示图1所示的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的SEM观察及组成分析结果的图。
图9是表示图1所示的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的SEM观察及组成分析结果的图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的一实施方式的多孔铝烧结体10进行说明。
图1中示出本实施方式的多孔铝烧结体10。如图1所示，本实施方式的多孔铝烧结体10是由多个铝基材11进行烧结而成为一体的烧结体，且气孔率设定在30％以上且90％以下的范围内。
本实施方式中，如图1所示，使用铝纤维11a和铝粉末11b作为铝基材11。
而且，设为如下结构：该铝基材11(铝纤维11a及铝粉末11b)的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起12，多个铝基材11(铝纤维11a及铝粉末11b)彼此经由该柱状突起12结合。另外，如图1所示，铝基材11、11彼此的结合部15具有柱状突起12、12彼此结合的部分、柱状突起12与铝基材11的侧面接合的部分、以及铝基材11、11的侧面彼此接合的部分。
在此，如图2所示，经由柱状突起12结合的铝基材11、11彼此的结合部15存在Ti-Al系化合物16及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物17。
本实施方式中，如图2的分析结果所示，Ti-Al系化合物16设为Ti和Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。即，本实施方式中，在Ti-Al系化合物16所存在的部分，铝基材11、11彼此结合。
并且，作为与Al进行共晶反应的共晶元素，例如可举出Ag、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Gd、Ge、In、La、Li、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、Ru、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Te、Y、Zn等。
本实施方式中，如图2的分析结果所示，共晶元素化合物17含有Ni作为共晶元素。
并且，如图8所示，Al内固溶有Cu，且存在Ti-Al系化合物16及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物17。
而且，如图9所示，Al内固溶有Si，且存在Ti-Al系化合物16及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物17。
接着，对成为本实施方式的多孔铝烧结体10的原料的烧结用铝原料20进行说明。如图4所示，该烧结用铝原料20具备：铝基材11；及固着于该铝基材11外表面的多个钛粉末粒子22及共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)23。另外，作为钛粉末粒子22，可使用金属钛粉末粒子及氢化钛粉末粒子中的任意一种或两种。并且，作为共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)23，可使用金属镍粉末粒子、金属镁粉末粒子、金属铜粉末粒子、金属硅粉末粒子及它们的合金粉末。
钛粉末粒子22的粒径设在1μm以上且50μm以下的范围内，优选设在5μm以上且30μm以下的范围内。另外，可将氢化钛粉末粒子的粒径设为比金属钛粉末粒子小，因此将固着于铝基材11外表面的钛粉末粒子22的粒径设为较小时，优选使用氢化钛粉末粒子。
而且，固着于铝基材11外表面的多个钛粉末粒子22、22彼此的间隔优选设在5μm以上且100μm以下的范围内。
关于共晶元素粉末粒子23的粒径，镍粉末粒子设在1μm以上且20μm以下的范围内，优选设在2μm以上且10μm以下的范围内，镁粉末粒子设在20μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且100μm以下的范围内，铜粉末粒子设在5μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且100μm以下的范围内，硅粉末粒子设在5μm以上且200μm以下的范围内，优选设在10μm以上且100μm以下的范围内。
如上所述，作为铝基材11使用铝纤维11a和铝粉末11b。另外，作为铝粉末11b可使用雾化粉末。
在此，铝纤维11a的纤维直径设在20μm以上且1000μm以下的范围内，优选设在50μm以上且500μm以下的范围内。并且，铝纤维11a的纤维长度设在0.2mm以上且100mm以下的范围内，优选设在1mm以上且50mm以下的范围内。
铝纤维11a例如由纯铝或铝合金构成且长度L与纤维直径R之比L/R能够设在4以上且2500以下的范围内。铝纤维11a例如在其外表面固着共晶元素粉末粒子、例如硅粉及硅合金粉中的任意一种或两种，并通过形成烧结用铝原料的烧结用铝原料形成工序而得到。在烧结工序中，能够将烧结用铝原料在惰性气体气氛下根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量并以575℃～665℃的范围的温度进行烧结。
当铝纤维11a的纤维直径R小于20μm时，铝纤维彼此的接合面积较小，有可能导致烧结强度不足。另一方面，当铝纤维11a的纤维直径R大于1000μm时，铝纤维彼此接触的触点的数量不足，仍有可能导致烧结强度不足。
根据以上的内容，本实施方式的多孔铝烧结体10中，将铝纤维11a的纤维直径设在20μm以上且500μm以下的范围内。另外，谋求更进一步提高烧结强度时，优选将铝纤维11a的纤维直径设为50μm以上，且优选将铝纤维11a的纤维直径设为500μm以下。
当铝纤维11a的长度L与纤维直径R之比L/R小于4时，在多孔铝烧结体的制造方法中，很难将层叠配置时的堆积密度DP设为铝纤维的真密度DT的50％以下，有可能很难得到气孔率较高的多孔铝烧结体10。另一方面，当铝纤维11a的长度L与直径R之比L/R大于2500时，无法使铝纤维均匀地分散，有可能很难得到具有均匀的气孔率的多孔铝烧结体10。
根据以上的内容，本实施方式的多孔铝烧结体10中，将铝纤维11a的长度L与纤维直径R之比L/R设在4以上且2500以下的范围内。另外，谋求更进一步提高气孔率时，优选将铝纤维11a的长度L与纤维直径R之比L/R设为10以上。并且，为了得到具备更均匀的气孔率的多孔铝烧结体10，优选将铝纤维11a的长度L与直径R之比L/R设为500以下。
并且，铝粉末11b的粒径设在5μm以上且500μm以下的范围内，优选设在20μm以上且200μm以下的范围内。
并且，能够通过调整铝纤维11a与铝粉末11b的混合比率来调整气孔率。即，能够通过增大铝纤维11a的比率来提高多孔铝烧结体10的气孔率。因此，作为铝基材11优选使用铝纤维11a，当混合铝粉末11b时优选将铝基材11中的铝粉末11b的比率设为15质量％以下。
并且，作为铝基材11(铝纤维11a和铝粉末11b)，可以使用由一般的铝合金构成的铝基材。
例如，能够优选使用由JIS中规定的A3003合金(Al-0.6质量％Si-0.7质量％Fe-0.1质量％Cu-1.5质量％Mn-0.1质量％Zn合金)或A5052合金(Al-0.25质量％Si-0.40质量％Fe-0.10质量％Cu-0.10质量％Mn-2.5质量％Mg合金-0.2质量％Cr-0.1质量％Zn合金)等构成的铝基材。
并且，铝基材11也并不限定于一种组成，例如作为由纯铝构成的纤维和由JISA3003合金构成的粉末的混合物等，可根据目的适当地进行调整。
接着，参考图3的流程图等对制造本实施方式的多孔铝烧结体10的方法进行说明。
首先，如图3所示，制造成为本实施方式的多孔铝烧结体10的原料的烧结用铝原料20。
在常温下混合铝基材11、钛粉末及共晶元素粉末(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)(混合工序S01)。此时，将粘合剂溶液以喷雾形式喷出。另外，作为粘合剂，优选为在大气中加热至500℃时被燃烧、分解的粘合剂，具体而言，优选使用丙烯酸系树脂、纤维素系高分子体。并且，作为粘合剂的溶剂，可使用水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂。
该混合工序S01中，例如使用自动研钵、锅式的转动造粒机、振动混合机、罐式球磨机、高速混合机、V型混合机等各种混合机，而使铝基材11、钛粉末及共晶元素粉末(镍粉末)边流动边混合。
接着，对混合工序S01中所得到的混合体进行干燥(干燥工序S02)。
如图4所示，通过该混合工序S01及干燥工序S02，钛粉末粒子22及共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)23分散固着于铝基材11的外表面，制造出本实施方式的烧结用铝原料20。另外，优选使钛粉末粒子22分散，以使固着于铝基材11外表面的多个钛粉末粒子22、22彼此的间隔在5μm以上且100μm以下的范围内。
接着，使用如上述那样得到的烧结用铝原料20来制造多孔铝烧结体10。
在此，本实施方式中，使用图5所示的连续烧结装置30来制造例如宽度：300mm×厚度：1～5mm×长度：20m的长条的片状多孔铝烧结体10。
该连续烧结装置30具备：使烧结用铝原料20均匀散布的原料散布机31；保持从原料散布机31供给的烧结用铝原料20的碳片32；驱动该碳片32的传送辊33；将与碳片32一同被传送的烧结用铝原料20加热而去除粘合剂的脱脂炉34；及将去除粘合剂的烧结用铝原料20加热而烧结的烧成炉35。
首先，从原料散布机31向碳片32上散布烧结用铝原料20(原料散布工序S03)。
散布在碳片32上的烧结用铝原料20朝向行进方向F移动时，向碳片32的宽度方向扩大且厚度变得均匀，从而成型为片状。此时，未施加负载，因此烧结用铝原料20中的铝基材11、11彼此之间形成空隙。
接着，在碳片32上成型为片状的烧结用铝原料20与碳片32一同被装入到脱脂炉34内，并在规定温度下被加热，由此去除粘合剂(脱粘合剂工序S04)。
在此，脱粘合剂工序S04中，在大气气氛下以350～500℃的温度范围保持0.5～5分钟，去除烧结用铝原料20中的粘合剂。另外，如上所述，本实施方式中，为了使钛粉末粒子22及共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)23固着于铝基材11的外表面而使用粘合剂，因此与粘性组合物相比粘合剂的含量极少，能够在短时间内充分去除粘合剂。
接着，去除了粘合剂的烧结用铝原料20与碳片32一同被装入到烧成炉35内，并通过加热至规定温度而被烧结(烧结工序S05)。
该烧结工序S05中，通过在惰性气体气氛下根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量以575～665℃的温度范围保持0.5～60分钟来实施。
该烧结工序S05中，烧结用铝原料20中的铝基材11熔融，但铝基材11的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜而被保持，铝基材11的形状得以维持。
并且，铝基材11的外表面上固着有钛粉末粒子22的这部分中通过与钛的反应而使氧化膜被破坏，内部的熔融铝向外侧喷出。所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并固化。由此，如图6所示，铝基材11的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起12。在此，在柱状突起12的前端存在Ti-Al系化合物16，通过该Ti-Al系化合物16，柱状突起12的生长得到抑制。
另外，使用氢化钛作为钛粉末粒子22时，氢化钛在300～400℃附近进行分解，所生成的钛与铝基材11表面的氧化膜进行反应。
并且，本实施方式中，通过固着于铝基材11外表面的共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、铜粉末粒子、硅粉末粒子)23，在铝基材11形成有局部熔点变低的部分。因此，根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量并在575～665℃的相对低温条件下，也能够可靠地形成柱状突起12。并且，在铝基材11的内部压力较低的状态下向外部喷出熔融铝，因此可较粗地形成柱状突起12。
此时，相邻的铝基材11、11彼此经由相互的柱状突起12以熔融状态成为一体或通过固相烧结而结合，如图1所示，制造出经由柱状突起12使多个铝基材11、11彼此结合而成的多孔铝烧结体10。而且，在经由柱状突起12使铝基材11、11彼此结合而成的结合部15存在Ti-Al系化合物16(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)及共晶元素化合物17。
设为如上结构的本实施方式的多孔铝烧结体10中，在铝基材11、11彼此的结合部15存在Ti-Al系化合物16，因此通过该Ti-Al系化合物16去除形成于铝基材11表面的氧化膜，铝基材11、11彼此被良好地结合。由此，能够得到足够强度的高品质的多孔铝烧结体10。
并且，通过该Ti-Al系化合物16抑制柱状突起12的生长，因此能够抑制熔融铝向铝基材11、11彼此之间的空隙喷出，能够得到较高气孔率的多孔铝烧结体10。
尤其，本实施方式中，在铝基材11、11彼此的结合部15存在Al3Ti作为Ti-Al系化合物16，因此形成于铝基材11表面的氧化膜可靠地被去除，铝基材11、11彼此被良好地结合，能够确保多孔铝烧结体10的强度。
并且，本实施方式中，在结合部15存在共晶元素化合物17，因此铝基材11中存在局部熔点降低的部分，容易较粗地形成柱状突起12，从而能够提高多孔铝烧结体10的强度。
并且，设为经由形成于铝基材11外表面的柱状突起12使得铝基材11、11彼此结合的结构，因此无需另外实施发泡工序等，就能够得到气孔率较高的多孔铝烧结体10。由此，能够高效且以低成本制造本实施方式的多孔铝烧结体10。
尤其，在本实施方式中使用图5所示的连续烧结装置30，因此能够连续制造片状的多孔铝烧结体10，可大幅提高生产效率。
而且，本实施方式中，与粘性组合物相比，粘合剂的含量极少，因此能够在短时间内实施脱粘合剂工序S04。并且，能够得到烧结时的收缩率减小例如为1％左右，且尺寸精度优异的多孔铝烧结体10。
并且，本实施方式中，作为铝基材11使用铝纤维11a及铝粉末11b，因此通过调整它们的混合比，能够控制多孔铝烧结体10的气孔率。
而且，本实施方式的多孔铝烧结体10中，气孔率设在30％以上且90％以下的范围内，因此能够根据用途来提供最佳气孔率的多孔铝烧结体10。
而且，本实施方式中，烧结用铝原料20中的钛粉末粒子22的含量设为0.5质量％以上且20质量％以下，因此能够在铝基材11的外表面以适当的间隔形成柱状突起12，能够得到具有足够强度和较高气孔率的多孔铝烧结体10。
并且，本实施方式中，固着于铝基材11外表面的多个钛粉末粒子22、22彼此的间隔设在5μm以上且100μm以下的范围内，因此柱状突起12的间隔得以优化，能够得到具有足够强度和较高气孔率的多孔铝烧结体10。
而且，本实施方式中，关于烧结用铝原料20中的共晶元素粉末粒子23的含量，镍粉末粒子设为0.01质量％以上且5质量％以下，镁粉的含量设为0.01质量％以上且5质量％以下，铜粉的含量设为0.01质量％以上且5质量％以下，硅粉的含量设为0.01质量％以上且15质量％以下，因此能够以适当的间隔形成铝基材11中的局部熔点降低的部分，能够抑制多余的熔融铝流出，能够得到具有足够强度和较高气孔率的多孔铝烧结体10。
并且，根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量并在575～665℃的相对低温条件下，也能够可靠地形成柱状突起12，能够较低地设定烧结工序S05的温度条件。
而且，本实施方式中，作为铝基材11的铝纤维11a的纤维直径设在20μm以上且1000μm以下的范围内，铝粉末11b的粒径设在5μm以上且500μm以下的范围内，并且钛粉末粒子22的粒径设在1μm以上且50μm以下的范围内，及共晶元素粉末粒子23的粒径设为镍粉末粒子在1μm以上且20μm以下的范围内，镁粉末粒子在20μm以上且500μm以下的范围内，铜粉末粒子在5μm以上且500μm以下的范围内，硅粉末粒子在5μm以上且200μm以下的范围内，因此能够在铝基材11(铝纤维11a及铝粉末11b)的外表面可靠地分散并固着钛粉末粒子22及共晶元素粉末粒子(镍粉末粒子)23。
而且，本实施方式中，作为铝基材11使用铝纤维11a和铝粉末11b，且将铝基材11中的铝粉末11b的比率设为15质量％以下，因此能够得到气孔率较高的多孔铝烧结体10。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可以在不脱离本发明的技术思想的范围内适当进行变更。
例如，说明了使用图5所示的连续烧结装置连续制造多孔铝烧结体的方法，但并不限定于此，也可以通过其他制造装置来制造多孔铝烧结体。
并且，本实施方式中，作为片状的多孔铝烧结体进行了说明，但并不限定于此，也可以是例如通过图7所示的制造工序制造的块状的多孔铝烧结体。
如图7所示，从散布烧结用铝原料20的粉末散布机131向碳制容器132内散布烧结用铝原料20而进行体积填充(原料散布工序)。将此装入脱脂炉134内，在大气气氛下进行加热并去除粘合剂(脱粘合剂工序)。之后，装入烧成炉135内并在Ar气氛下根据所添加的共晶元素粒子的种类和添加量加热保持为575～665℃，由此得到块状的多孔铝烧结体110。
本说明中使用脱模性良好的碳制容器132，并且烧结时发生1％左右的收缩，因此能够比较轻松地从碳制容器132取出块状的多孔铝烧结体110。
而且，本实施方式中，举例说明了作为共晶元素使用Ni、Mg、Cu、Si，但并不限定于此，作为与Al进行共晶反应的共晶元素，可以使用选自Ag、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Gd、Ge、In、La、Li、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、Ru、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Te、Y、Zn中的一种或两种以上。
示出多孔铝烧结体的另一制造方法。另外，本实施例中，以作为共晶元素使用硅粉末及硅合金粉末中的任意一种或两种的情况进行说明。
常温下，将铝纤维与硅粉末及硅合金粉末中的任意一种或两种进行混合。进行混合时将粘合剂溶液以喷雾形式喷出。另外，作为粘合剂，优选为在大气中加热至500℃时被燃烧、分解的粘合剂，具体而言，优选使用丙烯酸系树脂、纤维素系高分子体。并且，作为粘合剂的溶剂，可使用水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂。
混合时，例如使用自动研钵、锅式的转动造粒机、振动混合机、罐式球磨机、高速混合机、V型混合机等各种混合机，而使铝纤维11a与硅粉末边流动边混合。
接着，若对通过混合得到的混合体进行干燥，则铝纤维的外表面分散并固着有硅粉及硅合金粉，从而制造出本实施方式的烧结用铝原料。
接着，使用如上述那样得到的烧结用铝原料来制造多孔铝烧结体时，例如，使用连续烧结装置等来制造例如宽度：300mm×厚度：1～5mm×长度：20m的长条的片状多孔铝烧结体。
例如，从原料散布机向碳片上散布烧结用铝原料，并层叠配置烧结用铝原料，将层叠在碳片上的烧结用铝原料成型为片状。此时，不施加负载，而在烧结用铝原料中的铝基材彼此之间形成空隙。
在此，例如层叠配置多个铝纤维以使填充后的堆积密度成为铝纤维的真密度的50％以下，层叠时铝纤维彼此之间确保有立体且各向同性的空隙。
接着，将在碳片上成型为片状的烧结用铝原料装入脱脂炉内，通过加热至规定温度来去除粘合剂。在此，在大气气氛下，以350～500℃的温度范围保持0.5～5分钟，去除烧结用铝原料中的粘合剂。另外，本实施方式中，仅为了在铝纤维的外表面固着硅粉、硅合金粉而使用粘合剂，因此与粘性组合物相比粘合剂的含量极少，能够在短时间内充分去除粘合剂。
接着，将去除了粘合剂的烧结用铝原料与碳片一同装入烧成炉内，通过加热至规定温度来进行烧结。在烧结中，例如，在惰性气体气氛下，通过以575℃～665℃的温度范围保持0.5～60分钟来实施。根据烧结用铝原料中的硅含量，最佳的烧结温度发生变化，但为了实现高强度且均匀的烧结，烧结温度设为Al-12.6％Si的共晶温度即575℃以上，并且所生成的液相防止进行因熔液彼此的结合而引起的迅速的烧结收缩，因此烧结温度设为665℃以下。另外，优选保持时间设为1分钟～20分钟。
进行该烧结时，烧结用铝原料中的铝纤维的一部分进行熔融，但铝纤维的表面形成有氧化被膜，因此熔融的铝通过氧化被膜而被保持，铝纤维的形状得以维持。
而且，铝纤维的外表面上固着有硅粉末粒子、硅合金粉末粒子的部分通过固着于铝纤维表面的Si与铝纤维局部反应，而引起在固着部附近局部熔点下降效果。其结果，与未添加硅时相比，通过在比纯铝纤维或铝合金纤维的熔点更低温下生成液相来促进烧结并提高强度。
实施例
以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
根据上述实施方式中所示出的方法，使用表1所示的原料制作了烧结用铝原料。另外，作为铝基材，使用了纤维直径为20μm以上且1000μm以下的铝纤维及粒径为5μm以上且500μm以下的铝粉末。
使用这些烧结用铝原料，根据上述实施方式中所示出的制造方法，制造了宽度30mm×长度200mm×厚度5mm的多孔铝烧结体。另外，将烧结工序中的温度条件示于表1。烧结温度保持时间以15分钟进行。
对所得到的多孔铝烧结体，针对显气孔率、抗拉强度进行了评价。将评价结果示于表1。另外，以下示出评价方法。
(显气孔率)
测定所得到的多孔铝烧结体的质量m(g)、体积V(cm3)、真密度d(g/cm3)，由以下式计算出显气孔率。
显气孔率(％)＝(1-(m÷(V×d)))×100
另外，真密度(g/cm3)使用精密天平，通过水中法进行了测定。
(抗拉强度)
所得到的多孔铝烧结体的抗拉强度通过拉伸法进行了测定。
并且，本实施方式中，作为使用由纯铝构成的铝基材进行了说明，但并不限定于此，也可以使用由一般的铝合金构成的铝基材。
例如，可优选使用由JIS中规定的A3003合金(Al-0.6质量％Si-0.7质量％Fe-0.1质量％Cu-1.5质量％Mn-0.1质量％Zn合金)或A5052合金(Al-0.25质量％Si-0.40质量％Fe-0.10质量％Cu-0.10质量％Mn-2.5质量％Mg合金-0.2质量％Cr-0.1质量％Zn合金)等构成的铝基材。
并且，铝基材也并不限定于一种组成，例如作为由纯铝构成的纤维与由JISA3003合金构成的粉末的混合物等，可根据目的适当地进行调整。
表1、表2中示出了对铝基材添加金属钛粉或氢化钛粉及共晶元素并进行烧结时的显气孔率和抗拉强度。
确认到使用添加了共晶元素粉的烧结用铝原料的本发明例1～50中，与使用未添加共晶元素粉的烧结用铝原料的比较例1、2相比，即使是相等的显气孔率，强度也得以充分提高。
由以上的内容确认到根据本发明能够提供一种具有较高的气孔率且具有足够强度的高品质的多孔铝烧结体。
符号说明
10、110-多孔铝烧结体，11-铝基材，11a-铝纤维，11b-铝粉末，12-柱状突起，15-结合部，16-Ti-Al系化合物，17-共晶元素化合物，20-烧结用铝原料，22-钛粉末粒子(钛粉)，23-共晶元素粉末粒子(共晶元素粉)。

Claims (11)

1.一种多孔铝烧结体，由多个铝基材烧结而成，其特征在于，
在所述铝基材彼此结合而成的结合部存在Ti-Al系化合物及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
2.根据权利要求1所述的多孔铝烧结体，其特征在于，
在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，且在所述柱状突起上具有所述结合部。
3.根据权利要求1或2所述的多孔铝烧结体，其特征在于，
所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多孔铝烧结体，其特征在于，
气孔率设在30％以上且90％以下的范围内。
5.一种多孔铝烧结体的制造方法，所述多孔铝烧结体由多个铝基材烧结而成，所述多孔铝烧结体的制造方法的特征在于，具有：
烧结用铝原料形成工序，在所述铝基材的外表面固着钛粉和共晶元素粉，所述钛粉由金属钛粉及氢化钛粉中的任意一种或两种构成，所述共晶元素粉由与Al进行共晶反应的共晶元素构成，从而形成烧结用铝原料；原料散布工序，向保持体散布所述烧结用铝原料；及烧结工序，对保持在所述保持体的所述烧结用铝原料进行加热而进行烧结，
并且经由结合部而将多个所述铝基材彼此结合，该结合部存在Ti-Al系化合物及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。
6.根据权利要求5所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
所述结合部形成在从所述铝基材的外表面朝向外侧突出的多个柱状突起上。
7.根据权利要求5或6所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
在所述烧结用铝原料形成工序中，使用镍粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述镍粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
8.根据权利要求5或6所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
在所述烧结用铝原料形成工序中，使用镁粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述镁粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
9.根据权利要求5或6所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
在所述烧结用铝原料形成工序中，使用铜粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述铜粉的含量设在0.01质量％以上且5质量％以下的范围内。
10.根据权利要求5或6所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
在所述烧结用铝原料形成工序中，使用硅粉作为所述共晶元素粉，将所述烧结用铝原料中的所述钛粉的含量设在0.01质量％以上且20质量％以下的范围内，且将所述硅粉的含量设在0.01质量％以上且15质量％以下的范围内。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
所述烧结用铝原料形成工序具备：混合工序，将所述铝基材与所述钛粉及所述共晶元素粉，与粘合剂一同进行混合；及干燥工序，对所述混合工序中得到的混合物进行干燥。
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