CN107107196B - 多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法 - Google Patents

多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的多孔铝烧结体由多个铝基材(11)烧结而成，其特征在于：在铝基材(11)的外表面形成有朝向外侧突出的柱状突起(12)，且具有铝基材(11)彼此经由柱状突起(12)结合而成的结合部(15)，该结合部(15)中存在Ti‑Al系化合物，且结合部(15)的表层中存在包含Al和Si的共晶合金相。

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。
本申请基于2014年10月30日于日本申请的专利申请2014-221244号主张优先权，并将其内容援用于此。
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，并将其自然干燥后，浸渍于有机溶剂中以去除蜡颗粒后，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，并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，通过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，并将其在氢气氛或氢和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：日本特开2009-256788号公报(A)
专利文献2：日本特开2010-280951号公报(A)
专利文献3：日本特开2011-023430号公报(A)
专利文献4：日本特开2011-077269号公报(A)
专利文献5：日本特开平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高气孔率的多孔铝烧结体的问题。而且还存在如下问题：对铝基材彼此进行烧结时，铝基材彼此的结合因形成于铝基材表面的坚固的氧化膜而受到阻碍，从而无法得到具有足够强度的多孔铝烧结体。
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，存在如下问题：由于使粘性组合物成型、发泡，因此无法有效地制造多孔铝烧结体。而且还存在如下问题：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较大，无法制造尺寸精度优异的多孔铝烧结体。
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成分的低熔点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，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，难以得到高气孔率的多孔铝烧结体。
而且，专利文献5中记载的多孔铝烧结体中存在如下问题，由于桥接部整体由过共晶组织构成，因此导致桥接部的电阻或热阻较高，多孔铝烧结体的导电性及导热性下降。
发明内容
本发明是以如上情况为背景而完成的，其目的在于提供一种气孔率高且具有足够的强度，并且导电性和导热性优异的多孔铝烧结体及多孔铝烧结体的制造方法。
为解决这种课题并实现所述目的，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，在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的柱状突起，且具有所述铝基材彼此经由所述柱状突起结合而成的结合部，该结合部中存在Ti-Al系化合物，所述结合部的表层中存在含有Al和Si的共晶合金相。
根据设为上述结构的本发明的多孔铝烧结体，铝基材彼此的结合部中存在Ti-Al系化合物，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，能够得到高气孔率的多孔铝烧结体。
而且，设为经由在铝基材的外表面形成的柱状突起而铝基材彼此结合的结构，因此无需另外实施发泡工序等，就能够制成高气孔率的多孔铝烧结体。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的收缩率较小且尺寸精度优异的多孔铝烧结体。
并且，所述铝基材彼此结合而成的结合部中存在包含Al和Si的共晶合金相，因此可通过该共晶合金相来强化结合部，能够提高多孔铝烧结体整体的强度。
而且，由于包含Al和Si的共晶合金相存在于结合部的表层，因此结合部的内部的Si浓度比外层部分的Si浓度更低，从而结合部的电阻或热阻抑制为较低，能够确保多孔铝烧结体的导电性和导热性。
在此，本发明的多孔铝烧结体中，优选所述共晶合金相还含有Mg。
此时，与未含有Mg的共晶合金相相比共晶点较低，因此能够通过该共晶合金相进一步强化结合部，能够进一步提高多孔铝烧结体整体的强度。另外，关于Mg浓度，与结合部的外层部分相比内部的Mg浓度更低，因此结合部的电阻或热阻低，能够确保多孔铝烧结体的导电性和导热性。
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。并且，只要铝基材的合金成分是纯铝以外的通常的铝合金就能够适当地使用。
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，处于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。并且，即使是一样长度的纤维，在直线状的纤维和被赋予了弯曲或扭曲等形状的纤维中气孔率或所形成的气孔的形状会发生变化，因此通过将包括长度的各种纤维形状因素作为变量，能够控制多孔铝烧结体的气孔率或气孔结构。
本发明的多孔铝烧结体的制造方法是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含有Ti和Si的Ti-Si颗粒而形成烧结用铝原料；烧结用铝原料层叠工序，层叠所述烧结用铝原料；及烧结工序，加热已层叠的所述烧结用铝原料而进行烧结，所述多孔铝烧结体的制造方法形成从所述铝基材中的固着有所述Ti-Si颗粒的部位朝向外侧突出的多个柱状突起，经由该柱状突起而将多个所述铝基材彼此结合。
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含有Ti和Si的Ti-Si颗粒的烧结用铝原料进行烧结来制造多孔铝烧结体。
当在烧结工序中将上述烧结用铝原料加热至铝基材的熔点附近时，铝基材熔融，但由于在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，从而铝基材的形状得以维持。
在此，对于铝基材的外表面中的固着有Ti-Si颗粒的部分而言，因Si和Al的共晶反应而熔点局部降低，并且通过与Ti的反应而使氧化膜被破坏，从而内部的熔融铝向外侧喷出，喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点高的化合物并固化。由此在铝基材的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起。此时，Al和Ti的包晶反应为吸热反应，因此所喷出的熔融铝在短时间内固化，从而抑制Si扩散至柱状突起的内部，在柱状突起的表层形成包含Al和Si的共晶合金相。
如此，多个所述铝基材彼此经由存在Ti-Al系化合物的结合部而结合，因此铝的扩散移动得到抑制，铝基材彼此之间的空隙得以维持，能够制造高气孔率的多孔铝烧结体。
并且，在柱状突起的表层中形成有包含Al和Si的共晶合金相，因此能够强化经由柱状突起结合的结合部，能够制造强度高的多孔铝烧结体。
而且，Si向柱状突起内部的扩散得到抑制，因此能够将经由柱状突起结合的结合部的电阻和热阻控制为较低，能够制造导电性和导热性优异的多孔铝烧结体。
在此，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选所述Ti-Si颗粒含有Mg。
此时，柱状突起的表层中存在的共晶合金相除Al和Si以外还含有Mg，进而能够强化柱状突起，能够制造强度更高的多孔铝烧结体。并且，Mg向柱状突起内部的扩散也得到抑制，因此能够将经由柱状突起结合的结合部的电阻和热阻控制为较低，能够制造导电性和导热性优异的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，所述烧结用铝原料可以具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti及0.1质量％以上且15质量％以下的Si，剩余部分为不可避免杂质。
此时，含有0.1质量％以上的Ti、0.1质量％以上的Si，因此能够形成柱状突起而将铝基材彼此可靠地结合，并且能够可靠地形成共晶合金相，从而能够获得具有足够的强度的多孔铝烧结体。而且，将Ti的含量限制为20质量％以下，Si的含量限制为15质量％以下，因此抑制过多液相的生成，能够防止铝基材彼此之间的空隙被熔融铝填充，从而能够获得高气孔率的多孔铝烧结体。并且，能够抑制电阻和热阻的上升，能够制造导电性和导热性优异的多孔铝烧结体。
而且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，所述烧结用铝原料也可以具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti、0.1质量％以上且15质量％以下的Si及0.1质量％以上且5质量％以下的Mg，剩余部分为不可避免杂质。
此时，含有0.1质量％以上的Ti、0.1质量％以上的Si及0.1质量％以上的Mg，因此能够形成柱状突起而将铝基材彼此可靠地结合，并且能够可靠地形成共晶合金相，从而能够获得具有足够的强度的多孔铝烧结体。而且，将Ti的含量限制为20质量％以下，Si的含量限制为15质量％以下，Mg的含量限制为5质量％以下，因此抑制过多液相的生成，能够防止铝基材彼此之间的空隙被熔融铝填充，从而能够获得高气孔率的多孔铝烧结体。并且，能够抑制电阻和热阻的上升，能够制造导电性和导热性优异的多孔铝烧结体。
并且，本发明的多孔铝烧结体的制造方法中，优选所述Ti-Si颗粒通过将包含Ti粉末和Si粉末的粉末原料与粘合剂一同混炼造粒而成型，所述Ti粉末由金属钛和氢化钛中的任意一种或两种构成。
此时，使用通过将包含由金属钛和氢化钛中的任意一种或两种构成的Ti粉末和Si粉末的粉末原料与粘合剂一同混炼造粒而成型的所述Ti-Si颗粒，因此能够在铝基材的外表面的相同部位可靠地固着Ti和Si，能够获得所述多孔铝烧结体。
根据本发明，能够提供气孔率高且具有足够的强度，并且导电性及导热性优异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是本发明的实施方式的多孔铝烧结体的放大示意图。
图2A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观察结果的图。
图2B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关于铝的成分分析结果的图。
图2C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关于硅的成分分析结果的图。
图2D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关于钛的成分分析结果的图。
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4A是在铝基材的外表面固着有Ti-Si颗粒的烧结用铝原料的说明图。
图4B是在铝基材的外表面固着有Ti-Si颗粒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6A是表示在烧结工序中在铝基材的外表面形成有柱状突起的状态的说明图。
图6B是表示在烧结工序中在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8A是表示本发明的其他实施方式的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的SEM观察结果的图。
图8B是表示本发明的其他实施方式的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的关于铝的成分分析结果的图。
图8C是表示本发明的其他实施方式的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的关于硅的成分分析结果的图。
图8D是表示本发明的其他实施方式的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的关于镁的成分分析结果的图。
图8E是表示本发明的其他实施方式的多孔铝烧结体中的铝基材彼此的结合部的关于钛的成分分析结果的图。
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，在本实施方式中，该多孔铝烧结体10的气孔率设定在30％以上且90％以下的范围内。
在本实施方式中，如图1所示，使用铝纤维11a和铝粉末11b作为铝基材11。
而且，多孔铝烧结体10设为如下结构：在该铝基材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，并且该多孔铝烧结体10具有多个铝基材11(铝纤维11a及铝粉末11b)彼此经由该柱状突起12结合的结合部15。另外，如图1所示，铝基材11、11彼此具有柱状突起12、12彼此结合的部分、柱状突起12与铝基材11的侧面结合的部分、以及铝基材11、11的侧面彼此结合的部分。
在此，如图2A至图2D所示，经由柱状突起12结合的铝基材11、11彼此的结合部15中存在Ti-Al系化合物16。
在本实施方式中，如图2A至图2D的分析结果所示，Ti-Al系化合物16为Ti和Al的化合物，更具体而言为Al3Ti金属间化合物。即，在本实施方式中，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，如图2A至图2D所示，该结合部15的表层部分中形成有含有Al和Si的共晶合金相17。而且，结合部15的内部几乎未分布有Si，与存在共晶合金相17的结合部15相比，该结合部15的内部的Si浓度较低。
在此，共晶合金相17的厚度例如设在1μm以上且50μm以下的范围内。
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4A及图4B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Ti-Si颗粒22。该Ti-Si颗粒22为含有Ti和Si的颗粒。另外，只要铝基材是通常的铝合金，则均能够适当使用，在此示例性地假设使用纯铝的情况而说明。
在此，烧结用铝原料20具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti、0.1质量％以上且15质量％以下的Si，剩余部分为不可避免杂质。另外，在本实施方式中，作为铝基材使用纯铝，因此烧结用铝原料20的成分中Ti的含量为0.1质量％以上且20质量％以下，Si的含量为0.1质量％以上且15质量％以下，剩余部分为不可避免杂质。
Ti-Si颗粒22的粒径设在5μm以上且250μm以下的范围内，优选设在10μm以上且100μm以下的范围内。
而且，固着于铝基材11的外表面的多个Ti-Si颗粒22彼此的间隔优选设在5μm以上且100μm以下的范围内。
并且，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。
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。
而且，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。
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。
在本实施方式中，首先如图3所示制造Ti-Si颗粒22(造粒工序S01)。
将Ti粉末和Si粉末与粘合剂溶液一同投入密封容器内，利用振动混合机等混合装置进行混合，之后通过干燥制造Ti-Si颗粒22。
在此，能够使用金属钛粉末或氢化钛粉末作为Ti粉末。Ti粉末的粒径优选设在1μm以上且100μm以下的范围内。并且，Si粉末的粒径优选设在5μm以上且200μm以下的范围内。
而且，投入密封容器内的Ti粉末和Si粉末的质量比Ti:Si优选设在Ti:Si＝1～5:0.1～10的范围内。
作为粘合剂溶液，优选为在空气中加热至500℃时燃烧、分解的粘合剂溶液，例如能够使用利用溶剂(水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂)来稀释丙烯酸系树脂或纤维素系高分子体后的粘合剂溶液。
并且，在本实施方式中，将通过调整Ti粉末和Si粉末的粒径、Ti粉末和Si粉末的质量比、粘合剂溶液的浓度及投入量等来制造的Ti-Si颗粒22的平均粒径设在5μm以上且250μm以下的范围内。例如，将粒径5μm的TiH2粉末与粒径5μm的Si粉末的重量比设为TiH2:Si＝1:1.5而进行造粒时，制造出平均粒径约20μm的Ti-Si颗粒22。
接着，使用制造出的Ti-Si颗粒22和铝基材11制造烧结用铝原料20。
首先，在常温下混合铝基材11和Ti-Si颗粒22(混合工序S02)。此时，喷射粘合剂溶液。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S02中，例如使用自动研钵、锅式转动造粒机、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和Ti-Si颗粒22边流动边混合。
接着，对混合工序S02中所得到的混合体进行干燥(干燥工序S03)。
如图4A及4B所示，通过该混合工序S02及干燥工序S03，Ti-Si颗粒22分散并固着于铝基材11的外表面，由此制造出本实施方式的烧结用铝原料20。另外，优选以使固着于铝基材11外表面的多个Ti-Si颗粒22彼此的间隔在5μm以上且100μm以下的范围内的方式使Ti-Si颗粒22分散。
接着，使用以上述方式得到的烧结用铝原料20来制造多孔铝烧结体10。
在此，在本实施方式中，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的碳制片材32；驱动该碳制片材32的传送辊33；将与碳制片材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向碳制片材32上散布烧结用铝原料20，并层叠配置烧结用铝原料20(原料层叠工序S04)。
层叠在碳制片材32上的烧结用铝原料20朝向行进方向F移动时，该烧结用铝原料20向碳制片材32的宽度方向扩展且厚度变得均匀，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，在碳制片材32上成型为片状的烧结用铝原料20与碳制片材32一同被装入脱脂炉34内，并通过加热至规定温度，由此去除粘合剂(脱粘合剂工序S05)
在此，脱粘合剂工序S05中，在大气气氛A下以350～500℃的温度范围保持0.5～5分钟而去除烧结用铝原料20中的粘合剂。另外，如上所述，在本实施方式中，仅以将Ti-Si颗粒22固着于铝基材11的外表面为目的而使用粘合剂，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，经去除粘合剂的烧结用铝原料20与碳制片材32一同被装入烧成炉35内，并通过加热至规定温度而被烧结(烧结工序S06)。
该烧结工序S06中，通过在惰性气体气氛下，以600～655℃的温度范围保持0.5～60分钟来实施。另外，保持时间优选设为1～20分钟。另外，对铝基材使用熔点为Tm℃的铝合金时，调整Ti-Si颗粒中的Ti和Si的比率，并在Tm-60～Tm℃的范围内适当调整保持温度。
该烧结工序S06中，烧结用铝原料20中的铝基材11熔融，但在铝基材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，对于铝基材11的外表面上固着有Ti-Si颗粒22的部分而言，通过与Ti-Si颗粒22的Ti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高的化合物并固化。由此，如图6A及6B所示，在铝基材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(TiH2)作为Ti-Si颗粒22的原料时，氢化钛在300～400℃附近分解，所生成的钛会与铝基材11表面的氧化膜进行反应。
并且，在本实施方式中，通过Ti-Si颗粒22的Si与Al的反应而形成共晶合金相17。另外，如上所述，所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点高的化合物并固化，从而抑制Si扩散至柱状突起12的内部。由此，共晶合金相17存在于柱状突起12的表层，柱状突起12的内部的Si浓度比柱状突起12的表层部分的Si浓度更低。
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，经由柱状突起12使铝基材11、11彼此结合而成的结合部15中存在Ti-Al系化合物16(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)，该结合部15的表层中存在共晶合金相17。
设为如上结构的本实施方式的多孔铝烧结体10中，铝基材11、11彼此的结合部15中存在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，能够得到强度足够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。
而且，在本实施方式中，在铝基材11、11彼此的结合部15中存在作为Ti-Al系化合物16的Al3Ti，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，在本实施方式中，铝基材11彼此结合的结合部15中存在包含Al和Si的共晶合金相17，因此结合部15通过该共晶合金相17得到强化，由此能够提高多孔铝烧结体10整体的强度。
而且，包含Al和Si的共晶合金相17存在于结合部15的表层，结合部15的内部的Si浓度比表层部分的Si浓度更低，因此结合部15的电阻及热阻变低，能够确保多孔铝烧结体10的导电性和导热性。
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，就能够得到高气孔率的多孔铝烧结体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，在本实施方式中，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S05。并且，能够得到烧结时的收缩率减小例如1％左右，且尺寸精度优异的多孔铝烧结体10。
并且，在本实施方式中，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或基材本身的粒径或纵横比、弯曲/扭曲等各种形状因素，并在成型工序中根据需要进行冲压成型，由此能够控制多孔铝烧结体10的气孔率。
并且，在本实施方式中，烧结用铝原料20具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti及0.1质量％以上且15质量％以下的Si，剩余部分为不可避免杂质，因此能够形成柱状突起12而将铝基材11彼此可靠地结合，并且能够可靠地形成共晶合金相17，能够获得具有足够的强度的多孔铝烧结体10。并且，在烧结工序S06中，抑制过多液相的生成，能够防止铝基材11彼此之间的空隙被熔融铝填充，从而能够获得高气孔率的多孔铝烧结体10。
而且，在本实施方式中，Ti-Si颗粒22通过将由金属钛和氢化钛中的任意一种或两种构成的Ti粉末和Si粉末与粘合剂一同混炼造粒而成型，因此能够在铝基材11的外表面的相同的部位可靠地固着Ti和Si，能够获得前述多孔铝烧结体10。
而且，在本实施方式中，将制造出的Ti-Si颗粒22的平均粒径设在5μm以上且250μm以下的范围内，并将固着于铝基材11的外表面的多个Ti-Si颗粒22彼此的间隔设在5μm以上且100μm以下的范围内，因此多个柱状突起12以适当的间隔形成，能够获得高气孔率且强度高的多孔铝烧结体10。
而且，在本实施方式中，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，因此能够得到高气孔率的多孔铝烧结体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，在本实施方式中，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，并根据需要进行冲压成型(原料散布工序(原料层叠工序))。将此装入脱脂炉134内，在大气气氛A下进行加热以去除粘合剂(脱粘合剂工序)。之后，装入烧成炉135内并在Ar气氛B下加热保持为600～655℃，由此得到块状的多孔铝烧结体110。另外，对烧结用铝原料20的铝基材使用熔点为Tm℃的铝合金时，调整Ti-Si颗粒中的Ti和Si的比率，并在Tm-60～Tm℃的范围内适当调整保持温度。
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，在本实施方式中，对Ti-Si颗粒22含有Ti和Si的颗粒的情况进行了说明，但并不限定于此，除Ti及Si之外还可以含有Mg。
此时，优选烧结用铝原料具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti、0.1质量％以上且15质量％以下的Si及0.1质量％以上且5质量％以下的Mg，剩余部分为不可避免杂质。
如此含有Mg的Ti-Si颗粒(即Ti-Si-Mg颗粒)通过如下方法来制造：将Ti粉末、Si粉末及Mg粉末与粘合剂溶液一同投入密封容器内，并利用振动混合机等混合装置混合之后进行干燥。
在此，Mg粉末的粒径优选设在20μm以上且500μm以下的范围内。并且，Ti粉末、Si粉末及Mg粉末的质量比Ti:Si:Mg优选设在0.1～2:0.1～10:0.1～5的范围内。另外，关于粘合剂溶液，能够应用上述实施方式中使用的粘合剂溶液。如此，通过调整Ti粉末、Si粉末及Mg粉末的粒径、Ti粉末、Si粉末及Mg粉末的质量比、粘合剂溶液的浓度及投入量等，能够将制造出的Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)的平均粒径设在20μm以上且550μm以下的范围内。例如，将粒径5μm的TiH2粉末、粒径5μm的Si粉末及粒径30μm的Mg粉末的重量比设为TiH2:Si:Mg＝1:1.5:1而进行造粒时，制造出平均粒径40μm的Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)。
如图8A至图8E所示，如此使用含有Mg的Ti-Si颗粒时，经由柱状突起12结合的铝基材11、11彼此的结合部15中存在Ti-Al系化合物16，并且在结合部15的表层部分存在含有Al、Si及Mg的共晶合金相117。并且，结合部15的内部几乎未分布有Si及Mg，与存在共晶合金相117的结合部15相比，Si及Mg的浓度较低。在此，共晶合金相117的厚度与在实施方式中说明的由Al和Si构成的共晶合金相17相比形成得更厚，具体而言设在2μm以上且100μm以下的范围内，进而提高结合部15的强度，能够获得强度更高的多孔铝烧结体。
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，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)等构成的铝基材时，合金成分中含有Si或Mg，但在烧结用铝原料中与此不同地添加有Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)，铝原料整体的成分为如下成分：除铝基材含有的Si或Mg等合金元素以外还含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti及0.1质量％以上且15质量％以下的Si，剩余部分为Al及不可避免杂质的成分，或者除铝基材含有的Si或Mg等合金元素以外还含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti、0.1质量％以上且15质量％以下的Si及0.1质量％以上且5质量％以下的Mg，剩余部分为Al及不可避免杂质。
并且，铝基材也并不限定于一种成分，例如可根据目的适当地调整作为由纯铝构成的纤维与由JIS A3003合金构成的粉末的混合物等。
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。
根据如上述实施方式所示的方法，使用表1示出的原料制作了烧结用铝原料。另外，作为铝基材使用了由A1070(纯铝)构成并纤维直径为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。
在本发明例1～8中，根据上述实施方式所示的方法，使用TiH2粉末、Si粉末及Mg粉末制造了Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)。并且根据上述实施方式所示的方法，使用该Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)和铝基材制造了烧结用铝原料。
另一方面，在比较例1、2中，将TiH2粉末、Si粉末及Mg粉末直接与铝基材混合而制造了烧结用铝原料。
根据上述实施方式所示的制造方法，使用上述烧结用铝原料制造了宽度30mm×长度200mm×厚度5mm的多孔铝烧结体。另外，烧结工序的条件设为，烧结温度：630℃、烧结温度保持时间：15分钟。
用如下所示的方法对所获得的多孔铝烧结体进行了显气孔率、抗拉强度及电阻率的评价。将评价结果示于表1。
(显气孔率)
检测所获得的多孔铝烧结体的质量m(g)、体积V(cm3)及真密度d(g/cm3),由下式计算出显气孔率。
显气孔率(％)＝(1-(m÷(V×d)))×100
另外，使用精密天平且通过水中法检测真密度(g/cm3)。
(抗拉强度)
将所获得的多孔铝烧结体加工成宽度10mm×长度100mm×厚度5mm的试验片之后，通过使用英斯特朗型拉伸试验机的拉伸试验法进行了检测。
(电阻率)
使用数字万用表检测截面积A(cm2)、长度L(cm)的试验片的电阻R，并由下式计算出电阻率。
电阻率ρ(mΩ·cm)＝R(mΩ)×A(cm2)/L(cm)
[表1]
如表1所示，在使用了Ti-Si颗粒(Ti-Si-Mg颗粒)的本发明例1～8中确认到，与直接使用TiH2粉末、Si粉末及Mg粉末的比较例1、2相比，电阻率较低，导电性优异。并且在本发明例1～8中确认到气孔率及强度优异。
通过以上内容确认到，根据本发明，能够提供气孔率高及具有足够的强度且导电性优异的高品质多孔铝烧结体。
产业上的可利用性
能够提供气孔率高、尺寸精度高且强度高的铜多孔烧结体及铜多孔复合部件，例如能够应用于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、冲击吸收部件等各种用途。
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、117 共晶合金相
20 烧结用铝原料
22 Ti-Si颗粒
A 大气气氛
B Ar气氛

Claims (7)

1.一种多孔铝烧结体，由多个铝基材烧结而成，其特征在于，
在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的柱状突起，且具有所述铝基材彼此经由所述柱状突起结合而成的结合部，
该结合部中存在Ti-Al系化合物，且所述结合部的表层中存在含有Al和Si的共晶合金相，
所述铝基材为铝纤维，或者，所述铝基材为铝纤维和铝粉末。
2.根据权利要求1所述的多孔铝烧结体，其特征在于，
所述共晶合金相还含有Mg。
3.一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，使用铝纤维作为所述铝基材，或者使用铝纤维和铝粉末作为所述铝基材，在所述铝基材的外表面固着含有Ti和Si的Ti-Si颗粒而形成烧结用铝原料；烧结用铝原料层叠工序，层叠所述烧结用铝原料；及烧结工序，加热已层叠的所述烧结用铝原料而进行烧结，
所述多孔铝烧结体的制造方法形成从所述铝基材中的固着有所述Ti-Si颗粒的部位朝向外侧突出的多个柱状突起，经由该柱状突起而将多个所述铝基材彼此结合。
4.根据权利要求3所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
所述Ti-Si颗粒含有Mg。
5.根据权利要求3所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
所述烧结用铝原料具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti及0.1质量％以上且15质量％以下的Si，剩余部分为不可避免杂质。
6.根据权利要求4所述的多孔铝烧结体的制造方法，其特征在于，
所述烧结用铝原料具有如下成分：除铝基材以外含有0.1质量％以上且20质量％以下的Ti、0.1质量％以上且15质量％以下的Si及0.1质量％以上且5质量％以下的Mg，剩余部分为不可避免杂质。
7.根据权利要求3至6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Ti-Si颗粒通过将包含Ti粉末和Si粉末的粉末原料与粘合剂一同混炼造粒而成型，所述Ti粉末由金属钛和氢化钛中的任意一种或两种构成。
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