JP2001073010A - 金属多孔体の焼成方法 - Google Patents

金属多孔体の焼成方法

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JP2001073010A
JP2001073010A JP24998499A JP24998499A JP2001073010A JP 2001073010 A JP2001073010 A JP 2001073010A JP 24998499 A JP24998499 A JP 24998499A JP 24998499 A JP24998499 A JP 24998499A JP 2001073010 A JP2001073010 A JP 2001073010A
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Japan
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firing
green sheet
green sheets
porous metal
furnace
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JP24998499A
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Yoshikazu Yamamasu
義和 山桝
Shinichiro Sakai
進一郎 坂井
Masami Ichihara
政美 市原
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 グリーンシートを多層積層して多量の金属多
孔体を同時に焼成してもグリーンシートが均一に収縮
し、かつ、互いに付着してしまうことがない。 【解決手段】 金属粉と有機結合剤を混練して成形した
グリーンシートを、焼成炉内で脱脂工程および焼成工程
を経て焼成する金属多孔体の焼成方法において、複数の
グリーンシート16をグラファイトやステンレスなどの
水平な敷板18上に複数積層するとともに、各グリーン
シート16間に離型材17を挿入し、脱脂工程で、離型
材17を炭化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル水素電池
などの二次電池用基板、燃料電池用電極、フィルタなど
に使用するニッケル(Ni)などの金属多孔体の焼成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】ニッケル水素電池の正極やフィルタなど
には金属多孔体が使用される。ニッケル水素電池の正極
は、導電基材となる多孔体に、正電極活物質として動作
する水酸化ニッケルを充填してなるものである。二次電
池用基板は、通常、厚さが1〜3mmである。
【0003】図3は従来の連続焼成炉の概要図である。
図において、1は連続焼成炉で、脱脂領域2と、焼成領
域3と、緩冷領域4と、冷却領域5とから構成されてい
る。6は脱脂領域2および焼成領域3を構成する耐火材
である。7は脱脂領域2内のマッフル11の上下に配設
したニクロムヒータなどのヒータである。8は焼成領域
3内のマッフル11の上下に配設したシリコンカーバイ
ドなどのヒータである。9は被焼成体(ニッケル金属多
孔体)の入口であり、10は出口である。マッフル11
は、脱脂領域2、焼成領域3、緩冷領域4および冷却領
域5内を連通するように連接されている。12はこのマ
ッフル11内をグリーンシート9を載置して走行するメ
ッシュコンベヤである。13はメッシュコンベヤ12の
ベルト駆動プーリで、図示しない駆動装置により回転駆
動される。14はテールプーリである。15は水冷ジャ
ケットである。
【0004】このように構成された連続焼成炉1でニッ
ケル金属多孔体を焼成するときは、Niの金属粉と有機
結合剤を混合して成形したグリーンシート9を、グラフ
ァイト板またはSUS板に載せ、それをメッシュコンベ
ヤ12のベルト上に載置して移動し、連続焼成炉1の脱
脂領域2内に搬入し、脱脂領域2内で、ヒータ8により
加熱してグリーンシート9の結合剤を熱分解させ、ガス
化した後、焼成領域3内に移動する。焼成領域3内でヒ
ータにより加熱して金属粉同士を焼結させてグリーンシ
ート9を焼成する。引き続き、グリーンシート9を移動
して緩冷領域4および冷却領域5内で徐々に冷却して連
続焼成炉1から搬出する。
【0005】図4は従来のイプセン炉の概要図である。
図において、aはイプセン炉である。bはグラファイト
製の多段の棚で、上下の棚b間にはガスを通すために約
50mmの隙間を設けている。cは棚b上に載置したグ
リーンシートである。
【0006】イプセン炉aでグリーンシートcを焼成す
るときは、複数のグリーンシートcを多段の棚b上に載
置し、図示しないヒータにより加熱してグリーンシート
cの結合剤を熱分解させて脱脂した後、昇温して金属粉
同士を焼結させてグリーンシートcを焼成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の連続焼成炉による金属多孔体の焼成方法では、グリ
ーンシートは焼結時に長さが20〜30%収縮するた
め、グリーンシートを多層積層して焼成すると敷板に拘
束されてグリーンシートは均一に収縮できなくなり、厚
さ分布が不均一になったり、グリーンシート同士が付着
してしまったりするので、金属のベルトやグラファイト
板の敷板にグリーンシートを1枚載せた状態でしか焼成
することができない。連続焼成炉の移動速度は、せいぜ
い30cm/minであり、1枚ずつ送るのでは生産性
が悪い。また、イプセン炉による金属多孔体の焼成方法
では、グリーンシートを載せる上下の棚間に約50mm
の隙間を設けなければならないため、多量の金属多孔体
を同時に焼成するのはむずかしい。グリーンシート間に
アルミナシートあるいはアルミナペーパーを挿入して多
層焼結するこたは可能であるが、アルミナシートは高価
であり、シートに凹凸があると焼成後の金属多孔体の平
滑性が劣るなどの問題がある。
【0008】本発明は、以上述べたような従来技術の問
題点に鑑み案出したもので、グリーンシートを多層積層
して多量の金属多孔体を同時に焼成してもグリーンシー
トが均一に収縮し、かつ、互いに付着してしまうことの
ない金属多孔体の焼成方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明の金属多孔体の焼成方法は、金
属粉と有機結合剤を混練して成形したグリーンシート
を、焼成炉内で脱脂工程および焼成工程を経て焼成する
金属多孔体の焼成方法において、複数のグリーンシート
をグラファイトやステンレスなどの水平な敷板上に複数
積層するとともに、各グリーンシート間に離型材を挿入
し、脱脂工程で、離型材を炭化させる金属多孔体の焼成
方法が提供される。
【0010】上段のグリーンシートの上面にグラファイ
トなどの水平な押え板を載置するようにしてもよい。
【0011】金属粉は、Ni粉またはNiとNiOの混
合粉であるのが好ましい。
【0012】離型材は、和紙やテッシューペーパなどの
炭化可能な材料であるのが好ましい。
【0013】また、脱脂工程は、グリーンシート中の結
合剤が熱分解するとともに、離型材が炭化する5〜10
%のH2 を含むN2 などの不活性ガス雰囲気で行われる
のが好ましい。
【0014】次に本発明の作用を説明する。本発明で
は、Ni粉またはNiとNiOの混合粉などの金属粉と
有機結合剤からなる複数の金属多孔体のグリーンシート
を、グラファイトやステンレスなどの水平な敷板上に積
層するとともに、各グリーンシート間に和紙やテッシュ
ーペーパなどの炭化可能な離型材を挿入する。この複数
のグリーンシートを積層した敷板を、焼成炉内に搬入
し、焼成炉内で多量の金属多孔体を同時に脱脂、焼結す
るとともに、各グリーンシート間に挿入した離型材を蒸
し焼き状態にしてカーボン層を作り焼結するので、この
カーボンによってグリーンシート同士が付着してしまう
ことを防ぎ、かつ、各グリーンシートの収縮を均一にす
ることができる。脱脂工程では、5〜10%のH2 を含
むN2 などの不活性ガスを供給し、金属粉と結合してい
る結合剤を熱分解して脱脂する。なお、上段のグリーン
シートの上面にグラファイトなどの水平な押え板を載置
して焼成すれば、より平坦な金属多孔体を焼成すること
ができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。図1は請求項1記載発
明の説明図である。なお、本発明に使用する連続焼成炉
については、図3に示した従来の連続焼成炉と同様の構
成を有するので、連続焼成炉の説明は省略する。
【0016】図において、16はNi粉またはNiとN
iOの混合粉などの金属粉と有機結合剤を混合して成形
した複数のグリーンシートである。17はグリーンシー
ト16の間に挿入した和紙やテッシューペーパなどの離
型材で、たとえば、緻密なグリーンシート16を焼成す
るときは、離型材17を複数枚重ね合わせて加熱用ガス
を逃げやすくする。18はグラファイトやステンレスな
どの水平な敷板で、グリーンシート16を載置する。
【0017】図2は請求項2記載発明の説明図である。
図1に示す上段のグリーンシート16の上面にグラファ
イトなどの水平な押え板19を載置したものである。
【0018】次に実施形態に基づく作用について説明す
る。本発明では、Ni粉またはNiとNiOの混合粉な
どの金属粉と有機結合剤からなる複数の金属多孔体のグ
リーンシート16を、グラファイトやステンレスなどの
水平な敷板18上に積層するとともに、各グリーンシー
ト16間に和紙やテッシューペーパなどの炭化可能な離
型材17を挿入する。この複数のグリーンシート16を
積層した敷板18を、焼成炉内に搬入し、焼成炉内で多
量の金属多孔体を同時に脱脂、焼結するとともに、各グ
リーンシート16間に挿入した離型材17を蒸し焼き状
態にしてカーボン層を作り焼結するので、カーボンによ
ってグリーンシート16同士が付着してしまうことがな
く、かつ、各グリーンシート16の収縮を均一にするこ
とができる。脱脂工程では、5〜10%のH2 を含むN
2 などの不活性ガスを供給し、金属粉と結合している結
合剤を熱分解する。なお、上段のグリーンシート16の
上面にグラファイトなどの水平な押え板19を載置して
焼成すれば、より平坦な金属多孔体を焼成することがで
きる。
【0019】
【実施例】次に本発明の実験結果について説明する。な
お、焼成実験は、バッチ炉と連続焼成炉のそれぞれにつ
いて行った。 (1)バッチ炉について 84〜86%の空隙率を有するINCO社製のカルボニ
ルNi210粉からなるNiグリーンシート(5wt%
結合剤(メチルセルロース)、厚さ1mm、幅20m
m、長さ30cm)を5枚積層し、各グリーンシート間
に1〜3枚の和紙を挿入し、室温から450℃まで5%
のH2 ガスを含むN2 ガス雰囲気で加熱してグリーンシ
ートの結合剤を除去するとともに、和紙を炭化した後、
真空雰囲気で1,000℃で焼結を行った。
【0020】この実験の結果、焼成後の各グリーンシー
トは、ほとんど同じ焼結による収縮率を示し、幅方向の
収縮率=22%±0.5%、長さ方向の収縮率=19%
±0.5%、炭素含有率=0.4〜0.5で、グリーン
シート1枚を単独で焼成したものとほぼ同じものを焼結
することができた。なお、和紙を1枚で焼成した場合と
3枚で焼成した場合とでは、焼成後のNi多孔体に優位
差は認められなかった。ただし、空隙率が低いグリーン
シートの場合には、脱脂を促進するためにグリーンシー
ト間に挿入する枚数を多くする方が望ましい。
【0021】(2)連続焼成炉について 脱脂領域8m、焼成領域5m、冷却領域5mから構成さ
れた連続焼成炉(雰囲気ガスの流れは出口側からの対向
流)を用い、グリーンシートの送り速度0.3m/mi
n、焼成領域の設定温度1,050℃で、このときの雰
囲気ガスは10%のH2 ガスを含むN2 ガスで焼成した
が、脱脂領域については脱脂領域と焼成領域の境界から
2 ガスを供給して脱脂領域のH2 ガス濃度を5%とし
た。このN2 ガスを供給する目的は、脱脂領域のH2
ス濃度を下げることと、脱脂ガスの除去を促進するため
である。
【0022】この実験の結果、上記バッチ炉での実験と
同等のNi多孔体を焼結することができた。
【0023】本発明は、以上述べた実施形態に限定され
るものではなく、焼成炉は連続焼成炉でもイプセン炉な
どのバッチ式炉であってもよいなど本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変更が可能である。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の金属多孔体
の焼成方法によれば、複数のグリーンシートを積層する
とともに、各グリーンシート間に和紙やテッシューペー
パなどの離型材を挿入して蒸し焼き状態に炭化して焼成
するので、グリーンシートを多層積層して多量の金属多
孔体を同時に焼成してもグリーンシートが均一に収縮
し、かつ、互いに付着してしまうことがないなどの優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1記載発明の説明図である。
【図2】本発明の請求項2記載発明の説明図である。
【図3】従来の連続焼成炉の断面図である。
【図4】従来のイプセン炉の概要図である。
【符号の説明】
1 連続焼成炉 2 脱脂領域 3 焼成領域 4 緩冷領域 5 冷却領域 16 グリーンシート 17 離型材 18 敷板 19 押え板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市原 政美 東京都江東区豊洲三丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Fターム(参考) 4K018 AA07 BA04 BC13 CA44 DA03 DA21 DA32 DA33 HA08 KA38

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属粉と有機結合剤を混練して成形した
    グリーンシートを、焼成炉内で脱脂工程および焼成工程
    を経て焼成する金属多孔体の焼成方法において、複数の
    グリーンシートをグラファイトやステンレスなどの水平
    な敷板上に複数積層するとともに、各グリーンシート間
    に離型材を挿入し、脱脂工程で、離型材を炭化させるこ
    とを特徴とする金属多孔体の焼成方法。
  2. 【請求項2】 上段のグリーンシートの上面にグラファ
    イトなどの水平な押え板を載置した請求項1記載の金属
    多孔体の焼成方法。
  3. 【請求項3】 金属粉は、Ni粉またはNiとNiOの
    混合粉である請求項1および請求項2記載の金属多孔体
    の焼成方法。
  4. 【請求項4】 離型材は、和紙やテッシューペーパなど
    の炭化可能な材料である請求項1ないし請求項3記載の
    金属多孔体の焼成方法。
  5. 【請求項5】 脱脂工程は、グリーンシート中の結合剤
    が熱分解するとともに、離型材が炭化する5〜10%の
    2 を含むN2 などの不活性ガス雰囲気で行われる請求
    項1ないし請求項4記載の金属多孔体の焼成方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102013896B1 (ko) * 2018-03-29 2019-08-23 조인셋 주식회사 세퍼레이터 및 이를 적용한 다수의 그린시트 유닛의 소성방법
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CN114603140A (zh) * 2022-05-12 2022-06-10 西部宝德科技股份有限公司 一种多孔金属薄膜的烧结装置及方法

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