JP2003192467A - 開放気孔を有する多孔質材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多孔質材料の一方の面から他方の面に向かっ
て順次平均気孔径が変化する開放気孔を有する多孔質材
料及び全体にわたりほぼ一定の平均気孔径の開放気孔を
有する多孔質材料を製造する方法を提供する。 【構成】 耐火材１上に燃焼合成反応により多孔質材料
を形成し得る組成の粉末混合物の加圧成形体２をその高
さが最も低くなるように横置きし、その上に着火材３、
複数のカーボンリボンヒータ４、断熱絶縁体５及び重し
６を順次積層して、不活性雰囲気中でカーボンリボンヒ
ータ４に通電して成形体２に燃焼合成反応を行わせる。
この方法により一方の面から他方の面に向かって順次平
均気孔径が変化する開放気孔を有する多孔質材料が得ら
れる。上記成形体２の周囲を間隔を隔てて衝立で覆う
と、全体にわたりほぼ一定の平均気孔径の開放気孔を有
する多孔質材料が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開放気孔を有する
多孔質材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、燃焼合
成法による気孔径分布が制御された開放気孔を有する多
孔質材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、本発明の構成理解のために、空孔
を持った多孔質材料の性質について説明する。空孔を持
った多孔質材料は、構造からみて、アグリゲート型、ス
ポンジ型、バルーン型、繊維型及び多孔膜型等に大別で
き、また、その母体の構成材料からみて、鉱物、セラミ
ックス、金属等からなる無機系のもの及びプラスチック
等からなる有機質のものに分けられる。

【０００３】アグリゲート型とは、固体粒子が相互に接
点で焼結固化してできたような多孔質材料であり、焼結
金属型（金属粒子の接点で焼結固化したもので、ほとん
どの空孔は粒子間の隙間に存在する）、陶磁器型（粒子
間の空孔のほかに粒子内にも小孔を有する）、活性炭型
（数Åから数百Åの細孔からなり上記の二種とは利用分
野が大きく異なる）、粉粒体型（粉粒体の集まったもの
で多孔質材料に準じる）に分類できる。スポンジ型は、
空孔を形成する隔膜が固体物質そのものであり、ウレタ
ンフォームや泡ガラス等にみられる。バルーン型は、粒
子が中空形態のものからなる。繊維型のものは、ガラス
ウールのような繊維の集合体から構成されたものであ
り、また、多孔膜型のものは中空糸、濾過膜等から構成
されたものである。

【０００４】さらに、空孔を持った多孔質材料は、空孔
の連通性から、開放気孔型と密閉気孔型に分類され、前
者は気孔が互いに連通し、材料全体として通気性又は透
水性を有するものであり、主として濾過、吸着、触媒担
体として用いられる。後者は空孔がそれぞれ独立してい
るものであり、断熱材、構造材、包装材等として用いら
れる。

【０００５】本発明における「開放気孔を有する」と
は、一部には閉気孔や洞穴のように奥が行き止まりでも
外に向かっては開放されている気孔を有していても良い
が、大部分の気孔が互いに連通し、材料全体としてみた
ときに通気性又は透水性を有することを意味し、必ずし
も全ての気孔が互いに連通していることを意味するもの
ではない。

【０００６】従来、開放気孔を有する多孔質材料は、焼
結法、メッキ法、発泡法、加圧鋳造法、溶出法等により
製造されているが、ここでは、本発明で採用される燃焼
合成法と比較する都合上、焼結法についてのみ説明す
る。

【０００７】焼結法は、金属粒子、セラミックス粒子、
金属繊維、セラミックス繊維等を原料とし、通常バイン
ダーと共に混練し、成形後に脱バインダー工程を経て焼
結することにより製造される。粒子状原料を用いる粒子
焼結法は、製法も簡単で、原料も比較的安価であること
から無機系多孔質材料の製造方法として広く用いられて
いる。また、繊維状原料を用いる繊維焼結法は、原料繊
維として用途に応じて長繊維又は短繊維が使用され、短
繊維を原料とする場合は通常の粉末成形と同様に金型に
よる成形が行われるが、長繊維の場合には不織布状にし
た原料を焼結して多孔質体としている。

【０００８】これらの周知の焼結法による多孔質材料の
製造方法は、最短でも、化合物粉体ないしは繊維の合
成、成形、焼結の３つのプロセスを経る必要がある。し
かも、焼結には、原料により相違するが、数百℃〜千数
百℃まで加熱する必要があり、さらに、粒子焼結法によ
り通気性金型材として十分に使用し得る多孔質材料を得
るためには、気孔径が数μｍ〜数十μｍと微細で、気孔
の分布や均一性及び高強度が要求されるため、ＨＩＰ法
（熱間静水圧加圧法）を用いて高温高圧で焼結する必要
がある。そのため、製造に長い時間を必要とするばかり
でなく、焼結炉等の加熱手段に多大な費用とエネルギー
を必要とするという欠点が存在する。ＨＩＰ法に至って
は、高温で等方向に高圧に加圧する装置を必要とするこ
とから、さらに高価となることは明らかであろう。

【０００９】一方、近年に至り、燃焼合成法により金属
間化合物、セラミックス、高融点複合材料が合成される
ようになってきた。燃焼合成法は、大きい熱量放出を伴
う固体燃焼反応を利用したもので、十分に発熱量の大き
い系では、放出熱が燃焼先端での迅速反応を維持できる
ので、着火以後、外部から熱量を供給しなくても、燃焼
は自発的に起こる。つまり、複数の単体粉末の混合物成
形体の１点を着火することによって誘発される連鎖発熱
反応により燃焼波の伝播が維持され、その燃焼先端で化
合物が合成されていく。

【００１０】この燃焼合成法は、化合物の合成及び焼結
プロセスを同時に可能とし、しかも、秒単位の極めて短
時間で作成することができる。そして、化合物合成時に
原料が全て効率よく生成物に変換され、外部からのエネ
ルギー供給を最小限に抑えることができる。

【００１１】この方法により、既にＴｉＣ（”Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｙｎｔｈｅｓｉｓ
ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，ｖｏｌ．１，Ｎ
ｏ．５（１９９３），ｐ．３１１−３２２）、ＴｉＢ_２
−ＳｉＣ系セラミックス（特開平１０−１０１４３３号
公報）、Ｔｉ−Ａｌ合金（特開平１１−１７２３５１号
公報）、ＡｌＮ（特開２０００−１６８０５号公報）を
始めとして各種の金属間化合物、セラミックス、金属−
セラミックス複合体等が製造されている。（「工業材
料」１９９９年９月号（Vol.47,No.9）、２８〜３２頁
参照）本発明者らは、既に特願２００１−１５９５１５
号として、原料の組成、配合比、粒度等を制御すること
により、開放気孔の分布及び孔径のばらつきが少なく、
しかも高強度の多孔質材料を再現性良く製造することが
できる燃焼合成法を採用した開放気孔を有する多孔質材
料の製造方法の発明（以下、「先行発明」という。）を
開示している。

【００１２】この先行発明は、少なくとも次の（１）〜
（３）の製造工程を含む開放気孔を有する多孔質材料の
製造方法を含むものである。 （１）原料として、発熱反応により金属間化合物を形成
し得る複数種の金属粉末を用い、この複数種の金属粉末
を混合する工程、（２）前記工程で得られた複数種の金
属の粉末の混合物を所定の形状に加圧成形する工程、
（３）前記工程で得られた成形体の一部に着火して、燃
焼合成反応を起こさせる工程。

【００１３】また、上記先行発明は、前記発熱反応によ
り金属間化合物を形成し得る複数種の金属として、Ｔｉ
−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｏ、Ｎｂ−Ａｌ、Ｔｉ−
Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｗ
及びＭｏ−Ｓｉの組合わせから選択される少なくとも１
組を用いることができ、前記形成される金属間化合物と
してＴｉＮｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＣｏ、Ｎｂ_２Ａｌ、Ｎｂ
Ａｌ_３、Ｔｉ_５Ｓｉ_３、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ、Ｎ
ｉＳｉ、ＡｌＴｉ、Ｎｉ_４Ｗ、ＭｏＳｉ_２からなる群か
ら選択される少なくとも１種とすることができ、また、
前記原料中にさらに他の金属粉末やセラミックス粉末を
も含有させることもできるものである。

【００１４】さらに、上記先行発明は、少なくとも次の
（ａ）〜（ｃ）の製造工程を含む開放気孔を有する多孔
質材料の製造方法を含むものである。 （ａ）原料として、（ｉ）発熱反応により硼化物、窒化
物又は炭化物を形成し得る少なくとも１種の金属粉末、
及び、（ii）硼素、窒化硼素、炭素及び炭化硼素からな
る群より選択された少なくとも１種の粉末を用い、これ
らの粉末を混合する工程、（ｂ） 前記工程で得られた
混合物を所定の形状に加圧成形する工程、（ｃ）前記工
程で得られた成形体の一部に着火して、燃焼合成反応を
起こさせる工程。

【００１５】また、上記先行発明は、前記発熱反応によ
り硼化物、窒化物又は炭化物を形成し得る少なくとも１
種の金属としてＴｉ、Ｓｉ及びＷからなる群から選択さ
れる少なくとも１種とすることができ、形成されるセラ
ミックスとしてＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、Ｓ
ｉＣ及びＷＣからなる群から選択される少なくとも１種
とすることができ、さらに、原料中にセラミックス粉末
を含有させることもできる。

【００１６】さらに、上記先行発明は、少なくとも次の
（Ａ）〜（Ｃ）の製造工程を含む開放気孔を有する多孔
質材料の製造方法を含むものである。 （Ａ）原料として、テルミット反応を起こし得る金属酸
化物及びアルミニウム粉末を混合する工程、（Ｂ）前記
工程で得られた混合物を所定の形状に加圧成形する工
程、（Ｃ）前記工程で得られた成形体の一部に着火し
て、燃焼合成反応を起こさせる工程。

【００１７】また、上記先行発明は、前記テルミット反
応を起こし得る金属酸化物としてＶ _２Ｏ_５を使用するこ
とができ、前記原料中にさらなる発熱反応により金属間
化合物を形成し得る複数種の金属粉末を含有させること
もできる。

【００１８】上記先行発明により製造可能な多孔質材料
は以下のとおりである。 （ｉ）金属、（ii）セラミックス、（iii）金属とセラ
ミックスとの複合体。

【００１９】金属系多孔質材料は、金属間化合物の生成
熱を利用するもので、金属間化合物としてはＴｉＮｉ、
ＡｌＮｉ、ＡｌＣｏ、Ｎｂ_２Ａｌ、ＮｂＡｌ_３、Ｔｉ_５
Ｓｉ _３、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ、ＮｉＳｉ、ＡｌＴ
ｉ、Ｎｉ_４Ｗ、ＭｏＳｉ_２等で、これらの組合わせや必
要に応じてこれらに金属担体又は複数の金属を添加して
製造することができるものである。

【００２０】セラミックス系多孔質材料は、生成物がセ
ラミックスとなるような金属、遷移金属と硼素、窒化硼
素、炭素及び炭化硼素等の組合わせにより製造すること
ができるものである。

【００２１】燃焼合成可能なセラミックスとしては、Ｔ
ｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＷＣ等で、
これらの組合わせも可能であり、必要に応じてさらに酸
化物や炭化物等のセラミックスを添加して製造すること
もできるものである。

【００２２】金属とセラミックスの複合体系多孔質材料
は、金属間化合物として燃焼合成可能なものとセラミッ
クスとの組合わせや、テルミット反応（例．８Ａｌ＋３
Ｆｅ _３Ｏ_４ → ９Ｆｅ＋４Ａｌ_２Ｏ_３、３ＴｉＯ_２＋
４Ａｌ → ２Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｔｉ）を利用したもの等
多くの組合わせが可能であり、その種類も多い。

【００２３】上記先行発明の方法で作成された開放気孔
を有する多孔質材料は、開放気孔の分布及び孔径のばら
つきが少なく、かつ、高強度であり、しかも、原料粉末
の種類や粒度を種々選択することにより、気孔が微細で
気孔の分布や孔径が均一なものが得られるので、射出成
型用金型等の用途にも適用することができるという優れ
た効果を奏するものである。

【００２４】上記先行発明で作成される多孔質材料の利
用し得る機能及び適用し得る用途を例示すると次のとお
りである。 （１）濾過機能（気体、蒸気、液体の濾過） （２）透過通気機能（気体の逃がし、吹き込み、液体透
過（潤滑等）、流量調整） （３）分離濃縮機能 （４）吸収、吸着機能 （５）音響機能（吸音、消音） （６）衝撃吸収機能（防振、緩衝） （７）熱的機能（断熱、熱交換） （８）化学機能（触媒、イオン交換）、 （９）貯蔵機能（保水）、 （１０）重量軽減機能（浮揚体）、 （１１）機械的機能（靱性、柔軟性等）、 （１２）毛管機能（液体の供給）。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記先行
発明は多種多様な燃焼合成法による開放気孔を有する多
孔質材料の製造方法を開示しているが、得られた多孔質
材料はある程度は均一な平均気孔径分布を有しているに
してもその均一さの程度は当業者にとり十分に満足がい
くものではなく、しかもこの平均気孔径分布を詳細に制
御することはできなかった。

【００２６】上記先行発明では、図７に示すように、燃
焼合成反応は耐火材１の上部に所定の原料粉末から加圧
成形して得た成形体２を、燃焼合成反応が進行する方向
の長さが長く且つその方向と直角な方向の断面積が小さ
い状態（以下、単に「縦置き」という。）に載置し、そ
の成形体２の上部に着火材ペレット（成形体）３、カー
ボンリボンヒータ４、断熱絶縁体５及び重し６の順に載
せて、その後に真空ないしは不活性雰囲気中でカーボン
リボンヒータ４に電流を流して着火材ペレット（成形
体）３を介して成形体２の燃焼合成反応を行わせるもの
である。

【００２７】本発明者等は、上記の先行発明の問題点を
解決すべく種々実験を重ねた結果、上記先行発明の燃焼
合成反応は、通常数秒ないしは数分内で終了するが、成
形体２の周囲が開放されているので、燃焼合成反応時に
発生した熱が周囲に逃散し、成形体の加熱が均一に行わ
れないために平均気孔径分布がばらつくものと考察し、
燃焼合成時に発生した熱により成形体２全体が均一に加
熱できれば平均気孔径分布が均一となり、逆に積極的に
成形体２の加熱が不均一になるようにして成形体２に温
度勾配を与えることができれば平均気孔径分布が一方の
表面から他方の表面へと連続的に変化させることができ
ることを見出し、本件発明を完成するに至ったものであ
る。

【００２８】すなわち、本件発明は、多孔質体の一方の
面から他方の面にかけての平均気孔径分布が実質的に一
定な開放気孔を有する多孔質体の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２９】また、本発明の別の目的は、多孔質体の一
方の面から他方の面にかけての平均気孔径分布が順次変
化している開放気孔を有する多孔質体の製造方法を提供
することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は以下
の方法により解決することができる。すなわち、本発明
の一態様によれば、少なくとも、（１）燃焼合成反応に
より多孔質体を形成し得る組成の原料粉末を混合後に加
圧成形して成形体を得る工程、（２）前記成形体を、耐
火材表面に載置して、その上端を除く周囲に間隔をあけ
て衝立で覆う工程、（３）前記成形体に上端側から燃焼
合成反応を起こさせる工程、からなる開放気孔を有する
多孔質材料を形成する方法が提供される。

【００３１】かかる方法によれば、一方の面から他方の
面にかけて平均気孔径が実質的に均一な開放気孔を有す
る多孔質材料を得ることができる。

【００３２】その際、上記（１）の工程における原料粉
末としては、発熱反応により金属間化合物を形成し得る
複数種の金属の粉末を使用することができ、また、該発
熱反応により金属間化合物を形成し得る複数種の金属と
して、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｏ、Ｎｂ−Ａ
ｌ、Ｔｉ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔ
ｉ、Ｎｉ−Ｗ及びＭｏ−Ｓｉの組合わせから選択される
少なくとも１組であり、前記形成される金属間化合物が
ＴｉＮｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＣｏ、Ｎｂ_２Ａｌ、ＮｂＡｌ
_３、Ｔｉ_５Ｓｉ_３、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ、ＮｉＳ
ｉ、ＡｌＴｉ、Ｎｉ_４Ｗ、ＭｏＳｉ_２からなる群から選
択される少なくとも１種とすることができ、さらには、
前記原料粉末中にさらに他の金属粉末、セラミック粉末
あるいは別途前記燃焼合成反応により合成した金属間化
合物を粉砕して得た粉末をも含有させることができる。

【００３３】なお、上記（１）の工程における原料粉末
としては、（ｉ）発熱反応により硼化物、窒化物又は炭
化物を形成し得る少なくとも１種の金属粉末、及び、
（ii）硼素、窒化硼素、炭素及び炭化硼素からなる群よ
り選択された少なくとも１種の粉末を使用することもで
き、また、該（ｉ）の金属粉末がＴｉ、Ｓｉ及びＷから
なる群から選択される少なくとも１種であり、形成され
るセラミックスがＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、
ＳｉＣ及びＷＣからなる群から選択される少なくとも１
種とすることができ、さらに、前記（１）の工程におけ
る原料粉末中に他の金属粉末、セラミックス粉末あるい
は別途燃焼合成反応により合成した化合物を粉砕して得
たＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ及びＷＣ
からなる群から選択される少なくとも１種の粉末をも含
有させることができる。

【００３４】さらに、上記（１）の工程における原料粉
末としては、テルミット反応を起こし得る金属酸化物及
びアルミニウム粉末を使用することができ、また、該テ
ルミット反応を起こし得る金属酸化物をＶ_２Ｏ_５するこ
とができ、さらに、前記原料中にさらに発熱反応により
金属間化合物を形成し得る複数種の金属粉末を含有させ
ること、該金属間化合物を形成し得る複数種の金属粉末
をＮｉ粉末及びＴｉ粉末とすること、さらには、前記
（１）の工程における原料粉末中に別途テルミット反応
を起こし得る金属酸化物及びアルミニウム粉末から合成
した化合物を粉砕して得た粉末をも含有させることがで
きる。

【００３５】さらに、本発明の別の態様によれば、少な
くとも、（１）燃焼合成反応により多孔質体を形成し得
る組成の原料粉末を混合後に加圧成形して成形体を得る
工程、（２）前記成形体を、周囲を開放した状態で耐火
材表面に高さが最も低くなるように載置する工程、
（３）前記成形体に上端側から燃焼合成反応を起こさせ
る工程、からなる開放気孔を有する多孔質材料の製造方
法が提供される。

【００３６】かかる方法によれば、気孔径が一方の面か
ら他方の面にわたって連続的に変化している開放気孔を
有する多孔質材料を製造することができる。

【００３７】その際、前記原料粉末として、発熱反応に
より金属間化合物を形成し得る複数種の金属の粉末を使
用することができ、該前記発熱反応により金属間化合物
を形成し得る複数種の金属として、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｌ−
Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｏ、Ｎｂ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓ
ｎ、Ｎｉ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｗ及びＭｏ−Ｓｉ
の組合わせから選択される少なくとも１組であり、前記
形成される金属間化合物がＴｉＮｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＣ
ｏ、Ｎｂ_２Ａｌ、ＮｂＡｌ_３、Ｔｉ_５Ｓｉ_３、Ｎｉ_３Ｓ
ｎ_２、Ｎｉ_３Ｓｎ、ＮｉＳｉ、ＡｌＴｉ、Ｎｉ_４Ｗ、Ｍ
ｏＳｉ_２からなる群から選択される少なくとも１種とす
ることもでき、さらには、前記原料粉末中にさらに他の
金属粉末、セラミック粉末あるいは別途前記燃焼合成反
応により合成した金属間化合物を粉砕して得た粉末を含
有させることもできる。

【００３８】なお、前記燃焼合成反応により多孔質体を
形成し得る組成の原料粉末として、（ｉ）発熱反応によ
り硼化物、窒化物又は炭化物を形成し得る少なくとも１
種の金属粉末、及び、（ii）硼素、窒化硼素、炭素及び
炭化硼素からなる群より選択された少なくとも１種の粉
末とすることができ、前記発熱反応により硼化物、窒化
物又は炭化物を形成し得る少なくとも１種の金属粉末を
Ｔｉ、Ｓｉ及びＷからなる群から選択される少なくとも
１種であり、形成されるセラミックスがＴｉＣ、Ｔｉ
Ｂ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ及びＷＣからなる群から
選択される少なくとも１種とすることもでき、さらに、
前記燃焼合成反応により多孔質体を形成し得る組成の原
料粉末中に他の金属粉末、セラミックス粉末あるいは別
途燃焼合成反応により合成した化合物を粉砕して得たＴ
ｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ及びＷＣから
なる群から選択される少なくとも１種の粉末を含有させ
ることもできる。

【００３９】また、前記燃焼合成反応により多孔質体を
形成し得る組成の原料粉末として、テルミット反応を起
こし得る金属酸化物及びアルミニウム粉末とすることが
でき、さらに、前記燃焼合成反応により多孔質体を形成
し得る組成の原料粉末中にさらに発熱反応により金属間
化合物を形成し得る複数種の金属粉末を含有させるこ
と、前記金属間化合物を形成し得る複数種の金属粉末を
Ｎｉ粉末及びＴｉ粉末とすることもできる。

【００４０】そこで、以下、本発明の具体例をＴｉ−Ｃ
−Ｎｉ系の多孔質材料の製造方法に関する実施例でもっ
て詳細に説明する。

【００４１】

【発明の実施の形態】

【実施例】この実施例では、まず、最初に燃焼合成法に
よりＴｉＣを合成する。これは、Ｔｉ粉末とＣ粉末との
なじみが悪く、単に両粉末を混ぜ合わせて加圧成形して
も高強度の緻密な成形体が得られにくいこと、及びＴｉ
粉末及びＣ粉末が燃焼合成反応を起こしてＴｉＣを生成
するときの発熱量が多いために燃焼温度が高くなり、室
温にまで冷却される際に亀裂や劈開等を生じることがあ
るために、予めＴｉＣを混入しておいて加圧成形時の成
形体の強度及び密度を大きくし、かつ燃焼合成反応時の
発熱量をコントロールするためである。

【００４２】まず、Ｔｉ金属粉末１モルに対しＣ（炭
素）粉末ｎモル（ただし、ｎ＝０．５〜２．０）を乾式
混合し、炭素坩堝内に軽くタッピングして詰め、真空又
は不活性ガス雰囲気内で燃焼合成を行い、スポンジ状の
反応生成物を得る。この反応生成物を乳鉢等で解砕・粉
砕する。

【００４３】次に上記反応生成物の粉末に対し、Ｔｉ粉
末、Ｃ粉末及びＮｉ粉末を以下の割合となるように添加
する。（単位は重量％） （１）ｎ≧１のとき a/100×{TiC＋(n-1)C}＋a/100×(n-1)×Ti＋b/100×（T
i＋C）＋d/100×Ni （２）ｎ＜１のとき a/100×{TiC＋(n-1)C}−a/100×(n-1)×Ti＋b/100×（T
i＋C）＋d/100×Ni ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００、ａ：ｂ＝（０〜６０）：
（１００〜４０）である。

【００４４】上記式において、ｎ、ａ：ｂ及びｄを任意
に選択することにより、気孔率Ｐ_０、見かけ比重、平均
気孔率Ｄ_ａｖを制御することができる。なお、ここでは
Ｔｉ及びＣ以外の金属としてＮｉを例として示したが、
Ｎｉのみでなく、Ｃｏ、Ｆｅ、ＳＵＳ４３０Ｌ、Ｎｉ＋
Ｃｒ、Ｎｉ＋Ｗ、ＴｉＮｉ_３、Ｔｉ_３Ｓｎ、Ｎｉ＋Ｃｒ
＋Ｃｏ、Ｎｉ＋Ａｌ等についても使用することができ
る。

【００４５】

【実施例１】チタン粉末（３２５メッシュパス）１モル
に対して炭素粉末（平均粒径８μｍ）１．５モルになる
ように計量（重量比で７２．６６：２７．３４）し、乾
式にて混合したものを炭素坩堝中に混合粉末を軽く押し
つけながら（タッピングに近い。）充填する。これを燃
焼合成装置に粉末上部にカーボンリボンヒータを接触さ
せ、その上から軽い重しを乗せてセットする。粉末が飛
散しないようにゆっくり真空引きし、装置内の空気を排
除してアルゴンガスで置換し、大気圧とほぼ同等に戻
し、カーボンリボンヒータに交流電流を流して燃焼し、
ＴｉＣ＋０．５Ｃに相当するものを合成した。冷却の
後、炭素坩堝内から合成品を取り出し、乳鉢（又は適当
な破砕機）を用いて３２５メッシュパスの粉末とし、容
器に保存する。

【００４６】上記（１）式において、ａ＝３５ｗｔ％、
ｂ＝４５ｗｔ％、ｄ＝２０ｗｔ％となるように設定し
て、 ＴｉＣ＋０．５Ｃの粉末 ４１．５９ｇ Ｔｉ粉末（３２５メッシュパス） ７３．３９ｇ Ｃ 粉末（平均粒径８μｍ） １４．６２ｇ Ｎｉ粉末（４５μｍパス） ３２．４０ｇ の合計１６２ｇを乾式混合し、５３．９ｍｍ×５３．９
ｍｍの金型に充填し、４０，０００ｋｇｆにて加圧成形
して約１７ｍｍの厚みを有する成形品を作成し、図１に
示すように、耐火材１上に前記成形体２を高さが最も低
くなるように５３．９ｍｍ×５３．９ｍｍの一方の面が
下になるように横置きし、その上に着火ペレット（成形
体）３、複数のカーボンリボンヒータ４、断熱絶縁体５
及び重し６を載せた。次いで、アルゴンガス中で複数の
カーボンリボンヒータ４に交流電流を流して着火ペレッ
ト３を介して成形体２に燃焼合成反応を起こさせ、Ｔｉ
Ｃ＋２０ｗｔ％Ｎｉの多孔性サーメットを得た。

【００４７】得られた多孔性サーメットは、気孔率が３
６．３６％、密度が３．３ｇ／ｃｍ ^３、着火の反対面の
平均気孔が約２０μｍ（図３参照）、着火面の平均気孔
径が約６０μｍ（図４参照）、抗折強度２４００ｋｇｆ
／ｃｍ^２を有し、通気性が優れているものであり、多孔
性サーメット中の気孔は着火面から着火の反対面側へと
連続的に小さくなっていることが確認できた。

【００４８】

【実施例２】実施例１と同様にして得た５３．９ｍｍ×
５３．９ｍｍ×約１７ｍｍの成形品２を、図２に示すよ
うに、耐火材１上に高さが最も高くなるように約１７ｍ
ｍの１つの面が下になるように縦置きし、その上に着火
ペレット（成形体）３、カーボンリボンヒータ４、断熱
絶縁体５及び重し６を載せ、さらに前記成形品２の周囲
に間隔をあけて耐火材製の衝立を立てた。次いで、アル
ゴンガス中で複数のカーボンリボンヒータ４に交流電流
を流して着火ペレット３を介して成形体２に燃焼合成反
応を起こさせ、ＴｉＣ＋２０ｗｔ％Ｎｉの多孔性サーメ
ットを得た。

【００４９】得られた多孔性サーメットは、気孔率が３
３．４８％、密度が３．４７ｇ／ｃｍ^３、５３．９ｍｍ
×５３．９ｍｍ面の両面とも平均気孔が約２０μｍ（図
５及び図６参照）であり、抗折強度２４００ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２を有し、通気性も実施例１に記載のものとほぼ同等
であった。また、得られた多孔性サーメット中の気孔は
一方の面から他方の面にわたってほぼ一定であることが
確認できた。

【００５０】このように、同一の組成の成形体であって
も、図１に記載の燃焼合成装置を使用した場合には、着
火の反対面の平均気孔が小さくなり、着火面の平均気孔
径が大きくなるのに対し、図２に記載の燃焼合成装置を
使用した場合は燃焼合成反応が進行する方向と直角な方
向全体にわたり平均気孔径がほぼ一定となるものが得ら
れた。

【００５１】なお、ここではＴｉ−Ｃ−Ｎｉ系の多孔質
材料の製造方法についての実施例を述べたが、本発明は
ここに例示されたものに限定されるものではなく、燃焼
合成反応により作成し得る種々の化合物に対しても適用
することができることは明らかであろう。

【００５２】なお、上述のような現象が生じる正確な理
由は現在のところ不明であり、今後の研究に待つ必要が
あるが、おそらくは次のような理由によるものと考えら
れる。すなわち、燃焼合成反応は着火ペレット又は本体
の一部で燃焼が始まると大きな輻射熱が外部に放出さ
れ、この輻射熱と熱伝導損失が相まって燃焼波先端の温
度を低下させ、燃焼継続不可能となるわけであるが、図
２に記載の装置のように衝立７が存在するとこの外部に
放出される熱は衝立７で一旦受け止められあるいは反射
され、これから燃焼しようとする部分にその熱が返され
て予熱が行われるため、熱放散が減少して燃焼継続が可
能となるだけでなく、成形体全体にわたり均一に高温に
加熱されるので、平均気孔径はほぼ一定の状態となり、
それに対し、図１に記載のものは、着火面に近い部分は
着火ペレットの熱により過熱（オーバーヒート）されて
金属の溶融や焼結が促進されるために平均気孔径は大き
くなり、着火面と反対側の面に近い部分は、通常燃焼反
応となるために平均気孔径が小さくなるものと推定され
る。

【００５３】したがって、成形体の組成、燃焼合成反応
を起こさせる際の成形体の厚さ、衝立の有無等を適宜考
慮することにより、多孔質体の一方の面から他方の面に
向かって順次平均気孔径が変化する開放気孔を有する多
孔質体や全体にわたりほぼ一定の平均気孔径を有する開
放気孔を有する多孔質体を区別して製造することが可能
となる。

【００５４】加えて、従来、燃焼合成時の反応温度が低
いものや燃焼反応時の反応生成物が占める割合が低い
（すなわち、混合物が多い）などの時には、ケミカルオ
ーブン法（着火ペレットに用いる材料の粉末内に埋めて
燃焼合成反応を起こさせる方法）や誘導加熱や通電加熱
を併用する方法が採用されているが、このような方法で
は製造コストが高くなるので不利である。しかしなが
ら、前記衝立７を使用する方法によれば、熱損失が少な
くなるので、前述のような燃焼合成時の反応温度が低い
ものや燃焼反応時の反応生成物が低い場合にも適用でき
るようになり、経済的にも有利となる。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、上述の如く、得られた多孔質
体の気孔径の分布を、多孔質体全体にわたり均一なもの
となしたり、一方の側から他方の側へと連続的に平均気
孔径が変化するものとなしたり、自由に制御でき、しか
も、開放気孔を有する無機系多孔質体の製造方法として
燃焼合成法を採用したので、化合物の合成及び焼結プロ
セスが同時に可能となり、しかも、秒単位の極めて短時
間で作成することができ、そして、化合物合成時に原料
が全て効率よく生成物に変換され、外部からのエネルギ
ー供給を最小限に抑えることができるという効果を奏す
る。しかも、得られる多孔質体は高強度であるため、プ
ラスチックの射出成形用金型材としても使用することが
でき、さらに、原料の種類や粒径を種々選択することに
より周知の多孔質材料の用途の大部分に適用することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明で使用する燃焼合成装置の一態様を示
す図である。

【図２】 本発明で使用する燃焼合成装置の別の一態様
を示す図である。

【図３】 実施例１で得られた多孔質体の着火の反対側
の表面の拡大（４０倍）図面代用写真である。

【図４】 実施例１で得られた多孔質体の着火側の表面
の拡大（４０倍）図面代用写真である。

【図５】 実施例２で得られた多孔質体の一方側の表面
の拡大（４０倍）図面代用写真である。

【図６】 実施例２で得られた多孔質体の他方側の表面
の拡大（４０倍）図面代用写真である。

【図７】 従来技術の燃焼合成装置を示す図である。

【符号の説明】

１： 耐火材 ２： 成形体 ３： 着火材成形体 ４： カーボンリボンヒータ ５： 断熱絶縁体 ６： 重し ７： 衝立（耐火材、金属板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳井 紀仁 奈良県北葛城郡王寺町藤井２丁目２番８号 株式会社ティ・ケー・エックス王寺工場 内 Ｆターム(参考） 4G019 GA04 JA01 JA02

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、次の（１）〜（３）の工程
   を含むことを特徴とする開放気孔を有する多孔質材料の
   製造方法。 （１）燃焼合成反応により多孔質体を形成し得る組成の
   原料粉末を混合後に加圧成形して成形体を得る工程、
   （２）前記成形体を、耐火材表面に載置して、その上端
   を除く周囲に間隔をあけて衝立で覆う工程、（３）前記
   成形体に上端側から燃焼合成反応を起こさせる工程。
2. 【請求項２】 前記原料粉末として、発熱反応により金
   属間化合物を形成し得る複数種の金属の粉末を使用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の開放気孔を有する多
   孔質材料の製造方法。
3. 【請求項３】 前記発熱反応により金属間化合物を形成
   し得る複数種の金属として、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎｉ、
   Ａｌ−Ｃｏ、Ｎｂ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎ
   ｉ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｗ及びＭｏ−Ｓｉの組合
   わせから選択される少なくとも１組であり、前記形成さ
   れる金属間化合物がＴｉＮｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＣｏ、Ｎ
   ｂ_２Ａｌ、ＮｂＡｌ_３、Ｔｉ_５Ｓｉ_３、Ｎｉ_３Ｓｎ_２、
   Ｎｉ_３Ｓｎ、ＮｉＳｉ、ＡｌＴｉ、Ｎｉ_４Ｗ、ＭｏＳｉ
   _２からなる群から選択される少なくとも１種であること
   を特徴とする請求項２に記載の開放気孔を有する多孔質
   材料の製造方法。
4. 【請求項４】 前記原料粉末中にさらに他の金属粉末、
   セラミック粉末あるいは別途前記燃焼合成反応により合
   成した金属間化合物を粉砕して得た粉末を含有させるこ
   とを特徴とする請求項２又は３に記載の開放気孔を有す
   る多孔質材料の製造方法。
5. 【請求項５】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形成
   し得る組成の原料粉末が、（ｉ）発熱反応により硼化
   物、窒化物又は炭化物を形成し得る少なくとも１種の金
   属粉末、及び、（ii）硼素、窒化硼素、炭素及び炭化硼
   素からなる群より選択された少なくとも１種の粉末であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の開放気孔を有する
   多孔質材料の製造方法。
6. 【請求項６】 前記発熱反応により硼化物、窒化物又は
   炭化物を形成し得る少なくとも１種の金属粉末がＴｉ、
   Ｓｉ及びＷからなる群から選択される少なくとも１種で
   あり、形成されるセラミックスがＴｉＣ、ＴｉＢ、Ｔｉ
   Ｂ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ及びＷＣからなる群から選択され
   る少なくとも１種であることを特徴とする請求項５に記
   載の開放気孔を有する多孔質材料の製造方法。
7. 【請求項７】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形成
   し得る組成の原料粉末中に他の金属粉末、セラミックス
   粉末あるいは別途燃焼合成反応により合成した化合物を
   粉砕して得たＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、Ｓｉ
   Ｃ及びＷＣからなる群から選択される少なくとも１種の
   粉末を含有させたことを特徴とする請求項５又は６に記
   載の開放気孔を有する多孔質材料の製造方法。
8. 【請求項８】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形成
   し得る組成の原料粉末が、テルミット反応を起こし得る
   金属酸化物及びアルミニウム粉末であることを特徴とす
   る請求項１に記載の開放気孔を有する多孔質材料の製造
   方法。
9. 【請求項９】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形成
   し得る組成の原料粉末中にさらに発熱反応により金属間
   化合物を形成し得る複数種の金属粉末を含有させたこと
   を特徴とする請求項８に記載の開放気孔を有する多孔質
   材料の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記金属間化合物を形成し得る複数種
    の金属粉末がＮｉ粉末及びＴｉ粉末であることを特徴と
    する請求項９に記載の開放気孔を有する多孔質材料の製
    造方法。
11. 【請求項１１】 少なくとも、次の（１）〜（３）の工
    程を含むことを特徴とする開放気孔を有する多孔質材料
    の製造方法。 （１）燃焼合成反応により多孔質体を形成し得る組成の
    原料粉末を混合後に加圧成形して成形体を得る工程、
    （２）前記成形体を、周囲を開放した状態で耐火材表面
    に高さが最も低くなるように載置する工程、（３）前記
    成形体に上端側から燃焼合成反応を起こさせる工程。
12. 【請求項１２】 前記原料粉末として、発熱反応により
    金属間化合物を形成し得る複数種の金属の粉末を使用す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の開放気孔を有す
    る多孔質材料の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記発熱反応により金属間化合物を形
    成し得る複数種の金属として、Ｔｉ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｎ
    ｉ、Ａｌ−Ｃｏ、Ｎｂ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｓ
    ｎ、Ｎｉ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｗ及びＭｏ−Ｓｉ
    の組合わせから選択される少なくとも１組であり、前記
    形成される金属間化合物がＴｉＮｉ、ＡｌＮｉ、ＡｌＣ
    ｏ、Ｎｂ_２Ａｌ、ＮｂＡｌ_３、Ｔｉ_５Ｓｉ_３、Ｎｉ_３Ｓ
    ｎ_２、Ｎｉ _３Ｓｎ、ＮｉＳｉ、ＡｌＴｉ、Ｎｉ_４Ｗ、Ｍ
    ｏＳｉ_２からなる群から選択される少なくとも１種であ
    ることを特徴とする請求項１２に記載の開放気孔を有す
    る多孔質材料の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記原料粉末中にさらに他の金属粉
    末、セラミック粉末あるいは別途前記燃焼合成反応によ
    り合成した金属間化合物を粉砕して得た粉末を含有させ
    たことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の開放気
    孔を有する多孔質材料の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形
    成し得る組成の原料粉末が、（ｉ）発熱反応により硼化
    物、窒化物又は炭化物を形成し得る少なくとも１種の金
    属粉末、及び、（ii）硼素、窒化硼素、炭素及び炭化硼
    素からなる群より選択された少なくとも１種の粉末であ
    ることを特徴とする請求項１１に記載の開放気孔を有す
    る多孔質材料の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記発熱反応により硼化物、窒化物又
    は炭化物を形成し得る少なくとも１種の金属粉末がＴ
    ｉ、Ｓｉ及びＷからなる群から選択される少なくとも１
    種であり、形成されるセラミックスがＴｉＣ、ＴｉＢ、
    ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ及びＷＣからなる群から選択
    される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１
    ５に記載の開放気孔を有する多孔質材料の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形
    成し得る組成の原料粉末中に他の金属粉末、セラミック
    ス粉末あるいは別途燃焼合成反応により合成した化合物
    を粉砕して得たＴｉＣ、ＴｉＢ、ＴｉＢ_２、ＴｉＮ、Ｓ
    ｉＣ及びＷＣからなる群から選択される少なくとも１種
    の粉末を含有させたことを特徴とする請求項１５又は１
    ６に記載の開放気孔を有する多孔質材料の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形
    成し得る組成の原料粉末が、テルミット反応を起こし得
    る金属酸化物及びアルミニウム粉末であることを特徴と
    する請求項１１に記載の開放気孔を有する多孔質材料の
    製造方法。
19. 【請求項１９】 前記燃焼合成反応により多孔質体を形
    成し得る組成の原料粉末中にさらに発熱反応により金属
    間化合物を形成し得る複数種の金属粉末を含有させたこ
    とを特徴とする請求項１８に記載の開放気孔を有する多
    孔質材料の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記金属間化合物を形成し得る複数種
    の金属粉末がＮｉ粉末及びＴｉ粉末であることを特徴と
    する請求項１９に記載の開放気孔を有する多孔質材料の
    製造方法。