JP2005290493A - 高気孔率発泡焼結体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 金属粉又はセラミックス粉と粘性を有する高分子水溶液バインダーとのスラリーに、粒径20μm〜1cmの球状の中空又は発泡樹脂からなる気孔形成用支持材を混合、攪拌して該支持材と気孔が混合した状態とし、次いでこのように調製されたスラリーを直接乾燥、ゲル化後乾燥、あるいは凍結乾燥し、高気孔率の発泡前駆体とした後、発泡前駆体を焼結するとともに気孔形成用支持材を焼失させることにより製造する。
【選択図】 なし
Description
特に焼失支持材を混入する方法では稠密充填の限界から気孔率に限界があり80%をこえる気孔率の発泡体を作製することは一般に難しいとされている。焼失支持材としては、スチロール発泡樹脂(特許文献1参照)、微細中空樹脂粉(特許文献2〜4参照)、微細スチロール粉(特許文献5参照)などが提案されているが、気孔率90%を超える発泡焼結体の製造は困難なのが現状であり、またこれらの特許文献中には金属により発泡焼結体の製造を試みる例はみあたらない。
(1) 金属粉又はセラミックス粉と粘性を有する高分子水溶液バインダーとのスラリーに、粒径20μm〜1cmの球状の中空又は発泡樹脂からなる気孔形成用支持材を混合、攪拌して該支持材と気孔が混合した状態とし、次いでこのように調製されたスラリーを直接乾燥、ゲル化後乾燥、あるいは凍結乾燥し、高気孔率の発泡前駆体とした後、発泡前駆体を焼結するとともに気孔形成用支持材を焼失させることを特徴とする、高気孔率の発泡焼結体の製造方法。
(2)スラリーがさらに界面活性剤を含むものである前記(1)記載の方法。
(3)高分子水溶液バインダーに用いられる水溶性高分子が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アルギン酸ナトリウム、寒天、マンノース、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、ポリエチレングリコール及びアルキルセルロースの中から選ばれた少なくとも1種である前記(1)又は(2)記載の方法。
(4)金属粉が、貴金属、貴金属合金、銅、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム系合金、銅系合金、チタン系合金、モリブデン系合金、タングステン系合金、ニッケル系合金、鉄系合金、コバルト系合金、磁性合金、超硬合金、耐食合金、耐熱合金、導電用合金、超電導合金、摺動用合金、軸受用合金、防振合金、水素貯蔵用合金、形状記憶合金、電極用合金、金属間化合物、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、磁石鋼、工具鋼及び高速度鋼の中から選ばれた少なくとも1種である前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の方法。
(5)セラミックス粉が、シリカ、シリカ‐アルミナ、シリカ‐マグネシア、シリカ‐チタニア、シリカ‐ジルコニア、アルミナ、アルミナ‐マグネシア、アルミナ‐チタニア、アルミナ‐ボリア、アルミナ‐ジルコニア、アルミナ‐ホスファ、チタニア、ジルコニア、ボリア、ケイ石、ケイ砂、カオリン、ベントナイト、マグネサイト、ドロマイト、長石、陶石、ゼオライト、シリコンカーバイド、PZT及び磁性セラミックスの中から選ばれた少なくとも1種である前記(1)ないし(4)のいずれかに記載の方法。
(6)発泡焼結体の気孔率が85〜98%である前記(1)ないし(5)のいずれかに記載の方法。
バインダーとして粘性のある高分子水溶液、あるいはそれに準じた溶液を用いることにより、金属粉又はセラミックス粉のスラリーが空間支持材である発泡樹脂あるいは中空樹脂表面にコーティングされた状態になり、支持材によらない気孔が形成され、支持材の充填率以上の高気孔率の状態が実現されるようになる。
また、セラミックス粉としては、例えばシリカ、シリカ‐アルミナ、シリカ‐マグネシア、シリカ‐チタニア、シリカ‐ジルコニア、アルミナ、アルミナ‐マグネシア、アルミナ‐チタニア、アルミナ‐ボリア、アルミナ‐ジルコニア、アルミナ‐ホスファ、チタニア、ジルコニア、ボリア、ケイ石、ケイ砂、カオリン、ベントナイト、マグネサイト、ドロマイト、長石、陶石、ゼオライト、シリコンカーバイド、PZT、磁性セラミックス等が挙げられる。これらは1種用いてもよいし、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
金属粉やセラミックス粉の粒径については特に制限されないが、通常100μmないしサブミクロンオーダー、好ましくは20〜1μmの範囲で、目標とする気孔径、気孔率等を考慮しつつ選ばれる。
また、ゲル化能のある水溶性高分子を用いれば、ゲル化させることによって気孔を形成した状態を固定することが可能である。水溶液の粘性は粉末の分散性、混入粒子との濡れ性を考慮し適宜調節するが、通常おおよそ10〜10000cps、好ましくは100〜2000cpsの範囲の粘度とするのが適当である。
この中空又は発泡樹脂の粒径は、通常20μm〜1cm、好ましくは20μm〜1mmの範囲で選ばれる。
この中空又は発泡樹脂の材質については特に限定されないが、好ましくは発泡ポリスチレンが用いられる。
また、高気孔率の気孔形成には空間支持材の形状を真球形、あるいはそれに近い形状とすることが望ましい。空間支持材の混入量は目標とする気孔率に合わせて適宜に選択される。
発泡前駆体はそれぞれの金属、セラミックスに応じ適当な温度、雰囲気で焼結される。
このようにして、気孔率85〜98%、好ましくは90〜98%の発泡体が得られる。
本発明方法により得られた発泡焼結体材料の応用範囲は極めて広く、種々の技術分野、例えば、航空宇宙材料、スポーツ用品素材等の軽量かつ高比強度が要求される分野、断熱特性、耐熱性、吸振性の要求される分野、緩衝材料、梱包材料などの衝撃エネルギーの吸収が要求される分野、軽量化の要求される分野、フィルター材料、触媒担体材料、電極材料など広い表面積が要求される分野、生体適合性の要求される分野における素材として利用することが可能である。
本発明方法は、特に安価に供給される鉄系素材やセラミックスについてその発泡化を実現した効果が大きく、様々の分野における発泡軽量材料を供するのに資するものである。
Claims (6)
- 金属粉又はセラミックス粉と粘性を有する高分子水溶液バインダーとのスラリーに、粒径20μm〜1cmの球状の中空又は発泡樹脂からなる気孔形成用支持材を混合、攪拌して該支持材と気孔が混合した状態とし、次いでこのように調製されたスラリーを直接乾燥、ゲル化後乾燥、あるいは凍結乾燥し、高気孔率の発泡前駆体とした後、発泡前駆体を焼結するとともに気孔形成用支持材を焼失させることを特徴とする、高気孔率の発泡焼結体の製造方法。
- スラリーがさらに界面活性剤を含むものである請求項1記載の方法。
- 高分子水溶液バインダーに用いられる水溶性高分子が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、アルギン酸ナトリウム、寒天、マンノース、ペクチン、グアーガム、キサンタンガム、ポリエチレングリコール及びアルキルセルロースの中から選ばれた少なくとも1種である請求項1又は2記載の方法。
- 金属粉が、貴金属、貴金属合金、銅、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム系合金、銅系合金、チタン系合金、モリブデン系合金、タングステン系合金、ニッケル系合金、鉄系合金、コバルト系合金、磁性合金、超硬合金、耐食合金、耐熱合金、導電用合金、超電導合金、摺動用合金、軸受用合金、防振合金、水素貯蔵用合金、形状記憶合金、電極用合金、金属間化合物、ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、磁石鋼、工具鋼及び高速度鋼の中から選ばれた少なくとも1種である請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
- セラミックス粉が、シリカ、シリカ‐アルミナ、シリカ‐マグネシア、シリカ‐チタニア、シリカ‐ジルコニア、アルミナ、アルミナ‐マグネシア、アルミナ‐チタニア、アルミナ‐ボリア、アルミナ‐ジルコニア、アルミナ‐ホスファ、チタニア、ジルコニア、ボリア、ケイ石、ケイ砂、カオリン、ベントナイト、マグネサイト、ドロマイト、長石、陶石、ゼオライト、シリコンカーバイド、PZT及び磁性セラミックスの中から選ばれた少なくとも1種である請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
- 発泡焼結体の気孔率が85〜98%である請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
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