JP2005336539A - Porous sintered compact and its production method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous sintered compact in which the gradient distribution of pore sizes is improved, thus sintered compact strength and compact strength are high and sinterability is high, and to provide its production method. <P>SOLUTION: The porous sintered compact has a mean grain size of ≤1 μm, a residual carbon content of ≤100 ppm, and a porosity of 10 to 40%. The sintered compact preferably has electrical conductivity, comprises iron-group metal as the main component, and also has a specific surface area of ≥0.5 m<SP>2</SP>/g. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、多孔質焼結体及びその製造方法に関し、特に燃料電池の電極として好適に使用できる多孔質焼結体及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a porous sintered body and a method for producing the same, and more particularly to a porous sintered body that can be suitably used as an electrode for a fuel cell and a method for producing the same.

従来より、多孔質焼結体を形成する方法として、様々な方法が考えられている。たとえば、セラミック粉体をプレスし、焼結温度のコントロールすることにより多孔質化する方法、あるいは、セラミック粉体をプレスする際の圧力を低下させ、その後焼成することにより多孔質焼結体を得る方法、セラミック粉体を成形する際にバインダをブレンドし、焼結においてガス化除去する方法などが知られている。   Conventionally, various methods have been considered as a method for forming a porous sintered body. For example, a method of pressing a ceramic powder and making it porous by controlling the sintering temperature, or reducing the pressure when pressing the ceramic powder and then firing it to obtain a porous sintered body There are known a method, a method of blending a binder when forming ceramic powder, and gasifying and removing in sintering.

このようなバインダを成形に用いた際は、気孔が均一に分布せず、局所的に大きな気孔が形成されるため、焼成しても強度が低いという問題があった。   When such a binder is used for molding, the pores are not uniformly distributed, and large pores are locally formed. Therefore, there is a problem that the strength is low even when firing.

そこで、バインダとして、熱分解性の良好な寒天などの天然多糖類の水溶液を用いることによって、孔の分布形態が制御可能な成形品が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, a molded product is proposed in which the pore distribution form can be controlled by using an aqueous solution of a natural polysaccharide such as agar having good thermal decomposability as the binder (see, for example, Patent Document 1).

また、発泡液と誘導タンパク質水溶液とを加えて攪拌したスラリーを使用しゲル化を行って、成形体を得る方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a method has been proposed in which a foamed product and an aqueous solution of an induced protein are added and gelled using a stirred slurry (see, for example, Patent Document 2).

さらに、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂にNi微粉を混合後押し出し成形して繊維にし、紫外線を照射してできた短繊維と、水、整包剤、結合剤、および分散剤とを混合して、グリーンテープに成形し、還元性の雰囲気で脱脂して焼結して金属多孔板を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開平2001−261463号公報 特開平6−293572号公報 特開2000−54005号公報
Furthermore, Ni fine powder is mixed into a thermoplastic resin such as polyethylene and then extruded to form a fiber, and the short fiber formed by irradiating with ultraviolet rays is mixed with water, a packing agent, a binder, and a dispersant. There has been proposed a method for producing a metal porous plate by forming into a green tape, degreasing and sintering in a reducing atmosphere (for example, see Patent Document 3).
JP-A-2001-261463 JP-A-6-293572 JP 2000-54005 A

しかしながら、特許文献1に記載の多孔質焼結体は、高い気孔率が得やすいというメリットがあるものの、気孔径分布に傾斜が存在するため、最表面が緻密化しやすくなるためガス透過率が低くなるという問題があった。   However, although the porous sintered body described in Patent Document 1 has an advantage that it is easy to obtain a high porosity, since there is a gradient in the pore diameter distribution, the outermost surface is easily densified, so the gas permeability is low. There was a problem of becoming.

特許文献2に記載の多孔質焼結体は、熱伝導度や熱衝撃性の良い軽量焼成セラミック成形体が得られるものの、気孔の大きさが10μm以上と大きいため、強度が低下するという問題があった。   Although the porous sintered body described in Patent Document 2 can obtain a light-weight fired ceramic molded body having good thermal conductivity and thermal shock, the pore size is as large as 10 μm or more, so that the strength is lowered. there were.

また、特許文献3に記載の多孔質焼結体は、真空中あるいは不活性雰囲気中で焼結するため、樹脂成分の分解物である残留有機分又は残留炭素が残るため、焼結性が低下すると共に強度が低下するという問題点があった。   In addition, since the porous sintered body described in Patent Document 3 is sintered in a vacuum or in an inert atmosphere, residual organic components or residual carbon, which is a decomposition product of the resin component, remains, resulting in a decrease in sinterability. In addition, there is a problem that the strength decreases.

さらに、残留炭素を低減させるためには、スラリー中の樹脂成分の含有量を低減させる必要があるが、樹脂成分が数%以下に低減するとスラリーより成形した焼結前の成形体の強度が低下するため、成形体を焼成するまでに、振動、接触等、成形体に加わる外力によって容易に成形体が破壊されてしまうという問題があった。   Furthermore, in order to reduce the residual carbon, it is necessary to reduce the content of the resin component in the slurry. However, if the resin component is reduced to several percent or less, the strength of the green body before sintering formed from the slurry decreases. Therefore, there is a problem that the molded body is easily destroyed by external force applied to the molded body, such as vibration and contact, before the molded body is fired.

従って、本発明は、気孔径の傾斜分布を改善し、焼結体強度及び成形体強度の高く、焼結体の高い多孔質焼結体及びその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous sintered body having improved pore diameter gradient distribution, high sintered body strength and high molded body strength and high sintered body, and a method for producing the same.

本発明は、結晶の微粒化とゲル化剤を用いた残炭量の制御によって、強度低下を抑制するとともに微細な気孔を均一に生成することができるという新規な知見に基づくもので、これにより、気孔径の傾斜分布を改善し、焼結体強度及び成形体強度が高く、焼結性の高い多孔質焼結体及びその製造方法を実現することができる。   The present invention is based on the novel finding that by controlling the amount of residual carbon using the atomization of the crystals and the gelling agent, it is possible to suppress the strength reduction and to uniformly generate fine pores. In addition, the pore diameter gradient distribution can be improved, and the sintered compact strength and the molded article strength are high, and the porous sintered compact having a high sinterability and the manufacturing method thereof can be realized.

即ち、本発明の多孔質焼結体は、平均粒径が1μm以下、残留する炭素量が100ppm以下、気孔率が10〜40%の多孔質焼結体からなることを特徴とする。   That is, the porous sintered body of the present invention is characterized by comprising a porous sintered body having an average particle diameter of 1 μm or less, a residual carbon amount of 100 ppm or less, and a porosity of 10 to 40%.

特に、前記多孔質焼結体が、鉄族金属を主成分とすることが好ましい。これにより、燃料電池や酸素分離装置、湿度センサ、ガスセンサなどに使用することができる。   In particular, the porous sintered body is preferably composed mainly of an iron group metal. Thereby, it can be used for a fuel cell, an oxygen separator, a humidity sensor, a gas sensor, and the like.

前記鉄族金属が、Niであることが好ましい。Niは、高い導電率を有し、還元雰囲気で安定であるため、電極材料、特に燃料電池の電極材料として好適に利用できる。   The iron group metal is preferably Ni. Ni has high electrical conductivity and is stable in a reducing atmosphere, so that it can be suitably used as an electrode material, particularly an electrode material for a fuel cell.

前記多孔質焼結体が、ジルコニア、アルミナ及びチタニアの少なくとも1種を主成分とすることが好ましい。   The porous sintered body preferably contains at least one of zirconia, alumina, and titania as a main component.

前記多孔質焼結体の比表面積が、0.5m/g以上であることが好ましい。これにより、多孔質電極として使用した場合に導電率を高くすることができる。 It is preferable that the specific surface area of the porous sintered body is 0.5 m 2 / g or more. Thereby, when it uses as a porous electrode, electrical conductivity can be made high.

前記多孔質焼結体が、導電性を具備することが好ましい。これにより、めっきやスパッタなどよりも安価な導電性多孔質焼結体が形成でき、水分調整用シートとして利用できる。   The porous sintered body preferably has electrical conductivity. Thereby, a conductive porous sintered body that is cheaper than plating or sputtering can be formed and used as a moisture adjusting sheet.

電極として使用されることが好ましい。これにより、気孔の大きさを小さくすることができるため、薄膜化が可能となり、電気抵抗をさげることができる。   It is preferably used as an electrode. Thereby, since the size of the pores can be reduced, the thickness can be reduced, and the electrical resistance can be reduced.

本発明の多孔質焼結体の製造方法は、平均粒径が0.1μm以下の粉末、ゲル化剤及び溶剤を、前記ゲル化剤の溶解温度以下の温度で混合して混合物を作製する混合工程と、該混合物を特定の成形型に入れて成形して成形体を作製する成形工程と、該成形体を焼成して焼結体を得る仮焼工程と、該焼結体から前記ゲル化剤を除去するゲル化剤除去工程と、を具備することを特徴とする。これにより、気孔径の傾斜分布を改善し、焼結体強度及び成形体強度が高く、焼結性の高い多孔質焼結体を製造することができる。   The method for producing a porous sintered body according to the present invention comprises mixing a powder having an average particle size of 0.1 μm or less, a gelling agent and a solvent at a temperature not higher than the melting temperature of the gelling agent to produce a mixture. A molding step in which the mixture is put in a specific mold and molded to produce a molded body, a calcining step of firing the molded body to obtain a sintered body, and the gelation from the sintered body And a gelling agent removing step for removing the agent. Thereby, it is possible to improve the gradient distribution of the pore diameter, and to produce a porous sintered body having high sintered body strength and molded body strength and high sinterability.

前記成形工程において、前記ゲル化剤のゲル化点以下の温度に冷却して固化して成形することが好ましい。これにより、0.1μm以下の粉末飛散を防き、ゲル化剤を均一に分散できる。   In the molding step, it is preferable that the gelling agent is cooled to a temperature equal to or lower than the gel point of the gelling agent and solidified to be molded. Thereby, powder scattering of 0.1 μm or less can be prevented, and the gelling agent can be uniformly dispersed.

前記ゲル化剤除去工程の後に、前記仮焼工程よりも高い温度で加熱処理を行う熱処理工程を具備することが好ましい。これにより、多孔質焼結体に含まれる残炭素量を低くすることができる。   After the gelling agent removing step, it is preferable to include a heat treatment step for performing a heat treatment at a temperature higher than that of the calcining step. Thereby, the amount of residual carbon contained in a porous sintered compact can be made low.

前記仮焼工程の焼成温度が600℃以下であることが好ましい。これにより、均一な気孔を得ることが可能となる。   It is preferable that the calcination temperature of the calcination step is 600 ° C. or less. Thereby, uniform pores can be obtained.

前記ゲル化剤除去工程が、酸性溶液中に前記焼結体を浸漬することが好ましい。これにより、ゲル化点以下の温度においてゲル化剤が溶け出すために成形体に残る炭素を低減することができる。   In the gelling agent removing step, the sintered body is preferably immersed in an acidic solution. Thereby, since the gelling agent melts at a temperature below the gel point, carbon remaining in the molded body can be reduced.

前記原料粉末が鉄族金属であることが好ましい。これにより、還元雰囲気でも安定で導電率が高いため、燃料電池の電極として好適に使用することができる。   The raw material powder is preferably an iron group metal. Thereby, since it is stable and has high conductivity even in a reducing atmosphere, it can be suitably used as an electrode of a fuel cell.

本発明は、活性の高い微粉末を用いて焼結性を高めるとともに、微粉末の粒成長を抑制しつつ、微細にネットワークを作る気孔を均一に生成させるとともに、バインダとして寒天等のゲル化剤を使用し、焼結体からゲル化剤を除去することによって残留炭素を低減することができるとの知見に基づくものである。   The present invention improves the sinterability using fine powder with high activity, suppresses the grain growth of fine powder, and uniformly generates pores that form a fine network, and as a binder a gelling agent such as agar And the residual carbon can be reduced by removing the gelling agent from the sintered body.

本発明は、多孔質焼結体に関するもので、多孔質焼結体を構成する結晶粒子の平均粒径が1μm以下であることが重要である。結晶の平均粒径が1μmを越えると、粒子同士の接触面積が小さくなり、多孔質体に用いた場合、ポアが大きくなるという欠点がある。   The present invention relates to a porous sintered body, and it is important that the average particle diameter of crystal grains constituting the porous sintered body is 1 μm or less. When the average particle diameter of the crystal exceeds 1 μm, the contact area between the particles becomes small, and when used for a porous body, there is a disadvantage that the pores become large.

残留する炭素量が100ppm以下であることが重要である。残留する炭素量が100ppmを越えると、粗粒の生成やパターンの断裂などが起こる可能性があるため、電極として利用するのに不利となる。   It is important that the amount of carbon remaining is 100 ppm or less. If the amount of residual carbon exceeds 100 ppm, it may be disadvantageous for use as an electrode because coarse particles may be generated or patterns may be broken.

多孔質焼結体の気孔率が10〜40%であることが重要である。気孔率が10%未満では、多孔質焼結体において連続したポアが形成しにくいという欠点があり、40%を越えると多孔質焼結体の成形強度を高く保つことが困難となる。   It is important that the porosity of the porous sintered body is 10 to 40%. If the porosity is less than 10%, there is a drawback that it is difficult to form continuous pores in the porous sintered body, and if it exceeds 40%, it is difficult to keep the molding strength of the porous sintered body high.

多孔質焼結体が導電性を有することが好ましい。導電性を具備することにより保護膜やセンサ、電極としても利用が可能となり、例えば高温で使用されるガスタービンの保護膜や点火プラグ等に応用することができる。   It is preferable that the porous sintered body has conductivity. By providing conductivity, it can be used as a protective film, a sensor, and an electrode, and can be applied to, for example, a protective film of a gas turbine used at a high temperature, a spark plug, and the like.

特に、多孔質焼結体を電極として使用すると、素子の小型化や高い成形強度をもつ多孔質焼結体のため素子の寿命を長くすることが可能となり、燃料電池、湿度センサ、ガスセンサなどとして利用できる。   In particular, when a porous sintered body is used as an electrode, it becomes possible to extend the life of the element because of the porous sintered body having a small size and high molding strength, and as a fuel cell, humidity sensor, gas sensor, etc. Available.

多孔質焼結体の比表面積が、0.5m/g以上、特に0.6m/g以上、更には0.8m/g以上であることが好ましい。比表面積が0.5m/g以上であると、多孔質電極として使用した場合に導電率が高いため大電流を流すことが可能となる。 It is preferable that the specific surface area of the porous sintered body is 0.5 m 2 / g or more, particularly 0.6 m 2 / g or more, more preferably 0.8 m 2 / g or more. When the specific surface area is 0.5 m 2 / g or more, when used as a porous electrode, a high current can flow because of high conductivity.

本発明によれば、多孔質焼結体を構成する結晶粒子は金属やセラミックスからなる。   According to the present invention, the crystal particles constituting the porous sintered body are made of metal or ceramics.

金属としては、例えば、金、銀、銅、白金、Fe、Ni、Co、Mn及びAlを例示できるが、高い導電率を得る点で、鉄族金属を主成分とすることが好ましい。 Examples of the metal include gold, silver, copper, platinum, Fe, Ni, Co, Mn, and Al, but an iron group metal is preferably used as a main component from the viewpoint of obtaining high conductivity.

鉄族金属の中でも、Niは還元雰囲気で安定であるため、電極材料として好適に用いることができ、特に燃料電池の電極として好適に利用できる点で好ましい。   Among iron group metals, Ni is stable in a reducing atmosphere, and therefore can be suitably used as an electrode material, and is particularly preferable in that it can be suitably used as an electrode of a fuel cell.

また、セラミックスとしては、酸化物系セラミックスでも、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス及び炭素セラミックス等非酸化物系セラミックスでも良い。例えば、酸化物系セラミックスとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、フェライト、コージェライト、イットリア等の希土類元素の酸化物等を、窒化物系セラミックスとしては、窒化アルミニウム、窒化珪素,サイアロン等を、炭化物系セラミックスとしては、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン等を、炭素セラミックスとしては、カーボンナノチューブ等を例示できる。   The ceramics may be oxide ceramics or non-oxide ceramics such as nitride ceramics, carbide ceramics, and carbon ceramics. For example, oxide ceramics include alumina, mullite, zirconia, titania, silica, magnesia, ferrite, cordierite, yttria and other rare earth oxides, and nitride ceramics include aluminum nitride, silicon nitride, Examples of the sialon include silicon carbide, boron carbide, and tungsten carbide as the carbide ceramics, and examples of the carbon ceramic include carbon nanotubes.

アルミナは、高硬度、高強度、高耐摩耗性、絶縁性等に優れ、低コストであることから、構造材料や基板材料等として広く応用することができる。また、ジルコニアは高靭性、高強度であり、また、イオン伝導性が高いため、電極材料や固体電解質材料等として好適に用いることができる。さらに、チタニアは価数変化を伴うため、これを利用して導体材料や触媒等として好適に使用できる。   Alumina is excellent in high hardness, high strength, high wear resistance, insulation, and the like, and is low in cost. Therefore, it can be widely applied as a structural material or a substrate material. Moreover, since zirconia has high toughness and high strength and high ion conductivity, it can be suitably used as an electrode material or a solid electrolyte material. Furthermore, since titania is accompanied by a change in valence, it can be used suitably as a conductor material, a catalyst, or the like.

図1は、多孔質焼結体の一例を示す概略断面図であり、金属粒子1とセラミック粒子2を有し、各粒子のネックのみが焼結した状態で、多数の気孔3を含む多孔質の場合を示している。多孔質焼結体は、図1のように、金属とセラミックスの複合材料に限らず、金属単体やセラミックス単体であっても良い。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a porous sintered body, which has metal particles 1 and ceramic particles 2 and includes a plurality of pores 3 in a state where only the neck of each particle is sintered. Shows the case. As shown in FIG. 1, the porous sintered body is not limited to a composite material of metal and ceramics, and may be a single metal or a single ceramic.

図1で用いられる金属粒子1として、例えば、ニッケル、鉄、白金等の金属の少なくとも1種と、セラミック粒子2として、例えば上述のセラミックスから少なくとも1種と、を組み合わせて構成することができる。   As the metal particles 1 used in FIG. 1, for example, at least one kind of metal such as nickel, iron, platinum or the like and the ceramic particles 2 can be constituted by combining at least one kind from the above-mentioned ceramics, for example.

特に、気孔が3次元的に形成された多孔質焼結体の金属粒子1としてNi、セラミック粒子2としてジルコニアを用いることによって、電子伝導による導電性を具備するNiとイオン伝導による導電性を具備するジルコニアとの複合材料を形成でき、燃料電池の燃料極等の電極材料に好適に使用することができる。   In particular, by using Ni as the metal particles 1 and zirconia as the ceramic particles 2 of the porous sintered body in which pores are three-dimensionally formed, Ni having conductivity by electron conduction and conductivity by ion conduction are provided. And can be suitably used as an electrode material such as a fuel electrode of a fuel cell.

次に、上記のような多孔質焼結体の製造方法を説明する。まず、原料粉末を準備する。原料粉末としては、上述したような金属粉末又はセラミック粉末を準備する。原料粉末の平均粒径は100nm以下、特に80nm以下、更には50nm以下であることが好ましい。100nm以下の粉末を溶媒およびゲル生成物質と混合する際には、成形用粉末の粒径が小さいほど、つまり粒子が細かいほど、ゲル生成物質の周囲から溶媒分が奪われたときに、成形用粉末がゲル生成物質粒子の周辺に強固に凝集しやすいため、成形体を作製する際の強度低下を抑制するというメリットが得られる。   Next, a method for producing the above porous sintered body will be described. First, raw material powder is prepared. As the raw material powder, a metal powder or a ceramic powder as described above is prepared. The average particle size of the raw material powder is preferably 100 nm or less, particularly 80 nm or less, and more preferably 50 nm or less. When mixing a powder of 100 nm or less with a solvent and a gel-forming substance, the smaller the particle size of the molding powder, that is, the finer the particles, the more the solvent is taken away from the periphery of the gel-forming substance. Since the powder easily aggregates strongly around the gel-forming substance particles, the advantage of suppressing the strength reduction when producing the molded body is obtained.

次に、上記の原料粉末に対して、ゲル化剤及び溶剤を、前記ゲル化剤の溶解温度以下の温度で混合して混合物を作製する(混合工程)ことが重要である。このようにゲル化剤を用いることで、粒子の凝集のない多孔質体ができる。   Next, it is important to prepare a mixture (mixing step) by mixing the raw material powder with a gelling agent and a solvent at a temperature not higher than the melting temperature of the gelling agent. By using the gelling agent in this way, a porous body free from particle aggregation can be obtained.

粉末、ゲル化剤および溶剤の混合物を、ゲル化剤の溶解温度以上の温度で加熱および混練することによってゾルを生成させ、次いでゾルをゲル成形物質のゲル化点以下の温度に冷却することによって、成形体を得る。   By heating and kneading the mixture of powder, gelling agent and solvent at a temperature above the melting temperature of the gelling agent to form a sol, and then cooling the sol to a temperature below the gel point of the gel forming material A molded body is obtained.

ゲル化剤として好適に用いられるのは、天然または合成のハイドロコロイドである。ハイドロコロイドとしては多糖類である寒天、カラギーナン、ファーセレラン、アルギン酸およびその誘導体、アゾドバクタービネランジーガム、ペクチン、カードラン、澱粉およびその誘導体、蛋白質であるゼラチン、キチン、キトサンおよび改質乳清タンパクなどが挙げられる。特に寒天をバインダとして用いるのが好適であり、例えば平均分子量が30000〜150000で、5%の寒天濃度でゲル強度が200〜1000g/cm2の範囲のものを用いることが好ましい。   A natural or synthetic hydrocolloid is preferably used as the gelling agent. Hydrocolloids include polysaccharides such as agar, carrageenan, farseleran, alginic acid and its derivatives, azodobacter vinelandie gum, pectin, curdlan, starch and its derivatives, proteins such as gelatin, chitin, chitosan and modified whey protein Etc. In particular, it is preferable to use agar as a binder. For example, it is preferable to use an agar having an average molecular weight of 30,000 to 150,000, a gel strength of 200 to 1000 g / cm 2 at an agar concentration of 5%.

溶剤は、ゲル化剤を溶解し、加熱時にゾルを生成し、温度降下時にゲルを生成するようなゲル生成用の溶媒である。この溶媒としては、水が特に好ましいが、アルコール類等の親水性有機化合物溶媒、または水と親水性有機化合物溶媒との混合物であってもよい。親水性有機化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類が好ましい。この理由としては、アルコールが寒天分子内に進入、さらに水と置換して膨潤するため、急激に水を吸うことがなくなり、凝集物を生成しにくくなる。   The solvent is a gel generating solvent that dissolves the gelling agent, generates a sol when heated, and generates a gel when the temperature drops. The solvent is particularly preferably water, but may be a hydrophilic organic compound solvent such as alcohols, or a mixture of water and a hydrophilic organic compound solvent. As the hydrophilic organic compound, alcohols such as methanol, ethanol and propanol are preferable. The reason for this is that alcohol enters the agar molecule and further substitutes for water and swells, so that it does not absorb water rapidly and it is difficult to produce aggregates.

また、粉末100重量部に対して、ゲル化剤の量を12重量部以下とすることが好ましく、8重量部以下とすることが更に好ましい。これによって、ゲル化剤の粉末を混合する際、スラリーより失われる水の量が減るために、焼結体のマイクロクラックが抑制される。本発明の混合物においては、粉末100重量部に対して、溶媒の量を40重量部以下とすることが好ましく、30重量部以下とすることが更に好ましい。溶媒の量を減らすことによって、気孔の大きさを小さく保つことができる。   Further, the amount of the gelling agent is preferably 12 parts by weight or less, and more preferably 8 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the powder. Thus, when mixing the gelling agent powder, the amount of water lost from the slurry is reduced, so that microcracks in the sintered body are suppressed. In the mixture of the present invention, the amount of the solvent is preferably 40 parts by weight or less, and more preferably 30 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the powder. By reducing the amount of solvent, the pore size can be kept small.

成形用粉末、ゲル化剤および溶剤を混合するときの時の温度は、ゲル化剤の溶解温度以下である。同一のゲル生成物質であっても、溶媒が異なれば溶解温度は変動することがある。本発明においては、特に溶解温度よりも若干は低温側で混合することが好ましく、例えば寒天質である場合には、溶解温度50℃以下であることが好ましく、40℃以下であることが更に好ましい。   The temperature at which the molding powder, the gelling agent and the solvent are mixed is not higher than the melting temperature of the gelling agent. Even with the same gel-forming substance, the dissolution temperature may vary if the solvent is different. In the present invention, it is particularly preferable to mix at a temperature slightly lower than the dissolution temperature. For example, in the case of agar, the dissolution temperature is preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. .

なお、ゲル化剤の溶解温度とは、ゲル化剤と溶媒とを混合し、次いで温度を上昇していったときに、ゲル化剤が溶媒中に溶解してゾル化する温度である。   The dissolution temperature of the gelling agent is a temperature at which the gelling agent dissolves in the solvent and becomes a sol when the temperature is raised after mixing the gelling agent and the solvent.

上記混合工程で作製した混合物を特定の成形型に入れて成形して成形体を作製する(成形工程)ことも重要である。   It is also important that the mixture produced in the mixing step is put into a specific mold and molded to produce a molded body (molding step).

成形工程において、ゲル化剤のゲル化点以下の温度に冷却して固化して成形することが好ましい。ゲル化剤は、溶解温度以上に加熱することで流動性のゾルを生成し、次いでこのゾルをゲル化点以下の温度に冷却することでゲルを生成する物質であるが、特に、可逆的に、溶解温度以上でゾルを生成し、ゲル化点以下の温度でゲルを生成する物質を用いることが好ましい。このような可逆性ゲル化剤を用いると、ゲル化剤を容易に取り除くことができる。   In the molding step, it is preferable to cool the gelling agent to a temperature equal to or lower than the gelling point of the gelling agent and to solidify and mold. A gelling agent is a substance that generates a fluid sol by heating above the melting temperature and then forms a gel by cooling the sol to a temperature below the gel point. It is preferable to use a substance that generates a sol at a melting temperature or higher and generates a gel at a temperature lower than the gel point. When such a reversible gelling agent is used, the gelling agent can be easily removed.

成形工程で得られた成形体を焼成して焼結体を得る(仮焼工程)ことが重要である。この仮焼工程における焼成温度は、粒子同士が癒着する程度の温度である。   It is important to sinter the molded body obtained in the molding process to obtain a sintered body (calcination process). The firing temperature in this calcining step is a temperature at which particles adhere to each other.

仮焼工程の焼成温度は600℃以下、特に500℃以下、更には300℃以下であることが好ましい。600℃以下に設定することで、有機材料を用いたモジュールを使用することが可能となり、カーボンナノチューブ(CNT)を分解させることなく添加することが可能となる。   The calcining temperature in the calcination step is preferably 600 ° C. or lower, particularly 500 ° C. or lower, and more preferably 300 ° C. or lower. By setting the temperature to 600 ° C. or lower, a module using an organic material can be used, and carbon nanotubes (CNT) can be added without being decomposed.

次いで、仮焼工程で得られた焼結体からゲル化剤を除去する(ゲル化剤除去工程)ことも重要である。これにより、ゲル化剤を再利用することができる。   Next, it is also important to remove the gelling agent from the sintered body obtained in the calcination step (gelling agent removal step). Thereby, a gelatinizer can be reused.

ゲル化剤除去工程が、酸性溶液中に前記焼結体を浸漬することが好ましい。酸性溶液中においてゲルは容易にネットワークを解くことが可能である。よって、ゲル化剤を効率よく除去することができる。例えば、ゲル化剤を除去するに当り、焼結体を酸性溶液中に浸漬させることが好ましい。この後、水洗工程を経て、溶媒を乾燥すれば良い。   In the gelling agent removing step, the sintered body is preferably immersed in an acidic solution. In acidic solutions, gels can be easily unnetworked. Therefore, the gelling agent can be efficiently removed. For example, when removing the gelling agent, it is preferable to immerse the sintered body in an acidic solution. Thereafter, the solvent may be dried through a water washing step.

ゲル化剤除去工程の後に、前記仮焼工程よりも高い温度で焼成する(熱処理工程)ことが好ましい。これによりゲル化剤を取り除く際に用いた水や溶媒を完全に除去することが可能となる。   After the gelling agent removing step, firing at a temperature higher than the calcining step (heat treatment step) is preferable. This makes it possible to completely remove the water and solvent used when removing the gelling agent.

後焼成工程における焼成温度は仮焼工程の焼成温度以上であり、且つ1000℃以下であることが好ましい。1000℃以下にすることで、多孔質結晶体の結晶粒径を1μm以下に保つことが容易となる。さらに、均一な多孔質体を得ることができる。   The firing temperature in the post-baking step is preferably not less than the firing temperature in the calcining step and not more than 1000 ° C. By setting the temperature to 1000 ° C. or less, it becomes easy to keep the crystal grain size of the porous crystal body to 1 μm or less. Furthermore, a uniform porous body can be obtained.

(原料粉末)
成形用粉末として気相法(火炎法)により作製した純度99.9%で平均粒径が3μm、100nm、50nmのNi粉末、純度99.99%で平均粒径が30nm、100nmのTiO粉末を準備した。
(Raw material powder)
TiO 2 powder having a purity of 99.9% and an average particle diameter of 3 μm, 100 nm, and 50 nm, and a purity of 99.99% and an average particle diameter of 30 nm and 100 nm, produced by a gas phase method (flame method) as a molding powder Prepared.

また、純度99.9%で平均粒径が100nmのNiO粉末に、平均粒径が30nmのYSZ(イットリウム安定化ジルコニア:Y2O3:8%)粉末、及び純度98%で平均粒径が50nmのアルミナをメカニカルボンディング結合させた混合粉末を準備した。なお、上記Ni粉末に対してYSZ粉末及びAlをそれぞれ10重量%添加した。 Further, NiO powder having a purity of 99.9% and an average particle diameter of 100 nm, YSZ (yttrium-stabilized zirconia: Y2O3: 8%) powder having an average particle diameter of 30 nm, and alumina having a purity of 98% and an average particle diameter of 50 nm A mixed powder prepared by mechanical bonding was prepared. Incidentally, YSZ powder and Al 2 O 3 were respectively added 10 wt% with respect to the Ni powder.

ゲル化剤として寒天、大和(伊那食品工業社製、溶解温度100℃)、UM−11(即溶性寒天:伊那食品工業社製、溶解温度100℃)を準備した。   Agar, Yamato (manufactured by Ina Food Industry Co., Ltd., dissolution temperature 100 ° C.), and UM-11 (immediately soluble agar: manufactured by Ina Food Industry Co., Ltd., dissolution temperature 100 ° C.) were prepared as gelling agents.

(混合工程)
寒天の重量に対して5倍の重量のエタノールを添加して混合した。(寒天A)成形粉末に水分量30重量%となるようにイオン交換水を加え十分混合したのち樹脂ボールをメディアとしてポットミル混合を12時間行いスラリーを得た。
(Mixing process)
5 times the weight of ethanol was added to the weight of the agar and mixed. (Agar A) Ion-exchanged water was added to the molded powder so that the water content was 30% by weight and mixed well. Then, pot mill mixing was performed for 12 hours using resin balls as media to obtain a slurry.

スラリーを混合槽に移し、撹拌しながら寒天Aを乾燥粉換算で5質量%滴下し混合を行った。寒天を添加した混合槽を室温から95℃まで30分間で昇温し、95℃に材料の温度を保持しながら、スラリーを混練した。95℃で混練を30分行いゾルを作製した。   The slurry was transferred to a mixing tank, and 5% by mass of Agar A in terms of dry powder was dropped and mixed while stirring. The temperature of the mixing tank to which agar was added was raised from room temperature to 95 ° C. over 30 minutes, and the slurry was kneaded while maintaining the temperature of the material at 95 ° C. Kneading was performed at 95 ° C. for 30 minutes to prepare a sol.

(成形工程)
得られたゾルを成形型に流し込み室温まで冷却し、ゲル成形体を得た。
(Molding process)
The obtained sol was poured into a mold and cooled to room temperature to obtain a gel molded body.

(仮焼工程)
それぞれの仮焼温度にて焼結を行って多孔質焼結体を得た。
(Calcination process)
Sintering was performed at each calcining temperature to obtain a porous sintered body.

(ゲル化剤除去工程)
その後、この多孔質焼結体を酸性溶液(pH3の酢酸水溶液)に30分浸漬し、ゲル化剤の除去を行った。水洗にて酸性溶液を洗浄した。
(Gelling agent removal process)
Thereafter, this porous sintered body was immersed in an acidic solution (pH 3 acetic acid aqueous solution) for 30 minutes to remove the gelling agent. The acidic solution was washed with water.

(熱処理工程)
ゲル化剤除去工程の後、所望により、多孔質焼結体の熱処理を行った。
(Heat treatment process)
After the gelling agent removal step, the porous sintered body was heat-treated as desired.

(評価)
得られた焼結体に残留する炭素量をガス分析法によって測定した。また、気孔率はアルキメデス法によって、比表面積はBET法によって、粒子の平均粒径についても粒度測定法によって評価を行った。結果を表1に示した。

Figure 2005336539
(Evaluation)
The amount of carbon remaining in the obtained sintered body was measured by gas analysis. The porosity was evaluated by the Archimedes method, the specific surface area was evaluated by the BET method, and the average particle size of the particles was also evaluated by the particle size measurement method. The results are shown in Table 1.
Figure 2005336539

本発明の試料No.3〜12は、平均粒子径の大きな試料No.2に比べて焼結性が高まり、気孔の傾斜がなく、焼結体強度は4.8MPa以上であった。本発明の範囲内であった。   Sample No. of the present invention. Samples Nos. 3 to 12 have a large average particle size. Compared to 2, the sinterability was enhanced, the pores were not inclined, and the strength of the sintered body was 4.8 MPa or more. It was within the scope of the present invention.

一方、原料粉末(Ni)の平均粒径が3μmと大きい本発明の範囲外の試料No.2は、緻密化して比表面積が0.2m/gと小さく、多孔質としては使用できないものであった。また、残留炭素量も多いため、焼結体強度が3MPaと小さかった。 On the other hand, the sample No. 2 outside the scope of the present invention has a large average particle diameter of the raw material powder (Ni) of 3 μm. No. 2 was densified and had a specific surface area as small as 0.2 m 2 / g and could not be used as a porous material. In addition, since the amount of residual carbon was large, the sintered body strength was as small as 3 MPa.

また、ゲル化剤にゼラチンを用いた本発明の範囲外の試料No.1は、成形体強度が低いため、焼結体を得ることができなかった。   In addition, sample Nos. Out of the scope of the present invention using gelatin as a gelling agent. No. 1 could not obtain a sintered body because the strength of the compact was low.

本発明の多孔質焼結体の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the porous sintered compact of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・金属粒子
2・・・セラミック粒子
3・・・気孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal particle 2 ... Ceramic particle 3 ... Pore

Claims (13)

平均粒径が1μm以下、残留する炭素量が100ppm以下、気孔率が10〜40%の多孔質焼結体からなることを特徴とする多孔質焼結体。 A porous sintered body comprising a porous sintered body having an average particle diameter of 1 μm or less, a residual carbon content of 100 ppm or less, and a porosity of 10 to 40%. 前記多孔質焼結体が、鉄族金属を主成分とすることを特徴とする請求項1記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to claim 1, wherein the porous sintered body contains an iron group metal as a main component. 前記鉄族金属が、Niであることを特徴とする請求項1又は2記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to claim 1, wherein the iron group metal is Ni. 前記多孔質焼結体が、ジルコニア、アルミナ及びチタニアの少なくとも1種を主成分とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous sintered body contains at least one of zirconia, alumina, and titania as a main component. 前記多孔質焼結体の比表面積が、0.5m/g以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to claim 1, wherein a specific surface area of the porous sintered body is 0.5 m 2 / g or more. 前記多孔質焼結体が、導電性を具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to claim 1, wherein the porous sintered body has conductivity. 電極として使用されることを特徴とする請求項6記載の多孔質焼結体。 The porous sintered body according to claim 6, which is used as an electrode. 平均粒径が100nm以下の原料粉末、ゲル化剤及び溶剤を、前記ゲル化剤の溶解温度以下の温度で混合して混合物を作製する混合工程と、該混合物を特定の成形型に入れて成形して成形体を作製する成形工程と、該成形体を焼成して焼結体を得る仮焼工程と、該焼結体から前記ゲル化剤を除去するゲル化剤除去工程と、を具備することを特徴とする多孔質焼結体の製造方法。 A mixing step in which a raw material powder having an average particle size of 100 nm or less, a gelling agent and a solvent are mixed at a temperature not higher than the dissolution temperature of the gelling agent to produce a mixture, and the mixture is put into a specific mold and molded. Forming a molded body, calcining the sintered body to obtain a sintered body, and a gelling agent removing step for removing the gelling agent from the sintered body. A method for producing a porous sintered body. 前記成形工程において、前記ゲル化剤のゲル化点以下の温度に冷却して固化して成形することを特徴とする、請求項8記載の多孔質焼結体の製造方法。 The method for producing a porous sintered body according to claim 8, wherein, in the molding step, the gelling agent is cooled to a temperature equal to or lower than a gel point of the gelling agent and solidified to be molded. 前記ゲル化剤除去工程の後に、前記仮焼工程よりも高い温度で加熱処理を行う熱処理工程を具備することを特徴とする請求項8又は9記載の多孔質焼結体の製造方法。 The method for producing a porous sintered body according to claim 8 or 9, further comprising a heat treatment step of performing a heat treatment at a temperature higher than that of the calcining step after the gelling agent removing step. 前記仮焼工程の焼成温度が600℃以下であることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の多孔質焼結体の製造方法。 The method for producing a porous sintered body according to any one of claims 8 to 10, wherein a firing temperature in the calcining step is 600 ° C or lower. 前記ゲル化剤除去工程が、酸性溶液中に前記焼結体を浸漬することを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の多孔質焼結体の製造方法。 The method for producing a porous sintered body according to any one of claims 8 to 11, wherein the gelling agent removing step immerses the sintered body in an acidic solution. 前記原料粉末が鉄族金属であることを特徴とする請求項8〜12のいずれかに記載の多孔質焼結体の製造方法。

The method for producing a porous sintered body according to any one of claims 8 to 12, wherein the raw material powder is an iron group metal.

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097434A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Porous support for electrochemical reaction cell high-density integration, and electrochemical reaction cell stack and electrochemical reaction system comprising the porous support for electrochemical reaction cell high-density integration
KR100901072B1 (en) * 2007-08-10 2009-06-03 재단법인 전주기계탄소기술원 Starting material for metal injection molding, injection molding method thereby and metal sintering body
JP2013193895A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Porous molding member and method of manufacturing the same
JP2016161414A (en) * 2015-03-02 2016-09-05 株式会社デンソー Method for forming gas sensor element
EP3527308B1 (en) * 2016-10-14 2023-05-10 LG Chem, Ltd. Metal alloy foam manufacturing method

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097434A1 (en) * 2006-02-23 2007-08-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Porous support for electrochemical reaction cell high-density integration, and electrochemical reaction cell stack and electrochemical reaction system comprising the porous support for electrochemical reaction cell high-density integration
JP2007227113A (en) * 2006-02-23 2007-09-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Porous support for high-density integration of electrochemical reaction cell, and electrochemical reaction cell stack and electrochemical reaction system constituted of the same
US9178243B2 (en) 2006-02-23 2015-11-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Porous support for electrochemical reaction cell high-density integration, and electrochemical reaction cell stack and electrochemical reaction system comprising the porous support for electrochemical reaction cell high-density integration
KR100901072B1 (en) * 2007-08-10 2009-06-03 재단법인 전주기계탄소기술원 Starting material for metal injection molding, injection molding method thereby and metal sintering body
JP2013193895A (en) * 2012-03-16 2013-09-30 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Porous molding member and method of manufacturing the same
JP2016161414A (en) * 2015-03-02 2016-09-05 株式会社デンソー Method for forming gas sensor element
EP3527308B1 (en) * 2016-10-14 2023-05-10 LG Chem, Ltd. Metal alloy foam manufacturing method
US11951544B2 (en) 2016-10-14 2024-04-09 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing metal alloy foam

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