JP2007031738A - Porous titanium body and manufacturing method therefor - Google Patents

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Hiroyuki Kawabata
博之 川畑
Tadahiko Furuta
忠彦 古田
Toshiya Yamaguchi
登士也 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a porous titanium body which has high porosity and shows excellent strength, and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the titanium porous body comprises the steps of: preparing slurry; compacting it; foaming the compact; degreasing the foam; and calcining the degreased foam. In the slurry preparation step, the foaming slurry containing a titanium powder, a foaming agent, a binder of a water-soluble resin, a surface active agent and water is prepared so that a value Tc calculated in the following expression can be 0.5 or less: formula (1). In the foaming step, the foaming slurry is compacted to produce the compact. In the degreasing step, the foaming compact is degreased to produce the foaming degreased body. In the calcination step, the foaming degreased body is calcined to produce the porous titanium body 1. The titanium porous body has many cavities 12 in a structure made from titanium. The porous titanium body 1 contains 0.5 mass% or less carbon (C) by concentration. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、チタンからなり、多数の空孔を有するチタン多孔質体及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a titanium porous body made of titanium and having a large number of pores, and a method for producing the same.

従来より、多孔質の金属からなる金属多孔質体は、軽量化部材、衝撃吸収材、各種フィルター等に広く用いられている。上記金属多孔質体としては、軽量化や高機能化を目的として、より微細な空孔を有し、高気孔率のものが望まれている。
上記金属多孔質体は、一般に、金属粉末、発泡剤、結合材、及び水等を含むスラリーを成形し、発泡後、金属粉末を焼結させることにより製造することができる。このとき、スラリーの組成を調整したり、発泡条件等を調整したりすることにより、空孔が微細で高い気孔率をの金属多孔質体を作製することができる(特許文献1及び2参照)。
Conventionally, a metal porous body made of a porous metal has been widely used for a weight reduction member, an impact absorbing material, various filters, and the like. As the metal porous body, for the purpose of weight reduction and high functionality, a metal having a finer pore and a high porosity is desired.
In general, the metal porous body can be produced by forming a slurry containing metal powder, a foaming agent, a binder, water, and the like, and sintering the metal powder after foaming. At this time, a metal porous body with fine pores and high porosity can be produced by adjusting the composition of the slurry or adjusting the foaming conditions (see Patent Documents 1 and 2). .

ところで、金属多孔質体の用途は、近年ますます広がり、例えば二次電池の集電体や生体材料等のように腐食環境の厳しい用途にも適用されるようになってきた。このような腐食環境が特に厳しい用途においては、金属成分として耐腐食性に優れたチタンを用いたチタン多孔質体が適している。   By the way, the use of the metal porous body has been increasingly widespread in recent years, and for example, it has been applied to a use in a severe corrosive environment such as a current collector of a secondary battery or a biomaterial. In applications where the corrosive environment is particularly severe, a titanium porous body using titanium having excellent corrosion resistance as a metal component is suitable.

しかしながら、チタン粉末を金属粉末として用い、上記従来の製造方法によって金属多孔質体(チタン多孔質体)を製造すると、得られるチタン多孔質体が脆くなり易いという問題があった。そのため、従来のチタン多孔質体は、わずかな変形応力で破壊され易い。また、上述のごとく金属多孔質体としては高気孔率のものが望まれているが、チタン多孔質体は、気孔率を高くするとますます脆くなり易い。
したがって、高気孔率でかつ強度に優れたチタン多孔質体を製造することは困難であった。
However, when a metal porous body (titanium porous body) is manufactured by using the above-described conventional manufacturing method using titanium powder as a metal powder, the resulting titanium porous body tends to be brittle. Therefore, the conventional porous titanium body is easily broken by a slight deformation stress. Further, as described above, a metal porous body having a high porosity is desired, but a titanium porous body tends to become more brittle when the porosity is increased.
Therefore, it has been difficult to produce a porous titanium body having high porosity and excellent strength.

特開平9−87704号公報JP-A-9-87704 特開平7−331302号公報JP 7-331302 A

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、高気孔率で、かつ優れた強度を発揮できるチタン多孔質体及びその製造方法を提供しようとするものである。   This invention is made | formed in view of this conventional problem, Comprising: It aims at providing the titanium porous body which can exhibit the high intensity | strength with high porosity, and its manufacturing method.

第1の発明は、チタンからなる構造体の内部に多数の空孔を有するチタン多孔質体を製造する方法において、
チタン粉末、発泡剤、水溶性樹脂結合材、界面活性剤、及び水を混合して発泡性スラリーを作製するスラリー調整工程と、
上記発泡性スラリーを成形して成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を発泡させて発泡成形体を作製する発泡工程と、
上記発泡成形体を脱脂させて発泡脱脂体を作製する脱脂工程と、
上記発泡脱脂体を焼成してチタン多孔質体を作製する焼成工程とを有し、
上記スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリーを構成する上記チタン粉末以外のn種類の各成分Ai(iは1〜nの自然数)を昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱したときに生じる残さ量の割合をそれぞれai(mass%)とし、上記チタン粉末中の炭素濃度をα(mass%)とし、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末以外の上記各成分Aiの配合量をそれぞれbi(g)とし、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の配合量をβ(g)としたとき、下記の式(1)で算出されるTcの値が0.5以下となるように上記発泡性スラリーを調整することを特徴とするチタン多孔質体の製造方法にある(請求項1)。
A first invention is a method for producing a porous titanium body having a large number of pores inside a structure made of titanium,
A slurry adjustment step of preparing a foamable slurry by mixing titanium powder, a foaming agent, a water-soluble resin binder, a surfactant, and water;
A molding step of molding the foamable slurry to produce a molded body;
A foaming step of foaming the molded body to produce a foamed molded body;
A degreasing step of degreasing the foamed molded body to produce a foamed degreased body;
Firing the foamed degreased body to produce a titanium porous body,
In the slurry adjusting step, each of n kinds of components A i (i is a natural number of 1 to n) other than the titanium powder constituting the foamable slurry was heated to a temperature of 500 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min. The ratio of the amount of the remaining residue is a i (mass%), the carbon concentration in the titanium powder is α (mass%), and the ingredients A i other than the titanium powder in the foamable slurry are mixed. When the amount is b i (g) and the blending amount of the titanium powder in the foamable slurry is β (g), the value of Tc calculated by the following formula (1) is 0.5 or less. In the method for producing a porous titanium body, the foamable slurry is adjusted as described above.

本発明のチタン多孔質体の製造方法においては、上記スラリー調整工程と、上記成形工程と、上記発泡工程と、上記脱脂工程と、上記焼成工程とを行う。本発明において特に注目すべき点は、上記スラリー調整工程において、上記式(1)で算出されるTcの値が0.5以下となるように上記発泡性スラリーを調整していることにある。
そのため、本発明においては、上記焼成工程後に得られる上記チタン多孔質体中の炭素濃度を低減し、上記チタン多孔質体中にTiCが生成することを抑制することができる。それ故、上記チタン多孔質体は、高い気孔率で作製しても優れた強度を発揮することができる。
In the method for producing a porous titanium body of the present invention, the slurry adjustment step, the molding step, the foaming step, the degreasing step, and the firing step are performed. In the present invention, it should be noted that the foamable slurry is adjusted in the slurry adjusting step so that the value of Tc calculated by the above formula (1) is 0.5 or less.
Therefore, in this invention, the carbon concentration in the said titanium porous body obtained after the said baking process can be reduced, and it can suppress that TiC produces | generates in the said titanium porous body. Therefore, the titanium porous body can exhibit excellent strength even when produced with a high porosity.

即ち、上述の従来の製造方法によって得られるチタン多孔質体においては、該チタン多孔質体中に多くのTiCが生成しており、このTiCがチタン多孔質体の強度を低下させる要因になっていた。
本発明の製造方法においては、上記式(1)で表されるTcの値が0.5以下となるように調整した上記発泡性スラリーを用いている。そして該発泡性スラリーにおいては、上記焼成工程において上記チタン多孔質体中にTiCを形成しうる炭素、即ち加熱時に残さとして残る炭素の含有割合が非常に小さい。そのため、上記焼成工程後に、上記チタン多孔質体中に炭素が残留し、残留炭素とTiとが反応してTiCを形成することを抑制することができる。それ故、高気孔率のチタン多孔質体を作製しても、該チタン多孔質体が脆くなることを抑制することができる。したがって、高気孔率で強度に優れたチタン多孔質体を製造することができる。
That is, in the titanium porous body obtained by the above-described conventional manufacturing method, a large amount of TiC is generated in the titanium porous body, and this TiC is a factor for reducing the strength of the titanium porous body. It was.
In the production method of the present invention, the foamable slurry adjusted so that the value of Tc represented by the formula (1) is 0.5 or less is used. And in this foaming slurry, the content rate of the carbon which can form TiC in the said titanium porous body in the said baking process, ie, the carbon which remains as a residue at the time of a heating, is very small. Therefore, after the baking step, carbon can be prevented from remaining in the titanium porous body and the residual carbon and Ti reacting to form TiC. Therefore, even if a high porosity titanium porous body is produced, the titanium porous body can be prevented from becoming brittle. Therefore, a porous titanium body having high porosity and excellent strength can be produced.

また、一般に例えば1000℃以上という高温で加熱する焼成工程に比べて、上記スラリー調整工程においては、500℃という比較的低温度の加熱によって、上記式(1)で表されるTcの値を決定することができる。そのため、上記スラリー調整工程におけるTcの決定は、実際の焼成工程の加熱に比べて省エネルギーで行うことができる。   Further, in general, the value of Tc represented by the above formula (1) is determined by heating at a relatively low temperature of 500 ° C. in the slurry adjustment step as compared with a firing step of heating at a high temperature of, for example, 1000 ° C. or higher. can do. Therefore, the determination of Tc in the slurry adjustment step can be performed with energy saving compared to the heating in the actual firing step.

第2の発明は、チタンからなる構造体の内部に多数の空孔を有するチタン多孔質体であって、
該チタン多孔質体は、炭素(C)濃度が0.5mass%以下であることを特徴とするチタン多孔質体にある(請求項4)。
A second invention is a titanium porous body having a large number of pores inside a structure made of titanium,
The titanium porous body is a titanium porous body characterized in that the carbon (C) concentration is 0.5 mass% or less.

上記第2の発明のチタン多孔質体は、炭素(C)濃度が0.5mass%以下である。
即ち、上記チタン多孔質体においては、該チタン多孔質体の強度を低下させる要因となるTiCをほとんど有していない。
そのため、上記チタン多孔質体は、高気孔率にしても、優れた強度を発揮することができる。
The titanium porous body of the second invention has a carbon (C) concentration of 0.5 mass% or less.
That is, the titanium porous body has almost no TiC that causes a decrease in the strength of the titanium porous body.
Therefore, even if the said titanium porous body has high porosity, it can exhibit the outstanding intensity | strength.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のチタン多孔質体の製造方法においては、上記スラリー調整工程と、上記成形工程と、上記発泡工程と、上記脱脂工程と、上記焼成工程とを行う。
上記スラリー調整工程においては、上記式(1)で表されるTcの値が0.5以下となるように上記発泡性スラリーを調整する。
Tcの値が0.5を越える場合には、上記焼成工程後に得られる上記チタン多孔質体に多くのTiCが生成し、チタン多孔質体の強度が低下するおそれがある。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
In the method for producing a porous titanium body of the present invention, the slurry adjustment step, the molding step, the foaming step, the degreasing step, and the firing step are performed.
In the slurry adjustment step, the foamable slurry is adjusted so that the value of Tc represented by the formula (1) is 0.5 or less.
When the value of Tc exceeds 0.5, a large amount of TiC is generated in the titanium porous body obtained after the firing step, and the strength of the titanium porous body may be reduced.

上記式(1)について説明する。
上記式(1)において、ai(a1、a2、a3、…ai(iは1〜nの自然数))は、上記発泡性スラリーを構成する上記チタン粉末以外のn種類の各成分Ai(例えば発泡剤、水溶性樹脂結合材、界面活性剤、可塑剤、及び水等)を加熱したときに生じる残さ量の割合(mass%)である。
具体的には、aiは、例えば示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)等により、各成分Aiを昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱したときに残留する残さ量(g)を、加熱に用いた各成分(Ai)量で除算した値を100分率で表した値である。例えば、10mgのスラリー成分(A1)を、上記のごとく加熱したときに、1mgの残さが分解せずに残った場合には、残さ量(a1)は10mass%となる。
i(g)は、上記発泡性スラリー中における上記各成分Aiの配合量である。
The above formula (1) will be described.
In the above formula (1), ai (a 1 , a 2 , a 3 ,... A i (i is a natural number of 1 to n)) is an n-type component other than the titanium powder constituting the foamable slurry. It is the ratio (mass%) of the residual amount produced when A i (for example, a foaming agent, a water-soluble resin binder, a surfactant, a plasticizer, water, etc.) is heated.
Specifically, a i is the amount of residue remaining when each component A i is heated to a temperature of 500 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min using, for example, a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (TG / DTA). A value obtained by dividing (g) by the amount of each component (A i ) used for heating, expressed as a 100-percentage. For example, when 10 mg of the slurry component (A 1 ) is heated as described above and 1 mg of the residue remains without being decomposed, the amount of the residue (a 1 ) is 10 mass%.
b i (g) is a blending amount of each component A i in the foamable slurry.

また、上記式(1)中における下記の式(2)で表される数式は、aiとbiとの積の総和を表し、具体的には下記の式(3)のように表すことができる。
In addition, the mathematical expression represented by the following expression (2) in the above expression (1) represents the sum of products of a i and b i, and specifically expressed as the following expression (3). Can do.

また、上記式(1)のai及びbiの右下に付してある「i」は1〜nの自然数であり、スラリー成分の種類によって決まる。例えばa1とb1や、a2とb2等のようにiが同じ数字のaiとbiは、同じスラリー成分に関する残さ量の割合(ai)と配合量(bi)とを表す。例えば、発泡性スラリー成分を構成する成分のうち、チタン粉末(A1)の残量の割合をa1とすると、配合量b1は、チタン粉末(A1)の配合量を示す。同様に、例えば水溶性樹脂結合材(A2)の残さ量をa2とすると、配合量b2は水溶性樹脂結合材(A2)の配合量である。
また、a1×b1やa2×b2は、同じスラリー成分についての残さ量の割合と配合量との積を示すものである。
Further, “i” attached to the lower right of a i and b i in the above formula (1) is a natural number of 1 to n, and is determined by the type of slurry component. For example, a i and b i having the same number i such as a 1 and b 1 , a 2 and b 2, etc., indicate the ratio (a i ) and the blending amount (b i ) of the residual amount for the same slurry component. To express. For example, if the proportion of the remaining amount of titanium powder (A 1 ) is a 1 among the components constituting the foamable slurry component, the blend amount b 1 indicates the blend amount of the titanium powder (A 1 ). Similarly, for example, when the remaining amount of the water-soluble resin binder (A 2 ) is a 2 , the blend amount b 2 is the blend amount of the water-soluble resin binder (A 2 ).
Further, a 1 × b 1 and a 2 × b 2 shows the product of the ratio and the amount of residue amounts for the same slurry components.

また、上記式(1)において、α(mass%)は、チタン粉末中の炭素濃度であり、β(g)は、上記発泡性スラリー中のチタン粉末の配合量である。α×βは、チタン粉末の炭素濃度と配合量との積である。
上記チタン粉末として、例えば炭素含有率40ppm以下という高純度のチタン粉末を用いる場合には、α×βを0として上記式(1)を取り扱うことができる。
In the above formula (1), α (mass%) is the carbon concentration in the titanium powder, and β (g) is the blending amount of the titanium powder in the foamable slurry. α × β is the product of the carbon concentration and the blending amount of the titanium powder.
When the titanium powder having a high purity of, for example, a carbon content of 40 ppm or less is used as the titanium powder, the above formula (1) can be handled by setting α × β to 0.

また、上記式(1)中における「×59−0.017」は、温度による補正値を示すものである。
即ち、上記スラリー調整工程においては、昇温速度10℃/min、温度500℃まで加熱して得られる残さ量の割合(ai)を用いてTcを規定しているが、上記焼成工程においては、例えば1500℃というより高温度での焼成を行うことが多い。よって実際には、高温度の加熱によって生じる残さが問題となる。このように上記焼成工程における加熱(焼成)温度と、上記スラリー調整工程において残さ量の割合(ai)を測定する際の加熱温度には、大きな差が生じやすい。そのため、上記式(1)においては、上述のごとく温度補正を行っている。この温度補正により、焼成工程において例えば1500℃まで1℃/minで昇温させて焼成する場合等のように、残さ量の割合(ai)を測定する際の加熱条件(昇温速度10℃/minで500℃まで加熱)とは異なる温度履歴で焼成を行う場合においても、上記式(1)を適用することができる。
Further, “× 59−0.017” in the above formula (1) indicates a correction value by temperature.
That is, in the slurry adjustment step, Tc is defined using the ratio (a i ) of the residual amount obtained by heating to a temperature rising rate of 10 ° C./min and a temperature of 500 ° C. In the firing step, In many cases, firing is performed at a higher temperature than 1500 ° C., for example. Therefore, in reality, the residue generated by high-temperature heating becomes a problem. Thus, a large difference is likely to occur between the heating (firing) temperature in the firing step and the heating temperature when measuring the ratio (a i ) of the remaining amount in the slurry adjusting step. Therefore, in the above formula (1), temperature correction is performed as described above. With this temperature correction, heating conditions (temperature increase rate of 10 ° C.) when measuring the ratio (a i ) of the residual amount as in the case of firing at a temperature of 1 ° C./min up to 1500 ° C. in the firing step, for example. The above formula (1) can also be applied in the case of performing firing at a temperature history different from (heating to 500 ° C. at / min).

また、上記スラリー調整工程において残さ量の割合(ai)を測定する際には、大気雰囲気、真空雰囲気(無酸素雰囲気)、及びAr雰囲気等の雰囲気条件を、上記脱脂工程や上記焼成工程における雰囲気条件と同じ条件にすることもできるが、異なる条件にすることもできる。 Moreover, when measuring the ratio (a i ) of the residual amount in the slurry adjustment step, the atmospheric conditions such as the air atmosphere, vacuum atmosphere (oxygen-free atmosphere), and Ar atmosphere are set in the degreasing step and the firing step. The conditions can be the same as the atmospheric conditions, but can also be different.

次に、上記式(1)を適用してTcを算出する具体的な例について説明する。
例えば、炭素濃度が0.00(mass%)の純チタン粉末28.9(g)と、残さ量が12.25(mass%)の水溶性樹脂結合材3.8(g)と、残さ量が7.67(mass%)の水溶性樹脂結合材7.0(g)と、残さ量が0.00(mass%)の可塑剤2.7(g)と、残さ量が39.55(mass%)のラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム2.2(g)とを水に混ぜてスラリーとし、残さ量が0.00mass%の発泡剤1.1gを添加して調整した発泡性スラリーについて、上記式(1)を適用すると、Tcは下記の式(4)のようにして算出することができる。なお、この場合にはTc=3.57(mass%)である。また、この例のように、残さ量が明らかに0となる例えば水等の成分については、上記式(1)に適用するスラリー成分Aiから除外することもできる。
Next, a specific example of calculating Tc by applying the above formula (1) will be described.
For example, pure titanium powder 28.9 (g) with a carbon concentration of 0.00 (mass%), a water-soluble resin binder 3.8 (g) with a residual quantity of 12.25 (mass%), and a residual quantity Is 7.67 (mass%) water-soluble resin binder 7.0 (g), the residual amount is 0.00 (mass%) plasticizer 2.7 (g), and the residual amount is 39.55 ( mass%) sodium laurylbenzenesulfonate 2.2 (g) is mixed with water to form a slurry, and the foaming slurry prepared by adding 1.1 g of a foaming agent having a residual amount of 0.00 mass% When (1) is applied, Tc can be calculated as in the following equation (4). In this case, Tc = 3.57 (mass%). Further, as in this example, a component such as water, for example, in which the remaining amount is clearly 0 can be excluded from the slurry component A i applied to the above formula (1).

また、Tcの値は、上記のごとく、上記発泡性スラリーを構成するチタン粉末以外の各成分毎に、残さ量の割合(ai)と配合量(bi)とを算出し、これらの積(ai×bi)の総和を求めて式(1)を適用することによって算出することができるが、簡易的には、発泡性スラリー全体について、チタン粉末以外の残さ量の割合(ai)とチタン粉末量を除いた発泡性スラリーの量(bi)との積を算出し、これを上記式(1)における上記式(2)の部分に当てはめることによっても求めることができる。
即ち、この場合には、上記発泡性スラリーを昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱して生じたチタン粉末以外の残さ量(g)を、チタン粉末の量を除いた発泡性スラリーの量(g)で除算して100分率で表した値と、チタン粉末の量を除いた発泡性スラリーの量との積が上記式(2)の部分と同義となる。
Further, as described above, the value of Tc is calculated by calculating the ratio (a i ) and the blending amount (b i ) of the residual amount for each component other than the titanium powder constituting the foamable slurry. It can be calculated by calculating the sum of (a i × b i ) and applying the formula (1), but simply, the ratio of the remaining amount of the foamable slurry other than titanium powder (a i ) And the amount (b i ) of the foamable slurry excluding the amount of titanium powder, and can be obtained by applying this to the part of the above formula (2) in the above formula (1).
That is, in this case, the remaining amount (g) other than the titanium powder produced by heating the foamable slurry to a temperature of 500 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min is the foamable slurry excluding the amount of the titanium powder. The product of the value represented by 100 percent divided by the amount (g) and the amount of foamable slurry excluding the amount of titanium powder is synonymous with the part of the above formula (2).

また、上記スラリー調整工程において、上記チタン粉末としては、平均粒径が0.3〜200μmのものが好ましい。平均粒径が0.3μm未満のチタン粉末は、その入手、加工、及び製造が困難である。一方、上記チタン粉末の平均粒径が200μmを越える場合には、均一で微細な気孔を形成することが困難になるおそれがある。   Moreover, in the said slurry adjustment process, as said titanium powder, a thing with an average particle diameter of 0.3-200 micrometers is preferable. Titanium powder having an average particle size of less than 0.3 μm is difficult to obtain, process and manufacture. On the other hand, when the average particle diameter of the titanium powder exceeds 200 μm, it may be difficult to form uniform and fine pores.

また、発泡剤としては、例えば揮発性の有機溶剤等を用いることができる。具体的には、例えば常温で液体の炭素数5〜8の炭化水素系有機溶剤等があり、より具体的には例えばペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、イソペンタン、ベンゼン、オクタン、及びトルエン等から選ばれる1種以上を用いることができる。上記発泡剤は、上記発泡性スラリー中においては上記界面活性剤の作用によってミセルを形成することができ、発泡時においては例えば加熱等によって気化して気泡を形成することができる。   Moreover, as a foaming agent, a volatile organic solvent etc. can be used, for example. Specific examples include hydrocarbon organic solvents having 5 to 8 carbon atoms that are liquid at room temperature, and more specifically selected from, for example, pentane, neopentane, hexane, isohexane, isopentane, benzene, octane, and toluene. 1 or more types can be used. The foaming agent can form micelles by the action of the surfactant in the foamable slurry, and can be vaporized by heating, for example, to form bubbles during foaming.

上記水溶性樹脂結合材は、上記発泡性スラリーを成形してなる成形体の形状を保持する役割を果たすことができる。また、上記発泡性スラリーの粘度を調整する粘度調整剤としての役割を果たすこともできる。
上記水溶性樹脂結合材としては、例えばセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースアンモニウム、エチルセルロース、及びポリビニルアルコール等から選ばれる1種以上を用いることができる。
The water-soluble resin binder can play a role of maintaining the shape of a molded body formed by molding the foamable slurry. It can also serve as a viscosity modifier that adjusts the viscosity of the foamable slurry.
As the water-soluble resin binder, for example, one or more selected from cellulose, methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, and the like can be used.

また、上記界面活性剤は、上記発泡性スラリー中において上記発泡剤とミセルを形成し、発泡工程において生じる微細な気泡(空孔)を安定化させることができる。上記界面活性剤としては、例えばアニオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤等がある。アニオン系界面活性剤としては、例えばラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、及びアルカンスルホン酸塩等がある。非イオン系界面活性剤としては、例えばポリエチレングリコール誘導体、多価アルコール誘導体等がある。   Moreover, the said surfactant forms the said foaming agent and a micelle in the said foamable slurry, and can stabilize the fine bubble (hole) produced in a foaming process. Examples of the surfactant include an anionic surfactant and a nonionic surfactant. Examples of the anionic surfactant include sodium lauryl benzene sulfonate, alkyl benzene sulfonate, α-olefin sulfonate, alkyl sulfate ester salt, alkyl ether sulfate ester salt, and alkane sulfonate salt. Examples of nonionic surfactants include polyethylene glycol derivatives and polyhydric alcohol derivatives.

また、上記スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の含有量が20〜80重量%、上記発泡剤の含有量が0.1〜10重量%、上記水溶性樹脂結合材の含有量が1〜20重量%、上記界面活性剤の含有量が0.1〜10重量%となるように上記発泡性スラリーを調整することが好ましい(請求項2)。   Moreover, in the said slurry adjustment process, content of the said titanium powder in the said foamable slurry is 20 to 80 weight%, content of the said foaming agent is 0.1 to 10 weight%, and the said water-soluble resin binder It is preferable to adjust the foamable slurry so that the content is 1 to 20% by weight, and the content of the surfactant is 0.1 to 10% by weight.

上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の含有量が20重量%未満の場合には、上記焼成工程後に得られる上記チタン多孔質体の強度が低下するおそれがある。一方、80重量%越える場合には、上記チタン多孔質体の高気孔率化が困難になるおそれがある。より好ましくは、上記チタン粉末の含有量は30重量%〜70重量%がよく、さらに好ましく50重量%〜70重量%がよい。   When content of the said titanium powder in the said foamable slurry is less than 20 weight%, there exists a possibility that the intensity | strength of the said titanium porous body obtained after the said baking process may fall. On the other hand, if it exceeds 80% by weight, it may be difficult to increase the porosity of the titanium porous body. More preferably, the content of the titanium powder is 30% to 70% by weight, and more preferably 50% to 70% by weight.

また、上記発泡剤の含有量が0.1重量%未満の場合には、上記発泡工程において空孔が充分に形成され難くなり、上記チタン多孔質体の気孔率を高めることが困難になるおそれがある。一方、10重量%を越える場合には、上記チタン多孔質体の空孔が大きくなり易くなる。より好ましくは、上記発泡剤の含有量は0.3重量%〜5重量%がよく、さらに好ましくは0.3重量%〜2重量%がよい。   Moreover, when the content of the foaming agent is less than 0.1% by weight, it is difficult to sufficiently form pores in the foaming step, and it may be difficult to increase the porosity of the titanium porous body. There is. On the other hand, when it exceeds 10% by weight, the pores of the titanium porous body tend to be large. More preferably, the content of the foaming agent is 0.3 wt% to 5 wt%, and more preferably 0.3 wt% to 2 wt%.

上記水溶性樹脂結合材の含有量が1重量%未満の場合には、上記成形工程後の上記成形体、上記発泡成形体、上記発泡脱脂体の強度が低下し、取り扱いが困難になるおそれがある。一方、20重量%を越える場合には、粘度が高くなりすぎて、上記発泡性スラリーを所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。より好ましくは、上記水溶性樹脂結合材の含有量は、2重量%〜15重量%がよく、さらに好ましくは2.5重量%〜10重量%がよい。
また、上記界面活性剤の含有量が0.1重量%未満の場合には、上記発泡剤のミセルの形成が不安定となり、微細で径の揃った空孔を形成することが困難になるおそれがある。一方、10重量%を越えて添加しても特に顕著な利点がなく、ムダにコストを増大させてしまうおそれがある。より好ましくは、上記界面活性剤の含有量は、0.3重量%〜5重量%がよく、さらに好ましくは0.5〜2重量%がよい。
When the content of the water-soluble resin binder is less than 1% by weight, the strength of the molded body, the foamed molded body, and the foamed degreased body after the molding step may be reduced and handling may be difficult. is there. On the other hand, when it exceeds 20% by weight, the viscosity becomes too high, and it may be difficult to form the foamable slurry into a desired shape. More preferably, the content of the water-soluble resin binder is 2 to 15% by weight, and more preferably 2.5 to 10% by weight.
If the surfactant content is less than 0.1% by weight, the formation of micelles of the foaming agent becomes unstable, and it may be difficult to form fine pores with uniform diameters. There is. On the other hand, even if added over 10% by weight, there is no particularly remarkable advantage, and there is a possibility that the cost is wasted. More preferably, the content of the surfactant is 0.3 to 5% by weight, and more preferably 0.5 to 2% by weight.

また、上記発泡性スラリー中の水の含有量は、15〜60重量%であることが好ましい。水の含有量が15重量%未満の場合には、上記発泡性スラリーの粘度が高くなりすぎて、上記発泡性スラリーを所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。一方、60重量%を越える場合には、上記発泡性スラリーの粘度が低くなりすぎて、この場合にもやはり所望の形状に成形することが困難になるおそれがある。より好ましくは、水の含有量は25〜50重量%がよく、さらに好ましくは25〜40重量%がよい。   Moreover, it is preferable that content of the water in the said foamable slurry is 15 to 60 weight%. When the water content is less than 15% by weight, the viscosity of the foamable slurry becomes too high, and it may be difficult to form the foamable slurry into a desired shape. On the other hand, if it exceeds 60% by weight, the viscosity of the foamable slurry becomes too low, and it may be difficult to form the desired shape in this case as well. More preferably, the water content is 25 to 50% by weight, and more preferably 25 to 40% by weight.

また、上記スラリー調整工程においては、濃度0.1〜10重量%となるように可塑剤を混合することが好ましい(請求項3)。
この場合には、上記発泡性スラリーの成形性をより向上させることができると共に、成形後の成形体の取り扱いをより容易にすることができる。
上記可塑剤の含有量が0.1重量%未満の場合には、上述の成形性及び取り扱い性の向上効果が充分に得られないおそれがある。一方、10重量%を越える場合には、上記焼成後の上記チタン多孔質体の強度が低下するおそれがある。より好ましくは、上記可塑剤の含有量は0.3〜5重量%がよい。
Moreover, in the said slurry adjustment process, it is preferable to mix a plasticizer so that it may become a density | concentration of 0.1 to 10 weight%.
In this case, the moldability of the foamable slurry can be further improved, and handling of the molded body after molding can be facilitated.
When the content of the plasticizer is less than 0.1% by weight, the above-described effects of improving moldability and handleability may not be sufficiently obtained. On the other hand, when it exceeds 10% by weight, the strength of the titanium porous body after the firing may be lowered. More preferably, the content of the plasticizer is 0.3 to 5% by weight.

上記可塑剤としては、例えば多価アルコール、油脂、エーテル、及びエステル等がある。上記多価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等がある。上記油脂としては、例えばイワシ油、菜種油、オリーブ油等がある。上記エステルとしては、例えばフタル酸ジエチル、フタル酸ジNブチル、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸ジNオクチル、ソルビタンモノオレート、ソルビタントリオレート、ソルビタンパルミテート、及びソルビタンステアレート等がある。   Examples of the plasticizer include polyhydric alcohols, fats and oils, ethers, and esters. Examples of the polyhydric alcohol include ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin. Examples of the oil include sardine oil, rapeseed oil, and olive oil. Examples of the ester include diethyl phthalate, di-N-butyl phthalate, diethyl-hexyl phthalate, di-N-octyl phthalate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan palmitate, and sorbitan stearate.

次に、上記成形工程においては、上記発泡性スラリーを成形して成形体を作製する。
上記発泡性スラリーの成形は、例えばドクターブレード法、押出、及びロール圧延等によって行うことができる。
Next, in the molding step, the foamable slurry is molded to produce a molded body.
The foamable slurry can be formed by, for example, a doctor blade method, extrusion, roll rolling, or the like.

また、上記発泡工程においては、上記成形体を発泡させて発泡成形体を作製する。
上記成形体の発泡は、例えば上記発泡剤を揮発させること等により行うことができる。より具体的には、例えば上記成形体を加熱したり、低圧状態したりすることにより行うことができる。
In the foaming step, the molded body is foamed to produce a foamed molded body.
Foaming of the molded body can be performed, for example, by volatilizing the foaming agent. More specifically, it can be carried out, for example, by heating the molded body or putting it in a low pressure state.

次に、上記脱脂工程においては、加熱等によって上記発泡成形体を脱脂させて発泡脱脂体を作製する。
この脱脂工程を行うことにより、上記発泡成形体中に含まれる有機物を除去することができる。その結果、空孔形状を維持したままの発泡脱脂体を得ることができる。
Next, in the degreasing step, the foamed degreased body is produced by degreasing the foamed molded body by heating or the like.
By performing this degreasing process, the organic substance contained in the said foaming molding can be removed. As a result, it is possible to obtain a foamed degreased body while maintaining the pore shape.

また、上記発泡工程と上記脱脂工程との間には、上記発泡成形体を乾燥させる乾燥工程を行うことが好ましい。
この場合には、上記発泡成形体中に含まれる空孔(気泡)が破壊されることを防止することができる。そのため、この場合には、上記焼成工程後に得られる上記チタン多孔質体の空孔の形状及び径をより均一なものにすることができる。
Moreover, it is preferable to perform the drying process which dries the said foaming molding between the said foaming process and the said degreasing process.
In this case, it is possible to prevent the voids (bubbles) contained in the foamed molded body from being destroyed. Therefore, in this case, the shape and diameter of the pores of the titanium porous body obtained after the firing step can be made more uniform.

次に、上記焼成工程においては、上記発泡脱脂体を焼成してチタン多孔質体を作製する。上記焼成工程においては、上記発泡脱脂体中に含まれる上記チタン粉末を焼結させて上記チタン多孔質体を作製することができる。   Next, in the firing step, the foamed degreased body is fired to produce a titanium porous body. In the firing step, the titanium porous body can be produced by sintering the titanium powder contained in the foamed degreased body.

上記焼成工程においては、上記発泡脱脂体を温度1000〜1600℃で焼成することができる。温度1000℃未満の場合には、上記チタン粉末が充分に焼結できなくなるおそれがある。一方、1600℃を越える温度で焼成しても、得られるチタン多孔質体の焼結性の向上にはほとんど影響がなく、ムダに製造コストを増大させてしまうおそれがある。また、焼成温度が1600℃を越えるとチタンが溶融してしまうおそれがある。
上記のように1000〜1500℃という温度範囲で焼成する場合においても、上記スラリー調整工程におけるTcの値を0.5以下に調整することにより、焼成後のチタン多孔質体にTiCが発生することを抑制し、高気孔率で強度に優れたチタン多孔質体を製造することができる。より好ましくは、上記焼成工程における焼成温度は、1300〜1500℃がよい。
In the firing step, the foamed degreased body can be fired at a temperature of 1000 to 1600 ° C. If the temperature is lower than 1000 ° C., the titanium powder may not be sufficiently sintered. On the other hand, firing at a temperature exceeding 1600 ° C. has almost no effect on the improvement of the sinterability of the resulting porous titanium body, and there is a possibility that the manufacturing cost may be increased. Further, if the firing temperature exceeds 1600 ° C., titanium may be melted.
Even when firing in the temperature range of 1000 to 1500 ° C. as described above, TiC is generated in the fired titanium porous body by adjusting the value of Tc in the slurry adjustment step to 0.5 or less. It is possible to produce a titanium porous body with high porosity and excellent strength. More preferably, the firing temperature in the firing step is 1300 to 1500 ° C.

また、上記チタン多孔質体は、気孔率60%以上であることが好ましい。
この場合には、上記チタン多孔質体の軽量化及び高機能化を図ることができる。また、この場合には、高気孔率であっても高い強度を示すという本発明の上記作用効果をより顕著に発揮することができる。気孔率が60%未満の場合には、上記チタン多孔質体を充分に軽量化することできず、上記チタン多孔質体は、多孔質体としての利点を充分に発揮できないおそれがある。より好ましくは、気孔率は70%以上がよい。
上記気孔率は、例えば上記調整工程における上記発泡性スラリーの配合を調整したり、上記発泡工程における温度や湿度等の発泡条件、上記脱脂工程や上記焼成工程における加熱条件や雰囲気条件等を変えることにより調整することができる。
The titanium porous body preferably has a porosity of 60% or more.
In this case, the titanium porous body can be reduced in weight and functionality. Further, in this case, the above-described effect of the present invention that exhibits high strength even at a high porosity can be exhibited more remarkably. When the porosity is less than 60%, the titanium porous body cannot be sufficiently reduced in weight, and the titanium porous body may not fully exhibit the advantages as a porous body. More preferably, the porosity is 70% or more.
The porosity is adjusted, for example, by adjusting the blending of the foamable slurry in the adjusting step, changing the foaming conditions such as temperature and humidity in the foaming step, the heating conditions and the atmospheric conditions in the degreasing step and the firing step, and the like. Can be adjusted.

次に、上記第2の発明において、上記チタン多孔質体は、その炭素濃度(炭素原子含有率)が0.5mass%である。
炭素濃度が0.5mass%を越える場合には、TiCの含有量が多くなり、上記チタン多孔質体の強度が低下するおそれがある。
Next, in the second invention, the titanium porous body has a carbon concentration (carbon atom content) of 0.5 mass%.
When the carbon concentration exceeds 0.5 mass%, the content of TiC increases and the strength of the titanium porous body may be reduced.

好ましくは、上記チタン多孔質体の炭素(C)濃度は0.3mass%以下であることがよい(請求項5)。
この場合には、上記チタン多孔質体の強度をより一層向上させることができる。
Preferably, the carbon (C) concentration of the porous titanium body is 0.3 mass% or less.
In this case, the strength of the titanium porous body can be further improved.

また、上記第2の発明の上記チタン多孔質体は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたものであることが好ましい(請求項6)。
この場合には、炭素濃度0.5mass%以下という上記チタン多孔質体を容易に作製することができる。
Moreover, it is preferable that the said titanium porous body of the said 2nd invention is manufactured by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-3 (Claim 6).
In this case, the titanium porous body having a carbon concentration of 0.5 mass% or less can be easily produced.

(実施例1)
次に、本発明の実施例について説明する。
本例においては、チタンからなる構造体の内部に多数の空孔を有するチタン多孔質体を製造する。本例の製造方法においては、スラリー調整工程と、成形工程と、発泡工程と、脱脂工程と、焼成工程とを行う。
Example 1
Next, examples of the present invention will be described.
In this example, a titanium porous body having a large number of pores inside a structure made of titanium is manufactured. In the manufacturing method of this example, a slurry adjustment process, a molding process, a foaming process, a degreasing process, and a firing process are performed.

スラリー調整工程においては、チタン粉末、発泡剤、水溶性樹脂結合材、界面活性剤、及び水を混合して発泡性スラリーを作製する。また、スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリーを構成するチタン粉末以外のn種類の各成分Ai(iは1〜nの自然数)を昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱したときに生じる残さ量の割合をそれぞれai(mass%)とし、上記チタン粉末中の炭素濃度をα(mass%)とし、上記発泡性スラリー中のチタン粉末以外の上記各成分Aiの配合量をそれぞれbi(g)とし、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の配合量をβ(g)としたとき、下記の式(1)で算出されるTcの値が0.5以下となるように上記発泡性スラリーを調整する。
In the slurry adjustment step, a titanium powder, a foaming agent, a water-soluble resin binder, a surfactant, and water are mixed to produce a foamable slurry. In the slurry adjustment step, each of n kinds of components A i (i is a natural number of 1 to n) other than titanium powder constituting the foamable slurry was heated to a temperature of 500 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min. The ratio of the amount of the remaining residue is a i (mass%), the carbon concentration in the titanium powder is α (mass%), and the amount of each component A i other than the titanium powder in the foamable slurry Where b i (g) and the blending amount of the titanium powder in the foamable slurry are β (g), the value of Tc calculated by the following formula (1) is 0.5 or less. The foamable slurry is adjusted as described above.

成形工程においては、上記発泡性スラリーを成形して成形体を作製する。
発泡工程においては、上記成形体を発泡させて発泡成形体を作製する。
脱脂工程においては、上記発泡成形体を脱脂させて発泡脱脂体を作製する。
また、焼成工程においては、上記発泡脱脂体を焼成してチタン多孔質体を作製する。
In the molding step, the foamable slurry is molded to produce a molded body.
In the foaming step, the molded body is foamed to produce a foamed molded body.
In the degreasing step, the foamed degreased body is produced by degreasing the foamed molded body.
Moreover, in a baking process, the said foaming degreased body is baked and a titanium porous body is produced.

以下、本例の製造方法につき、詳細に説明する。
まず、チタン粉末として、炭素濃度0.00mass%、平均粒径20μmの低酸素チタン粉末(チタニウム(Titanium) ロウ(Law) オキシゲン(Oxigen) パウダー(Powder)、TILOP)を準備した。また、発泡剤としてヘキサンを準備し、水溶性樹脂結合材としてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)を準備した。さらに界面活性剤としては日本油脂社製のST221を準備し、可塑剤としてグリセリンを準備した。
Hereinafter, the manufacturing method of this example will be described in detail.
First, as a titanium powder, a low-oxygen titanium powder having a carbon concentration of 0.00 mass% and an average particle diameter of 20 μm (Titanium, Low, Oxigen, and TILOP) was prepared. Moreover, hexane was prepared as a foaming agent, and methylcellulose and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) were prepared as water-soluble resin binders. Furthermore, as a surfactant, ST221 manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd. was prepared, and glycerin was prepared as a plasticizer.

次に、チタン粉末(TILOP)、ヘキサン、メチルセルロース、HPMC、ST221、グリセリン、及び水という7種類の成分を混合して発泡性スラリーを作製する。
発泡性スラリーの調整にあたっては、まず、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)により、チタン粉末以外の一定量の各成分を昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱し、残留する残さ量を測定した。次いで、得られた残さ量を測定に用いた成分の量で除算し、100分率とすることにより残さ量の割合(ai)を算出した。
その結果、ヘキサンを成分A1とすると、その残さ量a1は0mass%であった。同様に、メチルセルロース(A2)の残さ量a2は12.25mass%、HPMC(A3)の残さ量a3は7.67mass%、ST221(A4)の残さ量a4は2.24mass%、グリセリン(A5)の残さ量a5は0mass%、水(A6)の残さ量a6は0mass%であった。また、上述のごとく、チタン粉末の炭素濃度αは、0.00mass%である。
Next, seven types of ingredients, titanium powder (TILOP), hexane, methylcellulose, HPMC, ST221, glycerin, and water are mixed to prepare an effervescent slurry.
In preparing the foamable slurry, first, a certain amount of each component other than the titanium powder was heated to a temperature of 500 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./min using a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (TG / DTA) The amount of residue to be measured was measured. Next, the obtained residual amount was divided by the amount of the component used for the measurement, and the ratio (a i ) of the residual amount was calculated by setting it to 100 fraction.
As a result, when the hexane with component A 1, the left amount a 1 was 0mass%. Similarly, the residual amount a 2 of methylcellulose (A 2 ) is 12.25 mass%, the residual amount a 3 of HPMC (A 3 ) is 7.67 mass%, and the residual amount a 4 of ST221 (A 4 ) is 2.24 mass%. the amount a 5 residue of glycerine (a 5) is 0Mass%, the amount a 6 residue of water (a 6) was 0mass%. As described above, the carbon concentration α of the titanium powder is 0.00 mass%.

各成分の残さ量の割合及びチタン粉末の炭素濃度を上記式(1)に当てはめて、Tcが0.5以下となるように、チタン粉末、ヘキサン、メチルセルロース、HPMC、ST221、グリセリン、及び水を混合し、発泡性スラリーを調整した。具体的には、チタン粉末を75.3g(β=75.3)、ヘキサンを0.6g(b1=0.6)、メチルセルロースを1.9g(b2=1.9)、HPMCを3.5g(b3=3.5)、ST221を1.1g(b4=1.1)、グリセリンを1.4g(b5=1.4)、及び水を36.6g(b6=36.6)混合して、Tcの値が0.392(mass%)の発泡性スラリーを調整した。
本例の発泡性スラリーのTcを算出する式を下記の式(5)に示し、本例の発泡性スラリーの配合及びTcの値を後述の表1に示す。

By applying the residual amount ratio of each component and the carbon concentration of the titanium powder to the above formula (1), titanium powder, hexane, methylcellulose, HPMC, ST221, glycerin, and water are added so that Tc is 0.5 or less. Mix to prepare a foaming slurry. Specifically, 75.3 g (β = 75.3) of titanium powder, 0.6 g (b 1 = 0.6) of hexane, 1.9 g (b 2 = 1.9) of methylcellulose, 3 HPMC 0.5 g (b 3 = 3.5), 1.1 g of ST221 (b 4 = 1.1), 1.4 g of glycerin (b 5 = 1.4), and 36.6 g of water (b 6 = 36) .6) A foamable slurry having a Tc value of 0.392 (mass%) was prepared by mixing.
The formula for calculating Tc of the foamable slurry of this example is shown in the following formula (5), and the composition of the foamable slurry of this example and the value of Tc are shown in Table 1 described later.

次いで、このようにして得られた発泡性スラリーをドクターブレード法により板状に成形して成形体を作製した。次に、この成形体を温度40℃、湿度90%という条件で発泡させ、発泡成形体を作製した後、温度45℃に設定した遠赤外線乾燥機を用いて乾燥させた。
乾燥後の発泡成形体を空気中で温度500℃で30分間保持して脱脂し、発泡脱脂体を得た。
次いで、この発泡脱脂体を焼成してチタン多孔質体を作製した。
焼成は、昇温速度1℃/minで温度1500℃まで昇温させて、その温度1500℃で2時間保持するという条件で行った。
このようにして、チタンからなり、多数の空孔を有するチタン多孔質体を得た。
Subsequently, the foamable slurry thus obtained was molded into a plate shape by a doctor blade method to produce a molded body. Next, the molded body was foamed under conditions of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90% to produce a foamed molded body, and then dried using a far infrared dryer set at a temperature of 45 ° C.
The foamed molded body after drying was degreased by holding in air at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes to obtain a foamed degreased body.
Next, this foamed degreased body was fired to produce a titanium porous body.
Firing was performed under the condition that the temperature was raised to 1500 ° C. at a temperature raising rate of 1 ° C./min and the temperature was held at 1500 ° C. for 2 hours.
Thus, a titanium porous body made of titanium and having a large number of pores was obtained.

なお、本例においては、上記発泡性スラリーを構成する成分の全てについて、残さ量の割合(ai)を測定し上記式(1)に適用したが、例えば水等のように加熱によって残さを生じないことがほとんど明らかな構成成分については、残さ量の割合(ai)を測定する成分Aiから除外することができる。即ち、上記スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリーを構成する成分のうち、加熱により残さを生じ得る構成成分Aiについて上記式(1)を適用することができる。 In this example, the ratio (a i ) of the residual amount was measured and applied to the above formula (1) for all of the components constituting the foamable slurry, but the residue was left by heating such as water. Constituent components that are almost never generated can be excluded from the component A i for which the ratio (a i ) of the residual amount is measured. That is, in the slurry adjusting step, the formula (1) can be applied to the constituent component A i that can generate a residue by heating among the constituents of the foamable slurry.

(実施例2〜5及び比較例1〜6)
次に、実施例1の発泡性スラリーとは、配合が異なる10種類の発泡性スラリーを作製した。
各実施例2〜5の発泡性スラリーの配合及びTcの値を後述の表1に示し、比較例1〜6の発泡性スラリーの配合及びTcの値を後述の表2に示す。また、各発泡性スラリーを用いて実施例1と同様にしてチタン多孔質体を作製した。
(Examples 2-5 and Comparative Examples 1-6)
Next, ten types of foamable slurries with different blendings from the foamable slurry of Example 1 were prepared.
The blending of foamable slurries and Tc values of Examples 2 to 5 are shown in Table 1 below, and the blending of foamable slurries and Tc values of Comparative Examples 1 to 6 are shown in Table 2 below. In addition, a porous titanium body was produced in the same manner as in Example 1 using each foamable slurry.

(実験例)
次に、実施例1〜5及び比較例1〜6において作製した11種類のチタン多孔質体について、C(炭素)濃度及び気孔率を測定し、また曲げ試験を行って強度を調べた。
(Experimental example)
Next, about 11 types of titanium porous bodies produced in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-6, C (carbon) density | concentration and porosity were measured, the bending test was done, and the intensity | strength was investigated.

「C濃度の測定」
チタン多孔質体のC濃度(mass%)は、次のようにして測定した。
即ち、まず、各チタン多孔質体を酸素中で加熱して溶融させる。これにより、各チタン多孔質体に含まれる炭素(C)と酸素とを反応させてガス(CO及びCO2)を生成させる。そのガス量を赤外線吸収法により、ブランクの状態と比較することによって、定量化し、C濃度を得た(酸素燃焼赤外線吸収法)。
その結果を表1及び表2に示す。
“Measurement of C concentration”
The C concentration (mass%) of the titanium porous body was measured as follows.
That is, first, each titanium porous body is heated and melted in oxygen. Thereby, carbon (C) and oxygen contained in each titanium porous body are reacted to generate gas (CO and CO 2 ). The amount of gas was quantified by comparing with the blank state by an infrared absorption method to obtain a C concentration (oxygen combustion infrared absorption method).
The results are shown in Tables 1 and 2.

「気孔率」
チタン多孔質体の気孔率(%)は、パラフィンを用いたアルキメデス法にて測定した。
即ち、まずチタン多孔質体を一定の寸法(30mm×30mm×0.3mm)に切り出し、その重量(W1[g])を測定した。測定後、融解させたパラフィンに浸漬し、空孔部分を閉口させ、再度重量(W2[g])を測定した。次いで、水中にてチタン多孔質体の重量(W3[g])を測定した。
ここで、水の密度をρ0[g/cm3](本例においてはρ0=1とする)とすると、チタン多孔質体のみかけの密度(ρ[g/cm3])を、ρ=ρ0・W1/(W2−W3)という式から算出することができる。そして、気孔率(x[%])は、チタン(Ti)の密度をρ1[g/cm3](本例においてはρ1=4.5とする)とすると、x=100×(1−ρ/ρ1)という式から算出することができる。
その結果を表1及び表2に示す。
"Porosity"
The porosity (%) of the titanium porous body was measured by the Archimedes method using paraffin.
That is, first, the titanium porous body was cut into a certain size (30 mm × 30 mm × 0.3 mm), and its weight (W 1 [g]) was measured. After the measurement, the sample was immersed in melted paraffin, the pores were closed, and the weight (W 2 [g]) was measured again. Next, the weight of the porous titanium body (W 3 [g]) was measured in water.
Here, assuming that the density of water is ρ 0 [g / cm 3 ] (in this example, ρ 0 = 1), the apparent density (ρ [g / cm 3 ]) of the titanium porous body is expressed as ρ = Ρ 0 · W 1 / (W 2 −W 3 ) The porosity (x [%]) is x = 100 × (1) where the density of titanium (Ti) is ρ 1 [g / cm 3 ] (in this example, ρ 1 = 4.5). -Ρ / ρ 1 ).
The results are shown in Tables 1 and 2.

「曲げ試験」
チタン多孔質体の曲げ試験は、次のようにして行った。
即ち、各実施例及び比較例において作製した各チタン多孔質体をそれぞれ厚さ0.5mm、幅30mm、長さ200mmの板状にし、これをφ70mmの丸棒に巻き付けた。さらに巻き付けたチタン多孔質体を丸棒からはずし、その形状を元の板状に戻した。このとき、クラックや割れの有無を目視により観察した。その結果を表1及び表2に示す。
"Bending test"
The bending test of the titanium porous body was performed as follows.
That is, each titanium porous body produced in each example and comparative example was formed into a plate shape having a thickness of 0.5 mm, a width of 30 mm, and a length of 200 mm, and this was wound around a round bar of φ70 mm. Further, the wound titanium porous body was removed from the round bar, and its shape was returned to the original plate shape. At this time, the presence or absence of cracks or cracks was visually observed. The results are shown in Tables 1 and 2.

表1及び表2より知られるごとく、Tcが0.5mass%以下となるように調整した実施例1〜5の発泡性スラリーを用いて作製したチタン多孔質体においては、C濃度が0.5mass%以下となっていた。そのため、70%以上という比較的高い気孔率を有するにもかかわらず、実施例1〜5において作製したチタン多孔質体は、曲げ試験においてもクラックや割れの発生がなく、強度に優れていた。   As is known from Table 1 and Table 2, in the porous titanium body prepared using the foamable slurry of Examples 1 to 5 adjusted so that Tc is 0.5 mass% or less, the C concentration is 0.5 mass. % Or less. Therefore, despite having a relatively high porosity of 70% or more, the titanium porous bodies produced in Examples 1 to 5 were free from cracks and cracks in the bending test, and were excellent in strength.

一方、Tcが0.5mass%を越えるように調整した比較例1〜6の発泡性スラリを用いて作製したチタン多孔質体においては、C濃度が0.5mass%を越えていた。そのため、比較例1〜5において作製したチタン多孔質体は、実施例1〜5と同条件で作製し、同程度の気孔率を有するにもかかわらず、曲げ試験においてクラックや割れが発生し、強度が低いものであった。
また、表1及び表2から知られるごとく、実施例1〜5及び比較例1〜6においては、スラリー調整工程において得られるTcの値が、実際の焼成後のチタン多孔質体の炭素濃度とほぼ同じ値になっていることがわかる。
On the other hand, in the titanium porous body manufactured using the foamable slurry of Comparative Examples 1 to 6 adjusted so that Tc exceeded 0.5 mass%, the C concentration exceeded 0.5 mass%. Therefore, the titanium porous body produced in Comparative Examples 1 to 5 was produced under the same conditions as in Examples 1 to 5, and cracks and cracks occurred in the bending test despite having the same porosity. The strength was low.
Moreover, as known from Table 1 and Table 2, in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6, the value of Tc obtained in the slurry adjustment step is the carbon concentration of the titanium porous body after actual firing. It can be seen that the values are almost the same.

次に、実施例4のチタン多孔質体と比較例4のチタン多孔質体について、断面を電子顕微鏡で観察した。その顕微鏡写真を図1及び図2に示す。図1が実施例4のチタン多孔質体の断面を示し、図2が比較例4のチタン多孔質体の断面を示す。   Next, the cross section of the porous titanium body of Example 4 and the porous titanium body of Comparative Example 4 was observed with an electron microscope. The micrographs are shown in FIGS. FIG. 1 shows a cross section of the titanium porous body of Example 4, and FIG. 2 shows a cross section of the titanium porous body of Comparative Example 4.

図1及び図2に示すごとく、実施例4及び比較例4のチタン多孔質体1、2は、いずれにおいても内部に多くの空孔12、22を有し、空孔12、22の周囲には、チタンの焼結体が空孔壁11、21を形成するように配されていた。
図1より知られるごとく、実施例4のチタン多孔質体1においては、空孔壁11中にTiCの生成はほとんど観察されなかった。
これに対し、図2より知られるごとく、比較例4のチタン多孔質体2においては、チタンの焼結体からなる空孔壁21中にTiCが生成していた。このTiCが比較例4のチタン多孔質体の強度の低下の要因となっている(表2参照)。なお、図2おいては、TiCが生成している部分を明示するために、その部分を点線で囲って示してある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the porous titanium bodies 1 and 2 of Example 4 and Comparative Example 4 both have a large number of pores 12 and 22 inside, and around the pores 12 and 22. Were arranged such that the sintered body of titanium formed the pore walls 11 and 21.
As can be seen from FIG. 1, in the porous titanium body 1 of Example 4, almost no TiC was formed in the pore walls 11.
On the other hand, as can be seen from FIG. 2, in the porous titanium body 2 of Comparative Example 4, TiC was generated in the pore wall 21 made of a sintered titanium body. This TiC is a cause of a decrease in strength of the porous titanium body of Comparative Example 4 (see Table 2). In FIG. 2, in order to clearly show a portion where TiC is generated, the portion is shown surrounded by a dotted line.

以上のように、スラリー調整工程におけるTcの値と焼成工程後に得られるチタン多孔質体のC濃度とはほぼ同程度の値を示し、Tcを0.5以下に下げることにより、C濃度が0.5以下のチタン多孔質体を得ることができる。そしてC濃度が0.5以下のチタン多孔質体は、高気孔率であっても高い強度を発揮できることがわかる。   As described above, the value of Tc in the slurry adjustment step and the C concentration of the titanium porous body obtained after the firing step show substantially the same value. By reducing Tc to 0.5 or less, the C concentration becomes 0 A titanium porous body of 5 or less can be obtained. And it turns out that the titanium porous body whose C density | concentration is 0.5 or less can exhibit high intensity | strength even if it is a high porosity.

実験例にかかる、実施例4のチタン多孔質体の断面組織を示す写真代用図。The photograph substitute figure which shows the cross-sectional structure | tissue of the titanium porous body of Example 4 concerning an experiment example. 実験例にかかる、比較例4のチタン多孔質体の断面組織を示す写真代用図。The photograph substitute figure which shows the cross-sectional structure | tissue of the titanium porous body of the comparative example 4 concerning an experiment example.

符号の説明Explanation of symbols

1 チタン多孔質体
11 空孔壁
12 空孔
1 Titanium porous body 11 Porous wall 12 Porous

Claims (6)

チタンからなる構造体の内部に多数の空孔を有するチタン多孔質体を製造する方法において、
チタン粉末、発泡剤、水溶性樹脂結合材、界面活性剤、及び水を混合して発泡性スラリーを作製するスラリー調整工程と、
上記発泡性スラリーを成形して成形体を作製する成形工程と、
上記成形体を発泡させて発泡成形体を作製する発泡工程と、
上記発泡成形体を脱脂させて発泡脱脂体を作製する脱脂工程と、
上記発泡脱脂体を焼成してチタン多孔質体を作製する焼成工程とを有し、
上記スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリーを構成する上記チタン粉末以外のn種類の各成分Ai(iは1〜nの自然数)を昇温速度10℃/minで温度500℃まで加熱したときに生じる残さ量の割合をそれぞれai(mass%)とし、上記チタン粉末中の炭素濃度をα(mass%)とし、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末以外の上記各成分Aiの配合量をそれぞれbi(g)とし、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の配合量をβ(g)としたとき、下記の式(1)で算出されるTcの値が0.5以下となるように上記発泡性スラリーを調整することを特徴とするチタン多孔質体の製造方法。
In a method for producing a titanium porous body having a large number of pores inside a structure made of titanium,
A slurry adjustment step of preparing a foamable slurry by mixing titanium powder, a foaming agent, a water-soluble resin binder, a surfactant, and water;
A molding step of molding the foamable slurry to produce a molded body;
A foaming step of foaming the molded body to produce a foamed molded body;
A degreasing step of degreasing the foamed molded body to produce a foamed degreased body;
Firing the foamed degreased body to produce a titanium porous body,
In the slurry adjusting step, each of n kinds of components A i (i is a natural number of 1 to n) other than the titanium powder constituting the foamable slurry was heated to a temperature of 500 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min. The ratio of the amount of the remaining residue is a i (mass%), the carbon concentration in the titanium powder is α (mass%), and the ingredients A i other than the titanium powder in the foamable slurry are mixed. When the amount is b i (g) and the blending amount of the titanium powder in the foamable slurry is β (g), the value of Tc calculated by the following formula (1) is 0.5 or less. A method for producing a porous titanium body, wherein the foamable slurry is adjusted so as to be.
請求項1において、上記スラリー調整工程においては、上記発泡性スラリー中の上記チタン粉末の含有量が20〜80重量%、上記発泡剤の含有量が0.1〜10重量%、上記水溶性樹脂結合材の含有量が1〜20重量%、上記界面活性剤の含有量が0.1〜10重量%となるように上記発泡性スラリーを調整することを特徴とするチタン多孔質体の製造方法。   In Claim 1, In the said slurry adjustment process, content of the said titanium powder in the said foamable slurry is 20 to 80 weight%, Content of the said foaming agent is 0.1 to 10 weight%, The said water-soluble resin A method for producing a porous titanium body, comprising adjusting the foamable slurry so that the content of the binder is 1 to 20% by weight and the content of the surfactant is 0.1 to 10% by weight. . 請求項1又は2において、上記スラリー調整工程においては、濃度0.1〜10重量%となるように可塑剤を混合することを特徴とするチタン多孔質体の製造方法。   3. The method for producing a porous titanium body according to claim 1, wherein in the slurry adjustment step, a plasticizer is mixed so as to have a concentration of 0.1 to 10 wt%. チタンからなる構造体の内部に多数の空孔を有するチタン多孔質体であって、
該チタン多孔質体は、炭素(C)濃度が0.5mass%以下であることを特徴とするチタン多孔質体。
A titanium porous body having a large number of pores inside a structure made of titanium,
The titanium porous body has a carbon (C) concentration of 0.5 mass% or less.
請求項4において、上記チタン多孔質体の炭素(C)濃度は0.3mass%以下であることを特徴とするチタン多孔質体。   The titanium porous body according to claim 4, wherein the titanium porous body has a carbon (C) concentration of 0.3 mass% or less. 請求項4又は5において、上記チタン多孔質体は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたものであることを特徴とするチタン多孔質体。   The titanium porous body according to claim 4 or 5, wherein the titanium porous body is manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3.
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