JP2009256788A - 多孔質アルミニウム焼結体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 質量%にて、炭素:0.05%以下、酸素:0.3%以下に規制された多孔質アルミニウム焼結体である。好ましくは、空孔の周囲にアルミニウム粉末が焼結した骨格を有する。
そして、アルミニウム粉末、ポリビニルアルコールを混合混練して成形体とした後、加熱脱脂し、次いでマグネシウムおよび/またはカルシウムを付設した炉内にて焼結する多孔質アルミニウム焼結体の製造方法である。好ましくは、前記の空孔を形成するための粒子(望ましくはワックスでなるもの)も混合混練して、該粒子が分散した成形体とし、溶剤により該粒子を抽出した後、加熱脱脂、焼結する。焼結条件としては、真空中または不活性ガス雰囲気中で590〜635℃の温度で行うことが望ましい。
【選択図】図1
Description
例えば特許文献2の製造工程においては、その脱脂および焼結の加熱過程で、成形体中の有機系バインダの殆どは分解気散するが、バインダ残渣が多いと、それが粉末同士の接触部分の周囲を取り囲むように残存するために、ネックの成長を阻害する。そして、残渣は炭素が主成分のため、その残存量は専ら焼結後の焼結体の炭素量として評価できる。そこで、十分なネック形成を達成し得る焼結体中の炭素量について実験調査した結果、それは0.05%以下に規制することが有効であることがわかった。望ましくは0.04%以下である。
もう1つの焼結の阻害要因である、粉末表面に生成する緻密な酸化被膜については、脱脂および焼結の加熱過程においてこそ、その成長を抑える必要がある。そこで、この酸化被膜は、焼結時においては、後述するゲッター等を使うことで除去することが有効な手法であり、これによって粉末同士の接触部でのアルミニウム原子の拡散を促進することができる。そして、酸化被膜の程度は、専ら焼結後の焼結体の酸素量として評価できる。そこで、焼結体中の酸素量について実験調査した結果、焼結が十分進んだ条件で得られた焼結体の酸素量は0.3%以下であることがわかった。望ましくは0.25%以下、さらには0.2%以下である。酸素量が0.3%より高い焼結体であっても、焼結温度を上げることにより焼結の促進を図ることも考えられるが、これだと多量の液相と気泡が発生し、健全な焼結体が得られ難い。もはや酸素量が0.4%にも及ぶものについては、焼結自体が十分に進まない。
また、本発明の多孔質体の構造としては、例えば特許文献2の通りの、空孔の周囲にアルミニウム粉末が焼結した骨格を有することが好ましい。つまり、空孔を導入すべく、粗い粉末をそのまま焼結して多孔質焼結体を製作した場合、それは本発明の空孔というよりは、むしろ骨格中に形成された細孔の形態に近い。そして、その空隙率は専ら原料であるアルミニウム粉末のタップ密度と焼結条件で決まり、せいぜい50体積%程度である。しかし、例えば後述する空孔を形成するための粒子を使用した本発明の製造方法により、空孔の周囲にアルミニウム粉末が焼結した骨格を有する構造をとることにより、70体積%程度か、またはそれ以上の、例えば90体積%以上の高い空隙率を有した多孔質体が得られる。典型的には70〜95体積%の空隙率の多孔質体が得られる。これにより、例えば触媒担体や燃料電池のガス拡散層等の、流体を低圧損で透過させる用途や、キャパシタ、2次電池の電極材の用途に有利である。
100メッシュ以下の純アルミニウム粉末、この純アルミニウム粉末に平均粒径180μmのパラフィンワックス粒を体積率で20:80で混合した粉末、そして、同純アルミニウム粉末に平均粒径400μmのパラフィンワックス粒を体積率で15:85で混合した粉末の、3種の原料粉末を準備した。そしてこれらの各原料粉末に、バインダとしてポリビニルアルコール水溶液を混合し、混練して、ローラーで約1mm厚さに伸ばし、これを自然乾燥させた後、約40mm角のシート状の成形体を切り出した。パラフィンワックス粒を混ぜた成形体については、さらに有機溶剤に浸漬してパラフィンワックス粒を除去した後、乾燥させた。
表2に、表1の各条件で得られた試験片の炭素量および酸素量、そして焼結体の状態を示す。焼結体の状態においては、その焼結過程でのネック形成が十分に進んだか(十分な焼結強度が達成されているか)の評価として、90°曲げ試験を実施し、外観上の折損なく曲げられたものを○(延性あり)、外観に若干の折損が生じたものの曲げに支障のなかったものを△(やや延性に不足)、折損が生じ曲げることのできなかったものを×(延性なし)とした。
Claims (6)
- 質量%にて、炭素:0.05%以下、酸素:0.3%以下に規制されたことを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体。
- 空孔の周囲にアルミニウム粉末が焼結した骨格を有することを特徴とする請求項1に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
- アルミニウム粉末、ポリビニルアルコールを混合混練して成形体とした後、加熱脱脂し、次いでマグネシウムおよび/またはカルシウムを付設した炉内にて焼結することを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。
- 空孔の周囲にアルミニウム粉末が焼結した骨格を有する多孔質アルミニウム焼結体の製造方法であって、アルミニウム粉末、ポリビニルアルコール、前記空孔を形成するための粒子を混合混練して、該粒子が分散した成形体とし、溶剤により該粒子を抽出した後、加熱脱脂することを特徴とする請求項3に記載の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。
- 空孔を形成するための粒子は、ワックスでなることを特徴とする請求項4に記載の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。
- 焼結は、真空中または不活性ガス雰囲気中で590〜635℃の温度で行うことを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。
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