JP2010064924A - Porous material and method for producing porous material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルター、断熱材、吸音材、衝撃緩衝材等として好適に用いることができる多孔質材料、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a porous material that can be suitably used as a filter, a heat insulating material, a sound absorbing material, an impact buffering material, and the like, and a method for producing the same.
内部に多数の空隙を含有する構造を有する多孔質材料は、その特性から、気相・液相に係らず各種流体のフィルター、断熱材、吸音材、衝撃緩衝材等、広範囲の用途に使われている。また、上記の物理的特性のみならず、内部の表面積が大きいことから、触媒の担持体、もしくは多孔質材料が直接触媒として機能する等、化学反応場としての利用もなされている。 Porous materials with a structure containing a large number of voids inside are used in a wide range of applications such as filters for various fluids, heat insulating materials, sound-absorbing materials, shock-absorbing materials, regardless of their gas phase or liquid phase. ing. In addition to the above physical properties, the internal surface area is large, so that the catalyst support or porous material directly functions as a catalyst, and is used as a chemical reaction field.
多孔質材料の特性は、孔径、孔径分布、孔形状、等の構造により決定されるため、多くの用途において、複数の構造を持つ多孔質体を組合せて使用している。例えば、異物分離を目的とするフィルターでは、複数の多孔質体を、孔径の大きい順に積層してなる構造の多孔質構造体から構成することが提案されている。また、水の浄化目的に使われているセラミック製フィルターでは、孔径がサブミクロンオーダの微細な多孔質膜と数〜数百ミクロンオーダーの孔径の多孔質の基材とを含むような多孔質構造体としている。この例では、複数層の構造が全てセラミックス系の同質材料であるため一体焼結することが可能である。 Since the characteristics of the porous material are determined by the structure such as the pore diameter, the pore diameter distribution, the pore shape, etc., in many applications, a porous body having a plurality of structures is used in combination. For example, in a filter for the purpose of separating foreign substances, it has been proposed to configure a plurality of porous bodies from a porous structure having a structure in which pores are stacked in descending order. Also, ceramic filters used for water purification purposes have a porous structure that includes a fine porous membrane with a pore size on the order of submicron and a porous substrate with a pore size on the order of several to several hundred microns. The body. In this example, since the multi-layer structure is all made of a ceramic-based homogeneous material, it can be sintered integrally.
一方、ファインケミカル用途や、飲料水の製造、その他工業プロセス用水の製造等の目的から、微小な粒子のろ過が必要とされる場面が多くなっている。その際、孔径がサブミクロンオーダのろ過膜が必要とされるが、この領域では媒体が孔を通過する際の抵抗が大きく、前記ろ過膜における圧力損失が大きくなるという課題がある。また、一般的に有機系の膜で構成されたろ過材料では、ろ過材料内部のランダムに配列した樹脂や繊維の空隙部で、粒子を捕捉することから、一度捕捉された粒子を脱離させることが困難であり、汚染されやすいという傾向がある(例えば、特許文献1及び2など参照)。 On the other hand, for the purpose of fine chemical use, drinking water production, and other industrial process water production, there are many occasions where fine particles need to be filtered. At this time, a filtration membrane having a pore size on the order of submicron is required. However, in this region, there is a problem that the resistance when the medium passes through the pores is large and the pressure loss in the filtration membrane is increased. In addition, filtration materials generally composed of organic membranes capture particles in the randomly arranged resin or fiber voids inside the filtration material, so that once captured particles are desorbed. Is difficult and tends to be contaminated (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
上述した問題に鑑み、厚さ方向に沿って略平行な貫通孔を有する多孔質材料を、アルミニウム等の金属材料の陽極酸化処理を用いて製造する試みがなされている。この場合、多孔質材料を構成する貫通孔は、その厚さ方向に沿って略平行に直線的に形成されているため、前記貫通孔の孔径がサブミクロンサイズであっても、前記貫通孔内を流れる際の圧力損失が増大するということがない。 In view of the above-described problems, attempts have been made to produce a porous material having through holes substantially parallel along the thickness direction by using an anodizing treatment of a metal material such as aluminum. In this case, since the through-holes constituting the porous material are linearly formed substantially parallel to the thickness direction, even if the through-hole has a submicron size, There is no increase in pressure loss when flowing through the pipe.
なお、孔径は電解液の組成、電圧等の条件により制御可能であり、孔径分布の揃った貫通孔を有する多孔質材料を得ることができる。 The pore diameter can be controlled by conditions such as the composition of the electrolytic solution and the voltage, and a porous material having through-holes with uniform pore diameter distribution can be obtained.
しかしながら、上述のように陽極酸化処理で形成した多孔質材料は、非晶質のアルミニウム酸化物であり、硬いが比較的脆いという欠点がある。そのため、薄膜では非常に扱いにくく、実用的に使用する場合には、製造時、使用時の応力におけるクラックの発生、破壊の恐れがある。また、化学的に活性であり、水または薬品に接触すると、溶解する性質がある。 However, the porous material formed by anodizing treatment as described above is an amorphous aluminum oxide and has a drawback that it is hard but relatively brittle. Therefore, it is very difficult to handle with a thin film, and when it is practically used, there is a risk of occurrence of cracks and breakage due to stress during manufacture and use. It is chemically active and has the property of dissolving when contacted with water or chemicals.
さらに、多孔質材料の内部に水分及び電解時に使用した電解液の組成物を含んでいるので、水または薬品に接触する場合、これらの残留物質が水中に溶出したり、水または薬品に含まれる成分と反応したりする可能性がある。これらの現象により、貫通孔の孔壁の溶解、膜厚の減少、膜の微細構造の変化が発生し、最終的には膜の破損に至る場合もある。 Furthermore, since the porous material contains the composition of water and the electrolyte solution used during electrolysis, these residual substances are eluted in water or contained in water or chemicals when in contact with water or chemicals. May react with ingredients. Due to these phenomena, the wall of the through-hole is dissolved, the film thickness is decreased, and the fine structure of the film is changed, and eventually the film may be damaged.
よって、アルミニウムの陽極酸化膜からなる多孔質材料をろ過フィルターとして使用する場合、常温の媒体に対する短期間の使用は可能であっても、長期間、流束、分離孔径、強度といった膜の性能を維持することは困難である。 Therefore, when using a porous material made of an anodized aluminum film as a filtration filter, even if it can be used for a short time with a medium at room temperature, the performance of the membrane such as long-term, flux, separation pore size, strength can be improved. It is difficult to maintain.
本発明は、サブミクロンオーダの貫通孔を有するとともに、前記貫通孔中に媒体を流した際に圧力損失を生じることなく、また、化学的に不活性かつ十分な強度を有し、長期間に亘って安定して使用可能な多孔質材料を提供することを目的とする。 The present invention has a through hole of submicron order, and does not cause a pressure loss when a medium is flowed into the through hole, has a chemically inert and sufficient strength, and has a long period of time. An object of the present invention is to provide a porous material that can be used stably over a long period of time.
上記目的を達成すべく、本発明は、厚さ方向と略平行な貫通孔を有し、結晶性のアルミナを含むことを特徴とする、多孔質材料に関する。 In order to achieve the above object, the present invention relates to a porous material having a through hole substantially parallel to the thickness direction and containing crystalline alumina.
本発明者らは、上述した従来技術に関する問題に鑑み、例えば、陽極酸化処理によって形成したアルミナからなる多孔質材料は、厚さ方向に沿って略平行なサブミクロンオーダーの貫通孔を有することができるが、その化学的活性は前記多孔質材料がアモルファスであることが原因であることに着目した。かかる観点より、以下に示すような製造方法に基づいて前記多孔質材料を結晶化させることを試み、陽極酸化処理で形成したように、厚さ方向と略平行な貫通孔を有し、結晶性のアルミナを含む多孔質材料を得ることに成功した。 In view of the problems related to the prior art described above, the inventors of the present invention, for example, may have a porous material made of alumina formed by anodizing treatment having through-holes in the order of submicrons approximately parallel to the thickness direction. However, it was noted that the chemical activity is caused by the fact that the porous material is amorphous. From such a viewpoint, the porous material is attempted to be crystallized based on the manufacturing method as described below, and has a through-hole substantially parallel to the thickness direction as formed by anodizing treatment, and has a crystallinity. We succeeded in obtaining a porous material containing alumina.
本発明の多孔質材料によれば、貫通孔が厚さ方向に沿って略平行に直線的に形成されているため、前記貫通孔の孔径がサブミクロンサイズであっても、前記貫通孔内を流れる際の圧力損失が増大するということがない。また、前記多孔質材料は結晶性のアルミナからなるので化学的に不活性であり、水または薬品に接触しても溶解するようなことがない。 According to the porous material of the present invention, since the through hole is linearly formed substantially in parallel with the thickness direction, the inside of the through hole is formed even if the through hole has a submicron size. There is no increase in pressure loss when flowing. Further, since the porous material is made of crystalline alumina, it is chemically inert and does not dissolve even when contacted with water or chemicals.
さらに、前記多孔質材料の内部に水分及び電解時に使用した電解液の組成物を含んでいる場合に、これらの残留物質が水中に溶出したり、水または薬品に含まれる成分と反応したりしても、貫通孔の孔壁の溶解、多孔質材料の厚さの減少及び微細構造の変化が発生することなく、前記多孔質材料の破損に至るようなことがない。 Furthermore, when the porous material contains the composition of water and an electrolytic solution used during electrolysis, these residual substances may be eluted in water or may react with components contained in water or chemicals. However, the porous material is not damaged without melting the pore walls of the through holes, reducing the thickness of the porous material, and changing the microstructure.
また、前記多孔質材料は結晶性であるので強度も高く、使用時の応力におけるクラックの発生、破壊の恐れがない。 Further, since the porous material is crystalline, the strength is high, and there is no risk of cracking or breaking due to stress during use.
なお、上述した多孔質材料は、結晶化のために基本的には熱処理を介して製造することになる。一方、厚さ方向に沿って略平行な貫通孔を有する多孔質材料を簡易に製造できるという観点から、アルミニウム等の金属材料の陽極酸化処理を用いることが好ましい。しかしながら、結晶性のアルミナからなる多孔質材料を形成するためには、少なくとも600℃以上、目的に応じては900℃以上あるいは1200℃以上に加熱する必要がある。 The porous material described above is basically manufactured through heat treatment for crystallization. On the other hand, from the viewpoint that a porous material having through-holes substantially parallel along the thickness direction can be easily produced, it is preferable to use an anodizing treatment of a metal material such as aluminum. However, in order to form a porous material made of crystalline alumina, it is necessary to heat at least 600 ° C. or higher, and 900 ° C. or higher or 1200 ° C. or higher depending on the purpose.
したがって、単に陽極酸化処理と熱処理とを併用したのみでは、前記熱処理中にアルミナ材(陽極酸化膜)が変形してしまい、得られた多孔質材料の表面側及び裏面側での貫通孔の孔径が互いに異なるようになってしまうとともに、厚さ方向に沿って略平行な貫通孔を形成することができない。 Therefore, the alumina material (anodized film) is deformed during the heat treatment simply by using both the anodizing treatment and the heat treatment, and the hole diameters of the through holes on the front side and the back side of the obtained porous material Are different from each other, and a substantially parallel through hole cannot be formed along the thickness direction.
かかる観点より、本発明では、陽極酸化処理によって得たアルミナ材(陽極酸化膜)を一対の板状部材で挟み込んで拘束し、この状態の下、熱処理して結晶化させる。 From this point of view, in the present invention, an alumina material (anodized film) obtained by anodizing treatment is sandwiched and restrained by a pair of plate-like members, and is crystallized by heat treatment in this state.
すなわち、アルミニウム基材を電解液に浸漬させて電解処理を行い、前記アルミニウム基材の表面にアモルファスの陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜を前記アルミニウム基材より剥離し、一対の板状部材間に配置するとともに、前記一対の板状部材によって拘束する工程と、前記陽極酸化膜を、前記一対の板状部材で拘束した状態で熱処理して結晶化させる工程と、を具えることを特徴とする多孔質材料の製造方法に基づいて製造する。 That is, an aluminum substrate is immersed in an electrolytic solution to perform an electrolytic treatment, an amorphous anodic oxide film is formed on the surface of the aluminum substrate, and the anodic oxide film is peeled off from the aluminum substrate. A step of being arranged between the plate-like members and being restrained by the pair of plate-like members; and a step of crystallizing the anodic oxide film by heat treatment in a state of being restrained by the pair of plate-like members. It manufactures based on the manufacturing method of the porous material characterized by this.
この方法によれば、陽極酸化処理によって得たアルミナ材(陽極酸化膜)を600℃以上で熱処理した場合においても、前記熱処理中における前記アルミナ材の変形を抑制することができ、厚さ方向に沿って略平行な貫通孔を有する結晶性のアルミナを含む多孔質材料を得ることができる。 According to this method, even when the alumina material (anodized film) obtained by the anodizing treatment is heat-treated at 600 ° C. or higher, deformation of the alumina material during the heat treatment can be suppressed, and in the thickness direction. A porous material containing crystalline alumina having through-holes substantially parallel therewith can be obtained.
なお、上記製造方法はあくまでも一例であって、上述した多孔質材料はその他の方法によっても製造することもできる。例えば、陽極酸化処理の際に電圧印加プロファイルを制御して、初期の電解電圧を低く(10V)、その後、電解電圧を高く(40V)し、次いで、電解電圧を低く(10V〜5V)としたり、昇温速度を極低速にしたりするなどの方法によっても製造することができる。 In addition, the said manufacturing method is an example to the last, Comprising: The porous material mentioned above can also be manufactured by another method. For example, by controlling the voltage application profile during the anodizing process, the initial electrolysis voltage is lowered (10 V), the electrolysis voltage is then increased (40 V), and then the electrolysis voltage is lowered (10 V to 5 V). It can also be produced by a method such as making the temperature rising rate extremely low.
しかしながら、上述した製造方法によれば、上述した本発明の結晶性の多孔質材料を簡易かつ確実に製造することができる。 However, according to the manufacturing method described above, the above-described crystalline porous material of the present invention can be manufactured easily and reliably.
また、本発明における“多孔質材料の厚さ方向に沿って略平行な貫通孔”における略平行とは、前記厚さ方向と完全に平行の場合に限定されるものではなく、−30度〜30度の範囲で傾斜している場合をも含む。 Further, in the present invention, “substantially parallel in the through hole substantially parallel to the thickness direction of the porous material” is not limited to the case of being completely parallel to the thickness direction, and is −30 degrees to Including the case of tilting in the range of 30 degrees.
以上説明したように、本発明によれば、サブミクロンオーダの貫通孔を有するとともに、前記貫通孔中に媒体を流した際に圧力損失を生じることなく、また、化学的に不活性かつ十分な強度を有し、長期間に亘って安定して使用可能な多孔質材料を提供することができる。 As described above, according to the present invention, there is a through hole of submicron order, no pressure loss occurs when a medium is passed through the through hole, and it is chemically inert and sufficient. It is possible to provide a porous material that has strength and can be used stably over a long period of time.
以下、本発明の詳細、その他の特徴及び利点について、実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, details of the present invention, other features, and advantages will be described based on embodiments.
(多孔質材料)
最初に、本発明の多孔質材料の構成の概略について説明する。図1は、本発明の多孔質材料の一例を示す構成図である。図1は、前記多孔質材料の一部を切り取って拡大して示す斜視図である。
(Porous material)
First, an outline of the configuration of the porous material of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the porous material of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing a part of the porous material cut out and enlarged.
図1に示すように、本例の多孔質材料10は、結晶性のアルミナからなるセル11からなり、各セル11内には、多孔質材料10の厚さ方向に沿って略平行な貫通孔12が形成されている。なお、“略平行”とは、完全に平行の場合のみならず、−30度〜30度の範囲で傾斜している場合をも含むものである。
As shown in FIG. 1, the
本例の多孔質材料10では、貫通孔12が厚さ方向に沿って略平行に直線的に形成されているため、貫通孔12の孔径がサブミクロンサイズであっても、貫通孔12内を流れる際の圧力損失が増大するということがない。また、多孔質材料10は結晶性のアルミナからなるので化学的に不活性であり、水または薬品に接触しても溶解するようなことがない。
In the
さらに、多孔質材料10の内部に水分及び電解時に使用した電解液の組成物を含んでいる場合に、これらの残留物質が水中に溶出したり、水または薬品に含まれる成分と反応したりしても、貫通孔12の孔壁の溶解、多孔質材料10の厚さの減少及び微細構造の変化が発生することなく、多孔質材料10破損に至るようなことがない。
Further, when the
また、多孔質材料10は結晶性であるので強度も高く、使用時の応力におけるクラックの発生、破壊の恐れがない。
In addition, since the
なお、本例では、貫通孔12は、多孔質材料10の厚さ方向の全体に亘って均一な孔径を有している。この場合、多孔質材料10の両面での貫通孔12の構造が同一となり、両面近傍での空隙率がほぼ同一となる。一般に、空隙率が小さいと体積収縮が大きくなり、空隙率が大きいと体積収縮が小さくなる。しかしながら、本例の場合は、多孔質材料10の両面における空隙率がほぼ同一であるので、以下に詳述する製造時の熱処理による変形
(反り)を抑制することができる。貫通孔12における圧力損失をさらに低減できる。
In this example, the through
但し、以下に示す本発明の製造方法によれば、上述のように多孔質材料10の厚さ方向の全体に亘って均一な孔径を有しておらず、多孔質材料10の両面での貫通孔12の構造が同一でなく、両面近傍での空隙率が同一でないような場合においても、熱処理時の変形を十分に抑制することができる。しかしながら、上述した態様を採ることによって、熱処理時の変形をより効果的に抑制することができるようになる。
However, according to the manufacturing method of the present invention described below, as described above, the
また、多孔質材料10の厚さtは50μm以上であることが好ましい。もし、多孔質材料10の厚さtが50μm未満であると、多孔質材料10が結晶性であっても強度が十分でなく、場合によっては自立した材料として用いることができない場合がある。
Further, the thickness t of the
なお、多孔質材料10の厚さtの上限は特に限定されるものではないが、例えば200μmとすることができる。これは主として以下に詳述する製造方法に起因したものである。すなわち、熱処理に先立って陽極酸化処理によって非晶質のアルミナ材を作製することになるが、多孔質材料10、すなわちアルミナ材が200μmを超えて厚くなると、陽極酸化処理において電圧を全体に負荷することができず、均一な電解処理を行うことができない場合があるからである。
In addition, although the upper limit of the thickness t of the
貫通孔12の孔径は10nm〜200nmとすることができる。これは、多孔質材料10の貫通孔12内に媒体を流して、例えばフィルター等として使用する場合の実用的観点から好ましく決定されるものである。
The hole diameter of the through
多孔質材料10は、αアルミナを含むことができる。結晶性のアルミナは、安定・準安定な構造を含め、多くの種類の構造が存在する。その中でαアルミナは、完全に脱水された最も安定な構造であり、化学的な安定性にも優れる。その他の準安定なアルミナは、常温の中性水に対してはある程度耐性を示すものの、高温水、及び低pH,高pHの薬品に対しては反応性を示し、溶解したり変性したりする。
The
それに対し安定相であるαアルミナは高温水、薬品に対してもほとんど安定であり、ほとんど変質しない。そのため、多孔質材料10中のαアルミナの含有率を高くすることにより、理想的には全てαアルミナから構成される膜とすることにより、高温水に対する耐性、耐薬品性を向上することができる。実際、αアルミナからなる多孔質材料10を100℃以上の高温水中に封入した状態で保管したところ、外観の変化はほとんど認められず、試験前後でほとんど変質は見られなかった。
On the other hand, α-alumina, which is a stable phase, is almost stable to high temperature water and chemicals and hardly changes in quality. Therefore, by increasing the content of α-alumina in the
また、多孔質材料10は、γアルミナを含むことができる。このγアルミナは触媒活性を有することから、この場合は、上述した圧力損失とは別に、多孔質材料10の貫通孔12内を通過する粒子を吸着することができるようになる。
The
図2は、図1に示す多孔質材料10の変形例である。なお、同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いている。
FIG. 2 is a modification of the
図1に関する例では、貫通孔12は、多孔質材料10の厚さ方向の全体に亘って均一な孔径を有しているが、図2に関する例では、貫通孔12の、多孔質材料10の表面側の孔径と裏面側の孔径とのみが略同一となっている。この場合においても、多孔質材料10の両面での貫通孔12の構造が同一となり、両面近傍での空隙率がほぼ同一となる。したがって、以下に詳述する製造時の熱処理による変形(反り)を抑制することができる。
In the example related to FIG. 1, the through-
なお、陽極酸化時の電解電圧と貫通孔の孔径との間には相関があることが知られており、電解電圧を変化させることにより任意の孔径とすることが可能である。したがって、図2に示すような貫通孔12を形成するには、以下に詳述する陽極酸化処理において、電解の初期に低電圧(例えば10V)で電解を行い、その後高電圧(例えば40V)で電解を行った後、最終的に再度低電圧(例えば10V〜5V)で電解を行う。
In addition, it is known that there is a correlation between the electrolytic voltage at the time of anodization and the hole diameter of the through hole, and it is possible to obtain an arbitrary hole diameter by changing the electrolytic voltage. Therefore, in order to form the through-
その他の特徴については、図1に示す例と同様である。 Other features are the same as in the example shown in FIG.
(多孔質材料の製造方法)
次に、本発明の多孔質材料の製造方法について説明する。図3〜6は、本発明の多孔質材料の製造方法に関する工程図である。
(Method for producing porous material)
Next, the manufacturing method of the porous material of this invention is demonstrated. 3 to 6 are process diagrams relating to the method for producing a porous material of the present invention.
最初に、図3に示すように、アルミニウム基材110を準備し、必要に応じてアセトン中で超音波洗浄する等の方法で脱脂する。その後、アルミニウム基材110に対向するようにして電極21を配置するとともに、電極21及びアルミニウム基材110をそれぞれ電源22に接続する。さらに電極21及びアルミニウム基材110を所定の電解液中に浸漬する。その後、電極15及びアルミニウム基材110間で電解を行い、アルミニウム基材110を陽極酸化し、多孔質化して多孔質中間体(陽極酸化膜)121を得る。
First, as shown in FIG. 3, an
なお、図2に示すように、目的とする多孔質材料の表面側の孔径と裏面側の孔径とのみが略同一とする場合は、電解の初期に低電圧(例えば10V)で電解を行い、その後高電圧(例えば40V)で電解を行った後、最終的に再度低電圧(例えば10V〜5V)で電解を行う。 In addition, as shown in FIG. 2, when only the hole diameter on the front surface side and the hole diameter on the back surface side of the target porous material are substantially the same, electrolysis is performed at a low voltage (for example, 10 V) at the initial stage of electrolysis, Thereafter, electrolysis is performed at a high voltage (for example, 40 V), and finally electrolysis is performed again at a low voltage (for example, 10 V to 5 V).
また、電極21は、カーボン、ステンレス鋼等から構成することができる。電解液は、硫酸、リン酸、シュウ酸等の適度の溶解力を持つ酸の電解液を用いる。
The
なお、電解液としては、特にりん酸電解液を用いることが好ましい。りん酸電解液を用いて形成した多孔質中間体121は、しゅう酸電解液を用いて形成した多孔質中間体121と比較して、残留している水分及びアニオンが少なく、変態にともなう重量変化が小さい。その結果、寸法の変化も比較的少なく、熱処理時に割れ、クラックが少ないという特徴がある。 As the electrolytic solution, it is particularly preferable to use a phosphoric acid electrolytic solution. The porous intermediate 121 formed using the phosphoric acid electrolytic solution has less residual moisture and anions than the porous intermediate 121 formed using the oxalic acid electrolytic solution, and changes in weight due to transformation. Is small. As a result, there is a feature that the change in dimensions is relatively small and there are few cracks and cracks during heat treatment.
上述のようにして、多孔質中間体121を作製した後、残存するアルミニウム基材110を塩化水銀(II)塗布や、酸もしくはアルカリによる溶解処理により除去することにより、多孔質中間体121のみを分離して取り出すことが可能となる。また、陽極酸化の電解時の電解電圧を徐々に低くし、さらに、逆極性の条件で電解することにより、水素発生によるガスの圧力で剥離させる方法によっても、残存するアルミニウム基材11を除去し、多孔質中間体121のみを分離して取り出すことが可能となる(図4)。
After producing the porous intermediate 121 as described above, the remaining
残存するアルミニウム基材110から分離された多孔質中間体121は、その下部にバリア層121Aと呼ばれる、細孔が貫通していない層が残存する。このバリア層121Aは、例えば、研磨加工等によって機械的に除去する他、クロム酸及びリン酸の混合溶液やリン酸溶液、又はNaOH溶液、H2SO4溶液を用いて除去することができる。溶液を用いる場合は、前記溶液を室温から60℃前後にまで加熱し、このような状態の溶液に対して多孔質中間体121を数分から数十分浸漬させることによって行う。
In the porous intermediate 121 separated from the remaining
なお、現段階において、多孔質中間体121は、厚さ方向に沿って略平行な貫通孔を有する非晶質アルミナである。 At this stage, the porous intermediate 121 is amorphous alumina having through holes that are substantially parallel to the thickness direction.
次いで、図5に示すように、多孔質中間体121を一対の板状部材24間に配置し、図6に示すように、一対の固定部材26によって板状部材24の両端を挟み込むとともに、上下方向に締結する。これによって、多孔質中間体121が一対の板状部材24間に拘束されるようになる。なお、板状部材24の厚さ、重さ等については特に限定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 5, the porous
また、板状部材24は、アルミナを含有するセラミック材質であることが望ましい。アルミナの中でも、線膨張係数が陽極酸化膜と同等であり、化学的安定性に優れ、今回の熱処理により変質することがない、αアルミナが特に優れている。アルミナ以外の成分としては、マグネシア、シリカ等の成分を含んでいるものを適用することができる。ただし、アルミナの含有率が高い方が、線膨張係数を陽極酸化膜と適合させる点で有利であることから、概ね90%以上のαアルミナを含むことが望ましい。
The
次に、図6に示す状態の多孔質中間体121を電気炉等の加熱炉内に入れて、熱処理する。この際、多孔質中間体121は、板状部材24で上下方向に締結及び固定されているので、熱によって変形するようなことがなく、目的とするような結晶化を行うことができる。
Next, the porous
なお、上記熱処理温度は目的に応じて任意に設定することができる。例えば、前記熱処理を1200℃以上の温度とすることによって、多孔質中間体121をαアルミナからなる多孔質材料120とすることができる。αアルミナの特徴については、上述したとおりである。この場合の熱処理温度の上限は1400℃とすることができる。
In addition, the said heat processing temperature can be arbitrarily set according to the objective. For example, by setting the heat treatment to a temperature of 1200 ° C. or higher, the porous intermediate 121 can be made into a
また、前記熱処理は、900℃以上、1200℃未満の温度で行うことができる。この場合は、多孔質中間体121をγアルミナを含む多孔質材料120とすることができる。なお、この場合は、稀にその他の結晶相が含まれる場合がある。γアルミナの特徴については、上述したとおりである。
The heat treatment can be performed at a temperature of 900 ° C. or higher and lower than 1200 ° C. In this case, the porous intermediate 121 can be a
さらに、前記熱処理は、600℃以上、900℃未満の温度で行うことができる。この場合、多孔質中間体121はγアルミナとアモルファス相との混相となる。したがって、γアルミナの特徴を奏しながら、加熱温度が低いことに起因して熱変形をさらに抑制することができる。すなわち、多孔質中間体121を板状部材24間で拘束しているとは言っても、熱処理温度が高くなりすぎると、ある程度熱変形する場合がある。しかしながら、本例では、比較的低い温度で熱処理を行うので、上述のように熱変形をより低減することができる。
Furthermore, the heat treatment can be performed at a temperature of 600 ° C. or higher and lower than 900 ° C. In this case, the porous intermediate 121 is a mixed phase of γ alumina and an amorphous phase. Therefore, thermal deformation can be further suppressed due to the low heating temperature while exhibiting the characteristics of γ-alumina. That is, although the porous
なお、熱処理温度と相変態との関係を図7に示す。図7において、約900℃付近に出現しているピークがγアルミナに起因したピークと推察される。なお、図7は熱重量分析の結果得られた、微分熱重量曲線である。また、熱重量分析においては、αアルミナに相当するピークが出現しないので、上記熱処理を1200℃付近で実施した後に、X線回折を施した。これによって、αアルミナに相当する回折ピークが得られ、1200℃以上の温度での熱処理によって、多孔質材料120はαアルミナからなることが確認された。
FIG. 7 shows the relationship between the heat treatment temperature and the phase transformation. In FIG. 7, the peak appearing at about 900 ° C. is presumed to be the peak due to γ-alumina. FIG. 7 is a differential thermogravimetric curve obtained as a result of thermogravimetric analysis. Further, in the thermogravimetric analysis, no peak corresponding to α-alumina appears, so that X-ray diffraction was performed after the heat treatment was performed at around 1200 ° C. Thereby, a diffraction peak corresponding to α-alumina was obtained, and it was confirmed that the
本例では、前記熱処理の際の昇温速度を、100℃/時間以下とすることが好ましい。昇温速度を小さくし、温度を徐々に上昇させることによって、熱処理過程にある多孔質中間体121の急激な温度変化による割れ、クラックを防止するのに有効である。昇温速度の下限値は、実用的な観点から例えば50℃/時間とすることができる。
In this example, it is preferable that the rate of temperature increase during the heat treatment is 100 ° C./hour or less. Decreasing the rate of temperature increase and gradually increasing the temperature are effective in preventing cracks and cracks due to rapid temperature changes of the porous
また、本例では、前記熱処理の昇温過程において、アルミナの変態温度付近、例えば800℃〜900℃の温度範囲で昇温操作を中断した後、再度昇温操作を行い、設定温度まで昇温することができる。この場合、陽極酸化膜の熱処理の際に、アルミナが変態を起こす温度において、電解時に多孔質中間体121に残留した水分及びアニオンが放出される。この温度領域においては、重量変化が大きく、それに伴い寸法の変化も発生するが、当該温度領域において、一定時間保持することにより、前記水分及び前記アニオンの放出を徐々に行うことができ、重量及び寸法の変化を徐々に進めることによって、割れ、クラックを防止するのに有効な手段となる。 Further, in this example, in the temperature raising process of the heat treatment, after the temperature raising operation is interrupted in the temperature range of about 800 ° C. to 900 ° C. near the transformation temperature of alumina, the temperature raising operation is performed again to raise the temperature to the set temperature. can do. In this case, during the heat treatment of the anodic oxide film, moisture and anions remaining in the porous intermediate 121 during electrolysis are released at a temperature at which alumina undergoes transformation. In this temperature region, the weight change is large and a dimensional change also occurs.However, by keeping the temperature in the temperature region for a certain period of time, the release of the moisture and the anion can be performed gradually. By gradually advancing the dimensional change, it becomes an effective means for preventing cracks and cracks.
さらに、本例では、前記熱処理の昇温過程において、アルミナの変態温度付近、例えば800℃〜900℃で昇温速度を50℃/時間以下に低下させることができる。この場合も、上記同様に、当該温度領域において、一定時間保持することにより、多孔質中間体121に残留した水分及びアニオンを徐々に放出し、重量及び寸法の変化を徐々に進めることによって、割れ、クラックを防止するのに有効な手段となる。 Further, in this example, in the temperature raising process of the heat treatment, the temperature raising rate can be reduced to 50 ° C./hour or less near the transformation temperature of alumina, for example, 800 ° C. to 900 ° C. In this case as well, as described above, by holding for a certain period of time in the temperature range, moisture and anions remaining in the porous intermediate 121 are gradually released, and the change in weight and dimensions is gradually advanced, thereby causing cracks. This is an effective means for preventing cracks.
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。 The present invention has been described in detail based on the above specific examples. However, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
10,120 多孔質材料
11 アルミナセル
12 貫通孔
21 電極
22 電源
24 板状部材
26 固定部材
110 アルミニウム基材
121 多孔質中間体
121A バリア層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,120
Claims (20)
前記陽極酸化膜を前記アルミニウム基材より剥離し、一対の板状部材間に配置するとともに、前記一対の板状部材によって拘束する工程と、
前記陽極酸化膜を、前記一対の板状部材で拘束した状態で熱処理して結晶化させる工程と、
を具えることを特徴とする、多孔質材料の製造方法。 Performing an electrolytic treatment by immersing the aluminum substrate in an electrolytic solution, and forming an amorphous anodic oxide film on the surface of the aluminum substrate;
Peeling the anodic oxide film from the aluminum substrate, disposing the anodic oxide film between a pair of plate-like members, and constraining the pair of plate-like members;
A step of crystallizing the anodic oxide film by heat treatment in a state constrained by the pair of plate-like members;
A method for producing a porous material, comprising:
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