JP2010090416A - 金属多孔質体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている金属多孔質体10の製造方法であって、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結してなり、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ65%以上99%以下、表裏面における前記空隙の開口面積の割合が15%以上85%以下、前記空隙の平均開口径が50μm以上600μm以下である金属多孔質材からなる板部品11を複数枚用いて、これら板部品11を、部分的に積層し、この積層部分の空隙率が40%以上98%以下となるまでかつその厚さが圧縮前の80%以下となるまで厚さ方向に圧縮して、相互に接合する。
【選択図】図1
Description
図1(a),(b)に示すように、板部品11を部分的に積層し、これらを積層方向(厚さ方向)に圧縮することにより、図2に示すようにこれら板部品11同士が一体に接合された金属多孔質体10を製造する。なお、板部品11の圧縮は、圧延加工、プレス成形等により行うことができる
圧縮前の板部品11において、空隙11b全体の体積は65%以上99%以下を閉めている。以下、この空隙11bの体積割合を空隙率と呼ぶ。空隙率は、同形の中実体の重量に対する実測重量から算出することができる。
板部品11の表裏面において、空隙11bの開口部11cの面積は15%以上85%以下を占めている。以下、板部品11の表裏面における開口部11cの開口面積の割合を開口率と呼ぶ。開口率は、板部品11の表面を撮影した25〜100倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Aと、この視野中の最外面の全ての開口部12aの面積和Apとを測定し、次の式によって算出する。
開口率(%)=Ap/A×100
この開口部11cの平均開口サイズは、開口部11cを円形とみなした場合の直径で表すことができ、以下、これを平均開口径と呼ぶ。平均開口径は、25〜100倍顕微鏡写真において、視野中の最外面の各開口部11cの面積を測定して算出した各円相当径の算術平均である。本発明の板部品11の平均開口径は、50μm以上600μm以下である。
板部品同士を積層して圧縮した場合の接合強度について、次のように評価した。
試験片としては、図1(a),(b)および図2に示す金属多孔質体10と同様に、幅30mm、長さ100mmの2枚の板部品30を長さ方向に50mmずつ重なるように積層し、これらを積層方向にプレスして接合した金属多孔質体31を作成する。この金属多孔質体を形成する板部品30の空隙率、開口率、平均開口径、プレス前後の厚さ等を変化させて、表1に示すように本発明の実施例1〜6および比較例1〜5の試験片を作成し、図3に示すようにこれらの試験片を外径110mmの円筒32に巻き付け、積層部分の剥離の有無を確認する剥離試験を行った。
圧縮前の空隙率87%、開口率24%、平均開口径104μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.76mm(圧縮前の76%)、空隙率が83%となるまで圧縮して試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
一方、圧縮前の空隙率64%、開口率24%、平均開口径104μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.82mm(圧縮前の82%)、空隙率が56%となるまで圧縮して、比較例1の試験片を作成した。すなわち、比較例1の試験片は、圧縮前の空隙率が本発明の下限値よりも低い板部品を用いて作成されており、実施例1と異なるのは圧縮前の板部品の空隙率のみである。この試験片においては、前記剥離試験によって積層部分の剥離が生じた。
圧縮前の空隙率65%、開口率63%、平均開口径164μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.80mm(圧縮前の80%)、空隙率が56%となるまで圧縮して、実施例2の試験片を作成した。すなわち、実施例2においては、圧縮前の空隙率が本発明の下限値である板部品を用いて試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
圧縮前の空隙率98.5%、開口率81%、平均開口径362μm、厚さ1mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが1.48mm(圧縮前の74%)、空隙率が98.0%となるまで圧縮して、実施例3の試験片を作成した。すなわち、実施例3においては、圧縮後の空隙率が本発明の上限値である板部品を用いて試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
一方、比較例2は、実施例3と同じ板部品を用いて、積層部分の厚さが1.58mm(圧縮前の79%)、空隙率が98.1%となるまで圧縮して、試験片を作成した。すなわち、比較例2においては、圧縮後の厚さは本発明の範囲内であるが、圧縮後の空隙率が本発明の上限値よりも大きい。この試験片においては、前記剥離試験によって積層部分の剥離が生じた。
圧縮前の空隙率83%、開口率15%、平均開口径87μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.77mm(圧縮前の77%)、空隙率が78%となるまで圧縮して、実施例4の試験片を作成した。すなわち、実施例4においては、開口率が本発明の下限値である板部品を用いて試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
一方、比較例3は、圧縮前の空隙率83%、開口率14%、平均開口径87μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.77mm(圧縮前の77%)、空隙率が78%となるまで圧縮して、試験片を作成した。すなわち、実施例4と比較すると、圧縮前の開口率が本発明の下限値よりも小さい。この試験片においては、前記剥離試験によって積層部分の剥離が生じた。
圧縮前の空隙率70%、開口率16%、平均開口径50μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.79mm(圧縮前の79%)、空隙率が62%となるまで圧縮して、実施例5の試験片を作成した。すなわち、実施例5においては、平均開口径が本発明の下限値である板部品を用いて試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
一方、比較例4は、圧縮前の空隙率70%、開口率16%、平均開口径30μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.79mm(圧縮前の79%)、空隙率が62%となるまで圧縮して、試験片を作成した。すなわち、実施例5と比較すると、圧縮前の平均開口径が本発明の下限値よりも小さい。この試験片においては、前記剥離試験によって積層部分の剥離が生じた。
圧縮前の空隙率93%、開口率80%、平均開口径600μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.78mm(圧縮前の78%)、空隙率が91%となるまで圧縮して、実施例6の試験片を作成した。すなわち、実施例6においては、平均開口径が本発明の上限値である板部品を用いて試験片を作成した。この試験片においては、前記剥離試験による積層部分の剥離は生じなかった。
一方、比較例5は、圧縮前の空隙率93%、開口率80%、平均開口径612μm、厚さ0.5mmの板部品を積層し、積層部分の厚さが0.78mm(圧縮前の78%)、空隙率が91%となるまで圧縮して、試験片を作成した。すなわち、実施例6と比較すると、圧縮前の平均開口径が本発明の上限値よりも大きい。この試験片においては、前記剥離試験によって積層部分の剥離が生じた。
〈発泡性スラリー作成工程〉
まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーSを作成する。発泡性スラリーSは、骨格11aを形成する金属粉末、バインダ(水溶性樹脂結合剤)、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および/または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。
〈成形工程〉
成形装置20は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーSが貯留されるホッパ21、ホッパ21から供給された発泡性スラリーSを移送するキャリヤシート22、キャリヤシート22を支持するローラ23、キャリヤシート22上の発泡性スラリーSを所定厚さに成形するブレード(ドクターブレード)24、発泡性スラリーSを発泡させる恒温・高湿度槽25、および発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽26を備えている。なお、キャリヤシート22の下面は、支持プレートPによって支えられている。
次いで、薄板状の発泡性スラリーSは、所定条件(例えば温度30℃〜40°、湿度75%〜95%)の恒温・高湿度槽25内を、例えば10分〜20分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽25内で発泡したスラリーSは、所定条件(例えば温度50℃〜70℃)の乾燥槽26内を例えば10分〜20分かけて移動し、乾燥される。これにより、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、薄板状の金属多孔質材を形成する。具体的には、例えば真空中、温度550℃〜650℃、25分〜35分の条件下でグリーンシート中のバインダ(水溶性樹脂結合剤)を除去(脱脂)した後、さらに真空中、温度700℃〜1300℃、60分〜120分の条件下で焼結する。この金属多孔質材を任意の形状に切断することにより、本発明の金属多孔質体10を構成する板部品11を製造することができる。
たとえば、前記実施形態ではいずれも空隙率が同じ板部品を積層しているが、空隙率が異なる板部品を積層、圧縮して接合することもできる。空隙率が同じ板部品を積層して圧縮した場合、各板部品は同率で圧縮される。これに対し、空隙率が異なる板部品を積層して圧縮した場合、空隙率が大きい板部品から圧縮されはじめ、より空隙率の小さい他の板部品と同等の空隙率となるまでその板部品が圧縮されると、その後は各板部品が同率で圧縮される。このことを利用して、面方向に空隙率の分布を形成することも可能である。
11 板部品
11a 骨格
11b 空隙
11c 開口部
20 成形装置
21 ホッパ
22 キャリヤシート
23 ローラ
24 ブレード(ドクターブレード)
25 恒温・高湿度槽
26 乾燥槽
30 板部品
31 金属多孔質体
32 円筒
40 金属多孔質体
40A 下層
40B 上層
40a,40b,40c 板部品
41 金属多孔質体
41A 中心部
41B 外周部
41C 部分
42 金属多孔質体
42A 中心部
42B 外周部
42C 部分
42a,42b,42c 板部品
43 金属多孔質体
43A 中心部
43B 外周部
43C 部分
43a,43b,43c 板部品
P 支持プレート
S 発泡性スラリー
Claims (1)
- 金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている金属多孔質体の製造方法であって、
金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結してなり、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ65%以上99%以下、表裏面における前記空隙の開口面積の割合が15%以上85%以下、前記空隙の平均開口径が50μm以上600μm以下である金属多孔質材からなる板部品を複数枚用いて、
これら板部品を、部分的に積層し、この積層部分の空隙率が40%以上98%以下となるまでかつその厚さが圧縮前の80%以下となるまで厚さ方向に圧縮して、相互に接合することを特徴とする金属多孔質体の製造方法。
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