JP2010228932A - Method of manufacturing porous sintered compact - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔質焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a porous sintered body.
多孔質焼結体は、軽量構造材、燃料電池やアルカリ二次電池の電極、各種フィルタ、触媒担持体、人工骨等の生体材料、消音材、断熱材、気化促進部品、電磁波遮蔽材などの素材として、多様な用途に用いられている。 Porous sintered bodies are lightweight structural materials, electrodes for fuel cells and alkaline secondary batteries, various filters, catalyst carriers, biomaterials such as artificial bones, silencers, heat insulating materials, vaporization promoting parts, electromagnetic wave shielding materials, etc. As a material, it is used for various purposes.
従来、このような多孔質焼結体を製造する方法として、原料粉末を含むスラリーを製造し、これを焼成する方法(スラリー発泡法)が知られている(特許文献1)。また、表面をメッキした発泡樹脂を加熱して樹脂部分を消失させる方法により、金属製の多孔質焼結体を製造することも提案されている(特許文献2)。 Conventionally, as a method for producing such a porous sintered body, a method (slurry foaming method) in which a slurry containing raw material powder is produced and fired is known (Patent Document 1). In addition, it has also been proposed to manufacture a metal porous sintered body by heating the foamed resin whose surface is plated to eliminate the resin portion (Patent Document 2).
多孔質焼結体には、各種用途に応じて、任意の気孔率や気孔サイズが求められる。従来、多孔質焼結体の気孔率や気孔サイズは、スラリー発泡法の場合にはスラリーの組成や処理温度等を調整することによって、また発泡樹脂を基材とする場合には任意の形状の発泡樹脂を用いることによって、ある程度の制御が可能である。しかしながら、従来の製造方法において、気孔率や気孔サイズを精密に制御することは困難であり、さらに気孔径のばらつきを抑えることも技術的に大きな課題であった。加えて、厚さ5mm以上の厚板や3D(立体任意形状)の多孔質焼結体ではこれらの課題はより困難である。 The porous sintered body is required to have an arbitrary porosity and pore size according to various applications. Conventionally, the porosity and pore size of the porous sintered body can be adjusted to any desired shape by adjusting the slurry composition or processing temperature in the case of the slurry foaming method, and when the foamed resin is used as the base material. A certain degree of control is possible by using a foamed resin. However, in the conventional manufacturing method, it is difficult to precisely control the porosity and the pore size, and further, it is a technical problem to suppress the variation in pore diameter. In addition, these problems are more difficult with a thick plate having a thickness of 5 mm or more and a 3D (three-dimensional arbitrary shape) porous sintered body.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、任意の気孔率および気孔サイズを有する多孔質焼結体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a porous sintered body having an arbitrary porosity and pore size.
本発明は、原料粉末、バインダ、および水を含む材料からなるスラリーからグリーン体を形成し、このグリーン体を焼結して多孔質焼結体を製造する多孔質焼結体の製造方法であって、前記材料を混練してスラリーを製造するスラリー混練工程、前記スラリーから気泡および溶存ガスを除去する脱泡工程、および脱泡された前記スラリーに添加ガスを導入しながら攪拌することにより、前記スラリー中に前記添加ガスからなる気泡核を分散形成する気泡核形成工程を含む発泡性スラリー製造工程と、前記気泡核を含む前記スラリーを所定圧力に減圧することにより、前記気泡核を膨張させる減圧膨張工程、および前記気泡核が膨張して体積が増大した前記スラリーを真空凍結乾燥させる真空凍結乾燥工程を含み、前記原料粉末が前記バインダによって保持されてなるグリーン体を形成するグリーン体形成工程と、前記グリーン体を焼結して多孔質焼結体を形成する焼結工程と、を有し、少なくとも前記減圧膨張工程を、前記所定圧力における前記スラリーの凝固点を超え沸点未満の予備冷却温度に保持しながら行う。 The present invention is a method for producing a porous sintered body in which a green body is formed from a slurry comprising a raw material powder, a binder, and a material containing water, and the green body is sintered to produce a porous sintered body. A slurry kneading step of kneading the material to produce a slurry, a defoaming step of removing bubbles and dissolved gas from the slurry, and stirring while introducing an additive gas into the defoamed slurry, A foaming slurry manufacturing step including a bubble nucleus forming step of dispersing and forming bubble nuclei composed of the additive gas in the slurry, and a decompression for expanding the bubble nuclei by reducing the slurry containing the bubble nuclei to a predetermined pressure. An expansion step, and a vacuum freeze-drying step in which the slurry whose volume increased due to expansion of the bubble nuclei is vacuum-lyophilized, wherein the raw material powder is the binder A green body forming step for forming a green body that is held, and a sintering step for forming a porous sintered body by sintering the green body, wherein at least the reduced pressure expansion step is performed as the predetermined step. The pressure is maintained while maintaining a precooling temperature exceeding the freezing point of the slurry and lower than the boiling point.
この製造方法によれば、減圧膨張工程においてスラリーが凍結および沸騰しない温度に冷却されているので、スラリー中の成分(特に水)を減圧によって沸騰させることなく気泡核を膨張させることができる。したがって、スラリー中に導入した添加ガスを脱出させず、気孔率を精密に制御しながら多孔質焼結体を製造することができる。
また、従来の製造方法では、気泡の保持や形状の維持のためにある程度のスラリー粘度を必要としており、そのためのバインダやその他の添加物をスラリーに混合していた。しかし、これらバインダやその他の添加物は焼結後に不純物として残留するおそれがある。これに対して、本発明の製造方法では、冷却によりスラリーの粘度を増大させることができるので、気泡の保持や形状維持のためのバインダや添加物を減量することができ、多孔質焼結体の不純物を減らすことができる。
According to this manufacturing method, since the slurry is cooled to a temperature at which the slurry is not frozen and boiled in the decompression / expansion step, the bubble core can be expanded without boiling the components (particularly water) in the slurry by the decompression. Therefore, the porous sintered body can be manufactured while the porosity is precisely controlled without causing the additive gas introduced into the slurry to escape.
Moreover, in the conventional manufacturing method, a certain amount of slurry viscosity is required for maintaining bubbles and maintaining the shape, and a binder and other additives for that purpose are mixed with the slurry. However, these binders and other additives may remain as impurities after sintering. On the other hand, in the production method of the present invention, the viscosity of the slurry can be increased by cooling, so the amount of binder and additives for maintaining bubbles and maintaining the shape can be reduced, and the porous sintered body Impurities can be reduced.
この製造方法において、前記気泡核形成工程を、前記スラリーを前記予備冷却温度に保持した状態で行うことが好ましい。
この場合、冷却によってスラリーの粘度が増大しているので、導入された添加ガスが浮力によってスラリーから脱出するのを防止できる。したがって、スラリー中の添加ガス量をより精密に制御することができる。
In this manufacturing method, it is preferable that the bubble nucleus forming step is performed in a state where the slurry is held at the preliminary cooling temperature.
In this case, since the viscosity of the slurry is increased by cooling, the introduced additive gas can be prevented from escaping from the slurry by buoyancy. Therefore, the amount of added gas in the slurry can be controlled more precisely.
前記脱泡工程の後、前記スラリーを前記予備冷却温度に保持しながら真空混練することが好ましい。
この場合、添加ガスを導入する前のスラリーを冷却して真空混練することにより、予備冷却温度での脱泡が行われるので、より精密にスラリー中のガス量を制御することができる。
また、脱泡工程から減圧膨張工程を冷却状態に維持することにより、途中で添加ガスがスラリーから抜けることがなく、スラリー中の添加ガス量を焼結まで維持することができる。したがって、任意の気孔率の多孔質焼結体を得ることができる。
After the defoaming step, it is preferable to vacuum knead the slurry while maintaining the slurry at the preliminary cooling temperature.
In this case, since the slurry before introducing the additive gas is cooled and kneaded in vacuum, degassing is performed at the preliminary cooling temperature, so that the amount of gas in the slurry can be controlled more precisely.
Further, by maintaining the defoaming step and the decompression / expansion step in a cooled state, the additive gas does not escape from the slurry in the middle, and the amount of additive gas in the slurry can be maintained until sintering. Therefore, a porous sintered body having an arbitrary porosity can be obtained.
この多孔質焼結体の製造方法の前記発泡性スラリー製造工程において、前記気泡核形成工程の後に、前記気泡核を含む前記スラリーを前記予備冷却温度に保持しながら成形型に充填する充填工程を有することが好ましい。この場合、スラリーを冷却状態で成形型内に入れてから減圧膨張工程を行い、気泡核を膨張させるので、成形型の形状に応じた任意の外形を形成できるとともに、自重による変形を抑制できる。したがって、任意の外形の多孔質焼結体や、厚い多孔質焼結体を得ることができる。 In the foamable slurry manufacturing step of the method for manufacturing the porous sintered body, a filling step of filling the molding die while holding the slurry containing the bubble nuclei at the preliminary cooling temperature after the bubble nucleation step. It is preferable to have. In this case, since the slurry is put in the mold in the cooled state and then the decompression expansion step is performed to expand the bubble nuclei, an arbitrary outer shape corresponding to the shape of the mold can be formed and deformation due to its own weight can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a porous sintered body having an arbitrary outer shape or a thick porous sintered body.
また、この製造方法において、前記スラリー混練工程において、前記スラリーに界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤を適量添加することにより、気孔同士の連結によるウィンドウサイズの大きい気孔を形成することができる。 In this production method, it is preferable that a surfactant is added to the slurry in the slurry kneading step. By adding an appropriate amount of the surfactant, pores having a large window size can be formed by connecting the pores.
また、この製造方法において、前記予備冷却温度は5℃未満であることが好ましい。5℃未満に冷却することにより、スラリーが添加ガスを確実に保持でき、より精密な気孔率の制御と、均質な気孔率と気孔径のグリーン体の形成が実現できる。 In this production method, the preliminary cooling temperature is preferably less than 5 ° C. By cooling to less than 5 ° C., the slurry can reliably hold the added gas, and more precise control of the porosity and formation of a green body with a homogeneous porosity and pore diameter can be realized.
本発明の多孔質焼結体の製造方法によれば、添加ガス量、減圧膨張工程における圧力および予備冷却温度を設定することにより、任意の気孔率を有する多孔質焼結体を容易に製造することができる。また、気孔率の制御が可能になることにより、多孔質焼結体の寸法の制御が容易となる。さらに、気孔率を制御するこれらのパラメータに対して、気孔サイズを制御するパラメータは原料粉末の粒径、スラリーの組成、形成条件等であり、これらは気孔率にあまり影響がないので、気孔率の制御とは独立して気孔サイズを調整でき、多孔質焼結体の気孔サイズの制御も容易となる。 According to the method for producing a porous sintered body of the present invention, a porous sintered body having an arbitrary porosity can be easily produced by setting the amount of added gas, the pressure in the reduced pressure expansion step, and the precooling temperature. be able to. Further, since the porosity can be controlled, the size of the porous sintered body can be easily controlled. Furthermore, in contrast to these parameters for controlling the porosity, the parameters for controlling the pore size are the particle size of the raw material powder, the composition of the slurry, the formation conditions, etc., and these do not affect the porosity so much. The pore size can be adjusted independently of the control, and the pore size of the porous sintered body can be easily controlled.
以下、本発明の多孔質焼結体の製造方法について説明する。この製造方法は、気泡を有するスラリーを作成する発泡性スラリー製造工程と、このスラリーをグリーン体に形成するグリーン体形成工程と、グリーン体を焼結する焼結工程とを有する。
発泡性スラリー製造工程は、原料粉末とバインダと水とを含有する材料を混練してスラリーを製造するスラリー混練工程と、このスラリーから気泡および溶存ガスを除去する脱泡工程と、スラリー中に気泡核を分散形成する気泡核形成工程とを含む。
グリーン体を形成する工程は、スラリー中の気泡核を膨張させる減圧膨張工程と、気泡核が膨張した状態のスラリーを凍結させる凍結固化工程と、凍結したスラリーからグリーン体を形成する真空凍結乾燥工程とを含む。
Hereinafter, the manufacturing method of the porous sintered compact of this invention is demonstrated. This manufacturing method includes a foamable slurry manufacturing process for creating a slurry having bubbles, a green body forming process for forming the slurry into a green body, and a sintering process for sintering the green body.
The foaming slurry production process includes a slurry kneading process for producing a slurry by kneading a material containing raw material powder, a binder and water, a defoaming process for removing bubbles and dissolved gas from the slurry, and bubbles in the slurry. Bubble nucleation step of dispersing and forming nuclei.
The step of forming a green body includes a decompression expansion step for expanding bubble nuclei in the slurry, a freeze solidification step for freezing the slurry in which the bubble nuclei have expanded, and a vacuum freeze-drying step for forming a green body from the frozen slurry. Including.
ここで、多孔質焼結体全体における気孔の体積割合を気孔率と呼ぶ。気孔率は、同形の中実体の計算上の重量に対する実測重量から算出することができる。
また、多孔質焼結体の表面における5〜100倍顕微鏡写真の視野中の気孔の面積を測定して算出した円相当径の算術平均を、平均気孔径と呼ぶ。
Here, the volume ratio of the pores in the entire porous sintered body is referred to as the porosity. The porosity can be calculated from the actually measured weight with respect to the calculated weight of the solid body of the same shape.
Moreover, the arithmetic mean of the equivalent circle diameter calculated by measuring the area of the pores in the field of view of the 5-100 times photomicrograph on the surface of the porous sintered body is called the average pore diameter.
また、図1に示すように、スラリー中で気泡C同士が連結した部分wをウィンドウと呼ぶ。スラリー中の水分が除去され原料粉末が焼結された多孔質焼結体においては、ウィンドウwは開口した状態となる。したがって、このウィンドウwの大きさ(ウィンドウサイズ)が大きいほど、連続気孔の連通度が大きい、すなわち通気性や通水性の高い多孔質焼結体となる。 Further, as shown in FIG. 1, a portion w in which bubbles C are connected in the slurry is called a window. In the porous sintered body in which the moisture in the slurry is removed and the raw material powder is sintered, the window w is in an open state. Therefore, the larger the size of this window w (window size), the greater the degree of communication of the continuous pores, that is, a porous sintered body having high air permeability and water permeability.
[発泡性スラリー製造工程]
(スラリー混練工程および脱泡工程)
まず、原料粉末、バインダ、水を含む材料を混練し、スラリーSを調製する混練工程を行う。この混練を真空雰囲気で行うことにより、脱泡しながらスラリーSを作成できる。つまり、スラリー混練工程と脱泡工程とが同時に行われる。
[Foaming slurry production process]
(Slurry kneading process and defoaming process)
First, a kneading step of preparing a slurry S by kneading a material containing raw material powder, a binder, and water is performed. By performing this kneading in a vacuum atmosphere, the slurry S can be created while defoaming. That is, the slurry kneading step and the defoaming step are performed simultaneously.
原料粉末は、Ni,Cu,Ti,Al,Ag,ステンレス鋼等の金属やセラミックス等、焼結が可能な材料の粉末であって、水アトマイズ法,プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法,湿式還元法,カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造される。スラリー中の原料粉末の含有割合は30〜80質量%とする。なお、多孔質焼結体の平均気孔径や、スラリーSにおけるウィンドウの大きさは、原料粉末の平均粒径(粒度)が大きいほど大きくなる。したがって、原料粉末の平均粒径を調整することにより、多孔質焼結体の平均気孔径やウィンドウの大きさを調整することができる。 The raw material powder is a powder of a material that can be sintered, such as metals, ceramics, such as Ni, Cu, Ti, Al, Ag, and stainless steel, and atomization methods such as water atomization method and plasma atomization method, oxide reduction Manufactured by chemical process methods such as chemical methods, wet reduction methods, and carbonyl reaction methods. The content rate of the raw material powder in a slurry shall be 30-80 mass%. The average pore size of the porous sintered body and the size of the window in the slurry S increase as the average particle size (particle size) of the raw material powder increases. Therefore, the average pore diameter and the window size of the porous sintered body can be adjusted by adjusting the average particle diameter of the raw material powder.
バインダは、原料粉末の粒子間を結合するものであり、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,ヒドロキシエチルメチルセルロース,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,ポリビニルアルコールなどの水溶性樹脂結合剤を使用することができる。スラリー中のバインダの含有割合は0.5〜20質量%とする。 The binder binds the particles of the raw material powder, and a water-soluble resin binder such as methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose ammonium, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol or the like can be used. The content rate of the binder in a slurry shall be 0.5-20 mass%.
水は、水溶性樹脂結合剤であるバインダの溶媒であるとともに、凍結することによりスラリーSの形状を固定する。スラリーSの粘度が低いほどウィンドウサイズは大きくなるので、水の含有割合を制御してスラリーSの粘度を制御することにより、多孔質焼結体における気孔の連通度を制御することができる。 Water is a solvent of the binder which is a water-soluble resin binder, and fixes the shape of the slurry S by freezing. Since the window size increases as the viscosity of the slurry S decreases, the degree of pore communication in the porous sintered body can be controlled by controlling the water content ratio and controlling the viscosity of the slurry S.
なお、スラリーSにはさらに、必要に応じて界面活性剤、可塑剤等の添加剤を添加してもよい。
界面活性剤をスラリーSに添加することにより、多孔質焼結体の平均気孔径およびウィンドウサイズを大きくすることができる。界面活性剤としては、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,アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤,ポリエチレングリコール誘導体,多価アルコール誘導体、アルキルベタインなどの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。界面活性剤を混合する場合、スラリー中の含有割合は0.05〜10質量%とすることが好ましい。
In addition, you may add additives, such as surfactant and a plasticizer, to the slurry S further as needed.
By adding the surfactant to the slurry S, the average pore diameter and window size of the porous sintered body can be increased. Surfactants include alkylbenzene sulfonates, α-olefin sulfonates, alkyl sulfate esters, alkyl ether sulfate esters, alkane sulfonates, and other anionic surfactants, polyethylene glycol derivatives, polyhydric alcohol derivatives, alkyls. Nonionic surfactants such as betaine and amphoteric surfactants can be used. When the surfactant is mixed, the content ratio in the slurry is preferably 0.05 to 10% by mass.
可塑剤は、グリーン体に可塑性を付与して崩壊を防止する必要がある場合に添加され、例えばエチレングリコール,ポリエチレングリコール,グリセリンなどの多価アルコール、鰯油,菜種油,オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、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,ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。可塑剤を混合する場合、スラリー中の含有割合は0.05〜3質量%とすることが好ましい。 A plasticizer is added when it is necessary to impart plasticity to the green body to prevent collapse. For example, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin, fats and oils such as coconut oil, rapeseed oil, and olive oil, petroleum ether Ethers such as diethyl phthalate, di-N-butyl phthalate, diethyl hexyl phthalate, dioctyl phthalate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan palmitate, sorbitan stearate, and the like can be used. When mixing a plasticizer, it is preferable that the content rate in a slurry shall be 0.05-3 mass%.
なお、スラリーSの特性や成形性を向上させるために、任意の添加成分をさらに加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーSの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。しかしながら、不純物の少ない多孔質焼結体を製造するためには、原料粉末、水以外の材料は少ない方が好ましい。 In addition, in order to improve the characteristics and moldability of the slurry S, an optional additive component may be further added. For example, a preservative can be added to improve the storage stability of the slurry S, or a polymer compound can be added as a binding aid to improve the strength of the molded body. However, in order to produce a porous sintered body with few impurities, it is preferable that there are few materials other than the raw material powder and water.
これらの材料を1時間〜1.5時間真空混練し、含まれる気体(気泡および溶存ガス)を除去しながらスラリーSを作成する。さらに予備冷却温度に冷却した状態で1時間程度、真空混練を行う。予備冷却温度は、所定圧力におけるスラリーの凝固点を超え沸点未満(たとえば5℃以下)の温度に設定される。この予備冷却温度に保持されることにより、スラリーSの粘度は常温時よりも増大している。 These materials are vacuum-kneaded for 1 to 1.5 hours, and slurry S is created while removing contained gases (bubbles and dissolved gas). Furthermore, vacuum kneading is performed for about 1 hour in the state cooled to the precooling temperature. The precooling temperature is set to a temperature exceeding the freezing point of the slurry at a predetermined pressure and less than the boiling point (for example, 5 ° C. or less). By maintaining the preliminary cooling temperature, the viscosity of the slurry S is higher than that at room temperature.
(気泡核形成工程)
次に、この脱泡されたスラリーS中に気泡核を分散形成する気泡核形成工程を行う。この工程においては、図2に示すように、スラリーSを攪拌装置10に連続的に投入しながら、添加ガスC1をスラリーSに導入する。これらスラリーSおよび添加ガスC1は、それぞれ一定の体積流量で導入される。添加ガスC1としては、たとえば空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素等のように、スラリーSを変質させず、焼結後に不純物として残存しない気体が好ましい。この添加ガスC1は、脱泡されたスラリーSの体積:添加ガスの体積=10:0.1〜8となる量で導入される。
(Bubble nucleation process)
Next, a bubble nucleus forming step of dispersing and forming bubble nuclei in the defoamed slurry S is performed. In this step, as shown in FIG. 2, the additive gas C <b> 1 is introduced into the slurry S while the slurry S is continuously charged into the stirring
この攪拌装置10内においても、スラリーSは予備冷却温度に冷却されている。このスラリーSを高速で攪拌することにより、スラリーS中に添加ガスC1が分散し、気泡核C2が形成される。このとき、スラリーSは冷却状態であって粘度が増大している状態であるので、導入された添加ガスC1はスラリーSの表面から脱出することが防止される。また、スラリーSは予め脱泡されている。したがって、導入された添加ガスC1のほぼ全てが気泡核C2として分散するとともに、スラリーS中の全ての気泡核C2は添加ガスC1で形成される。つまり、この工程において、スラリーS中に導入する添加ガスC1の量を制御することにより、スラリーSに含まれる気体量を精密に制御できる。
Also in the stirring
気泡核C2は、この気泡核形成工程における攪拌速度および攪拌時間を制御することによって、その平均径が制御される。また、予備冷却温度が低いほどスラリーSの粘度が高くなり、気泡核C2が小さく形成されやすい。すなわち、攪拌速度、攪拌時間、および予備冷却温度を制御することにより、気泡核C2の平均径を制御できる。 The average diameter of the bubble nucleus C2 is controlled by controlling the stirring speed and the stirring time in the bubble nucleus forming step. Further, the lower the precooling temperature, the higher the viscosity of the slurry S, and the bubble nuclei C2 are likely to be formed smaller. That is, the average diameter of the bubble nucleus C2 can be controlled by controlling the stirring speed, stirring time, and precooling temperature.
また、図2に示すように、スラリーSが取り出される攪拌装置10の出口11の断面積と、攪拌装置10中に導入されるスラリーSおよび添加ガスC1の流量とを制御することによって、攪拌装置10の内圧が制御される。この内圧を適切に設定することにより、気泡核C2をスラリーS中に均一に分散させることができる。たとえば、この気泡核形成工程においては、攪拌装置10の内圧をゲージ圧で0〜1atmに維持しながら、0.5分〜5分程度の間、スラリーSを攪拌することにより、平均径および分散を制御して気泡核C2を形成する。
Further, as shown in FIG. 2, the stirring device is controlled by controlling the cross-sectional area of the
(充填工程)
次に、任意の量の添加ガスC1を気泡核C2として含むスラリーSを、予備冷却温度に保持しながら、ポリスチレン等からなる成形型12に充填する(図3(a))。この工程においては、成形型12に充填したスラリーSに対して、打撃や超音波によって衝撃を与えたり、予備冷却温度に維持したまま1時間程度安置したりすることにより、充填されたスラリーSと成形型12との間に抱き込まれた気泡や、充填時にスラリーS中に形成された大きな空隙を取り除くことができる。
(Filling process)
Next, the slurry S containing an arbitrary amount of the additive gas C1 as the bubble nucleus C2 is filled into the molding die 12 made of polystyrene or the like while maintaining the preliminary cooling temperature (FIG. 3A). In this step, the slurry S filled in the
[グリーン体形成工程]
(減圧膨張工程)
次に、予備冷却温度に保持した状態でスラリーSを所定圧力に減圧して、スラリーS中の気泡核C2を膨張させて気泡C3を形成する。具体的には、スラリーSが充填された成形型12を減圧容器に入れ、0.01〜0.4atmに減圧することにより、気泡核C2を膨張させる(図3(b))。なお、スラリーSは予備冷却温度に冷却されているので、減圧容器内で減圧されても沸騰せず、気泡核C2が膨張して気泡C3となり、スラリーS全体の体積が増大する。
[Green body formation process]
(Decompression expansion process)
Next, while maintaining the preliminary cooling temperature, the slurry S is depressurized to a predetermined pressure, and the bubble nuclei C2 in the slurry S are expanded to form bubbles C3. Specifically, the
このとき、減圧速度が速すぎると、気泡C3が破裂してスラリーSから脱出するなどして安定せず、成形型12へのスラリーSの充填性が悪化するおそれがある。一方、減圧速度が遅すぎると、気泡C3同士が一体となって各気泡C3が大きくなりすぎるおそれがある。したがって、1分〜15分かけて所定圧力となるように、減圧容器内の圧力を調整する。
At this time, if the decompression speed is too high, the bubbles C3 may burst and escape from the slurry S, and the stability may not be achieved, and the filling property of the slurry S into the
また、予備冷却温度が低いほど、スラリーSの粘度が高くなることにより、隣接する気泡C3同士が一体となりにくく、またウィンドウサイズが大きくなりにくくなる。すなわち、この減圧膨張工程における予備冷却温度を制御することにより、多孔質焼結体の平均気孔径および連通度を制御することができる。 Further, the lower the precooling temperature, the higher the viscosity of the slurry S, so that the adjacent bubbles C3 are less likely to be integrated with each other, and the window size is not easily increased. That is, the average pore diameter and the degree of communication of the porous sintered body can be controlled by controlling the preliminary cooling temperature in this decompression and expansion step.
(安置工程)
このように膨張したスラリーSを、圧力および温度を維持したまま、所定の保持時間(1分〜60分)安置する。この工程において、原料粉末が移動することにより気泡C3のウィンドウが拡大したり、スラリーS中で気体が移動することにより気泡C3自体が膨張・縮小したりするので、原料粉末および気体の移動を落ち着かせ、スラリーSを安定させることができる。
(Antistatic process)
The slurry S thus expanded is placed at a predetermined holding time (1 to 60 minutes) while maintaining the pressure and temperature. In this process, the movement of the raw material powder and the gas is settled because the window of the bubble C3 is expanded by the movement of the raw material powder and the bubble C3 itself is expanded and contracted by the movement of the gas in the slurry S. The slurry S can be stabilized.
(凍結固化工程)
次に、このスラリーSを、−80℃以上凝固点以下の凍結温度に冷却し、0.1時間〜2時間保持する。この工程においては、スラリーS中の水が凝固することにより、気泡C3を含むスラリーSの形状が固定される。
(Freeze solidification process)
Next, this slurry S is cooled to a freezing temperature not lower than −80 ° C. and not higher than the freezing point, and is maintained for 0.1 to 2 hours. In this step, when the water in the slurry S is solidified, the shape of the slurry S including the bubbles C3 is fixed.
(真空凍結乾燥工程)
次に、凍結したスラリーSの水分を真空中で昇華させる。この工程において、スラリーSを真空中で水分を昇華させることにより、形状が維持されたまま原料粉末がバインダによって保持されてなるグリーン体Gを形成する(図3(c))。このグリーン体Gには、気泡核C2を成長させた気泡C3の形状をほぼ維持した状態で気孔Hが形成されている。なお、スラリーSは凍結固化工程により固化されているので、この工程は成形型12から取りだした状態で行ってもよい。グリーン体Gは、バインダの混合量が少ない場合には脆弱であり自重による崩壊のおそれがあるが、スラリーに可塑剤を混合しておくことにより、強度を向上させ崩壊を防止することができる。なお、バインダや可塑剤は多孔質焼結体には不要な不純物として残存するので、多孔質焼結体の不純物を減少させるためには、バインダや可塑剤の含有割合を減少させることが好ましい。
(Vacuum freeze-drying process)
Next, the water | moisture content of the frozen slurry S is sublimated in a vacuum. In this step, the slurry S is sublimated in a vacuum to form a green body G in which the raw material powder is held by the binder while maintaining its shape (FIG. 3C). In the green body G, pores H are formed in a state where the shape of the bubble C3 obtained by growing the bubble nucleus C2 is substantially maintained. In addition, since the slurry S is solidified by the freeze solidification step, this step may be performed in a state of being taken out from the
[焼結工程]
このグリーン体Gを焼結し、多孔質焼結体Pを形成する(図3(d))。このとき、成形型12に入れたままグリーン体Gを焼結させることができる場合には、グリーン体Gが崩壊するおそれが小さいので、バインダの含有割合を減少させ、多孔質焼結体Pに残留する不純物をさらに減少させることも可能となる。
[Sintering process]
The green body G is sintered to form a porous sintered body P (FIG. 3D). At this time, when the green body G can be sintered while being put in the
以上のように、任意量の添加ガスC1を気泡核C2として有するスラリーSを冷却状態で減圧することにより、任意の気孔率を有する多孔質焼結体Pを製造することができる。
ここで、添加ガス量および減圧膨張工程における予備冷却温度が異なる場合に得られる多孔質焼結体について、実施例および比較例を挙げて説明する。
As described above, the porous sintered body P having an arbitrary porosity can be manufactured by reducing the pressure of the slurry S having the arbitrary amount of the additive gas C1 as the cell nucleus C2 in a cooled state.
Here, the porous sintered body obtained when the amount of added gas and the precooling temperature in the reduced pressure expansion step are different will be described with examples and comparative examples.
以下の実施例および比較例において、スラリーAは、
原料粉末として、平均粒径8μmのステンレス鋼(SUS316)粉末:73質量%、
バインダとして、水溶性樹脂結合剤:2質量%、
界面活性剤:0.05質量%
水:残部
を含有するものを用いた。このスラリーAの0.015atmにおける凝固点は0℃近傍、沸点は13℃近傍である。
また、スラリーBは、
原料粉末として、平均粒径16μmのTi粉末:49質量%、
バインダとして、水溶性樹脂結合剤:2質量%、
界面活性剤:3質量%
水:残部
を含有するものを用いた。
In the following examples and comparative examples, the slurry A is
As raw material powder, stainless steel (SUS316) powder having an average particle diameter of 8 μm: 73 mass%,
As binder, water-soluble resin binder: 2% by mass,
Surfactant: 0.05% by mass
Water: The one containing the remainder was used. The freezing point of this slurry A at 0.015 atm is around 0 ° C., and the boiling point is around 13 ° C.
Slurry B is
As raw material powder, Ti powder having an average particle diameter of 16 μm: 49% by mass,
As binder, water-soluble resin binder: 2% by mass,
Surfactant: 3% by mass
Water: The one containing the remainder was used.
これらの実施例および比較例では、いずれも減圧膨張工程の圧力を0.015atmとし、予備冷却温度および添加ガス量を変化させて多孔質焼結体を製造した。なお、グリーン体の形成に際しては、スラリー形成工程から凍結固化工程前まで予備冷却温度を維持している。 In each of these Examples and Comparative Examples, a porous sintered body was manufactured by changing the precooling temperature and the amount of added gas to 0.015 atm in the reduced pressure expansion step. In forming the green body, the precooling temperature is maintained from the slurry forming step to before the freeze solidification step.
まず、表1に示すように、スラリーAを用いて、気泡核形成工程における脱泡状態のスラリーAと添加ガスとの体積比を10:1として、予備冷却温度を変えて製造した各多孔質焼結体(実施例1,2および比較例1〜5)について、気孔率および平均気孔径を比較した。 First, as shown in Table 1, using the slurry A, each porous material produced by changing the precooling temperature with the volume ratio of the degassed slurry A and the additive gas in the bubble nucleation step being 10: 1. The sintered bodies (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5) were compared in terms of porosity and average pore diameter.
実施例1では、予備冷却温度を5℃として減圧膨張工程を行った結果、多孔質焼結体の気孔率が95%となった。また、形成された気孔は、気泡核形成工程で均一に形成した気泡核を成長させた形状とほぼ同一であり、平均気孔径の分散は小さかった。
実施例1よりも予備冷却温度が低い実施例2では、気孔率は95%となった。しかしながら、実施例2の平均気孔径は、実施例1のものよりも小さくなった。
In Example 1, as a result of performing the decompression expansion process at a precooling temperature of 5 ° C., the porosity of the porous sintered body was 95%. Further, the formed pores were almost the same as the shape in which the bubble nuclei uniformly formed in the bubble nucleation step were grown, and the dispersion of the average pore diameter was small.
In Example 2 where the precooling temperature was lower than that in Example 1, the porosity was 95%. However, the average pore diameter of Example 2 was smaller than that of Example 1.
比較例1では、スラリーAが沸騰したため、大きな気孔が散在しており、均一な気孔が形成されなかった。このため、平均気孔径を測定することができなかった。また、実施例1と比較して気孔率は低くなった。
比較例2,3では、スラリーAは沸騰しなかったが、粘度が低いためスラリーA中で気泡が上昇し、上部に大きな気泡が集中した。このため、厚み方向に気孔径の分布が傾斜し、全体としての気孔径の評価が不能であった。
In Comparative Example 1, since the slurry A boiled, large pores were scattered, and uniform pores were not formed. For this reason, the average pore diameter could not be measured. Moreover, the porosity became low compared with Example 1.
In Comparative Examples 2 and 3, the slurry A did not boil, but because of its low viscosity, bubbles increased in the slurry A, and large bubbles concentrated at the top. For this reason, the pore diameter distribution is inclined in the thickness direction, making it impossible to evaluate the pore diameter as a whole.
比較例4では、実施例1,2と比較して気孔率および平均気孔径が小さかった。
比較例5では、予備冷却段階ですでに凍結していたため、減圧によっても気泡が膨張しなかった。
In Comparative Example 4, the porosity and the average pore diameter were small as compared with Examples 1 and 2.
In Comparative Example 5, the bubbles were not frozen at the preliminary cooling stage, so that the bubbles did not expand even under reduced pressure.
次に、表2に示すように、スラリーAを用いて、気泡核形成工程における脱泡状態のスラリーCと添加ガスとの体積比を10:3として、減圧膨張工程の予備冷却温度を変えて製造した各多孔質焼結体(実施例21,22および比較例21〜25)について、気孔率および平均気孔径を比較した。 Next, as shown in Table 2, by using the slurry A, the volume ratio of the degassed slurry C and the additive gas in the bubble nucleation step was set to 10: 3, and the precooling temperature in the vacuum expansion step was changed. For each of the produced porous sintered bodies (Examples 21 and 22 and Comparative Examples 21 to 25), the porosity and the average pore diameter were compared.
実施例21と実施例22とを比較すると、気孔率は同じであったが、実施例22の方が平均気孔径が小さくなった。また、予備冷却温度が同じ実施例21と実施例1とを比較すると、添加ガス量の多い実施例21の方が気孔率は大きくなったが、平均気孔径は変わらなかった。同様に、予備冷却温度が同じ実施例22と実施例2とを比較すると、添加ガス量の多い実施例22の方が気孔率は大きくなったが、平均気孔径は変わらなかった。 When Example 21 was compared with Example 22, the porosity was the same, but Example 22 had a smaller average pore diameter. In addition, when Example 21 and Example 1 having the same precooling temperature were compared, Example 21 with a larger amount of added gas had a higher porosity, but the average pore diameter did not change. Similarly, when Example 22 and Example 2 having the same precooling temperature were compared, the porosity was higher in Example 22 with a larger amount of additive gas, but the average pore diameter was not changed.
比較例21では、スラリーAが沸騰したために均一な気孔が形成されなかった。このため、平均気孔径を測定することができなかった。また、実施例21と比較して気孔率は小さくなった。さらに、比較例1と比較しても気孔率は低くなった。
比較例22,23では、スラリーAは沸騰しなかったが、粘度が低いためスラリーA中で気泡が上昇し、上部に大きな気泡が集中した。このため、厚み方向に気孔径の分布が傾斜し、全体としての気孔径の評価が不能であった。
In Comparative Example 21, since the slurry A boiled, uniform pores were not formed. For this reason, the average pore diameter could not be measured. Moreover, the porosity became small compared with Example 21. Further, even when compared with Comparative Example 1, the porosity was low.
In Comparative Examples 22 and 23, the slurry A did not boil, but because the viscosity was low, bubbles increased in the slurry A and large bubbles concentrated on the top. For this reason, the pore diameter distribution is inclined in the thickness direction, making it impossible to evaluate the pore diameter as a whole.
比較例24では、実施例21,22と比較して気孔率および平均気孔径が小さかった。
比較例25では、予備冷却段階ですでに凍結していたため、減圧によっても気泡が膨張しなかった。
In Comparative Example 24, the porosity and average pore diameter were small as compared with Examples 21 and 22.
In Comparative Example 25, the bubbles were not frozen even in the pre-cooling stage, so the bubbles did not expand even under reduced pressure.
表1および表2に示す実施例および比較例から、スラリーAが沸騰および凝固しないように予備冷却温度を設定することにより、適切に気孔を形成できることが確認できた。すなわち、スラリーAが沸騰すると、添加ガスがスラリーAから脱出するとともに沸騰による気泡が形成されると考えられる。また、スラリーAが凝固すると、気泡核形成工程において凝固状態のスラリーAを攪拌しながら添加ガスを導入しても、導入された添加ガスをスラリーAに確実に保持させることができないと考えられる。さらに、凝固したスラリーAは、減圧しても気泡核が膨張しにくいため、気孔率が上昇しにくいと考えられる。 From the Examples and Comparative Examples shown in Table 1 and Table 2, it was confirmed that pores can be appropriately formed by setting the precooling temperature so that the slurry A does not boil and solidify. That is, when the slurry A boils, it is considered that the additive gas escapes from the slurry A and bubbles are formed by boiling. Further, when the slurry A is solidified, it is considered that the introduced gas cannot be reliably held in the slurry A even if the additive gas is introduced while stirring the solidified slurry A in the bubble nucleus forming step. Further, the solidified slurry A is considered to be less likely to increase the porosity because the bubble nuclei are less likely to expand even if the pressure is reduced.
また、適切に気孔が形成される温度範囲においては、添加ガス量を変化させることにより気孔率が変化することが確認できた。すなわち、予備冷却温度は気孔率に影響しないと考えられる。さらに、このような温度範囲においては、予備冷却温度が低い方が多孔質焼結体の平均気孔径が小さくなることが確認できた。すなわち、温度が低く粘度が高いスラリーAにおいては、各気泡の形状が維持されやすく、隣接する気泡同士は連結しても一体化しにくいため、気孔径が大きくなりにくいと考えられる。 Further, it was confirmed that the porosity was changed by changing the amount of the added gas in the temperature range where the pores were appropriately formed. That is, it is considered that the precooling temperature does not affect the porosity. Furthermore, in such a temperature range, it has been confirmed that the average pore diameter of the porous sintered body becomes smaller as the preliminary cooling temperature is lower. That is, in the slurry A having a low temperature and a high viscosity, the shape of each bubble is easily maintained, and even if adjacent bubbles are connected to each other, it is difficult to integrate them.
次に、表3に示すように、スラリーBを用いて、気泡核形成工程における脱泡状態のスラリーBと添加ガスとの体積比を10:1として、減圧膨張工程の予備冷却温度を変えて製造した各多孔質焼結体(実施例31,32および比較例31〜35)について、気孔率および平均気孔径を比較した。 Next, as shown in Table 3, by using the slurry B, the volume ratio between the defoamed slurry B and the additive gas in the bubble nucleation step was 10: 1, and the precooling temperature in the vacuum expansion step was changed. About each manufactured porous sintered compact (Examples 31 and 32 and Comparative Examples 31-35), the porosity and the average pore diameter were compared.
実施例31,32は、それぞれ同じ予備冷却温度に設定したスラリーAの実施例1,2と比較して、気孔率および平均気孔径がわずかに大きくなった。 In Examples 31 and 32, the porosity and the average pore diameter were slightly increased as compared with Examples 1 and 2 of the slurry A set to the same precooling temperature.
比較例31では、スラリーBが沸騰したために、均一な気孔が形成されなかった。また、比較例31の気孔率は、同じ予備冷却温度に設定したスラリーAの比較例1よりも低くなった。
比較例32,33では、スラリーAは沸騰しなかったが、粘度が低いためスラリーA中で気泡が上昇し、上部に大きな気泡が集中した。このため、厚み方向に気孔径の分布が傾斜し、全体としての気孔径の評価が不能であった。
In Comparative Example 31, because the slurry B boiled, uniform pores were not formed. Moreover, the porosity of the comparative example 31 became lower than the comparative example 1 of the slurry A set to the same precooling temperature.
In Comparative Examples 32 and 33, the slurry A did not boil, but since the viscosity was low, bubbles increased in the slurry A, and large bubbles concentrated on the top. For this reason, the pore diameter distribution is inclined in the thickness direction, making it impossible to evaluate the pore diameter as a whole.
比較例34は、同じ予備冷却温度に設定したスラリーAの比較例4と比較して、気孔率および平均気孔径が大きくなった。
また、比較例35では、予備冷却段階ですでに凍結していたため、減圧によっても気泡が膨張しなかった。
In Comparative Example 34, the porosity and the average pore diameter were increased as compared with Comparative Example 4 of Slurry A set at the same precooling temperature.
Further, in Comparative Example 35, the air bubbles were not expanded even in the reduced pressure because they were already frozen in the preliminary cooling stage.
次に、表4に示すように、スラリーBを用いて、気泡核形成工程における脱泡状態のスラリーと添加ガスとの体積比を10:3として、減圧膨張工程の予備冷却温度を変えて製造した各多孔質焼結体(実施例41,42および比較例41〜45)について、気孔率および平均気孔径を比較した。 Next, as shown in Table 4, using slurry B, the volume ratio of the defoamed slurry and the additive gas in the bubble nucleation step is 10: 3, and the precooling temperature in the vacuum expansion step is changed. For each of the porous sintered bodies (Examples 41 and 42 and Comparative Examples 41 to 45), the porosity and the average pore diameter were compared.
実施例41は、実施例31と比較すると、気孔率は大きくなったが、平均気孔径は同じであった。また、実施例42も、実施例32と比較すると、気孔率は大きくなったが、平均気孔径は同じであった。実施例41と実施例42とを比較すると、予備冷却温度が低い実施例42の方が平均気孔径が低くなった。 In Example 41, the porosity was higher than that in Example 31, but the average pore diameter was the same. In addition, Example 42 also had a larger porosity than the Example 32, but the average pore diameter was the same. When Example 41 and Example 42 were compared, Example 42 having a lower precooling temperature had a lower average pore diameter.
比較例41では、スラリーBが沸騰したために、均一な気孔が形成されなかった。この比較例41の気孔率は、同じ予備冷却温度に設定したスラリーAの比較例21よりも高く、添加ガス量が少ないスラリーBの比較例31と同じであった。
比較例42,43では、スラリーAは沸騰しなかったが、粘度が低いためスラリーA中で気泡が上昇し、上部に大きな気泡が集中した。このため、厚み方向に気孔径の分布が傾斜し、全体としての気孔径の評価が不能であった。
In Comparative Example 41, since the slurry B boiled, uniform pores were not formed. The porosity of Comparative Example 41 was higher than that of Comparative Example 21 of Slurry A set to the same precooling temperature, and was the same as that of Comparative Example 31 of Slurry B with a small amount of added gas.
In Comparative Examples 42 and 43, the slurry A did not boil, but since the viscosity was low, bubbles increased in the slurry A and large bubbles concentrated on the upper part. For this reason, the pore diameter distribution is inclined in the thickness direction, making it impossible to evaluate the pore diameter as a whole.
比較例44は、同じ予備冷却温度に設定したスラリーAの比較例24と比較して、気孔率および平均気孔径が大きくなった。また、添加ガス量が少ないスラリーBの比較例34と比較して、比較例44では気孔率は高くなり、平均気孔径は同じであった。
また、比較例45では、予備冷却段階ですでに凍結していたため、減圧によっても気泡が膨張しなかった。
In Comparative Example 44, the porosity and average pore diameter were increased as compared with Comparative Example 24 of slurry A set to the same precooling temperature. Moreover, compared with the comparative example 34 of the slurry B with few additive gas amounts, the porosity was high in the comparative example 44, and the average pore diameter was the same.
In Comparative Example 45, the bubbles were not frozen at the preliminary cooling stage, so that the bubbles did not expand even under reduced pressure.
表3および表4に示す実施例および比較例から、スラリーBが沸騰および凝固しないように予備冷却温度を設定することにより、適切に気孔を形成できることが確認できた。また、適切に気孔が形成される範囲においては、気孔率を変化させるのは予備冷却温度ではなく添加ガス量であることが確認できた。さらに、このような温度範囲においては、予備冷却温度が低い方が、多孔質焼結体の平均気孔径が小さくなることが確認できた。これらの結果は、ステンレス鋼のスラリーAおよびTiのスラリーBのいずれを用いて多孔質焼結体を製造しても同様であった。 From the examples and comparative examples shown in Table 3 and Table 4, it was confirmed that pores can be appropriately formed by setting the precooling temperature so that the slurry B does not boil and solidify. Further, it was confirmed that, in the range where the pores are appropriately formed, it is not the preliminary cooling temperature but the amount of added gas that changes the porosity. Furthermore, in such a temperature range, it was confirmed that the average pore diameter of the porous sintered body was smaller as the preliminary cooling temperature was lower. These results were the same even when the porous sintered body was manufactured using either the stainless steel slurry A or the Ti slurry B.
しかしながら、予備冷却温度や添加ガス量が同じ場合には、ステンレス鋼のスラリーAを用いた多孔質焼結体よりもチタンのスラリーBを用いた多孔質焼結体の方が、気孔率および平均気孔径が大きくなった。これは、Tiがステンレス鋼よりも軽量であることから、スラリーBの粘度がスラリーAよりも低く、気泡核が成長しやすいためと考えられる。 However, when the precooling temperature and the amount of added gas are the same, the porous sintered body using the titanium slurry B is more porous and the average than the porous sintered body using the stainless steel slurry A. The pore diameter increased. This is probably because Ti is lighter than stainless steel, so that the viscosity of slurry B is lower than that of slurry A, and bubble nuclei are likely to grow.
以上の実施例および比較例から、原料粉末の材質に関わらず、予備冷却温度をスラリーが凝固および沸騰しない適切な温度に設定することによって、適切な気孔が形成されることが確認できた。また、予備冷却温度を適切に設定すれば、添加ガス量を制御することによって多孔質焼結体の気孔率を制御できることが確認できた。さらに、適切な範囲において予備冷却温度を変更することにより、多孔質焼結体の平均気孔径を制御できることが確認できた。 From the above Examples and Comparative Examples, it was confirmed that appropriate pores were formed by setting the precooling temperature to an appropriate temperature at which the slurry does not solidify and boil regardless of the material of the raw material powder. In addition, it was confirmed that if the precooling temperature was appropriately set, the porosity of the porous sintered body could be controlled by controlling the amount of additive gas. Furthermore, it was confirmed that the average pore diameter of the porous sintered body can be controlled by changing the precooling temperature within an appropriate range.
次に、気泡核形成工程における添加ガス量および減圧膨張工程における圧力と、多孔質焼結体の気孔率との関係について説明する。図4に、脱泡スラリーと添加ガスとの体積比をそれぞれ10:1,10:3,10:5,10:8と変化させた場合の減圧膨張工程における圧力と多孔質焼結体の気孔率との関係の一例を示す。この図に示すように、添加ガス量が多いほど気孔率は高くなる。また、減圧膨張工程の圧力が小さいほど、気孔率は高くなる。したがって、減圧膨張工程の圧力と添加ガス量とを組み合わせて制御することにより、多孔質焼結体の気孔率を広範囲に制御することができる。なお、同じ気孔率であっても、添加ガス量を多くして減圧膨張工程における圧力を高くする方が、気泡核の成長が小さいので、多孔質焼結体の平均気孔径は小さくなる。 Next, the relationship between the amount of added gas in the bubble nucleus forming step, the pressure in the reduced pressure expansion step, and the porosity of the porous sintered body will be described. FIG. 4 shows the pressure in the decompression expansion process and the pores of the porous sintered body when the volume ratio of the defoaming slurry and the additive gas is changed to 10: 1, 10: 3, 10: 5, 10: 8, respectively. An example of the relationship with the rate is shown. As shown in this figure, the porosity increases as the amount of added gas increases. The porosity increases as the pressure in the decompression / expansion step decreases. Therefore, the porosity of the porous sintered body can be controlled over a wide range by controlling the pressure in the decompression expansion step and the amount of added gas in combination. Even if the porosity is the same, increasing the pressure in the reduced pressure expansion process by increasing the amount of added gas reduces the growth of bubble nuclei, so the average pore size of the porous sintered body is reduced.
以上説明したように、本発明によれば、任意量の添加ガスを含むスラリーを、適切な予備冷却温度に維持した状態で減圧し、その形状のまま凍結固化することにより、気孔率および平均気孔径が制御され、任意の連通度を有する多孔質焼結体を製造することができる。
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
As described above, according to the present invention, by reducing the pressure of a slurry containing an arbitrary amount of additive gas while maintaining an appropriate precooling temperature, and freezing and solidifying the slurry while maintaining its shape, the porosity and average gas content are reduced. It is possible to manufacture a porous sintered body having a controlled pore size and an arbitrary degree of communication.
In addition, this invention is not limited to the thing of the structure of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
10 攪拌装置
11 出口
C1 添加ガス
C2 気泡核
C3 気泡
G グリーン体
H 気孔
P 多孔質焼結体
S スラリー
10
Claims (6)
前記材料を混練してスラリーを製造するスラリー混練工程、前記スラリーから気泡および溶存ガスを除去する脱泡工程、および脱泡された前記スラリーに添加ガスを導入しながら攪拌することにより、前記スラリー中に前記添加ガスからなる気泡核を分散形成する気泡核形成工程を含む発泡性スラリー製造工程と、
前記気泡核を含む前記スラリーを所定圧力に減圧することにより、前記気泡核を膨張させる減圧膨張工程、および前記気泡核が膨張して体積が増大した前記スラリーを真空凍結乾燥させる真空凍結乾燥工程を含み、前記原料粉末が前記バインダによって保持されてなるグリーン体を形成するグリーン体形成工程と、
前記グリーン体を焼結して多孔質焼結体を形成する焼結工程と、
を有し、
少なくとも前記減圧膨張工程を、前記所定圧力における前記スラリーの凝固点を超え沸点未満の予備冷却温度に保持しながら行うことを特徴とする多孔質焼結体の製造方法。 A method for producing a porous sintered body, in which a green body is formed from a slurry comprising a raw material powder, a binder, and a material containing water, and the green body is sintered to produce a porous sintered body,
A slurry kneading step of kneading the material to produce a slurry, a defoaming step of removing bubbles and dissolved gas from the slurry, and stirring while introducing an additive gas into the defoamed slurry. A foaming slurry manufacturing step including a bubble nucleus forming step of dispersing and forming bubble nuclei comprising the additive gas;
A decompression / expansion step of expanding the bubble nucleus by depressurizing the slurry containing the bubble nucleus to a predetermined pressure, and a vacuum freeze-drying step of vacuum freeze-drying the slurry whose volume has expanded due to the expansion of the bubble nucleus. Including a green body forming step of forming a green body in which the raw material powder is held by the binder;
A sintering step of sintering the green body to form a porous sintered body;
Have
A method for producing a porous sintered body, comprising performing at least the reduced pressure expansion step while maintaining a precooling temperature that exceeds the freezing point of the slurry at the predetermined pressure and is lower than the boiling point.
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