JP2017115204A - アルミニウム系多孔質体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝集することを抑制し、多孔質体内を流れる流体の圧力損失が低いアルミニウム系多孔質体を提供する。
【解決手段】三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する気孔を有し、前記骨格が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る三次元網目状構造体であって、前記構造体の連通孔を塞ぐ溶融アルミニウムもしくは溶融アルミニウム合金から成る略球状の金属塊の大きさが、長径４．０ｍｍ以下であって、気孔率が９５％以上であることを特徴とするアルミニウム系多孔質体とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連通する連通孔が形成される三次元網目状構造を有する金属多孔質体に関する。

三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通孔が形成される三次元網目構造を有する金属多孔質体は、連通孔を有する発泡樹脂骨格表面を導電化処理して電気メッキした後、加熱して樹脂を分解除去する方法（特許文献１）、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法（特許文献２〜４）、連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与して粉体を付着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法（特許文献５）により製造される。

このような三次元網目状構造を有する金属多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の熱交換部品への適用が検討されている（特許文献６）。熱交換器は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させて加熱および冷却の用途に用いられる機器であり、一般に、熱交換の媒体として液体または気体等の流体を用いて流体に熱を与える（加熱）もしくは流体から熱を奪う（冷却）ことで加熱または冷却を行う。このような熱交換器においては、熱伝導率の高い金属材料で構成されたフィン等を設けるなどして流体との接触面積を増加させて、熱交換の効率を高めているが、フィン等に替えて熱伝導率の高い金属材料で構成された三次元網目状構造を有する多孔質体を用い、その連通する連通孔に流体を通過させれば、熱伝導率の高い金属材料と流体との接触面積をさらに大きくできるため、熱交換の効率がさらに大きくなるものと考えられる。

特開昭５７−１７４４８４号公報 特公昭６１−０５３４１７号公報 特開平０８−０２０８３１号公報 国際公開公報２０１５／０４６６２３号公報 特開平０６−２３５０３３号公報 特公平０６−０８９３７６号公報

アルミニウム粉末は表面に強固な酸化被膜（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）を有している。そのため、特許文献２のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウム粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、水素気流中５２０℃にて２時間加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微粉体を焼結する方法においては、アルミニウム粉末のごく一部で結合するに過ぎず、脆く、強度が極めて低いものしか製造することができない。

また特許文献４のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱する方法では、粉末の塗着量が多い場合、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝集し、骨格上に球状の金属塊が不均一に生成する。その結果、流体が多孔質体内を流れる際の圧力損失が大きくなってしまう。

したがって、本発明は、焼結時における球状の金属塊の形成を抑制し、多孔質体内を流れる流体の圧力損失を低減可能なアルミニウム系多孔質体を提供することを目的とする。

発明者らは、圧力損失の悪化に寄与する“金属塊の形成”について以下のように推察している。アルミニウム粉末（またはアルミニウム合金粉末）を融点以上に加熱すると、粉末の内部で溶融したアルミニウムが酸化被膜を破って粉末表面に濡れ始める。しかしながら、溶融したアルミニウムは酸化被膜との濡れ性が悪いため、余剰となる溶融アルミニウムが粉末表面で凝集し、冷却時に凝固することで金属塊として形成する。この不均一に形成する金属塊は、球状の凝集体のような形で存在しており、溶融したアルミニウムと酸化被膜の濡れ性の悪さ、溶融時の表面張力の高さを示唆するものである。

上記仮説を基に発明者らが検討を重ねたところ、無機塩を用いてアルミニウム粉末（またはアルミニウム合金粉末）表面を陰イオンで被覆し、かつ単位面積あたりのアルミニウム粉末（またはアルミニウム合金粉末）の付着量を特定量とすることで金属塊の生成を抑制することが出来ることを見出した。さらに金属塊と気孔率および圧力損失の関係について精査したところ、金属塊の長径を特定の大きさ以下とするとともに、特定の気孔率とした多孔質体は、圧力損失が小さくなることを見出し、本発明を完成するに至った。なお、本明細書にて述べる「金属塊」とは、三次元状に連結する骨格とは、明らかに異なる塊状（だま状）のものであり、何れかの方向から視認した際に、三次元状に連結する骨格とは異なり面状の広がりを有するものを意味する。

本発明はこれらの知見によるものであり、本発明のアルミニウム系多孔質体は、具体的に、三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する気孔を有し、前記骨格が、酸化アルミニウムが内部に分散したアルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る三次元網目状構造体において、前記骨格上に形成される金属塊の大きさが、長径４ｍｍ以下であって、かつ気孔率が９５％以上であることを特徴とする。

本発明のアルミニウム系多孔質体においては、長径１ｍｍ以上４ｍｍ以下の金属の個数が、前記アルミニウム系多孔質体の表面１００ｃｍ²あたり５個以下であることが好ましい。

また、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法は、連通孔発泡樹脂フォームを基体とし、有機高分子結合剤をおよび無機塩を添加した分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を前記基体に浸漬またはスプレー等して塗布する塗布工程、および塗布後の基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、基体を分解除去するとともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程を有し、前記加熱工程において用いる塗布後の基体として、発泡樹脂フォームの見掛け体積１Ｌ（１０００ｃｍ³）に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を２０ｇ／Ｌ以上、６５ｇ／Ｌ以下を用いるものである。

本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法においては、前記塗布工程により得られた塗布後の基体の発泡樹脂フォームの見掛け体積１Ｌに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を２０ｇ／Ｌ以上、６５ｇ／Ｌ以下とする絞り工程を有し、絞り工程を経た塗布後の基体を用いて前記加熱工程を行う。

本発明のアルミニウム多孔質体によれば、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝集することを抑制することができるため、多孔質体内を流れる流体の圧力損失が低いアルミニウム系多孔質体を提供することができる。また、本発明のアルミニウム多孔質体の製造方法は、上記のアルミニウム多孔質体を容易に製造することができる。

本発明の第１の実施例におけるアルミニウム多孔質体の外観を示す図面代用写真であり、（ａ）が本発明の実施例である試料番号２の外観を示す図面代用写真、（ｂ）が本発明の比較例である試料番号５の図面代用写真である。

以下、本発明のアルミニウム多孔質体および該アルミニウム多孔質体の製造方法を説明する。

［アルミニウム多孔質体］
本発明のアルミニウム多孔質体は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通孔が形成される三次元網目構造を有する三次元網目状構造を有する。このような三次元網目状構造のアルミニウム多孔質体は、後述する製造方法に起因して、骨格上に金属塊が形成されやすい。この金属塊は、余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が凝集して骨格上に形成されるものであり、表面張力により球状に形成される。このような金属塊が粗大に形成されたり、多量に形成されると、連通孔を通過する流体の流れを阻害したり、場合によっては連通孔を閉塞して、連通孔を通過する流体の圧力損失が大きくなる。

しかしながら、このような骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で４ｍｍ以下とすると、連通孔を通過する流体の圧力損失を低減することができる。このことから本発明のアルミニウム多孔質体は、骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で４ｍｍ以下とする。また、長径で４ｍｍ以下の金属塊であっても、長径で１ｍｍ以上の金属塊の個数は少ないほど好ましく、長径が１ｍｍ以上４ｍｍ以下の金属塊の個数を、アルミニウム多孔質体の表面を観察したときに、アルミニウム多孔質体の表面１００ｃｍ²あたり５個以下とすることが好ましい。

アルミニウム多孔質体の気孔率を９５％以上とすることで、連通孔を流れる流体の圧力損失を低減することができる。その一方で、気孔率が９８％を超えると骨格の量が少なくなって、アルミニウム多孔質体の強度が低下することとなる。このためアルミニウム多孔質体の気孔率は９８％以下とすることが好ましい。なお、気孔率は日本工業規格（ＪＩＳ）のＺ２５０１に規定された方法により測定することができる。

［アルミニウム多孔質体の製造方法］
（連通孔発泡樹脂フォーム）
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォームとしては、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造体を用いる。この連通孔発泡樹脂フォームは骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させて担持するものであり、加熱されて分解、消失する。具体的には、ポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォーム等を用いることができる。

（アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末）
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォームに付着させる粉末は、熱伝導率が高いアルミニウム粉末を用いるが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。たとえば、Ａｌ（アルミニウム）にＣｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（ケイ素）等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、アルミニウム系多孔質体の骨格がアルミニウム合金で形成され、アルミニウム系多孔質体の強度を向上させることができる。ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を添加することにより、熱伝導率はＡｌ単体の場合よりも低下するが、ベース金属がＡｌであるため、充分に高い熱伝導率を維持することができる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、一般的なもの、すなわち表面に１０Å程度の酸化被膜（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）を有するものを用いる。また、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、いずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に付着し難くなったり、脱落し易くなったりする。この観点からアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が５０μｍ以下であるとともに、粒径が１００μｍを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、アルミニウムは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点からアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が１μｍ以上のものを用いることが好ましい。本発明の平均粒径は、メジアン径（Ｄ₅₀）すなわち累積分布５０体積％の時の粒径であり、日本工業規格（ＪＩＳ）の８８２５に規定されたレーザー回折法により測定することができる。

（分散液）
本実施形態において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格を浸漬する分散液は、分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させたものを用いる。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒または水を溶媒とし、これに結着剤等の有機高分子結合剤および無機塩を溶解した液を用いる。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。

無機塩としては、例えばりん酸塩、クロム酸塩、硫酸塩などを用いることができる。アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜で覆われているが、これらの塩に含まれる陰イオンは、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末表面の酸化被膜に吸着する。このようにして、陰イオンが粉末表面を被覆することで、金属塊の生成を抑制することが出来る。また、イオン種を変えることにより、分散液の粘度を変えることが出来る。粘度を調整することにより、精度よくアルミニウム粉末の付着量を制御できるため製造上も好ましい。

分散媒として水を用いる場合、前記無機塩だけでなく、使用する無機塩に応じた酸または塩基を添加し、ｐＨを６〜８にすることが好ましい。これはアルミニウムの腐食を抑制するためである。アルミニウムは水に触れると、アルミニウムイオンとなって水中に溶解する。この溶解反応が腐食である。腐食速度は、酸性および塩基性水溶液中では速いが、中性水溶液中では比較的遅い。粉末表面を被覆する陰イオンを提供するための無機塩と、所望のｐＨを得るための酸または塩基の組み合わせとしては、例えば無機塩としてりん酸塩、塩基として水酸化ナトリウムを用いたものが挙げられる。

無機塩の添加量は分散媒に対し、０．００１質量％以上、１０質量％以下とすると好ましい。さらに、０．０１質量％以上、２質量％以下とすると好ましい。０．００１質量％未満では、アルミニウムまたはアルミニウム合金粉末表面の酸化被膜を覆いきれず、また１０％を超えると、後の焼結工程において、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合い結合する反応を阻害する。
（付着工程）

本実施形態において、付着工程は、連通孔発泡樹脂フォームに、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を付着する工程である。

このとき、分散液の粘度により基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を制御することができる。すなわち、分散液の粘度が高ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量が多くなり、逆に、分散液の粘度が低ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量が少なくなる。

（付着量）
付着工程において、基体の樹脂骨格の見掛け体積１Ｌ（１０００ｃｍ³）に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、２０ｇ／Ｌ以上６５ｇ／Ｌ以下とする。付着量をこの範囲とすることで、上記の骨格上に形成される金属塊の大きさを長径で４ｍｍ以下としたアルミニウム多孔質体を製造することができる。なお、見掛け体積は、気孔を含む連通孔発泡樹脂フォームの体積であり、例えば、連通孔発泡樹脂フォームの形状が直方体の場合、直方体の幅、長さ、厚さを乗じた直方体の体積である。上記のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、アルミニウム多孔質体の単位体積あたりの付着量であり、単位体積は、連通孔発泡樹脂フォームの見掛けの体積１０００ｃｍ³である。

すなわち、骨格上に形成される金属塊は、後述する加熱工程において、溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が粉末表面で凝集することで骨格上に形成される球状の塊である。一般にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、粉末表面に強固な酸化被膜を有していることが知られている。このようなアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を塗布して付着させた基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱すると、粉末の内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金は混ざり合う。しかしながら、アルミニウムまたはアルミニウム合金は酸化被膜との濡れ性が悪いため、粉末どうしの結合を行うために必要な溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金より余剰となる溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金は、粉末表面で凝集することとなり、この凝集体が冷却時に凝固して金属塊として不均一に形成される。この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の凝集体は、表面張力により球状となるため、骨格上に球状の金属塊が形成されることとなる。

このような金属塊を低減するためには、基体に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を、骨格形成、すなわち粉末どうしの結合を行うために必要な量として、余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を低減することにより行うことができる。この観点から基体の樹脂骨格の体積１Ｌに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を上記の範囲とすることで、余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を低減して、金属塊の形成を抑制するとともに、金属塊の大きさを長径で４ｍｍ以下とすることができる。

基体の樹脂骨格の体積１Ｌに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量は、２０ｇ／Ｌ未満ではアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末のごく一部で結合するに過ぎず、十分な強度を得られない。一方６５ｇ／Ｌを超えると、球状の金属塊を生成し易くなる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量は、分散液の粘度および後述する絞り工程により調整することができる。

ここでアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量は以下のように算出することができる。分散液を付着する前に、使用する樹脂骨格の質量を測り、体積を算出する。分散液付着後に（樹脂骨格＋分散液）の質量を測る。この結果から、付着した分散液の質量を求め、分散媒とアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の比重から、樹脂骨格に付着したアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の質量を算出する。その結果から、樹脂骨格の体積１Ｌに付着したアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を算出できる。

（絞り工程）
付着量は、分散液の粘度により調整することができるが、分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末が過剰に付着した基体を絞って、分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の一部を基体より除去することにより調整する。すなわち、絞り量を調整することにより分散液とともに除去されるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を調整することができ、絞り工程の後に基体に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を自在に調整することができる。

このような絞り工程を簡便に行うにあたり、一対の絞りロールを備えた装置を使用して、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末が分散液とともに付着した基体を、一対の絞りロールの間を通過させることにより分散液とともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を基体より除去することができる。この場合、一対のロールの間隔を変えることにより、分散液とともに絞り出されるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を調整することができ、基体に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を調整することができる。すなわち、ロールの間隔を広くすることにより絞り量を小さくして、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を多くすることができ、逆に、ロールの間隔を狭くすることにより、絞り量を大きくして、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量を少なくすることができる。さらに、ロールを備えた装置を使用することにより、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を基体へ均一に塗布することが可能となる。

（乾燥工程）
上記の付着工程により得られる基体、または付着工程の後絞り工程により得られる基体は、分散液を含むものであり、加熱工程に先立ち、予め加熱乾燥させて分散媒を除去することが好ましい。乾燥工程を経ずに、分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもよいが、その場合、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱されることとなる。この場合、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点までの昇温過程で分散媒が揮発または蒸発することとなり、炉内の雰囲気を汚染する虞がある。したがって、このような分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供する場合、揮発または蒸発した分散媒が速やかに炉外に排出されるよう措置を講ずる必要がある。逆に云えば、このような措置が施された加熱装置を用いるなら、分散液を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもかまわない。

（加熱工程）
上記のようにして、骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を調整して付着させた連通孔発泡樹脂フォーム（基体）は、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱される。この融点までの昇温過程で結着剤成分および樹脂製の連通孔発泡樹脂フォームは分解し除去されて消失する。

加熱温度がアルミニウム（融点：６６０．４℃）もしくはアルミニウム合金の融点を超えると、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末が内部で溶融する。すなわち、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）で覆われており、アルミナの融点は２０７２℃と高いためアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜が溶融せず、これらの粉末の内部が溶融する。このようにして内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金は混ざり合う。粉末表面に形成されていた酸化被膜は、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中に分散する。この酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の表面張力により骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。この結果、三次元網目状構造体の骨格内部の密度比は９０％以上となり、骨格の強度が高く、かつ熱伝導率も高いものとなる。

一方、加熱温度がアルミニウム若しくはアルミニウム合金の融点未満の場合には、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面に形成された強固な酸化被膜がバリヤとなって、アルミニウム粉末どうし、またはアルミニウム合金粉末どうしの拡散による接合を阻害して焼結が進行しない。

加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて覆ったり各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合うことが阻止され、粉末どうしの結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が１０^-3Ｐａ以下の減圧雰囲気（真空雰囲気）としてもよい。

なお、加熱温度は連通孔発泡樹脂フォームに付着させたアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の融点を超える温度であれば粉末を溶融できるが、融点を大きく超える温度で加熱するとその分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の粘度が低下して型崩れが生じ易くなる。また、溶融アルミニウムもしくは溶融アルミニウム合金が凝集し、金属塊が生じ易くなる。よって、加熱温度は融点＋１００℃までとすることが好ましい。

なお、純アルミニウム粉末を用いた場合、得られるアルミニウム系多孔質体は、Ａｌ：９５質量％以上で残部がＣ、Ｎ、Ｏ等の不純物からなり、他の金属元素を含まないものとなる。

また、アルミニウム合金によりアルミニウム系多孔質体を構成する場合において、原料粉末としてＡｌと共晶液相を発生する成分（Ｃｕ、Ｍｇ等）を単味粉末あるいはアルミニウム合金粉末として、アルミニウム粉末に添加したアルミニウム系混合粉末を用い、三次元網目状構造を有する樹脂製の基体の表面にアルミニウム系混合粉末を付着させ、共晶液相が発生する温度で焼結を行う方法が考えられるが、この方法では、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が不均一となる。これに対して、上述のように予め成分元素をＡｌ中に合金化させたアルミニウム予合金粉末を用いることにより、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が均一となり、高い強度および熱伝導率を得ることができる。

上記のようにして製造されたアルミニウム多孔質体は、骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた連通孔発泡樹脂フォーム（基体）を用いて融点以上に加熱して製造するに際して、基体へのアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を調整して余剰のアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を除去したことから、骨格上に形成される金属塊の大きさが長径で４ｍｍ以下となり、圧力損失の小さいアルミニウム多孔質体となる。

［第１実施例］
三次元網目状構造を有する樹脂製の基体として、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２５ｍｍのポリウレタンフォームを用意した。このポリウレタンフォームは、気孔率（全体の体積に対する連通孔の体積の割合）が９５％であり、連通孔の大きさは２０ｐｐｉであった。

次いで分散媒を作製した。有機高分子結合剤としてポリビニルアルコール（和光純薬工業）、無機塩としてりん酸ナトリウム（和光純薬工業）を使用した。純水にりん酸ナトリウムを溶解し、水酸化ナトリウム（和光純薬工業）を添加してｐＨを６．８とした。りん酸ナトリウムの濃度が分散媒に対し０．５質量％となるよう分散媒へ添加した。比較例として、りん酸ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを加えない分散媒も用意した。平均粒径６μｍのアルミニウム粉末を用意した分散媒にそれぞれ混合し、アルミニウム粉末：分散媒の質量比が、５：３のアルミニウム粉末分散液を作製した。

作製したアルミニウム粉末分散液中に、用意した基体を浸漬し、一対の絞りロールを備えた装置を使用し、基体に含浸された過剰な分散液を除去した。この際、基体の体積１Ｌうに対するアルミニウム粉末の付着量を１７．８〜７０．６ｇ／Ｌの範囲で変えた６種の基体を作製した。

付着量は、それぞれ分散液を付着する前の樹脂骨格の質量を測定するとともに、ロールによる絞り工程後の質量を測定し、基体に付着した分散液の質量を求め、分散媒とアルミニウム粉末の比重から、樹脂骨格に付着したアルミニウム粉末の質量を算出し、体積１Ｌに付着したアルミニウム粉末の付着量を算出して求めた。

ロール通過後の基体を、８０℃にて６０分乾燥し、次いで、圧力が１０^-3Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）の下、６６５℃にて２１０分間加熱し、アルミニウム多孔質体試料を作製した。

上記のようにして作製したアルミニウム多孔質体試料について、気孔率を算出し、外表面に生成した金属塊の個数を、目視で数えた。

また、これらの試料について圧力損失を測定した。圧力損失は、一定の風量を送風できる風洞の出口に断面が縦５０ｍｍ、横５０ｍｍであり、長さ３００ｍｍのアクリル製の筒を取り付け、このアクリル製の筒の風洞側とは反対側に縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、および厚さ１０ｍｍの大きさに切断加工したアルミニウム多孔質体試料を取り付けた装置に、風洞から一定の風量（面風速１ｍ／ｓ）の風を送風し、アルミニウム系多孔質体端面（風洞側および反対側）の圧力を測定することにより算出した。

以上により求めた付着量、気孔率、長径４ｍｍを超える金属塊の個数、長径１〜４ｍｍの金属塊の個数、および圧力損失の結果を表１に示す。なお、表１において、本発明範囲から逸脱する数値について下線で示した。

アルミニウム粉末の付着量が２０ｇ／Ｌに満たなかった試料番号１は、粉末同士の接合が弱いため、骨格構造を維持できなかった。

アルミニウム粉末の付着量が２０ｇ／Ｌ以上、６５ｇ／Ｌである試料番号２〜５は、全て気孔率が９５．０％以上となった。これらのうち、無機塩を使用した試料番号２および５は、長径１ｍｍ以上の金属塊が生成しなかった。試料番号５の試料の外観を図１（ａ）に示す。図１（ａ）は金属塊が認められず、良好な外観を示している。

一方無機塩を使用しなかった試料番号３および４は、金属塊が生成した。試料番号３の試料の外観を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）は試料中に、略球状の固まりが認められる。図１（ｂ）中、実線の丸で囲んだ箇所が４ｍｍを超える金属塊であり、破線の丸で囲んだ箇所が１〜４ｍｍの金属塊である。このように試料番号３の試料は、４ｍｍを超える金属塊が生成していることが認められる。

アルミニウム粉末の付着量が６５．０ｇ／Ｌを超えた試料番号６は、焼結後の気孔率が９５．０％未満となり、金属塊が生成した。

圧力損失を比較すると、無機塩を使用した試料番号２および５は、圧力損失が１．０ｋＰａ／ｍ未満となった。一方、添加剤を使用していない試料番号３，４の圧力損失は１．０以上となった。以上より、無機塩を添加することにより、均一な骨格構造を有するアルミニウム系多孔質体を得られることが示唆された。

［第２実施例］
次に、無機塩の種類がアルミニウム多孔質体に与える影響を調査した。検討した無機塩を表２に示す。アンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などの中から水溶性に優れるナトリウム塩で検討した。これらの塩を、それぞれ純水に溶解し、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを６〜８とした。

硫酸塩、クロム酸塩、りん酸塩のいずれも金属塊を生成することなくアルミニウム多孔質体を製造できることができるが、硫酸塩は塗布工程から乾燥工程までの間に腐食が生じやすく、製造上問題があることが分かった。クロム酸塩とりん酸塩で外観上の明らかな差は生じなかったが、原料試薬であるクロム酸塩（二クロム酸ナトリウム）が劇物であることを考慮すると、りん酸塩を用いた方環境面で好適と言える。またいずれの無機塩を使用するにしても添加量が多くなるにつれて、やや粉落ちが多くなる傾向にあったが、ポーラス構造を損なうレベルではなく、実使用上問題ないと判断した。

本発明のアルミニウム系多孔質体は、略球状の金属塊が少なく、圧力損失が低いことから、各種多孔質部材に用いて好適である。

Claims (4)

1. 三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する気孔を有し、前記骨格が、酸化アルミニウムが内部に分散した アルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る三次元網目状構造体において、
   前記骨格上に形成される金属塊の大きさが、長径４ｍｍ以下であって、かつ
   気孔率が９５％以上であるアルミニウム系多孔質体。
2. 長径１ｍｍ以上４ｍｍ以下の金属塊の個数が、前記アルミニウム系多孔質体の表面１００ｃｍ²あたり５個以下である請求項１に記載のアルミニウム系多孔質体。
3. 連通孔発泡樹脂フォームを基体とし、有機高分子結合剤および無機塩を添加した分散媒中にアルミニウムまたはアルミニウム合金粉末を分散させた分散液を前記基体に浸漬して塗布する塗布工程、余剰に塗布した分散液を除去する絞り工程、
   塗布後の基体をアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、基体を分解除去するとともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を溶融する加熱工程を有し、
   前記加熱工程において用いる塗布後の基体として、発泡樹脂フォームの見掛け体積１Ｌ（１０００ｃｍ³）に対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末液の付着量を２０ｇ／Ｌ以上、６５ｇ／Ｌ以下とした基体を用いるアルミニウム系多孔質体の製造方法。
4. 塗布工程により得られた塗布後の基体の発泡樹脂フォームの見掛け体積１Ｌに対するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の付着量を２０ｇ／Ｌ以上、６５ｇ／Ｌ以下とする絞り工程を有し、絞り工程を経た塗布後の基体を用いて前記加熱工程を行う請求項３に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。

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