JP2017537225A

JP2017537225A - フレキシブル多孔質金属箔およびその製造方法

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Inventors: 高麟; 汪涛; 王▲タォー▼; 李波
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Abstract

固溶体合金、面心立方格子構造の金属単体または体心立方格子構造の金属単体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であるフレキシブル多孔質金属箔であって、該薄片は均質なフィルムを焼結してなるものであり、厚さが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である、フレキシブル多孔質金属箔（１００）。分散剤およびバインダを用い、金属多孔質材を構成する原料粉を粘稠な懸濁液とする工程（１）と、該懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入して乾燥させ、均質なフィルムを形成する工程（２）と、（３）前記フィルムを該フィルムの外形に合致する焼結装置内に設置して焼結を行い、焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔を装置内から取り出す工程（３）と、を含むフレキシブル多孔質金属箔の製造方法。

Description

本発明は、焼結金属多孔質材およびその製造に関し、具体的にはフレキシブル多孔質金属箔およびその製造方法に関する。

焼結金属多孔質材は主に濾過材として用いられる。具体的な利用においては、焼結金属多孔質材を一定の形状および構造の濾過素子に作製する必要がある。従来の焼結金属多孔質材からなる濾過素子は、基本的に管状または板状の構造になっているのがほとんどである。これらの製造原理は概ね類似しており、すなわち、専用の成形型を用い、該金属多孔質材を構成する原料粉を管状または板状の粗形品に加圧成形する工程（通常、イソタクチック成形技術を用いる）と、次に粗形品を焼結し、焼結後に製品を得る工程とに分けられる。

上記管状または板状の焼結金属多孔質材からなる濾過素子は、その形状や構造、および、濾過装置や濾過システムに対する付加的要求の影響を受け、使用範囲が制限されている。しかし、本願発明者は、従来の濾過素子（例えば有機濾過膜）に比べ、焼結金属多孔質材からなる濾過素子は、耐食性、材料への不可逆な汚染に対する耐性、物理強度などの面において強い優勢を持つことに気付いた。したがって、複数の分野において従来の濾過素子に取って代わる新規な、焼結金属多孔質材からなる濾過素子の開発は、重要な意義を持つ。

以上の背景に鑑み、本発明者は、フレキシブル多孔質金属箔、すなわち、金属多孔質材から構成された比較的自由に湾曲、ないしは折り畳みが可能な薄片を先導的に提案する。

なお、論文「Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物多孔質材の研究進展；江ぎょうら；中国の材料進展，第２９巻，第３期，２０１０年３月」の第２．３節に、Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物からなる紙状膜の製造プロセスが記載されているが、この紙状膜はＴｉ−Ａｌ金属間化合物から構成されるため、剛性の材料である。

本発明が解决しようとする技術的課題は、それぞれ２種類のフレキシブル多孔質金属箔、および該フレキシブル多孔質金属箔の製造方法を提供することにある。本発明の次なる目的は、前記フレキシブル多孔質金属箔の製造方法に適用可能な製膜装置およびフィルム焼結装置を提供し、フレキシブル多孔質金属箔の製造をより容易にし、製品の品質をより良く確保することにある。

勿論、前記製膜装置およびフィルム焼結装置に関する「膜」とは、本発明に係るフレキシブル多孔質金属箔の製造方法で得られる「膜」に限らない。例えば、前記フィルム焼結装置は、背景技術に挙げられた「紙状膜」の焼結に用いてもよい。

本発明が提供する第１のフレキシブル多孔質金属箔は、固溶体合金、面心立方格子構造の金属単体または体心立方格子構造の金属単体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であり、該薄片は、均質なフィルムを焼結してなるものであり、厚さが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。具体的には、まず材料の成分に関して、該フレキシブル多孔質金属箔は、固溶体合金、面心立方格子構造の金属単体または体心立方格子構造の金属単体をマトリックス相とする金属から構成される。したがって、該フレキシブル多孔質金属箔のフレキシブル性、および、本発明に係る下記製造方法による、該フレキシブル多孔質金属箔の製造が確保される。次に、該フレキシブル多孔質金属箔を構成する金属材は多孔質材であり、その孔構造に関しては、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。これにより、フレキシブル多孔質金属箔は、濾過分離に対する幅広い要求を満たすことができる。また、フレキシブル多孔質金属箔（薄片）の厚さは、５〜２００μｍであり、一般的には１０〜６０μｍである。更に重要なのは、該フレキシブル多孔質金属箔は均質なフィルムを焼結してなるものである。いわゆる「均質」とは、フィルムの成分が概ね均一であることを意味し、すなわち、背景技術の「Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物多孔質材の研究進展」に言及された、膜被覆処理を経た合成反応前のアルミ箔とは本質的に異なる。膜被覆処理を経た合成反応前のアルミ箔は、非対称状態の薄片と理解してよい。なお、「非対称」の含意は、焼結金属多孔質材の分野において共通している。本発明に言う「均質」は、「非対称」と区別するために用いる概念である。本発明に係るフレキシブル多孔質金属箔は、均質なフィルムを焼結してなるものであるため、箔の孔径分布がより均一になっており、箔の平滑性がより優れている。

前記薄片は、全率固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。例えば、前記薄片は、Ａｇ−Ａｕ固溶体、Ｔｉ−Ｚｒ固溶体、Ｍｇ−Ｃｄ固溶体またはＦｅ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。また、例えば、前記薄片は、Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材から構成されることが好ましい。この場合、好ましくは、該多孔質材における数多くの孔隙のうち、７５％以上の孔隙は、孔径差が７０μｍ未満の範囲内に収まっている。また、Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材は、フレキシブル性（複数回の折り畳みが可能）および化学的安定性などの面において良好であり、焼結成形した多孔質材の透過性においても優れるため、適用範囲が比較的広い。

また、前記薄片は、有限固溶体（limited solid solution）合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。例えば、前記薄片は、Ｃｕ−Ａｌ固溶体、Ｃｕ−Ｚｎ固溶体、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。また、前記薄片は、面心立方格子構造のＡｌ、Ｎｉ、ＣｕまたはＰｂをマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。さらに、前記薄片は、体心立方格子構造のＣｒ、Ｗ、ＶまたはＭｏをマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。

本発明に係る前記フレキシブル多孔質金属箔は、例えば工業においては、紡織や製革産業における余熱交換、薬品回収、汚染抑制、食品加工業における浄化、濃縮、消毒、副産物回収、医薬や保健業における人造気管、放出制御、血液濾過、水浄化、車産業におけるフィルタなどに適用でき、民用においては、マスク上の粉塵濾過材、および静電気除塵機能付きのカーテン材などに適用でき、幅広い適用範囲を有する。

本発明に係る前記フレキシブル多孔質金属箔の製造方法は、分散剤およびバインダを用い、金属多孔質材を構成する原料粉を粘稠な懸濁液とするステップ（１）と、前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入して乾燥させ、均質なフィルムを形成するステップ（２）と、前記フィルムを該フィルムの外形に合致する焼結装置内に設置して拘束焼結を行い、焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔を焼結装置内から取り出すステップ（３）とを含む。

フレキシブル多孔質金属箔がＮｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材から構成される場合、高性能のＮｉ−Ｃｕフレキシブル多孔質金属箔を製造するために、前記方法は、ステップ（１）において、Ｎｉ粉とＣｕ粉とを、Ｃｕ粉の質量が原料粉の質量の３０〜６０％になるように均一に混合して該原料粉を形成しておき、次に、分散剤であるエタノールに、バインダであるＰＶＢを、ＰＶＢとエタノールとの質量比が（０．５〜５）：１００の比率となるように添加してＰＶＢ溶液を調製し、その後、エタノール１００ｍｌあたり、原料粉２０〜５０ｇの比率となるように、原料粉をＰＶＢ溶液に添加、撹拌して原料粉を十分に均一分散させ、粘稠な懸濁液を得る。そして、ステップ（３）における焼結プロセスは、焼結温度を５２０〜５８０℃まで徐々に昇温して６０〜１８０分間保温する第１焼結段階と、第１段階の後に、≧５℃／分の昇温速度でそのまま１１３０〜１１８０℃まで昇温して１２０〜３００分間保温する第２焼結段階と、を含む。

前記方法に適用可能な製膜装置は、フィルムのエッジを成形するための型枠を備えた固定部と、フィルムの底面を型枠と共同で成形するための型板であって、該型板を型枠の深さ方向に移動させる調節装置と連結された該型板を備えた調節部と、型枠の上面に位置していると共に動作時に刃先が型枠の上面に平行に密着するスクレーパを備えた可動部と、を含む。該製膜装置は、フィルムの厚さを比較的正確に制御し、フィルム厚さの均一性およびフィルム表面の平滑性を確保することができる。

前記調節装置の具体的な一実施形態として、調節装置は、型枠上に相対的に固定されていると共に型板の底面における四隅とそれぞれ連結されている、独立に動作する高さ調節機構を備えている。これにより、型板の四隅の高さをそれぞれ調節し、型板全体と型枠の上面との平行を確保することができ、フィルムの厚さの均一性がより向上する。

また、前記型枠における成形面、および、前記型板における成形面上には、５８０℃下で揮発可能な潤滑剤塗層が設けられる。なお、潤滑剤塗層としては、具体的にワセリン（登録商標）塗層を用いてもよい。これにより、型への付着を防止し、成形されたフィルムの、製膜装置からのスムーズな取り出しを確保することができる。同時に、潤滑剤塗層の揮発性により、後に製造されるフレキシブル多孔質金属箔の成分への影響がなく、フレキシブル多孔質金属箔の孔隙率の向上にも寄与する。

前記方法に適用可能なフィルム焼結装置は、耐高温材製の上型、下型および側型を含み、前記上型、下型は、前記側型と共同で、内部のフィルムに合致する型キャビティを構成する。前記型キャビティには、焼結時の揮発物を排出するための排気構造が連結されている。前記排気構造は、上型と側型との嵌合部に予め設けた嵌合隙間、および／または、下型と側型との嵌合部に予め設けた嵌合隙間、および／または、上型、下型および側型のうち少なくとも１つに設けられた気孔である。該焼結装置によれば、フィルムに対して拘束焼結を行うことができ、焼結過程中のフィルムの変形を防止することができる。

上型、下型および側型の具体的な好ましい構造としては、前記側型が筐体であり、上型および下型がそれぞれ挟持板であり、前記筐体内に少なくとも３つの挟持板が設けられており、互いに隣接する何れか２つの挟持板の間が前記型キャビティとなっている。これにより、複数のフィルムの同時焼結が実現され、生産効率が向上すると共に、焼結の一様性が確保される。

また、前記上型、下型および側型における、フィルムと接触する表面には、酸化アルミニウム使用塗層が設けられている。酸化アルミニウムは、高温焼結の過程中に焼結装置自身の材料およびフィルムの材料における元素の相互拡散を遮断することができる。

前記上型、下型および側型のうち、少なくとも１つがグラファイト製であってもよい。グラファイトは良好な耐高温性を有し、その表面が滑らかであるため、焼結後の製品の離型にも有効である。

本発明が提供する第２のフレキシブル多孔質金属箔は、固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であり、該薄片は、厚さが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。具体的には、材料の成分に関し、該フレキシブル多孔質金属箔は、固溶体合金をマトリックス相とする金属から構成される。したがって、該フレキシブル多孔質金属箔のフレキシブル性が確保される。次に、該フレキシブル多孔質金属箔を構成する金属は、多孔質材であり、その孔構造に関しては、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。これにより、フレキシブル多孔質金属箔は、濾過分離に対する幅広い要求を満たすことができる。また、フレキシブル多孔質金属箔（薄片）の厚さは、５〜２００μｍであり、一般的には１０〜６０μｍである。

前記薄片は、全率固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。例えば、前記薄片は、Ａｇ−Ａｕ固溶体、Ｔｉ−Ｚｒ固溶体、Ｍｇ−Ｃｄ固溶体またはＦｅ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。また、例えば、前記薄片は、Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材から構成されることが好ましい。Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材は、フレキシブル性（複数回の折り畳みが可能）および化学的安定性などの面において良好であるため、適用範囲が比較的広い。

前記薄片は、有限固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。例えば、前記薄片は、Ｃｕ−Ａｌ固溶体、Ｃｕ−Ｚｎ固溶体、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されてもよい。

本発明に係る前記第２のフレキシブル多孔質金属箔は、工業においては、紡織や製革産業における余熱交換、薬品回収、汚染抑制、食品加工業における浄化、濃縮、消毒、副産物回収、医薬や保健業における人造気管、放出制御、血液濾過、水浄化、車産業におけるフィルタなどに適用でき、民用においては、マスク上の粉塵濾過材、および静電気除塵機能付きのカーテン材などに適用できる。

本発明に係る第２のフレキシブル多孔質金属箔の製造方法は、フレキシブル多孔質金属箔を構成する金属多孔質材のうち１種または複数種の元素からなる箔である担持体を準備するステップ（１）と、分散剤およびバインダを用い、金属多孔質材を構成する残りの元素から生成された原料粉を粘稠な懸濁液とするステップ（２）と、担持体の表面に前記懸濁液を付着させて乾燥し、担持体の表面に付着した状態のフィルムを形成するステップ（３）と、フィルムが付着された担持体を、その外形に合致する焼結装置内に設置して拘束焼結を行い、焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔を焼結装置内から取り出すステップ（４）と、を含む。

前記第２のフレキシブル多孔質金属箔の製造方法に適用可能な製膜装置は、フィルムのエッジを成形するための型枠を備えた固定部と、担持体を型枠と共同で格納するための型板であって、該型板を型枠の深さ方向に移動させる調節装置と連結された該型板を備えた調節部と、型枠の上面に位置していると共に動作時に刃先が型枠の上面に平行に密着するスクレーパを備えた可動部と、を含む。該製膜装置は、フィルムの厚さを比較的正確に制御し、フィルム厚さの均一性およびフィルム表面の平滑性を確保することができる。

前記調節装置の具体的な一実施形態として、調節装置は、型枠上に相対的に固定されていると共に型板の底面における四隅とそれぞれ連結されている、独立に動作する高さ調節機構を含む。これにより、型板の四隅の高さをそれぞれ調節し、型板全体と型枠の上面との平行を確保することができ、フィルムの厚さの均一性がより向上する。

前記第２のフレキシブル多孔質金属箔の製造方法に適用可能な焼結装置は、耐高温材製の上型、下型および側型を含み、前記上型、下型は、前記側型と共同で、フィルムが付着された担持体に合致する型キャビティを構成する。前記型キャビティには、焼結時の揮発物を排出するための排気構造が連結されている。前記排気構造は、上型と側型との嵌合部に予め設けた嵌合隙間、および／または、下型と側型との嵌合部に予め設けた嵌合隙間、および／または、上型、下型および側型のうち少なくとも１つに設けられた気孔である。該焼結装置によれば、フィルムが付着された担持体に対して拘束焼結を行うことができ、焼結過程中の変形を防止することができる。

上型、下型および側型の具体的な好ましい構造としては、前記側型が筐体であり、上型および下型がそれぞれ挟持板であり、前記筐体内に少なくとも３つの挟持板が設けられており、互いに隣接する何れか２つの挟持板の間が前記型キャビティとなっている。これにより、フィルムが付着された複数の担持体の同時焼結が実現され、生産効率が向上すると共に、焼結の一様性が確保される。

また、上型、下型および側型における、フィルムと接触する表面には、酸化アルミニウム使用塗層が設けられている。酸化アルミニウムは、高温焼結の過程中に焼結装置自身の材料および担持体やフィルムの材料における元素の相互拡散を遮断することができる。

なお、前記第２のフレキシブル多孔質金属箔の製造方法に用いられる製膜装置および焼結装置は、前記第１のフレキシブル多孔質金属箔の製造方法に用いられる製膜装置および焼結装置とは、全く同様の構造であってもよい。両者の違いとしては、第２の方法に関する製膜装置を用いる場合には型板上に担持体を設置する必要があるのに対し、第１の方法に関する製膜装置を用いる場合には型板上に担持体を設置する必要がない。また、第２の方法に関する焼結装置の型キャビティ内にはフィルムが付着された担持体（非対称構造である）が格納されるのに対し、第１の方法に関する焼結装置の型キャビティ内には均質のフィルムが格納される。

以下、図面および具体的な実施形態に基づいて本発明を詳述する。本発明の他の態様および利点は以下の記載から示され、その一部は以下の記載によってさらに明白となり、または、本発明の実例から理解される。

本発明の具体的な実施形態における矩形のフレキシブル多孔質金属箔の外形の模式図である。図１に示すフレキシブル多孔質金属箔を製造するための製膜装置の立体構造の模式図である。図２におけるＩ−Ｉ断面図である。図１に示すフレキシブル多孔質金属箔を製造するためのフィルム焼結装置の構造の模式図である。図４におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。

図１に示すフレキシブル多孔質金属箔１００は、固溶体合金、面心立方格子構造の金属単体または体心立方格子構造の金属単体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であり、該薄片は、均質なフィルムを焼結してなるものであり、厚さＨが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。なお、薄片の形状は、図１に示す矩形であってもよく、円形、楕円形など、別の平面状であってもよい。

該フレキシブル多孔質金属箔１００の製造方法は、分散剤およびバインダを用い、金属多孔質材を構成する原料粉を粘稠な懸濁液とするステップ（１）と、前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入して乾燥させ、均質なフィルムを形成するステップ（２）と、前記フィルムを該フィルムの外形に合致する焼結装置内に設置して拘束焼結を行い、焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔１００を焼結装置内から取り出すステップ（３）と、を含む。

前記方法は、分散剤としてエタノール、エチルメチルケトン、トルエンなど、表面張力が小さく揮発が速く、乾燥し易い有機溶媒を用いてもよく、バインダとしてＰＶＢ、ＰＶＡ、ＰＶＣ、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール（低分子蝋系）、パラフィン、脂肪酸系、脂肪族アミド系、およびエステル系などを用いてもよい。

前記方法において、原料粉と分散剤との比率は、乾燥後のフィルムの表面品質の確保を原則とし、原料粉の具体的な成分に応じて決めてもよい。一般的には、原料粉の含量が高すぎると、乾燥後のフィルムの表面品質が悪くなり、亀裂などの現象が生じ易い虞がある。原料粉の含量が低すぎると、後に前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入する回数が増え、フレキシブル多孔質金属箔の製造サイクルが長くなる虞がある。

また、前記方法において、バインダと分散剤との比率は、乾燥後のフィルムの表面品質およびフィルム強度の確保を原則とし、原料粉の具体的な成分に応じて決めてもよい。一般的には、バインダの含量が高すぎると、懸濁液の流動性が悪くなり、乾燥後、収縮巣などの欠陥が生じ易く、焼結後の離型も困難になる虞がある。バインダの含量が低すぎると、原料粉の顆粒同士間の有効な結合ができなくなり、フィルム成形性やフィルム強度が低下し、取り出しも困難になる虞がある。

前記方法における拘束焼結とは、焼結装置を用いてフィルムの形状を保つという条件下で焼結し、焼結過程中のフィルム変形を防止することを言う。具体的な焼結方式は、原料粉の具体的な成分、および、所望される孔構造に応じて決定される。

前記方法におけるステップ２は、図２〜３に示すような製膜装置を用いてもよい。具体的には、該製膜装置は固定部２１０、調節部２２０および可動部２３０を含み、前記固定部２１０はフィルムのエッジを成形するための型枠２１１を備え、該型枠２１１は、型枠２１１を支持する支持台座２１２上に設置されている（勿論、型枠２１１は他の形式で固定されていてもよい）。前記調節部２２０は、フィルムの底面を型枠２１１と共同で成形するための型板２２１を備え、前記型板２２１は、該型板２２１を型枠２１１の深さ方向に移動させる調節装置２２２と連結している。前記可動部２３０は、型枠２１１の上面に位置していると共に動作時に刃先が型枠２１１の上面に平行に密着するスクレーパ２３１を備えている。フレキシブル多孔質金属箔１００の形状が図１のような矩形である場合、型枠２１１の内部キャビティも矩形であり、型板２２１は、該内部キャビティ内に位置し、矩形の内部キャビティと合致している。また、調節装置２２２は、具体的には、型枠２１１上に相対的に固定されていると共に型板２２１の底面における四隅とそれぞれ連結されている、独立に動作する高さ調節機構２２２ａ（例えば、型板２２１の底面における四隅の下方にそれぞれ位置するスクリュー昇降機構）を備えていてもよい。高さ調節機構２２２ａを実装し易いように、型枠２１１の底部には、内部へ延伸した支持構造２１１ａが設けられており、前記高さ調節機構２２２ａは支持構造２１１ａへ実装される。

前記製膜装置の使用方法としては、まず、各高さ調節機構２２２ａを調節し、型板２２１を、所定の高さに調節すると共に型枠２１１の上面に対して平行にする。次に、型枠２１１における成形面、および、型板２２１における成形面上に、それぞれワセリン塗層を設ける（例えば、まず型板２２１を、その上面が型枠２１１の上面よりも２０μｍ低くなるような位置に調節し、次に、型枠２１１と型板２２１とによって構成された型キャビティにワセリンを注入する。その後、スクレーパ２３１を、その刃先と型枠２１１の上面との平行密着を保ちながら移動させることにより、型枠２１１の上面からはみ出たワセリンをスクレーパ２３１で除去する。最後に、フィルムの設計厚さに応じて型板２２１を適宜降下させる）。そして、ステップ（１）において得られた懸濁液を、型枠２１１と型板２２１とによって構成された成形キャビティに注入する。その後、スクレーパ２３１を、その刃先と型枠２１１の上面との平行密着を保ちながら移動させることにより、型枠２１１の上面からはみ出た懸濁液をスクレーパ２３１で除去する。そして、懸濁液を乾燥する。乾燥後、懸濁液は均一な厚さに凝固されたフィルムとなる。最後に、フィルムを製膜装置から取り出せばよい。前記製膜装置は、フィルムの厚さを正確に制御し、フィルム厚さの均一性およびフィルム表面の平滑性を確保することができる。

前記方法のステップ３において、図４〜５に示すようなフィルム焼結装置を用いてもよい。具体的には、該フィルム焼結装置は、グラファイト製の上型３１０ａ、下型３１０ｂおよび側型３２０を含み、前記上型３１０ａ、下型３１０ｂは、側型３２０と共同で、内部のフィルム１００’に合致する型キャビティを構成する。具体的には、側型３２０は筐体３２１であり、上型３１０ａおよび下型３１０ｂはそれぞれ挟持板３１０である。前記筐体３２１内には、複数の挟持板３１０が設けられており、互いに隣接する何れか２つの挟持板３１０の間は、前記型キャビティとなっている。また、各挟持板３１０と筐体３２１との嵌合部には、焼結時の揮発物を排出するための嵌合隙間が予め設けられている。フレキシブル多孔質金属箔１００の形状が図１のような矩形である場合、前記筐体３２１の側部は、前板３２１ａ、後板３２１ｂ、左板３２１ｃおよび右板３２１ｄによって構成された矩形構造となっている。

前記フィルム焼結装置の使用方法としては、まず、筐体３２１の内壁および各挟持板３１０の両側の壁上に酸化アルミニウム使用塗層を設け（例えば、まずエタノール、ＰＶＢおよび酸化アルミニウム粉末を混合して粘稠な酸化アルミニウム粉懸濁液とし、次に酸化アルミニウム粉懸濁液を筐体３２１の内壁および各挟持板３１０の両側の壁上に塗布し、酸化アルミニウム使用塗層を形成する）、次に、筐体３２１の底部に底層挟持板３１０を敷き、この挟持板３１０の上方にフィルム１００’を設置し、該フィルム１００’の上方に２層目の挟持板３１０を敷く。この要領にて、互いに隣接する何れか２つの挟持板３１０の間にフィルム１００’が一枚ずつ挟まれるように全て挟持板３１０を敷き、実装完了したフィルム焼結装置を焼結炉内に送り、焼結を行う。焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔１００をフィルム焼結装置内から取り出す。したがって、前記フィルム焼結装置によれば、複数のフィルム１００’の同時拘束焼結が実現され、生産効率が向上すると共に、焼結の一様性が確保される。

本発明に係る他のフレキシブル多孔質金属箔は、固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であり、該薄片は、厚さＨが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％である。なお、薄片の形状は矩形であってもよく、円形、楕円形など、別の平面状であってもよい。

前記方法において、原料粉と分散剤との比率は、乾燥後のフィルムの表面品質の確保を原則とし、原料粉の具体的な成分に応じて決めてもよい。一般的には、原料粉の含量が高すぎると、乾燥後のフィルムの表面品質が悪くなり、亀裂などの現象が生じやすい虞がある。原料粉の含量が低すぎると、後に前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入する回数が増え、フレキシブル多孔質金属箔の製造サイクルが長くなる虞がある。

前記方法のステップ３は、吹き付け塗りなどの方式にて担持体の表面への付着を行ってもよいが、図２〜３に示すような前記製膜装置を用いて、前記懸濁液を担持体の表面に付着させることが望ましい。具体的な手法としては、まず、各高さ調節機構２２２ａを調節し、型板２２１を、所定の高さに調節すると共に型枠２１１の上面に対して平行にする。次に、型板２２１上に担持体を設置し、ステップ（２）において得られた懸濁液を、型枠２１１と担持体とによって構成された成形キャビティに注入する。その後、スクレーパ２３１を、その刃先と型枠２１１の上面との平行密着を保ちながら移動させることにより、型枠２１１の上面からはみ出た懸濁液をスクレーパ２３１で除去する。そして、懸濁液を乾燥する。乾燥後、懸濁液は均一な厚さに凝固されたフィルムとなる。最後に、フィルムが付着された担持体を製膜装置から取り出せばよい。

前記方法のステップ４は、同様に図４〜５のようなフィルム焼結装置を用いる。

＜実施例１＞
Ｎｉ−Ｃｕ固溶体合金多孔質材から構成された厚さ（Ｈ）１０μｍ、長さ１６０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、平均孔径１８．４μｍ、孔隙率５８．３７％の矩形薄片であるフレキシブル多孔質金属箔１００の製造方法として、まず、Ｎｉ粉およびＣｕ粉を均一混合して原料粉を形成した。なお、Ｃｕ粉の質量は原料粉の質量の３０％とした。次に、エタノールを分散剤とし、ＰＶＢをバインダとし、ＰＶＢとエタノールとの質量比が２．５：１００の比率となるようにＰＶＢをエタノールに添加し、ＰＶＢ溶液を調製した。続いて、エタノール１００ｍｌあたり、原料粉２５ｇの比率となるように、原料粉をＰＶＢ溶液に添加、撹拌して原料粉を十分に均一分散させ、粘稠な懸濁液を得た。次に、前記懸濁液を図２〜３のような製膜装置の成形キャビティに注入し乾燥させ、均質なフィルム１００’を形成した。次に、前記フィルム１００’を図４〜５のようなフィルム焼結装置内に設置した。具体的な焼結プロセスとしては、まず、焼結温度を５５０℃まで徐々に昇温して９０分間保温し（このプロセスの主な作用はバインダ、ワセリンなどの脱揮）、続いて、６℃／分の昇温速度でそのまま１１３０℃まで昇温して１８０分間保温した（Ｃｕの融点を超えた１１７０℃まで速やかに昇温することで、溶融したＣｕの流動性を利用してＮｉ粉の移動を促進し、Ｎｉ粉同士の十分な結合が可能となり、焼結後のフレキシブル多孔質金属箔１００の無欠性およびフレキシブル性が確保される）。焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔１００を焼結装置内から取り出した。

＜実施例２＞
Ｎｉ−Ｃｕ固溶体合金多孔質材から構成された厚さ（Ｈ）１００μｍ、長さ２００ｍｍ、幅１３０ｍｍ、平均孔径３０μｍ、孔隙率６１．６８％の矩形薄片であるフレキシブル多孔質金属箔１００の製造方法として、まず、Ｎｉ粉およびＣｕ粉を均一混合して原料粉を形成した。なお、Ｃｕ粉の質量は原料粉の質量の６０％とした。次に、エタノールを分散剤とし、ＰＶＢをバインダとし、ＰＶＢとエタノールとの質量が４：１００の比率となるようにＰＶＢをエタノールに添加し、ＰＶＢ溶液を調製した。続いて、エタノール１００ｍｌあたり、原料粉４０ｇの比率となるように、原料粉をＰＶＢ溶液に添加、撹拌して原料粉を十分に均一分散させ、粘稠な懸濁液を得た。次に、前記懸濁液を図２〜３のような製膜装置の成形キャビティに注入して乾燥させ、均質なフィルム１００’を形成した。次に、前記フィルム１００’を図４〜５のようなフィルム焼結装置内に設置した。具体的な焼結プロセスとしては、まず、焼結温度を５５０℃まで徐々に昇温して９０分間保温し、続いて、８℃／分の昇温速度でそのまま１１８０℃まで昇温して１８０分間保温した。焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔１００を焼結装置内から取り出した。

＜実施例３＞
Ｎｉ−Ｃｕ固溶体合金多孔質材から構成された厚さ（Ｈ）６０μｍ、長さ１５０ｍｍ、幅１００ｍｍ、平均孔径５４．１μｍ、孔隙率４０．１６％の矩形薄片であるフレキシブル多孔質金属箔の製造方法として、まず、純度９９％以上、厚さ１０μｍのＣｕ箔（担持体）の表面処理を行い、すなわち、質量濃度１０％のＮａＯＨ溶液を用いてＣｕ箔表面の汚れなどの不純物を洗い落とした。そして水洗し、Ｃｕ箔を質量濃度１０％のＨ_２ＳＯ_４溶液に投入して２分間酸洗浄し、Ｃｕ箔表面の酸化物および錆痕を除去した。アルカリ洗浄、酸洗浄を経たＣｕ箔をアセトン溶液に浸漬し、８分間超音波洗浄した。最後に、真空オーブン内に設置して乾燥し、Ｃｕ箔の質量を記録した。次に、Ｎｉ単体の粉を原料とし、エタノールを分散剤とし、ＰＶＢをバインダとし、ＰＶＢとエタノールとの質量比が４：１００の比率となるようにＰＶＢをエタノールに添加し、ＰＶＢ溶液を調製した。続いて、エタノール１００ｍｌあたり、Ｎｉ粉２５ｇの比率となるように、Ｎｉ粉をＰＶＢ溶液に添加、撹拌してＮｉ粉を十分に均一分散させ、粘稠な懸濁液を得た。次に、製膜装置の型板２２１の表面にＣｕ箔を密着するように貼り付け、型板２２１の上面の高さを調整することで被膜厚さを制御した。その後、ＮｉとＣｕとの質量比が１：１になるように前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入し、乾燥した。乾燥後の乾燥品を図４〜５のようなフィルム焼結装置内に設置し、実施例１と同様の焼結プロセスにて焼結を行った。

実施例１〜３のフレキシブル多孔質金属箔の性能の比較結果を表１に示す。

Claims

固溶体合金、面心立方格子構造の金属単体または体心立方格子構造の金属単体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成された薄片であるフレキシブル多孔質金属箔であって、
該薄片は、均質なフィルムを焼結してなるものであり、厚さが５〜２００μｍ、平均孔径が０．０５〜１００μｍ、孔隙率が１５〜７０％であることを特徴とするフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、全率固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、Ａｇ−Ａｕ固溶体、Ｔｉ−Ｚｒ固溶体、Ｍｇ−Ｃｄ固溶体またはＦｅ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材から構成されており、
該多孔質材における孔隙のうち、７５％以上の孔隙は、孔径差が７０μｍ未満の範囲内に収まっていることを特徴とする、請求項２に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、有限固溶体合金をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、Ｃｕ−Ａｌ固溶体、Ｃｕ−Ｚｎ固溶体、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ固溶体をマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、面心立方格子構造のＡｌ、Ｎｉ、ＣｕまたはＰｂをマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
前記薄片は、体心立方格子構造のＣｒ、Ｗ、ＶまたはＭｏをマトリックス相とする金属多孔質材から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のフレキシブル多孔質金属箔。
請求項１に記載のフレキシブル多孔質金属箔を製造する方法であって、
分散剤およびバインダを用い、金属多孔質材を構成する原料粉を粘稠な懸濁液とするステップ（１）と、
前記懸濁液を製膜装置の成形キャビティに注入して乾燥させ、均質なフィルムを形成するステップ（２）と、
前記フィルムを、該フィルムの外形に合致する焼結装置内に設置して拘束焼結を行い、焼結後、得られたフレキシブル多孔質金属箔を焼結装置内から取り出すステップ（３）と、を含む方法。
前記フレキシブル多孔質金属箔は、Ｎｉ−Ｃｕ固溶体金属多孔質材から構成されており、
ステップ（１）において、
Ｎｉ粉とＣｕ粉とを、Ｃｕ粉の質量が原料粉の質量の３０〜６０％になるように均一混合して該原料粉を形成しておき、
次に、分散剤であるエタノールにバインダであるＰＶＢを、ＰＶＢとエタノールとの質量比が（０．５〜５）：１００の比率となるように添加してＰＶＢ溶液を調製し、
その後、エタノール１００ｍｌあたり、原料粉２０〜５０ｇの比率となるように、原料粉をＰＶＢ溶液に添加、撹拌して原料粉を十分に均一分散させ、粘稠な懸濁液を作製し、
ステップ（３）における焼結プロセスが、
焼結温度を５２０〜５８０℃まで徐々に昇温して６０〜１８０分間保温する第１焼結段階と、
第１段階の後に、≧５℃／分の昇温速度でそのまま１１３０〜１１８０℃まで昇温して１２０〜３００分間保温する第２焼結段階と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。