JP2020524747A - 金属フォームの製造方法 - Google Patents

Abstract

本出願は、金属フォームの製造方法を提供する。本出願は、金属フォームの気孔サイズ及び気孔度などの特性を自由に制御することができ、従来は製造が難しかったフィルム又はシート状、特に、薄い厚さのフィルム又はシート状でも金属フォームを製造することができ、機械的強度などその他物性も優れた金属フォームを製造することができる方法を提供する。本出願の一つの例示によると、上記のような金属フォームを金属基材上に優れた付着力で一体化した構造も効率的に形成することができる。

Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１７年７月６日に提出された大韓民国特許出願第１０−２０１７−００８６０１４号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。

技術分野
本出願は、金属フォームの製造方法に関する。

金属フォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）は、軽量性、エネルギー吸収性、断熱性、耐火性又は環境親和性などの多様で且つ有用な特性を備えることで、軽量構造物、輸送機械、建築資材又はエネルギー吸収装置などを含む多様な分野に適用されることができる。また、金属フォームは、高い比表面積を有するだけでなく、液体、気体などの流体又は電子の流れをより向上させることができるので、熱交換装置用基板、触媒、センサー、アクチュエータ、２次電池、燃料電池、ガス拡散層（ＧＤＬ：ｇａｓ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）又はマイクロ流体フローコントローラ（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)などに適用されて有用に使用できる。

本出願は、金属フォームの気孔サイズ及び気孔度などの特性を自由に制御することができ、従来は製造が難しかったフィルム又はシート状、特に、薄い厚さのフィルム又はシート状にも金属フォームを製造することができ、機械的強度などその他物性も優れた金属フォームを製造することができる方法を提供することを一つの目的とする。また、本出願では、単一金属フォームの内部で気孔特性が変化するように制御できる製造方法を提供することをまた一つの目的とする。

本出願で用語「金属フォーム」又は「金属骨格」は、金属を主成分として含む多孔性構造体を意味する。上記で「金属を主成分とする」とは、金属フォーム又は金属骨格の全体重量を基準として金属の割合が５５重量％以上、６０重量％以上、６５重量％以上、７０重量％以上、７５重量％以上、８０重量％以上、８５重量％以上、９０重量％以上又は９５重量％以上である場合を意味する。前記主成分として含まれる金属の割合の上限は、特に制限されない。例えば、前記金属の割合は、１００重量％以下又は約１００重量％未満であってもよい。

用語「多孔性」は、気孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）が少なくとも３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上である場合を意味してもよい。前記気孔度の上限は、特に制限されず、例えば、約１００％未満、約９９％以下又は約９８％以下程度であってもよい。上記で気孔度は、金属フォームなどの密度を計算し、公知の方式で算出することができる。

本出願の金属フォームの製造方法は、金属成分を含む金属フォーム前駆体を焼結するステップを含んでいてもよい。本出願で用語「金属フォーム前駆体」は、前記焼結などのように金属フォームを形成するために行う工程を経る前の構造体、すなわち、金属フォームが生成される前の構造体を意味する。また、前記金属フォーム前駆体は、多孔性金属フォーム前駆体と呼ばれるとしても、必ずしもそれ自体で多孔性である必要はなく、最終的に多孔性の金属構造体である金属フォームを形成することができるものであれば、便宜上、多孔性金属フォーム前駆体と呼ばれることがある。

本出願で前記金属フォーム前駆体は、金属成分、分散剤及びバインダーを少なくとも含むスラリーを用いて形成することができる。

上記で金属成分としては、金属粉末が適用できる。適用できる金属粉末の例は、目的によって決まることで、特に制限されるものではないが、例えば、銅粉末、モリブデン粉末、銀粉末、白金粉末、金粉末、アルミニウム粉末、クロム粉末、インジウム粉末、スズ粉末、マグネシウム粉末、リン粉末、亜鉛粉末及びマンガン粉末からなる群より選択されたいずれか一つの粉末、上記のうち２種以上が混合された金属粉末又は上記のうち２種以上の合金の粉末などが例示できるが、これに制限されるものではない。

必要に応じて、任意の成分として、前記金属成分は、所定範囲の相対透磁率と電気伝導度を有する金属成分を含んでいてもよい。このような金属成分は、焼結過程で誘導加熱方式を選択する場合に役に立つ。ただし、焼結は必ずしも誘導加熱方式で行う必要はないので、前記透磁率と伝導度を有する金属成分は必須成分ではない。

一つの例示で、前記任意に追加できる金属粉末としては、相対透磁率が９０以上である金属粉末が用いられてもよい。用語「相対透磁率（μ_ｒ）」は、該当物質の透磁率（μ）と真空中の透磁率（μ_０）との比（μ／μ_０）である。前記相対透磁率は、他の例示で、約９５以上、１００以上、１１０以上、１２０以上、１３０以上、１４０以上、１５０以上、１６０以上、１７０以上、１８０以上、１９０以上、２００以上、２１０以上、２２０以上、２３０以上、２４０以上、２５０以上、２６０以上、２７０以上、２８０以上、２９０以上、３００以上、３１０以上、３２０以上、３３０以上、３４０以上、３５０以上、３６０以上、３７０以上、３８０以上、３９０以上、４００以上、４１０以上、４２０以上、４３０以上、４４０以上、４５０以上、４６０以上、４７０以上、４８０以上、４９０以上、５００以上、５１０以上、５２０以上、５３０以上、５４０以上、５５０以上、５６０以上、５７０以上、５８０以上又は５９０以上であってもよい。前記相対透磁率は、その数値が高いほど誘導加熱が適用される場合に有利であるので、その上限は特に制限されない。一つの例示で、前記相対透磁率の上限は、例えば、約３００，０００以下であってもよい。

また、任意に追加できる金属粉末は、導電性金属粉末であってもよい。本出願で用語「導電性金属粉末」は、２０℃での電気伝導度が、約８ＭＳ／ｍ以上、９ＭＳ／ｍ以上、１０ＭＳ／ｍ以上、１１ＭＳ／ｍ以上、１２ＭＳ／ｍ以上、１３ＭＳ／ｍ以上又は１４．５ＭＳ／ｍ以上である金属又はそれらの合金の粉末を意味してもよい。前記電気伝導度の上限は、特に制限されず、例えば、約３０ＭＳ／ｍ以下、２５ＭＳ／ｍ以下又は２０ＭＳ／ｍ以下であってもよい。

本出願において、前記相対透磁率と電気伝導度を有する金属粉末は、単に導電性磁性金属粉末と呼ばれることもある。

このような導電性磁性金属粉末の具体的な例としては、ニッケル、鉄又はコバルトなどの粉末が挙げられるが、これに制限されるものではない。

用いられる場合に、全体金属粉末中で前記導電性磁性金属粉末の割合は、特に制限されない。例えば、前記割合は、誘導加熱時に適切なジュール熱を発生できるように調節されてもよい。例えば、前記金属粉末は、前記導電性磁性金属粉末を全体金属粉末の重量を基準として３０重量％以上含んでいてもよい。他の例示で、前記金属粉末中の前記導電性磁性金属粉末の割合は、約３５重量％以上、約４０重量％以上、約４５重量％以上、約５０重量％以上、約５５重量％以上、６０重量％以上、６５重量％以上、７０重量％以上、７５重量％以上、８０重量％以上、８５重量％以上又は９０重量％以上であってもよい。前記導電性磁性金属粉末の割合の上限は、特に制限されず、例えば、約１００重量％未満又は９５重量％以下であってもよい。しかし、前記割合は例示的な割合である。

前記金属粉末（Ｍｅｔａｌ ｐｏｗｄｅｒ）のサイズも目的とする気孔度や気孔サイズなどを考慮して選択されるものであって、特に制限されるものではないが、例えば、前記金属粉末の平均粒径は、約０．１μｍ〜約２００μｍの範囲内にあってもよい。前記平均粒径は、他の例示で、約０．５μｍ以上、約１μｍ以上、約２μｍ以上、約３μｍ以上、約４μｍ以上、約５μｍ以上、約６μｍ以上、約７μｍ以上又は約８μｍ以上であってもよい。前記平均粒径は、他の例示で、約１５０μｍ以下、１００μｍ以下、９０μｍ以下、８０μｍ以下、７０μｍ以下、６０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下又は２０μｍ以下であってもよい。金属粒子中の金属としては、互いに平均粒径が異なるものを適用してもよい。前記平均粒径は、目的とする金属フォームの形態、例えば、金属フォームの厚さや気孔度などを考慮して適切な範囲を選択することができる。

上記で金属粉末の平均粒径は、公知の粒度分析方式によって求められ、例えば、前記平均粒径は、いわゆるＤ５０粒径であってもよい。

上記のようなスラリー中で金属成分（金属粉末）の割合は、特に制限されず、目的とする粘度や工程効率などを考慮して選択することができる。一つの例示で、スラリー中での金属成分の割合は、重量を基準として、０．５〜９５％程度であってもよいが、これに制限されるものではない。前記割合は、他の例示で、約１％以上、約１．５％以上、約２％以上、約２．５％以上、約３％以上、約５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、５０％以上、５５％以上、６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上であるか、約９０％以下、約８５％以下、約８０％以下、約７５％以下、約７０％以下、約６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、２０％以下、１５％以下、１０％以下又は５％以下程度であってもよいが、これに制限されない。

前記金属フォーム前駆体は、前記金属粉末と共に分散剤とバインダーを含むスラリーを用いて形成することができる。

上記で分散剤としては、例えば、アルコールが適用できる。アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ペンタノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ペンタノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、グリセロール、テキサノール（ｔｅｘａｎｏｌ）又はテルピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）などのような炭素数１〜２０の１価アルコール又はエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール又はペンタンジオールなどのような炭素数１〜２０の２価アルコール又はそれ以上の多価アルコールなどを用いることができるが、その種類が上記に制限されるものではない。

スラリーは、バインダーをさらに含んでいてもよい。このようなバインダーの種類は、特に制限されず、スラリーの製造時に適用された金属成分や分散剤などの種類によって適切に選択できる。例えば、前記バインダーとしては、メチルセルロース又はエチルセルロースなどの炭素数１〜８のアルキル基を有するアルキルセルロース、ポリプロピレンカーボネート又はポリエチレンカーボネートなどの炭素数１〜８のアルキレン単位を有するポリアルキレンカーボネート又はポリビニルアルコール又はポリ酢酸ビニルなどのポリビニルアルコール系バインダー（以下、ポリビニルアルコール化合物と呼ばれてもよい。）などが例示できるが、これに制限されるものではない。

前記のようなスラリー中で各成分の割合は、特に制限されない。このような割合は、スラリーを用いた工程時にコーティング性や成形性などの工程効率を考慮して調節できる。

例えば、スラリー中でバインダーは、上述した金属成分１００重量部に対して、約１〜５００重量部の割合で含まれることができる。前記割合は、他の例示で、約２重量部以上、約３重量部以上、約４重量部以上、約５重量部以上、約６重量部以上、約７重量部以上、約８重量部以上、約９重量部以上、約１０重量部以上、約２０重量部以上、約３０重量部以上、約４０重量部以上、約５０重量部以上、約６０重量部以上、約７０重量部以上、約８０重量部以上、約９０重量部以上、約１００重量部以上、約１１０重量部以上、約１２０重量部以上、約１３０重量部以上、約１４０重量部以上、約１５０重量部以上、約２００重量部以上又は約２５０重量部以上であってもよく、約４５０重量部以下、約４００重量部以下、約３５０重量部以下、約３００重量部以下、約２５０重量部以下、約２００重量部以下、約１５０重量部以下、約１００重量部以下、約５０重量部以下、約４０重量部以下、約３０重量部以下、約２０重量部以下又は約１０重量部以下であってもよい。

スラリー中で分散剤は、前記バインダー１００重量部に対して、約１０〜３，０００重量部の割合で含まれることができる。前記割合は、他の例示で、約２０重量部以上、約３０重量部以上、約４０重量部以上、約５０重量部以上、約６０重量部以上、約７０重量部以上、約８０重量部以上、約９０重量部以上、約１００重量部以上、約２００重量部以上、約３００重量部以上、約４００重量部以上、約５００重量部以上、約５５０重量部以上、約６００重量部以上又は約６５０重量部以上であってもよく、約２，８００重量部以下、約２，６００重量部以下、約２，４００重量部以下、約２，２００重量部、約２，０００重量部以下、約１，８００重量部以下、約１，６００重量部以下、約１，４００重量部以下、約１，２００重量部以下又は約１，０００重量部以下であってもよい。

本明細書で単位重量部は、特に異に規定しない限り、各成分間の重量の割合を意味する。

スラリーは、必要に応じて、溶媒をさらに含んでいてもよい。ただし、本出願の一つの例示によると、前記スラリーは、前記溶媒を含まないこともある。すなわち、前記分散剤が溶媒として見なされると言っても、前記分散剤以外の溶媒成分を含まないこともあり、これを通じて、本出願の方法をより効果的に進行することができる。溶媒としては、スラリーの成分、例えば、前記金属成分やバインダーなどの溶解性を考慮して適切な溶媒を用いることができる。例えば、溶媒としては、誘電定数が約１０〜１２０の範囲内にあるものを用いることができる。前記誘電定数は、他の例示で、約２０以上、約３０以上、約４０以上、約５０以上、約６０以上又は約７０以上であるか、約１１０以下、約１００以下又は約９０以下であってもよい。このような溶媒としては、水やエタノール、ブタノール又はメタノールなどの炭素数１〜８のアルコール、ＤＭＳＯ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ）、ＤＭＦ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｆｏｒｍａｍｉｄｅ）又はＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｏｎｅ）などが例示できるが、これに制限されるものではない。

溶媒が適用される場合に上記は、前記バインダー１００重量部に対して、約５０〜４００重量部の割合でスラリー中に存在することができるが、これに制限されるものではない。前記溶媒の割合は、他の例示で、約６０重量部以上、約７０重量部以上、約８０重量部以上、約９０重量部以上、約１００重量部以上、約１１０重量部以上、約１２０重量部以上、約１３０重量部以上、約１４０重量部以上、約１５０重量部以上、約１６０重量部以上、約１７０重量部以上、約１８０重量部以上又は約１９０重量部以上であるか、約３５０重量部以下、３００重量部以下又は２５０重量部以下であってもよいが、これに制限されるものではない。

スラリーは、上記で言及した成分以外に追加的に必要な公知の添加剤を含んでいてもよい。ただし、本出願の工程は、公知の添加剤のうち発泡剤を含まないスラリーを用いて行うものであってもよい。

上記のようなスラリーを用いて前記金属フォーム前駆体を形成する方式は、特に制限されない。金属フォームの製造分野では、金属フォーム前駆体を形成するための多様な方式が公知されており、本出願ではこのような方式が全て適用できる。例えば、前記金属フォーム前駆体は、適正なテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）に前記スラリーを維持するか、あるいはスラリーを適正な方式でコーティングして前記金属フォーム前駆体を形成することができる。

本出願の一つの例示では、前記スラリーを用いて前記金属フォーム前駆体を形成するとき少なくとも２種の互いに異なる組成のスラリーを用いる方式が適用できる。上記でスラリーが互いに異なる組成を有するとは、前記２種のスラリーが同一に金属粉末、バインダー及び分散剤を少なくとも含むが、前記金属粉末、バインダー及び分散剤のうち少なくとも一つの成分として互いに異なる成分を用いる場合、前記三つの成分を同一種類で用いる場合にもそれらの配合割合が異なる場合、あるいは前記種類及び配合割合が全て異なる場合などである。

したがって、本出願の製造方法は、第１スラリーを用いて第１金属フォーム前駆体を形成するステップと、前記第１スラリーとは異なる組成を有する第２スラリーを用いて前記第１金属フォーム前駆体上に第２金属フォーム前駆体を形成するステップと、含んでいてもよい。

前記で第１及び第２スラリーは、それぞれ金属粉末、バインダー及び分散剤を含むことができるが、それらの組成は上記言及した内容とは異なる。

本出願の製造方法では、前記２種のスラリーで２種の金属フォーム前駆体を形成するステップに追加して他のスラリーを用いて３個以上の金属フォーム前駆体を製造することもできるが、このように３個以上のスラリーが用いられる場合、そのうち少なくとも２種が互いに異なる組成を有すると、残り組成は他のスラリーと同一であってもよい。

上述したように前記第１及び第２スラリーは、それぞれ金属粉末１００重量部に対して１〜５００重量部のバインダー、及び前記バインダー１００に対して１０〜３，０００重量部の分散剤を含むことができ、適用される金属粉末、バインダー及び分散剤の詳細な種類は上述した通りであるが、第１及び第２スラリーの組成は互いに異なる。

上記のようなステップを通じて金属フォーム前駆体を形成するときに、前記第１及び第２金属フォーム前駆体は互いに接して形成してもよく、必要に応じて、前記第１及び第２金属フォーム前駆体の間に金属シートなどの他の要素が存在してもよい。

一つの例示で、前記第１及び第２スラリーは、少なくとも内部に含まれた金属粉末の重量割合が互いに異なるものであってもよい。このような場合に、第１スラリー中の金属粉末の重量割合（Ａ、重量％）と第２スラリー中の金属粉末の重量割合（Ｂ、重量％）の割合（Ａ／Ｂ）が、約０．１〜２０の範囲内であってもよい。前記割合（Ａ／Ｂ）は、他の例示で、約０．３以上、０．５以上、０．７以上、０．９以上又は１以上であるか、約１８以下、１６以下、１４以下、１２以下、１１以下、１０以下、９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下又は２．５以下程度であってもよい。

一つの例示で、前記第１及び第２スラリーは、少なくとも内部に含まれたバインダーの割合が互いに異なるものであってもよい。このような場合に、第１スラリー中のバインダーの金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｃ）と第２スラリー内のバインダーの金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｄ）の割合（Ｃ／Ｄ）が、０．０１〜２０の範囲内であってもよい。前記割合（Ｃ／Ｄ）は、他の例示で、約０．０５以上、０．１以上、０．２以上又は０．３以上であるか、約１８以下、１６以下、１４以下、１２以下、１１以下、１０以下、９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下、２以下又は１．５以下程度であってもよい。

一つの例示で、前記第１及び第２スラリーは、少なくとも内部に含まれた分散剤の割合が互いに異なるものであってもよい。このような場合に、第１スラリー中の分散剤の金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｅ）と第２スラリー中の分散剤の金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｆ）の割合（Ｅ／Ｆ）が、０．０１〜２０の範囲内であってもよい。前記割合（Ｅ／Ｆ）は、他の例示で、約０．０５以上、０．１以上、０．２以上又は０．３以上であるか、約１８以下、１６以下、１４以下、１２以下、１１以下、１０以下、９以下、８以下、７以下、６以下、５以下、４以下、３以下、２以下、１．５以下又は約１以下程度であってもよい。

例えば、金属フォーム前駆体の製造時に３個以上のスラリーが適用される場合には、そのうち少なくとも２個が上記関係を満たすことができる。

このような場合に、前記関係を満たす第１スラリー及び第２スラリーのうち第１スラリーがまず塗布などによって金属フォーム前駆体を形成し、その後、その上部に第２スラリーが金属フォーム前駆体を形成することが本出願の開示方法の効果的な適用に有利である。

したがって、前記関係を満足する第１及び第２スラリーを用いて金属フォーム前駆体を形成する場合には、前記第２金属フォーム前駆体を基準として前記第２金属フォーム前駆体の重力方向に第１金属フォーム前駆体が存在することができる。すなわち、第１金属フォーム前駆体の上部に第２金属フォーム前駆体が存在することができる。

本出願の一つの例示によってフィルム又はシート状の金属フォームを製造する場合、特に薄いフィルム又はシート状の金属フォームを製造する場合には、コーティング工程を適用することが有利である。例えば、適切な基材上に前記スラリーをコーティングして前駆体を形成した後、後述する焼結工程を通じて目的とする金属フォームを形成することができる。

このような金属フォーム前駆体の形態は、目的とする金属フォームによって決まるもので、特に制限されない。一つの例示で、前記金属フォーム前駆体は、フィルム又はシート状であってもよい。例えば、前記前駆体がフィルム又はシート状であるときにその厚さは、２，０００μｍ以下、１，５００μｍ以下、１，０００μｍ以下、９００μｍ以下、８００μｍ以下、７００μｍ以下、６００μｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、約１００μｍ以下、約９０μｍ以下、約８０μｍ以下、約７０μｍ以下、約６０μｍ以下又は約５５μｍ以下であってもよい。金属フォームは、多孔性である構造的特徴上一般的に壊れやすい特性を有し、したがって、フィルム又はシート状、特に薄い厚さのフィルム又はシート状に製作が難しく、製作しても壊れやすい問題がある。しかし、本出願の方式によっては、薄い厚さであると共に、内部に均一に気孔が形成され、機械的特性に優れた金属フォームの形成が可能である。

上記で前駆体の厚さの下限は、特に制限されない。例えば、前記フィルム又はシート状の前駆体の厚さは、約５μｍ以上、１０μｍ以上又は約１５μｍ以上であってもよい。

前記前駆体の厚さは、第１及び第２金属フォーム前駆体を含んだ合計厚さであり、他の金属フォーム前駆体がある場合、その前駆体の厚さも合わせた厚さである。全体金属フォーム前駆体内で各サブ前駆体の厚さの割合は、特に制限なしに目的によって適切に調節できる。

必要に応じて、前記金属フォーム前駆体の形成過程では適切な乾燥工程を行うことができる。例えば、上述したコーティングなどの方式でスラリーを成形した後に一定時間乾燥して金属フォーム前駆体を形成してもよい。前記乾燥は、複数の金属フォーム前駆体を形成するときに各前駆体の形成段階以後ごとに行うこともでき、最終的に金属フォーム前駆体を全て形成した後に行うこともできる。前記乾燥の条件は特別な制限がなく、例えば、スラリー中に含まれた溶媒が目的とするレベルに除去されるレベルで制御できる。例えば、前記乾燥は、成形されたスラリーを約５０℃〜２５０℃、約７０℃〜１８０℃又は約９０℃〜１５０℃の範囲内の温度で適正時間の間維持して行うことができる。乾燥時間も適正範囲で選択できる。

一つの例示で、前記金属フォーム前駆体は、金属基板上に形成されることができる。例えば、上述したスラリーを金属基板上にコーティングし、必要な場合に上述した乾燥工程を経て前記金属フォーム前駆体を形成することができる。金属フォームの適用用途によっては、金属フォームを金属基材（基板）上に形成する工程が必要である。したがって、従来には金属フォームを金属基材上に付着して前記構造を形成した。しかし、このような方式は金属フォームと金属基材との間の付着力の確保が難しく、特に、薄い金属フォームを金属基材上に付着することに困難があった。しかし、本出願で提示する方式によると、薄い厚さの金属フォームである場合にも金属基材上に優れた付着力で形成することができる。必要に応じて、金属基板を前駆体の間に位置させてもよい。

金属基材の種類は、目的によって決まるもので、特に制限されず、例えば、形成される金属フォームと同一の種類あるいは異なる種類の金属の基材が適用できる。

例えば、金属基材は、銅、モリブデン、銀、白金、金、アルミニウム、クロム、インジウム、スズ、マグネシウム、リン、亜鉛及びマンガンからなる群より選択されたいずれか一つの金属の基材又は２種以上の混合物や合金の基材であってもよく、必要に応じて、上述した導電性磁性金属であるニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選択されたいずれか一つ又は二つ以上の合金や混合物の基材や前記導電性磁性金属と前記その他金属の混合物乃至合金の基材なども用いられてもよい。

このような金属基材の厚さは、特に制限されず、目的によって適正に選択できる。

上記のような方式で形成された金属フォーム前駆体を焼結して金属フォームを製造することができる。このような場合に前記金属フォームを製造するための焼結を行う方式は、特に制限されず、公知の焼結法を適用することができる。すなわち、適切な方式で前記金属フォーム前駆体に適正な量の熱を印加する方式で前記焼結を行うことができる。

この場合、焼結の条件は、適用された金属前駆体の状態、例えば、金属粉末の種類及び量やバインダーや分散剤の種類及び量などを考慮して、金属粉末が連結されて多孔性構造体が形成されながら前記バインダー及び分散剤などが除去されるように制御でき、具体的な条件は特に制限されない。

例えば、前記焼結は、前記前駆体を約５００℃〜２０００℃の範囲内、７００℃〜１５００℃の範囲内又は８００℃〜１２００℃の範囲内の温度で維持して行うことができ、その維持時間も任意に選択できる。前記維持時間は、一つの例示で、約１分〜１０時間程度の範囲内であってもよいが、これに制限されるものではない。

すなわち、上述したように、前記焼結は、適用された金属前駆体の状態、例えば、金属粉末の種類及び量やバインダーや分散剤の種類及び量などを考慮して、金属粉末が連結されて多孔性構造体が形成されながら前記バインダー及び分散剤などが除去されるように制御できる。

また、本出願は、金属フォームに関する。前記金属フォームは、上述した方法によって製造されたものであってもよい。一つの例示で、このような金属フォームは、上述した金属基材又は基板上に付着された形態であってもよい。

前記金属フォームは、気孔度（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）が約４０％〜９９％の範囲内であってもよい。言及したように、本出願の方法によると、均一に形成された気孔を含むと共に、気孔度と機械的強度を調節することができる。前記気孔度は、５０％以上、６０％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上であるか、９５％以下又は９０％以下であってもよい。

また、互いに異なる種類のスラリーを用いた単位が含まれているので、前記気孔度は、金属フォームの厚さ方向に沿って勾配を有しながら変化するか、あるいは不規則に変化することができる。

前記金属フォームは、薄膜のフィルム又はシート状に存在してもよい。一つの例示で、金属フォームは、フィルム又はシート状であってもよい。このようなフィルム又はシート状の金属フォームは、厚さが、２，０００μｍ以下、１，５００μｍ以下、１，０００μｍ以下、９００μｍ以下、８００μｍ以下、７００μｍ以下、６００μｍ以下、５００μｍ以下、４００μｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下、１５０μｍ以下、約１００μｍ以下、約９０μｍ以下、約８０μｍ以下、約７０μｍ以下、約６０μｍ以下又は約５５μｍ以下であってもよい。例えば、前記フィルム又はシート状の金属フォームの厚さは、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約１００μｍ以上、約１５０μｍ以上、約２００μｍ以上、約２５０μｍ以上、約３００μｍ以上、約３５０μｍ以上、約４００μｍ以上、約４５０μｍ以上又は約５００μｍ以上であってもよい。

前記金属フォームは、優れた機械的強度を有し、例えば、引張強度が、２．５ＭＰａ以上、３ＭＰａ以上、３．５ＭＰａ以上、４ＭＰａ以上、４．５ＭＰａ以上又は５ＭＰａ以上であってもよい。また、前記引張強度は、約１０ＭＰａ以上、約９ＭＰａ以上、約８ＭＰａ以上、約７ＭＰａ以上又は約６ＭＰａ以下であってもよい。このような引張強度は、例えば、常温でＫＳ Ｂ ５５２１により測定できる。

このような金属フォームは、多孔性の金属前駆体が必要である多様な用途で活用することができる。特に、本出願の方式によると、上述のように目的とするレベルの気孔度を有すると共に機械的強度に優れた薄いフィルム又はシート状の金属フォームの製造が可能であるため、従来のものより金属フォームの用途を拡大することができる。

適用できる金属フォーム用途の例示としては、工作機械サドル、放熱素材、吸音素材、断熱素材、熱交換器、ヒートシンク、防塵用材料、電極などの電池素材などがあるが、これに制限されるものではない。

本出願は、金属フォームの気孔サイズ及び気孔度などの特性を自由に制御することができ、従来は製造が難しかったフィルム又はシート状、特に、薄い厚さのフィルム又はシート状でも金属フォームを製造することができ、機械的強度などその他物性も優れた金属フォームを製造することができる方法を提供する。本出願の一つの例示によると、上記のような金属フォームを金属基材上に優れた付着力で一体化した構造も効率的に形成することができる。

実施例で形成された金属フォームのＳＥＭ写真である。 実施例で形成された金属フォームのＳＥＭ写真である。

以下、実施例及び比較例を通じて本出願を詳しく説明するが、本出願の範囲が下記実施例により限定されるものではない。

実施例１
平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてポリ酢酸ビニル、及び分散剤としてα−テルピネオールを５：０．５：４．５の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第１スラリーを製造した。また、同一に、平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてポリ酢酸ビニル、及び分散剤としてα−テルピネオールを２．５：０．５：４．５の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第２スラリーを製造した。まず、前記第１スラリーをフィルム状にコーティングし、約１００℃で約３０分間乾燥して第１金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、前記第１金属フォーム前駆体上に第２スラリーを同様にフィルム状にコーティングし、約１００℃で約３０分間乾燥して第２金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた第２金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、４％の水素／アルゴンガス雰囲気で前記積層体を９００℃の温度で２時間の間熱処理（焼結）して金属フォームを製造した。前記で第１スラリーにより形成された金属フォームの気孔度は、約７４％であり、第２スラリーにより形成された金属フォーム部位の気孔度は、約８０％である。前記気孔度は、第１又は第２スラリーで製造した単独金属フォームに対して測定した値である。添付した図１は、前記金属フォームの第１金属フォーム前駆体が存在した面で測定した写真であり、図２は、前記金属フォームの第２金属フォーム前駆体が存在した面で測定した写真である。

実施例２
平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてエチルセルロース、及び分散剤としてテキサノールを５：０．７２：５．２８の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第１スラリーを製造した。また、平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてポリ酢酸ビニル、及び分散剤としてβ−テルピネオールを２．５：０．３３：６．２７の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第２スラリーを製造した。まず、前記第１スラリーをフィルム状にコーティングし、約１２５℃で約１５分間乾燥して第１金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、前記第１金属フォーム前駆体上に第２スラリーを同様にフィルム状にコーティングし、約１２５℃で約１５分間乾燥して第２金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた第２金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、４％の水素／アルゴンガス雰囲気で前記積層体を１，０００℃の温度で１時間の間熱処理（焼結）して金属フォームを製造した。前記で第１スラリーにより形成された金属フォームの気孔度は、約７４％であり、第２スラリーにより形成された金属フォーム部位の気孔度は、約８０％である。前記気孔度は、第１又は第２スラリーで製造した単独金属フォームに対して測定した値である。

実施例３
平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてポリ酢酸ビニル、及び分散剤としてα−テルピネオールを５：０．５：４．５の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第１スラリーを製造した。また、平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度であるニッケル（Ｎｉ）粉末、バインダーとしてポリビニルアルコール、及び分散剤としてポリプロピレングリコールを３：０．４５：２．５５の重量割合（ニッケル粉末：バインダー：分散剤）で混合して第２スラリーを製造した。また、平均粒径（Ｄ５０粒径）が約１０〜２０μｍ程度である銅（Ｃｕ）粉末、バインダーとしてエチルセルロース、及び分散剤としてテキサノールを３：０．９：８．１の重量割合（銅粉末：バインダー：分散剤）で混合して第３スラリーを製造した。まず、前記第１スラリーをフィルム状にコーティングし、約１１５℃で約５分間乾燥して第１金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、前記第１金属フォーム前駆体上に第２スラリーを同様にフィルム状にコーティングし、約１２０℃で約１０分間乾燥して第２金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた第２金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、前記第２金属フォーム前駆体上に第３スラリーを同様にフィルム状にコーティングし、約１２５℃で約８分間乾燥して第３金属フォーム前駆体を形成した。このとき、コーティングされた第３金属フォーム前駆体の厚さは、約２００μｍ程度であった。その後、４％の水素／アルゴンガス雰囲気で前記積層体を１，０００℃の温度で３０分間熱処理（焼結）して金属フォームを製造した。前記で第１スラリーにより形成された金属フォームの気孔度は、約７４％であり、第２スラリーにより形成された金属フォーム部位の気孔度は、約５１％であり、第３スラリーにより形成された金属フォーム部位の気孔度は、約８５％である。前記気孔度は、第１、第２又は第３スラリーで製造した単独金属フォームに対して測定した値である。

Claims (13)

1. 金属粉末、バインダー、及び分散剤を含む第１スラリーを用いて第１金属フォーム前駆体を形成するステップと、
   金属粉末、バインダー、及び分散剤を含み、前記第１スラリーとは異なる組成を有する第２スラリーを用いて前記第１金属フォーム前駆体上に第２金属フォーム前駆体を形成するステップと、
   前記第１金属フォーム前駆体及び前記第２金属フォーム前駆体を焼結するステップと、を含むことを特徴とする、金属フォームの製造方法。
2. 前記第１スラリー及び前記第２スラリーは、それぞれ金属粉末１００重量部に対して１〜５００重量部のバインダー、及び前記バインダー１００に対して１０〜３，０００重量部の分散剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載の金属フォームの製造方法。
3. 金属粉末は、平均粒径が０．１μｍ〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属フォームの製造方法。
4. バインダーは、アルキルセルロース、ポリアルキレンカーボネート又はポリビニルアルコール系バインダーであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
5. 分散剤は、アルコールであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
6. 前記第１スラリー及び前記第２スラリーは、溶媒を含まないことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
7. 前記第１金属フォーム前駆体及び前記第２金属フォーム前駆体は、フィルム又はシート状に形成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
8. 焼結は、５００℃〜２０００℃の範囲内の温度で行うことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
9. 前記第１金属フォーム前駆体と前記第２金属フォーム前駆体は、互いに接して形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
10. 前記第１スラリー中の金属粉末の重量割合（Ａ）と前記第２スラリー中の金属粉末の重量割合（Ｂ）の割合（Ａ／Ｂ）が０．１〜２０の範囲内であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
11. 前記第１スラリー中のバインダーの金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｃ）と前記第２スラリー中のバインダーの金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｄ）の割合（Ｃ／Ｄ）が０．０１〜２０の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
12. 前記第１スラリー中の分散剤の金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｅ）と前記第２スラリー中内の分散剤の金属粉末１００重量部に対する重量部（Ｆ）の割合（Ｅ／Ｆ）が０．０１〜２０の範囲内であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。
13. 前記第２金属フォーム前駆体を基準として前記第２金属フォーム前駆体の重力方向に前記第１金属フォーム前駆体が存在することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の金属フォームの製造方法。