JP3246190B2

JP3246190B2 - 多孔質金属焼結体製造用混合原料

Info

Publication number: JP3246190B2
Application number: JP14719094A
Authority: JP
Inventors: 孝二星野; 通河野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JPH07331302A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高い気孔率を有し、
かつ気孔が微細にして整寸（整った寸法）の多孔質金属
焼結体の製造が可能な混合原料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に多孔質金属焼結体が軽量構
造材や各種フィルター、さらに二次電池電極活物質保持
材などとして用いられていることは良く知られるところ
であり、またこれら多孔質金属焼結体を焼結手段を用い
て製造する方法としては、例えば特開昭５６−１３４０
３号公報や特開平５−３３９６０５号公報などに記載さ
れる方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の軽量化お
よび高機能化の点から、多孔質金属焼結体にも高気孔率
化が強く望まれているが、上記の従来多孔質金属焼結体
では、相対的に気孔が粗く、平均粒径で１００μｍ以上
を示し、このため気孔率を８０容量％以上にすることは
困難であるばかりでなく、気孔率が高くなるにしたがっ
て気孔の寸法にバラツキが生じ易くなることから、これ
らの要求に満足に対応することができないのが現状であ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、多孔質金属焼結体の高気孔率化
に着目し研究を行なった結果、一般に水に界面活性剤と
非水溶性有機溶剤を添加して混合すると、界面活性剤に
よって非水溶性有機溶剤が内包された微細にして整寸の
ミセルと呼ばれるコロイド状の液滴が形成され、これが
水中に均一に分散分布するようになるが、前記界面活性
剤と非水溶性有機溶剤に加えて、さらに金属粉を添加し
て混合しても前記ミセルを形成し、これが金属粉と共に
水中に均一に分散分布した混合物となり、この場合前記
非水溶性有機溶剤として炭素数５〜８の非水溶性炭化水
素系有機溶剤を用いて、前記混合物から、例えば公知の
ドクターブレード法やスリップキャスト法などの方法で
所定形状の成形体を成形し、この成形体を５℃以上の温
度に保持すると、前記炭素数５〜８の非水溶性炭化水素
系有機溶剤は水よりも大きい蒸気圧を有するので、これ
が気化し、ガスとなって成形体から蒸発することから、
成形体内には微細にして整寸の気泡が多数発生して多孔
質成形体が形成されるようになり、さらに前記混合物に
結合剤として水溶性樹脂を加えると前記多孔質成形体が
ハンドリング可能な強度をもつようになり、また前記混
合物に多価アルコール、油脂、エーテル、およびエステ
ルのうちの少なくとも１種を添加すると、前記多孔質成
形体が可塑性をもつようになり、したがってこのような
多孔質成形体を焼結すると、８０〜９８容量％の範囲内
の所定の高気孔率を有し、かつ気孔が５〜１００μｍの
範囲内の所定の平均孔径を有する微細にして整寸の多孔
質金属焼結体が得られるようになるという研究結果を得
たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、炭素数５〜８の非水溶性炭化水
素系有機溶剤：０．０５〜１０％、界面活性剤：０．０
５〜５％、水溶性樹脂結合剤：０．５〜２０％、平均粒
径：０．５〜５００μｍの金属粉：５〜８０％、必要に
応じて、多価アルコール、油脂、エーテル、およびエス
テルのうちの少なくとも１種からなる可塑剤：０．１〜
１５％、水：残り、からなる配合組成（以上重量％、以
下％の表示は重量％を意味する）を有する混合物で構成
された多孔質金属焼結体製造用混合原料に特徴を有する
ものである。

【０００６】つぎに、この発明の混合原料において、そ
の配合組成を上記の通りに限定した理由を説明する。（ａ）炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤
（以下、単に有機溶剤という）上記有機溶剤には、界面活性剤の作用でミセルを形成
し、成形後５℃以上の温度に保持することで気化して、
微細にして整寸の気泡を成形体中に形成する作用がある
が、その割合が０．０５％未満では気泡の発生が不十分
で、所望の高い気孔率をもった多孔質金属焼結体を製造
することができず、一方その割合が１０％を越えると、
ミセルが大径化し、これに伴ない成形体中に形成される
気泡も大径化してしまい、成形体および金属焼結体の強
度が急激に低下するようになることから、その割合を
０．０５〜１０％、望ましくは０．５〜５％と定めた。
また、上記有機溶剤の炭素数を５〜８としたのは、その
値が４以下で液体のものは常温常圧下では存在せず（す
べて気体）、一方その値が９以上になると、蒸気圧が小
さくなり、気泡形成がきわめて困難になるという理由に
もとづくものである。さらに、上記有機溶剤としては、
ネオペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、イ
ソヘプタン、ベンゼン、オクタン、およびトルエンの使
用が望ましい。

【０００７】（ｂ）界面活性剤界面活性剤には、上記の通り有機溶剤を内包したミセル
を形成する作用があるが、その割合が０．０５％未満で
は前記ミセルの形成が不安定となり、これが原因で微細
にして整粒のミセルを形成することができず、一方その
割合が５％を越えても前記作用により一層の向上効果が
現われないことから、その割合を０．０５〜５％、望ま
しくは０．５〜３％と定めた。また界面活性剤としては
一般に洗剤の使用でよく、市販の台所用中性合成洗剤
（例えばアルキルグルコシドとポリオキシエチレンアル
キルエーテルの２８％混合水溶液）で十分である。

【０００８】（ｃ）水溶性樹脂結合剤水溶性樹脂結合剤には、多孔質成形体の強度を向上させ
て、これのハンドリングを可能ならしめる作用がある
が、その割合が０．５％未満では所望の強度向上効果が
得られず、一方その割合が２０％を越えると所定形状へ
の成形が困難になることから、その割合を０．５〜２０
％、望ましくは２〜１０％と定めた。また上記水溶性樹
脂としては、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、およびポリビニルアルコールの使用が望まし
い。

【０００９】（ｄ）金属粉金属粉は、焼結後多孔質金属焼結体を構成するものであ
るから、従来の多孔質金属焼結体を含め金属多孔質体に
適用されている金属材料で構成してよいが、その平均粒
径が０．５μｍ未満になると焼結体の高気孔率化が困難
になり、一方その平均粒径が５００μｍを越えると混合
原料中での分散性が低下し、均質な焼結体の製造ができ
なくなることから、その平均粒径を０．５〜５００μ
ｍ、望ましくは５〜１００μｍと定めた。また、上記金
属粉の割合は５〜８０％とするのがよく、これはその割
合が５％未満では焼結体の強度が急激に低下するように
なり、一方その割合が８０％を越えると高気孔率化が困
難になるという理由にもとづくものであり、この場合２
０〜７０％の割合が望ましい。

【００１０】（ｅ）可塑剤可塑剤として添加される多価アルコール、油脂、エーテ
ル、およびエステルには、成形体に可塑性を付与する作
用があるので、必要に応じて添加されるが、その割合が
０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その割合が１５％を越えると多孔質成形体の強度が急
激に低下するようになることから、その割合を０．１〜
１５％、望ましくは２〜１０％と定めた。また、上記多
価アルコールとしてはエチレングリコール、ポリエチレ
ングリコール、およびグリセリン、上記油脂としてイワ
シ油、菜種油、およびオリーブ油、上記エーテルとして
石油エーテル、さらにエステルとして、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Ｎオクチル、ソルビタンモノオレート、ソル
ビタントリオレエート、ソルビタンパルミテート、およ
びソルビタンステアレートの使用がそれぞれ望ましい。

【００１１】

【実施例】つぎに、この発明の混合原料を実施例により
具体的に説明する。まず、金属粉として表１〜３に示さ
れる平均粒径および組成を有する各種の金属粉、有機溶
剤として、ネオペンタン（以下、Ａ−１という）、ヘキ
サン（同じくＡ−２という、以下同じ）、イソヘキサン
（Ａ−３）、ヘプタン（Ａ−４）、イソヘプタン（Ａ−
５）、ベンゼン（Ａ−６）、オクタン（Ａ−７）、およ
びトルエン（Ａ−８）、界面活性剤として上記の市販の
台所用中性合成洗剤、水溶性樹脂結合剤として、メチル
セルロース（以下、Ｂ−１という）、ヒドロキシプロピ
ルメチルセルロース（同じくＢ−２という、以下同
じ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（Ｂ−３）、
カルボキシメチルセルロースアンモニウム（Ｂ−４）、
エチルセルロース（Ｂ−５）、およびポリビニルアルコ
ール（Ｂ−６）、可塑剤として、ポリエチレングリコー
ル（以下、Ｃ−１という）、オリーブ油（同じくＣ−２
という、以下同じ）、石油エーテル（Ｃ−３）、フタル
酸ジＮブチル（Ｃ−４）、およびソルビタンモノオレー
ト（Ｃ−５）をそれぞれ用意し、これらを表１〜３に示
される配合組成で水に配合し、通常の条件で混合するこ
とにより本発明混合原料１〜１６および比較混合原料１
〜８をそれぞれ調製した。

【００１２】ついで、これらの各種の混合原料を、それ
ぞれキャビティ面に複数の微小貫通孔が設けられた石膏
型に注入して成形体とし、この成形体にそれぞれ表４，
５に示される条件で気泡形成（多孔質成形体形成）、脱
脂、および焼結を施すことにより直径：５０mm^φ×長
さ：１００mmの寸法をもった多孔質金属焼結体をそれぞ
れ製造した。つぎに、これらの多孔質金属焼結体につい
て、気孔率を測定すると共に、中心線を含む縦断面にお
ける任意１０ヶ所を金属顕微鏡で２００倍の倍率で観察
して、それぞれの観察個所における最大孔径と最小孔径
を測定し、その平均値を求めた。これらの測定結果を表
６に示した。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】

【表３】

【００１６】

【表４】

【００１７】

【表５】

【００１８】

【表６】

【００１９】

【発明の効果】表１〜６に示される結果から、本発明混
合原料１〜１６によれば、従来多孔質金属焼結体では製
造が困難であった８０〜９８容量％の高い気孔率をもっ
た多孔質金属焼結体を製造することができ、これに伴な
い、気孔の寸法が相対的に微細化し、かつ整寸となって
いることが明らかである。一方、比較混合原料１〜８に
見られるように、混合原料の構成成分のうちのいずれか
の配合割合（表３に※印を付す）がこの発明の範囲から
外れると、製造された多孔質金属焼結体は、気孔の微細
化および整寸化、並びに高気孔率化のうちの少なくとも
いずれかの点で劣ったものになることが示されている。
上述のように、この発明の混合原料は、これを多孔質金
属焼結体の製造に用いた場合、気孔が微細化し、かつ整
寸化した状態で、高気孔率の多孔質金属焼結体を製造す
ることを可能とし、これによって多孔質金属焼結体の各
種適用分野において軽量化および高機能化がはかられる
ようになるなど工業上有用な効果をもたらすものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22F 1/00 B22F 3/11

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤：０．０５
〜１０％、界面活性剤：０．０５〜５％、水溶性樹脂結合剤：０．５〜２０％、平均粒径：０．５〜５００μｍの金属粉：５〜８０％、水：残り、からなる配合組成の混合物からなることを特
徴とする多孔質金属焼結体製造用混合原料。
【請求項２】重量％で、炭素数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤：０．０５
〜１０％、界面活性剤：０．０５〜５％、水溶性樹脂結合剤：０．５〜２０％、平均粒径：０．５〜５００μｍの金属粉：５〜８０％、多価アルコール、油脂、エーテル、およびエステルのう
ちの少なくとも１種からなる可塑剤：０．１〜１５％、水：残り、からなる配合組成の混合物からなることを特
徴とする多孔質金属焼結体製造用混合原料。