JP3407813B2 - 三次元網目構造体の製造方法 - Google Patents

三次元網目構造体の製造方法

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康雄 上方
健 吉田
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  • Powder Metallurgy (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フィルター、触媒担
体、電池集電体などに使用される金属やセラミックス等
からなる三次元網目構造体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】三次元網目構造体の製造法には、金属の
めっき法と、粉体スラリーの含浸・塗布法がある。めっ
き法は特公昭47-10524号公報に開示されており、ウレタ
ンフォームなどの三次元網目構造をもつ合成樹脂発泡体
にカーボンなどで導電性処理を施したのち、めっき槽中
でNiなどの金属層を電着させ、その後焼成し樹脂を分
解焼失させて、発泡樹脂の形状を転写した電着金属の三
次元網目構造体を得るものである。
【0003】粉体スラリー含浸・塗布法は特公昭61-534
17号公報に開示されており、ウレタンフォームなどの三
次元網目構造をもつ合成樹脂発泡体を、金属粉と増粘性
高分子と溶剤を混合し調製したスラリーに浸し、発泡体
の骨格に金属粉を塗着させ、その後熱処理することによ
り合成樹脂発泡体を分解焼失及び金属粉の焼結を行い発
泡樹脂の形状を転写した金属の三次元網目構造体を得る
ものである。また粉体スラリー塗布法では特開昭62-269
724号公報に開示されるように同様の方法でセラミック
スなど非導電性の材料についても三次元網目構造体を得
ることが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】めっき法は実用的な方
法として現在使用されているが、発泡樹脂などの絶縁物
にめっきを行う場合には、めっきの前処理として導電処
理またはシーダー処理等が必要であるなど工程が煩雑で
ある。またセラミックス等の非導電性物質および2種類
以上の合金からなるものは得られず、三次元網目構造体
の材質がNi,Cu等の一部のめっき可能な金属に限ら
れるという問題点がある。
【0005】スラリー塗布法は一般に高分子有機物の溶
液に粉体を懸濁させてスラリーを作製し、基体に含浸さ
せる方法であるが、スラリーの撹拌が十分でないと粉体
が沈降してしまうという問題があり、撹拌しすぎると泡
を抱き込む等スラリーの管理が煩雑であった。粉体であ
れば金属に限らず、セラミックス等導電性のない材料で
も形成可能であるという利点はあるが、塗布したスラリ
ーの表面張力によって基体の骨格より骨格の接合部に粉
体が集まり易く、基体に一様に粉体を含浸塗布すること
は困難である。この現象は出来上がった三次元網目構造
体の強度に重大な影響を及ぼす。すなわち、一定量の粉
体を塗着した場合、骨格が細く強度が弱い。従って骨格
を太くするため含浸塗布するスラリーの量を多くして強
度を得るという方法が取られている。
【0006】更なる問題点として、基体の網目構造を塞
いだ薄い膜状の部分(閉口部)を作り易いという欠点が
あげられる。これはスラリーが膜を張り易いために生じ
る現象でスラリーの粘度に大きく依存するがスラリー中
の高分子を取り除いて粉体と溶媒の混合物に基体を含浸
させた場合でも乾燥過程で粉体同士の凝集が起こり閉口
部が発生する。
【0007】本発明は、材料に依存せず、強度が大き
く、閉口部が少なく通気性の良い3次元網目構造体の新
規な製造方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体となる三
次元網目構造体の骨格表面に、粘着性を付与させた後、
粉体を被着させ、被着された粉体を液体で濡らした後、
熱処理により基体となる三次元網目構造体を焼失除去さ
せることを特徴とする三次元網目構造体の製造方法であ
る。すなわち、粉体を乾式法で直接基体表面に被着させ
るものである。
【0009】基体となる三次元網目構造体はウレタンフ
ォームなどの連続気泡構造を有する発泡性の樹脂、また
は不織布、織布等であり、形状は使用目的に応じて適宜
選択される。材質は樹脂等の可燃性のものに限られるも
のではなく、金属、セラミックスであっても良い。
【0010】基体骨格表面には粉体の被着を容易にし、
剥離を防止する目的から粘着性を付与することが好まし
い。粘着性はアクリル系、ゴム系等の粘着剤溶液または
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等接着性の
樹脂溶液を塗布することにより付与される。また、樹脂
基体にあってはプラズマ処理等により基体そのものに粘
着性を付与することも可能である。
【0011】基体の骨格表面に好ましくは粘着性を付与
した後、粉体中で基体を揺動させる、あるいは基体に粉
体をスプレイする等の方法により、骨格表面に粉体を被
着させる。これにより乾燥状態の粉体を直接基体の表面
に被着させることができる。粉体は瞬時に基体表面に固
定され、スラリー法のように乾燥過程での基体表面での
粉体の移動がないため基体骨格の接合部に粉体が集まる
ことはない。また粉体の被着は基体表面で起こり、粘着
性層の厚みに依存しないため、粉体の被着量は基体全域
で均一になり一定重量の粉体を被着させた場合、強度の
大きい三次元網目構造体が得られる。さらに粉体は粘着
性の付与された部分にのみ選択的に被着し、また溶媒を
使用しないので粉体同士の凝集も生じないのでスラリー
法のように閉口部を形成することはない。
【0012】粉体の材質は金属、セラミックス、カーボ
ン等材料の制限なく適用可能であり、またはこれらの混
合物であってもよい。粉体の粒径は基体表面に被着可能
な範囲であれば良く、0.01ミクロン〜100ミクロ
ンの範囲にあることが望ましい。また、粉体の形状は特
に制限されるものではない。被着された粉体は被覆層を
形成するが、用途によっては粉体は部分的に非連続であ
ってもよい。
【0013】基体に粉体を被着させた後、熱処理を行
う。熱処理は主に粉体の焼結を目的としたものである
が、基体に発泡樹脂を使用した場合には、一般に粉体の
焼結温度よりも樹脂の分解温度のほうが低いため、基体
は分解除去される。熱処理条件は使用する基体および粉
体の性状に応じて、処理温度、時間、雰囲気を適宜選択
する。基体に発泡樹脂などの加熱により焼失する材料を
使用し、粉体に金属を使用した場合には、基体の焼失は
酸化雰囲気、金属粉体の焼結は還元雰囲気とで雰囲気を
変えることが好ましく、粉体に酸化物セラミックス、白
金粉体を使用した場合は酸化の問題がないため酸化性の
雰囲気で熱処理可能である。
【0014】また、粘着性を付与する工程と、粉体を被
着させるる工程を繰り返すことにより任意の骨格厚さを
持つ三次元網状構造体を得ることができる。
【0015】粉体被着後且つ熱処理前の基体を液体で濡
らし、その後乾燥することにより粉体を緻密に基体骨格
に被着させることが可能となる。このため熱処理後によ
り強度の大きい三次元網状構造体が得られる。これは基
体表面にある粉体を液体で濡らし、乾燥過程で液体の表
面張力により粉体を凝集させるものである。粉体を濡ら
す方法は基体の液体への浸漬、基体への液体の噴霧等に
より行われる。液体の種類は基体と粉体の粘着力を低下
させない材料であればよいが、水が最も実用的である。
またこの液体中にメチルセルロース,ポリビニルアルコ
ール等の増粘性の高分子等の結着剤を添加することによ
り、焼成後の強度をより向上させることができる。
【0016】
【実施例】参考例1 3次元網状構造を持つ基体として、厚み3mmのポリウレ
タンフォーム(商品名エバーライトSF、(株)ブリジ
ストン製)を使用した。このポリウレタンフォームをメ
チルエチルケトンを溶媒とする樹脂分5%のアクリル系
の粘着剤溶液に浸漬した後、余分な溶液をロールを通し
て除去し粘着剤を塗布することにより、基体骨格表面に
粘着性を付与した。100℃で10分乾燥し溶媒を除去
した後、カルボニルNi粉中に基体を挿入し揺動させる
ことによりNi粉を被着させた。その後500℃、10
分間大気雰囲気で保持し基体のポリウレタンフォームを
分解除去した。ついで1200℃、20分間水素ガスを
流した還元性雰囲気で保持した。これによりNi粉が焼
結してポリウレタンフォームを転写した形状をもつNi
の三次元網目構造体aを得た。多孔度は96%であっ
た。
【0017】実施例1 カルボニルNi粉被着後、水溶液に浸漬し、100℃で
30分乾燥する工程を追加する以外は参考例1と同様に
してNiの三次元網目構造体bを得た。多孔度は96%
であった。
【0018】比較例参考例 1と全く同一のポリウレタンフォームを用い、こ
のポリウレタンフォームを、下記組成の組成物をボール
ミルで30分混合したNi粉スラリーに浸漬塗布し、余
剰のNi粉スラリーを除去した。100℃で30分乾燥
し水分を除去した後500℃、10分間大気雰囲気で保
持し基材のポリウレタンフォームを分解除去した。その
後1200℃、20分間水素ガスを流した、還元性雰囲
気で保持した。これによりNi粉が焼結してポリウレタ
ンフォームを転写した形状をもつNiの三次元網目構造
体cを得た。多孔度は96%であった。 スラリー組成 粉体(カルボニルNi粉) 50重量% 結合剤(メチルセルロース) 2重量% 水 48重量%
【0019】図1に参考例1、実施例及び比較例で得
られたNiの三次元網目構造体a,b,cの引張り応力
と伸びの関係を示す。図中曲線の末端が破断点である。
参考例1、実施例1の三次元網目構造体は、比較例で作
製した三次元網目構造体に比べて引張り強度が2倍以上
に向上しており、本発明によれば粉体スラリーを塗布す
る方法に比べて強度の大きい三次元網目構造体が得られ
ることがわかる。また参考例1、実施例1を比較すると
実施例の方が引張り強度が2割程増加しており、粉体
被着後に液体で濡らすことにより、より強度が向上する
ことがわかる。
【0020】参考例1及び比較例で得られたNiの三次
元網目構造体を走査電子顕微鏡による表面形態観察写真
で比較したところ、参考例1で得られた三次元網目構造
体は比較例で得られた三次元網目構造体に比べて骨格の
太さが均一であった。本発明では微小な欠陥部が少なく
スラリー法に比べて高強度のものが得られるものと考え
られる。また比較例で得られた三次元網状構造体は、閉
口部が多く存在したが、本発明で得られた3次元網状構
造体は閉口部が少なく通気性がよく、フィルターなどに
使用した場合圧力損失を小さくすることができる。
【0021】参考例2 実施例1と同様のポリウレタンフォームを使用した。こ
のウレタンフォームを樹脂分5%のアクリル系の粘着剤
溶液に浸漬し、粘着剤を塗布することにより、基体骨格
表面に粘着性を付与した。100℃で10分乾燥後、酸
化亜鉛被着させた。その後1300℃、2時間、大気下
の酸化性雰囲気で保持した。これにより酸化亜鉛粉が焼
結してウレタンフォームを転写した形状をもつ酸化亜鉛
の三次元網目構造体を得た。この3次元網目構造体を10
00℃の水素含有雰囲気中で1時間還元し、ZnO:Zn
蛍光体の三次元網目構造体を得た。この構造体に紫外線
を照射すると表面積が大きく、紫外線が構造体の奥まで
達することによって高効率で青緑色の均一発光が得られ
た。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、基体に粉
体を被着後熱処理するという簡便な方法により、金属に
限らず、非導電性のセラミックスにおいても強度が大き
く、高多孔性の三次元網目構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例、実施例と比較例で得られた三次元網状
構造体の引張り応力−伸びの関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/08 B22F 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基体となる三次元網目構造体の骨格表面
    に、粘着性を付与させた後、粉体を被着させ、被着され
    た粉体を液体で濡らした後、熱処理により基体となる三
    次元網目構造体を焼失除去させることを特徴とする三次
    元網目構造体の製造方法。
  2. 【請求項2】熱処理が、酸化性の雰囲気で基体となる三
    次元網目構造体を除去することを含むものである請求項
    1記載の三次元網目構造体の製造方法。
  3. 【請求項3】熱処理が、還元性の雰囲気で粉体の焼結を
    行うことを含むものである請求項1記載の三次元網目構
    造体の製造方法。
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WO2015046623A1 (ja) * 2013-09-30 2015-04-02 日立化成株式会社 アルミニウム系多孔質体およびその製造方法
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