JP4859585B2 - シート状多孔質焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係るシート状多孔質焼結体の製造方法を模式的に図示したものである。符号1は、多孔質焼結体の形成基板1である。この基板1上に、所望の形状を有する金型2を載置した後、チタン繊維3をその中に充填する。次いで、必要に応じ加圧板4でチタン繊維3を圧縮成形する。続いて、得られたチタン繊維成形体60を図示しない焼結炉内の焼結基板5上に載置し、さらにその上に加圧板7を載置する。焼結炉内で焼結を開始し、チタン繊維焼結体61を得る。
本発明の多孔質焼結体に用いるチタン繊維は、 短径が10〜100μm、長径が1〜10mmの範囲にあることが好ましい。このようなチタン繊維を多孔質焼結体の原料に用いることで空隙率および通気度を燃料電池に要求される目的の範囲に保持させることができる。
チタン繊維成形体60の大きさ、充填密度は、成形体60が、焼結後に所望の値となるように調整される。チタン繊維成形体60は、必要に応じて、加圧板4にて圧縮成形される。工程を効率よく進めるためには、金型2に充填するチタン繊維3の重量により調整することが好ましい。
本発明の製造方法で製造されたシート状多孔質焼結体は、燃料電池やフィルターに用いることができる。特に本発明に従って製造されたシート状多孔質焼結体の通気度は、0.01〜0.10m2/Pa・秒にあり燃料電池の拡散として好ましい範囲にある。
チタン繊維3の焼結体61は、チタン繊維もしくはチタン合金繊維と接触しても相互に溶着しにくい焼結基板5の上に載置することが好ましい。焼結基板5は、前記したアルミナ、ジルコニア、イットリア、チタン酸アルミニウム、窒化ホウ素(BN)等のセラミック、あるいは、Ta、Mo、Wで構成した高融点金属板、さらには、溶融シリカ板で構成することが好ましい。特に、焼結体の厚さが1mm未満と薄い場合、溶融シリカ基板の上で前記チタン繊維を焼結させると、チタン繊維焼結体と基板との焼きつきはなく、容易にチタン繊維焼結体を得ることができる。
A.条件
1)焼結体(拡散層)の大きさ
厚み:0.5mm、縦・横:A4サイズ
2)拡散層を構成するチタン繊維
短径:10〜90μm、長径:3〜10mm(顕微鏡観察による)
仕込み重量:10.3g
材質:JIS2種純チタン
3)圧縮成形
2)に記載したチタン繊維を、焼結後、上記1)に示した大きさとなるように加圧成形した。
4)焼結炉
設定温度:1000℃、雰囲気:真空(10−2〜10−5Torr)
焼結体の加熱時間:30分、冷却時間:60〜120分
5)加圧板
材質:溶融シリカ板
厚み:4mm、縦・横:A4よりも+5mm大きいサイズ
圧力:0.9g/cm2
6)基板
材質:溶融シリカ板
7)室温加圧成形
一般的な加圧成形器に焼結体を配置し、最終厚みを0.5mmに調整して、45kg/cm2で加圧成形した。
1)焼結体の均一性
焼結後、成形して得られた5枚の焼結体の厚みを測定してバラツキを調査した。測定は、シックネスゲージ(商品型番547−312、株式会社ミツトヨ製)を用いて実施した。
チタン繊維の焼結工程にあっては、基板とチタン繊維焼結体、加圧板とチタン繊維焼結体が焼きつくことがないため、焼結後はチタン繊維焼結体を容易に剥離して得ることができた。
1.試料内のバラツキ
前記方法で製造した焼結体内の中心線上の厚みを等間隔に10箇所測定した。これらの測定値を表1に示し、最大値、最小値、平均値および標準偏差を表2に示した。表1および2に示すように本発明で得られたシート状多孔質焼結体の厚みは均一である。また、この焼結体の空隙率は、焼結体の容積と質量から求められる見かけ密度と、チタンの真密度とを比較することにより求めることができる。平均の空隙率は93%であった。
前記方法で製造した5枚の焼結体の厚みを測定し、それぞれについての平均値と標準偏差を求めて表3に整理した。表3に示すように平均値および標準偏差のバラツキがほとんどなく、均一であることを示している。
2 金型
3 チタン繊維
4 加圧板
5 焼結基板
60 チタン繊維成形体
61 チタン焼結体
7 加圧板
8 スペーサー
9〜11 型
Claims (6)
- 短径が10〜100μmであって、長径が1〜10mmのチタン繊維を圧縮することにより得られる成形体に板材を載置して、前記成形体の周囲にスペーサーを配置してから、前記板材で前記成型体を0.1g/cm 2 〜1.0g/cm 2 の圧力で押圧しつつ、800℃〜1200℃で焼結させることを特徴とするシート状多孔質焼結体の製造方法。
- 前記板材がセラミクス、溶融シリカもしくは高融点金属で構成されていることを特徴とする請求項1に記載のシート状多孔質焼結体の製造方法。
- 前記チタン繊維を押圧しつつ焼結させた後、室温にて加圧成形することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のシート状多孔質焼結体の製造方法。
- 前記チタン繊維が、純チタンもしくはチタン合金で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のシート状多孔質焼結体の製造方法。
- 前記セラミック板がアルミナ、ジルコニア、イットリアもしくはチタン酸アルミニウムであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のシート状多孔質焼結体の製造方法。
- 前記高融点金属板がタンタル、モリブデンもしくはタングステンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のシート状多孔質焼結体の製造方法。
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