JP5083936B2

JP5083936B2 - 金属多孔質体の製造方法

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Publication number: JP5083936B2
Application number: JP2006179091A
Authority: JP
Inventors: 克巳池田
Original assignee: Hitachi Metals Precision Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Precision Ltd; Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: JP2008007811A

Description

本発明は、例えば、自動車等のディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる煤の除去用フィルタや下水や工業用水等の水処理用フィルタ等の各種フィルタ、燃料電池の触媒担体用部品等に利用できる金属多孔質体の製造方法に関する。

発泡樹脂フォームを基材に製造した金属多孔質体は、金属による骨格部と空間である空孔部により構成され、一連の骨格とそれに囲まれた１個の空孔部をセルともいう。例えば、流体、つまり気体や液体を金属多孔質体に通すと、流体に混在する異物粒子等は骨格部で吸着または捕集されて除去され、異物粒子等が除去された流体はセル部を通過していく。この場合、除去したい異物粒子等の大きさに応じてセルのサイズを選択する。このような機能を有する金属多孔質体は各種フィルタ部材として利用されている。
また、例えば、燃料電池等の触媒担体用部品に金属多孔質体を用いる場合には、骨格部の表面に触媒を担持させて反応物質との接触面積を増やし、これにより反応を増大させるために使用される。また、金属多孔質体は、非金属に比べて延性、靭性、耐衝撃性に優れており、壊れやすい触媒を保護する効果もある。

従来、上述のような金属多孔質体を形成する方法のひとつとして、例えば特許文献１が開示する、多孔質の発泡樹脂フォームに導電処理を施し、ＮｉやＣｒを電気メッキした後に熱処理して発泡樹脂フォームを除去し、金属多孔質体を得る方法が知られている。このような電気メッキによる方法では、電気メッキ可能なＮｉやＣｒ等の成分に限られてしまう不便さはあるものの、電気的な反応を行う部品やある程度の耐食性が望まれる部品等の場合には適する方法である。

また、上述の電気メッキによって金属多孔質体を得る方法とは別に、例えば特許文献２が開示する、分散媒と、金属粉末と、ゲル化セルロース、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の分散媒に可溶性の結合剤とを含むスラリーを、多孔質の発泡樹脂フォームに含浸させて乾燥させ、次いで発泡樹脂フォームを除去して金属粉末を焼結させ、金属多孔質体を得る方法が知られている。

特開昭５７−１７４４８４号公報特開昭３８−１７５５４号公報

しかしながら、上述の電気メッキによる方法の場合、Ｎｉ純度の高い金属多孔質体では機械強度が低くなり、構造部品としては使用できないことがある。また、機械強度を向上させるためにＮｉの上にＣｒをメッキした金属多孔質体もあるが、一般的にはＣｒのメッキの環境負荷等が問題とされ、Ｃｒのメッキを行わない技術開発が望まれている。

また、上述のスラリーを発泡樹脂フォームに浸透させる方法の場合、上述の電気メッキによる方法による金属多孔質体と比べ、一般的には機械強度が低いために構造部品としては使用できなかった。このため、金属多孔質体の骨格を肉厚にして機械強度を向上させることを検討した。例えば、金属粉末の配合割合の多いスラリーを発泡樹脂フォームに浸透させて肉厚の骨格を形成することを検討し、スラリーが発泡樹脂フォームに十分に浸透できる粘度の上限になるように金属粉末を多量に配合したスラリーを用いた。しかしながら、僅かな強度の向上は認められたものの、所望する強度に達する肉厚の骨格を形成できなかった。また、例えば、適量のスラリーを定着させた骨格を一旦形成し、この骨格に対して再びスラリーを上乗せして肉厚の骨格を形成することを試みたところ、一旦形成しておいた骨格が軟化して溶け落ちたために健全な骨格を形成できなかった。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、空孔率が大きく、機械強度に優れた金属多孔質体を生産性よく製造するための金属多孔質体の製造方法を提供することである。

本発明者は、分散媒に不溶性の熱可塑性樹脂粉末を添加したスラリーを発泡樹脂フォームの周りに塗布した後に乾燥させて骨格を形成し、この骨格の周りにスラリーを再び塗布した後に乾燥させて骨格を多層に形成することにより、上述の問題点を解決できることを見出し本発明に想到した。

すなわち本発明は、分散媒と、平均粒径１５μｍ以下の金属粉末と、前記分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを製造するスラリー製造工程と、容器内で攪拌している該スラリーに、空孔率が９０％以上で長さ２５ｍｍの任意方向の直線と交差する空孔の平均個数であるセル数が５〜３０個の発泡樹脂フォームを浸漬し、該発泡樹脂フォームの周りに前記スラリーを塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて該発泡樹脂フォームの周りに骨格を形成する骨格形成工程と、容器内で攪拌している前記スラリーに得られた前記骨格を有する発泡樹脂フォームを浸漬し、前記骨格の周りに前記スラリーを再塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記再塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて前記骨格を多層化する骨格多層化工程と、該骨格多層化工程後得られた前駆体を加熱して前記発泡樹脂フォームおよび前記融着層を除去する前駆体加熱工程と、該前駆体加熱工程の後に金属粉末を焼結させて金属多孔質体を形成する焼結工程と、を有し、排気ガスに含まれる煤の除去用フィルタ部材として使用される金属多孔質体の製造方法である。また、前記スラリー製造工程と、前記骨格形成工程と、前記骨格多層化工程と、前記焼結工程と、を有し、水処理用フィルタ部材として使用される金属多孔質体の製造方法である。

本発明の製造方法においては、前記骨格多層化工程を繰り返して骨格をさらに多層化することが望ましい。また、金属粉末にはステンレス材を用いることが望ましい。

本発明によれば、金属多孔質体の機械強度を格段に向上させることができる。したがって、金属多孔質体の有するフィルタ機能や担持機能を利用し、高い機械強度が望まれる、例えば排気ガス用や水処理用のフィルタ部材や、燃料電池等の各種部材を実用化する上で有用な技術となる。

本発明の金属多孔質体の製造方法における重要な特徴のひとつは骨格形成工程にある。骨格形成工程で使用するスラリーに含まれる熱可塑性樹脂粉末は、分散媒に混在し、この分散媒が蒸発することにより樹脂粒子同士が融着し、分散媒に対して不溶性の融着層を形成する。本発明においては、上述のように熱可塑性樹脂粉末が融着して形成される融着層を金属粉末の相互に架橋させることで、分散媒に不溶性の骨格を形成することができる。これにより、一旦形成された骨格は分散媒に不溶性となり、この骨格に対して再びスラリーを塗布しても、一旦形成された骨格が軟化して溶け落ちるといった不具合はなくなる。

また、本発明の製造方法における上述とは別の重要な特徴は、骨格多層化工程にある。具体的には、骨格多層化工程では、骨格形成工程で形成した骨格の周りに、上述の熱可塑性樹脂粉末を含むスラリーを再塗布した後、再塗布したスラリーから分散媒を蒸発させる。この分散媒の蒸発により、熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、この融着層を金属粉末の相互に架橋させて骨格形成工程で形成した骨格を多層化して前駆体を形成する。これにより、先に形成しておいた既存の骨格の上にさらに骨格を形成することとなり、骨格が多層化された前駆体となる。前駆体は、金属粉末を焼結させて金属多孔質体とするための素材となり、多層化された前駆体は、従来の単層の骨格からなる前駆体に比べ、機械強度を格段に向上させることができる。また、本発明においては、骨格多層化工程で形成した骨格も分散媒に不溶性であるため、骨格多層化工程を繰り返して骨格を多層化することにより、前駆体の機械強度をさらに向上することができる。

本発明の金属多孔質体の製造方法について、以下、製造工程別に説明する。
本発明におけるスラリー製造工程は、分散媒と、平均粒径１５μｍ以下の金属粉末と、分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを製造する工程とする。具体的には、基準量の分散媒を適当な攪拌槽に入れ、上述の金属粉末と熱可塑性樹脂粉末とを、分散媒に対して各々所要量を添加混合して攪拌し、ほぼ均一に分散させ、スラリーとする等の手段で製造できる。

スラリーとは、液体に微細な固体を分散させた懸濁液のことで、一般にポンプ移送できる程度の流動性を有する混合体の呼称である。本発明におけるスラリーは、分散媒と、平均粒径１５μｍ以下の金属粉末と、分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末とを含むものである。スラリーに含まれる分散媒は、分散の対象となる金属粉末や熱可塑性樹脂粉末を浮遊させて分散させ、また、スラリーに適度な流動性を付加する機能を有するものである。

スラリーに含まれる熱可塑性樹脂粉末は、スラリーから分散媒を蒸発させたときに樹脂粉末同士が融着して融着層を形成し、この融着層によって金属粉末を相互に架橋させることができる、すなわち金属粉末を相互に結合させるバインダである。本発明においては、分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末を使用する。分散媒に不溶性とすることにより、一旦形成した骨格の周りに再びスラリーを塗布してもその骨格は軟化して溶け落ちることがない。このため、上述した骨格が多層化された前駆体を形成することが可能となる。また、使用する熱可塑性樹脂粉末を平均粒径１０μｍ以下とすることにより、分散媒に対して浮上させずに分散させることができ、金属粉末の相互に融着層を架橋させるために十分な量を金属粉末の間に供給することができるが、平均粒径０．０１μｍ以上の熱可塑性樹脂粉末が入手しやすいので好ましい。

スラリーに含まれる金属粉末は、金属多孔質体の骨格を形成する素材となる。金属粉末は、分散媒に比べて密度が極めて大きく、スラリー内での沈降が速いため、本発明においては平均粒径１５μｍ以下のものを使用する。使用する金属粉末の平均粒径が１５μｍを超えると、スラリーを発泡樹脂フォームに塗布して乾燥させる間に、金属粉末が沈降して分離してしまうことがある。また、金属粉末の平均粒径は、例えば１０μｍ以下、５μｍ以下、３μｍ以下と微細になるほど、焼結後の金属多孔質体の骨格部を緻密に形成することができるが、平均粒径１μｍ以上の金属粉末が入手しやすく取り扱いも容易であって好ましい。

本発明における骨格形成工程は、上述のスラリー製造工程で製造したスラリーを、空孔率が９０％以上で長さ２５ｍｍの任意方向の直線と交差する空孔の平均個数であるセル数が５〜３０個の発泡樹脂フォームの周りに塗布した後、塗布したスラリーから分散媒を蒸発させ、この蒸発により熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、この融着層を金属粉末の相互に架橋させて発泡樹脂フォームの周りに骨格を形成する工程とする。

具体的には、まず発泡樹脂フォームの周りにスラリー製造工程で製造したスラリーを塗布する。その手段としては、例えば、発泡樹脂フォームをスラリーに浸漬させる、あるいは発泡樹脂フォームにスラリーを含浸または直接スプレー塗布する等が使用できる。これにより、発泡樹脂フォームの周りに金属粉末と熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを付着させる。

次いで、スラリーを付着させた発泡樹脂フォームを、例えば４０〜１００℃の温風雰囲気内でワレや剥離を生じないように乾燥させ、発泡樹脂フォームの周りに金属粉末を含む骨格を形成する。この乾燥により、上述したように発泡樹脂フォームの周りに塗布したスラリーから分散媒が蒸発し、熱可塑性樹脂粉末が融着して融着層を形成し、この融着層が金属粉末の相互に架橋して骨格を形成する。

骨格形成工程で使用する発泡樹脂フォームは、例えばスポンジ状の表面および内部に多数の空孔を有する樹脂製固体である。発泡樹脂フォームにおけるセルは、金属多孔質体の空孔の大きさを決めるものであり、金属多孔質体の機械強度に影響する。セルは、一連の骨格とそれに囲まれた１個の空孔部である。また、セル数は、一般に、発泡樹脂フォームの空孔数を示す指標であって発泡樹脂フォームの構造を識別するために使用され、発泡樹脂フォームにおいて任意方向に長さ２５ｍｍの直線を仮想し、この直線と交差する空孔の平均個数として定義される。

本発明においては、発泡樹脂フォームのセル数を５〜３０個とする。セル数が５未満では空孔の大きさが過大となり、例えば金属多孔質体をフィルタ用途に使用する場合、過大なフィルタメッシュでは異物の除去ができないことがある。また、例えば金属多孔質体を触媒担体用途に使用する場合、骨格部の総表面積が狭すぎて十分な量の触媒を担持できないことがある。一方、セル数が３０個を超えると空孔の大きさが過小となり、スラリーを塗布浸透させ難くなるばかりか、空孔の目詰まりを生じやすくなる。なお、上述のセル数を空孔の平均直径に換算すると、セル数が５個ならば４．２〜６．２ｍｍ、セル数が３０個ならば０．８１〜０．８６ｍｍとなる。

また、本発明においては、発泡樹脂フォームの空孔率を９０％以上とする。空孔率は、発泡樹脂フォームの密度（質量／体積）と発泡樹脂フォームを形成する材料の比重とで決まり、発泡樹脂フォームにおける空間部分の構成比を示す指標である。発泡樹脂フォームの空孔率が９０％未満のものでは、骨格を多層化するときにスラリーが十分に浸透せず、多層化された骨格の肉厚にばらつきを生じ、形成した前駆体の機械強度を損ねることがある。また、形成した金属多孔質体の空孔部分が過少となって、例えばフィルタ、触媒担体といった用途では使用できないことがある。なお、空孔率と上述のセル数とは、例えばセル数が同一の場合、空孔率が小さくなると骨格部分が太くなるといった関係となる。

次に、本発明における骨格多層化工程は、上述の骨格形成工程で形成した骨格の周りにスラリーを再塗布した後、再塗布したスラリーから分散媒を蒸発させ、この蒸発により熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、この融着層を金属粉末の相互に架橋させて骨格を多層化して前駆体を形成する工程とする。

具体的には、骨格形成工程と同様な手段を使用し、既存の骨格の周りにスラリーを再塗布し、金属粉末と熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを付着させる。この後、骨格形成工程と同様な手段を使用し、再付着させたスラリーを乾燥させる。これにより、発泡樹脂フォームの周りに形成した既存の骨格の周りに新たに金属粉末を含む骨格を形成し、骨格を多層化して金属多孔質体の素材となる前駆体を得る。前駆体として好ましくは、骨格多層化工程を繰り返し、その骨格を多層化することであり、これにより金属多孔質体の機械強度を格段に向上させることができる。

次に、骨格多層化工程において形成した前駆体を加熱して発泡樹脂フォームおよび融着層を除去し、金属粉末を焼結させて金属多孔質体を形成する。発泡樹脂フォームおよび融着層を除去する手段としては、例えば焼結炉を用い、金属粉末の焼結に含めて実施すればよい。このような金属粉末の焼結手段としては、例えば、真空または不活性ガス雰囲気中の焼結炉内に前駆体を静置して昇温し、まず発泡樹脂フォームや融着層を気化あるいは分解して除去する。そして、この後に焼結温度に昇温し、金属紛末を焼結させる手段とすることができる。また、昇温速度や保持温度等の諸条件は、前駆体の骨格に割れや剥離を生じることのない条件を選定すればよい。

また、（タップ密度／真密度）が０．５程度の値の金属粉末を焼結させるとき、一般には概ね２％〜２０％の収縮を生じる。このため、焼結された金属多孔質体の形状寸法は、使用した発泡樹脂フォームの形状寸法よりも縮小される。具体的には、空孔は縮小し、セル数は増加することとなる。例えば、セル数３０の発泡樹脂フォームを使用し、焼結時に２０％の収縮を生じた場合、セル数が３７〜３８個である金属多孔質体となる。

次いで、本発明において好ましい構成について説明する。
分散媒としては、コンタミなどの異物や不純物の混入が極めて少ない超純水や純水が好ましい。ここでいう純水とは、実質的に不純物を検出できない純度の水のことで、含有イオンを除去した水をさらに蒸留する等の方法で製造できるものである。超純水や純水以外でも、含有イオンや不純物の点で純水よりもやや不利なイオン交換水、蒸留水、上水等も使用できる。あるいは、エタノール等のアルコール類や、純水とエタノール等の混合液等も使用できる。

熱可塑性樹脂粉末としては、上述した各種の水やアルコールに不溶性のアクリル酸エステル共重合体や酢酸ビニール重合体、酢酸ビニールとアクリル酸エステルの共重合体、スチレンとアクリル酸エステルの共重合体等の単体、またはこれらを組合せた樹脂粉末を使用することができる。そして、スラリーにおいて質量％で５〜１５％添加することが好ましい。また、分散媒として上述の水を使用する場合、水に不溶性のアクリル樹脂等の粉末を上述の水に分散させたエマルジョンを使用してもよく、樹脂固形分５０％の場合にはエマルジョンを１０〜３０％添加することが好ましい。熱可塑性樹脂粉末は、一般に平均粒径が小さいほど融着層を形成させやすいため、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下の平均粒径とする。

スラリーとしては、発泡樹脂フォームに均一に塗布することができるように、金属粉末が沈降したり流れ落ちたりしない程度に粘度が低く流動性の良いスラリーが好ましい。例えば、Ｂ型粘度計で測定した粘度が０．２〜５Ｐａ・ｓであることが好ましく、粘度が０．２Ｐａ・ｓ未満では金属粉末を発泡樹脂フォームに付着させ難くなり、粘度が５Ｐａ・ｓを超えるとスラリーの流動性が不足してスラリーを発泡樹脂フォームに塗布し難くなる。また、スラリーに各種の添加剤を加えることも好ましい。例えば、発泡樹脂フォームの周りに付着した金属粉末の接着強度の向上効果等を発現するポリビニルアルコール、水溶性アラビアガム、金属粉末の凝集を防止する各種分散剤、界面活性剤等を添加してもよい。

金属粉末は、スラリーの質量を１００％とした場合に質量％で６０〜８０％添加することが好ましく、これによりスラリーに好適な流動性を付与することができる。スラリーの流動性は、主に、分散媒と、使用する金属粉末の形状、粒度分布、タップ密度（Ｔ／Ｄ）等によって決まり、上述の範囲で金属粉末を添加することにより、発泡樹脂フォームへのスラリーの塗布を好適に実施できる。また、金属粉末の材質は、焼結可能であればどのような材質でも使用可能であるが、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属やこれらからなる合金を使用できる。ＳＵＳ３１０ＳやＳＵＳ３１６Ｌ等、耐熱性や耐酸化性に優れるステンレス鋼の使用も好ましい。また、環境負荷等の問題はあるもののＣｒを含むＮｉ−Ｃｒ系やＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系の合金粉末も使用できる。

例えば、水処理用途では、耐食性を考慮し、質量％でＮｉが１２．０％以上、Ｃｒが１６．０％以上、Ｍｏが２．０％以上含有されるＳＵＳ３１６Ｌ等のオーステナイト系ステンレス鋼を使用することが好ましい。また、例えばディーゼルエンジンの排ガス処理用途では、耐熱性や耐酸化性を考慮し、質量％でＮｉが１９．０％以上、Ｃｒが２４．０％以上含有されるＳＵＳ３１０Ｓ等のオーステナイト系ステンレス鋼を使用することが好ましい。また、例えば電池の電極や反応基盤材料に用いられる質量％でＮｉが９９．０％以上含有される純Ｎｉの多孔質体用途には、カーボニルＮｉ等を使用できる。

発泡樹脂フォームとしては、例えば、入手しやすい発泡ウレタンフォームや、熱可塑性樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等、あるいは熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂等が好ましい。これらの発泡樹脂フォームを採用することにより、スラリー塗布時や発泡樹脂フォームのハンドリング時に損壊し難く、金属粉末の焼結時にカーボン等の残留により金属多孔質体の機械強度を劣化させるといった不具合を抑制できる。

また、発泡樹脂フォームの周りや既存の骨格の周りにスラリーを塗布するとき、付着するスラリー層の厚さが均一になるように調整することが好ましく、これにより焼結後の金属多孔質体の骨格を健全に形成することができる。具体的には、例えば、発泡樹脂フォームの空間部にスラリーを充満させた後に減圧雰囲気とし、発泡樹脂フォームの内部に残留する気泡を除去する等の手段を採用することが好ましい。例えば、加圧空気を吹き付ける等によって発泡樹脂フォームの表面の余剰スラリーを除去する手段を採用することもできる。また、骨格形成工程においては、発泡樹脂フォームに付着したスラリーが乾燥しない間に、例えば、発泡樹脂フォームを平板で挟み込んだり、あるいは平行ロール間を通過させたりといった加圧手段によって発泡樹脂フォームを圧縮処理する等の手段を採用することもできる。

本発明における骨格の多層化に関わる実施例として、以下の製造手順により製造した表１に示す本発明の実施例である金属多孔質体Ｐ１を一例に挙げて説明する。
スラリー製造工程：
分散媒として超純水を、金属粉末として平均粒径７μｍのＳＵＳ３１０Ｓを、熱可塑性樹脂粉末として平均粒径０．２５μｍのアクリル酸エステル共重合体を分散させたエマルジョン液であるＬＤＭ７５１２（ニチゴー・モビニール株式会社製、樹脂固形分５０％）を使用し、各々の配合比率を質量％で７％、７１％、２１％として容器内に投入した。そして、十分に混合して攪拌し、金属粉末および熱可塑性樹脂粉末が分散媒にほぼ均一に分散するスラリー（以下、スラリーＡという）を得た。

骨格形成工程：
スラリーＡと、発泡樹脂フォームとして空孔率９７％、セル数８、長さ１３０ｍｍ、幅１３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの発泡ウレタンフォーム（以下、発泡ウレタンＵという）を使用し、発泡ウレタンＵの周りにＳＵＳ３１０Ｓ粉末の相互にアクリル酸エステル共重合体からなる融着層が架橋した骨格を形成した。使用した発泡ウレタンＵの構造の一例を図３に示す。具体的には以下の手順で実施した。まず、容器内でスラリーＡを攪拌しながら発泡ウレタンＵを浸漬し、スラリーＡを発泡ウレタンＵの内側にも十分に浸透させた。この後に発泡ウレタンＵを取り出し、発泡ウレタンＵの周りに付着したスラリーＡから超純水が蒸発する前に、平行ローラーを用いた加圧装置によって余剰のスラリーＡを発泡ウレタンＵから加圧除去した。そして、スラリーＡが付着した発泡ウレタンＵを槽内温度８０℃の温風循環式乾燥機内に２０分間静置して超純水を蒸発させた。これにより、アクリル酸エステル共重合体粉末が融着して粘着層が形成され、この粘着層がＳＵＳ３１０Ｓ粉末の相互に架橋して発泡ウレタンＵの周りに１層の骨格が形成された。

骨格多層化工程：
上述のスラリーＡと、１層の骨格を有する発泡ウレタンＵを使用し、既存の１層の骨格の周りに、ＳＵＳ３１０Ｓ粉末の相互にアクリル酸エステル共重合体からなる融着層が架橋した新たな骨格を形成し、骨格を２層とした。具体的には以下の手順で実施した。まず、容器内でスラリーＡを攪拌しながら１層の骨格を有する発泡ウレタンＵを浸漬し、スラリーＡを発泡ウレタンＵの内側に形成された骨格の周りにも十分に浸透させた。この後に１層の骨格を有する発泡ウレタンＵを取り出し、既存の骨格の周りに付着したスラリーＡから超純水が蒸発する前に、加圧空気を吹き付けて余剰のスラリーＡを除去した。そして、スラリーＡが付着した骨格を有する発泡ウレタンＵを槽内温度８０℃の温風循環式乾燥機内に２０分間静置して超純水を蒸発させた。これにより、アクリル酸エステル共重合体粉末が融着して粘着層が形成され、この粘着層がＳＵＳ３１０Ｓ粉末の相互に架橋して既存の骨格の周りに新たな骨格が形成され、骨格が２層となった前駆体を得た。

前駆体加熱工程：
得られた２層の骨格を有する前駆体を水素ガス雰囲気中の焼結炉に静置し、昇温速度６０℃／ｈで６００℃に昇温して加熱し、２ｈ保持し、発泡ウレタンＵおよびアクリル酸エステル共重合体からなる粘着層を気化あるいは分解して除去した。

焼結工程：
前駆体加熱工程に引き続いて真空雰囲気中の焼結炉を使用し、昇温速度１５０℃／ｈで１２５０℃に昇温して加熱し、２ｈ保持し、ＳＵＳ３１０Ｓ粉末を焼結させて金属多孔質体Ｐ１を得た。

上述の製造手順によって得られた金属多孔質体Ｐ１は、空孔率９７．７％、セル数９、長さ１１１ｍｍ、幅１１０ｍｍ、厚さ１７．２ｍｍで、目視によって金属骨格の欠損や割れ、空孔の目詰まり等の不具合が確認できない良好な金属多孔質体であった。
以上、上述の通り、スラリー製造工程、骨格形成工程、骨格多層化工程、前駆体加熱工程、および焼結工程を経て、本発明の実施例となる金属多孔質体Ｐ１を製造することができた。

次に、本発明の実施例である表１に示す金属多孔質体Ｐ２〜Ｐ４を、金属多孔質体Ｐ１を製造した場合と同様に、スラリーＡと発泡ウレタンＵを使用し、スラリー製造工程、骨格形成工程、骨格多層化工程、前駆体加熱工程、および焼結工程を経ることにより製造した。なお、金属多孔質体Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、各々４層、６層、７層の骨格を有する前駆体を用いて製造したものであり、このために骨格多層化工程を各々３回、５回、６回だけ繰り返した。得られたいずれの金属多孔質体Ｐ２〜Ｐ４とも、目視によって金属骨格の欠損や割れ、空孔の目詰まり等の不具合が確認できない良好な金属多孔質体であった。骨格を６層とした前駆体から得た金属多孔質体Ｐ３の構造の一例を図１に、骨格を２層とした前駆体から得た金属多孔質体Ｐ１の構造の一例を図２に示す。

また、比較例として、表１に示す金属多孔質体Ｑ１を製造した。金属多孔質体Ｑ１は、表１に示すように水溶性樹脂のポリビニルアルコールをベースにしたスラリーと発泡ウレタンＵを使用し、スラリー製造工程と骨格形成工程を経て１層の骨格を有する前駆体を形成し、次いで前駆体加熱工程と焼結工程を経て製造した。得られた金属多孔質体Ｑ１は、上述の骨格を２層とした金属多孔質体Ｐ1と同等の空孔率を有し、目視によって金属骨格の欠損や割れ、空孔の目詰まり等の不具合が確認できない良好な金属多孔質体であった。

上述の製造方法によって得た本発明の実施例である金属多孔質体Ｐ１〜Ｐ４と、比較例である金属多孔質体Ｑ１を用い、各々から直径５０ｍｍの円板形状の試験体を切り出して圧縮強度を測定した。測定結果を表２に示す。
本発明の実施例である２層、４層、６層および７層の骨格を有する前駆体から得た金属多孔質体Ｐ１〜Ｐ４の圧縮強度は、比較例である金属多孔質体Ｑ１に比べ、金属多孔質体Ｐ１では１．６倍、他の金属多孔質体Ｐ２〜Ｐ４では２．６倍、４．４倍、８．６倍となっており、明らかに優位であった。また、前駆体において形成した骨格の層数が増すとともに圧縮強度が増大していた。これにより、前駆体の骨格を多層化する特徴を有する本発明の金属多孔質体の製造方法は、空孔率が大きく、機械強度に優れた金属多孔質体を生産性よく製造するために有効であることが確認できた。

本発明における金属粉末の材質に関わる実施例として、以下の製造手順により製造した空孔率８８．５％、セル数９、長さ１０４ｍｍ、幅１０４ｍｍ、厚さ３０．５ｍｍの金属多孔質体Ｐ５と、この金属多孔質体Ｐ５と同じ６層の骨格を有する前駆体から得た上述の金属多孔質体Ｐ３とを比較して説明する。
本発明の実施例である金属多孔質体Ｐ５は、上述したスラリーＡにおいて、使用する金属粉末の材質をＳＵＳ３１６Ｌに替えたスラリー（以下、スラリーＢという）を使用した。すなわち、スラリーＢは、分散媒として超純水を、金属粉末として平均粒径７μｍのＳＵＳ３１６Ｌを、熱可塑性樹脂粉末として平均粒径０．２５μｍのアクリル酸エステル共重合体を分散させたエマルジョン液であるＬＤＭ７５１２（ニチゴー・モビニール株式会社製、樹脂固形分５０％）を使用し、各々の配合比率を質量％で７％、７１％、２１％としたものである。

そして、スラリーＢを使用し、金属多孔質体Ｐ３を製造した場合と同様に発泡ウレタンＵを使用し、スラリー製造工程、骨格形成工程、骨格多層化工程、前駆体加熱工程、および焼結工程を経ることにより製造した。なお、金属多孔質体Ｐ５は６層の骨格を有する前駆体を用い、骨格多層化工程を５回繰り返した。得られた金属多孔質体Ｐ５は、目視によって金属骨格の欠損や割れ、空孔の目詰まり等の不具合が確認できない良好な金属多孔質体であった。

上述の製造方法によって得た金属多孔質体Ｐ５から直径５０ｍｍの円板形状の試験体を切り出して圧縮強度を測定した。測定結果を金属多孔質体Ｐ３とともに表３に示す。
金属粉末にＳＵＳ３１６Ｌを使用した金属多孔質体Ｐ５は、その圧縮強度が６．３ＭＰａであった。これに比べ、前駆体の骨格を同じ６層化し、金属粉末にＳＵＳ３１０Ｓを使用した金属多孔質体Ｐ３の圧縮強度は２．２ＭＰａであり、その差は２．８倍であった。この結果より、使用する金属粉末の材質を適宜選定することにより、得られる金属多孔質体の圧縮強度が調整可能であることがわかった。

また、金属多孔質体Ｐ５は、残留Ｃ値、すなわち含有される炭素量が高く、これはＳＵＳ３１６ＬにＭｏが含まれることと関係すると考えられる。このため、圧縮強度は高いものの、座屈強度としては金属多孔質体Ｐ３よりも劣ると考えられる。このことより、金属多孔質体の用途に応じて金属粉末の材質を選定することが好ましいことがわかった。

本発明における骨格を６層化した前駆体から得た金属多孔質体の構造の一例を示す図である。本発明における骨格を２層化した前駆体から得た金属多孔質体の構造の一例を示す図である。本発明における実施例で用いた発泡樹脂フォームの構造の一例を示す図である。

Claims

分散媒と、平均粒径１５μｍ以下の金属粉末と、前記分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを製造するスラリー製造工程と、容器内で攪拌している該スラリーに、空孔率が９０％以上で長さ２５ｍｍの任意方向の直線と交差する空孔の平均個数であるセル数が５〜３０個の発泡樹脂フォームを浸漬し、該発泡樹脂フォームの周りに前記スラリーを塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて該発泡樹脂フォームの周りに骨格を形成する骨格形成工程と、容器内で攪拌している前記スラリーに得られた前記骨格を有する発泡樹脂フォームを浸漬し、前記骨格の周りに前記スラリーを再塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記再塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて前記骨格を多層化する骨格多層化工程と、該骨格多層化工程後得られた前駆体を加熱して前記発泡樹脂フォームおよび前記融着層を除去する前駆体加熱工程と、該前駆体加熱工程の後に金属粉末を焼結させて金属多孔質体を形成する焼結工程と、を有し、排気ガスに含まれる煤の除去用フィルタ部材として使用されることを特徴とする金属多孔質体の製造方法。
分散媒と、平均粒径１５μｍ以下の金属粉末と、前記分散媒に不溶性の平均粒径１０μｍ以下の熱可塑性樹脂粉末とを含むスラリーを製造するスラリー製造工程と、容器内で攪拌している該スラリーに、空孔率が９０％以上で長さ２５ｍｍの任意方向の直線と交差する空孔の平均個数であるセル数が５〜３０個の発泡樹脂フォームを浸漬し、該発泡樹脂フォームの周りに前記スラリーを塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて該発泡樹脂フォームの周りに骨格を形成する骨格形成工程と、容器内で攪拌している前記スラリーに得られた前記骨格を有する発泡樹脂フォームを浸漬し、前記骨格の周りに前記スラリーを再塗布するとともに空孔内に浸透した後、前記再塗布したスラリーから分散媒を加熱して蒸発させることにより前記熱可塑性樹脂粉末を融着させて融着層を形成し、該融着層を前記金属粉末の相互に架橋させて前記骨格を多層化する骨格多層化工程と、該骨格多層化工程後得られた前駆体を加熱して前記発泡樹脂フォームおよび前記融着層を除去する前駆体加熱工程と、該前駆体加熱工程の後に金属粉末を焼結させて金属多孔質体を形成する焼結工程と、を有し、水処理用フィルタ部材として使用されることを特徴とする金属多孔質体の製造方法。
前記骨格多層化工程を繰り返して骨格を多層化することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の金属多孔質体の製造方法。