JP5463639B2 - 金属多孔質板の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、この板部品における空隙率は、65%以上99%以下であることがより好ましい。65%以下では圧縮に過大な力が必要となり、99%を超えると強度不足のため圧縮時に破損するおそれがあるからである。
または、前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることができる。
本発明の金属多孔質板10は、図1に示すように、低密度部分10a、高密度部分10b、および中間密度部分10cが面方向に分散して配置されている。この金属多孔質板10は、図2に示すように、金属焼結体の骨格11により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙12が相互に連続状態に形成されていて、表裏面の最外面が前記骨格の側面で形成されている。
開口率(%)=Ap/A×100
また、この開口部12aの平均開口サイズは、開口部12aを円形とみなした場合の直径であり、以下、これを平均開口径と呼ぶ。平均開口径は、25〜100倍顕微鏡写真において、視野中の最外面の各開口部12aの面積を測定して算出した各円相当径の算術平均である。本発明の金属多孔質板10の平均開口径は、30μm以上1mm以下(本実施形態では120μm)である。
金属多孔質板10は、それぞれ空隙率が60%以上99%以下(本実施形態ではいずれも90%)である金属多孔質材の矩形の基板(板部品)40および帯状の小板(板部品)41を複数枚用いて製造される。図3に示すように、基板40の上に3枚の小板41を互いに間隔をおいて配列積層し、これらの小板41に交差するように3枚の小板41を互いに間隔をおいて配列積層し、さらにその上に基板40を積層する。これらの基板40および小板41は、いずれも空隙率90%、厚さ0.3mmである。このように、2層から4層に積層した基板40および小板41を厚さ方向に圧縮すると、隣接する基板40および小板41の骨格同士が互いの開口部12aを通じて入り込み、絡み合うように変形することにより、隣接する基板40および小板41同士が一体に接合される。
まず、空隙率の等しい板部品を積層して圧縮した場合について、図4を参照して説明する。図4(a)に示すように空隙率90%、厚さ20mmの金属多孔質材の板部品42を2枚積層し、図4(b)に示すように厚さ40mmから厚さ24.8mmまで圧縮すると各板部品42の空隙率はいずれも84%となり、さらに図4(c)に示すように厚さ20mmとなるまで圧縮すると、各板部品42の空隙率はいずれも80%となる。つまり、空隙率の等しい板部品を積層して厚さ方向(積層方向)に圧縮した場合、それら板部品は同率で圧縮される。なお、図中の円および楕円は、圧縮により変化する空隙率を模式的に示すものである。
〈発泡性スラリー作成工程〉
まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーSを作成する。発泡性スラリーSは、骨格11を形成する金属粉末、バインダ(水溶性樹脂結合剤)、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および/または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。
〈成形工程〉
成形装置20は、ドクターブレード法を用いてシートを形成する装置であり、発泡性スラリーSが貯留されるホッパ21、ホッパ21から供給された発泡性スラリーSを移送するキャリヤシート22、キャリヤシート22を支持するローラ23、キャリヤシート22上の発泡性スラリーSを所定厚さに成形するブレード(ドクターブレード)24、発泡性スラリーSを発泡させる恒温・高湿度槽25、および発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽26を備えている。なお、キャリヤシート22の下面は、支持プレートPによって支えられている。
次いで、薄板状の発泡性スラリーSは、所定条件(例えば温度30℃〜40°、湿度75%〜95%)の恒温・高湿度槽25内を、例えば10分〜20分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽25内で発泡したスラリーSは、所定条件(例えば温度50℃〜70℃)の乾燥槽26内を例えば10分〜20分かけて移動し、乾燥される。これにより、スポンジ状のグリーンシートが得られる。
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、薄板状の金属多孔質材を形成する。具体的には、例えば真空中、温度550℃〜650℃、25分〜35分の条件下でグリーンシート中のバインダ(水溶性樹脂結合剤)を除去(脱脂)した後、さらに真空中、温度1200℃〜1300℃、60分〜120分の条件下で焼結する。この金属多孔質材を任意の形状に切断することにより、本発明の金属多孔質板を構成する板部品を製造することができる。このように形成された板部品は、厚さ方向に積層して圧縮することにより、互いに接合することができる。
また、目詰まりが生じた場合等、この高密度部分10bにおける生成水の吸収が困難になった場合には、低密度部分10aにおいて空気を流通させるとともに、この低密度部分10aと比較して密度の高い中間密度部分10cにおいて生成水を吸収させることができる。
たとえば、前記実施形態では複数の板部品を積層して圧縮するだけでこれらを接合しているが、積層、圧縮後にさらに拡散接合を行ってこれらの板部品同士をより強固に接合してもよい。拡散接合は、たとえば真空中、温度700℃〜1300℃、10〜60分の条件下での熱処理により行われる。
10a,44a,45b 低密度部分
10b,44b,45c,46b 高密度部分
10c 中間密度部分
11 骨格
12 空隙
12a 開口部
20 成形装置
21 ホッパ
22 キャリヤシート
23 ローラ
24 ブレード
25 恒温・高湿度槽
26 乾燥槽
28 凹凸形成ローラ
40,44A 基板(板部品)
41,44B 小板(板部品)
42,43A,43B 板部品
45A,45B,46A 板部品
45a 穴部
46a 積層部分
30 燃料電池
31 電解質膜
32 触媒層
33,34 電極部材
S 発泡性スラリー
Claims (3)
- 金属焼結体の骨格が複数の多面体の辺を形成し、この骨格間に形成された複数のポアが相互に連続して空隙を形成している金属多孔質板の製造方法であって、
金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結することにより、前記骨格の間に形成される前記空隙による空隙率がそれぞれ60%以上99%以下である金属多孔質材からなる複数枚の板部品を制作し、
これら板部品を部分的に積層して所定厚さとなるまで厚さ方向に圧縮することにより相互に接合するとともに全体において空隙率が50%以上98%以下の範囲内とし、高密度部分と低密度部分とが面方向に分散して配置された金属多孔質板を形成することを特徴とする金属多孔質板の製造方法。 - 前記板部品は、所定の形状を有する基板と、この基板よりも小さい小板とを含み、
前記基板上に複数の前記小板を分散して配置した状態で全体を圧縮することにより、前記小板が積層された部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項1に記載の金属多孔質板の製造方法。 - 前記板部品はそれぞれ所定の形状を有し、
これら板部品を互いに位置をずらして部分的に積層するように配置した状態で全体を圧縮することにより、この積層部分を前記高密度部分とすることを特徴とする請求項1に記載の金属多孔質板の製造方法。
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