JP5526938B2 - Method for producing porous aluminum sintered body - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートシンク、ヒートパイプ等の伝熱部材、各種フィルタ、触媒担持体、軽量構造部材、消音制振材、断熱材、電磁波遮断材等として好適な厚板状、ブロック状、円筒状あるいはその他の3次元異形状のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法に関するものである。   The present invention is a heat transfer member such as a heat sink, a heat pipe, various filters, a catalyst carrier, a lightweight structural member, a silencer damping material, a heat insulating material, an electromagnetic wave shielding material, etc. The present invention relates to a method for producing another three-dimensional irregularly shaped aluminum porous sintered body.

従来、蓄熱装置の伝熱部品、フィルターや燃料電池の凝縮回収器の復水トラップ部材、あるいは放熱のために使われるヒートシンク等を構成する多孔質の金属板として、一般に開気孔型のニッケル系やステンレス系の発泡金属が多用されている。
ところで、上記多孔質の金属板として、アルミニウム系の多孔質板を用いることができれば、熱伝導度の向上や装置の軽量化を図ることが可能になる。
Conventionally, as a porous metal plate constituting a heat transfer component of a heat storage device, a condensate trap member of a filter or a fuel cell condensing and collecting device, or a heat sink used for heat radiation, generally an open pore type nickel-based material or Stainless steel foam metal is often used.
By the way, if an aluminum-based porous plate can be used as the porous metal plate, it is possible to improve the thermal conductivity and reduce the weight of the apparatus.

一方、例えば、下記特許文献1においては、溶融アルミニウムに増粘剤を加えて増粘させた後に、発泡剤としての水素化チタンを添加して、水素化チタンの熱分解反応によって生じる水素ガスを利用して溶融アルミニウムを発泡させつつ固化させる発泡溶融法により、アルミニウム多孔質体を得る製造方法が提案されている。   On the other hand, for example, in Patent Document 1 below, after adding a thickener to molten aluminum to increase the viscosity, titanium hydride as a foaming agent is added, and hydrogen gas generated by a thermal decomposition reaction of titanium hydride is added. There has been proposed a production method for obtaining a porous aluminum body by a foam melting method in which molten aluminum is solidified while being foamed.

ところが、上記ヒートシンク等に用いられる多孔質の金属板としては、気体や液体の流通が確保される限りにおいて、その孔径は小さい方が好ましいのに対して、上記従来の発泡溶融法によって得られる発泡アルミニウムは、数mmの大きな閉気孔を有するものであることから、実用には耐え得ないという問題点があった。   However, as the porous metal plate used for the heat sink or the like, as long as the circulation of gas or liquid is ensured, the pore diameter is preferably small, whereas the foam obtained by the conventional foam melting method is used. Since aluminum has large closed pores of several mm, there is a problem that it cannot be put into practical use.

これに対して、本発明者等は、先に特願2009−82498号として、アルミニウム粉末に焼結助剤元素としてチタンを含む焼結助剤粉末を混合してアルミニウム混合原料粉末とし、このアルミニウム混合原料粉末に水溶性樹脂結合剤と水等を加えることにより気孔を含むスラリー状の粘性組成物として、当該粘性組成物をドクターブレード法等のスラリー法によって焼結前成形体とし、この焼結前成形体を、非酸化性雰囲気にて、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTm(℃)としたときに、Tm−10(℃)≦T≦685(℃)である温度T(℃)で加熱焼成することによりアルミニウムの多孔質焼結体を製造するアルミニウム多孔質焼結体の製造方法を提案した。   On the other hand, the inventors of the present invention, as Japanese Patent Application No. 2009-82498, mixed aluminum powder with a sintering aid powder containing titanium as a sintering aid element to obtain an aluminum mixed raw material powder. A slurry-like viscous composition containing pores is obtained by adding a water-soluble resin binder and water to the mixed raw material powder, and the viscous composition is formed into a pre-sintered body by a slurry method such as a doctor blade method. Tm-10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), where T m (° C.) is the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting in a non-oxidizing atmosphere. The manufacturing method of the aluminum porous sintered compact which manufactures the aluminum porous sintered compact by heat-baking at (degreeC) was proposed.

上記アルミニウム多孔質焼結体の製造方法によれば、孔径600μ以下の極めて小さな孔が形成された三次元骨格構造であって、かつ開気孔型のアルミニウム多孔質焼結体を容易に得ることができるという利点がある。   According to the above method for producing a porous aluminum sintered body, it is possible to easily obtain an aluminum porous sintered body having a three-dimensional skeleton structure in which extremely small pores having a pore diameter of 600 μm or less are formed and having an open pore type. There is an advantage that you can.

特開平08−209265号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-209265

ところが、上記アルミニウム多孔質焼結体の製造方法にあっては、スラリー法によって粘性組成物を乾燥・焼結しているために、5mm程度以下の薄板状の部材は容易に得られるものの、ヒートシンク等に用いられている数cmの厚板状のアルミニウム多孔質焼結体や、ブロック状、円筒状あるいはその他の3次元異形状のアルミニウム多孔質焼結体を得ることが出来ないという問題点があった。   However, in the method for producing the porous aluminum sintered body, since the viscous composition is dried and sintered by the slurry method, a thin plate member of about 5 mm or less can be easily obtained. There is a problem that it is not possible to obtain a thick plate-like aluminum porous sintered body having a thickness of several centimeters, a block shape, a cylindrical shape, or other three-dimensional irregularly shaped aluminum porous sintered bodies. there were.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、小孔径の三次元骨格構造を有する厚板状、ブロック状あるいは円筒状等の様々な形状の開気孔型のアルミニウム多孔質焼結体を容易かつ確実に製造することができるアルミニウム多孔質焼結体の製造方法を提供することを課題とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has an open pore type aluminum porous sintered body having various shapes such as a thick plate shape, a block shape or a cylindrical shape having a three-dimensional skeleton structure with a small pore diameter. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aluminum porous sintered body that can be produced easily and reliably.

上記課題を解決するため、請求項1に記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法は、アルミニウム粉末に焼結助剤としてのチタン粉末および/または水素化チタン粉末を含むアルミニウム混合原料粉末、水および水溶性樹脂結合剤を混合することにより気泡を含む粘性組成物を得る粘性組成物調製工程と、この粘性組成物を所定形状を有する容器に充填して凍結、乾燥することにより焼結前成形体を得る焼結前工程と、上記焼結前成形体を、不活性雰囲気中または真空中において、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTm(℃)としたときに、Tm−10(℃)≦T≦685(℃)の温度T(℃)で加熱焼成する焼成工程とを有してなり、かつ上記焼結助剤粉末の平均粒子径をr(μm)、上記焼結助剤粉末の配合比をW質量%としたときに、1(μm)≦r≦30(μm)、1≦W≦20(質量%)であり、かつ0.1≦W/r≦2であることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for producing an aluminum porous sintered body according to claim 1 includes an aluminum mixed raw material powder containing titanium powder and / or titanium hydride powder as a sintering aid in aluminum powder, water And a viscous composition preparation step for obtaining a viscous composition containing bubbles by mixing a water-soluble resin binder, and pre-sintering by filling the viscous composition into a container having a predetermined shape, and freezing and drying. Tm-10 when the pre-sintering step for obtaining a body and the temperature before the aluminum mixed raw material powder starts melting in an inert atmosphere or vacuum is Tm (° C.). (℃) ≦ T ≦ 685 becomes to have a firing step of firing at a temperature T of the (℃) (℃), and the average particle diameter of the sintering aid powder r (μm), the sintered Yuisuke The mixing ratio of the powder When the mass%, 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), 1 is ≦ W ≦ 20 (mass%), and those with 0.1 ≦ W / r ≦ 2 der wherein Rukoto It is.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記焼結前工程は、上記粘性組成物が沸騰する圧力よりも大きく、かつ大気圧よりも低い圧力に減圧して、混入している上記気泡を大型化するとともに、当該減圧状態において上記粘性組成物の上記凍結を行うことを特徴とするものである。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein in the pre-sintering step, the pressure is reduced to a pressure larger than the pressure at which the viscous composition boils and lower than the atmospheric pressure, and mixed. In addition to increasing the size of the bubbles, the viscous composition is frozen in the reduced pressure state.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記焼成前工程は、上記粘性組成物を、その凍結温度よりも0.1℃以上高く、かつ10℃以下の温度に1〜60分保持した後に、当該粘性組成物の上記凍結を行うことを特徴とするものである。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the pre-baking step is performed at a temperature of 0.1 ° C. or more and 10 ° C. or less higher than the freezing temperature of the viscous composition. And then freezing the viscous composition after holding for 1 to 60 minutes.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、上記アルミニウム粉末は、平均粒子径が2〜200μmであることを特徴とするものである。   The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum powder has an average particle diameter of 2 to 200 μm.

請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載の発明において、上記水溶性樹脂結合剤は、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の0.1%〜7%の範囲内で含まれていることを特徴とするものである。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4 , wherein the water-soluble resin binder is within a range of 0.1% to 7% of a mass of the aluminum mixed raw material powder. It is characterized by being included.

請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載の発明において、上記粘性組成物調製工程において、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の0.02〜3%の範囲内の界面活性剤を添加することを特徴とするものである。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5 , wherein in the viscous composition preparation step, an interface within a range of 0.02 to 3% of the mass of the aluminum mixed raw material powder. An activator is added.

請求項1〜のいずれかに記載の発明によれば、粘性組成物調製工程において得られた粘性組成物を、所定の製品形状を有する有底円筒状あるいは箱状等の容器や割型に充填して、当該粘性組成物を凍結して乾燥することにより厚板状、ブロック状あるいは円筒状等の所定形状の焼結前成形体とし、これを不活性雰囲気中または真空中において、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTm(℃)としたときに、Tm−10(℃)≦T≦685(℃)の温度T(℃)で加熱焼成することにより、孔径600μm以下の小孔が形成された三次元骨格構造を有し、かつ直線長さ1cmあたりに20個以上の空孔を有する開気孔型のアルミニウム多孔質焼結体であって、上記製品形状を有する厚板状またはブロック状のアルミニウム多孔質焼結体を得ることができる。 According to the invention according to any one of claims 1 to 6 , the viscous composition obtained in the viscous composition preparation step is formed into a bottomed cylindrical or box-like container or split mold having a predetermined product shape. Filling and freezing and drying the viscous composition to form a pre-sintered shaped body of a thick plate shape, block shape, cylindrical shape, etc., and in the inert atmosphere or vacuum, the aluminum When the temperature at which the mixed raw material powder starts to melt is Tm (° C.), it is heated and fired at a temperature T (° C.) of Tm−10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), thereby reducing the pore diameter to 600 μm or less. An open pore type aluminum porous sintered body having a three-dimensional skeleton structure in which pores are formed and having 20 or more pores per linear length of 1 cm, and having the above product shape Or block aluminum It can be obtained porous sintered body.

ここで、加熱焼成温度をTm−10(℃)以上に限定した理由は、アルミニウム混合原料粉末に含まれるアルミニウム粉末とチタンを含む焼結助剤粉末が反応を開始する温度がTm−10(℃)だからである。また、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTmと記載したのは、純粋なアルミニウム融点は660℃であるが、工業的に利用されるアルミニウムは不純物として鉄やシリコンを含有するので融点は660℃よりも低くなるからである。他方、加熱焼成温度を685℃以下に限定した理由は、その温度よりも高い温度に加熱保持すると、焼結体にアルミニウムの液滴状の塊が発生するようになるからである。 Here, the reason for limiting the heating and firing temperature to Tm-10 (° C) or higher is that the temperature at which the aluminum powder contained in the aluminum mixed raw material powder and the sintering aid powder containing titanium start the reaction is Tm-10 (° C). That's why. The temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting is described as Tm because the pure aluminum melting point is 660 ° C., but since aluminum used industrially contains iron or silicon as an impurity, the melting point This is because the temperature becomes lower than 660 ° C. On the other hand, the reason why the heating and firing temperature is limited to 685 ° C. or less is that when heated and held at a temperature higher than that temperature, a drop-shaped lump of aluminum is generated in the sintered body.

この際に、請求項2に記載の発明のように、上記焼結前工程において、上記粘性組成物が沸騰する圧力よりも大きく、かつ大気圧よりも低い圧力に減圧すれば、混入している上記気泡が膨張して大型化し、隣接する気泡同士が連通することにより、容易に三次元骨格構造を構築させることができる。   At this time, as in the invention described in claim 2, in the pre-sintering step, if the pressure is reduced to a pressure higher than the boiling pressure of the viscous composition and lower than the atmospheric pressure, it is mixed. When the bubbles expand and become large and adjacent bubbles communicate with each other, a three-dimensional skeleton structure can be easily constructed.

さらに、請求項3に記載の発明のように、上記焼成前工程において、上記粘性組成物を、その凍結温度よりも0.1℃以上高く、かつ10℃以下の温度に1〜60分保持するようにすれば、内部の気泡を安定化させることができるとともに、粘性組成物の粘度が常温時よりも高くなることにより、上記気泡が外部に脱出することを防ぐこともできる。   Furthermore, as in the invention according to claim 3, in the pre-baking step, the viscous composition is held at a temperature of 0.1 ° C. or higher and 10 ° C. or lower than the freezing temperature for 1 to 60 minutes. By doing so, it is possible to stabilize the internal bubbles and to prevent the bubbles from escaping to the outside because the viscosity of the viscous composition is higher than that at room temperature.

また、上記アルミニウム粉末としては、上記粘性組成物が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有するような粒径のものを用いることが好ましい。すなわち、その平均粒子径が小さくなると、アルミニウム粉末の質量に対する水溶性樹脂結合剤の質量を多くして、上記粘性やハンドリング強度を確保する必要があるものの、水溶性樹脂結合剤の質量が多くなると焼結前成形体を加熱焼成する際にアルミニウム中に残存する炭素量が増加して、焼結反応が阻害されてしまう。   The aluminum powder preferably has a particle size such that the viscous composition is viscous enough to be molded into a desired shape. That is, when the average particle size is reduced, the mass of the water-soluble resin binder needs to be increased by increasing the mass of the water-soluble resin binder relative to the mass of the aluminum powder. When the pre-sintered shaped body is heated and fired, the amount of carbon remaining in the aluminum increases and the sintering reaction is hindered.

他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、多孔質焼結体の強度が低下してしまう。従って、請求項4に記載の発明のように、好ましくはアルミニウム粉末の平均粒子径を2μm以上として水溶性樹脂結合剤の質量を多くすることによる焼結反応の阻害を防止し、かつ200μm以下として多孔質焼結体の強度を確保する。さらに好ましくはアルミニウム粉末の平均粒子径を7μm〜40μmとする。   On the other hand, when the particle diameter of the aluminum powder is too large, the strength of the porous sintered body is lowered. Therefore, as in the invention described in claim 4, preferably, the average particle diameter of the aluminum powder is set to 2 μm or more to prevent the inhibition of the sintering reaction by increasing the mass of the water-soluble resin binder, and to 200 μm or less. Ensuring the strength of the porous sintered body. More preferably, the average particle diameter of the aluminum powder is 7 μm to 40 μm.

さらに、本発明において、焼結助剤粉末は、その平均粒子径r、配合比W質量%を1(μm)≦r≦30(μm)、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)、0.1≦W/r≦2とする
これは、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えるとアルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになって、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになるので、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)とする。
Furthermore, in the present invention, the sintering aid powder has an average particle diameter r and a blending ratio W mass% of 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass). %), and 0.1 ≦ W / r ≦ 2.
This is because when the mixing ratio W of the sintering aid powder exceeds 20% by mass, the sintering aid powder has contact points in the aluminum mixed raw material powder, and the reaction heat of aluminum and titanium cannot be controlled. At the same time, a desired porous sintered body cannot be obtained, so 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%).

また、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の範囲内であっても、焼結助剤粉末の粒子径によってはアルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱によって溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。   Further, even within the range of 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%), the reaction heat of aluminum and titanium may become too large depending on the particle size of the sintering aid powder, In some cases, the temperature of the aluminum melted by heat is further increased, the viscosity is lowered, and droplets are generated.

そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内では、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけがアルミニウム反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには1(μm)≦r≦30(μm)、かつ0.1≦W/r≦2であることが望ましいことを実験的に導出した。   Therefore, from the results of observing specimens prepared under various conditions with an electron microscope, the surface layer with a substantially constant thickness from the exposed surface side of the titanium particles within a range in which the calorific value can be controlled by the blending amount and particle size of titanium. It was found that only the part reacted with aluminum. Thus, it was experimentally derived that it is desirable that 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm) and 0.1 ≦ W / r ≦ 2 in order to prevent the generation of droplets.

なお、0.1≦W/r≦2の意味について、焼結助剤粉末にチタンを利用する場合にて以下に説明すると、チタンの平均粒子径をr、チタンの粒子数をN、チタンの添加質量をw、チタンの比重をD、アルミニウムとの反応によるチタン粒径の減少量をdとすると、反応熱量Qは反応したチタンの体積に比例することから、Q∝4πr2 dNである。さらに、チタン粒子の添加量は、チタン粒子1個の平均体積とチタン粒子の数との積により算出されることから、w=4/3πrDNである。よって後者の式を前者の式に代入すると、Q∝3wd/rDとなる。ここで、3/Dが定数であること、ならびにdが焼結条件によらずほぼ一定であるという観察結果からQ∝w/rである。従って、液滴が発生しないW/rの範囲を実験的に求めて上述のように限定することによって、アルミニウムとチタンの反応熱が大きすぎることによる液滴の発生を防止するものである。 The meaning of 0.1 ≦ W / r ≦ 2 will be described below when titanium is used as the sintering aid powder. The average particle diameter of titanium is r, the number of titanium particles is N, and the titanium Assuming that the added mass is w, the specific gravity of titanium is D, and the amount of decrease in the titanium particle size due to the reaction with aluminum is d, the amount of heat of reaction Q is proportional to the volume of the reacted titanium, so Q∝4πr 2 dN. Furthermore, since the addition amount of the titanium particles is calculated by the product of the average volume of one titanium particle and the number of titanium particles, w = 4 / 3πr 3 DN. Therefore, when the latter equation is substituted into the former equation, Q∝3wd / rD is obtained. Here, Q∝w / r from the observation result that 3 / D is a constant and d is substantially constant regardless of the sintering conditions. Therefore, by experimentally determining the range of W / r in which no droplets are generated and limiting it as described above, the generation of droplets due to excessive reaction heat between aluminum and titanium is prevented.

また、上記水溶性結合剤は、アルミニウム混合原料粉末の質量の7%を超えて含まれると、加熱焼成する際に焼結前成形体などに残留する炭素量が増加して、焼結反応が阻害される。他方、0.5%未満であると、焼結前成形体のハンドリング強度を確保することができない。このため、請求項に記載の発明のように、アルミニウム混合原料粉末の質量の0.5%〜7%の範囲内で含まれていることが好ましい。 Further, when the water-soluble binder is contained in excess of 7% of the mass of the aluminum mixed raw material powder, the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body during heating and firing is increased, and the sintering reaction is caused. Be inhibited. On the other hand, if it is less than 0.5%, the handling strength of the green body before sintering cannot be ensured. For this reason, it is preferable to be contained within the range of 0.5% to 7% of the mass of the aluminum mixed raw material powder as in the invention described in claim 5 .

これに加え、請求項に記載の発明のように、アルミニウム混合原料粉末に界面活性剤を添加することにより、効果的に気泡を生成させることができ、この界面活性剤の添加量をアルミニウム混合原料粉末の質量の0.02%以上とすることによって、上記界面活性剤の添加による効果を得ることができ、3%以下とすることによって、焼結前成形体などに残存する炭素量が増加することによる焼結反応の阻害を防止できる。 In addition to this, by adding a surfactant to the aluminum mixed raw material powder as in the invention described in claim 6 , bubbles can be generated effectively, and the amount of the surfactant added is mixed with aluminum. By making it 0.02% or more of the mass of the raw material powder, the effect due to the addition of the surfactant can be obtained, and by making it 3% or less, the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body increases This can prevent the sintering reaction from being hindered.

本発明の一実施形態において粘性組成物中に気泡を分散形成するために用いられる気泡核形成装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the bubble nucleus formation apparatus used in order to carry out the bubble formation in the viscous composition in one Embodiment of this invention. 上記実施形態における粘性組成物調製工程を示すもので、(a)は成形型へ充填した状態、(b)は減圧した状態、(c)は粘性組成物中に気孔が形成された状態を示すものである。The viscous composition preparation process in the said embodiment is shown, (a) is the state with which the shaping | molding die was filled, (b) is the state which pressure-reduced, (c) shows the state in which the pore was formed in the viscous composition. Is. 上記実施形態において焼結後のアルミニウム多孔質焼結体の外観形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance shape of the aluminum porous sintered compact after sintering in the said embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るアルミニウム多孔質焼結体の製造方法の一実施形態について説明する。
この製造方法は、アルミニウム粉末に焼結助剤としてのチタン粉末および/または水素化チタン粉末を含むアルミニウム混合原料粉末、水および水溶性樹脂結合剤を混合することにより気泡を含む粘性組成物を得る粘性組成物調製工程と、この粘性組成物を凍結して乾燥することにより焼結前成形体を得る焼結前工程と、上記焼結前成形体を、不活性雰囲気中または真空中において、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTm(℃)としたときに、Tm−10(℃)≦T≦685(℃)の温度T(℃)で加熱焼成する焼成工程とから概略構成されたものである。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing an aluminum porous sintered body according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In this production method, a viscous composition containing bubbles is obtained by mixing an aluminum mixed raw material powder containing titanium powder and / or titanium hydride powder as a sintering aid with aluminum powder, water, and a water-soluble resin binder. The viscous composition preparation step, the pre-sintering step of obtaining the pre-sintered compact by freezing and drying the viscous composition, and the pre-sintered compact in the inert atmosphere or in vacuum When the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting is Tm (° C.), it is roughly constituted by a firing step of heating and firing at a temperature T (° C.) of Tm−10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.). It is a thing.

先ず、この製造方法において使用するアルミニウム粉末としては、平均粒子径が2〜200μmのものが用いられる。これは、平均粒子径が小さくなると、アルミニウム粉末に対して水溶性樹脂結合剤を多量に加えて、粘性組成物が所望の形状に成形可能な程度に粘性を有するように、かつ焼結前成形体がハンドリング強度を有するようにする必要がある。しかしながら、水溶性樹脂結合剤を多量に加えると、焼結前成形体を加熱焼成する際にアルミニウム中に残存する炭素量が増加して、焼結反応が阻害されてしまう。他方、アルミニウム粉末の粒子径が大きすぎると、最終的に得られたアルミニウム多孔質焼結体の強度が低下してしまう。そこで、アルミニウム粉末としては、上述のように平均粒子径2〜200μmの範囲内、より好ましくは7μm〜40μmの範囲内のものが用いられる。   First, as the aluminum powder used in this production method, one having an average particle diameter of 2 to 200 μm is used. This is because when the average particle size becomes small, a large amount of a water-soluble resin binder is added to the aluminum powder so that the viscous composition is viscous enough to be molded into a desired shape, and before sintering. It is necessary for the body to have handling strength. However, when a large amount of the water-soluble resin binder is added, the amount of carbon remaining in the aluminum is increased when the pre-sintered molded body is heated and fired, thereby inhibiting the sintering reaction. On the other hand, when the particle diameter of the aluminum powder is too large, the strength of the finally obtained aluminum porous sintered body is lowered. Therefore, as the aluminum powder, those having an average particle diameter in the range of 2 to 200 μm, more preferably in the range of 7 to 40 μm are used as described above.

さらに、このアルミニウム粉末にチタンおよび/または水素化チタンを混合する。これは、後工程となる焼成工程において、焼結前成形体をTm−10(℃)≦加熱焼成温度T≦685(℃)にて加熱焼成することによって、液滴の塊を生成させることのないアルミニウムのフリーシンタリングが可能となるためである。また、水素化チタン(TiH2 )は、そのチタン含有量が47.88(チタンの分子量)/(47.88+1(水素の分子量)×2)で95質量%以上である上に、470〜530℃にて脱水素してチタンとなるため上述の加熱焼成により熱分解してチタンとなる。従って、水素化チタンを混合した場合にも液滴の塊を生成させることのないアルミニウムのフリーシンタリングが可能となる。 Further, titanium and / or titanium hydride are mixed with the aluminum powder. This is because, in the subsequent baking step, the pre-sintered compact is heated and fired at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.), thereby generating droplet masses. This is because there is no aluminum free sintering. Further, titanium hydride (TiH 2 ) has a titanium content of 47.88 (molecular weight of titanium) / (47.88 + 1 (molecular weight of hydrogen) × 2) and is 95% by mass or more, and 470 to 530. Since it is dehydrogenated at titanium and becomes titanium, it is thermally decomposed by the above-mentioned heating and baking to become titanium. Accordingly, free sintering of aluminum is possible without generating droplet lumps even when titanium hydride is mixed.

その際、チタンあるいは水素化チタンの平均粒子径をr(μm)、チタンあるいは水素化チタンの配合比をW質量%としたときにの配合比をW質量%としたときに、1(μm)≦r≦30(μm)、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)であり、かつ0.1≦W/r≦2とする。すなわち、平均粒子径4μmの水素化チタン粉の場合に、配合比Wは、0.1≦W/4≦2であることから0.4〜8質量%となり、平均粒子径20μmのチタン粉の場合に、配合比Wは、0.1≦W/20≦2であることから2〜40質量%となるが、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)から2〜20質量%となる。   At that time, when the average particle diameter of titanium or titanium hydride is r (μm), the mixing ratio when the mixing ratio of titanium or titanium hydride is W mass% is 1 (μm). ≦ r ≦ 30 (μm), 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%), and 0.1 ≦ W / r ≦ 2. That is, in the case of titanium hydride powder having an average particle diameter of 4 μm, the compounding ratio W is 0.4 ≦ 8% by mass because 0.1 ≦ W / 4 ≦ 2, and the titanium powder having an average particle diameter of 20 μm In this case, the compounding ratio W is 2 to 40% by mass because 0.1 ≦ W / 20 ≦ 2, but 2 to 20% by mass from 0.1 (% by mass) ≦ W ≦ 20 (% by mass). %.

また、水素化チタンの平均粒子径は0.1(μm)≦r≦30(μm)としたが、より好ましくは4(μm)≦r≦20(μm)とする。このようにしたのは、1μm以下であると、自然発火する恐れがあり、一方、30μmを超えると、前記水素化チタンは焼結後にアルミニウムとチタンとの化合物が被覆したチタン粒子になるが、そのアルミニウムとチタンの化合物相がチタン粒子から剥離しやすくなって、焼結体に所望の強さが得られなるためである。   The average particle diameter of titanium hydride is 0.1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), more preferably 4 (μm) ≦ r ≦ 20 (μm). If it is 1 μm or less, there is a risk of spontaneous ignition. On the other hand, if it exceeds 30 μm, the titanium hydride becomes titanium particles coated with a compound of aluminum and titanium after sintering. This is because the compound phase of aluminum and titanium is easily peeled off from the titanium particles, and desired strength is obtained in the sintered body.

さらに、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)としたのは、焼結助剤粉末の配合比Wが20質量%を超えるとアルミニウム混合原料粉末中で焼結助剤粉末同士が接点を持つようになって、アルミニウムとチタンの反応熱を制御できなくなるとともに所望の多孔質焼結体が得られないようになるためである。   Further, 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%) is set when the sintering aid powder is mixed in the aluminum mixed raw material powder when the blending ratio W of the sintering assistant powder exceeds 20 mass%. This makes it possible to have a contact, so that the reaction heat between aluminum and titanium cannot be controlled, and a desired porous sintered body cannot be obtained.

また、0.1(質量%)≦W≦20(質量%)の範囲内であっても、焼結助剤粉末の粒子径によってはアルミニウムとチタンの反応熱が大きくなりすぎる場合があり、反応熱によって溶解したアルミニウムの温度がさらに上昇して粘性が下がり、液滴を生じてしまう場合があった。   Further, even within the range of 0.1 (mass%) ≦ W ≦ 20 (mass%), the reaction heat of aluminum and titanium may become too large depending on the particle size of the sintering aid powder, In some cases, the temperature of the aluminum melted by heat is further increased, the viscosity is lowered, and droplets are generated.

そこで、種々の条件で作製した試験片を電子顕微鏡で観察した結果から、発熱量をチタンの配合量および粒子径で制御できる範囲内では、チタン粒子の露出表面側からほぼ一定の厚さの表層部だけがアルミニウム反応していることがわかった。これにより、液滴の発生を防止するためには1(μm)≦r≦30(μm)、かつ0.1≦W/r≦2であることが望ましいことを実験的に導出した。   Therefore, from the results of observing specimens prepared under various conditions with an electron microscope, the surface layer with a substantially constant thickness from the exposed surface side of the titanium particles within a range in which the calorific value can be controlled by the blending amount and particle size of titanium. It was found that only the part reacted with aluminum. Thus, it was experimentally derived that it is desirable that 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm) and 0.1 ≦ W / r ≦ 2 in order to prevent the generation of droplets.

なお、0.1≦W/r≦2とした理由について、焼結助剤粉末にチタンを利用する場合を説明すると、チタンの平均粒子径をr、チタンの粒子数をN、チタンの添加質量をw、チタンの比重をD、アルミニウムとの反応によるチタン粒径の減少量をdとすると、反応熱量Qは反応したチタンの体積に比例することから、Q∝4πr2dNである。さらに、チタン粒子の添加量は、チタン粒子1個の平均体積とチタン粒子の数との積により算出されることから、w=4/3πr3DNである。よって後者の式を前者の式に代入すると、Q∝3wd/rDとなる。ここで、3/Dが定数であること、並びにdが焼結条件によらずほぼ一定であるという観察結果から、Q∝w/rである。したがって、液滴が発生しないW/rの範囲を実験的に求めて上述のように限定することによって、アルミニウムとチタンの反応熱が大きすぎることによる液滴の発生を防止することができる。 The reason why 0.1 ≦ W / r ≦ 2 is explained below. When titanium is used for the sintering aid powder, the average particle diameter of titanium is r, the number of titanium particles is N, and the added mass of titanium. Is W, the specific gravity of titanium is D, and the amount of decrease in the titanium particle size due to the reaction with aluminum is d, the reaction heat quantity Q is proportional to the volume of the reacted titanium, so that Q∝4πr 2 dN. Furthermore, since the addition amount of the titanium particles is calculated by the product of the average volume of one titanium particle and the number of titanium particles, w = 4 / 3πr 3 DN. Therefore, when the latter equation is substituted into the former equation, Q∝3wd / rD is obtained. Here, from the observation result that 3 / D is a constant and d is almost constant regardless of the sintering condition, Q∝w / r. Therefore, by experimentally determining the W / r range in which no droplets are generated and limiting them as described above, the generation of droplets due to excessive reaction heat between aluminum and titanium can be prevented.

次いで、上記粘性組成物調製工程においては、上記アルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤として、ポリビニルアルコール、メチルセルロースおよびエチルセルロースの少なくともいずれか一種以上を、可塑剤として、ポリエチレングリコール、グリセリンおよびフタル酸ジNブチルの少なくともいずれか一種以上をそれぞれ加えるとともに、蒸留水と、界面活性剤としてのアルキルベタインとをそれぞれ加える。   Next, in the viscous composition preparation step, the aluminum mixed raw material powder is made of at least one of polyvinyl alcohol, methylcellulose and ethylcellulose as a water-soluble resin binder, and polyethylene glycol, glycerin and phthalic acid as a plasticizer. At least one of di-N-butyl is added, and distilled water and alkylbetaine as a surfactant are added.

このように、水溶性樹脂結合剤として、ポリビニルアルコール、メチルセルロースやエチルセルロースを用いることにより、その添加量が比較的少量で足りる。このため、その添加量をアルミニウム混合原料粉末の質量の0.5%〜7%の範囲内とする。これは、アルミニウム混合原料粉末の質量の7%を超えて含まれると、加熱焼成する際に焼結前成形体などに残留する炭素量が増加して焼結反応が阻害され、0.5%未満であると、焼結前成形体のハンドリング強度が確保されないためである。   Thus, by using polyvinyl alcohol, methyl cellulose, or ethyl cellulose as the water-soluble resin binder, a relatively small amount is sufficient. For this reason, the addition amount is set within the range of 0.5% to 7% of the mass of the aluminum mixed raw material powder. If the content of the aluminum mixed raw material powder exceeds 7%, the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body during heating and firing is increased, and the sintering reaction is inhibited. It is because the handling intensity | strength of the molded object before sintering is not ensured that it is less than.

また、アルキルベタインは、アルミニウム混合原料粉末の質量の0.02%〜3%が添加される。これは、アルミニウム混合原料粉末の質量の0.02%以上とすることによって、後述の非水溶性炭化水素系有機溶剤の混合の際に気泡が効果的に生成され、3%以下とすることによって、焼結前成形体などに残存する炭素量が増加することによる焼結反応の阻害が防止される。   In addition, 0.02% to 3% of the mass of the aluminum mixed raw material powder is added to the alkylbetaine. This is because by making 0.02% or more of the mass of the aluminum mixed raw material powder, bubbles are effectively generated when mixing the water-insoluble hydrocarbon organic solvent described later, and by making it 3% or less. Inhibition of the sintering reaction due to an increase in the amount of carbon remaining in the pre-sintered compact or the like is prevented.

そして、この粘性組成物調製工程においては、上記材料を1〜1.5時間真空混練して、内部に含まれている気泡や溶存ガス等の気体を除去しつつ粘性組成物を作成する。次いで、この粘性組成物を、当該圧力における粘性組成物の凝固点以上であって沸点未満の温度、例えば5℃以下の温度で、約1時間予備冷却する。これにより、粘性組成物の粘度が、常温時よりも高くなる。   And in this viscous composition preparation process, the said material is vacuum-kneaded for 1 to 1.5 hours, and a viscous composition is created, removing gas, such as a bubble and dissolved gas contained inside. The viscous composition is then pre-cooled for about 1 hour at a temperature above the freezing point of the viscous composition at that pressure and below the boiling point, for example, 5 ° C. or below. Thereby, the viscosity of a viscous composition becomes higher than normal temperature.

次に、図1に示す気泡核形成装置1を用いて、上記粘性組成物中に、気泡核を分散形成させる。
この装置1は、攪拌槽2の一端下部に粘性組成物Sの供給管3と、添加ガスGの供給管4が接続されるとともに、他端上部に粘性組成物Sの排出管5が接続され、かつ内部に上記一端から他端に向けて複数台の撹拌機6が配置されたものであり、攪拌槽2内は上述した予備冷却の温度に保持されている。
Next, bubble nuclei are dispersed and formed in the viscous composition using the cell nucleus forming apparatus 1 shown in FIG.
In this apparatus 1, a supply pipe 3 for a viscous composition S and a supply pipe 4 for an additive gas G are connected to a lower part of one end of a stirring tank 2, and a discharge pipe 5 for the viscous composition S is connected to an upper part of the other end. In addition, a plurality of stirrers 6 are arranged in the inside from the one end to the other end, and the inside of the stirring tank 2 is maintained at the above-described preliminary cooling temperature.

そして、攪拌槽2内に、一端の供給管3から粘性組成物Sを連続的に供給しつつ供給管4から添加ガスGを導入して、撹拌機5によって高速で攪拌しつつ他端へと送ることにより、粘性組成物S中に添加ガスGを分散させて、気泡核G1を形成させる。この際に、攪拌槽2内は、上記予備冷却温度に保持されているために、粘度が高められている粘性組成物S中から添加ガスGが外部へと放散されることが抑止されることにより、ほぼ全量が気泡核G1となって粘性組成物S中に分散される。 Then, the additive composition G is introduced from the supply pipe 4 while continuously supplying the viscous composition S from the supply pipe 3 at one end into the stirring tank 2, and is stirred at a high speed by the stirrer 5 to the other end. By sending, the additive gas G is dispersed in the viscous composition S, and the bubble nucleus G 1 is formed. At this time, since the inside of the agitation tank 2 is maintained at the precooling temperature, the additive gas G is prevented from being released from the viscous composition S whose viscosity is increased. As a result, almost the entire amount becomes the cell nucleus G 1 and is dispersed in the viscous composition S.

ここで、添加ガスGとしては、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素等のように、粘性組成物Sを変質させず、かつ焼結後に不純物として残存しない気体が好ましい。また、粘性組成物Sの体積に対する添加ガスGの体積比は、最終的な気孔率を勘案して、10:0.1〜8となるように調製する。また、撹拌機6による攪拌速度、攪拌槽2内における攪拌時間、攪拌槽2内の圧力(ゲージ圧で0〜1atm)を適宜設定することにより、気泡核G1の平均径を制御することができる。 Here, the additive gas G is preferably a gas that does not denature the viscous composition S and does not remain as an impurity after sintering, such as air, oxygen, nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and the like. The volume ratio of the additive gas G to the volume of the viscous composition S is adjusted to 10: 0.1 to 8 in consideration of the final porosity. Further, a stirrer 6 stirring speed by, stirring time in stirred tank 2, by setting the pressure inside the agitation tank 2 (0~1Atm gauge pressure) appropriate to control the average diameter of the bubble nuclei G 1 it can.

次いで、気泡核形成装置1の攪拌槽2内において分散した気泡核Gを内包した粘性組成物Sを、予備冷却温度を保持しつつ排出管5から排出して、成形用の割型7に充填する。具体的には、この割型7としては、例えば100W×150L×80Hのアルミニウム製のものを用い、その内面にシリコーン離型剤を塗布した後に、上記粘性組成物Sを高さ10mmまで注入する。 Next, the viscous composition S containing the bubble nuclei G 1 dispersed in the stirring tank 2 of the bubble nucleation apparatus 1 is discharged from the discharge pipe 5 while maintaining the precooling temperature, and is formed into a split mold 7 for molding. Fill. Specifically, as the split mold 7, for example, a 100W × 150L × 80H aluminum product is used, and after the silicone release agent is applied to the inner surface thereof, the viscous composition S is injected to a height of 10 mm. .

そして、図2(a)に示すように、割型7を減圧容器(図示を略す。)内に入れ、一定時間(例えば1〜15分)をかけて、内部を粘性組成物Sが沸騰する圧力よりも大きく、かつ大気圧よりも低い圧力である0.01〜0.4atmに減圧して行く。すると、粘性組成物Sは、上記予備冷却温度に保持されているために、沸騰することなく、図3(b)に示すように、気泡核G1が徐々に膨張して気泡G2になるとともに、これに伴って粘性組成物Sの体積が増加する。 Then, as shown in FIG. 2 (a), the split mold 7 is placed in a decompression vessel (not shown), and the viscous composition S boils inside over a certain time (for example, 1 to 15 minutes). The pressure is reduced to 0.01 to 0.4 atm, which is higher than the pressure and lower than the atmospheric pressure. Then, since the viscous composition S is maintained at the preliminary cooling temperature, the bubble nucleus G 1 gradually expands to become the bubble G 2 without boiling, as shown in FIG. 3B. Along with this, the volume of the viscous composition S increases.

そして、最終的に図3(c)に示すように、粘性組成物S内に、隣接する気泡G2同士が連続した気孔G3が形成される。そこで、粘性組成物Sを、上記温度および圧力に保持したままで、1〜60分静置して安定化させた後に、−80℃以上であって粘性組成物Sの凝固点以下の凍結温度(例えば、−40℃)に冷却して、0.1〜2時間保持する。すると、粘性組成物S中の水分が凝固することにより、気孔G3を含む粘性組成物Sの形状が固定される。 Finally, as shown in FIG. 3C, pores G 3 in which adjacent bubbles G 2 are continuous are formed in the viscous composition S. Therefore, after the viscous composition S is kept at the above temperature and pressure and allowed to stand for 1 to 60 minutes to stabilize, the freezing temperature (−80 ° C. or more and below the freezing point of the viscous composition S ( For example, it is cooled to −40 ° C. and held for 0.1 to 2 hours. Then, the water in the viscous composition S is solidified, so that the shape of the viscous composition S including the pores G 3 is fixed.

次に、粘性組成物Sを真空雰囲気(例えば、約0.001atm、15℃)中に置いて内部の水分を昇華させて乾燥させた後に、割型7から取り出す。これにより、上記アルミニウム混合原料粉末が水溶性樹脂結合剤によって保持された100W×150L×43Hの寸法を有する厚板状の焼結前成形体が得られる。   Next, the viscous composition S is placed in a vacuum atmosphere (for example, about 0.001 atm, 15 ° C.) to sublimate the moisture inside and dried, and then removed from the split mold 7. Thus, a thick plate-like pre-sintered compact having a size of 100 W × 150 L × 43 H in which the aluminum mixed raw material powder is held by the water-soluble resin binder is obtained.

そこで次に、上記焼結前成形体を、ジルコニア敷粉を敷いたアルミナセッターの上に載置して、露点が−20℃以下のアルゴン雰囲気中に520℃で1時間加熱保持する仮焼成を行う。これにより、焼結前成形体の水溶性樹脂結合剤成分、可塑剤成分、蒸留水およびアルキルベタインのバインダー溶液を飛ばす脱バインダーがなされるとともに、焼結助剤粉末として水素化チタンを用いた場合には脱水素がなされる。   Then, next, the pre-sintered compact is placed on an alumina setter with zirconia bedding and pre-sintered by heating and holding at 520 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere with a dew point of −20 ° C. Do. This removes the binder solution of the water-soluble resin binder component, plasticizer component, distilled water and alkylbetaine of the pre-sintered molded body, and when titanium hydride is used as the sintering aid powder. Is dehydrogenated.

そして、仮焼成後の焼結前成形体を、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度T≦685(℃)で加熱焼成してアルミニウム多孔質焼結体を得る。
上記加熱焼成を、上記範囲の温度Tで行うのは、焼結前成形体を融解温度Tm(℃)まで加熱することにより、アルミニウムとチタンとの反応が開始するものと考えられるものの、実際にはアルミニウムに不純物としてFeやSiなどの共晶合金元素を微量に含有して融点が低下することから、Tm−10(℃)まで加熱することによりアルミニウムとチタンとの反応が開始するものと考えられるためである。実際に、アルミニウムの融点が660℃であるのに対して、純アルミニウム粉として流通している純度98%〜99.7%程度のアトマイズ粉では650℃前後が溶解開始温度となる。
Then, the pre-sintered shaped body after the temporary firing is heated and fired at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.) to obtain an aluminum porous sintered body.
It is considered that the reaction between aluminum and titanium starts by heating the pre-sintered compact to the melting temperature Tm (° C.). Has a small amount of eutectic alloy elements such as Fe and Si as impurities in aluminum and its melting point is lowered. Therefore, it is considered that the reaction between aluminum and titanium starts by heating to Tm-10 (° C.). Because it is. Actually, while the melting point of aluminum is 660 ° C., the melting start temperature is around 650 ° C. for atomized powder having a purity of about 98% to 99.7% distributed as pure aluminum powder.

他方、アルミニウムとチタンの包晶温度である665℃になり、さらに融解潜熱が入熱されるとアルミニウムの焼結体が融解することから、炉内雰囲気温度を685℃以下に保つ必要がある。   On the other hand, the peritectic temperature of aluminum and titanium is 665 ° C., and further, when the latent heat of fusion is input, the sintered body of aluminum melts, so it is necessary to keep the furnace atmosphere temperature at 685 ° C. or lower.

なお、焼結工程における加熱焼成は、アルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜の成長を抑制するため、非酸化性雰囲気にて行う必要がある。但し、加熱温度が400℃以下に30分間程度保持の条件であれば空気中で加熱してもアルミニウム粒子表面およびチタン粒子表面の酸化被膜はさほど成長しないので、例えば、焼結前成形体を、一旦空気中で300℃〜400℃に10分間程度加熱保持して脱バインダーした後、アルゴン雰囲気中で所定の温度に加熱して焼成してもよい。   In addition, in order to suppress the growth of the oxide film of the aluminum particle surface and the titanium particle surface, it is necessary to perform the heat baking in the sintering process in a non-oxidizing atmosphere. However, if the heating temperature is kept at 400 ° C. or lower for about 30 minutes, the oxide film on the aluminum particle surface and the titanium particle surface does not grow so much even if heated in air. After debinding by heating and holding at 300 ° C. to 400 ° C. for about 10 minutes in air, it may be fired at a predetermined temperature in an argon atmosphere.

そして、図3に示すように、上記焼結によって得られたアルミニウム多孔質焼結体10は、有孔金属焼結体からなる三次元網目構造の金属骨格を有し、金属骨格間に空孔を有している。また、有孔金属焼結体にAl−Ti化合物が分散しており、空孔が直線長さ1cm当たりに20個以上形成されて、70〜90%の全体気孔率を有している。ちなみに、得られたアルミニウム多孔質焼結体10の寸法は、概ね75W×110L×30Hである。   As shown in FIG. 3, the aluminum porous sintered body 10 obtained by the above-mentioned sintering has a metal skeleton having a three-dimensional network structure made of a porous metal sintered body, and voids are formed between the metal skeletons. have. Further, the Al—Ti compound is dispersed in the perforated metal sintered body, and 20 or more pores are formed per 1 cm of the linear length, and the total porosity is 70 to 90%. Incidentally, the dimension of the obtained aluminum porous sintered body 10 is approximately 75 W × 110 L × 30 H.

したがって、ヒートシンク、ヒートパイプ等の伝熱部材、各種フィルタ、触媒担持体、軽量構造部材、消音制振材、断熱材、電磁波遮断材等として好適な厚板状、ブロック状、円筒状あるいはその他の3次元異形状の多孔質の金属板材料として好適に用いることができる。   Therefore, it is suitable for heat transfer members such as heat sinks, heat pipes, various filters, catalyst carriers, lightweight structural members, silencer damping materials, heat insulating materials, electromagnetic wave shielding materials, etc. Thick plate shape, block shape, cylindrical shape or other It can be suitably used as a three-dimensional irregularly shaped porous metal plate material.

ヒートシンク、ヒートパイプ等の伝熱部材、各種フィルタ、触媒担持体、軽量構造部材、消音制振材、断熱材、電磁波遮断材等として好適な厚板状、ブロック状、円筒状あるいはその他の3次元異形状のアルミニウム多孔質焼結体を製造する際に利用可能である。   Thick plate shape, block shape, cylindrical shape or other three-dimensional shapes suitable as heat transfer members such as heat sinks, heat pipes, various filters, catalyst carriers, lightweight structural members, silencer damping materials, heat insulating materials, electromagnetic wave shielding materials, etc. It can be used when producing a deformed aluminum porous sintered body.

10 アルミニウム多孔質焼結体
S 粘性組成物
1 気泡核
2 気泡
3 気孔
10 Aluminum porous sintered body S Viscous composition G 1 bubble nucleus G 2 bubble G 3 pores

Claims (6)

アルミニウム粉末に焼結助剤としてのチタン粉末および/または水素化チタン粉末を含むアルミニウム混合原料粉末、水および水溶性樹脂結合剤を混合することにより気泡を含む粘性組成物を得る粘性組成物調製工程と、
この粘性組成物を所定形状を有する容器に充填して凍結、乾燥することにより焼結前成形体を得る焼結前工程と、
上記焼結前成形体を、不活性雰囲気中または真空中において、上記アルミニウム混合原料粉末が融解を開始する温度をTm(℃)としたときに、Tm−10(℃)≦T≦685(℃)の温度T(℃)で加熱焼成する焼成工程とを有してなり、
かつ上記焼結助剤粉末の平均粒子径をr(μm)、上記焼結助剤粉末の配合比をW質量%としたときに、1(μm)≦r≦30(μm)、1≦W≦20(質量%)であり、かつ0.1≦W/r≦2であることを特徴とするアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。
Viscosity composition preparation step for obtaining a viscous composition containing bubbles by mixing aluminum powder containing titanium powder and / or titanium hydride powder as a sintering aid with aluminum powder, water and a water-soluble resin binder When,
A pre-sintering step of obtaining a pre-sintered compact by filling this viscous composition into a container having a predetermined shape, and freezing and drying;
Tm−10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), where Tm (° C.) is the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting in an inert atmosphere or vacuum. it was closed and the firing step of firing at a temperature T (° C.) of)
When the average particle diameter of the sintering aid powder is r (μm) and the blending ratio of the sintering aid powder is W mass%, 1 (μm) ≦ r ≦ 30 (μm), 1 ≦ W ≦ 20 (% by mass), and method for producing a porous sintered aluminum to 0.1 ≦ W / r ≦ 2 der wherein Rukoto.
上記焼結前工程は、上記粘性組成物が沸騰する圧力よりも大きく、かつ大気圧よりも低い圧力に減圧して、混入している上記気泡を大型化するとともに、当該減圧状態において上記粘性組成物の上記凍結を行うことを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。   In the pre-sintering step, the pressure is reduced to a pressure higher than the pressure at which the viscous composition boils and lower than the atmospheric pressure, the mixed bubbles are enlarged, and the viscous composition is reduced in the reduced pressure state. The method for producing an aluminum porous sintered body according to claim 1, wherein the product is frozen. 上記焼成前工程は、上記粘性組成物を、その凍結温度よりも0.1℃以上高く、かつ10℃以下の温度に1〜60分保持した後に、当該粘性組成物の上記凍結を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。   The pre-baking step includes performing the freezing of the viscous composition after holding the viscous composition at a temperature of 0.1 ° C. or higher and 10 ° C. or lower than the freezing temperature for 1 to 60 minutes. The method for producing a porous aluminum sintered body according to claim 1 or 2, characterized in that: 上記アルミニウム粉末は、平均粒子径が2〜200μmであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。   The method for producing a porous aluminum sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum powder has an average particle diameter of 2 to 200 µm. 上記水溶性樹脂結合剤は、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の0.1%〜7%の範囲内で含まれていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。 The aluminum porous material according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-soluble resin binder is contained within a range of 0.1% to 7% of a mass of the aluminum mixed raw material powder. A method for producing a sintered body. 上記粘性組成物調製工程において、上記アルミニウム混合原料粉末の質量の0.02〜3%の範囲内の界面活性剤を添加することを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法。 The porous aluminum according to any one of claims 1 to 5, wherein in the viscous composition preparation step, a surfactant within a range of 0.02 to 3% of the mass of the aluminum mixed raw material powder is added. Of manufacturing a sintered material.
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