JP5526940B2 - Method for producing porous aluminum sintered body - Google Patents

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Description

本発明は、パイプ本体内面に発泡金属を有するヒートパイプに適した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 relates to a method for producing an aluminum porous sintered body suitable for a heat pipe having a foam metal on the inner surface of a pipe body.

一般的にヒートパイプの構造は、例えば、銅またはタングステン製の密閉された本体内に、ウィックと称される網状物や多孔性物質が装着され、水やナトリウムなどの作動液が少量封入されている。上記ウィックは、パイプ本体内の内面に毛細管作用により上記作動液を環流させるために設けられたものである。また、上記作動液は、気相と液相に変化しやすい媒体が用いられる。 In general, the structure of a heat pipe is, for example, a net or porous material called a wick is mounted in a sealed body made of copper or tungsten, and a small amount of hydraulic fluid such as water or sodium is enclosed. Yes. The wick is provided on the inner surface of the pipe body for circulating the hydraulic fluid by capillary action. The working fluid is a medium that easily changes between a gas phase and a liquid phase.

そして、ヒートパイプに封入された作動液が、外部からの熱を受熱部より吸収して蒸発し、この蒸発した作動液が、パイプ内の温度の低い放熱部に熱輸送され、この放熱部において熱を外部に放出する。熱を放出した作動液は凝縮され再び液化する。この際、液化された作動液は、上記ウィックの毛細管作用により、このウィック内部を環流して再び受熱部に移動する。このサイクルを繰り返し行うことにより、ヒートパイプは上記受熱部から上記放熱部に熱の伝達が行われる。   Then, the hydraulic fluid sealed in the heat pipe absorbs heat from the outside and evaporates, and the evaporated hydraulic fluid is thermally transported to the heat radiating portion having a low temperature in the pipe. Release heat to the outside. The working fluid that has released the heat is condensed and liquefied again. At this time, the liquefied hydraulic fluid circulates inside the wick and moves to the heat receiving portion again by the capillary action of the wick. By repeating this cycle, the heat pipe transfers heat from the heat receiving portion to the heat radiating portion.

従来、上記ウィックには、多孔質物質として、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。しかし、上記多孔質として、アルミニウム系の発泡金属を用いることにより、熱伝導度の向上やヒートパイプの軽量化を図ることが可能になる。   Conventionally, an open pore type nickel-based or stainless-based foam metal is frequently used as the porous material in the wick. However, by using an aluminum-based foam metal as the porous material, it is possible to improve the thermal conductivity and reduce the weight of the heat pipe.

そこで、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。   Therefore, 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 the 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、上記ヒートパイプに用いられる多孔質の金属板としては、気体や流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た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があった。   However, the porous metal plate used for the heat pipe is preferably obtained by the conventional foaming and melting method, whereas the pore diameter is preferably small as long as gas and fluid flow are ensured. Since foamed aluminum has large closed pores of several mm, there is a problem that it cannot be put into practical use.

ところで、電気や熱の伝導部材の接触面を考えた場合、通常、表面に多少の凹凸が存在するため、物理的に全て面で接触させることは困難である。このため、接触面での電気抵抗あるいは熱抵抗が、各部材自体の材料の物性値に比べて極めて大きくなってしまう。そこで、例えば、これらの抵抗を低下させるために、互いに接触する各部材をボルトなどを用いて、圧力を加え接触させることにより改善する方法が考えられる。この場合、各部材の接触部に耐力以上の圧力を加え、その接触部に塑性変形を生じさせて接触面積の増加を図ることによって、上述した抵抗の低減を図ることができる。
しかし、接触面の全体に一定の圧力を加えることは極めて困難であることから、接触面における電気抵抗や熱抵抗を低減するのが難しいという問題があった。
By the way, when considering the contact surface of the electric or heat conducting member, it is difficult to physically make contact with the entire surface because there are usually some irregularities on the surface. For this reason, the electrical resistance or thermal resistance at the contact surface becomes extremely large compared to the physical property values of the material of each member itself. Therefore, for example, in order to reduce these resistances, a method of improving each member in contact with each other by using a bolt or the like and applying pressure to contact each other can be considered. In this case, the above-described resistance can be reduced by applying a pressure higher than the yield strength to the contact portion of each member and causing plastic deformation at the contact portion to increase the contact area.
However, since it is extremely difficult to apply a constant pressure to the entire contact surface, there is a problem that it is difficult to reduce electrical resistance and thermal resistance at the contact surface.

そこで、この問題を解決するために、例えば下記特許文献2においては、接触面に金属の多孔質板(多孔質シート)を挟み、電気的接続を良好にする方法が提案されている。   Therefore, in order to solve this problem, for example, in Patent Document 2 below, a method has been proposed in which a metal porous plate (porous sheet) is sandwiched between contact surfaces to improve electrical connection.

しかしながら、上記金属の多孔質板は、下記特許文献2の第1図に示されているように、金属骨格が空孔を形成した構造になっていることから、その表面は金属骨格の端部がそのまま突出し不規則な凹凸を有する形状になっている。そのため、比較的低い荷重で電気的導通は得られるものの、接触点の数が少なく、満足の行く低抵抗値を得ることができないという問題がある。   However, since the metal porous plate has a structure in which the metal skeleton forms pores as shown in FIG. 1 of the following Patent Document 2, the surface thereof is an end of the metal skeleton. Protrudes as it is and has irregular irregularities. Therefore, although electrical conduction can be obtained with a relatively low load, there is a problem that the number of contact points is small and a satisfactory low resistance value cannot be obtained.

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材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構成物として、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(℃)となる加熱焼成温度T(℃)で加熱焼成することによりアルミニウム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. By adding a water-soluble resin binder and water to the mixed raw material powder, a slurry-like viscous composition containing pores is formed, and the viscous composition is formed into a pre-sintered body by a slurry method such as a doctor blade method. When the preform is heated to Tm (° C.) in a non-oxidizing atmosphere and the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting is Tm−10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.) The manufacturing method of the aluminum porous sintered compact which manufactures an aluminum porous sintered compact by heat-baking at the temperature T (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以下の極めて小さいな孔が形成された三次元骨格形状であって、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という利点がある。   According to the method for producing an aluminum porous sintered body, an aluminum porous sintered body having a three-dimensional skeleton shape in which extremely small pores having a pore diameter of 600 μm or less are formed and having an open pore type is easily obtained. There are advantages.

特開平08−209265号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-209265 特開昭53−061083号公報Japanese Patent Laid-Open No. 53-061083

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、ドクターブレード法等の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、気孔率の均質な発泡アルミニウムは容易に得られるものの、ヒートパイプの内面に貼着されるウィックに必要な密着度、および曲げ加工に対する剥離強度を向上させるための接触面を有するアルミニウム多孔質焼結体を得ることができないという問題点があった。   However, in the method for producing a porous aluminum sintered body, since the viscous composition is dried and sintered by a slurry method such as a doctor blade method, foamed aluminum having a uniform porosity is easily obtained. Although obtained, there is a problem that it is not possible to obtain an aluminum porous sintered body having a contact surface for improving the degree of adhesion necessary for the wick adhered to the inner surface of the heat pipe and the peel strength against bending. there were.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、600μm以下の微小・整寸の開気孔を有する高気孔率であって、接触面との密着性を図り熱交換効率を向上させるとともに、曲げ加工に対する剥離強度を向上させた三次元網口状の複数の空孔を有するアルミニウム多孔質焼結体を、容易かつ安価に得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 a high porosity having fine and sized open pores of 600 μm or less, and improves the heat exchange efficiency by improving the adhesion with the contact surface and bending. To provide a method for producing an aluminum porous sintered body that can easily and inexpensively obtain an aluminum porous sintered body having a plurality of three-dimensional net-like pores with improved peel strength against processing. It is to be an issue.

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チタンおよび/または水素化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、次いでこのアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と、水と、多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも1種からなる可塑剤と、炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の成形体を積層し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(℃)となる加熱焼成温度T(℃)で加熱焼成することにより、上記気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上のアルミニウムの多孔質焼結体が一体に結合されたアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体を得てなり、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%)とし、かつ0.1≦W/r≦2としたことを特徴とするアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for producing an aluminum porous sintered body according to claim 1 comprises mixing a sintering aid powder containing titanium and / or titanium hydride with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder. Then, to this aluminum mixed raw material powder, a water-soluble resin binder, water, a plasticizer comprising at least one of polyhydric alcohol, ether and ester, and a water-insoluble hydrocarbon system having 5 to 8 carbon atoms By adding and mixing an organic solvent to form a viscous composition, the viscous composition is foamed and then dried to obtain a molded body having a plurality of three-dimensional network-like pores communicating with each other. While obtaining at least two or more types of the molded products having different pore diameters and / or porosity, at least two or more types having different pore diameters and / or porosity. When the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts to melt is Tm (° C.) in a non-oxidizing atmosphere and the temperature before the aluminum mixed raw material powder starts melting is Tm− By calcining at a calcining temperature T (° C.) satisfying 10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), at least two types of aluminum porous sintered bodies having different pore diameters and / or porosity are obtained. An aluminum composite having an aluminum porous sintered body bonded together is obtained , 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 ≦ μ ≦ 30 (μm), 1 ≦ W ≦ 20 (mass%), and 0.1 ≦ W / r ≦ 2. A method for producing an aluminum composite having a bonded body.

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 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, 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または2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0.5%〜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 3 is the invention according to claim 1 or 2 , wherein the water-soluble resin binder is included within a range of 0.5% to 7% of the mass of the aluminum mixed raw material powder. It is characterized by being.

請求項に記載の発明は、請求項1ないしのいずれか一項に記載の発明において、上記アルミニウム混合原料粉末に、当該の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 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein the aluminum mixed raw material powder is within a range of 0.02 to 3% of the mass of the aluminum mixed raw material powder. These surfactants are added.

請求項1〜に記載の発明によれば、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材と水等の可塑剤、さらに非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の成形体を積層し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(℃)となる加熱焼成温度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、かつ気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の成形体が積層された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 described in claims 1 to 4 , a sintering aid powder containing titanium as a sintering aid element is mixed with aluminum powder to obtain an aluminum mixed raw material powder, and a water-soluble resin bond to the aluminum mixed raw material powder A three-dimensional network that communicates with each other by adding and mixing a material, a plasticizer such as water, and a water-insoluble hydrocarbon-based organic solvent to form a viscous composition, which is foamed and then dried. The step of obtaining a molded body having a plurality of pores is obtained with at least two or more types of molded bodies having different pore diameters and / or porosity, and at least two or more types having different pore diameters and / or porosity. The formed body is laminated to form a pre-sintered formed body, and the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting in a non-oxidizing atmosphere is Tm (° C.). Sometimes, it has a three-dimensional skeleton structure in which small pores having a pore diameter of 600 μm or less are formed by heating and baking at a heating and baking temperature T (° C.) satisfying Tm-10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), And the aluminum porous sintered compact by which the at least 2 or more types of molded object from which a pore diameter and / or a porosity differ was laminated | stacked can be obtained.

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。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 industrially used aluminum contains iron and silicon as impurities, so the melting point is 660. It is because it becomes lower than ° 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、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。   At this time, as the aluminum powder, it is preferable to use a powder having 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2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 2, 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∝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、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 that it is 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 3 .

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 4 , it is possible to effectively generate bubbles, 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 above-mentioned 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.

本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法の一実施形態の焼結前工程に用いられる成形装置の概略図である。It is the schematic of the shaping | molding apparatus used for the sintering pre-process of one Embodiment of the manufacturing method of the aluminum porous sintered compact of this invention. 本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法で得られたアルミニウム多孔質焼結体を用いたヒートパイプの一部断面斜視図である。It is a partial cross section perspective view of the heat pipe using the aluminum porous sintered compact obtained with the manufacturing method of the aluminum porous sintered compact of this invention.

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。
本実施形態の製造方法を概略説明すれば、先ず、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してアルミニウム混合原料粉末を調製する(アルミニウム混合原料粉末調製工程)。そして、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と多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも1種からなる可塑剤と炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加して混合し、第1粘性組成物3および第2粘性組成物30を調製する(粘性組成物調製工程)。
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.
If the manufacturing method of this embodiment is demonstrated roughly, first, titanium and / or titanium hydride will be mixed with aluminum powder, and aluminum mixed raw material powder will be prepared (aluminum mixed raw material powder preparation process). And in this aluminum mixed raw material powder, a water-soluble resin binder, water, a plasticizer composed of at least one of polyhydric alcohol, ether and ester, and a water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms, Are added and mixed to prepare the first viscous composition 3 and the second viscous composition 30 (viscous composition preparation step).

次いで、この第1粘性組成物3のスラリーを、図1に示すように、ドクターブレード法によりキャリアシート8上に所定の厚さに塗工した後に、さらに第2粘性組成物30のスラリーをドクターブレード法により、塗工後の粘性組成物3上に所定の厚さに塗工し、発泡させた後に乾燥させることによって焼結前成形体15を得る(焼結前工程)。
そして、この焼結前成形体15を非酸化性雰囲気下において、Tm−10(℃)≦加熱焼成温度T≦685(℃)で加熱焼成する(焼結工程)。ここで、Tm(℃)は、アルミニウム混合原料粉末が溶解を開始する温度である。
Next, as shown in FIG. 1, the slurry of the first viscous composition 3 is applied on the carrier sheet 8 to a predetermined thickness by the doctor blade method, and then the slurry of the second viscous composition 30 is further applied to the doctor. The pre-sintered molded body 15 is obtained by applying a predetermined thickness on the viscous composition 3 after coating by the blade method, foaming and then drying (pre-sintering step).
The pre-sintered compact 15 is heated and fired in a non-oxidizing atmosphere at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.) (sintering step). Here, Tm (° C.) is a temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts to melt.

次に、上記製造方法の各工程について詳細に説明する。
上記アルミニウム混合原料粉末調製工程では、アルミニウム粉末として平均粒子径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材を多量に加えて、粘性組成物3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15がハンドリング強度を有する必要がある。しかながら、水溶性樹脂結合剤を多量に加えると、焼結前成形体15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。
Next, each process of the manufacturing method will be described in detail.
In the aluminum mixed raw material powder preparation step, aluminum powder having an average particle diameter of 2 to 200 μm is used. This is because when the average particle size is reduced, a large amount of water-soluble resin binder is added to the aluminum powder so that the viscous composition 3 is viscous enough to be molded into a desired shape, and before sintering. The molded body 15 needs to have handling strength. However, when a large amount of the water-soluble resin binder is added, when the pre-sintered molded body 15 is heated and fired, the amount of carbon remaining in the aluminum increases and the sintering reaction is hindered. 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含む焼結助剤粉末を混合する。これは、後工程となる焼結工程において、焼結前成形体15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, a sintering aid powder containing titanium and / or titanium hydride is mixed with the aluminum powder. This is because, in the subsequent sintering step, the pre-sintered compact 15 is heated and fired at Tm-10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.), thereby generating a lump of droplets. This is because free sintering of aluminum is possible. 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 0 ° C. to become titanium, it is thermally decomposed to titanium by the above-mentioned heating and firing. Therefore, even when titanium hydride is mixed, free sintering of aluminum without forming a lump of droplets becomes possible.

その際、チタンおよび/または水素化チタンの平均粒子径をr(μm)、チタンおよび/または水素化チタンの配合比を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、平均粒子径が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 and / or titanium hydride is r (μm) and the blending ratio of titanium and / or titanium hydride is W (mass%), 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 since 0.1 ≦ W / 20 ≦ 2, but from 0.1 (% by mass) ≦ W ≦ 20 (% by mass) to 2 to 20%. It becomes 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されたチタン粒子となるが、そのアルミニウムとチタンの化合物相が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, and a desired strength can be 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 (% by mass) ≦ W ≦ 20 (% by mass) is set when the mixing ratio W of the sintering auxiliary powder exceeds 20% by mass in the aluminum mixed raw material powder. This is because they have contact points, making it impossible to control the heat of reaction between aluminum and titanium, and making it impossible to obtain a desired porous sintered body.

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%), depending on the particle size of the sintering aid powder, the reaction heat of aluminum and titanium may become too large, In some cases, the temperature of the aluminum melted by the heat of reaction further increases, the viscosity decreases, 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. Only the part was found to be reacting 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、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。 Regarding the meaning of 0.1 ≦ W / r ≦ 2, the case where titanium is used for the sintering aid powder will be described. The average particle diameter of titanium is r, the number of titanium particles is N, and the added mass of titanium is Assuming that 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 reaction heat 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, 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.

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からなる群から選択される少なくともいずれか一種を、また可塑剤として、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−ブチルからなる群から選択される少なくとも一種を、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 selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, methylcellulose and ethylcellulose as a water-soluble resin binder, and polyethylene as a plasticizer. At least one selected from the group consisting of glycol, glycerin and di-N-butyl phthalate is added, respectively, 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と、その添加量が比較的少量で足りる。このため、上記水溶性樹脂結合剤の添加量は、アルミニウム混合原料粉末の100質量部に対して、0.5〜7質量%の範囲内である。アルミニウム混合原料粉末の100質量に対して、7質量%を超えると、加熱焼成する際に焼結前成形体15などに残留する炭素量が増加して焼結反応が阻害され、他方0.5質量%に満たないと、焼結前成形体15のハンドリング強度が確保されないためである。   Thus, when polyvinyl alcohol, methylcellulose, or ethylcellulose is used as the water-soluble resin binder, the amount added is relatively small. For this reason, the addition amount of the said water-soluble resin binder exists in the range of 0.5-7 mass% with respect to 100 mass parts of aluminum mixing raw material powder. If it exceeds 7% by mass with respect to 100% by mass of the aluminum mixed raw material powder, the amount of carbon remaining in the pre-sintered molded body 15 or the like during heating and firing is increased, and the sintering reaction is inhibited. This is because the handling strength of the pre-sintered molded body 15 is not ensured if it is less than mass%.

また、アルキルベタインは、アルミニウム混合原料粉末の100質量部に対して、0.02〜3質量%が添加される。アルミニウム混合原料粉末の100質量に対して、0.02質量%を超えると、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、他方3質量%に満たないと、焼結前成形体15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からである。   Moreover, 0.02-3 mass% of alkylbetaines are added with respect to 100 mass parts of aluminum mixed raw material powder. If it exceeds 0.02% by mass with respect to 100% by mass of the aluminum mixed raw material powder, bubbles are effectively generated when the water-insoluble hydrocarbon-based organic solvent described later is mixed, and less than 3% by mass. This is because inhibition of the sintering reaction due to an increase in the amount of carbon remaining in the pre-sintered compact 15 or the like is prevented.

そして、これらを混練した後に、さらに炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤を混合することにより発泡させて、気泡の混合した粘性組成物3を調整する。この炭素数5〜8非水溶性炭化水素系有機溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびオクタンの少なくとも一種以上が使用可能である。   And after kneading these, it is made to foam by mixing a C5-C8 water-insoluble hydrocarbon-type organic solvent, and the viscous composition 3 with which the bubble was mixed is adjusted. As this water-insoluble hydrocarbon organic solvent having 5 to 8 carbon atoms, at least one of pentane, hexane, heptane and octane can be used.

次に、本実施形態においては、上記焼結前工程は、図1に示すような成形装置を用いて行う。
この成形装置1は、第1ドクターブレード2、第1粘性組成物3のホッパ4、第2ドクターブレード20、第2粘性組成物30のホッパ40、予備乾燥室5、恒温・高湿度槽6、乾燥槽7、キャリアシート8の送り出しリール9、キャリアシート8の支持ロール10、11、12およびキャリアシート(被塗工材)8上に、焼結前のアルミニウム多孔質体が塗布された焼結前成形体15を案内・支持するロール13、焼結前成形体15からキャリアシート8を剥離する剥離部23、さらに剥離されたキャリアシート8の巻き取りリール14、焼結前成形体15を所定の大きさに切断するカッタ16を備えて概略構成されている。
Next, in this embodiment, the pre-sintering process is performed using a molding apparatus as shown in FIG.
The molding apparatus 1 includes a first doctor blade 2, a hopper 4 of a first viscous composition 3, a second doctor blade 20, a hopper 40 of a second viscous composition 30, a preliminary drying chamber 5, a constant temperature / high humidity tank 6, Sintering in which an aluminum porous body before sintering is applied on the drying tank 7, the delivery reel 9 of the carrier sheet 8, the support rolls 10, 11, 12 of the carrier sheet 8 and the carrier sheet (coating material) 8. A roll 13 for guiding and supporting the pre-formed body 15, a peeling portion 23 for peeling the carrier sheet 8 from the pre-sintered molded body 15, a take-up reel 14 for the peeled carrier sheet 8, and a pre-sintered formed body 15 are predetermined. A cutter 16 that cuts into the size of is roughly configured.

そして、上記焼結前工程においては、ホッパ4に投入された第1粘性組成物3を、送り出しリール9から連続的に繰り出される、キャリアシート8の上面(塗布面)に、第1ドクターブレード2によって、0.05〜5mmの厚さになるように塗工した後に、ホッパ40に投入された第2粘性組成物30を、キャリアシート上に塗工された第1粘性組成物3の上面(塗布面)に、第2ドクターブレード20によって、0.05〜5mmの厚さになるように塗工する。そして、予備乾燥室5から恒温・高湿度槽6において発泡させて、その気泡を整寸化した後、乾燥槽7において温度70℃で乾燥させる。次いで、ロール13から送り出されてきた焼結前成形体15を、カッタ16などにより所定の長さに切断する。   In the pre-sintering step, the first doctor blade 2 is applied to the upper surface (application surface) of the carrier sheet 8 where the first viscous composition 3 charged into the hopper 4 is continuously fed from the feed reel 9. After coating to a thickness of 0.05 to 5 mm, the second viscous composition 30 charged into the hopper 40 is applied to the upper surface of the first viscous composition 3 coated on the carrier sheet ( The coating surface is coated by the second doctor blade 20 to a thickness of 0.05 to 5 mm. Then, foaming is performed from the preliminary drying chamber 5 in the constant temperature / high humidity tank 6, and the bubbles are sized, and then dried in the drying tank 7 at a temperature of 70 ° C. Next, the pre-sintered molded body 15 sent out from the roll 13 is cut into a predetermined length by a cutter 16 or the like.

この発泡・乾燥工程を経て送り出された焼結前成形体15は、互いに連通する三次元網口状の複数の空孔を有するとともに、気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の成形体が積層される。この積層された焼結前成形体15は、キャリアシート8の上面側に緻密層形成用成形体15aが配置され、この緻密層形成用成形体15aの上面側に多孔層形成用成形体15bが配置される。また、第1粘性組成物3および第2粘性組成物30は、これらに含まれる発泡剤の気化により気泡が形成され、その気泡周囲に金属粉末を含む組成物が凝集することにより、焼成後の骨格となる部分が形成される。上記気泡は三次元に分布し、互いに接する配置を取り、また気泡は球形状に膨らもうとすることから、骨格は略球形状の連通した気孔をもつ三次元網口状構造となる。   The pre-sintered molded body 15 delivered through the foaming / drying process has a plurality of three-dimensional network mouth-shaped pores communicating with each other, and at least two types of moldings having different pore diameters and / or porosity. The body is laminated. In the laminated pre-sintered molded body 15, a dense layer forming molded body 15 a is disposed on the upper surface side of the carrier sheet 8, and a porous layer forming molded body 15 b is disposed on the upper surface side of the dense layer forming molded body 15 a. Be placed. In addition, the first viscous composition 3 and the second viscous composition 30 have bubbles formed by vaporization of the foaming agent contained therein, and the composition containing the metal powder aggregates around the bubbles, so that A part to be a skeleton is formed. The bubbles are distributed three-dimensionally and are arranged in contact with each other. Since the bubbles try to swell in a spherical shape, the skeleton has a three-dimensional network-like structure with substantially spherical continuous pores.

また、焼結前成形体15における第1粘性組成物3のキャリアシート8側の下面には、発泡剤は球形状に膨らもうとすることから、各気泡に連通する略円形状の複数の穴が形成される。ここで気泡が接していない部分は、キャリアシート8の表面に沿って平坦な面状部を形成するとともに、気泡の部分が空孔になる。そして、上記気泡の一断面が表面の上記穴として表れることから、当該穴の径は、気泡によって連通する上記空孔より小さいもとなる。また、キャリアシート8と粘性組成物3の濡れ性を調製することにより、上記面状部の面積を調整することができる。   Further, since the foaming agent tends to swell in a spherical shape on the lower surface of the first viscous composition 3 on the carrier sheet 8 side in the pre-sintered compact 15, a plurality of substantially circular shapes communicating with each bubble are provided. A hole is formed. Here, the portion where the bubbles are not in contact forms a flat planar portion along the surface of the carrier sheet 8, and the portion of the bubbles becomes a hole. And since one section of the bubble appears as the hole on the surface, the diameter of the hole is smaller than the hole communicating with the bubble. Moreover, the area of the said planar part can be adjusted by adjusting the wettability of the carrier sheet 8 and the viscous composition 3.

一方、焼結前成形体15における第2粘性組成物30のキャリアシート8とは反対側の面である上面では、気泡が塗工された粘性組成物30の表面から突出した形で形成されるが、金属粉末を含む粘性組成物30は表面張力により表面から突出することなく表面上で凝集するために、上記突出形状の気泡の周囲には、面状に広がる面状部が形成されることになる。また、突出形状の気泡の部分は、当該気泡が乾燥により排除されることにより、空孔に連通する穴になる。この場合も、上記穴の径は、上述した理由と同様の理由により、上記空孔の径より小さくなる。また、例えば第2ドクターブレード20での塗工後に、予熱温度を変更することにより、粘性組成物30の表面の粘性や表面張力を変えて、上記面状部の面積を調整することができる。   On the other hand, the upper surface, which is the surface opposite to the carrier sheet 8, of the second viscous composition 30 in the pre-sintered molded body 15 is formed so as to protrude from the surface of the viscous composition 30 to which bubbles are applied. However, since the viscous composition 30 containing the metal powder aggregates on the surface without protruding from the surface due to surface tension, a planar portion spreading in a planar shape is formed around the protruding bubbles. become. In addition, the protruding bubble portion becomes a hole communicating with the hole when the bubble is removed by drying. Also in this case, the diameter of the hole is smaller than the diameter of the hole for the same reason as described above. Further, for example, by changing the preheating temperature after coating with the second doctor blade 20, the surface viscosity and surface tension of the viscous composition 30 can be changed to adjust the area of the planar portion.

そこで次に、上記焼結工程では、上記焼結前成形体15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15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揮発および/または分解させる脱バインダーが行われるとともに、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。   Therefore, next, in the sintering step, the pre-sintered compact 15 is placed on an alumina setter with zirconia powder spread, and 1 at 520 ° C. in an argon atmosphere having a dew point of −20 ° C. or less. Temporary firing is performed by heating for a period of time. As a result, debinding that volatilizes and / or decomposes the binder solution of the water-soluble resin binder component, the plasticizer component, distilled water, and alkylbetaine of the green compact 15 before sintering is performed, and hydrogen is used as the sintering aid powder. When titanium fluoride is used, dehydrogenation is performed.

そして、仮焼成後の焼結前成形体1514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Tで行うのは、焼結前成形体15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の不純物として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されると考えられるためである。実施に、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 compact 1514 after temporary firing is heated and fired at Tm−10 (° C.) ≦ heating and firing temperature T ≦ 685 (° C.) to obtain an aluminum porous sintered body.
The heating and baking are performed in the above range T because the pre-sintered compact 15 is heated to the melting temperature Tm (° C., but the reaction between aluminum and titanium is considered to start. Since the eutectic alloy elements such as Fe and Si are contained in a very small amount as impurities and the melting point is lowered, it is considered that the reaction between aluminum and titanium is started by heating to Tm-10 (° C.). In practice, while the melting point of aluminum is 660 ° C., with atomized powder having a purity of about 98% to 99.7% distributed as pure aluminum powder, around 650 ° C. is the melting start temperature. Become.

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℃以下に保持する必要がある。   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 maintain 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、予備加熱として、400℃以下の加熱温度に30分間程度保持する場合には、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15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 preheating is held at a heating temperature of 400 ° C. or lower for about 30 minutes, the oxide film on the surface of the aluminum particles and the surface of the titanium particles does not grow so much even when heated in air. The molded body 15 may be once heated and held in air at 300 ° C. to 400 ° C. for about 10 minutes to remove the binder, and then heated and fired at a predetermined temperature in an argon atmosphere.

これにより得られたアルミニウム多孔質焼結体17は、図2に見られるように、有孔金属焼結体からなる三次元網口構造の金属骨格を有し、かつ気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の多孔質体が積層されている。この積層されている多孔質体は、気孔径が0.1〜20μm、気孔率5〜50%の緻密層17aと、気孔径が20〜600μm、気孔率70〜97%の多孔層15bとにより構成されている。また、有孔金属焼結体に略均一に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ヶ以上形成されて、緻密層17aが5〜50%、多孔層17bが70〜97%の全体気孔率を有している。   The aluminum porous sintered body 17 thus obtained has a metal skeleton having a three-dimensional network structure made of a porous metal sintered body and has a pore diameter and / or porosity as shown in FIG. Two or more kinds of porous bodies having different values are laminated. The laminated porous body includes a dense layer 17a having a pore diameter of 0.1 to 20 μm and a porosity of 5 to 50%, and a porous layer 15b having a pore diameter of 20 to 600 μm and a porosity of 70 to 97%. It is configured. Further, the Al—Ti compound is dispersed substantially uniformly in the porous metal sintered body, and 20 or more pores are formed per 1 cm of the linear length, and the dense layer 17a is 5 to 50% and the porous layer 17b. Has an overall porosity of 70-97%.

さらに、本実施形態のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法により得られたアルミニウム多孔質焼結体17を、図2に示すように、ヒートパイプ18に用いる場合には、まず2枚のアルミニウムの平板を各々コの字状に折曲する。次いで、この折曲した各々のアルミニウム板に、アルミニウム多孔質焼結体17を接着する。この時、アルミニウム多孔質焼結体17の緻密層17a側を、コの字状に折曲した上記アルミニウム板の内面に密着させて配置する。   Furthermore, when the aluminum porous sintered body 17 obtained by the method for producing an aluminum porous sintered body of the present embodiment is used for a heat pipe 18 as shown in FIG. Each flat plate is folded into a U-shape. Next, the aluminum porous sintered body 17 is bonded to each bent aluminum plate. At this time, the dense porous layer 17a side of the aluminum porous sintered body 17 is disposed in close contact with the inner surface of the aluminum plate bent in a U-shape.

そして、折曲した各々の上記アルミニウム板に接着されたアルミニウム多孔質焼結体17側を向かい合わせ、各々の長辺部同士をかしめて角柱状のパイプにするとともに、当該角柱状のパイプ内に作動液20として水を入れ、内部を減圧した後に、開口されている両隊側をアルミニウム板で塞ぎかしめることにより、密閉されたヒートパイプを製造することができる。   Then, the aluminum porous sintered body 17 side bonded to each of the bent aluminum plates is faced to each other, and each long side portion is caulked to form a prismatic pipe, and in the prismatic pipe After filling water as the working fluid 20 and depressurizing the inside, a sealed heat pipe can be manufactured by closing both sides of the open corps with an aluminum plate.

このヒートパイプ18は、図2示すように、パイプの一端部の受熱部21より外部の熱を吸収し、内部の作動液20が蒸発する。この際、パイプ内面に貼着されたアルミニウム多孔質焼結体17の緻密層17aは、平坦な面状部17cにより密着されているため、外部からの熱を効率良く吸収することができる。そして、蒸発した作動液20が蒸気となり、パイプ内の温度の低い放熱部22に熱輸送される。この放熱部22において、輸送された蒸気から熱が外部に放出される。この際も、パイプ内面に貼着されたアルミニウム多孔質焼結体17の緻密層17aは、平坦な面状部17cにより密着されているため、外部に熱を効率良く放出することができる。さらに、熱を放出した作動液20は凝縮され再び液化する。この液化された作動液20は、ウィック19であるアルミニウム多孔質焼結体17の多孔層17bの毛細管作用によって吸収され、環流することにより再び受熱部に移動する。そして、受熱部21に移動した作動液20は、再び外部の熱を吸収して蒸発する。このサイクルを繰り返し行うことにより、ヒートパイプ18は受熱部21から放熱部22に熱の伝達を行う。   As shown in FIG. 2, the heat pipe 18 absorbs external heat from the heat receiving portion 21 at one end of the pipe, and the internal working fluid 20 evaporates. At this time, since the dense layer 17a of the aluminum porous sintered body 17 adhered to the inner surface of the pipe is in close contact with the flat planar portion 17c, heat from the outside can be efficiently absorbed. Then, the evaporated working fluid 20 becomes steam and is transported by heat to the heat radiating portion 22 having a low temperature in the pipe. In this heat radiating portion 22, heat is released from the transported steam to the outside. Also at this time, the dense layer 17a of the porous aluminum sintered body 17 adhered to the inner surface of the pipe is in close contact with the flat planar portion 17c, so that heat can be efficiently released to the outside. Furthermore, the working fluid 20 that has released the heat is condensed and liquefied again. The liquefied hydraulic fluid 20 is absorbed by the capillary action of the porous layer 17b of the aluminum porous sintered body 17 serving as the wick 19, and moves to the heat receiving portion again by circulating. Then, the hydraulic fluid 20 that has moved to the heat receiving portion 21 again absorbs external heat and evaporates. By repeating this cycle, the heat pipe 18 transfers heat from the heat receiving portion 21 to the heat radiating portion 22.

したがって、ヒートパイプ18のウィック19に本願発明の製造方法で得られたアルミニウム多孔質焼結体17を用いることにより、受熱部21による熱の吸収および放熱部22による熱の放出との熱交換効率を向上させることができるとともに、三次元骨格形状に孔径600μ以下の極めて小さいな孔が形成されているため、この微小孔の内部のガスが沸騰核となり、作動液20の放出部22での揮発がスムーズに行われ、冷却高率を高めることができる。   Therefore, by using the porous aluminum sintered body 17 obtained by the manufacturing method of the present invention for the wick 19 of the heat pipe 18, the heat exchange efficiency between the heat absorption by the heat receiving portion 21 and the heat release by the heat radiating portion 22 is achieved. In addition, since a very small hole having a hole diameter of 600 μm or less is formed in the three-dimensional skeleton shape, the gas inside the minute hole becomes a boiling nucleus, and volatilization in the discharge part 22 of the working fluid 20 occurs. Is performed smoothly and the cooling rate can be increased.

また、アルミニウム多孔質焼結体17の緻密層17aが、平坦な面状部17cにより、アルミニウム板と密着されているため、ヒートパイプ18を曲げ加工により形状を変形させても、アルミニウム多孔質焼結体17は、アルミニウム板から剥離されることがない。   In addition, since the dense layer 17a of the aluminum porous sintered body 17 is in close contact with the aluminum plate by the flat planar portion 17c, the aluminum porous sintered body can be formed even if the shape of the heat pipe 18 is deformed by bending. The bonded body 17 is not peeled off from the aluminum plate.

本発明のアルミニウム多孔質焼結体の製造方法は、ヒートパイプのウィックを製造する際に利用することができる。   The method for producing a porous aluminum sintered body of the present invention can be used when producing a wick of a heat pipe.

1 成形装置
2 第1ドクターブレード
20 第2ドクターブレード
3 第1粘性組成物
30 第2粘性組成物
4、40 ホッパ
5 予備乾燥室
6 高湿度槽
7 乾燥槽
8 キャリアシート
9 送り出しリール
10、11、12 支持ロール
13 案内・支持ロール
14 巻き取りリール
15 焼結前成形体
15a 緻密層形成用成形体
15b 多孔層形成用成形体
16 カッタ
17 アルミニウム多孔質焼結体
17a 緻密層
17b 多孔層
17c 面状部
18 ヒートパイプ
19 ウィック
20 作動液
21 受熱部
22 放出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molding apparatus 2 1st doctor blade 20 2nd doctor blade 3 1st viscous composition 30 2nd viscous composition 4, 40 Hopper 5 Predrying chamber 6 High humidity tank 7 Drying tank 8 Carrier sheet 9 Delivery reel 10, 11, 12 Support Roll 13 Guide / Support Roll 14 Take-up Reel 15 Pre-Sintered Molded Body 15a Dense Layer Forming Body 15b Porous Layer Forming Form 16 Cutter 17 Aluminum Porous Sintered Body 17a Dense Layer 17b Porous Layer 17c Planar Part 18 Heat pipe
19 Wick 20 Hydraulic fluid 21 Heat receiving part 22 Release part

Claims (4)

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、次いでこのアルミニウム混合原料粉末に、水溶性樹脂結合剤と、水と、多価アルコール、エーテルおよびエステルのうちの少なくとも1種からなる可塑剤と、炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤とを添加・混合して粘性組成物とし、この粘性組成物を発泡させた後に乾燥させることによって、互いに連通する三次元網目状の複数の空孔を有する成形体を得る工程により、気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の当該成形体を得るとともに、この気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上の成形体を積層し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(℃)となる加熱焼成温度T(℃)で加熱焼成することにより、上記気孔径および/または気孔率が異なる少なくとも2種類以上のアルミニウムの多孔質焼結体が一体に結合されたアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体を得てなり、
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%)とし、かつ0.1≦W/r≦2としたことを特徴とするアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。
The aluminum powder is mixed with a sintering aid powder containing titanium and / or titanium hydride to obtain an aluminum mixed raw material powder, and then the aluminum mixed raw material powder is mixed with a water-soluble resin binder, water, polyhydric alcohol, ether. And a plasticizer comprising at least one of esters and a water-insoluble hydrocarbon-based organic solvent having 5 to 8 carbon atoms are added and mixed to form a viscous composition, and the viscous composition is foamed and then dried. Thus, by obtaining a molded body having a plurality of three-dimensional network-shaped pores communicating with each other, at least two or more types of the molded bodies having different pore diameters and / or porosity are obtained. / Or laminated at least two types of molded bodies having different porosity to form a molded body before sintering,
Tm-10 (° C.) ≦ T ≦ 685 (° C.), where Tm (° C.) is the temperature at which the aluminum mixed raw material powder starts melting in a non-oxidizing atmosphere. By heat-firing at a heat-firing temperature T (° C.), an aluminum porous sintered body in which at least two types of aluminum porous sintered bodies having different pore diameters and / or porosity are integrally bonded is provided. An aluminum composite ,
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 (mass%) and 0.1 ≦ W / r ≦ 2. A method for producing an aluminum composite having an aluminum porous sintered body,
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に記載のアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。   2. The method for producing an aluminum composite having an aluminum porous sintered body according to claim 1, 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0.5%〜7%の範囲内で含まれている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を有するアルミニウム複合体の製造方法。 3. The porous aluminum sintered body according to claim 1, wherein the water-soluble resin binder is contained within a range of 0.5% to 7% of a mass of the aluminum mixed raw material powder. The manufacturing method of the aluminum composite which has this. 上記アルミニウム混合原料粉末に、当該の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3のいずれか一項に記載のアルミニウム多孔質焼結体を有するアルミニウム複合体の製造方法。 The surfactant within the range of 0.02 to 3% of the mass of the aluminum mixed raw material powder is added to the aluminum mixed raw material powder . A method for producing an aluminum composite having an aluminum porous sintered body.
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