JP6593875B2 - Porous material and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質材料及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、アルミニウム化合物の殻で囲まれた空孔を有する多孔質材料と、その多孔質材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a porous material and a method for producing the same, and more particularly to a porous material having pores surrounded by an aluminum compound shell and a method for producing the porous material.

多数の空孔を有する多孔質材料は、緻密体では得られない機能をもっており、機能材料として注目されている。特に多孔質アルミニウムは、軽量性、吸音性、衝撃吸収性、断熱性を有しており、環境分野やエネルギー分野のみならず、幅広い分野での需要が期待されている。例えば、自動車部品や航空機等のハニカム材料や、吸音材として利用されている。   A porous material having a large number of pores has a function that cannot be obtained with a dense body, and has attracted attention as a functional material. In particular, porous aluminum has lightness, sound absorption, shock absorption, and heat insulation, and is expected to be demanded not only in the environmental and energy fields but also in a wide range of fields. For example, it is used as a honeycomb material for automobile parts and aircraft, or as a sound absorbing material.

多孔質アルミニウムは、従来、粉末冶金法、鋳造法、化学蒸着法等で製造されている。特に現在の主な製造方法として、プリカーサ法を挙げることができる。プリカーサ法は、アルミニウム粉末と発泡助剤粉末である水素化チタン等とを混合し、圧縮成形した後に焼結する方法である。その焼結時には、金属部分は半溶融状態となり、水素化チタンが分解して水素ガスを放出し、このガスによって空孔が形成されて多孔質アルミニウムを得ることができる。また、例えば特許文献1にも、軽量であり、且つセル組織が均質で衝撃エネルギー吸収部材として用いるアルミニウム合金発泡体の製造方法が提案されている。この技術は、アルミニウム合金の溶湯に増粘剤と発泡剤とを加えて攪拌して鋳造するアルミニウム合金発泡体の、鋳造時の溶湯の鋳造温度を、アルミニウム合金の固相線温度よりも高くすると共に、鋳造時の鋳型の温度を、アルミニウム合金の液相線温度以上であり且つ鋳造温度以上として発泡アルミニウムを得る方法である。これらの製造方法は、複雑な装置を必要とし、また、増粘剤や発泡剤を用いる必要があるとともに、製造条件も複雑であった。   Porous aluminum is conventionally produced by powder metallurgy, casting, chemical vapor deposition, and the like. In particular, the precursor method can be cited as the current main production method. The precursor method is a method in which aluminum powder and titanium hydride, which is a foaming auxiliary powder, are mixed, compression-molded, and sintered. During the sintering, the metal portion is in a semi-molten state, titanium hydride is decomposed and hydrogen gas is released, and pores are formed by this gas to obtain porous aluminum. Also, for example, Patent Document 1 proposes a method for producing an aluminum alloy foam that is lightweight and has a uniform cell structure and is used as an impact energy absorbing member. This technology increases the casting temperature of the molten aluminum alloy during casting by adding a thickener and a foaming agent to the molten aluminum alloy and stirring it higher than the solidus temperature of the aluminum alloy. At the same time, the temperature of the casting mold is equal to or higher than the liquidus temperature of the aluminum alloy and equal to or higher than the casting temperature to obtain foamed aluminum. These manufacturing methods require complicated equipment, use of a thickener and a foaming agent, and manufacturing conditions are also complicated.

一方、例えば特許文献2には、アルミニウムを溶融したり焼結したりすることなく、容易に多孔質体からなるアルミニウム固化成形体を得ることができるアルミニウムの固化成形方法が提案されている。この技術は、容器内に、アルミニウム材と水とを入れて撹拌し、アルミニウムと水とを混合させる工程と、アルミニウムと水との混合物を収容した容器を静置させた状態で、アルミニウムと水との反応工程を経過させ、アルミニウムと水とが反応して生成されたアルミナ水和物を介して一体化した多孔質体からなる固化成形体を得る固化工程とを備える方法である。この方法は、アルミナ水和物を介してアルミニウム粉末を一体化させた際に生じる多数の空隙によって多孔質体を形成しており、従来の発泡アルミニウムの製造のような複雑な装置や条件は不要になるという利点がある。   On the other hand, for example, Patent Document 2 proposes an aluminum solidification molding method that can easily obtain an aluminum solidification compact made of a porous body without melting or sintering the aluminum. In this technique, an aluminum material and water are placed in a container and stirred, and the aluminum and water are mixed while the container containing the mixture of aluminum and water is allowed to stand. And a solidification step of obtaining a solidified molded body made of a porous body integrated through alumina hydrate produced by reaction of aluminum and water. In this method, a porous body is formed by a large number of voids generated when aluminum powder is integrated through alumina hydrate, and complicated equipment and conditions such as conventional production of foamed aluminum are not required. There is an advantage of becoming.

なお、近年、再生治療が注目されており、特に骨折時の治療に重要な細胞である骨芽細胞の足場が求められている。骨芽細胞が成長するためには、数十μm〜数百μmの孔が空いている必要がある。例えば特許文献3には、硬性医療機器を骨等に埋入するときに起こる緩み又はダウングロースを防止し、かつ、骨芽細胞の硬性医療機器への固定性を促進させるための医療材料が提案されている。この医療材料は、骨組織及び/又は軟骨組織と硬性医療機器との間を埋めるスペーサーであって、その硬性医療機器には固着されておらず、空隙構造を持ち、圧力に応じて変形させることでその硬性医療機器を骨組織及び/又は軟骨組織に固定するというものである。この医療材料として、金属繊維、金属被覆繊維、無機物被覆繊維、合成高分子材料由来材料、ハイドロオキシアパタイト、チタン、チタン合金、ステンレス鋼、コバルト合金、銀、酸化チタン、窒化チタン、炭化チタン、アルミナ、ジルコニア等の生体内非吸収性材料が使用できることが記載されている。   In recent years, regenerative treatment has attracted attention, and a scaffold for osteoblasts, which are cells that are particularly important for the treatment of fractures, is required. In order for osteoblasts to grow, pores of several tens of μm to several hundreds of μm need to be open. For example, Patent Document 3 proposes a medical material for preventing loosening or downgrowth that occurs when a hard medical device is embedded in bone or the like, and promoting the fixation of osteoblasts to the hard medical device. Has been. This medical material is a spacer that fills between the bone tissue and / or cartilage tissue and the rigid medical device, is not fixed to the rigid medical device, has a void structure, and is deformed according to pressure. The rigid medical device is fixed to bone tissue and / or cartilage tissue. As this medical material, metal fiber, metal coated fiber, inorganic coated fiber, synthetic polymer material-derived material, hydroxyapatite, titanium, titanium alloy, stainless steel, cobalt alloy, silver, titanium oxide, titanium nitride, titanium carbide, alumina It is described that non-absorbable materials such as zirconia can be used.

特開2009−45655号公報JP 2009-45655 A 特開2012−52223号公報JP 2012-52223 A 特開2010−233860号公報JP 2010-233860 A

上記した従来の多孔質アルミニウムの製造は、粉末冶金法、鋳造法、化学蒸着法等で行われることから、製造装置が複雑でコストも嵩むという難点があった。また、本発明者が既に提案した特許文献2の手法での多孔質アルミニウムの製造は、複雑な装置や条件が不要であるという利点があるが、より軽量化を実現するための要請があるとともに、骨芽細胞の足場等の医療材料に使用できることも要請されている。   Since the above-described conventional production of porous aluminum is performed by a powder metallurgy method, a casting method, a chemical vapor deposition method, or the like, there is a difficulty in that the production apparatus is complicated and the cost is increased. In addition, the production of porous aluminum by the method of Patent Document 2 already proposed by the present inventor has an advantage that a complicated apparatus and conditions are unnecessary, but there is a demand for realizing a lighter weight. There is also a demand for use in medical materials such as osteoblast scaffolds.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、製造が容易であり、軽量で、医療材料としても使用可能な多孔質材料、及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a porous material that is easy to manufacture, is lightweight, and can be used as a medical material, and a method for manufacturing the same. It is in.

(1)上記課題を解決するための本発明に係る多孔質材料の製造方法は、アルミニウム材と水とを反応させて該アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成させる工程と、前記アルミニウム材が溶融する温度を加えて該アルミニウム材を流し出す工程とを有することを特徴とする。   (1) A method for producing a porous material according to the present invention for solving the above-described problems includes a step of reacting an aluminum material and water to form an aluminum compound on the aluminum material, and the aluminum material melts. And a step of pouring out the aluminum material by applying a temperature.

この発明によれば、アルミニウム材上にアルミニウム化合物を形成した後に熱処理してアルミニウム材を流し出すので、アルミニウム材が流れた後にはアルミニウム化合物の殻が残り、その殻で構成された多くの空孔を備えた多孔質材料を製造することができる。その結果、焼結工程を必要とせず、発泡剤も不要であり、製造が容易であり、軽量で、医療材料としても使用可能な多孔質材料を製造することができる。   According to the present invention, the aluminum compound is formed on the aluminum material and then heat-treated to flow out the aluminum material. Therefore, after the aluminum material flows, the aluminum compound shell remains, and a large number of pores constituted by the shell. Can be produced. As a result, it is possible to manufacture a porous material that does not require a sintering process, does not require a foaming agent, is easy to manufacture, is lightweight, and can be used as a medical material.

本発明に係る多孔質材料の製造方法において、前記アルミニウム化合物は、隣接する前記アルミニウム材同士を結びつけて固化成形する。   In the method for producing a porous material according to the present invention, the aluminum compound is solidified by joining adjacent aluminum materials together.

本発明に係る多孔質材料の製造方法において、前記アルミニウム材の形状が、粒子状又は繊維状の微細原料である。   In the method for producing a porous material according to the present invention, the aluminum material is a particulate or fibrous fine raw material.

本発明に係る多孔質材料の製造方法において、前記アルミニウム化合物が水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムであり、前記水酸化アルミニウム及び/又は前記酸化アルミニウムがべーマイト又はバイヤライトである。   In the method for producing a porous material according to the present invention, the aluminum compound is aluminum hydroxide and / or aluminum oxide, and the aluminum hydroxide and / or the aluminum oxide is boehmite or bayerite.

(2)上記課題を解決するための本発明に係る多孔質材料材は、アルミニウム化合物の殻で囲まれた空孔を有し、隣接する前記殻同士が結びついて多孔質構造をなすことを特徴とする。   (2) A porous material according to the present invention for solving the above-mentioned problems has a void surrounded by a shell of an aluminum compound, and the adjacent shells are connected to form a porous structure. And

この発明によれば、アルミニウム化合物の殻同士が結びつき、その殻で囲まれた空孔を有した特徴的な多孔質構造になっている。   According to this invention, the shells of aluminum compounds are connected to each other, and a characteristic porous structure having pores surrounded by the shells is obtained.

本発明に係る多孔質材料において、前記アルミニウム化合物が水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムであり、前記水酸化アルミニウム及び/又は前記酸化アルミニウムがべーマイト又はバイヤライトである。   In the porous material according to the present invention, the aluminum compound is aluminum hydroxide and / or aluminum oxide, and the aluminum hydroxide and / or aluminum oxide is boehmite or bayerite.

本発明に係る多孔質材料の製造方法によれば、アルミニウム化合物の殻で構成された多くの空孔を備えた多孔質材料を製造することができるので、焼結工程を必要とせず、発泡剤も不要であり、製造が容易であり、軽量で、医療材料としても使用可能な多孔質材料を得ることができる。また、本発明に係る多孔質材料によれば、軽量で、医療材料としても使用可能である。本発明に係る多孔質材料は、生体材料や液体(薬品や食材)のフィルターとして利用でき、特に、再生治療の足場として利用できる。   According to the method for producing a porous material according to the present invention, a porous material having a large number of pores made of an aluminum compound shell can be produced, so that a sintering step is not required and a foaming agent is produced. In addition, a porous material that is easy to manufacture, lightweight, and usable as a medical material can be obtained. Moreover, according to the porous material which concerns on this invention, it is lightweight and can be used also as a medical material. The porous material according to the present invention can be used as a filter for biomaterials and liquids (chemicals and foods), and in particular, can be used as a scaffold for regenerative treatment.

本発明に係る多孔質材料の一例を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows an example of the porous material which concerns on this invention. 粒子状のアルミニウム材の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of a particulate aluminum material. 実施例1で用いたメカノケミカル反応装置を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a mechanochemical reaction apparatus used in Example 1. FIG. メカノケミカル反応装置での印加圧力を変化させたときの固化成形体の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the solidification molded object when changing the applied pressure in a mechanochemical reaction apparatus. ベーマイトとバイヤライトを示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows boehmite and bayerite. 水の配合割合を25%、30%として生成したアルミニウム化合物のX線回折パターンである。It is the X-ray diffraction pattern of the aluminum compound produced | generated as the mixture ratio of water 25% and 30%. 水の配合割合を40%、50%として生成したアルミニウム化合物のX線回折パターンである。It is the X-ray diffraction pattern of the aluminum compound produced | generated as the mixture ratio of water 40% and 50%. メカノケミカル反応によりアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体表面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the surface of the solidification molding body after producing | generating an aluminum compound by a mechanochemical reaction and before a heating process. 加熱工程前の固化成形体(a)、加熱工程後の成形体(b)、加熱工程後で成形体表面の流出アルミニウムを除去した後の成形体(c)をそれぞれ示す外観写真である。It is an appearance photograph which shows the solidified molded object (a) before a heating process, the molded object (b) after a heating process, and the molded object (c) after removing the outflow aluminum on the surface of a molded object after a heating process, respectively. 図9(c)の成形体表面のX線回折パターンである。FIG. 10 is an X-ray diffraction pattern on the surface of the molded body in FIG. 実施例2で用いた粒径の異なる粒子状のアルミニウム材の電子顕微鏡写真である。4 is an electron micrograph of particulate aluminum materials having different particle diameters used in Example 2. FIG. 実施例2で用いた反応装置を示す模式図である。2 is a schematic diagram showing a reaction apparatus used in Example 2. FIG. アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体の外観写真であり、(a)〜(d)は、原料としたアルミニウム材の平均粒径をそれぞれ20μm、70μm、120μm、275μmとしたものである。It is an external appearance photograph of the solidification molded object after producing | generating an aluminum compound on an aluminum material, and before a heating process, (a)-(d) is the average particle diameter of the aluminum material used as a raw material by 20 micrometers, 70 micrometers, and 120 micrometers, respectively. 275 μm. アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体表面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the surface of the solidification molding body after producing | generating an aluminum compound on an aluminum material and before a heating process. アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体断面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the cross section of the solidification molding body after producing | generating an aluminum compound on an aluminum material and before a heating process. 成形時に発生した水素量の測定結果を示したグラフである。このときの水素量は、成形時間を32時間とした時の総発生量を測定した結果である。It is the graph which showed the measurement result of the amount of hydrogen generated at the time of fabrication. The amount of hydrogen at this time is the result of measuring the total amount generated when the molding time is 32 hours. アルミニウム粉末の単位面積当たりの水素の発生量と、アルミニウム粉末の質量から求めた粉末の総表面積とを、平均粒径に対して示したグラフである。It is the graph which showed the generation amount of hydrogen per unit area of aluminum powder, and the total surface area of the powder calculated | required from the mass of aluminum powder with respect to the average particle diameter.

本発明に係る多孔質材料及びその製造方法について、以下に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲を包含する。   The porous material and the method for producing the same according to the present invention will be described below. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments, but includes the scope of the gist thereof.

本発明に係る多孔質材料は、図1に示すように、アルミニウム化合物の殻で囲まれた空孔を有し、隣接する殻同士が結びついて多孔質構造をなしている。こうした多孔質材料は、アルミニウム材と水とを反応させてそのアルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成させる工程(アルミニウム化合物生成工程)と、そのアルミニウム材が溶融する温度を加えてそのアルミニウム材を流し出す工程(加熱工程)とを有する方法によって製造することができる。   As shown in FIG. 1, the porous material according to the present invention has pores surrounded by shells of an aluminum compound, and adjacent shells are connected to form a porous structure. Such a porous material is made to react with an aluminum material and water to produce an aluminum compound on the aluminum material (aluminum compound production step), and to add the temperature at which the aluminum material melts to flow out the aluminum material. It can manufacture by the method which has a process (heating process).

得られた多孔質材料は、アルミニウム化合物の殻が結びつき、その殻で囲まれた空孔を有した特徴的な多孔質構造になっており、軽量で、医療材料として利用できる。また、多孔質材料の製造では、焼結工程を必要とせず、発泡剤も不要であり、製造が容易である。   The obtained porous material has a characteristic porous structure in which a shell of an aluminum compound is bound and has pores surrounded by the shell, is lightweight, and can be used as a medical material. In addition, the production of the porous material does not require a sintering step, and no foaming agent is required, and the production is easy.

以下、多孔質材料及びその製造方法について、その構成要素を詳しく説明する。最初に、多孔質材料の製造方法について説明し、その後、製造された多孔質材料の構造上の特徴について説明する。   Hereinafter, the constituent elements of the porous material and the manufacturing method thereof will be described in detail. First, a method for producing a porous material will be described, and then structural features of the produced porous material will be described.

多孔質材料の製造方法は、アルミニウム材と水とを反応させてそのアルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成させる工程(アルミニウム化合物生成工程)と、そのアルミニウム材が溶融する温度を加えてそのアルミニウム材を流し出す工程(加熱工程)とを有している。   The method for producing a porous material includes a step of reacting an aluminum material with water to form an aluminum compound on the aluminum material (aluminum compound generation step), and adding a temperature at which the aluminum material melts to A flow-out step (heating step).

<アルミニウム化合物生成工程>
(アルミニウム材)
アルミニウム材としては、純アルミニウムであってもよいし、アルミニウム合金であってもよい。純アルミニウムは、純度99.00%以上のアルミニウムをいい、例えばA1100等を挙げることができる。アルミニウム合金としては、2000系アルミニウムから8000系アルミニウムを挙げることができ、例えばA5052といったAl−Mg系のアルミニウム合金を好ましく挙げることができる。純アルミニウムとアルミニウム合金のうち、純アルミニウムは純水との反応が良好なため好ましく適用できる。
<Aluminum compound production process>
(Aluminum material)
The aluminum material may be pure aluminum or an aluminum alloy. Pure aluminum refers to aluminum having a purity of 99.00% or more, and examples thereof include A1100. Examples of the aluminum alloy include 2000 series aluminum to 8000 series aluminum. For example, an Al—Mg series aluminum alloy such as A5052 can be preferably exemplified. Of pure aluminum and aluminum alloys, pure aluminum is preferably applicable because of its good reaction with pure water.

アルミニウム材の形状は、図2に示すような粒子状であってもよいし、繊維状(図示しない)であってもよく、特に限定されない。粒子状のアルミニウム材の粒径は、加える圧縮応力の有無によっても異なり、特に限定されない。後述の実施例2では、平均粒径で20μm〜275μmの範囲で固化成形体を得ることができているが、平均粒径で20μm以上、150μm以下の範囲内であることが好ましい。この範囲の平均粒径のアルミニウム材を用いることにより、空隙の多い多孔質材料を得ることができる。粒子状のアルミニウム材は、各種の方法で製造されたものを用いることができ、一例としては、図2に示すように、遠心噴霧法によって作製された粒子状のアルミニウム材を用いることができる。なお、平均粒径は、粒度分布の積算値が50%の値を読み取ることによって測定することができる。   The shape of the aluminum material may be particulate as shown in FIG. 2 or may be fibrous (not shown), and is not particularly limited. The particle size of the particulate aluminum material varies depending on the presence or absence of compressive stress to be applied, and is not particularly limited. In Example 2, which will be described later, a solidified molded product can be obtained in the range of 20 μm to 275 μm in average particle size, but it is preferably in the range of 20 μm to 150 μm in average particle size. By using an aluminum material having an average particle diameter in this range, a porous material having many voids can be obtained. As the particulate aluminum material, those produced by various methods can be used. As an example, as shown in FIG. 2, a particulate aluminum material produced by centrifugal spraying can be used. The average particle size can be measured by reading a value where the integrated value of the particle size distribution is 50%.

繊維状のアルミニウム材としては、アスペクト比(繊維長さ:繊維直径)に限定されることなく使用することが可能である。アスペクト比の異なる繊維状アルミニウム材を用いることにより、空隙を制御することができる。繊維長さとしては20μm以上、15mm以下の範囲内であることが好ましく、繊維直径としては20μm以上、150μm以下の範囲内であることが好ましい。こうした繊維状のアルミニウム材は、各種の方法で製造されたものを用いることができ、一例としては、コイル切削法によって作製された繊維状のアルミニウム材を用いることができる。なお、繊維長さと繊維直径は、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて撮影した画像によって測定することができる。   The fibrous aluminum material can be used without being limited to the aspect ratio (fiber length: fiber diameter). By using fibrous aluminum materials having different aspect ratios, the voids can be controlled. The fiber length is preferably in the range of 20 μm to 15 mm, and the fiber diameter is preferably in the range of 20 μm to 150 μm. As such a fibrous aluminum material, those produced by various methods can be used. As an example, a fibrous aluminum material produced by a coil cutting method can be used. The fiber length and fiber diameter can be measured from images taken using a field emission scanning electron microscope.

(水)
水としては、純水、イオン交換水、逆浸透膜水、水道水、食塩水、油を含む水等を用いることができ、水(HO)を含んでいれば特に限定されない。通常、純水を好ましく用いることができる。
(water)
As water, pure water, ion exchange water, reverse osmosis membrane water, tap water, saline, water containing oil, and the like can be used, and there is no particular limitation as long as water (H 2 O) is contained. Usually, pure water can be preferably used.

(アルミニウム化合物の生成反応)
反応は、アルミニウム材と水とを接触させて行う。この接触によって、アルミニウム材の表面にアルミニウム化合物を生成する。アルミニウム化合物としては、水酸化アルミニウムと酸化アルミニウムの一方又は両方を挙げることができる。なかでも、水酸化アルミニウムの水和物であるAl(OH)・nHOが生成し易い。こうしたアルミニウム化合物は、従来のようにアルミニウム材を加熱したり焼結したりすることなく生成される。アルミニウム化合物が表面に生成したアルミニウム材は、アルミニウムの固化成形体となる。その固化成形体は、表面のアルミニウム化合物によって隣接する粒状又は繊維状のアルミニウム材同士が結びついて固化した形態として得られる。
(Production reaction of aluminum compound)
The reaction is carried out by bringing an aluminum material into contact with water. By this contact, an aluminum compound is generated on the surface of the aluminum material. Examples of the aluminum compound include one or both of aluminum hydroxide and aluminum oxide. Among these, Al (OH) 3 .nH 2 O, which is a hydrate of aluminum hydroxide, is easily generated. Such an aluminum compound is produced without heating or sintering an aluminum material as in the prior art. The aluminum material formed on the surface of the aluminum compound becomes a solidified aluminum body. The solidified molded body is obtained as a form in which the adjacent granular or fibrous aluminum materials are bonded together by the aluminum compound on the surface and solidified.

アルミニウム材と水との反応は、2Al+6HO→2Al(OH)+3H …(1)で表される。この反応で生成する水酸化アルミニウムとしては、ベーマイト(水酸化アルミニウム・一水和物)や、バイヤライト(水酸化アルミニウム・三水和物)を挙げることができる。いずれが生成するかは、反応温度によって異なるが、通常、ベーマイトは、アルミニウム材の表面に最初に生成し、バイヤライトは、ベーマイトが生成した後に生成する。図5に示す電子顕微鏡写真は、針状のベーマイトと、柱状のバイヤライトを示している。なお、アルミニウム材と水との反応では、水酸化アルミニウムのほか、酸化アルミニウムも生成することがあり、これら水酸化アルミニウムと酸化アルミニウムの一方(単体)又は両方(混合体)を、本願ではアルミニウム化合物と呼んでいる。 The reaction between the aluminum material and water is represented by 2Al + 6H 2 O → 2Al (OH) 3 + 3H 2 (1). Examples of the aluminum hydroxide produced by this reaction include boehmite (aluminum hydroxide monohydrate) and bayerite (aluminum hydroxide trihydrate). Which is produced depends on the reaction temperature, but usually boehmite is produced first on the surface of the aluminum material, and bayerite is produced after the boehmite is produced. The electron micrograph shown in FIG. 5 shows acicular boehmite and columnar bayerite. In addition, in the reaction of an aluminum material and water, in addition to aluminum hydroxide, aluminum oxide may also be generated. One (a simple substance) or both (mixture) of these aluminum hydroxide and aluminum oxide is used as an aluminum compound in the present application. It is called.

具体的には、粒子状のアルミニウム材を水中に浸漬させると、(1)式の反応により生成されたアルミニウム化合物である水酸化アルミニウムが、粒子状のアルミニウム材の表面に析出し、アルミニウム材の表面を被覆する。このとき、アルミニウム材の表面を被覆したアルミニウム化合物が、周辺のアルミニウム材との間隙にも充填され、粒子状の各アルミニウム材を結びつける役割を果たす。こうして、粒子状のアルミニウム材は、表面に形成された被膜状のアルミニウム化合物を介して互いに結び付き、その結果として、アルミニウム材を固化成形させることが可能になる。なお、発生した水素は、アルミニウム化合物の被膜に空孔を生じさせたり、隣接するアルミニウム材を繋ぐアルミニウム化合物に隙間を生じさせたりするように作用する。   Specifically, when the particulate aluminum material is immersed in water, aluminum hydroxide, which is an aluminum compound generated by the reaction of the formula (1), is deposited on the surface of the particulate aluminum material. Cover the surface. At this time, the aluminum compound covering the surface of the aluminum material is also filled in the gap with the surrounding aluminum material, and plays a role of connecting the particulate aluminum materials. Thus, the particulate aluminum material is bonded to each other via the film-like aluminum compound formed on the surface, and as a result, the aluminum material can be solidified and formed. Note that the generated hydrogen acts to cause vacancies in the coating film of the aluminum compound or to form gaps in the aluminum compound that connects adjacent aluminum materials.

被膜状のアルミニウム化合物の厚さは、上記反応の終了時点において、0.5μm以上、5μm以下程度の範囲内となる。アルミニウム化合物がどの程度の厚さになるかは、反応時の環境温度に依存する。具体的には、反応時の環境温度が低いほどアルミニウム化合物の厚さは厚くなる傾向がある。反応時の環境温度は特に限定はないが、35℃以上、70℃以下の範囲内であることが好ましく、この温度範囲で反応を行うことにより、アルミニウム材同士を結合して繋ぐことができる程度の厚さのアルミニウム化合物を生成することができる。なお、アルミニウム化合物の厚さと反応時間との関係は、反応時間の増加に伴いアルミニウム化合物の皮膜厚さは厚くなる関係にある。   The thickness of the film-like aluminum compound is in the range of about 0.5 μm to 5 μm at the end of the reaction. The thickness of the aluminum compound depends on the environmental temperature during the reaction. Specifically, the thickness of the aluminum compound tends to increase as the environmental temperature during the reaction decreases. Although the environmental temperature at the time of reaction is not particularly limited, it is preferably within a range of 35 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, and by reacting in this temperature range, the aluminum materials can be joined and joined together. Of aluminum compound can be produced. The relationship between the thickness of the aluminum compound and the reaction time is such that the film thickness of the aluminum compound increases as the reaction time increases.

この反応は、アルミニウム材と水とを充填した容器を、温度制御可能な装置内に収容し、一定温度環境下で反応させることによって、効率的に固化成形体を得ることができる。ここでの「固化成形体」は、アルミニウム材の表面にアルミニウム化合物が被膜状に生成し、そのアルミニウム化合物が隣接するアルミニウム材同士を結合し一体化させている成形体のことである。このアルミニウム化合物生成工程においては、それらを充填した容器に機械的エネルギーを作用させ、メカノケミカル反応を利用して固化成形体を得ることが好ましい。このメカノケミカル反応により、アルミニウム材が密接した状態でその表面にアルミニウム化合物が生成するので、そのアルミニウム化合物によってより結合状態が高まり、強度の高い固化成形体を得ることができる。機械的エネルギーとしては、圧力を作用させるといった方法を好ましく挙げることができる。   In this reaction, a container filled with an aluminum material and water is accommodated in an apparatus capable of temperature control and reacted in a constant temperature environment, whereby a solidified molded body can be obtained efficiently. The “solidified molded body” herein is a molded body in which an aluminum compound is formed in a film shape on the surface of an aluminum material, and the aluminum compound bonds and integrates adjacent aluminum materials. In the aluminum compound generation step, it is preferable to obtain a solidified molded body by applying mechanical energy to a container filled with them and utilizing a mechanochemical reaction. By this mechanochemical reaction, an aluminum compound is formed on the surface of the aluminum material in close contact with each other, so that the bonding state is further increased by the aluminum compound, and a solidified molded body having high strength can be obtained. As the mechanical energy, a method of applying pressure can be preferably exemplified.

図3は、メカノケミカル反応装置10の一例を示す模式図である。メカノケミカル反応装置10は、反応成形部11と、その反応成形部11に圧力を加える圧力装置12とを少なくとも有している。反応成形部11には、アルミニウム材と水の混合原料が入る。圧力装置12は、その混合原料を加圧し、必要に応じて加熱することができ、例えばアンダーパンチ部材13Aとアッパーパンチ部材13Bとシリンダー14とで囲まれた原料充填空間(反応成形部11)を有している。図3の例では、アッパーパンチ部材13Bが降下して反応成形部11に圧力を印加する。反応成形部11は、加熱装置15で加熱可能になっており、必要に応じて所定温度に制御することができる。なお、符号16は温度計であり、符号17は圧力計であり、符号18は開閉バルブであり、符号20は秤量シリンダーであり、符号21はトラップ水槽である。開閉バルブ18は、メカノケミカル反応で発生した発生ガス(水素)22を排出するためのバルブであり、排出された発生ガス22は、プラスチックチューブ19を通ってトラップされる。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the mechanochemical reaction apparatus 10. The mechanochemical reaction apparatus 10 includes at least a reaction molding unit 11 and a pressure device 12 that applies pressure to the reaction molding unit 11. The reaction molding part 11 contains a mixed raw material of aluminum and water. The pressure device 12 can pressurize the mixed raw material and heat it as necessary. For example, a raw material filling space (reaction molding unit 11) surrounded by the under punch member 13A, the upper punch member 13B, and the cylinder 14 can be used. Have. In the example of FIG. 3, the upper punch member 13 </ b> B descends and applies pressure to the reaction molding portion 11. The reaction molding unit 11 can be heated by the heating device 15 and can be controlled to a predetermined temperature as required. Reference numeral 16 is a thermometer, reference numeral 17 is a pressure gauge, reference numeral 18 is an on-off valve, reference numeral 20 is a weighing cylinder, and reference numeral 21 is a trap water tank. The open / close valve 18 is a valve for discharging the generated gas (hydrogen) 22 generated by the mechanochemical reaction, and the discharged generated gas 22 is trapped through the plastic tube 19.

このメカノケミカル反応装置において、圧力装置12で印加できる圧力範囲は特に限定されないが、例えば、0〜100MPaの範囲内で一定又は段階的に加圧可能な構成にすることができる。加熱装置15で加熱可能な温度も特に限定されないが、例えば、35℃以上、70℃以下の範囲内で一定又は段階的に加熱可能な構成にすることができる。   In this mechanochemical reaction device, the pressure range that can be applied by the pressure device 12 is not particularly limited, but for example, it can be configured to be capable of being pressurized constantly or stepwise within a range of 0 to 100 MPa. Although the temperature which can be heated with the heating apparatus 15 is not specifically limited, For example, it can be set as the structure which can be heated constantly or in steps within the range of 35 degreeC or more and 70 degrees C or less.

図4は、メカノケミカル反応装置での印加圧力を(A)、(B)、(C)の順に大きくなるように変化させたときの固化成形体の模式的な断面図である。図4に示すように、圧力を増すにしたがって固化成形体の隙間が減って密度が増した形態になる。その結果、圧力を増すにしたがって、固化成形体の密度と強度を増すが、アルミニウム化合物の生成は減少する傾向が見られるので、これらを考慮してメカノケミカル反応装置での条件設定が行われる。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the solidified molded product when the applied pressure in the mechanochemical reaction apparatus is changed to increase in the order of (A), (B), and (C). As shown in FIG. 4, as the pressure is increased, the gap between the solidified molded bodies is reduced and the density is increased. As a result, as the pressure is increased, the density and strength of the solidified molded body are increased, but the formation of aluminum compounds tends to decrease. Therefore, the conditions are set in the mechanochemical reaction apparatus in consideration of these.

アルミニウム化合物の生成工程において、アルミニウム材と水との配合割合は、アルミニウム化合物の生成量に影響し、水素の発生量に影響する。例えば、水の配合割合を増していくと、アルミニウム化合物の生成量が増すので、アルミニウム材を被覆するアルミニウム化合物の厚さが厚くなって隣接するアルミニウム材同士を結合しやすくなる。また、水素の発生も増すので、水素の発生による空隙が大きく且つ多くなる。そのため、アルミニウム化合物自体が多孔性になり、密度が低下し、強度も低下する。   In the production step of the aluminum compound, the blending ratio of the aluminum material and water affects the amount of aluminum compound produced and the amount of hydrogen generated. For example, as the blending ratio of water increases, the amount of aluminum compound produced increases, so that the thickness of the aluminum compound that covers the aluminum material increases and it becomes easier to bond adjacent aluminum materials together. In addition, since the generation of hydrogen increases, the voids due to the generation of hydrogen become large and large. Therefore, the aluminum compound itself becomes porous, the density is lowered, and the strength is also lowered.

アルミニウム材と水との配合割合は、アルミニウム化合物の生成量に影響し、水の配合割合を多くすると、アルミニウム化合物の生成量が増すが、アルミニウム化合物の生成量が増すと、図5に示すベーマイトとバイヤライトの生成量に影響する。すなわち、ベーマイトは、アルミニウム材の表面に最初に生じる針状の水酸化アルミニウムであり、バイヤライトは、その後に生成する柱状の水酸化アルミニウムであることから、アルミニウム化合物である水酸化アルミニウムの生成において、生成量が少ないうちはベーマイトリッチなアルミニウム化合物であるが、そのベーマイトはその後に増加傾向になることはなく、生成量が増すにしたがってバイヤライトの割合が相対的に増していくようになる。   The proportion of aluminum material and water affects the amount of aluminum compound produced. Increasing the proportion of water increases the amount of aluminum compound produced, but when the amount of aluminum compound produced increases, the boehmite shown in FIG. And the amount of bayerite produced. That is, boehmite is acicular aluminum hydroxide that is initially formed on the surface of the aluminum material, and bayerite is columnar aluminum hydroxide that is subsequently formed, so in the production of aluminum hydroxide that is an aluminum compound. When the production amount is small, the aluminum compound is a boehmite-rich aluminum compound, but the boehmite does not tend to increase thereafter, and the proportion of bayerite relatively increases as the production amount increases.

図6は、水の配合割合を25%、30%として生成したアルミニウム化合物のX線回折パターンであり、図7は、水の配合割合を40%、50%として生成したアルミニウム化合物のX線回折パターンである。ここで示す配合割合は、上記式(1)のアルミニウムの反応が全て実行される水の量を100%として表している。しかし、実際は、アルミニウム化合物はアルミニウム材の表面に所定の厚さで生成するので、多くの水は余剰水として存在することになる。水の配合割合を増していくと水酸化アルミニウムからなるアルミニウム化合物の生成量が増すが、図6及び図7に示すように、それに伴ってバイヤライトのX線回折ピークが増してバイヤライトの生成が増していることがうかがえる。   FIG. 6 is an X-ray diffraction pattern of an aluminum compound generated with water mixing ratios of 25% and 30%, and FIG. 7 is an X-ray diffraction pattern of an aluminum compound generated with water mixing ratios of 40% and 50%. It is a pattern. The blending ratio shown here represents the amount of water in which all the reactions of aluminum of the above formula (1) are performed as 100%. However, in practice, the aluminum compound is formed on the surface of the aluminum material with a predetermined thickness, so that a lot of water exists as surplus water. As the amount of water increases, the amount of aluminum compound formed from aluminum hydroxide increases, but as shown in FIGS. 6 and 7, the X-ray diffraction peak of bayerite increases and bayerite is generated. It can be seen that is increasing.

図8は、メカノケミカル反応により水酸化アルミニウムからなるアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体の電子顕微鏡写真である。メカノケミカル反応により、アルミニウム材の表面にアルミニウム化合物が生成し、そのアルミニウム化合物が隣接するアルミニウム材同士を結びつけ、固化成形体が形成される。   FIG. 8 is an electron micrograph of the solidified molded body after the aluminum compound made of aluminum hydroxide is generated by a mechanochemical reaction and before the heating step. By the mechanochemical reaction, an aluminum compound is generated on the surface of the aluminum material, and the aluminum compound binds adjacent aluminum materials to form a solidified molded body.

アルミニウム化合物生成工程において、多孔質材料の生成を阻害しない範囲又は多孔質材料の生成を促進させる範囲で、アルミニウム材と水との他に異種材料を加えてもよい。異種材料としては、生体適合材料等を挙げることができる。なかでも、ハイドロキシアパタイトは生体適合性の観点から好ましく加えることができる。   In the aluminum compound production step, a different material may be added in addition to the aluminum material and water in a range that does not inhibit the production of the porous material or promotes the production of the porous material. Examples of the different material include biocompatible materials. Among these, hydroxyapatite can be preferably added from the viewpoint of biocompatibility.

こうしたアルミニウム化合物生成工程によれば、従来のプリカーサ法で必須とされる混練、成形、乾燥、焼成等の多くの工程が不要であり、さらに、バイヤー法やアンモニアミョウバン熱分解法によって作製される酸化アルミニウム原料も不要であるという利点がある。また、従来の手法では、焼結に1000℃以上の加熱が必要であり、多くのエネルギーが必要で、生産コストが高くなるとともに環境への負荷が大きいという難点があるが、本発明に係る多孔質材料の製造方法では数十℃の温度で反応させることができるので、前記した難点を有さない。   According to such an aluminum compound production step, many steps such as kneading, molding, drying, and firing, which are essential in the conventional precursor method, are unnecessary, and further, an oxidation produced by the buyer method or the ammonia alum pyrolysis method. There is an advantage that an aluminum raw material is also unnecessary. Further, in the conventional method, heating at 1000 ° C. or higher is necessary for sintering, a lot of energy is required, and production costs are high and the burden on the environment is large. In the method for producing a material, the reaction can be carried out at a temperature of several tens of degrees Celsius, so that it does not have the above-mentioned difficulties.

<加熱工程>
加熱工程は、アルミニウム材が溶融する温度を加えてそのアルミニウム材を流し出す工程である。この工程では、図9に示すように、アルミニウム材上に水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムからなるアルミニウム化合物を形成するアルミニウム化合物生成工程で得た固化成形体(図9(a)参照)を熱処理し、その固化成形体からアルミニウム材を流し出す工程(図9(b)(c)参照)である。なお、図9(b)は、加熱して流れ出したアルミニウムが成形体の表面に残っている場合を示しており、図9(c)は、その成形体表面に残るアルミニウムを除去した場合を示している。成形体表面のアルミニウムは、図9(b)に示すように残る場合と、残らない場合がある。
<Heating process>
The heating step is a step of adding a temperature at which the aluminum material is melted and pouring out the aluminum material. In this step, as shown in FIG. 9, the solidified molded body (see FIG. 9 (a)) obtained in the aluminum compound generation step for forming an aluminum compound composed of aluminum hydroxide and / or aluminum oxide on an aluminum material is heat treated. And a step of pouring an aluminum material from the solidified molded body (see FIGS. 9B and 9C). FIG. 9 (b) shows a case where aluminum that has flowed out by heating remains on the surface of the molded body, and FIG. 9 (c) shows a case where aluminum remaining on the surface of the molded body is removed. ing. The aluminum on the surface of the molded body may or may not remain as shown in FIG.

この工程により、固化成形体からアルミニウム材が流れ出すことにより、アルミニウム材の表面に生成したアルミニウム化合物が殻状になって残り、その結果、多くの空孔を備えた多孔質材料を製造することができる。こうした多孔質材料の製造では、焼結工程を必要とせず、発泡剤も不要であり、製造が容易であり、軽量で、医療材料としても使用可能な多孔質材料を得ることができる。   By this process, the aluminum material flows out of the solidified molded body, so that the aluminum compound generated on the surface of the aluminum material remains in a shell shape, and as a result, a porous material having many pores can be produced. it can. In the production of such a porous material, a sintering process is not required, a foaming agent is not necessary, and the production is easy, and the porous material that is lightweight and can be used as a medical material can be obtained.

図10は、図9(c)の成形体表面のX線回折パターンである。加熱工程の前と後では、ほとんどのアルミニウムが流れ出しているのがわかる。また、水酸化アルミニウムからなるアルミニウム化合物が加熱により、酸化アルミニウムに変質したこともわかる。   FIG. 10 is an X-ray diffraction pattern on the surface of the molded body in FIG. It can be seen that most of the aluminum flows out before and after the heating process. Moreover, it turns out that the aluminum compound which consists of aluminum hydroxide changed into aluminum oxide by heating.

加熱する温度としては、アルミニウム材が溶融して流れる温度であればよく、例えば融点が660℃の純アルミニウムであれば、700℃以上の温度であることが好ましい。純アルミニウムの場合、700℃未満ではアルミニウム材が十分に溶融できずに、流れ出ないことがある。なお、温度の上限は特に限定されないが、酸化アルミニウムの融点の観点から、2049℃以下であることが好ましい。純アルミニウム以外のアルミニウム材においても、アルミニウム材が溶融して被膜状のアルミニウム化合物(水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウム)が殻として残る温度であることが好ましい。そうした温度としては、通常、融点の50℃〜200℃だけ高い温度である場合が多い。また、加熱ではなく、酸処理やアルカリ処理によりアルミニウム材を溶融し流すことも可能である。   The heating temperature may be any temperature at which the aluminum material melts and flows. For example, when pure aluminum having a melting point of 660 ° C. is used, the temperature is preferably 700 ° C. or higher. In the case of pure aluminum, if it is less than 700 ° C., the aluminum material may not be sufficiently melted and may not flow out. In addition, although the upper limit of temperature is not specifically limited, From a viewpoint of melting | fusing point of aluminum oxide, it is preferable that it is 2049 degrees C or less. Even in an aluminum material other than pure aluminum, it is preferable that the temperature be such that the aluminum material melts and a film-like aluminum compound (aluminum hydroxide and / or aluminum oxide) remains as a shell. Such a temperature is usually a temperature higher by 50 ° C. to 200 ° C. than the melting point in many cases. It is also possible to melt and flow the aluminum material not by heating but by acid treatment or alkali treatment.

アルミニウム材が流れ出した後は、図1に示すように、水酸化アルミニウム等のアルミニウム化合物が殻の状態で残る。こうした形状は、アルミニウム材が流れ出して無くなった部分に空隙が存在しているので、多孔質材料として好ましく用いることができる。特に、殻で過囲まれた空隙形状であるので、例えば殻の内面に被吸着材を特異的に吸着させることが可能となる。   After the aluminum material flows out, an aluminum compound such as aluminum hydroxide remains in a shell state as shown in FIG. Such a shape can be preferably used as a porous material because voids are present in portions where the aluminum material has flowed out. In particular, since the void shape is surrounded by the shell, for example, the adsorbed material can be specifically adsorbed on the inner surface of the shell.

空隙の形状は、固化成形体を構成するアルミニウム材の形状に依存する。例えば、アルミニウム材として、例えば粒子状のアルミニウム材を用いた場合には、図1に示すように、球状の殻の内部が空いた形状になり、例えば繊維状のアルミニウム材を用いた場合には、筒状の殻の内部が空いた形状になる(図示しない)。   The shape of the void depends on the shape of the aluminum material constituting the solidified molded body. For example, when a particulate aluminum material is used as the aluminum material, for example, as shown in FIG. 1, the inside of the spherical shell is vacant, for example, when a fibrous aluminum material is used. The interior of the cylindrical shell is vacant (not shown).

なお、融点が異なる2種又はそれ以上のアルミニウム材を複合させ、そのうち1種又は複数種のアルミニウム材を溶融して流し出すことができる温度を加えてもよい。こうすることにより、固化成形体のうち、一部のアルミニウム材を溶融除去するので、空隙率等を任意に調整することが可能となる。例えば、660℃で溶融除去できる純アルミニウム材と、550℃で溶融除去できるA2014系アルミニウム材とを複合させてアルミニウム化合物生成工程を経てそれぞれのアルミニウム材の表面にアルミニウム化合物(水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウム等)を生成した後、650℃の雰囲気で加熱すれば、アルミニウム化合物を残し、純アルミニウムだけが溶融して流し出すことができる。その結果、全てが純アルミニウム材を用いた場合に比べ、空隙率を特定の範囲内にコントロールすることが可能になる。   Two or more types of aluminum materials having different melting points may be combined, and a temperature at which one or more types of aluminum materials are melted and poured out may be added. By doing so, a part of the aluminum material in the solidified molded body is melted and removed, so that the porosity and the like can be arbitrarily adjusted. For example, a pure aluminum material that can be melted and removed at 660 ° C. and an A2014-based aluminum material that can be melted and removed at 550 ° C. are combined to form an aluminum compound (aluminum hydroxide and / or aluminum hydroxide) on the surface of each aluminum material through an aluminum compound generation step. If it is heated in an atmosphere of 650 ° C. after producing aluminum oxide or the like, only the pure aluminum can be melted and poured out, leaving the aluminum compound. As a result, it is possible to control the porosity within a specific range as compared to the case where all use pure aluminum material.

以上説明したように、本発明に係る多孔質材料の製造方法によれば、アルミニウム化合物の殻で構成された多くの空孔を備えた多孔質材料を製造することができるので、焼結工程を必要とせず、発泡剤も不要であり、製造が容易であり、軽量で、医療材料としても使用可能な多孔質材料を得ることができる。   As described above, according to the method for producing a porous material according to the present invention, a porous material having many pores composed of an aluminum compound shell can be produced. A porous material that is not required, does not require a foaming agent, is easy to manufacture, is lightweight, and can be used as a medical material can be obtained.

<多孔質材料>
前記した製造方法で得られた多孔質材料は、図1に示すように、水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムからなるアルミニウム化合物の殻で囲まれた空孔を有し、隣接する殻同士が結びついて多孔質構造をなしている。アルミニウム化合物は、上記した製造方法でアルミニウム材と水とを反応させて生成されるものであり、アルミニウム材の表面に形成される。その結果、アルミニウム化合物の殻同士が結びつき、その殻で囲まれた空孔を有した特徴的な多孔質構造になっている。
<Porous material>
As shown in FIG. 1, the porous material obtained by the above-described manufacturing method has pores surrounded by an aluminum compound shell made of aluminum hydroxide and / or aluminum oxide, and adjacent shells are connected to each other. And has a porous structure. The aluminum compound is produced by reacting an aluminum material and water by the above-described manufacturing method, and is formed on the surface of the aluminum material. As a result, the shells of the aluminum compound are connected to each other, and a characteristic porous structure having pores surrounded by the shells is obtained.

得られた多孔質材料によれば、軽量で、医療材料としても使用可能である。こうした多孔質材料は、生体材料や液体(薬品や食材)のフィルターとして利用でき、特に、再生治療の足場として利用できる。   According to the obtained porous material, it is lightweight and can be used as a medical material. Such a porous material can be used as a filter for biomaterials and liquids (drugs and foods), and in particular, can be used as a scaffold for regenerative treatment.

実施例により本発明をさらに詳しく説明する。   The invention is explained in more detail by means of examples.

[実施例1]
(アルミニウム材)
固化成形に用いる純アルミニウム材として、遠心噴霧法で作製された純度99.7%、粒径63μm〜75μmの純アルミニウム粉末(図2参照)を使用した。使用したアルミニウム粉末は、不純物成分としてSi(0.019%)、Fe(0.056%)、Zn(0.002%)、その他(0.0016%)を含む。このアルミニウム材を用いて固化成形体を作製した。
[Example 1]
(Aluminum material)
As a pure aluminum material used for solidification molding, pure aluminum powder (see FIG. 2) having a purity of 99.7% and a particle size of 63 μm to 75 μm prepared by centrifugal spraying was used. The aluminum powder used contains Si (0.019%), Fe (0.056%), Zn (0.002%), and others (0.0016%) as impurity components. A solidified molded body was produced using this aluminum material.

(実験装置)
図3は、用いたメカノケミカル反応装置の概略図である。このメカノケミカル反応装置は、SUS304製で、内径20mm、高さ50mmのシリンダー形状(円筒形状)を有する割型を用いた金型である。金型に上記アルミニウム粉末と純水との混合原料を入れ、充填した。その後、金型に圧縮応力を加えた。圧力計として、ひずみゲージ(KFG−2−120−C1−11、株式会社共和電業製)を用い、アクティブダミー法(4ゲージ法)にて貼り付け、ブリッジボックス(DB−120S3、株式会社共和電業製)を介し、ひずみ測定器(CDV−700A、株式会社共和電業製)を用いてひずみ及び成形時の圧縮応力を測定した。また、成形温度は、K型熱電対を用いて測定し、デジタル温度調節器(TR−K、アズワン株式会社製)を介してヒーターにフィードバックした。圧縮応力及び成形時の温度を測定する際には、データロガー(midi LOGGER GL220、グラフテック株式会社製)を使用した。さらに、アルミニウム粉末と純水とのメカノケミカル反応によって発生する水素の発生量を、図3に示す構成により水上置換法を用いて秤量シリンダーに捕集し、ウェブカメラにより一時間ごとに撮影して測定した。
(Experimental device)
FIG. 3 is a schematic view of the mechanochemical reaction apparatus used. This mechanochemical reaction apparatus is a mold using a split mold made of SUS304 and having a cylinder shape (cylindrical shape) having an inner diameter of 20 mm and a height of 50 mm. A mixed raw material of the aluminum powder and pure water was put into a mold and filled. Thereafter, compressive stress was applied to the mold. As a pressure gauge, a strain gauge (KFG-2-120-C1-11, manufactured by Kyowa Denki Co., Ltd.) is used, and it is attached by an active dummy method (4 gauge method), and a bridge box (DB-120S3, Kyowa Co., Ltd.). The strain and compression stress at the time of molding were measured using a strain measuring instrument (CDV-700A, manufactured by Kyowa Denki Co., Ltd.). The molding temperature was measured using a K-type thermocouple and fed back to the heater via a digital temperature controller (TR-K, manufactured by ASONE Corporation). When measuring the compressive stress and the temperature at the time of molding, a data logger (midi LOGGER GL220, manufactured by Graphtec Corporation) was used. Furthermore, the amount of hydrogen generated by the mechanochemical reaction between the aluminum powder and pure water is collected in a weighing cylinder using the water displacement method with the configuration shown in FIG. 3 and photographed every hour by a web camera. It was measured.

(アルミニウム化合物の生成)
準備したアルミニウム粉末13gと純水1.56gとを混合し、図3に示すメカノケミカル反応装置10の反応成形部11に充填し、パンチ部材13A,13Bにより圧縮応力σを負荷した。圧縮応力σを0、10、30、50、60、70、80、90、100MPaと変化させた。成形温度は、アルミニウム粉末と純水との化学反応によるアルミニウム多孔質材料の固化成形より、最も水酸化アルミニウムが多く生成した条件である313K(約40℃)とし、24時間保持した。
(Production of aluminum compounds)
13 g of prepared aluminum powder and 1.56 g of pure water were mixed and filled in the reaction molding unit 11 of the mechanochemical reaction apparatus 10 shown in FIG. 3, and a compressive stress σ F was applied by the punch members 13A and 13B. The compressive stress σ F was changed to 0, 10, 30, 50, 60, 70, 80, 90, and 100 MPa. The molding temperature was set to 313 K (about 40 ° C.), which is the condition in which the most aluminum hydroxide was produced, by solidification molding of the aluminum porous material by a chemical reaction between aluminum powder and pure water, and was maintained for 24 hours.

(加熱によるアルミニウムの流出除去)
加熱によるアルミニウムの流出除去用の試料として、この実施例では、圧縮応力σ=10MPaで作製した成形体を採用した。この成形体を使用する理由は、水素の総発生量が全てのσ中で最も大きいことより、成形体中に含まれるベーマイト及びバイヤライトの水酸化アルミニウムが最多であると考えられたためである。成形体の加熱は、小型電気炉(FT−101FM、フルテック株式会社製)を用い、アルゴンガス雰囲気、保持温度を1073K(約800℃)、保持時間7時間の条件で行った。
(Removal of aluminum outflow by heating)
In this example, a molded body produced with a compressive stress σ F = 10 MPa was employed as a sample for removing aluminum outflow by heating. The reason for using this molded body is that the total amount of hydrogen generated is the largest among all σ F , so that it is thought that the aluminum hydroxide of boehmite and bayerite contained in the molded body is the largest. . The compact was heated using a small electric furnace (FT-101FM, manufactured by Fulltech Co., Ltd.) under the conditions of an argon gas atmosphere, a holding temperature of 1073 K (about 800 ° C.), and a holding time of 7 hours.

[結果]
(成形体の外観)
加熱を行った成形体の外観写真を図9に示した。加熱前には成形体の表面にアルミニウムは出てきていないが、加熱後における成形体の各所からはアルミニウムが流出して出てきていることが確認できた。これは、1073K(約800℃)の加熱を行ったことにより、成形体内部のアルミニウムが溶融するとともに、アルミニウム化合物である水酸化アルミニウムが加熱脱水される際に発生する水蒸気により、各所より泡のようにアルミニウムが出ていると考えられる。これは、加熱による水酸化アルミニウムからγ−アルミナ(酸化アルミニウム)に変質の際、発生した水蒸気によって、溶融したアルミニウムが外部に押し出されたためであると考えられる。
[result]
(Appearance of molded body)
An appearance photograph of the heated molded body is shown in FIG. Although aluminum did not come out on the surface of the molded body before heating, it was confirmed that aluminum was flowing out from various places of the molded body after heating. This is because heating of 1073 K (about 800 ° C.) melts the aluminum inside the molded body, and water vapor generated when the aluminum hydroxide, which is an aluminum compound, is heated and dehydrated. It is thought that aluminum has come out. This is presumably because molten aluminum was pushed out to the outside by the generated water vapor during the transformation from aluminum hydroxide by heating to γ-alumina (aluminum oxide).

(X線回折結果)
成形体を加熱することにより、生成した水酸化アルミニウムが酸化アルミニウムに変質することを確認するため、図9(c)に示す加熱後、表面のアルミニウムを除去した成形体を用いてX線回折を行った。X線回折の結果を図10に示した。図10(a)より、加熱前では成形体は、アルミニウム、バイヤライト及びベーマイトから成ることが確認できた。図10(b)より、加熱後の成形体は、アルミニウム、γ−アルミナ及びδ−アルミナからなることが確認できた。加熱前の成形体に含まれていたベーマイトは、773K(約500℃)でγ−アルミナ、さらにγ−アルミナは1073K(約800℃)でδ−アルミナに変質するため、γ−アルミナ及びδ−アルミナが検出されたと考えられる。
(X-ray diffraction results)
In order to confirm that the formed aluminum hydroxide is transformed into aluminum oxide by heating the molded body, X-ray diffraction was performed using the molded body from which the aluminum on the surface was removed after the heating shown in FIG. 9 (c). went. The result of X-ray diffraction is shown in FIG. From FIG. 10 (a), it was confirmed that the formed body was composed of aluminum, bayerite, and boehmite before heating. From FIG. 10 (b), it was confirmed that the formed body after heating was composed of aluminum, γ-alumina and δ-alumina. Boehmite contained in the green body before heating changes to γ-alumina at 773 K (about 500 ° C.), and γ-alumina changes to δ-alumina at 1073 K (about 800 ° C.). It is thought that alumina was detected.

以上のように、アルミニウム粉末と純水とを混合し、圧縮応力を負荷した状態で、固化成形した成形体に対し、加熱を行った結果、以下のことが明らかになった。圧縮応力を負荷した状態で、アルミニウム粉末と純水とを反応させることにより固化成形した成形体を加熱することにより、含有していたアルミニウムは溶融し、成形体外部に流出した。加熱により、成形体が含有する水酸化アルミニウムは酸化アルミニウムに変質した。これらの結果から、多孔質材料に含まれる水酸化アルミニウムを、加熱することにより酸化アルミニウムに変質させ、酸化アルミニウムと一部流出しきれずに残るアルミニウムとの複合材料である多孔質材料を作製することができた。   As described above, the following was clarified as a result of heating the solidified molded body in a state where aluminum powder and pure water were mixed and compressive stress was applied. By heating the compact that was solidified and formed by reacting aluminum powder and pure water with a compressive stress applied, the contained aluminum melted and flowed out of the compact. By heating, the aluminum hydroxide contained in the compact was transformed into aluminum oxide. From these results, the aluminum hydroxide contained in the porous material is transformed into aluminum oxide by heating to produce a porous material that is a composite material of aluminum oxide and aluminum that cannot be completely discharged. I was able to.

[実施例2]
次に、平均粒径の異なる数種類のアルミニウム粉末を使用し、水との化学反応を利用して、アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成させた固化成形体を形成した。この実施例2では、アルミニウム化合物の生成状態と結合状態について検討した。
[Example 2]
Next, several types of aluminum powder having different average particle diameters were used, and a solidified molded body in which an aluminum compound was generated on an aluminum material was formed using a chemical reaction with water. In Example 2, the production state and bonding state of the aluminum compound were examined.

(アルミニウム材)
固化成形に用いるアルミニウム材として、遠心噴霧法で作製された純度99.7%、平均粒径(dAl)が20μm、70μm、120μm、275μmの純アルミニウムの粉末(図11参照)を使用した。使用したアルミニウム材は、実施例1と同様、不純物成分としてSi(0.019%)、Fe(0.056%)、Zn(0.002%)、その他(0.0016%)を含む。このアルミニウム材を用いて固化成形体を形成した。図11は、平均粒径の異なる各種のアルミニウム材を電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、型式:JSM−7000、日本電子株式会社製)で観察したSEM像である。
(Aluminum material)
As the aluminum material used for solidification molding, pure aluminum powder (see FIG. 11) having a purity of 99.7% and an average particle diameter (d Al ) of 20 μm, 70 μm, 120 μm, and 275 μm prepared by centrifugal spraying was used. The aluminum material used contains Si (0.019%), Fe (0.056%), Zn (0.002%), and others (0.0016%) as impurity components, as in Example 1. A solidified molded body was formed using this aluminum material. FIG. 11 is SEM images obtained by observing various aluminum materials having different average particle sizes with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, model: JSM-7000, manufactured by JEOL Ltd.).

(実験装置及び成形体の形成)
図12は、実施例2で用いた反応装置30を示す模式図である。この反応装置30は、外径20mm、内径10mm、高さ60mmの円筒形のポリアセタール製の筒型32である。この筒型32の反応成形部31に上記したアルミニウム粉末3gと純水0.72gとの混合原料を入れて充填した。温度計(熱電対)36と加熱装置35とコントローラー37でウォーターバス34を温度調整し、成形温度313K(約40℃)で32時間保持した。型の上部にゴム栓からなるアッパー成形部材33Bを装着し、そのアッパー成形部材33Bにチューブ38を取り付けて、発生する水素41を水上置換法によりメスシリンダー40に回収した。なお、このとき得られた固化成形体には、圧縮応力は加えなかった(σ=0MPa)。なお、符号33Aはアンダー成形部材(ステンレス部材)であり、符号39は水槽である。
(Formation of experimental apparatus and molded body)
FIG. 12 is a schematic diagram showing the reaction apparatus 30 used in Example 2. The reactor 30 is a cylindrical polyacetal cylinder 32 having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 10 mm, and a height of 60 mm. A mixed raw material of 3 g of the above-described aluminum powder and 0.72 g of pure water was charged in the reaction molding portion 31 of the cylindrical mold 32. The temperature of the water bath 34 was adjusted with a thermometer (thermocouple) 36, a heating device 35, and a controller 37, and the temperature was maintained at a molding temperature of 313 K (about 40 ° C.) for 32 hours. An upper molding member 33B made of a rubber plug was attached to the upper part of the mold, a tube 38 was attached to the upper molding member 33B, and the generated hydrogen 41 was recovered in the graduated cylinder 40 by a water displacement method. Note that no compression stress was applied to the solidified molded body obtained at this time (σ F = 0 MPa). In addition, the code | symbol 33A is an undermolding member (stainless steel member), and the code | symbol 39 is a water tank.

(成形体の外観)
図13は、アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体の外観写真である。図13(a)〜(d)は、原料としたアルミニウム材の平均粒径を、それぞれ20μm、70μm、120μm、275μmとして得られたものの外観写真である。図13(a)〜(c)に示すように、平均粒径20μm、70μm、120μmのアルミニウム材を用いて得られた成形体は固化成形できた。一方、図13(d)に示すように、平均粒径275μmのアルミニウム材を用いて得られた成形体は、部分的に固化成形されない箇所が見られた。結果として、いずれの平均粒径のアルミニウム材を用いた場合であっても、程度の差はあるものの、加熱工程後に多孔質材料となり得る固化成形体を形成できることが推察された。
(Appearance of molded body)
FIG. 13 is an appearance photograph of the solidified molded body after the aluminum compound is formed on the aluminum material and before the heating step. FIGS. 13 (a) to (d) are external photographs of those obtained when the average particle diameter of the aluminum material used as a raw material is 20 μm, 70 μm, 120 μm, and 275 μm, respectively. As shown in FIGS. 13A to 13C, the compacts obtained using aluminum materials having an average particle diameter of 20 μm, 70 μm, and 120 μm could be solidified. On the other hand, as shown in FIG.13 (d), the molded object obtained using the aluminum material with an average particle diameter of 275 micrometers showed the location which is not partially solidified. As a result, it was presumed that a solidified molded body that can be a porous material after the heating step can be formed although there is a difference in degree even when using an aluminum material having any average particle diameter.

(成形体の表面)
図14は、アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体表面の電子顕微鏡写真である。固化成形体の表面観察も、アルミニウム粉末と同様、上記したFE−SEMで行った。図14(a)〜(d)は、原料としたアルミニウム材の平均粒径を、それぞれ20μm、70μm、120μm、275μmとして得られたものの電子顕微鏡写真である。図14(a)〜(d)に示すように、固化成形体の粉末同士の結合状態を観察した結果、平均粒径の異なる固化成形体のいずれにおいても、隣り合う粉末同士が水酸化アルミニウムにより結合していることが確認できた。しかし、図14(a)に示すように、平均粒径が20μmの固化成形体の表面には、海綿状のベーマイトが多く確認されたのに対し、図14(b)〜(d)に示すように、平均粒径70μm、120μm、275μmの固化成形体の表面には、柱状のバイヤライトが確認され、結合状態が異なっていた。
(Surface of molded body)
FIG. 14 is an electron micrograph of the surface of the solidified molded body after the aluminum compound is formed on the aluminum material and before the heating step. The surface observation of the solidified molded body was also performed by the above-described FE-SEM in the same manner as the aluminum powder. FIGS. 14A to 14D are electron micrographs of the aluminum particles obtained as raw materials having average particle diameters of 20 μm, 70 μm, 120 μm, and 275 μm, respectively. As shown in FIGS. 14 (a) to (d), as a result of observing the bonding state between the powders of the solidified molded body, in any of the solidified molded bodies having different average particle diameters, adjacent powders are made of aluminum hydroxide. It was confirmed that they were combined. However, as shown in FIG. 14 (a), a lot of spongy boehmite was confirmed on the surface of the solidified molded article having an average particle diameter of 20 μm, whereas it is shown in FIGS. 14 (b) to (d). As described above, columnar bayerite was confirmed on the surface of the solidified molded body having an average particle diameter of 70 μm, 120 μm, and 275 μm, and the bonding state was different.

図15は、アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成した後で、加熱工程前の固化成形体断面の電子顕微鏡写真である。この断面観察は、試料の長手方向中央部について観察した結果である。アルミニウム粉末表面を覆うアルミニウム化合物がベーマイトであり、そのベーマイト上にさらに堆積して覆うアルミニウム化合物がバイヤライトであることが確認できた。ベーマイトの化学反応式は、2Al+4HO→2AlO(OH)+3H で表され、バイヤライトの化学反応式は、2Al+6HO→2Al(OH)+3H で表される。両式を対比すると、同量の純水を使用した場合、バイヤライトの生成時に発生する水素量よりも、ベーマイトの生成時に発生する水素量の方が多いことがわかる。 FIG. 15 is an electron micrograph of a cross section of the solidified molded body after the aluminum compound is formed on the aluminum material and before the heating step. This cross-sectional observation is a result of observing the central portion in the longitudinal direction of the sample. It was confirmed that the aluminum compound covering the surface of the aluminum powder was boehmite, and the aluminum compound deposited and covered on the boehmite was bayerite. The chemical reaction formula of boehmite is represented by 2Al + 4H 2 O → 2AlO (OH) + 3H 2 , and the chemical reaction formula of bayerite is represented by 2Al + 6H 2 O → 2Al (OH) 3 + 3H 2 . Comparing both formulas, it can be seen that when the same amount of pure water is used, the amount of hydrogen generated during the production of boehmite is greater than the amount of hydrogen generated during the production of bayerite.

図16は、成形時に発生した水素量の測定結果を示すグラフである。その水素量は、成形時間を32時間とした時の総発生量を測定した結果である。図16に示すように、平均粒径20μmのアルミニウム粉末を用いたときの水素の発生量は362mLであり、平均粒径が70μmのときの水素の発生量は329mLであり、平均粒径が120μmのときの水素の発生量は296mLであり、平均粒径が275μmのときの水素の発生量は206mLであった。この結果より、水素の発生量は、平均粒径20μmのときに最大となり、平均粒径の増加に伴って減少していることがわかった。この理由は、図14及び図15の表面及び断面の電子顕微鏡写真からも、固化成形体の表面では平均粒径20μmのときにベーマイトを多く確認できたことから、平均粒径20μmのときの水素の総発生量が最大になったと考えられる。   FIG. 16 is a graph showing measurement results of the amount of hydrogen generated during molding. The amount of hydrogen is the result of measuring the total amount generated when the molding time is 32 hours. As shown in FIG. 16, the amount of hydrogen generated when aluminum powder having an average particle size of 20 μm is used is 362 mL, the amount of hydrogen generated when the average particle size is 70 μm is 329 mL, and the average particle size is 120 μm. The amount of hydrogen generated at 296 was 296 mL, and the amount of hydrogen generated when the average particle size was 275 μm was 206 mL. From this result, it was found that the amount of hydrogen generated was maximized when the average particle size was 20 μm, and decreased as the average particle size increased. The reason for this is that, from the electron micrographs of the surface and cross section of FIGS. 14 and 15, a large amount of boehmite was confirmed on the surface of the solidified molded body when the average particle size was 20 μm. It is thought that the total generation amount of

図17は、アルミニウム粉末の質量から求めたアルミニウム粉末の総表面積と、アルミニウム粉末の単位面積当たりの水素の発生量とを、平均粒径に対して示したグラフである。アルミニウム粉末の質量が同じであれば、平均粒径の小さいアルミニウム粉末ほど表面積は大きくなった。具体的には、図17に示すように、平均粒径20μmのアルミニウム粉末を用いたときの表面積は3.3×1017mLであり、平均粒径が70μmのときの表面積は9.5×1016mLであり、平均粒径が120μmのときの表面積は5.6×1016mLであり、平均粒径が275μmのときの表面積は2.46×1016mLであった。また、単位面積当たりの水素の発生量も、図17に示すように、平均粒径20μmの場合が最小で1.1×10−15であり、平均粒径70μmの場合が3.5×10−15であり、平均粒径120μmの場合が5.3×10−15であり、平均粒径275μmの場合が8.5×10−15であった。 FIG. 17 is a graph showing the total surface area of the aluminum powder obtained from the mass of the aluminum powder and the amount of hydrogen generated per unit area of the aluminum powder with respect to the average particle diameter. If the mass of the aluminum powder was the same, the surface area increased as the aluminum powder had a smaller average particle size. Specifically, as shown in FIG. 17, the surface area when an aluminum powder having an average particle diameter of 20 μm is used is 3.3 × 10 17 mL, and the surface area when the average particle diameter is 70 μm is 9.5 ×. a 10 16 mL, the surface area when the average particle diameter of 120μm is 5.6 × 10 16 mL, an average particle size of the surface area when the 275μm was 2.46 × 10 16 mL. In addition, as shown in FIG. 17, the amount of hydrogen generated per unit area is 1.1 × 10 −15 m 2 at the minimum when the average particle size is 20 μm, and 3.5 when the average particle size is 70 μm. In the case of × 10 −15 m 2 , the average particle size of 120 μm was 5.3 × 10 −15 m 2 , and the average particle size of 275 μm was 8.5 × 10 −15 m 2 .

アルミニウム粉末と水との反応は、まず、アルミニウムイオンと水分子とが反応してベーマイトを生成し、その後さらに、アルミニウムイオンと水とが反応することでバイヤライトが生成するものである。しかし、上記したように、アルミニウム粉末の平均粒径が小さいほど表面積が大きくなるので、アルミニウム粉末の質量に対して純水の量が一定であるときは、純水の多くがベーマイトの生成で消費され、バイヤライトの生成に必要な純水が少なくなってしまう。その結果、バイヤライトが十分に生成されなかったと考えられる。一方、アルミニウム粉末同士の結合力を増すためには、ベーマイトよりも、後に生成するバイヤライトが必要であるため、結合力を高めて機械的強度を高めるためには、バイヤライトを多く生成させることが望ましく、そのために多くの水が必要になることがわかった。   In the reaction of aluminum powder and water, first, aluminum ions and water molecules react to generate boehmite, and then further, aluminum ions and water react to generate bayerite. However, as described above, the smaller the average particle size of the aluminum powder, the larger the surface area. Therefore, when the amount of pure water is constant relative to the mass of the aluminum powder, much of the pure water is consumed in the formation of boehmite. As a result, the amount of pure water required to generate bayerite is reduced. As a result, it is considered that bayerite was not sufficiently generated. On the other hand, in order to increase the bonding strength between aluminum powders, bayerite generated later is required rather than boehmite. Therefore, in order to increase the bonding strength and increase the mechanical strength, a large amount of bayerite must be generated. It has been found that this requires a lot of water.

以上のように、この実施例2では、アルミニウム粉末の平均粒径を変化させて固化成形体を形成し、アルミニウム化合物の生成状態と結合状態の影響を検討した。その結果、平均粒径20μmから120μmのアルミニウム粉末を使用した成形体は、固化成形が可能であったが、平均粒径275μmのアルミニウム粉末を使用した成形体では、部分的な固化成形のみが可能であった。また、アルミニウム化合物である水酸化アルミニウムについては、平均粒径20μmのアルミニウム粉末を用いてなる固化成形体ではベーマイトが多く確認でき、平均粒径70μm〜275μmのアルミニウム粉末を用いてなる固化成形体ではバイヤライトが多く確認できた。これらの結果から、アルミニウム粉末の平均粒径を変化させても、多孔質材料を形成可能な固化成形体を作製できることがわかった。また、加える純水の量が一定の場合、アルミニウム粉末の平均粒径によって、粉末同士の結合状態が異なることがわかった。   As described above, in Example 2, the average particle size of the aluminum powder was changed to form a solidified molded body, and the influence of the production state and the bonding state of the aluminum compound was examined. As a result, a molded body using aluminum powder having an average particle diameter of 20 μm to 120 μm could be solidified, but a molded body using aluminum powder having an average particle diameter of 275 μm could only be partially solidified. Met. In addition, as for aluminum hydroxide, which is an aluminum compound, a large amount of boehmite can be confirmed in a solidified molded body using an aluminum powder having an average particle diameter of 20 μm, and in a solidified molded body using an aluminum powder having an average particle diameter of 70 μm to 275 μm. Many buyer lights were confirmed. From these results, it was found that a solidified molded body capable of forming a porous material can be produced even if the average particle diameter of the aluminum powder is changed. Moreover, when the quantity of the pure water to add was constant, it turned out that the bonding state of powder differs with the average particle diameter of aluminum powder.

10 メカノケミカル反応装置
11 反応成形部
12 圧力装置
13A アンダーパンチ部材
13B アッパーパンチ部材
14 シリンダー
15 加熱装置
16 温度計
17 圧力計
18 バルブ
19 プラスチックチューブ
20 秤量シリンダー
21 チューブ
22 発生ガス
30 反応装置
31 反応成形部
32 筒型
33A アンダー成形部材
33B アッパー成形部材
34 ウォーターバス
35 加熱装置
36 温度計
37 コントローラー
38 チューブ
39 水槽
40 メスシリンダー
41 発生ガス(水素)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mechanochemical reaction apparatus 11 Reaction shaping | molding part 12 Pressure apparatus 13A Under punch member 13B Upper punch member 14 Cylinder 15 Heating apparatus 16 Thermometer 17 Pressure gauge 18 Valve 19 Plastic tube 20 Weighing cylinder 21 Tube 22 Generated gas 30 Reactor 31 Reaction molding Part 32 Tube 33A Under molding member 33B Upper molding member 34 Water bath 35 Heating device 36 Thermometer 37 Controller 38 Tube 39 Water tank 40 Measuring cylinder 41 Generated gas (hydrogen)

Claims (6)

アルミニウム材と水とを反応させて該アルミニウム材上にアルミニウム化合物を生成させる工程と、前記アルミニウム材が溶融する温度を加えて該アルミニウム材を流し出す工程とを有することを特徴とする多孔質材料の製造方法。   A porous material comprising: a step of reacting an aluminum material with water to produce an aluminum compound on the aluminum material; and a step of pouring the aluminum material by applying a temperature at which the aluminum material melts. Manufacturing method. 前記アルミニウム化合物は、隣接する前記アルミニウム材同士を結びつけて固化成形する、請求項1に記載の多孔質材料の製造方法。   The method for producing a porous material according to claim 1, wherein the aluminum compound is formed by solidifying the adjacent aluminum materials. 前記アルミニウム材の形状が、粒子状又は繊維状の微細原料である、請求項1又は2に記載の多孔質材料の製造方法。   The manufacturing method of the porous material of Claim 1 or 2 whose shape of the said aluminum material is a particulate or fibrous fine raw material. 前記アルミニウム化合物が、水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多孔質材料の製造方法。   The method for producing a porous material according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum compound is aluminum hydroxide and / or aluminum oxide. アルミニウム化合物の殻で囲まれた空孔を有し、隣接する前記殻同士が結びついて多孔質構造をなす多孔質材料であって、
前記アルミニウム化合物の殻は、内部のアルミニウム材が熱処理によって流れ出した後に残ったものであり、前記空孔の大きさは、前記アルミニウム材が粒子状のアルミニウム材である場合に残る球状の空孔については平均粒径20μm〜275μmの範囲内であり、前記アルミニウム材が繊維状のアルミニウム材である場合に残る繊維状の空孔については繊維長さ20μm〜15mmの範囲内で繊維直径20μm〜150μmの範囲内である、ことを特徴とする多孔質材料。
A porous material having pores surrounded by an aluminum compound shell, the adjacent shells being joined together to form a porous structure ;
The shell of the aluminum compound is left after the internal aluminum material flows out by heat treatment, and the size of the pores is the same as the spherical pores remaining when the aluminum material is a particulate aluminum material. Is within the range of 20 μm to 275 μm in average particle diameter, and when the aluminum material is a fibrous aluminum material, the remaining fiber holes have a fiber diameter of 20 μm to 15 mm and a fiber diameter of 20 μm to 150 μm. A porous material characterized in that it is within a range .
前記アルミニウム化合物が、水酸化アルミニウム及び/又は酸化アルミニウムである、請求項5に記載の多孔質材料。

The porous material according to claim 5, wherein the aluminum compound is aluminum hydroxide and / or aluminum oxide.

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