JPH05247502A - 金属多孔体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高多孔率を有し、連通孔で打抜き加工や曲げ
加工に対する強度特性の優れた金属多孔体の製造方法を
得る。 【構成】 平均粒子径が５μm 以下にあって粒子径が５
μm 以下の粒子が80重量％以上の粒径分布を有する金属
粉末あるいは合金粉末を水あるいは有機溶剤に懸濁分散
させた塗料を製造し、しかる後にこの塗料を多孔質材料
の連通孔を有するブロックあるいはシートに含浸塗布し
乾燥して金属粉末あるいは合金粉末からなる被膜を形成
した後、多孔質材料を含浸塗布した金属あるいは合金の
融点以下の温度で燃焼消滅させると共に金属粉末あるい
は、合金粉末を焼結させ、高強度の金属多孔体を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属多孔体、特に高多孔
率で空孔はすべて連通しており通気抵抗が少なく、形状
は板状のものから打抜き加工等自由に選べる金属多孔体
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属多孔体の製造方法は、発泡
法、加圧鋳造法、焼結法、メッキ法に大別できる。発泡
法は、アルミニウムなどの低融点金属の溶湯にチタニウ
ムやジルコニウムの水素化物などの発泡剤を添加し攪拌
しながら鋳造することによって多孔体（発泡金属）を製
造する方法であり、得られた多孔体の空孔は独立気孔で
あり利用分野が限られている。加圧鋳造法は型内に充填
した粒子の間隙に溶融金属を加圧鋳造して多孔体を製造
する方法で、得られた多孔体の空孔は独立気孔、連通気
孔いずれの形態もあるが高多孔率が得られず利用分野が
限られている。

【０００３】焼結法は金属粒子や金属繊維を原料として
成形、焼結工程を経て多孔体を製造する方法で、粒子焼
結法と繊維焼結法があり、いずれも得られた多孔体の空
孔は連通気孔であるが、前者は多孔率が低く利用分野が
限られ、後者は高多孔率は得られるが生産性、価格面が
問題になっている。メッキ法は多孔質高分子材料の骨格
に各種の金属を電気メッキした後、内部の高分子材料を
焼成除去して多孔体を製造する方法で、高多孔率は得ら
れるが打抜き加工や曲げ加工に対する強度不足、メッキ
液の排水処理及び価格面等が問題になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金属多孔体の産業分野
での実用化、特に電池用極板への実用化を拡大するに
は、高多孔率を有し、連通孔で打抜き加工や曲げ加工に
対する、強度特性の優れた金属多孔体が必要である。し
かし従来の発泡法、加圧鋳造法、焼結法では、連通孔が
得られなかったり、孔径と多孔率の相関関係上限界があ
り、高多孔率を得ることは出来ない。又、多孔質高分子
材料の導電性処理加工を行った後電気メッキを行い、内
部の高分子材料を焼成除去して金属多孔体を得るメッキ
法では、高多孔率は得られるが、打抜き加工や曲げ加工
に対する強度不足及び価格面・メッキ液の排水処理を含
む環境対策面に問題があった。

【０００５】上記の従来の金属多孔体製造方法の問題に
鑑み、本発明の目的は高多孔率を有し連通孔で打抜き加
工や曲げ加工に対する強度特性の優れた金属多孔体を製
造する方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は研究と実験の
結果、高多孔率を有し強度特性の優れた金属多孔体を製
造するには多孔質材料に形成された金属あるいは合金の
粉末からなる被膜を焼結させることにより得られる事を
見出し、さらに強度特性は金属あるいは合金の粉末の粒
径分布に依存している事を見出しこれらの事実に基づき
本発明の特徴とする焼結させる金属あるいは合金の粉末
の粒径分布を規定して上記目的を達成した。

【０００７】即ち本発明の金属多孔体の製造方法の特徴
は、各種金属あるいは合金を粉砕してなる平均粒子径が
５μm 以下にあって粒子径が５μm 以下の粒子が80重量
％以上の粒径分布を有する金属粉末あるいは合金粉末を
水あるいは有機溶剤に懸濁分散させた塗料を製造し、し
かる後にこの塗料を多孔質材料の連通孔を有するブロッ
クあるいはシートに含浸塗布し乾燥して金属粉末あるい
は合金粉末からなる被膜を形成した後多孔質材料を含浸
塗布した金属あるいは、合金の融点以下の温度で燃焼消
滅させると共に、金属粉末あるいは合金粉末を焼結さ
せ、高強度の金属多孔体を形成することにある。本発明
の金属多孔体の製造方法は、電気メッキ工程を除き、コ
スト面、排水処理環境対策面の問題も解決出来る製造方
法である。

【０００８】本発明において使用する金属粉末及び合金
粉末としては鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニ
ウム(Al)、クロム(Cr)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、Fe-Ni-Cu等
の金属または合金を粉砕して用いるが、市販品も使用出
来、いずれの場合でも平均粒子径が５μm 以下にあって
粒子径が５μm 以下の粒子が80重量％以上の粒径分布を
有する必要がある。平均粒子径が５μm より大であった
り、粒子径が５μm 未満の粒子が80重量％未満である
と、多孔質材料の骨格に金属粉末あるいは合金粉末から
なる被膜が充分に形成されず、焼結による結合力が低下
し高強度を得られなくなるからである。

【０００９】本発明に係る金属粉末あるいは合金粉末の
塗料の製造は特別な装置あるいは特別な方法を必要とせ
ず上記金属粉末あるいは合金粉末を若干の適当な分散
剤、例えばカルボキシメチルセルロースと共に溶媒、例
えば水あるいはケトン、アルコール等の有機溶剤と予め
予備混合を行った後、適当な混合機、例えばボールミル
により常温常圧で充分に混合して調整する。

【００１０】本発明において使用する多孔質材料、例え
ば発泡ポリウレタン、プラスチックフォームのような高
分子多孔体、不織布のような繊維集合体、海綿のような
天然高分子多孔体、ゴムフォーム、炭素多孔体等で市販
のものを使用出来るが、連通孔を有するブロックあるい
はシートで孔径の選択出来るものが望ましい。

【００１１】本発明に係る含浸塗布及び乾燥方法は特別
な装置あるいは特別な方法を必要とせず適当な塗装機に
より例えば多孔質材料を金属粉末あるいは合金粉末の塗
料槽に、浸漬した後絞りロールにて絞り遠赤外線乾燥機
にて乾燥することにより金属粉末あるいは合金粉末から
なる被膜を多孔質材料に形成させる。

【００１２】本発明に係る焼結方法は特別な装置あるい
は特別な方法を必要とせず適当な焼結炉、例えばメッシ
ュベルト炉、箱型焼結炉を用い、焼結雰囲気例えば分解
アンモニアガス、水素ガスを用い多孔質材料に含浸塗布
した金属及び合金の融点以下の温度で多孔質材料を燃焼
消滅させると共に金属粉末あるいは合金粉末を焼結させ
る。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づき、より詳細に
説明する。実施例１ 平均粒径が0.88μm で且つ表１に示す粒径分布を有する
ニッケル粉末を表２に示す配合剤と配合量で配合し、配
合物をボールミルにて常温で充分に混合してニッケル粉
末塗料を製造し、その後、このニッケル粉末塗料を浸漬
式塗装機の浸漬槽に入れ、発泡ポリウレタン（エバーラ
イトHEW-50（株）ブリヂストン製）を浸漬して発泡ポリ
ウレタンにニッケル粉末塗料を含浸塗布し、絞りロール
にて過剰含浸塗布分を除き、遠赤外線乾燥機にて乾燥
し、発泡ポリウレタンに、ニッケル粉末からなる被膜を
形成し、しかる後に箱型焼結炉を用い水素ガス雰囲気中
で焼結温度1100℃高温部の保持時間30分にて発泡ポリウ
レタンの燃焼消滅と共に含浸塗布したニッケル粉末の焼
結を行い実施例１の金属ニッケル多孔体を得た。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】上述のようにして得た実施例１の金属ニッ
ケル多孔体の性能を評価するため多孔率及び打抜き加
工、曲げ加工と相関性のある引張強度を評価し、得た結
果を、表４に示す。 多孔率（％）：１−金属多孔体の重量／金属多孔体の体
積×金属の密度 引張強度(kg)：金属多孔体のテストピース（長さ50mm、
幅15mm、厚さ1.6 μm)を万能試験機（島津製作所（株）
RH-30)にて評価

【００１７】比較例１ 実施例１において使用した表１に示す粒径分布のニッケ
ル粉末の変わりに平均粒子径が、6.65μm のニッケル粉
末を使用したこと以外は実施例１と同様に製造して得ら
れた金属ニッケル多孔体を比較例１とし、実施例１と同
様にその評価を行い得た結果を表４に示す。

【００１８】比較例２ 実施例１において使用した表１に示す粒径分布のニッケ
ル粉末の代わりに表３に示す粒子径が５μm 以下の粒子
が80重量％以下の粒径分布のニッケル粉末を使用したこ
と以外は実施例１と同様に製造して得られた金属ニッケ
ル多孔体を比較例２とし実施例１と同様にその評価を行
い、得た結果を表４に示した。

【００１９】

【表３】

【００２０】比較例３ 実施例１において使用した発泡ポリウレタンに黒鉛塗料
（コートハイトAC日本黒鉛工業（株）製）にて導電処理
加工を行い、その後に電気ニッケルメッキを行いしかる
後に発泡ポリウレタンを燃焼消滅させて得られる金属ニ
ッケル多孔体（セルメット＃７住友電気工業（株）製）
を比較例３として実施例１と同様にその評価を行い、得
た結果を表４に示す。

【００２１】実施例２ 実施例１において使用した発泡ポリウレタンの代わりに
ポーラス構造タイプの不織布（バイリーンFT-100日本バ
イリーン（株）製）を使用したこと以外は実施例１と同
様に処理して実施例２の金属ニッケル多孔体を製造し
た。この多孔体について実施例１と同様にその評価を行
い、得た結果を表４に示す。不織布（バイリーンFT-10
0）の孔径が、発泡ポリウレタン（エバーライトHEW-50)
と比較して不均一であった為引張強度にバラツキが見
られた。

【００２２】実施例３ 実施例１において使用したニッケル粉末の代わりに平均
粒径0.5 μm の銅粉末を使用し、焼結温度を800 ℃とし
たこと以外は実施例１と同様に処理して実施例３の金属
銅多孔体を製造した。この多孔体について実施例１と同
様にその評価を行い、得た結果を表４に示す。

【００２３】実施例４ 実施例１において使用したニッケル粉末の代わりに平均
粒径0.3 μm のステンレス316L粉末(17Cr-13Ni2.5Mo-残
部Fe) を使用し焼結温度を1200℃としたこと以外は実施
例１と同様に処理して、実施例４のステンレス多孔体を
製造した。この多孔体について実施例１と同様にその評
価を行い、得た結果を表４に示す。

【００２４】

【表４】

【００２５】表４に示すとおり実施例の製造方法で得ら
れた、金属多孔体は高多孔率と共に高強度が得られ、そ
の強度は従来製造方法であるメッキ法による金属多孔体
に比べて、はるかに優れている。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明において
は、金属粉末あるいは合金粉末の特定粒径分布を有する
塗料を製造し、この塗料を多孔質材料に含浸塗布して上
記金属粉末あるいは合金粉末からなる被膜を形成した
後、含浸塗布した金属あるいは合金の融点以下の温度で
多孔質材料を燃焼消滅させると共に金属粉末あるいは合
金粉末を焼結させることにより金属多孔体を形成するの
で、得られた多孔体は高多孔率で高強度を有する。これ
により、本発明は金属多孔体の産業分野での実用化を拡
大し、電池(Ni-Cd電池、アルカリ電池、Ni-MH 電池、燃
料電池) 用極板、電磁波遮蔽材、フィルター材、電解極
板、刷子材、触媒（脱臭触媒、反応触媒）、自己潤滑摺
動材、静電防止材等に用いられ、特に電池用極板用途で
はNi-Cd 電池、Ni-MH 電池の加工時における極板切れに
よる生産性の低下を回避する効果を奏する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒子径が５μm 以下にあって粒子径
   が５μm 以下の粒子が80重量％以上の粒径分布を有する
   金属粉末あるいは合金粉末を水あるいは有機溶剤に懸濁
   分散させた塗料を製造し、しかる後にこの塗料を多孔質
   材料の連通孔を有するブロックあるいはシートに含浸塗
   布し乾燥して金属粉末あるいは合金粉末からなる被膜を
   形成した後、多孔質材料を含浸塗布した金属あるいは合
   金の融点以下の温度で燃焼消滅させると共に金属粉末あ
   るいは、合金粉末を燃焼させ、高強度の金属多孔体を形
   成することを特徴とする金属多孔体の製造方法。