JPS6230254B2

JPS6230254B2 -

Info

Publication number: JPS6230254B2
Application number: JP3840084A
Authority: JP
Inventors: Sumio Osada; Kazuhide Kaneiwa; Takashi Ichikawa
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Shachihata Industry Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Shachihata Industry Co Ltd
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1987-07-01
Also published as: JPS60184651A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は改良された多孔質金属体の製造方法、
さらに詳しくいえば、溶剤可溶性無機化合物の多
孔体を用い、機能性材料として優れた気孔率の高
い多孔質金属体を製造する方法に関するものであ
る。

一般に多孔質金属体は、その中に含まれる気孔
の存在形態によつて独立気孔型と連続気孔型に分
けられ、独立気孔型は通気性がないが、連続気孔
型は気孔が外気に通じているため通気性を有して
いる。

この連続気孔型の多孔質金属体は、高機能性材
料として、例えば含油軸受、フイルター、熱交換
器、電極、触媒、特殊物質の貯蔵用などに幅広く
用いられている。

ところで連続気孔型の多孔質金属体を前記用途
に用いる場合、その気孔率が高いほどその材料と
しての価値が高くなるので、気孔率の高いものの
製造が試みられてきたが、従来、これらの製造は
粉末ヤ金法によらざるを得ないため、おのずから
得られる気孔率には限度があり、40％以上の気孔
率の連通型多孔質金属体を得ることはできなかつ
た。

本発明者らは、このような事情に鑑み、気孔率
の高い連通型多孔質金属体を開発するために研究
を重ね、先に適当な溶剤で溶解する無機化合物粒
子集合体を所定の形状に焼結し、次いでこの焼結
体の空隙内に金属又は合金の溶湯を圧入し、これ
を冷却凝固させたのち、該無機化合物を溶解除去
することにより、高い気孔率の連通型多孔質金属
体が得られることを見出し、その製造方法を提案
した。

本発明者らは、気孔率の高い連通型多孔質金属
体の製造方法について、さらに研究を進めた結
果、特定の粒径を有する溶剤可溶性無機化合物粉
末の表面を、該無機化合物の飽和溶液で濡らし、
各粉末粒子を接触させた状態で成形し乾燥して得
られた多孔体、又は前記無機化合物粉末を成形
し、この成形体の空隙部壁面を該無機化合物の飽
和溶液で濡らしたのち、乾燥して得られた多孔体
が、前記の焼結体と同じように用いられうるこ
と、したがつて、これらの多孔体を用いることに
より、焼結工程を省略することができて、経済的
により有利に該多孔質金属体を製造しうることを
見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに
至つた。

すなわち、本発明は、(A)粒径10〜150μの溶剤
可溶性無機化合物粉末粒子の表面を、該無機化合
物の飽和溶液で濡らし、各粉末粒子を接触させた
状態で成形する工程、(B)この成形体を乾燥し、各
粒子間を析出した溶剤可溶性無機化合物で連結し
て多孔体を得る工程、(C)該多孔体の空隙部に溶融
した金属又は合金を圧入する工程、(D)圧入された
金属又は合金を冷却固化し、溶剤可溶性無機化合
物と金属又は合金との複合体を得る工程及び(E)該
複合体を溶剤で処理し、その中の溶剤可溶性無機
化合物を溶出させて多孔質金属体を得る工程から
成ることを特徴とする多孔質金属体の製造方法、
並びに(A)粒径10〜150μの溶剤可溶性無機化合物
粉末を成形し、この成形体を構成する各粒子表面
を該無機化合物の飽和溶液で濡らす工程、及び前
記と同様な(B)、(C)、(D)、(E)工程から成ることを特
徴とする多孔質金属体の製造方法を提供するもの
である。

本発明の製造方法において用いる溶剤可溶性無
機化合物粉末は、適当な溶剤例えば水、アルカ
リ、酸、アルコール、アセトン、ジメチルホルム
アミドなどに溶解しうる、粒径10〜150μの無機
化合物の粉末であつて、特に水溶性無機塩粉末が
好適である。この水溶性無機塩としては、例えば
塩化ナトリウム、塩化カリウム、亜硝酸ナトリウ
ムなどのアルカリ金属塩、塩化バリウムのような
アルカリ土類金属塩などが好適に用いられる。こ
れらの無機化合物粉末の粒径が前記範囲を逸脱す
ると、好適の気孔率及び気孔径を有する多孔質金
属体が得られず好ましくない。

また、本発明の製造方法に用いる金属又は合金
としては、融点が約1150℃以下のものはすべて適
用でき、例えば通常の多孔質金属体に用いられて
いる。鋳鉄、鉛、亜鉛、スズ、アルミニウム、
金、銀、銅及びこれらの合金を挙げることができ
る。

本発明の製造方法は、前記の(A)、(B)、(C)、(D)及
び(E)の５工程から構成されており、これらの各工
程における好適な実施態様について説明すると、
まず(A)工程において、粒径10〜150μのアルカリ
金属塩やアルカリ土類金属塩などの溶剤可溶性無
機化合物粉末の表面を、該無機化合物を水などの
溶剤に飽和状態で溶解させた溶液を用いて濡ら
し、各粉末粒子を接触させた状態で成形する。こ
の成形法としては、例えば該無機化合物の飽和溶
液と該無機化合物粉末とから得られた泥状物を金
型に入れてプレスする方法、該無機化合物粉末に
溶剤を噴霧し、この表面が濡れた無機化合物粉末
を金型に充てんしてプレスするか、又は該無機化
合物粉末を金型に充てんし、溶剤を噴霧してその
表面を濡らしたのちプレスする方法、該無機化合
物粉末に該無機化合物の飽和溶液を噴霧又は添加
したのち、金型に充てんしてプレスするか、ある
いは該無機化合物粉末を金型に充てんし、該無機
化合物の飽和溶液を噴霧又は添加したのちプレス
する方法などが用いられる。この成形法に用いる
プレス圧は、通常１〜20ton/cm²の範囲で選ばれ
る。

さらに別の方法として、該無機化合物粉末を成
形し、この成形体を構成する各粒子表面を該無機
化合物の飽和溶液で濡らしてもよい。この場合、
該飽和溶液を加圧により成形体中に浸透させても
よいし、吸引により浸透させてもよい。

このようにして得られた加湿成形体を、次の(B)
工程で乾燥して溶剤可溶性無機化合物多孔体を得
る。この乾燥は乾燥機などを用いて常圧加熱又は
減圧加熱することにより行われる。この多孔体の
充てん率は通常50〜85％の範囲である。

次に、(C)工程において、前記(B)工程で得られた
溶剤可溶性無機化合物多孔体の空隙部に溶融した
金属又は合金を圧入する。この圧入方法として
は、例えば添付図面に示すような加圧鋳造装置を
用い、この装置の金型１に該多孔体３を装てん
し、電気又はガスによつて所定の温度に予熱した
のち、目的の溶融金属又は合金２を該多孔体３の
上部に注ぎ、加圧用パンチ４で加圧して溶融金属
又は合金を多孔体空隙部に浸透させる。この場
合、圧入圧力は多孔体の空隙を流れる溶融金属又
は合金の流動抵抗よりも大きくする必要がある
が、通常30Kg/cm²以上の圧力であれば十分であ
る。また予熱温度は次式によつて与えられるｔ^p
以上、圧入金属又は合金の凝固点以下に選定す
る。

ｔ^p＝Ｔ^M−０．２５Ｈ^ＭＤ^Ｍ／Ｖ^ｐｃ^ｐｄ^ｐここでＴ^M、Ｈ^M及びＤ^Mはそれぞれ溶融金属又
は合金の凝固点（℃）、凝固潜熱（cal／ｇ）及び
密度（ｇ/cm³）であり、Ｖ^p、ｄ^p及びｃ^pはそれぞ
れ溶剤可溶性無機化合物粒子の空間を占める体積
割合又は充てん率、該粒子の密度（ｇ/cm³）及び
該粒子の比熱（cal／ｇ／℃）を示す。

次の(D)工程において、前記(C)工程で多孔体に圧
入された金属又は合金を冷却固化し、溶剤可溶性
無機化合物と金属又は合金との複合体を得、最後
の(E)工程において、この複合体を水などの溶剤を
用いて処理し、その中の溶剤可溶性無機化合物の
みを溶出させて目的とする多孔質金属体を得る。
この溶出は、該無機化合物の溶解度が比較的大き
いような溶剤を用いる場合、流れている溶剤中に
複合体を浸せきするのみで十分であるが、超音波
洗浄仕上げを行うとさらに効果的である。

本発明方法によると、従来の焼結金属に比べて
気孔率が２〜３倍以上に達する高気孔率の通気性
金属体を極めて容易に得ることができる。さらに
本発明方法は次の特徴を有している。すなわち、
(1)無機化合物粒子のサイジングが容易であるの
で、最終的に得られる多孔質金属体の気孔径を容
易に制御しうる。(2)無機化合物粒子の形状を予め
コントロールすることによつて多孔質金属体の気
孔の形状をコントロールしうる。(3)無機化合物多
孔体に穴を開けたり、切り込みを入れておくと、
最終製品に棒、パイプ、仕切板などを鋳込んだこ
とと同じ効果を有する。もちろん予め用意した
棒、パイプ、仕切板などを無機化合物粒子ととも
に充てんし、成形してもよい。(4)焼結工程が省か
れているので、焼結に要するエネルギーを節約し
うる。(5)無機化合物の溶出が容易であつて、その
リサイクルが可能である。(6)高融点の無機化合物
を用いることによつて、発泡鋳鉄の製造も可能で
ある。

本発明の多孔質金属体は、その気孔率が50〜85
％と従来品に比べて極めて高く、したがつて表面
積も極めて大きな画期的な多孔材料であり、特に
大きな表面積が要求される熱交換器、フイルタ
ー、触媒などの用途に好適である。

次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明
する。

実施例１粒径62μの塩化ナトリウム粉末400ｇを新聞紙
大のプラスチツクパレツトの上に広げ、この粉末
に飽和塩化ナトリウム水溶液20ｇを霧吹きなどを
用いて噴霧しながら、十分にかきまぜる。

次いで、この加湿塩化ナトリウム粉末を内径80
mm、高さ150mmの円筒型内に充てんし、油圧プレ
スにて2.5tonの荷重で圧縮する、これにより外径
80mm、高さ60mm、重さ420ｇの円柱形塩化ナトリ
ウム成形体が得られた。

このようにして得られた塩化ナトリウム成形体
を乾燥機中で70℃、５時間乾燥させることによ
り、外径79.6mm、高さ58.7mm、重さ409ｇ、体積
率64.6％の塩化ナトリウム多孔体が得られた。

次に、前記塩化ナトリウム多孔体を内径80mm、
高さ80mmの金型内に入れ、電気炉525℃まで予熱
する。温度が安定したところで、上方より700℃
の溶融アルミニウム合金（Ac3A）を注入し、た
だちに油圧プレスにて15.7tonの荷重で加圧す
る。

金型が冷却したら、アルミニウム合金−塩化ナ
トリウム複合体を型より取り出し、流水中にて一
昼夜塩化ナトリウムを溶出させることにより、気
孔率69％の連続気孔型の良好な通気性多孔質アル
ミニウム合金を得た。

実施例２内径80mm、高さ120mmの金型に粒径62μの塩化
ナトリウム粉末を充てんし、約10tonの圧力で圧
縮成形して径80mm、高さ60mm、充てん率約70％の
塩化ナトリウム成形体を得た。次いで、この成形
体の周囲をプラスチツクで覆い、ヌツチエを利用
して、上面から飽和塩化ナトリウム水溶液を流し
ながら、下面から１気圧の圧力で該飽和水溶液が
気孔全体にいきわたるように約１時間吸引したの
ち、この濡れた成形体を80℃で５時間乾燥して、
充てん率79％の塩化ナトリウム多孔体を得た。

このようにして得られた塩化ナトリウム多孔体
を金型に入れて525℃に予熱したのち、700℃に溶
融したAl−12％Si合金を実施例１と同様にして圧
入し、アルミニウム合金−塩化ナトリウム複合体
を得た。

この複合体を70φ×10mmに切削加工し、流水中
に12時間浸せきして塩化ナトリウムを溶出したの
ち、遠心分離機にかけて水分を除去し、80℃で２
時間乾燥することにより、気孔率79％の通気性多
孔質アルミニウム合金を得た。

【図面の簡単な説明】

図は加圧鋳造装置の断面説明図であつて、図中
符号１は金型、２は溶融金属又は合金、３は溶剤
可溶性無機化合物多孔体及び４は加圧用パンチで
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１ (A)粒径10〜150μの溶剤可溶性無機化合物粉
末粒子の表面を、該無機化合物の飽和溶液で濡ら
し、各粉末粒子を接触させた状態で成形する工
程、(B)この成形体を乾燥し、各粒子間を析出した
溶剤可溶性無機化合物で連結した多孔体を得る工
程、(C)該多孔体の空隙部に溶融した金属又は合金
を圧入する工程、(D)圧入された金属又は合金を冷
却固化し、溶剤可溶性無機化合物と金属又は合金
との複合体を得る工程及び(E)該複合体を溶剤で処
理し、その中の溶剤可溶性無機化合物を溶出させ
て多孔質金属体を得る工程から成ることを特徴と
する多孔質金属体の製造方法。２ (A)粒径10〜150μの溶剤可溶性無機化合物粉
末を成形し、この成形体を構成する各粒子表面を
該無機化合物の飽和溶液で濡らす工程、(B)この成
形体を乾燥し、各粒子間を析出した溶剤可溶性無
機化合物で連結して多孔体を得る工程、(C)該多孔
体の空隙部に溶融した金属又は合金を圧入する工
程、(D)圧入された金属又は合金を冷却固化し、溶
剤可溶性無機化合物と金属又は合金との複合体を
得る工程及び(E)該複合体を溶剤で処理し、その中
の溶剤可溶性無機化合物を溶出させて多孔質金属
体を得る工程から成ることを特徴とする多孔質金
属体の製造方法。