KR20170076658A

KR20170076658A - 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170076658A
Application number: KR1020177009368A
Authority: KR
Inventors: 도시히코 사이와이; 지빈 양; 고이치 기타
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-07-04
Also published as: EP3213839B1; EP3213839A1; US10543531B2; WO2016068176A1; JP6405892B2; EP3213839A4; US20180290211A1; CN107107196A; JP2016089189A; CN107107196B

Abstract

복수의 알루미늄 기재 (11) 가 소결된 다공질 알루미늄 소결체로서, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에는 외방을 향하여 돌출되는 주상 돌기 (12) 가 형성되고, 알루미늄 기재 (11) 끼리가 주상 돌기 (12) 를 개재하여 결합된 결합부 (15) 를 갖고, 이 결합부 (15) 에는 Ti-Al 계 화합물이 존재하고, 결합부 (15) 의 표층에는 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 존재하는 것을 특징으로 한다.

Description

다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법{POROUS ALUMINUM SINTERED BODY AND METHOD FOR PRODUCING POROUS ALUMINUM SINTERED BODY}

본 발명은 복수의 알루미늄 기재끼리가 소결된 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은 2014년 10월 30일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2014-221244호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

상기 서술한 다공질 알루미늄 소결체는, 예를 들어 각종 전지에 있어서의 전극 및 집전체, 열교환기용 부재, 소음 (消音) 부재, 필터, 충격 흡수 부재 등으로서 사용되고 있다.

종래, 이와 같은 다공질 알루미늄 소결체는, 예를 들어, 특허문헌 1 - 5 에 개시된 방법으로 제조되고 있다.

특허문헌 1 에 있어서는, 알루미늄 분말과 파라핀 왁스립과 바인더를 혼합하여 형성된 혼합물을 시트상으로 성형하고, 이것을 자연 건조시킨 후에 유기 용제에 침지하여 왁스립을 제거한 후, 건조, 탈지, 소결을 실시함으로써, 다공질 알루미늄 소결체를 제조하고 있다.

또, 특허문헌 2 - 4 에 있어서는, 알루미늄 분말과 티탄을 함유하는 소결 보조제 분말과 바인더와 가소제와 유기 용제를 혼합하여 점성 조성물을 형성하고, 이 점성 조성물을 성형하여 발포시킨 후, 비산화 분위기에서 가열 소결시킴으로써, 다공질 알루미늄 소결체를 제조하고 있다.

또한, 특허문헌 5 에 있어서는, 알루미늄으로 이루어지는 베이스 분말과 공정 원소를 함유하는 교락 (橋絡) 형성용 Al 합금 분말 등을 혼합하고, 이것을 수소 분위기 혹은 수소와 질소의 혼합 분위기 중에서 가열 소결시킴으로써, 다공질 알루미늄 소결체를 제조하고 있다. 또한, 이 다공질 알루미늄 소결체는, 알루미늄으로 이루어지는 베이스 분말이 과공정 (過共晶) 조직으로 이루어지는 교락부에 의해 서로 연결된 구조로 되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-256788호(A) 일본 공개특허공보 2010-280951호(A) 일본 공개특허공보 2011-023430호(A) 일본 공개특허공보 2011-077269호(A) 일본 공개특허공보 평08-325661호(A)

그런데, 특허문헌 1 에 기재된 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 기공률이 높은 것을 얻는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 또한, 알루미늄 기재끼리를 소결시키는 경우, 알루미늄 기재의 표면에 형성된 강고한 산화막에 의해 알루미늄 기재끼리의 결합이 저해되어, 충분한 강도를 갖는 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2 - 4 에 기재된 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 점성 조성물을 성형·발포시키고 있기 때문에, 효율적으로 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 점성 조성물은 많은 바인더를 함유하고 있기 때문에, 탈바인더 처리에 많은 시간을 필요로 함과 함께, 소결시에 있어서의 성형체의 수축률이 커져, 치수 정밀도가 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 5 에 기재된 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 알루미늄으로 이루어지는 베이스 분말을 과공정 조직으로 이루어지는 교락부에 의해 결합한 구조로 되어 있다. 이 교락부는, 공정 조성의 저융점 Al 합금 분말이 용융되어 액상을 발생시키고, 이 액상이 베이스 분말 사이에서 응고됨으로써 형성되어 있다.

이 때문에, 특허문헌 5 에 기재된 다공질 알루미늄 소결체 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 기공률이 높은 것을 얻는 것이 곤란하였다.

또, 특허문헌 5 에 기재된 다공질 알루미늄 소결체에 있어서는, 교락부 전체가 과공정 조직으로 이루어지기 때문에, 교락부에 있어서의 전기 저항이나 열저항이 높아지고, 다공질 알루미늄 소결체의 도전성 및 열전도성이 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이상과 같은 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 기공률이 높고 충분한 강도를 가짐과 함께 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체, 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 과제를 해결하여 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체는, 복수의 알루미늄 기재가 소결된 다공질 알루미늄 소결체로서, 상기 알루미늄 기재의 외표면에는 외방을 향하여 돌출되는 주상 돌기가 형성되고, 상기 알루미늄 기재끼리가 상기 주상 돌기를 개재하여 결합된 결합부를 갖고, 이 결합부에는 Ti-Al 계 화합물이 존재하고, 상기 결합부의 표층에는 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 존재하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 서술한 구성으로 이루어진 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체에 의하면, 알루미늄 기재끼리의 결합부에 Ti-Al 계 화합물이 존재하고 있기 때문에, 알루미늄의 확산 이동이 억제되게 되고, 알루미늄 기재끼리의 사이의 공극을 유지할 수 있어, 기공률이 높은 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다.

또, 알루미늄 기재의 외표면에 형성된 주상 돌기를 개재하여 알루미늄 기재끼리가 결합된 구조로 되어 있기 때문에, 별도로 발포 공정 등을 실시하지 않고, 기공률이 높은 다공질 알루미늄 소결체로 할 수 있다. 따라서, 이 다공질 알루미늄 소결체를 효율적으로, 또한, 저비용으로 제조할 수 있게 된다.

또한, 점성 조성물과 같이 알루미늄 기재끼리의 사이에 바인더가 많이 존재하고 있지 않기 때문에, 소결시의 수축률이 작아, 치수 정밀도가 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있게 된다.

그리고, 상기 알루미늄 기재끼리가 결합된 결합부에 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 존재하고 있기 때문에, 이 공정 합금상에 의해 결합부가 강화되게 되어, 다공질 알루미늄 소결체 전체의 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 결합부의 표층에 존재하고 있기 때문에, 결합부의 내부는, 외층 부분보다 Si 농도가 낮아져 있고, 결합부의 전기 저항이나 열저항이 낮게 억제되어 있어, 다공질 알루미늄 소결체의 도전성 및 열전도성을 확보할 수 있다.

여기서, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체에 있어서는, 상기 공정 합금상이 추가로 Mg 를 함유하고 있는 것이 바람직하다.

이 경우, Mg 를 함유하고 있지 않은 공정 합금상에 비해 공정점이 낮아지기 때문에, 이 공정 합금상에 의해 더욱 결합부를 강화할 수 있고, 다공질 알루미늄 소결체 전체의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, Mg 농도에 대해서도, 결합부의 외층 부분보다 내부쪽이 낮아져 있기 때문에, 결합부의 전기 저항이나 열저항이 낮아, 다공질 알루미늄 소결체의 도전성 및 열전도성을 확보할 수 있다.

또, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체에 있어서는, 상기 알루미늄 기재가, 알루미늄 섬유 및 알루미늄 분말 중 어느 일방 또는 양방인 것이 바람직하다. 또 알루미늄 기재의 합금 조성은, 순알루미늄 외에, 일반적인 알루미늄 합금이면 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 알루미늄 기재로서 알루미늄 섬유를 사용한 경우에는, 주상 돌기를 개재하여 알루미늄 섬유끼리가 결합되었을 때, 공극이 유지되기 쉬워 기공률이 높아지는 경향이 있다. 그래서, 상기 알루미늄 기재로서 알루미늄 섬유 및 알루미늄 분말을 사용하여 이들 혼합비를 조정함으로써, 다공질 알루미늄 소결체의 기공률을 제어할 수 있게 된다. 또, 동일한 길이의 섬유여도, 직선상인 것과, 굽힘이나 비틀림 등의 형상이 부여되어 있는 것에서는, 기공률이나 형성되는 기공의 형상이 다르기 때문에, 길이를 포함한 각종 섬유 형상 인자를 변량함으로써, 다공질 알루미늄 소결체의 기공률이나 기공 구조를 제어할 수 있다.

본 발명의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법은, 복수의 알루미늄 기재가 소결된 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법으로서, 상기 알루미늄 기재의 외표면에, Ti 와 Si 를 함유하는 Ti-Si 립을 고착시켜 소결용 알루미늄 원료를 형성하는 소결용 알루미늄 원료 형성 공정과, 상기 소결용 알루미늄 원료를 적층하는 소결용 알루미늄 원료 적층 공정과, 적층된 상기 소결용 알루미늄 원료를 가열하여 소결시키는 소결 공정을 갖고, 상기 알루미늄 기재 중 상기 Ti-Si 립이 고착된 지점으로부터 외방을 향하여 돌출되는 복수의 주상 돌기를 형성하고, 이 주상 돌기를 개재하여 복수의 상기 알루미늄 기재끼리를 결합하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 상기 알루미늄 기재의 외표면에, Ti 와 Si 를 함유하는 Ti-Si 립을 고착시킨 소결용 알루미늄 원료를 소결시킴으로써 다공질 알루미늄 소결체를 제조하고 있다.

상기 서술한 소결용 알루미늄 원료를, 소결 공정에서 알루미늄 기재의 융점 근방까지 가열한 경우, 알루미늄 기재가 용융되게 되지만, 알루미늄 기재의 표면에는 산화막이 형성되어 있기 때문에, 용융된 알루미늄이 산화막에 의해 유지되어 있어, 알루미늄 기재의 형상이 유지된다.

여기서, 알루미늄 기재의 외표면 중 Ti-Si 립이 고착된 부분에 있어서는, Si 와 Al 의 공정 반응에 의해 융점이 국소적으로 저하됨과 함께, Ti 와의 반응에 의해 산화막이 파괴되어, 내부의 용융 알루미늄이 외방으로 분출되고, 분출된 용융 알루미늄이 티탄과의 반응에 의해 융점이 높은 화합물을 생성하여 고화된다. 이로써, 알루미늄 기재의 외표면에, 외방을 향하여 돌출되는 복수의 주상 돌기가 형성된다. 이 때, Al 과 Ti 의 포정 (包晶) 반응이 흡열 반응인 것으로부터, 분출된 용융 알루미늄은 단시간에 고화되기 때문에, 주상 돌기의 내부로까지 Si 가 확산되는 것이 억제되고, 주상 돌기의 표층에 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 형성되게 된다.

이와 같이, Ti-Al 계 화합물이 존재하는 결합부를 개재하여 복수의 상기 알루미늄 기재끼리가 결합되어 있기 때문에, 알루미늄의 확산 이동이 억제되고, 알루미늄 기재끼리의 사이의 공극을 유지할 수 있어, 기공률이 높은 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

또, 주상 돌기의 표층에 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 형성되어 있기 때문에, 주상 돌기를 개재하여 결합된 결합부를 강화할 수 있어, 강도가 높은 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

또한, 주상 돌기의 내부로의 Si 의 확산이 억제되어 있기 때문에, 주상 돌기를 개재하여 결합된 결합부에 있어서의 전기 저항이나 열저항을 낮게 억제할 수 있어, 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

여기서, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 상기 Ti-Si 립이 Mg 를 함유하고 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 주상 돌기의 표층에 존재하는 공정 합금상이 Al 과 Si 에 더하여 Mg 를 함유하게 되어, 더욱 주상 돌기를 강화할 수 있고, 더욱 강도가 높은 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다. 또, Mg 에 대해서도, 주상 돌기의 내부로의 확산이 억제되어 있기 때문에, 주상 돌기를 개재하여 결합된 결합부의 전기 저항이나 열저항을 낮게 억제할 수 있어, 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 상기 소결용 알루미늄 원료는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있어도 된다.

이 경우, Ti 를 0.1 질량％ 이상, Si 를 0.1 질량％ 이상 함유하고 있기 때문에, 주상 돌기를 형성하여 알루미늄 기재끼리를 확실하게 결합할 수 있음과 함께, 공정 합금상을 확실하게 형성할 수 있어, 충분한 강도를 갖는 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다. 또, Ti 의 함유량이 20 질량％ 이하, Si 의 함유량이 15 질량％ 이하로 제한되어 있기 때문에, 과잉의 액상이 발생하는 것이 억제되고, 알루미늄 기재끼리의 사이의 공극에 용융 알루미늄이 충전되는 것을 방지할 수 있어, 높은 기공률의 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다. 또, 전기 저항이나 열저항이 상승하는 것을 억제할 수 있어, 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 상기 소결용 알루미늄 원료는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하, Mg 를 0.1 질량％ 이상 5 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있어도 된다.

이 경우, Ti 를 0.1 질량％ 이상, Si 를 0.1 질량％ 이상, Mg 를 0.1 질량％ 이상 함유하고 있기 때문에, 주상 돌기를 형성하여 알루미늄 기재끼리를 확실하게 결합할 수 있음과 함께, 공정 합금상을 확실하게 형성할 수 있어, 충분한 강도를 갖는 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다. 또, Ti 의 함유량이 20 질량％ 이하, Si 의 함유량이 15 질량％ 이하, Mg 의 함유량이 5 질량％ 이하로 제한되어 있기 때문에, 과잉의 액상이 발생하는 것이 억제되고, 알루미늄 기재끼리의 사이의 공극에 용융 알루미늄이 충전되는 것을 방지할 수 있어, 높은 기공률의 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다. 또, 전기 저항이나 열저항이 상승하는 것을 억제할 수 있어, 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체를 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법에 있어서는, 상기 Ti-Si 립은, 금속 티탄 및 수소화티탄 중 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 Ti 분말과 Si 분말을 함유하는 분말 원료를 바인더와 함께 혼련하여 조립함으로써 성형된 것인 것이 바람직하다.

이 경우, 금속 티탄 및 수소화티탄 중 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 Ti 분말과 Si 분말을 함유하는 분말 원료를 바인더와 함께 혼련하여 조립함으로써 성형된 상기 Ti-Si 립을 사용하고 있기 때문에, 알루미늄 기재의 외표면의 동일한 지점에 Ti 와 Si 를 확실하게 고착시킬 수 있어, 전술한 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 기공률이 높고 충분한 강도를 가짐과 함께 도전성 및 열전도성이 우수한 다공질 알루미늄 소결체, 및 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체의 확대 모식도이다.
도 2A 는 도 1 에 나타내는 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 SEM 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 2B 는 도 1 에 나타내는 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 알루미늄에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2C 는 도 1 에 나타내는 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 규소에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2D 는 도 1 에 나타내는 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 티탄에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로도이다.
도 4A 는 알루미늄 기재의 외표면에 Ti-Si 립을 고착시킨 소결용 알루미늄 원료의 설명도이다.
도 4B 는 알루미늄 기재의 외표면에 Ti-Si 립을 고착시킨 소결용 알루미늄 원료의 설명도이다.
도 5 는 시트상의 다공질 알루미늄 소결체를 제조하는 연속 소결 장치의 개략 설명도이다.
도 6A 는 소결 공정에 있어서 알루미늄 기재의 외표면에 주상 돌기가 형성되는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6B 는 소결 공정에 있어서 알루미늄 기재의 외표면에 주상 돌기가 형성되는 상태를 나타내는 설명도이다.
도 7 은 벌크 형상의 다공질 알루미늄 소결체를 제조하는 제조 공정을 나타내는 설명도이다.
도 8A 는 본 발명의 다른 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 SEM 관찰 결과를 나타내는 도면이다.
도 8B 는 본 발명의 다른 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 알루미늄에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8C 는 본 발명의 다른 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 규소에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8D 는 본 발명의 다른 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 마그네슘에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8E 는 본 발명의 다른 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체에 있어서의 알루미늄 기재끼리의 접합부의 티탄에 대한 조성 분석 결과를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 일 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 에, 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 나타낸다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 는, 복수의 알루미늄 기재 (11) 가 소결되어 일체화된 것으로, 본 실시형태에서는, 그 기공률이 30 ％ 이상 90 ％ 이하의 범위 내로 설정된 것으로 되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재 (11) 로서, 알루미늄 섬유 (11a) 와 알루미늄 분말 (11b) 이 사용되고 있다.

그리고, 이 알루미늄 기재 (11) (알루미늄 섬유 (11a) 및 알루미늄 분말 (11b)) 의 외표면에는, 외방을 향하여 돌출되는 복수의 주상 돌기 (12) 가 형성 되어 있고, 복수의 알루미늄 기재 (11) (알루미늄 섬유 (11a) 및 알루미늄 분말 (11b)) 끼리가, 이 주상 돌기 (12) 를 개재하여 결합된 결합부 (15) 를 갖고 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리는, 주상 돌기 (12, 12) 끼리가 결합된 부분이나 주상 돌기 (12) 와 알루미늄 기재 (11) 의 측면이 접합된 부분, 나아가서는 알루미늄 기재 (11, 11) 의 측면끼리가 접합된 부분이 있다.

여기서, 도 2A 내지 도 2D 에 나타내는 바와 같이, 주상 돌기 (12) 를 개재하여 결합된 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 결합부 (15) 에는 Ti-Al 계 화합물 (16) 이 존재하고 있다.

본 실시형태에서는, 도 2A 내지 도 2D 의 분석 결과에 나타내는 바와 같이, Ti-Al 계 화합물 (16) 은, Ti 와 Al 의 화합물로 되어 있고, 보다 구체적으로는, Al₃Ti 금속간 화합물로 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, Ti-Al 계 화합물 (16) 이 존재하고 있는 부분에서 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 결합되어 있는 것이다.

그리고, 이 결합부 (15) 의 표층 부분에는, 도 2A 내지 도 2D 에 나타내는 바와 같이, Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상 (17) 이 형성되어 있다. 또, 결합부 (15) 의 내부는, Si 가 거의 분포되어 있지 않아, 공정 합금상 (17) 이 존재하는 결합부 (15) 의 표층 부분에 비해 Si 농도가 낮아져 있다.

여기서, 공정 합금상 (17) 의 두께는, 예를 들어 1 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 의 원료가 되는 소결용 알루미늄 원료 (20) 에 대하여 설명한다. 이 소결용 알루미늄 원료 (20) 는, 도 4A 및 도 4B 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재 (11) 와, 이 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 고착된 복수의 Ti-Si 립 (22) 을 구비하고 있다. 이 Ti-Si 립 (22) 은 Ti 와 Si 를 함유하는 것으로 되어 있다. 또한, 알루미늄 기재는 일반적인 알루미늄 합금이면, 모두 바람직하게 사용할 수 있지만, 여기서는 예시적으로 순알루미늄을 사용한 경우를 상정하여 설명한다.

여기서, 소결용 알루미늄 원료 (20) 에 있어서는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 알루미늄 기재로서 순알루미늄을 사용하고 있기 때문에, 소결용 알루미늄 원료 (20) 의 조성은, Ti 의 함유량이 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 의 함유량이 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하, 잔부가 불가피 불순물이 된다.

Ti-Si 립 (22) 의 입경은, 5 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있고, 바람직하게는 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 고착된 복수의 Ti-Si 립 (22) 끼리의 간격은 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또, 알루미늄 기재 (11) 로는, 상기 서술한 바와 같이, 알루미늄 섬유 (11a) 와 알루미늄 분말 (11b) 이 사용되고 있다. 또한, 알루미늄 분말 (11b) 로는, 아토마이즈 분말을 사용할 수 있다.

여기서, 알루미늄 섬유 (11a) 의 섬유 직경은 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있고, 바람직하게는 50 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다. 또, 알루미늄 섬유 (11a) 의 섬유 길이는 0.2 ㎜ 이상 100 ㎜ 이하의 범위 내, 바람직하게는 1 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하의 범위 내로 되어 있다.

또, 알루미늄 분말 (11b) 의 입경은 5 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있고, 바람직하게는 20 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있다.

또한, 알루미늄 섬유 (11a) 와 알루미늄 분말 (11b) 의 혼합 비율을 조정함으로써 기공률을 조정할 수 있게 된다. 즉, 알루미늄 섬유 (11a) 의 비율을 증가시킴으로써 다공질 알루미늄 소결체 (10) 의 기공률을 향상시킬 수 있게 되는 것이다. 이 때문에, 알루미늄 기재 (11) 로는, 알루미늄 섬유 (11a) 를 사용하는 것이 바람직하고, 알루미늄 분말 (11b) 을 혼합하는 경우에는 알루미늄 기재 (11) 에 있어서의 알루미늄 분말 (11b) 의 비율을 15 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 제조하는 방법에 대하여, 도 3 의 플로도 등을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 먼저, 도 3 에 나타내는 바와 같이, Ti-Si 립 (22) 을 조립한다 (조립 공정 S01).

Ti 분말과 Si 분말을 바인더 용액과 함께 밀폐 용기 내에 투입하고, 쉐이커 믹서 등의 혼합 장치에 의해 혼합하고, 그 후 건조시킴으로써 Ti-Si 립 (22) 을 조립한다.

여기서, Ti 분말로는 금속 티탄 분말 또는 수소화티탄 분말을 사용할 수 있다. Ti 분말의 입경은 1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, Si 분말의 입경은 5 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 밀폐 용기 내에 투입되는 Ti 분말과 Si 분말의 질량비 Ti : Si 는, Ti : Si ＝ 1 ∼ 5 : 0.1 ∼ 10 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

바인더 용액으로는, 대기 중에서 500 ℃ 로 가열했을 때 연소·분해되는 것이 바람직하고, 예를 들어 아크릴계 수지나 셀룰로오스계 고분자체를 용매 (수계, 알코올계, 유기 용제계의 각종 용제) 로 희석한 바인더 용액을 사용할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, Ti 분말 및 Si 분말의 입경, Ti 분말과 Si 분말의 질량비, 바인더 용액의 농도, 투입량 등을 조정함으로써, 조립되는 Ti-Si 립 (22) 의 평균 입경을 5 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하의 범위 내로 하고 있다. 예를 들어, 입경 5 ㎛ 의 TiH₂ 분말과 입경 5 ㎛ 의 Si 분말을 중량비 TiH₂ : Si ＝ 1 : 1.5 로 하여 조립한 경우에는, 평균 입경 약 20 ㎛ 의 Ti-Si 립 (22) 이 제조된다.

다음으로, 조립된 Ti-Si 립 (22) 과 알루미늄 기재 (11) 를 사용하여 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 제조한다.

먼저, 상온에서 알루미늄 기재 (11) 와 Ti-Si 립 (22) 을 혼합한다 (혼합 공정 S02). 이 때, 바인더 용액을 분무한다. 또한, 바인더로는, 대기 중에서 500 ℃ 로 가열했을 때 연소·분해되는 것이 바람직하고, 구체적으로는 아크릴계 수지, 셀룰로오스계 고분자체를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 바인더의 용제로는, 수계, 알코올계, 유기 용제계의 각종 용제를 사용할 수 있다.

이 혼합 공정 S02 에 있어서는, 예를 들어, 자동 유발, 팬형 전동 조립기, 쉐이커 믹서, 포트 밀, 하이 스피드 믹서, V 형 믹서 등의 각종 혼합기를 사용하여, 알루미늄 기재 (11) 와 Ti-Si 립 (22) 을 유동시키면서 혼합한다.

다음으로, 혼합 공정 S02 에서 얻어진 혼합체를 건조시킨다 (건조 공정 S03).

이 혼합 공정 S02 및 건조 공정 S03 에 의해, 도 4A 및 도 4B 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 Ti-Si 립 (22) 이 분산되어 고착됨으로써, 본 실시형태인 소결용 알루미늄 원료 (20) 가 제조된다. 또한, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 고착된 복수의 Ti-Si 립 (22) 끼리의 간격이 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내가 되도록 Ti-Si 립 (22) 을 분산시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 사용하여 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 제조한다.

여기서, 본 실시형태에서는, 도 5 에 나타내는 연속 소결 장치 (30) 를 사용하여, 예를 들어 폭 : 300 ㎜ × 두께 : 1 ∼ 5 ㎜ × 길이 : 20 m 의 장척의 시트상 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 제조한다.

이 연속 소결 장치 (30) 는, 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 균일하게 산포 하는 원료 산포기 (31) 와, 원료 산포기 (31) 로부터 공급된 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 유지하는 카본 시트 (32) 와, 이 카본 시트 (32) 를 구동시키는 반송 롤러 (33) 와, 카본 시트 (32) 와 함께 반송되는 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 가열하여 바인더를 제거하는 탈지로 (34) 와, 바인더가 제거된 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 가열하여 소결시키는 소성로 (35) 를 구비하고 있다.

먼저, 원료 산포기 (31) 로부터 카본 시트 (32) 위를 향하여 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 산포하고, 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 적층 배치한다 (원료 적층 공정 S04).

카본 시트 (32) 위에 적층된 소결용 알루미늄 원료 (20) 는, 진행 방향 (F) 을 향하여 이동할 때, 카본 시트 (32) 의 폭 방향으로 확산되어 두께가 균일화되고, 시트상으로 성형된다. 이 때, 하중을 가하고 있지 않기 때문에, 소결용 알루미늄 원료 (20) 중의 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 사이에는 공극이 형성된다.

다음으로, 카본 시트 (32) 위에서 시트상으로 성형된 소결용 알루미늄 원료 (20) 는, 카본 시트 (32) 와 함께 탈지로 (34) 내에 장입되고, 소정 온도로 가열됨으로써 바인더가 제거된다 (탈바인더 공정 S05).

여기서, 탈바인더 공정 S05 에 있어서는, 대기 분위기 (A) 중에서, 350 ∼ 500 ℃ 의 온도 범위에서 0.5 ∼ 5 분간 유지하고, 소결용 알루미늄 원료 (20) 중의 바인더를 제거한다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 Ti-Si 립 (22) 을 고착시킬 목적으로만 바인더를 사용하고 있기 때문에, 점성 조성물에 비해 바인더의 함유량이 매우 적어, 단시간에 바인더를 충분히 제거할 수 있다.

다음으로, 바인더가 제거된 소결용 알루미늄 원료 (20) 는, 카본 시트 (32) 와 함께 소성로 (35) 내에 장입되고, 소정 온도로 가열됨으로써 소결된다 (소결 공정 S06).

이 소결 공정 S06 에 있어서는, 불활성 가스 분위기 중에서, 600 ∼ 655 ℃ 의 온도 범위에서 0.5 ∼ 60 분간 유지함으로써 실시된다. 또한, 유지 시간은 1 ∼ 20 분간으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 기재에 융점이 Tm ℃ 인 알루미늄 합금을 사용한 경우에는, Ti-Si 립 중의 Ti 와 Si 의 비율을 조정하고, 유지 온도를 Tm － 60 ∼ Tm ℃ 의 범위에서 적절히 조정하는 것으로 한다.

이 소결 공정 S06 에 있어서는, 소결용 알루미늄 원료 (20) 중의 알루미늄 기재 (11) 는 용융되게 되지만, 알루미늄 기재 (11) 의 표면에는 산화막이 형성되어 있기 때문에, 용융된 알루미늄이 산화막에 의해 유지되어, 알루미늄 기재 (11) 의 형상이 유지된다.

그리고, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면 중 Ti-Si 립 (22) 이 고착된 부분에 있어서는, Ti-Si 립 (22) 의 Ti 와의 반응에 의해 산화막이 파괴되고, 내부의 용융 알루미늄이 외방으로 분출된다. 분출된 용융 알루미늄은 티탄과의 반응에 의해 융점이 놓은 화합물을 생성하여 고화되게 된다. 이로써, 도 6A 및 도 6B 에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에, 외방을 향하여 돌출되는 복수의 주상 돌기 (12) 가 형성된다. 여기서, 주상 돌기 (12) 의 선단에는 Ti-Al 계 화합물 (16) 이 존재하고 있고, 이 Ti-Al 계 화합물 (16) 에 의해 주상 돌기 (12) 의 성장이 억제되고 있는 것이다.

또한, Ti-Si 립 (22) 의 원료로서 수소화티탄 (TiH₂) 을 사용한 경우에는, 300 ∼ 400 ℃ 부근에서 수소화티탄이 분해되고, 생성된 티탄이 알루미늄 기재 (11) 의 표면의 산화막과 반응하게 된다.

또, 본 실시형태에서는, Ti-Si 립 (22) 의 Si 와 Al 의 반응에 의해 공정 합금상 (17) 이 형성된다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 분출된 용융 알루미늄이 티탄과의 반응에 의해 융점이 높은 화합물을 생성하여 고화되기 때문에, Si 는 주상 돌기 (12) 의 내부로까지 확산되는 것이 억제된다. 이로써, 주상 돌기 (12) 의 표층에 공정 합금상 (17) 이 존재하여 주상 돌기 (12) 의 내부는, 주상 돌기 (12) 의 표층 부분보다 Si 농도가 낮아진다.

이 때, 인접하는 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가, 서로의 주상 돌기 (12) 를 개재하여 용융 상태로 일체화 혹은 고상 소결됨으로써 결합되어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 주상 돌기 (12) 를 개재하여 복수의 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 결합된 다공질 알루미늄 소결체 (10) 가 제조되게 된다. 그리고, 주상 돌기 (12) 를 개재하여 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 결합된 결합부 (15) 에는, Ti-Al 계 화합물 (16) (본 실시형태에서는, Al₃Ti 금속간 화합물) 이 존재하고, 이 결합부 (15) 의 표층에 공정 합금상 (17) 이 존재하게 된다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 에 있어서는, 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 결합부 (15) 에 Ti-Al 계 화합물 (16) 이 존재하고 있기 때문에, 이 Ti-Al 계 화합물 (16) 에 의해 알루미늄 기재 (11) 의 표면에 형성된 산화막이 제거되어 있고, 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 양호하게 결합되어 있다. 따라서, 강도가 충분한 고품질의 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

또, 이 Ti-Al 계 화합물 (16) 에 의해 주상 돌기 (12) 의 성장이 억제되기 때문에, 용융 알루미늄이 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 사이의 공극에 분출되는 것을 억제할 수 있어, 높은 기공률의 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 결합부 (15) 에 Ti-Al 계 화합물 (16) 로서 Al₃Ti 가 존재하고 있기 때문에, 알루미늄 기재 (11) 의 표면에 형성된 산화막이 확실하게 제거되고, 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 양호하게 결합되어 있어, 다공질 알루미늄 소결체 (10) 의 강도를 확보할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에서는, 알루미늄 기재 (11) 끼리가 결합된 결합부 (15) 에, Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상 (17) 이 존재하고 있기 때문에, 이 공정 합금상 (17) 에 의해 결합부 (15) 가 강화되게 되어, 다공질 알루미늄 소결체 (10) 전체의 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상 (17) 이 결합부 (15) 의 표층에 존재하고 있어, 결합부 (15) 의 내부는 표층 부분보다 Si 농도가 낮아져 있기 때문에, 결합부 (15) 에 있어서의 전기 저항 및 열저항이 낮아져, 다공질 알루미늄 소결체 (10) 의 도전성 및 열전도성을 확보할 수 있다.

또, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 형성된 주상 돌기 (12) 를 개재하여 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리가 결합되어 있는 구조로 되어 있기 때문에, 별도로 발포 공정 등을 실시하지 않고, 기공률이 높은 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시형태인 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 효율적으로, 또한, 저비용으로 제조할 수 있게 된다.

특히 본 실시형태에서는, 도 5 에 나타내는 연속 소결 장치 (30) 를 사용하고 있기 때문에, 시트상의 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 연속적으로 제조할 수 있어, 생산 효율이 대폭 향상되게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 점성 조성물에 비해 바인더의 함유량이 매우 적기 때문에, 탈바인더 공정 S05 를 단시간에 실시할 수 있다. 또, 소결시의 수축률이 예를 들어 1 ％ 정도로 작아져, 치수 정밀도가 우수한 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있게 된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 알루미늄 기재 (11) 로서 알루미늄 섬유 (11a) 및 알루미늄 분말 (11b) 을 사용하고 있기 때문에, 이들 혼합비나 기재 그 자체의 입경이나 어스펙트비, 굽힘·비틀림 등 각종 형상 인자를 조정하는, 성형 공정에 있어서 필요에 따라 프레스 성형을 실시함으로써, 다공질 알루미늄 소결체 (10) 의 기공률을 제어할 수 있게 된다.

또, 본 실시형태에 있어서는, 소결용 알루미늄 원료 (20) 가, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있기 때문에, 주상 돌기 (12) 를 형성하여 알루미늄 기재 (11) 끼리를 확실하게 결합할 수 있음과 함께, 공정 합금상 (17) 을 확실하게 형성할 수 있어, 충분한 강도를 갖는 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다. 또, 소결 공정 S06 에 있어서, 과잉의 액상이 발생하는 것이 억제되고, 알루미늄 기재 (11) 끼리의 사이의 공극에 용융 알루미늄이 충전되는 것을 방지할 수 있어, 높은 기공률의 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, Ti-Si 립 (22) 은, 금속 티탄 및 수소화티탄 중 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 Ti 분말과 Si 분말을 바인더와 함께 혼련하여 조립함으로써 성형된 것이기 때문에, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면의 동일한 지점에 Ti 와 Si 를 확실하게 고착시킬 수 있어, 전술한 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 조립되는 Ti-Si 립 (22) 의 평균 입경을 5 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하의 범위 내로 하고, 알루미늄 기재 (11) 의 외표면에 고착된 복수의 Ti-Si 립 (22) 끼리의 간격을 5 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 하고 있기 때문에, 복수의 주상 돌기 (12) 가 적정한 간격으로 형성되어 기공률이 높고, 또한, 강도가 높은 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 알루미늄 기재 (11) 로서 알루미늄 섬유 (11a) 와 알루미늄 분말 (11b) 을 사용하고 있고, 알루미늄 기재 (11) 에 있어서의 알루미늄 분말 (11b) 의 비율을 15 질량％ 이하로 하고 있기 때문에, 기공률이 높은 다공질 알루미늄 소결체 (10) 를 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 그 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

예를 들어, 도 5 에 나타내는 연속 소결 장치를 사용하여 다공질 알루미늄 소결체를 연속적으로 제조하는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 제조 장치에 의해 다공질 알루미늄 소결체를 제조해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 시트상의 다공질 알루미늄 소결체로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 도 7 에 나타내는 제조 공정에 의해 제조되는 벌크 형상의 다공질 알루미늄 소결체여도 된다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 산포하는 원료 산포기 (131) 로부터, 카본제 용기 (132) 내를 향하여 소결용 알루미늄 원료 (20) 를 산포하여 벌크 충전하고, 필요에 따라 프레스 성형한다 (원료 산포 공정 (원료 적층 공정)). 이것을 탈지로 (134) 내에 장입하고, 대기 분위기 (A) 에서 가열하여 바인더를 제거한다 (탈바인더 공정). 그 후, 소성로 (135) 내에 장입하고, Ar 분위기 (B) 에서 600 ∼ 655 ℃ 로 가열 유지함으로써, 벌크 형상의 다공질 알루미늄 소결체 (110) 가 얻어진다. 또한, 소결용 알루미늄 원료 (20) 의 알루미늄 기재에 융점 Tm ℃ 의 알루미늄 합금을 사용한 경우에는, Ti-Si 립 중의 Ti와 Si 의 비율을 조정하고, 유지 온도를 Tm － 60 ∼ Tm ℃ 의 범위에서 적절히 조정하는 것으로 한다.

본 발명에서는, 이형성이 양호한 카본제 용기 (132) 를 사용하고 있으며, 또한, 소결시에 1 ％ 정도의 수축이 발생하기 때문에, 카본제 용기 (132) 로부터 벌크 형상의 다공질 알루미늄 소결체 (110) 를 비교적 용이하게 꺼낼 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, Ti-Si 립 (22) 이 Ti 와 Si 를 함유하는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, Ti 및 Si 에 더하여 Mg 를 함유하고 있어도 된다.

이 경우, 소결용 알루미늄 원료는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하, Mg 를 0.1 질량％ 이상 5 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 Mg 를 함유하는 Ti-Si 립 (즉, Ti-Si-Mg 립) 은, Ti 분말과 Si 분말과 Mg 분말을 바인더 용액과 함께 밀폐 용기 내에 투입하고, 쉐이커 믹서 등의 혼합 장치에 의해 혼합하고, 그 후 건조시킴으로써 조립된다.

여기서, Mg 분말의 입경은 20 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또, Ti 분말과 Si 분말과 Mg 분말의 질량비 Ti : Si : Mg 는, 0.1 ∼ 2 : 0.1 ∼ 10 : 0.1 ∼ 5 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 또한, 바인더 용액에 대해서는 상기 서술한 실시형태에서 사용한 것을 적용할 수 있다. 이와 같이 Ti 분말, Si 분말 및 Mg 분말의 입경, Ti 분말과 Si 분말과 Mg 분말의 질량비, 바인더 용액의 농도, 투입량 등을 조정함으로써, 조립되는 Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 의 평균 입경을 20 ㎛ 이상 550 ㎛ 이하의 범위 내로 할 수 있다. 예를 들어, 입경 5 ㎛ 의 TiH₂ 분말과 입경 5 ㎛ 의 Si 분말과 입경 30 ㎛ 의 Mg 분말을 중량비 TiH₂ : Si : Mg ＝ 1 : 1.5 : 1 로 하여 조립한 경우에는, 평균 입경 약 40 ㎛ 의 Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 이 제조된다.

이와 같이 Mg 를 함유한 Ti-Si 립을 사용한 경우, 도 8A 내지 도 8E 에 나타내는 바와 같이, 주상 돌기 (12) 를 개재하여 결합된 알루미늄 기재 (11, 11) 끼리의 결합부 (15) 에는, Ti-Al 계 화합물 (16) 이 존재함과 함께, 결합부 (15) 의 표층 부분에 Al 과 Si 와 Mg 를 함유하는 공정 합금상 (117) 이 존재하게 된다. 또, 결합부 (15) 의 내부는, Si 및 Mg 가 거의 분포되어 있지 않아, 공정 합금상 (117) 이 존재하는 결합부 (15) 의 표층 부분에 비해 Si 농도 및 Mg 농도가 낮아져 있다. 여기서, 공정 합금상 (117) 의 두께는, 실시형태에서 설명한 Al 과 Si 로 이루어지는 공정 합금상 (17) 보다 두껍게 형성되어 있고, 구체적으로는 2 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하의 범위 내로 되어 있고, 또한 결합부 (15) 의 강도가 향상되게 되어, 보다 강도가 높은 다공질 알루미늄 소결체를 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 순알루미늄으로 이루어지는 알루미늄 기재를 사용하는 것으로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 일반적인 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 기재를 사용해도 된다.

예를 들어, JIS 에 규정되는 A3003 합금 (Al-0.6 질량％ Si-0.7 질량％ Fe-0.1 질량％ Cu-1.5 질량％ Mn-0.1 질량％ Zn 합금) 이나 A5052 합금 (Al-0.25 질량％ Si-0.40 질량％ Fe-0.10 질량％ Cu-0.10 질량％ Mn-2.5 질량％ Mg 합금-0.2 질량％ Cr-0.1 질량％ Zn 합금) 등으로 이루어지는 알루미늄 기재를 사용한 경우에는, 합금 성분에 Si 나 Mg 를 함유하고 있지만, 소결용 알루미늄 원료에는, 이것과는 별도로 Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 이 첨가되어 있고, 알루미늄 원료 전체에서의 조성은, 알루미늄 기재에 함유되는 Si 나 Mg 등의 합금 원소에 더하여 추가로 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어진 조성, 혹은 알루미늄 기재에 함유되는 Si 나 Mg 등의 합금 원소에 더하여 추가로 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하, Mg 를 0.1 질량％ 이상 5 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피 불순물로 이루어진 조성으로 되어 있다.

또, 알루미늄 기재도 1 종류의 조성에 한정되지 않고, 예를 들어, 순알루미늄으로 이루어지는 섬유와 JIS A3003 합금으로 이루어지는 분말의 혼합물로 하는 등, 목적에 따라 적절히 조정할 수 있다.

실시예

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실시한 확인 실험의 결과에 대하여 설명한다.

상기 서술한 실시형태에서 나타낸 방법에 의해, 표 1 에 나타내는 원료를 사용하여 소결용 알루미늄 원료를 제조하였다. 또한, 알루미늄 기재로서, A1070 (순알루미늄) 으로 이루어지고, 섬유 직경이 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 알루미늄 섬유, 및 입경이 5 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 알루미늄 분말을 사용하였다.

본 발명예 1 - 8 에 있어서는, TiH₂ 분말, Si 분말, Mg 분말을 사용하여 상기 서술한 실시형태에서 나타낸 방법에 의해 Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 을 조립하였다. 그리고, 이 Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 과 알루미늄 기재를 사용하여, 상기 서술한 실시형태에서 나타낸 방법에 의해 소결용 알루미늄 원료를 제조하였다.

한편, 비교예 1, 2 에 있어서는, TiH₂ 분말, Si 분말, Mg 분말을 그대로 알루미늄 기재와 혼합하여, 소결용 알루미늄 원료를 제조하였다.

상기 서술한 소결용 알루미늄 원료를 사용하여, 상기 서술한 실시형태에서 나타낸 제조 방법에 의해, 폭 30 ㎜ × 길이 200 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 다공질 알루미늄 소결체를 제조하였다. 또한, 소결 공정의 조건은, 소결 온도 : 630 ℃, 소결 온도 유지 시간 : 15 분으로 하였다.

얻어진 다공질 알루미늄 소결체에 대해, 겉보기 기공률, 인장 강도, 전기 저항률을 이하에 나타내는 방법으로 평가하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.

(겉보기 기공률)

얻어진 다공질 알루미늄 소결체의 질량 m (g), 체적 V (㎤), 진밀도 d (g/㎤) 를 측정하고, 이하의 식으로 겉보기 기공률을 산출하였다.

겉보기 기공률 (％) ＝ (1 － (m ÷ (V × d))) × 100

또한, 진밀도 (g/㎤) 는, 정밀 천칭을 사용하여, 수중법에 의해 측정하였다.

(인장 강도)

얻어진 다공질 알루미늄 소결체는, 폭 10 ㎜ × 길이 100 ㎜ × 두께 5 ㎜ 의 시험편으로 가공한 후, 인스트롱형 인장 시험기를 사용한 인장 시험법에 의해 측정하였다.

(전기 저항률)

디지털 멀티 미터를 사용하여, 단면적 A (㎠), 길이 L (㎝) 의 시험편의 전기 저항 (R) 을 측정하고, 이하의 식으로부터 전기 저항률을 산출하였다.

전기 저항률 ρ (mΩ·㎝) ＝ R (mΩ) × A (㎠)/ L (cm)

표 1 에 나타내는 바와 같이, Ti-Si 립 (Ti-Si-Mg 립) 을 사용한 본 발명예 1 - 8 에 있어서는, TiH₂ 분말, Si 분말, Mg 분말을 그대로 사용한 비교예 1, 2 에 비해 전기 저항률이 낮아져 있어, 도전성이 우수한 것이 확인되었다. 또, 본 발명예 1 - 8 에 있어서는, 기공률 및 강도가 우수한 것이 확인되었다.

이상으로부터, 본 발명에 의하면, 높은 기공률 및 충분한 강도를 가짐과 함께 도전성이 우수한 고품질의 다공질 알루미늄 소결체를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

산업상 이용가능성

기공률이 높고, 치수 정밀도가 높고, 또한 강도가 높은 구리 다공질 소결체 및 구리 다공질 복합 부재를 제공할 수 있고, 예를 들어 각종 전지에 있어서의 전극 및 집전체, 열교환기용 부재, 소음 부재, 필터, 충격 흡수 부재 등의 여러 가지 용도에 적용할 수 있다.

10, 110 : 다공질 알루미늄 소결체
11 : 알루미늄 기재
11a : 알루미늄 섬유
11b : 알루미늄 분말
12 : 주상 돌기
15 : 결합부
16 : Ti-Al 계 화합물
17, 117 : 공정 합금상
20 : 소결용 알루미늄 원료
22 : Ti-Si 립
A : 대기 분위기
B : Ar 분위기

Claims

복수의 알루미늄 기재가 소결된 다공질 알루미늄 소결체로서,
상기 알루미늄 기재의 외표면에는 외방을 향하여 돌출되는 주상 돌기가 형성되고, 상기 알루미늄 기재끼리가 상기 주상 돌기를 개재하여 결합된 결합부를 갖고,
이 결합부에는 Ti-Al 계 화합물이 존재하고, 상기 결합부의 표층에는 Al 과 Si 를 함유하는 공정 합금상이 존재하는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체.
제 1 항에 있어서,
상기 공정 합금상이 추가로 Mg 를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 알루미늄 기재가, 알루미늄 섬유 및 알루미늄 분말 중 어느 일방 또는 양방인 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체.
복수의 알루미늄 기재가 소결된 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법으로서,
상기 알루미늄 기재의 외표면에, Ti 와 Si 를 함유하는 Ti-Si 립을 고착시켜 소결용 알루미늄 원료를 형성하는 소결용 알루미늄 원료 형성 공정과, 상기 소결용 알루미늄 원료를 적층하는 소결용 알루미늄 원료 적층 공정과, 적층된 상기 소결용 알루미늄 원료를 가열하여 소결시키는 소결 공정을 갖고,
상기 알루미늄 기재 중 상기 Ti-Si 립이 고착된 지점으로부터 외방을 향하여 돌출되는 복수의 주상 돌기를 형성하고, 이 주상 돌기를 개재하여 복수의 상기 알루미늄 기재끼리를 결합하는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 Ti-Si 립이 Mg 를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 소결용 알루미늄 원료는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 소결용 알루미늄 원료는, 알루미늄 기재 외에 Ti 를 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하, Si 를 0.1 질량％ 이상 15 질량％ 이하, Mg 를 0.1 질량％ 이상 5 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 불가피 불순물로 이루어진 조성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Ti-Si 립은, 금속 티탄 및 수소화티탄 중 어느 일방 또는 양방으로 이루어지는 Ti 분말과 Si 분말을 함유하는 분말 원료를 바인더와 함께 혼련하여 조립함으로써 성형된 것인 것을 특징으로 하는 다공질 알루미늄 소결체의 제조 방법.