KR20170139533A

KR20170139533A - 복합 재료 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170139533A
Application number: KR1020177030100A
Authority: KR
Inventors: 치히로 히라이와; 마사토시 마지마; 히로마사 다와라야마; 나호 미즈하라; 카즈키 오쿠노; 타카히로 히가시노; 요헤이 노다; 카즈나리 미야모토
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2017-12-19
Also published as: EP3287206A1; EP3287206B1; EP3287206A4; WO2016170805A1; JPWO2016170805A1; US20180093318A1; CN107614142A; CN107614142B

Abstract

3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체와, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체와, 상기 제1 금속 다공체의 상기 골격과 상기 제2 금속 다공체의 상기 골격이 얽힘으로써 형성된 접합부를 구비하는, 복합 재료. 상기 제1 금속 다공체의 기공률과, 상기 제2 금속 다공체의 기공률은 상이해 있어도 좋다.

Description

복합 재료 및 그의 제조 방법{COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은, 금속 다공체끼리가 접합된 복합 재료 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 전자 기기나 자동차 등에 있어서의 경량화의 흐름 가운데, 금속 다공체가 주목받고 있다. 금속 재료를 다공질 구조로 함으로써, 매우 높은 경량성을 실현할 수 있다.

또한, 금속 다공체는 비표면적이 크고, 통기성 및 도전성이 우수하기 때문에, 열 교환재, 단열재, 흡음재, 충격 흡수재, 각종 화학 물질(촉매 등)의 담체, 필터재, 각종 전지의 전극이나 집전체, 연료 전지의 가스 유로, 흡착재, 전자파 차폐재 등으로서의 용도가 기대된다.

금속 다공체의 제조 방법으로서는, 예를 들면, 용융 금속에 발포제를 첨가하여 교반한 후, 냉각하는 방법(프리커서(precursor)법), 금속 분말과 스페이서라는 분말을 혼합하여 소결한 후, 스페이서를 제거하는 방법(스페이서법, 예를 들면 특허문헌 1) 등을 들 수 있다.

금속 다공체의 기능성에 착안하고, 또한, 기능이 상이한 복수의 금속 다공체를 적층 일체화하여 금속 다공체를 다기능화하는 경우도 행해지고 있다. 복수의 금속 다공체를 적층하는 방법으로서는, 각 금속 다공체를 제작한 후, 이들을 접착제에 의해 접착하는 방법이나, 소결에 의해 일체화하는 방법을 들 수 있다. 후자의 방법으로서는, 금속 다공체 중 하나를 소결에 의해 제작한 후, 금속 다공체의 표면에 다른 금속 분말을 포함하는 페이스트를 적층하고, 재차 소결을 행하는 방법이나, 성형형에 각 금속 분말 등을 층 형상으로 충전한 후, 소결하는 방법(예를 들면, 특허문헌 2)을 들 수 있다.

일본공개특허공보 201382965호 일본공개특허공보 200529435호

접착재를 사용하여 복수의 금속 다공체를 적층하는 방법으로는, 금속 다공체끼리의 계면에 있어서 통기성이 저해되기 쉽다. 또한, 금속 다공체 이외의 물질이 개재함으로써, 금속 다공체의 기능성이 해쳐지거나, 고온하에서의 사용에 문제가 발생하거나 하는 것이 우려된다.

복수의 금속 다공체를 소결에 의해 일체화하는 방법으로는, 각 금속 다공체의 기공 지름(pore size)이나 기공률(porosity)을 제어하는 것이 매우 어렵다.

본 발명의 일 형태는, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체와, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체와, 상기 제1 금속 다공체의 상기 골격과 상기 제2 금속 다공체의 상기 골격이 얽힘(entanglement)으로써 형성된 접합부를 구비하는, 복합 재료에 관한 것이다.

본 발명의 다른 일 형태는, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체 및 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체가 접합된 복합 재료의 제조 방법으로서, 상기 제1 금속 다공체의 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공체의 제2 금속 다공제 전구체를 준비하는 제1 공정과, 상기 제1 금속 다공제 전구체와 상기 제2 금속 다공제 전구체의 적어도 일부가 중복되도록, 상기 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공제 전구체를 배치하는 제2 공정과, 상기 제1 금속 다공제 전구체와 상기 제2 금속 다공제 전구체의 중복 부분을 프레스하는 제3 공정을 구비하는, 복합 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 복수의 금속 다공체의 각각이 갖는 기능을 해치는 일 없이, 복수의 금속 다공체끼리가 접합된 복합 재료를 제공할 수 있다. 또한, 복수의 금속 다공체가 복합된 복합 재료를, 매우 간편하게 얻는 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 복합 재료를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 금속 다공체의 골격의 일부의 구조의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 골격의 일부의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 복합 재료를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 복합 재료를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4c는 본 발명의 다른 일 실시 형태에 따른 복합 재료를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

[발명의 실시 형태의 설명]

맨 처음으로 본 발명의 실시 형태의 내용을 나열하여 설명한다.

(1) 본 발명의 복합 재료는, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체와, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체와, 상기 제1 금속 다공체의 상기 골격과 상기 제2 금속 다공체의 상기 골격이 얽힘으로써 형성된 접합부를 구비한다. 이에 따라, 복수의 금속 다공체는, 각각의 금속 다공체가 갖는 기능을 해치지 않고 접합된다.

(2) 상기 제1 금속 다공체의 기공률과, 상기 제2 금속 다공체의 기공률은 상이해도 좋다. 또한, (3) 상기 제1 금속 다공체는, 상기 제2 금속 다공체에 포함되는 금속과는 상이한 금속을 포함하고 있어도 좋다. 이에 따라, 복합 재료를 다기능화할 수 있다.

(4) 또한, 본 발명의 복합 재료의 제조 방법은, 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체 및 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체가 접합된 복합 재료의 제조 방법으로서, 상기 제1 금속 다공체의 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공체의 제2 금속 다공제 전구체를 준비하는 제1 공정과, 상기 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공제 전구체의 적어도 일부끼리가 중복되도록, 상기 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공제 전구체를 배치하는 제2 공정과, 상기 제1 금속 다공제 전구체와 상기 제2 금속 다공제 전구체의 중복 부분을 프레스하는 제3 공정을 구비한다. 이에 따라, 복수의 금속 다공체가 복합된 복합 재료를, 매우 간편한 방법으로 얻을 수 있다.

[발명의 실시 형태의 상세]

본 발명의 실시 형태를 구체적으로 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 내용으로 한정되는 것이 아니고, 청구의 범위에 의해 나타나며, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

이하, 복합 재료를 도 1∼3을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 복합 재료의 일 실시 형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2는, 금속 다공체의 골격의 일부의 구조의 일 예를 나타내는 개략도이고, 도 3은, 그 골격의 일부의 단면을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

(복합 재료)

복합 재료(10)는, 3차원 그물코 형상의 골격(102)을 갖는 제1 금속 다공체(1a)와 3차원 그물코 형상의 골격(102)을 갖는 제2 금속 다공체(1b)를 구비한다. 제1 금속 다공체(1a)와 제2 금속 다공체(1b)는 접합되어 있고, 그 접합부(2)에 있어서, 서로의 골격이 얽혀 있다.

환언하면, 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 골격끼리가 얽힘으로써, 양자는 접합되어 있다.

제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)는, 예를 들면, 부직포 형상의 구조나, 스펀지 형상의 구조를 갖는다. 이들의 구조는, 공공(hole) 및 금속제의 골격을 갖는다. 예를 들면, 스펀지 형상의 구조를 갖는 금속 다공체는, 공공 및 금속제의 골격을 갖는 복수의 셀에 의해 구성된다. 셀 중 하나는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 정십이면체로서 나타낼 수 있다. 공공(101)은, 섬유 형상 또는 봉 형상의 금속 부분(섬유부(102))에 의해 구획되어 있고, 복수가 3차원적으로 연속되어 있다. 셀의 골격은, 섬유부(102)가 연결됨으로써 형성된다. 셀에는, 섬유부(102)에 의해 둘러싸인 대략 오각형의 개구(또는 창)(103)가 형성되어 있다. 인접하는 셀끼리는, 하나의 개구(103)를 공유함으로써, 서로 연통하고 있다. 즉, 각 금속 다공체의 골격은, 연속하는 복수의 공공(101)을 구획하면서, 그물코 형상의 네트워크를 형성하는 섬유부(102)에 의해 형성된다. 이러한 구조를 갖는 골격을, 3차원 그물코 형상의 골격이라고 한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 섬유부(102)는, 내부에 공동(cavity)(102a)을 갖고 있어도 좋고, 즉, 중공이라도 좋다. 중공의 골격을 갖는 금속 다공체는, 부피가 큰 3차원 구조를 가지면서도, 매우 경량이다.

제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 구성은 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 금속 다공체의 구성은, 이하에 설명하는 바와 같은, 금속종, 기공률, 두께 등에 의해 결정된다. 각 금속 다공체의 구성이 동일한 경우, 양자를 접합함으로써, 설비 혹은 비용의 점에서 제조가 곤란한 대형의(대면적 혹은 두꺼운) 복합 재료를 얻을 수 있다. 각 금속 다공체의 구성이 동일하더라도, 각 금속 다공체의 공공(101)에 상이한 물질을 충전함으로써, 각 금속 다공체에 상이한 기능을 갖게 할 수 있다. 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 구성이 상이한 경우, 각 금속 다공체에, 통기성 등에 있어서 상이한 기능을 갖게 할 수 있는 점에서 유리하다.

각 금속 다공체는, 그 공공(101)에, 각종 촉매, 흡착재, 전극 활물질, 전해질 등의 물질이 충전되어 있어도 좋다. 이에 따라, 복합 재료(10)에 여러 가지 기능을 부여할 수 있다. 각 금속 다공체의 공공(101)에 충전되는 물질은, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

복합 재료의 접합부(2)에서는, 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 골격끼리가 얽혀 있다. 골격끼리가 얽혀 있는 것은, 예를 들면, 제1 금속 다공체(1a)의 단부 근방에 존재하는 개구(103)에, 제2 금속 다공체(1b)의 섬유부(102)의 단부 근방이 들어간 상태일 수 있다. 또한, 각 금속 다공체의 단부 근방에 존재하는 섬유부(102)가 소성 변형하고, 계합하고 있는 상태일 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 다공체(1a)와 제2 금속 다공체는, 접착제를 개재시키는 일 없이, 서로의 주면(principal surface) 근방에서 강고하게 접합된다. 그 때문에, 제1 금속 다공체(1a)와 제2 금속 다공체(1b)도 또한 연통한다. 이러한 복합 재료는, 유체의 투과성이 우수하기 때문에, 예를 들면, 각종 화학 물질의 담체, 각종 필터재, 연료 전지의 가스 유로 등으로서 적합하다.

각 금속 다공체를 구성하는 금속은, 용도나 사용 환경에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 복합 재료에 있어서, 금속 다공체끼리는 그 골격을 이용하여 접합되어 있기 때문에, 금속은, 그 종류를 특별히 제한되는 경우 없이 사용된다. 즉, 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)를 구성하는 금속은, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 상기 금속으로서는, 예를 들면, 구리, 동합금(구리와, 예를 들면 Fe, Ni, Si, Mn 등의 합금), 니켈 또는 니켈 합금(니켈과, 예를 들면 주석, 크롬, 텅스텐 등의 합금) 알루미늄 또는 알루미늄 합금(알루미늄과, 예를 들면 Fe, Ni, Si, Mn 등의 합금), 스테인리스강 등을 들 수 있다.

복합 재료(10)의 기공률(공극률)도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 기공률은, 예를 들면, 60체적％ 이상, 바람직하게는 70체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 85체적％ 이상이다. 기공률은, 100체적％ 미만, 바람직하게는 99.5체적％ 이하, 더욱 바람직하게는 99체적％ 이하이다. 이들의 하한값과 상한값은 임의로 조합할 수 있다. 기공률(체적％)은, {1－(금속 다공체의 겉보기 비중/금속의 진비중(true specific gravity))}×100으로 구할 수 있다.

각 금속 다공체의 기공률도 특별히 한정되지 않고, 복합 재료 전체의 기공률이, 예를 들면 상기 범위가 되도록 설정하면 좋다. 제1 금속 다공체(1a)와 제2 금속 다공체(1b)는, 접합부(2)에 있어서 연통하고 있다. 그 때문에, 복합 재료(10)의 기공률은, 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 각 기공률을 잘 반영한다. 환언하면, 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 기공률을 알면, 복합 재료(10)의 기공률을 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 접합 전의 각 금속 다공체(전구체)의 두께와 기공률로부터, 복합 재료(10)의 기공률을 예측하는 것도 가능하다.

각 금속 다공체의 기공률로서 예를 들면, 복합 재료(10)의 기공률과 동일한 범위가 예시된다. 각 금속 다공체의 기공률은, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 각 금속 다공체의 기공률이 상이한 경우, 복합 재료(10)는, 각종 필터재, 연료 전지의 가스 유로로서 특히 적합하다.

각 금속 다공체의 공공(101)의 평균 공공 지름 V도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 평균 공공 지름 V는, 예를 들면, 300∼5000㎛라도 좋고, 400∼3500㎛라도 좋다. 각 금속 다공체의 공공(101)의 평균 공공 지름 V는, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

평균 공공 지름 V1은, 예를 들면, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 우선, 금속 다공체에 있어서의 공공(101) 중으로부터 임의의 공공(101a)을 하나 선택하고, 이 공공(101a)에 수용되는 최대의 구체(sphere)의 직경과, 공공(101a)을 수용할 수 있는 최소의 구체 S(도 2 참조)의 직경을 측정하고, 이들의 평균값을 구한다. 이를 공공(101a)의 공공 지름 Va로 한다. 동일하게 하여, 금속 다공체가 갖는 다른 임의의 복수(예를 들면, 9개)의 공공(101b∼101j)의 각 공공 지름 Vb∼Vj를 구하고, 이들 10개의 공공(101a∼101j)의 각 공공 지름 Va∼Vj의 평균값을, 공공 지름 V1로 한다.

각 금속 다공체의 개구(103)의 평균 지름(기공 지름 D)도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 각 금속 다공체의 기공 지름 D는, 예를 들면, 100∼3000㎛라도 좋고, 200∼2000㎛라도 좋다. 각 금속 다공체의 기공 지름 D는, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

기공 지름 D는, 예를 들면, 이하와 같이 하여 구해진다. 우선, 금속 다공체가 갖는 개구(103) 중으로부터 임의의 개구(103a)를 하나 선택하고, 이 개구(103a)에 수용되는 최대의 정원(C)(perfect circle)(도 2 참조)의 직경과, 개구(103a)를 수용할 수 있는 최소의 정원의 직경을 측정하고, 이들의 평균값을 구한다. 이를 개구(103a)의 기공 지름 Da로 한다. 동일하게 하여, 금속 다공체가 갖는 다른 임의의 복수(예를 들면, 9개)의 개구(103b∼103j)의 각 기공 지름 Db∼Dj를 구하고, 이들 10개의 개구(103a∼103j)의 각 기공 지름 Da∼Dj의 평균값을, 기공 지름 D로 한다. 구체적으로는, 금속 다공체의 주면의 SEM 사진에 있어서, 개구(103)의 전체가 10개 이상 포함되는 영역 R을 결정한다. 영역 R에 포함되는 개구(103) 중, 예를 들면 10개를 랜덤으로 선택하고, 각 개구(103a∼103j)에 대해서, 상기의 방법에 의해 기공 지름 Da∼Dj를 산출한다. 산출된 각 개구(103a∼103j)의 기공 지름 Da∼Dj의 평균값을 기공 지름 D로 한다. 또한, 각 금속 다공체의 평균 공공 지름 V 및 기공 지름 D에 대해서도, 후술하는 바와 같이, 접합 전의 각 금속 다공체(전구체)로부터 예측하는 것이 가능하다.

복합 재료(10)의 비표면적(BET 비표면적)도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 복합 재료(10)의 비표면적은, 예를 들면, 100∼9000㎡/㎥라도 좋고, 200∼6000㎡/㎥라도 좋다. 각 금속 다공체의 비표면적도 특별히 한정되지 않고, 복합 재료의 비표면적이, 예를 들면 상기 범위가 되도록 설정하면 좋다. 각 금속 다공체의 비표면적은, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

각 금속 다공체의 골격(102)의 폭(Wf)도 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 접합 강도의 관점에서, 폭(Wf)은, 평균값으로 100∼1000㎛인 것이 바람직하고, 100∼500㎛인 것이 보다 바람직하다. 각 금속 다공체의 골격(102)의 폭(Wf)은, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

각 금속 다공체의 개구(103)의 밀도(셀 밀도)도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 각 금속 다공체의 셀 밀도는, 예를 들면, 5∼150개/2.54㎝라도 좋고, 5∼70개/2.54㎝라도 좋다. 각 금속 다공체의 셀 밀도는, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다.

복합 재료(10)의 두께도 특별히 한정되지 않고, 용도에 따라서 적절히 선택하면 좋다. 복합 재료(10)의 두께는, 예를 들면 0.1㎜ 이상이며, 3㎜ 이상이라도 좋다. 또한, 복합 재료(10)의 두께는, 예를 들면 50㎜ 이하이다. 각 금속 다공체의 두께도 특별히 한정되지 않고, 복합 재료의 두께가, 예를 들면 상기 범위가 되도록 설정하면 좋다. 각 금속 다공체의 두께는, 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 각 금속 다공체의 두께는, 예를 들면 각각 0.05㎜ 이상이며, 0.8㎜ 이상이라도 좋고, 1㎜ 이상이라도 좋다. 또한, 각 금속 다공체의 두께는, 예를 들면 각각 50㎜ 미만이며, 20㎜ 이하라도 좋다.

예를 들면, 복합 재료(10)를 촉매의 담체로서 사용하는 경우, 이하와 같은 복수의 금속 다공체를 이용해도 좋다. 제1 금속 다공체(1a)로서는, 예를 들면, 공공(101)의 평균 공공 지름 2000∼4000㎛, 비표면적 400∼600㎡/㎥, 셀 밀도 6∼10개/2.54㎝, 두께 5∼10㎜의 금속 다공체를 들 수 있다. 제2 금속 다공체(1b)로서는, 예를 들면, 공공(101)의 평균 공공 지름 450∼550㎛, 비표면적 6500∼8500㎡/㎥, 셀 밀도 48∼52개/2.54㎝, 두께 5∼10㎜의 금속 다공체를 들 수 있다. 이에 따라, 촉매의 담체로서 적절한 기능을 복합 재료(10)에 부여할 수 있다.

복합 재료(10)의 구성은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 금속 다공체(1a)의 한쪽의 주면의 전체면과, 제2 금속 다공체(1b)의 한쪽의 주면의 전체면이 접합되어 있는 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 제1 금속 다공체(1a)의 한쪽의 주면의 일부와, 제2 금속 다공체(1b)의 한쪽의 주면의 일부가 접합되어 있어도 좋다. 이 경우, 접합부(2)는, 제1 금속 다공체(1a)의 단면 및 제2 금속 다공체(1b)의 단면에 형성될 수 있다.

또한, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 복합 재료(10B)는, 제2 금속 다공체(1b)의 다른 한쪽의 주면의 전체면에, 추가로 제3 금속 다공체(1c)의 한쪽의 주면의 전체면이 접합된 3층 구조라도 좋다. 이 경우, 접합부(2)는, 제1 금속 다공체(1a)와 제2 금속 다공체(1b)의 사이(접합부(2ab)) 및, 제2 금속 다공체(1b)와 제3 금속 다공체(1c)의 사이(접합부(2bc))에 형성될 수 있다. 또한, 금속 다공체는, 4층 이상, 접합되어 있어도 좋다.

또한, 복합 재료(10C)는, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 제1 금속 다공체(1a)의 한쪽의 주면의 전체면과, 제2 금속 다공체(1b)의 한쪽의 주면의 전체면이, 제3 금속 다공체(1c)와, 이와 병렬로 배치된 제4 금속 다공질체(1d)를 통하여, 접합되어 있어도 좋다. 이 경우, 접합부(2)는, 제1 금속 다공체(1a)와 제3 금속 다공체(1c)의 사이(접합부(2ac)), 제1 금속 다공체(1a)와 제4 금속 다공체(1d)의 사이(접합부(2ad)), 제2 금속 다공체(1b)와 제3 금속 다공체(1c)의 사이(접합부(2bc)) 및 제2 금속 다공체(1b)와 제4 금속 다공체(1d)의 사이(접합부(2bd))에 형성될 수 있다. 복합 재료(10)의 구성은, 상기의 구성의 조합이라도 좋다.

(금속 다공체의 제조 방법)

각 금속 다공체는, 예를 들면, 수지제의 다공체를, 상기와 같은 금속으로 피복함으로써 형성할 수 있다. 금속에 의한 피복은, 예를 들면, 도금 처리, 기상법(증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 스퍼터링 등), 금속 페이스트의 도포 등에 의해 행할 수 있다. 금속에 의한 피복 처리에 의해, 3차원 그물코 형상의 골격이 형성된다. 이러한 피복 방법 중, 도금 처리가 바람직하다.

도금 처리로서는, 수지제 다공체의 표면(내부의 공극의 표면도 포함함)에, 금속층을 형성할 수 있으면 좋고, 공지의 도금 처리 방법, 예를 들면, 전해 도금법, 용융염 도금법 등이 채용될 수 있다. 도금 처리에 의해, 수지제 다공체의 형상에 따른, 3차원 그물코 형상의 금속 다공체가 형성된다. 또한, 전해 도금법에 의해 도금 처리를 행하는 경우, 전해 도금에 앞서, 도전성층을 형성하는 것이 바람직하다. 도전성층은, 수지제 다공체의 표면에, 무전해 도금, 증착, 스퍼터링 등의 외에, 도전제의 도포 등에 의해 형성해도 좋고, 도전제를 포함하는 분산액에 수지제 다공체를 침지함으로써 형성해도 좋다.

수지제의 다공체로서는, 공극을 갖는 한 특별히 제한되지 않고, 수지 발포체, 수지제의 부직포 등이 사용될 수 있다. 그 중에서도, 연통공이 형성되기 쉬운 점에서, 수지 발포체가 바람직하다.

이들의 다공체를 구성하는 수지로서는, 금속 피복 처리 후에, 금속의 3차원 그물코 형상 골격의 형상을 유지한 상태로, 분해 또는 용해 등에 의해 골격(102)의 내부를 중공으로 하는 것이 가능한 경우가 바람직하다. 예를 들면, 열 경화성 폴리우레탄, 멜라민 수지 등의 열 경화성 수지;올레핀 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 열 가소성 폴리우레탄 등의 열 가소성 수지 등이 예시될 수 있다. 그 중에서도, 사이즈나 형상이 보다 균일한 공공이 형성되기 쉬운 관점에서, 열 경화성 폴리우레탄 등을 이용하는 것이 바람직하다.

골격 내의 수지는, 가열 처리 등에 의해, 분해 또는 용해되어, 제거되는 것이 바람직하다. 가열 처리 후, 골격 내에 잔존한 성분(수지, 분해물, 미반응 모노머, 수지에 포함되는 첨가제 등)을 세정 등에 의해 제거해도 좋다. 수지는, 필요에 따라서, 적절한 전압을 인가하면서 가열 처리를 행함으로써 제거해도 좋다. 또한, 이 가열 처리는, 용융염 도금욕에, 도금 처리한 다공체를 침지한 상태로, 전압을 인가하면서 행해도 좋다.

이와 같이, 금속 피복 처리 후에, 내부의 수지를 제거하면, 금속 다공체의 골격의 내부에 공동이 형성되어, 중공이 된다. 이와 같이 하여 얻어지는 금속 다공체는, 수지제 발포체의 형상에 대응하는 3차원 그물코 구조의 골격을 갖는다. 또한, 시판의 금속 다공체로서는, 스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조의 「알루미늄 셀멧」(등록상표)이나 구리 또는 니켈의 「셀멧」(등록상표)을 이용할 수 있다.

(복합 재료의 제조 방법)

복합 재료(10)는, 예를 들면, 복수의 금속 다공체를 적층한 후, 프레스하는, 매우 간편한 방법에 의해 얻을 수 있다. 상세하게는, 복합 재료(10)는, 제1 금속 다공체(1a)의 전구체(제1 금속 다공제 전구체 P1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 전구체(제2 금속 다공제 전구체 P1b)를 준비하는 제1 공정과, 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 적어도 일부끼리가 중복되도록, 이들을 배치하는 제2 공정과, 제1 금속 다공제 전구체 P1a와 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 중복 부분을 프레스하는 제3 공정을 구비하는 방법에 의해 얻어진다.

(제1 공정)

제1 공정에서는, 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b를 준비한다. 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b는, 제3 공정(프레스 가공)에 의해, 각각 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)가 된다.

제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 P1b는, 프레스 가공에 의해, 이들의 중복부 이외의 부분에 있어서도, 그 골격은 변형될 수 있다. 따라서, 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 기공률, 기공 지름 및 평균 공공 지름은, 프레스 가공의 전후에 따라 변화하는 경우가 있다. 그러나, 프레스 가공에 의한 기공률, 기공 지름 및 평균 공공 지름의 변화는, 경험칙으로부터 예측하는 것이 가능하다. 프레스 가공에 의해, 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 기공률, 기공 지름 및 평균 공공 지름은, 예를 들면, 각각 5∼90％ 감소할 수 있다. 즉, 프레스 가공 후의 제1 금속 다공체(1a) 및 제2 금속 다공체(1b)의 기공률, 기공 지름 및 평균 공공 지름이 소망하는 범위가 되도록, 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 기공률, 기공 지름 및 평균 공공 지름을 적절히 설정하여, 이를 만족시키는 전구체를 선택하면 좋다. 본 실시 형태에 의하면, 각 전구체의 화학적 성질이나 물성을 거의 변화시키는 일이 없기 때문에, 이와 같이 매우 심플한 방법에 의해, 소망하는 복합 재료를 얻을 수 있다.

제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 공공에는, 상기와 같은 각종 물질이 충전되어 있어도 좋다. 각 전구체에 충전되는 물질은 동일해도 좋고, 상이해도 좋다. 예를 들면, 접합 전의 각 공공에 각각 상이한 물질을 충전해 둠으로써, 복합 재료(10)에, 여러 가지의 기능을 부여할 수 있다. 각 전구체는, 프레스하는 것만의 매우 간편한 방법에 의해 접합되기 때문에, 충전되는 물질의 기능을 해치기 어렵다.

(제2 공정)

제2 공정에서는, 제1 금속 다공제 전구체 P1a와 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 적어도 일부가 중복되도록, 이들을 배치한다. 배치의 방법은 특별히 한정되지 않고, 복합 재료(10)가, 예를 들면, 도 1, 도 4a∼4c에 나타내는 구조 또는 이들을 조합한 구성이 되도록, 배치하면 좋다. 제1 금속 다공제 전구체 P1a 및 제2 금속 다공제 전구체 P1b의 중복 부분이, 후의 프레스 가공에 의해 접합되어, 접합부(2)를 형성한다.

(제3 공정)

제3 공정에서는, 적어도 상기 중복 부분을 프레스한다. 이에 따라, 적어도 한쪽의 전구체의 중복 부분에 있어서의 금속제의 골격(섬유부(102))이, 다른 한쪽에 얽히도록 소성 변형하고, 금속 다공체끼리는 강고하게 접합된다. 쌍방의 전구체의 골격이 소성 변형될 필요는 없고, 한쪽의 전구체의 개구(103)에, 다른 한쪽의 골격의 일부가 들어가도록 소성 변형해도 좋다. 또한, 쌍방의 전구체의 골격의 일부가 소성 변형하고, 계합하는 상태로 서로 얽혀도 좋다. 각 금속 다공체는, 3차원 그물코 형상의 골격을 구비하기 때문에, 소성 변형함과 함께, 적절한 탄성도 갖는다. 그 때문에, 프레스 가공을 행해도, 금속 다공체는 손상되기 어렵다.

금속 다공체가 금속 분말의 소결체에 의해 형성되는 경우, 프레스 가공에 의해 양자를 접합하는 것은 곤란하다. 소결체는 소성 변형하기 어렵고, 프레스 가공에 의해 파손되는 경우가 있기 때문이다.

프레스의 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 롤 프레스, 평판 프레스 등을 들 수 있다.

프레스는, 가열하에서 행해도 좋다. 그 중에서도, 비용 및 생산 효율의 관점에서, 상온하에서 롤 프레스에 의해 접합되는 것이 바람직하다. 프레스압은 특별히 한정되지 않고, 각 전구체의 소성 변형의 용이함을 고려하여, 적절히 설정하면 좋다. 프레스압은, 예를 들면, 10㎪ 이상이라도 좋고, 100㎪ 이상이라도 좋다. 또한, 프레스압은, 4000㎪ 이하라도 좋고, 5000㎪ 이하라도 좋다.

본 발명의 복합 재료는, 유체의 투과성이 우수하기 때문에, 예를 들면, 각종 화학 물질의 담체, 각종 필터재, 연료 전지의 가스 유로 등으로서 적합하다. 또한, 다기능화를 기대할 수 있기 때문에, 금속 다공질체를 포함한 여러 가지 용도에 적용할 수 있다.

1a: 제1 금속 다공체
1b: 제2 금속 다공체
1c: 제3 금속 다공체
1d: 제4 금속 다공체
2, 2aa, 2ac, 2ad, 2bc, 2bd: 접합부
10, 10A∼10C: 복합 재료
10, 101: 공공
102: 골격
102a: 중공부
103: 개구

Claims

3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체와,
3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체와,
상기 제1 금속 다공체의 상기 골격과 상기 제2 금속 다공체의 상기 골격이 얽힘(entanglement)으로써 형성된 접합부를 구비하는, 복합 재료.
제1항에 있어서,
상기 제1 금속 다공체의 기공률과, 상기 제2 금속 다공체의 기공률이 상이한, 복합 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 금속 다공체가, 상기 제2 금속 다공체에 포함되는 금속과는 상이한 금속을 포함하는, 복합 재료.
3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제1 금속 다공체 및 3차원 그물코 형상의 골격을 갖는 제2 금속 다공체가 접합된 복합 재료의 제조 방법으로서,
상기 제1 금속 다공체의 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공체의 제2 금속 다공제 전구체를 준비하는 제1 공정과,
상기 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공제 전구체의 적어도 일부끼리가 중복되도록, 상기 제1 금속 다공제 전구체 및 상기 제2 금속 다공제 전구체를 배치하는 제2 공정과,
상기 제1 금속 다공제 전구체와 상기 제2 금속 다공제 전구체의 중복 부분을 프레스하는 제3 공정을 구비하는, 복합 재료의 제조 방법.