WO2018043602A1 - アルミニウム多孔質体の製造方法 - Google Patents

アルミニウム多孔質体の製造方法 Download PDF

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aluminum
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capacitor
electrode material
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雅司 坂口
西森　秀樹
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an aluminum porous body suitably used as a material for an electrode material in, for example, an aluminum electrolytic capacitor or an aluminum solid electrolytic capacitor, and related technology.
  • Aluminum electrolytic capacitors and aluminum solid electrolytic capacitors are widely used for home appliances such as personal computers and television sets and on-vehicle electrical products because they are relatively inexpensive and have a high capacity.
  • An aluminum electrolytic capacitor is generally manufactured by winding an anode foil and a cathode foil with a separator interposed therebetween to form a capacitor element, impregnating the capacitor element with an electrolytic solution, storing the case in a case, and sealing. ing.
  • an anode foil is subjected to a surface expansion treatment by chemical or electrochemical etching on a valve action metal foil such as aluminum, and an oxide film layer is formed by subjecting the surface of the surface expansion treatment to chemical conversion. Is formed.
  • Patent Document 4 for the purpose of significantly increasing the capacity of an aluminum electrolytic capacitor, as shown in Patent Document 4, as shown in Patent Document 4, in order to arrange the etching positions regularly, the technique of injecting the powder of valve action metal onto the anode foil is shown in Patent Document 5.
  • Patent Document 6 A technique using a printing method and a technique using lithography as shown in Patent Document 6 have been proposed.
  • any of the techniques in Patent Documents 4 to 6 has a problem such as high cost. Not reached.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a porous aluminum body and its related technology capable of greatly improving the capacitance when used as an anode body of a capacitor.
  • the aluminum alloy as a precursor is composed of an Al—X-based alloy in which “X” as an additive component is added to “Al” as a main component, and “X” is common to “Al”.
  • An aluminum alloy as a precursor is composed of an Al—X-based alloy in which “X” as an additive component is added to “Al” as a main component, and “X” is common to “Al”.
  • a method for producing a capacitor characterized in that a capacitor is produced using the capacitor electrode material obtained by the production method according to any one of items 8 to 14 above.
  • a method for manufacturing a capacitor characterized in that a capacitor is manufactured using the capacitor electrode material obtained by the manufacturing method according to item 15 above as an anode material.
  • an aluminum porous body having a sufficient surface area can be obtained easily and at low cost.
  • the porous body thus obtained is used as the anode body of an aluminum capacitor, the capacitance can be greatly improved.
  • an aluminum electrolytic capacitor is formed by sandwiching a dielectric film made of aluminum oxide formed on an anode material made of aluminum between an anode and a cathode facing the anode.
  • porous aluminum body of the present invention As an anode material, a dielectric film is formed on the anode material, and a separator infiltrated with an electrolyte solution serving as a cathode is placed on the dielectric film, whereby an aluminum electrolytic capacitor is obtained. Can be formed.
  • the separator may not be used depending on the structure of the capacitor.
  • a known separator such as a porous cellulose membrane can be used as the separator.
  • the electrolytic solution generally comprises a cation component, an anion component, and a solvent.
  • the anion component include weak acids such as boric acid and carboxylic acid
  • examples of the cation component include organic bases such as ammonia and amines.
  • examples of the solvent include ethylene glycol and ⁇ -butyrolactone.
  • a conventional surface-expanded Al foil or the like can be used.
  • the anode material obtained by the present invention is composed of an aluminum porous body (porous material).
  • This aluminum porous body has an aluminum alloy cast body formed by casting solidification as a precursor. Then, by eluting (etching) a required portion of the precursor, an aluminum porous body having a large number of voids (pores) open to the surface and communicating from the surface to the inside is obtained.
  • An aluminum alloy as a precursor is expressed as an Al—X alloy in which “X” as an additive component (additive element) is added to Al (aluminum) as a main component (main element) as described later. it can.
  • the solidification structure of the precursor has an ⁇ phase composed of primary crystals (that is, an ⁇ -Al phase) and a second phase having a eutectic formed continuously with the ⁇ phase.
  • the primary crystal refers to a crystal that is first formed from a molten metal during casting solidification.
  • the second phase has a eutectic of Al and the additive element “X”. The second phase is virtually all connected. However, the isolated second phase may remain as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • a continuous casting method is applied for casting to obtain a precursor.
  • productivity can be improved and a precursor having stable characteristics can be obtained.
  • the continuous casting method is not limited.
  • a DC casting method, a horizontal continuous casting method, an electromagnetic field casting method, a roll type continuous casting method, a belt casting method, and the like can be applied.
  • the content (mass%) of the additive component “X” in the second phase is larger than the content in the ⁇ phase.
  • the additive component “X” When the precursor is brought into contact with a solution that dissolves the additive component “X”, the additive component “X” is preferentially eluted, and as a result, the ⁇ phase remains and at least a part, preferably all, of the second phase remains.
  • a large number of continuous voids (pores) are formed in the precursor from the surface to the inside, and the porous aluminum body of the present embodiment is obtained.
  • Mg can be suitably used because it has a melting point close to that of Al.
  • the additive component “X” is not limited to one type, and two or more types may be added.
  • the Al—X-based alloy constituting the precursor can be regarded as having a hypoeutectic composition with an Al-based addition amount of “X” below the eutectic point.
  • an Al-rich alloy phase is crystallized inside the solidification cell constituting the ⁇ phase, while being added to the final solidification portion of the solidification cell formed on the outer periphery of the ⁇ phase. Since the alloy phase (second phase) containing a large amount of the component “X” is crystallized, the second phase is preferentially eluted by the eluent. Therefore, a desired gap can be formed reliably.
  • the ⁇ phase may also be eluted slightly, but this is not a problem as long as a continuous void is formed and the shape of the porous body is maintained.
  • the precursor has a hypereutectic composition in which the addition amount of “X” exceeds the eutectic point, a crystallized product whose primary crystal is composed of the additive component “X” or an alloy containing a large amount of the additive component “X” Since it becomes a crystallized product of the phase, many parts of the primary crystal are eluted by the eluent. In this case, the voids are too large, and the surface area cannot be sufficiently expanded or the porous structure cannot be maintained.
  • an element other than “X” may be added to the Al—X-based alloy as the precursor within the range of the eutectic composition as necessary or unavoidable.
  • the general addition amount of “X” in the precursor is not more than the eutectic composition and is 1% by mass or more, desirably 5% by mass or more, and more desirably 10% by mass or more. That is, when “X” is added in this amount, as described above, an alloy phase containing a large amount of the additive component “X” crystallizes on the outer periphery of the ⁇ phase. When the preferential elution is performed and the second phase is eluted, a porous structure having a desired void can be formed.
  • the eutectic composition in the present invention is 35% by mass with the smallest amount of Mg in the phase diagram in the case of an Al—Mg alloy, and 15% by mass in the case of an Al—In alloy. In the case of —Zn alloy, it is 36% by mass.
  • the surface area can be increased as the solidification cell composed of the ⁇ phase during casting is smaller. Therefore, it is preferable to reduce the solidification cell during casting solidification.
  • the cooling rate in the vicinity of the freezing point may be adjusted to 1 ° C./sec or higher, preferably 5 ° C./sec or higher, more preferably 10 ° C./sec or higher.
  • dendrites in at least a part of the ⁇ -phase solidification cell, and it is more preferable to form all of them into dendrites.
  • the precursor may be subjected to a drawing process or a rolling process for shaping the outer shape.
  • the precursor is processed with a high deformation rate, the solidified structure collapses, and the crystallized product as the second phase is divided, and when the crystallized product is eluted, the porous material has a desired void. There is a possibility that the structure cannot be obtained.
  • the surface of the precursor may be left as it is or may be cut to a size that facilitates the next process. Further, the cast solidified surface may be cut (deleted) so that the etching (elution) of the second phase can be performed quickly and uniformly.
  • an acid aqueous solution can be exemplified as an eluent for dissolving the additive component “X” of the precursor.
  • an acid contained in the acid aqueous solution hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and the like can be used.
  • An aluminum porous body obtained by treating the precursor with an eluent can be used as a capacitor electrode material.
  • a dielectric coating is formed on the anode body.
  • the method for forming the dielectric film is not particularly limited, but it is preferable to apply a chemical conversion treatment by anodic oxidation.
  • Hydration treatment is generally performed in pure water as pre-chemical treatment.
  • Other pretreatment methods include immersion in hydrogen peroxide, cleaning with an acid or alkaline treatment solution, vacuum or atmospheric heat treatment, dechlorination treatment, hydration treatment in an aqueous solution to which an amine is added, thermal oxide film It can be applied alone or in combination from known pretreatment methods including treatment with an acid or alkali solution after formation, and hydration treatment performed after electrolytic etching is applied to the aluminum foil.
  • the chemical conversion treatment solution known ones can be used, and examples include aqueous solutions in which one or more of boric acid, ammonium borate, adipic acid, ammonium adipate, phosphoric acid and its salt, citric acid and its salt, etc. are mixed. it can.
  • the EIAJ method can be exemplified, but is not limited thereto.
  • the chemical conversion treatment may be performed a plurality of times, the chemical conversion liquid may be changed for each chemical conversion treatment according to a known method, and heat treatment or washing may be performed between the chemical conversion treatment and the chemical conversion treatment.
  • the conversion voltage may be set to different values in a plurality of conversion processes.
  • the precursor may be formed in any shape such as a columnar shape, a cylindrical shape, an elliptical columnar shape, an elliptical cylindrical shape, a prismatic shape, a rectangular cylindrical shape, a flat shape such as a plate shape, and the like.
  • a columnar shape a cylindrical shape, an elliptical columnar shape, an elliptical cylindrical shape, a prismatic shape, a rectangular cylindrical shape, a flat shape such as a plate shape, and the like.
  • a flat shape such as a plate shape, and the like.
  • an aluminum electrolytic capacitor can be formed by sequentially laminating and placing a semiconductor layer and a conductor layer on the dielectric coating.
  • the semiconductor layer can be formed of an inorganic semiconductor such as manganese dioxide or an organic semiconductor such as a conductive polymer, and these can be generally produced by a known method. In the case of forming with a conductive polymer, it can be formed using, for example, a chemical polymerization method and / or an electrolytic polymerization method.
  • the solution for forming the semiconductor layer is not particularly limited as long as the solution can form a semiconductor by dipping and / or energization. For example, a solution containing aniline, thiophene, pyrrole, and substituted derivatives thereof (for example, 3,4-ethylenedioxythiophene) can be used. Further, a dopant may be added to this solution.
  • arylsulfonic acid or its salt alkylsulfonic acid or its salt, various polymeric sulfonic acid or its salt, etc.
  • conductive polymer for example, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polymethylpyrrole, and derivatives thereof
  • a semiconductor layer can be formed.
  • the conductor layer can be made of, for example, highly conductive carbon or silver, and can be produced by solidifying pasty carbon or silver. These may be laminated.
  • Example 1 A molten 715 ° C. alloy having the composition shown in Table 1 was cast by a DC casting method to obtain a cylindrical (round bar) aluminum alloy casting having a diameter of 10 mm.
  • the cooling rate of the aluminum alloy in the vicinity of the freezing point was 100 ° C./sec or more.
  • the cast body was cut perpendicularly in the axial direction to a thickness of 0.9 mm, degreased with ethanol, and immersed in a 5N hydrochloric acid aqueous solution having a liquid temperature of 10 ° C. as an eluent for 24 hours. Got the body.
  • the mass reduction rate of the cast body due to immersion in the eluate was 31%.
  • the specific surface area was 0.38 m 2 / g, and the ratio of pores of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less was 90% or more of all pores in terms of volume. It was.
  • the obtained aluminum porous body was immersed in pure water in a boiling state for 5 minutes for chemical conversion pretreatment.
  • the aluminum porous body subjected to the chemical conversion pretreatment was immersed in 11 L of pure water to which 1100 g of boric acid and 9.9 g of ammonium pentaborate octahydrate were added, and the initial current value was 500 mA / cm 2 at 90 ° C., constant voltage. Chemical conversion treatment was carried out by holding at 150 V for 10 minutes.
  • the aluminum porous body subjected to chemical conversion treatment is immersed in 360 ml of pure water to which 28.8 g of ammonium pentaborate octahydrate is added, and below the surface of the stainless steel container (area: bottom diameter 60 mm ⁇ height 150 mm)
  • As a counter electrode 30 ° C., measurement frequency 120 Hz, measurement voltage 0.5 Vr. m. s.
  • the capacitance was measured by using a capacitance of 48 ⁇ F.
  • Example 2 A molten alloy having the composition shown in Table 1 was cast in the same manner as in Example 1 to obtain a cylindrical (round bar) aluminum alloy casting having a diameter of 10 mm.
  • the cast body was cut perpendicularly in the axial direction at a thickness of 0.9 mm, degreased with ethanol, and immersed in a 5N hydrochloric acid aqueous solution having a liquid temperature of 10 ° C. as an eluent for 36 hours. Got the body.
  • the mass reduction rate of the cast body due to immersion in the eluate was 25%.
  • the specific surface area was 0.23 m 2 / g, and the ratio of pores of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less was 90% or more of all pores in terms of volume. It was.
  • an aluminum alloy having a solidified structure having an ⁇ -Al phase and a second phase formed in a continuous manner with the ⁇ -Al phase intricately by an aluminum alloy continuous casting method An aluminum porous body having a large number of voids communicating from the surface to the inside can be formed by producing a cast body and bringing the cast body into contact with the eluent to elute the second phase of the solidified structure. It can be used as an electrode material having a high capacitance.
  • the method for producing an aluminum porous body of the present invention can be suitably used when producing an anode material for an aluminum electrolytic capacitor or an aluminum solid electrolytic capacitor.

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Abstract

広い表面積を備えたアルミニウム多孔質体の製造方法を提供する。　本発明のアルミニウム多孔質体の製造方法は、α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を連続鋳造法により作製する工程と、アルミニウム合金鋳造体を前駆体として第２相を溶解する溶出液と接触させることにより、前駆体における凝固組織の第２相を溶出して、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を製造する工程とを備える。

Description

アルミニウム多孔質体の製造方法
　この発明は、例えばアルミニウム電解コンデンサやアルミニウム固体電解コンデンサ等における電極材の材料として好適に用いられるアルミニウム多孔質体の製造方法およびその関連技術に関する。
　アルミニウム電解コンデンサおよびアルミニウム固体電解コンデンサは比較的安価で高容量が得られるため、パーソナルコンピュータやテレビ等の家電製品や車載の電気製品用に広く使用されている。アルミニウム電解コンデンサは、一般的に陽極箔と陰極箔とをセパレータを介在させて卷回してコンデンサ素子とし、このコンデンサ素子に電解液を含浸してケース等に収納し、封孔することによって製造されている。例えば陽極箔には、アルミニウム等の弁作用金属の箔に化学的あるいは電気化学的にエッチングにより拡面処理が行われ、この拡面処理した箔の表面に化成処理をすることにより酸化被膜層が形成されている。
　コンデンサにおいてはその最も重要な性能の一つである静電容量の向上を目的として、従来より、多数の技術が提案されている。例えば特許文献１、２に示すようにアルミニウム箔材料の開発に関する技術や、特許文献３に示すようにエッチング処理技術の開発に関する技術を基に、種々の拡面処理にアプローチして高容量化が進められてきた。
特開２００６－１６９６２９号公報 特開２００７－１４６３０１号公報 特開２００１－２４４１５３号公報 特開２００６－３０２９１７号公報 特開昭６３－６２８９０号公報 特開２００６－２２３６５号公報
　しかしながら、上記特許文献１～３の技術によるアルミニウム電解コンデンサの高容量化の延びは、近年鈍化しており、従来技術の延長では静電容量を大幅に向上させることは困難になってきている。
　一方で、アルミニウム電解コンデンサにおいて大幅な高容量化を目的として、特許文献４に示すように陽極箔に弁作用金属の粉末を噴射する技術、エッチング位置を規則正しく配列させるために、特許文献５に示す印刷法を用いる技術や、特許文献６に示すようにリソグラフィーを用いる技術が提案されているが、特許文献４～６のいずれの技術もコストが高い等の課題を抱えており、実用化には至っていない。
　本発明の好ましい実施形態は、関連技術における上述した及び／又は他の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の好ましい実施形態は、既存の方法及び／又は装置を著しく向上させることができるものである。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複雑な工程を必要とせずに低コストで製造でき、製造されたアルミニウム多孔質体は十分に広い表面積を備えることにより、例えばアルミニウム電解コンデンサの陽極体として用いた場合に、静電容量を大幅に向上させることができるアルミニウム多孔質体の製造方法およびその関連技術を提供することを目的とする。
　本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかであろう。
　上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を要旨とするものである。
　［１］α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を連続鋳造法により作製する工程と、
　前記アルミニウム合金鋳造体を前駆体として第２相を溶解する溶出液と接触させることにより、前記前駆体における凝固組織の第２相を溶出して、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を製造する工程とを備えることを特徴とするアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［２］連続鋳造法が、ＤＣ鋳造法である前項１に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［３］α－Ａｌ相には、樹枝状晶が含まれている前項１または２に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［４］前駆体としてのアルミニウム合金は、主体成分としての「Ａｌ」に添加成分としての「Ｘ」が添加されたＡｌ－Ｘ系合金によって構成され、「Ｘ」は「Ａｌ」に対して共晶反応を呈する元素であり、前駆体としてのＡｌ－Ｘ系合金は、Ａｌベースで「Ｘ」の添加量が共晶点以下の亜共晶組成である前項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［５］「Ｘ」はＭｇである前項４に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［６］溶出液が酸性水溶液である前項１～５のいずれか１項に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［７］溶出液が塩酸、硫酸、硝酸の少なくとも１種を含有する酸性水溶液である前項６に記
載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
　［８］α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を連続鋳造法により作製する工程と、
　前記アルミニウム合金鋳造体を前駆体として第２相を溶解する溶出液と接触させることにより、前記前駆体における凝固組織の第２相を溶出して、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を製造する工程とを備えることを特徴とするコンデンサ用電極材の製造方法。
　［９］指向性凝固鋳造法が、一方向凝固鋳造法である前項８に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１０］α－Ａｌ相には、樹枝状晶が含まれている前項８または９に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１１］前駆体としてのアルミニウム合金は、主体成分としての「Ａｌ」に添加成分としての「Ｘ」が添加されたＡｌ－Ｘ系合金によって構成され、「Ｘ」は「Ａｌ」に対して共晶反応を呈する元素であり、前駆体としてのＡｌ－Ｘ系合金は、Ａｌベースで「Ｘ」の添加量が共晶点以下の亜共晶組成である前項８～１０のいずれか１項に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１２］「Ｘ」はＭｇである前項１１に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１３］溶出液が酸性水溶液である前項８～１２のいずれか１項に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１４］溶出液が塩酸、硫酸、硝酸の少なくとも１種を含有する酸性水溶液である前項１３に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１５］前項１～７のいずれか１項に記載の製造方法により得られたアルミニウム多孔質体に化成処理を施してコンデンサ用電極材を製造するようにしたことを特徴とするコンデンサ用電極材の製造方法。
　［１６］前項８～１４のいずれか１項に記載の製造方法により得られたコンデンサ用電極材を用いてコンデンサを製造するようにしたことを特徴とするコンデンサの製造方法。
　［１７］前項１５に記載の製造方法により得られたコンデンサ用電極材を陽極材とするコンデンサを製造するようにしたことを特徴とするコンデンサの製造方法。
　本発明の製造方法によれば、簡単かつ低コストで、十分な表面積を有するアルミニウム多孔質体を得ることができる。こうして得られた多孔質体をアルミニウムコンデンサの陽極体として用いた場合、静電容量を大幅に向上させることができる。
　一般にアルミニウム電解コンデンサは、アルミニウムからなる陽極材上に形成された酸化アルミニウムからなる誘電体被膜を、陽極と、陽極と対向する陰極とで挟み込んで形成される。
　本発明のアルミニウム多孔質体を陽極材として、陽極材上に誘電体被膜を形成し、陰極となる電解液の浸み込んだセパレータを誘電体被膜上に載置することにより、アルミニウム電解コンデンサを形成することができる。なお、セパレータはコンデンサの構造により用いない場合もある。
　本発明において、セパレータは、セルロース多孔質膜をはじめとする公知のものを用いることができる。
　本発明において、電解液は公知のものを用いることができる。電解液は、一般にカチオン成分と、アニオン成分と、溶媒とからなる。アニオン成分としては、例えばホウ酸やカルボン酸などの弱酸が挙げられ、カチオン成分としては、例えばアンモニアやアミンなどの有機塩基が挙げられる。溶媒としては、例えばエチレングリコールやγ－ブチロラクトンなどが挙げられる。陰極としては、従来の拡面処理されたＡｌ箔等を用いることができる。
　この発明により得られる陽極材は、アルミニウム多孔質体（ポーラス材料）によって構成されている。このアルミニウム多孔質体は、鋳造凝固によって成形されたアルミニウム合金鋳造体を前駆体としている。そしてその前駆体の所要部を溶出（エッチング）することによって、表面に開口し、かつ表面から内部にかけて連通する多数の空隙（気孔）を有するアルミニウム多孔質体を得るようにしている。
　前駆体としてのアルミニウム合金は、後述するように主体成分（主体元素）としてのＡｌ（アルミニウム）に、添加成分（添加元素）としての「Ｘ」が添加されたＡｌ－Ｘ系合金として表すことができる。
　前駆体の凝固組織は、初晶からなるα相（すなわちα－Ａｌ相）と、α相と互いに入り組んで連続して形成される共晶を有する第２相とを有している。初晶とは、鋳造凝固において溶湯から最初に生成する結晶をいう。第２相は、Ａｌと添加元素「Ｘ」との共晶を有する。第２相は実質的に全てが繋がっている。ただし、孤立した第２相が、本発明の効果を損なわない範囲で残っていても構わない。
　本発明において、前駆体を得るための鋳造は連続鋳造法が適用される。連続鋳造法を適用することにより、生産性が向上するとともに、安定した特性の前駆体を得ることができる。
　本発明においては、連続鋳造法は限定されないが、例えば、ＤＣ鋳造法、水平式連続鋳造法、電磁場鋳造法、ロール式連続鋳造法、ベルト鋳造法等が適用できる。
　本実施形態において、第２相における添加成分「Ｘ」の含有率（質量％）は、α相における含有率に比べて多い。
　前駆体を添加成分「Ｘ」を溶解する液に接触させると、添加成分「Ｘ」が優先的に溶出し、その結果α相が残存しつつ、第２相の少なくとも一部、好ましくは全部が溶出することによって、前駆体に、表面から内部に連通し、かつ連続する多数の空隙（気孔）が形成されて、本実施形態のアルミニウム多孔質体が得られる。
　添加成分「Ｘ」としては、Ａｌと融点が近く扱いやすいことからＭｇを好適に用いることができる。なお添加成分「Ｘ」は、１種類に限られず、２種類以上添加されていても良い。
　前駆体を構成するＡｌ－Ｘ系合金は、Ａｌベースで「Ｘ」の添加量が共晶点以下の亜共晶組成であるとみることもできる。このように亜共晶組成の場合には、α相を構成する凝固セル内部にＡｌリッチの合金相が晶出する一方で、α相の外周に形成される凝固セルの最終凝固部には添加成分「Ｘ」を多く含む合金相（第２相）が晶出するため、第２相が溶出液によって優先溶出する。従って所望の空隙を確実に形成することができる。
　α相もわずかに溶出することもあるが、連通した空隙が形成されるとともに多孔質体の形状が維持される範囲において問題とはならない。
　なお前駆体が、「Ｘ」の添加量が共晶点を超える過共晶組成の場合には、初晶が添加成分「Ｘ」からなる晶出物、または添加成分「Ｘ」を多く含む合金相の晶出物となるので、その初晶の多くの部分が溶出液によって溶出されてしまう。そうすると空隙が大きすぎて表面積を十分に拡大することができなかったり、多孔質を維持できない場合があり、好ましくない。
　また、前駆体としてのＡｌ－Ｘ系合金には、必要に応じてまたは不可避的に、「Ｘ」以外の元素（第３の成分）が共晶組成の範囲内で添加されていてもよい。
　前駆体中の「Ｘ」の一般的な添加量は、共晶組成以下であって１質量％以上、望ましくは５質量％以上、さらに望ましくは１０質量％以上である。すなわちこの量で「Ｘ」を添加した場合には、既述した通り、添加成分「Ｘ」を多く含む合金相がα相の外周に多く晶出するため、溶出液によって添加成分「Ｘ」が優先溶出し、第２相を溶出した際に、所望の空隙を有する多孔質構造を形成することができる。本発明における共晶組成とは、Ａｌ－Ｍｇ合金の場合には、状態図の中の最もＭｇ量の少ない３５質量％であり、Ａｌ－Ｉｎ合金の場合には、１５質量％であり、Ａｌ－Ｚｎ合金の場合には、３６質量％である。
　また、第２相を優先溶出させるため、鋳造時のα相からなる凝固セルが小さいほど、表面積を大きくすることができる。従って鋳造凝固時の凝固セルを小さくするのが良い。一般に添加成分「Ｘ」の添加量が多いほど、また凝固点近傍の温度での冷却速度が速いほど、凝固セルが小さくなるとともに、凝固セルが粒状（円形状や楕円形状）の晶出物から樹枝状晶へと複雑形状に変化するため、表面積を拡大させることができる。例えば凝固点近傍での冷却速度が１℃／ｓｅｃ以上、望ましくは５℃／ｓｅｃ以上、さらに望ましくは１０℃／ｓｅｃ以上となるように調整するのが良い。
　α相の凝固セルの少なくとも一部に樹枝状晶を形成するのが良く、より好ましくは全てを樹枝状晶に形成するのが良い。
　前駆体としてのアルミニウム合金鋳造体に対し、鋳造凝固時の凝固組織が残存するのであれば、変形率の小さい軽度の加工を行っても良い。例えば前駆体に対し、外形を整形するための引抜加工や圧延加工等の加工を行うようにしても良い。
　ただし前駆体に変形率の大きい加工を行うと、凝固組織が崩壊し、第２相としての晶出物が分断されてしまい、その晶出物を溶出した際に、所望の空隙を有する多孔質構造を得ることができないおそれがある。
　前駆体の表面（鋳造凝固表面）は、そのままか、もしくは次工程が実施し易いサイズに切断してもよい。また、第２相のエッチング（溶出）を速く均一に行えるように、鋳造凝固表面を切削（削除）しておいてもよい。
　本実施形態において、前駆体の添加成分「Ｘ」を溶解するための溶出液としては、酸水溶液を例示できる。酸水溶液中に含まれる酸として、塩酸、硫酸、硝酸等を用いることができる。
　上記前駆体を溶出液で処理して得られたアルミニウム多孔質体をコンデンサ用電極材として用いることができる。アルミニウム多孔質体をコンデンサ用陽極材として用いる場合には、陽極体上に誘電体被膜を形成する。誘電体被膜を形成する方法は特に限定されないが、陽極酸化による化成処理を適用することが好ましい。
　化成前処理として一般的には純水中で水和処理を行う。その他、化成前処理の方法としては、過酸化水素水への浸漬、酸またはアルカリ性処理液による洗浄、真空もしくは雰囲気熱処理、脱塩素処理、アミンを添加した水溶液中での水和処理、熱酸化被膜形成後の酸またはアルカリ溶液での処理、アルミニウム箔に電解エッチングを施した後に行う水和処理も含めた公知の前処理方法の中から単独もしくは組み合わせて適用することができる。　　　
　化成処理液は公知のものを使用でき、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、アジピン酸、アジピン酸アンモニウム、リン酸およびその塩、クエン酸およびその塩等の中から１種もしくは複数種混合した水溶液を例示できる。
　化成方法としては、ＥＩＡＪ法を例示できるが、これに限定されるものではない。化成処理は複数回実施してもよく、公知の方法に従い、化成処理ごとに化成液を変えてもよく、化成処理と化成処理の間に熱処理若しくは洗浄を実施しても良い。また、複数回の化成処理においては化成電圧を異なる値としても良い。
　本発明において前駆体は、円柱状、円筒状、楕円柱状、楕円筒状、角柱状、角筒状、板状等の扁平状等、どのような形状に形成しても良い。例えば前駆体の表面を有効に活用して、表面積を拡大するためには、楕円状や扁平状に形成するのが有利である。また、前駆体が筒状等のように内部が空洞となっている場合には、内周面からも優先溶出させることができるため、より高い表面積を得ることができる。
　また、誘電体被膜上に半導体層及び導電体層を順次積層載置することにより、アルミニウム電解コンデンサを形成することもできる。
　半導体層は、二酸化マンガンなどの無機半導体や導電性高分子などの有機半導体で形成でき、これらは一般に公知の方法で作製することができる。導電性高分子で形成する場合には、例えば、化学重合法及び／または電解重合法を用いて形成することができる。半導体層を形成するための溶液としては、浸漬及び／または通電等により半導体が形成され得る溶液であれば特に限定されない。例えば、アニリン、チオフェン、ピロール及びこれらの置換誘導体（例えば、３，４－エチレンジオキシチオフェン等）を含有する溶液などを用いることができる。またこの溶液にさらにドーパントを添加してもよい。ドーパントとしては、特に限定されるものではないが、例えば、アリールスルホン酸またはその塩、アルキルスルホン酸またはその塩、各種高分子スルホン酸またはその塩等を用いることができる。このような半導体層形成用溶液を用いて浸漬及び／または通電等を行うことによって誘電体層の上に、導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリメチルピロール、これらの誘導体等）からなる半導体層を形成することができる。
　導電体層は、例えば、導電性の高いカーボンや銀等を用いることができ、ペースト状のカーボンや銀を固化させることにより作製することができる。また、これらを積層しても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜実施例１＞
　表１に示す組成の合金の７１５℃の溶湯をＤＣ鋳造法により鋳造し直径１０ｍｍの円柱状（丸棒）のアルミニウム合金鋳造体を得た。なお、凝固点近傍におけるアルミニウム合金の冷却速度は１００℃／ｓｅｃ以上であった。
　この鋳造体を軸方向垂直に０．９ｍｍの厚さに切断した後、エタノールで脱脂して、溶出液である液温１０℃の５Ｎ塩酸水溶液に２４時間浸漬し、実施例１のアルミニウム多孔質体を得た。溶出液への浸漬による鋳造体の質量減少率は３１％であった。
　得られたアルミニウム多孔質体を水銀圧入法により評価したところ、比表面積は０．３８ｍ２／ｇであり、１μｍ以上１０μｍ以下の細孔の比率は容積換算で全細孔の９０％以上であった。
　また、得られたアルミニウム多孔質体が軸方向に貫通していることを水中で空気を多孔質体に吹きこむことにより確認した。
　次に、得られたアルミニウム多孔質体を沸騰状態の純水に５分浸漬して化成前処理を行った。
　化成前処理を行ったアルミニウム多孔質体を、ホウ酸１１００ｇと五ホウ酸アンモニウム八水和物９．９ｇを加えた純水１１Ｌに浸漬して９０℃で初期電流値５００ｍＡ／ｃｍ２、定電圧１５０Ｖで１０分間保持して化成処理を行った。
　化成処理したアルミニウム多孔質体に対して、五ホウ酸アンモニウム八水和物２８．８ｇを加えた純水３６０ｍｌに浸漬してステンレス容器の液面下（面積：底面の直径６０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ）を対極として３０℃、測定周波数１２０Ｈｚ、測定電圧０．５Ｖｒ．ｍ．ｓ．で静電容量測定を行ったところ、４８μＦであった。
　＜実施例２＞
　表１に示す組成の合金の溶湯を上記実施例１と同様に鋳造し、直径１０ｍｍの円柱状（丸棒）のアルミニウム合金鋳造体を得た。この鋳造体を軸方向垂直に０．９ｍｍの厚さで切断した後、エタノールで脱脂して、溶出液である液温１０℃の５Ｎ塩酸水溶液に３６時間浸漬し、実施例２のアルミニウム多孔質体を得た。溶出液への浸漬による鋳造体の質量減少率は２５％であった。
　得られたアルミニウム多孔質体を水銀圧入法により評価したところ、比表面積は０．２３ｍ２／ｇ　であり、１μｍ以上１０μｍ以下の細孔の比率は容積換算で全細孔の９０％以上であった。
　また、得られたアルミニウム多孔質体が軸方向に貫通していることを実施例１と同様の方法にて確認した。
　次に、実施例１と同様にして化成前処理、化成処理を実施した後、実施例１と同様の方法にて静電容量測定を行ったところ３５μＦであった。
　以上の実施例から明らかなように、アルミニウム合金の連続鋳造法によって、α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を製作し、その鋳造体を溶出液と接触させて、凝固組織の第２相を溶出することにより、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を形成することができ、高い静電容量を有する電極材として用いることができる。
　この発明のアルミニウム多孔質体の製造方法は、アルミニウム電解コンデンサやアルミニウム固体電解コンデンサの陽極材料を製作する際に好適に用いることができる。
　本願は、２０１６年９月２日付で出願された日本国特許出願の特願２０１６－１７２１４５号の優先件主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
　ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
　本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものであるが、この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきであって、それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／または図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。
　本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。

Claims (17)

  1. 　α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を連続鋳造法により作製する工程と、
    　前記アルミニウム合金鋳造体を前駆体として第２相を溶解する溶出液と接触させることにより、前記前駆体における凝固組織の第２相を溶出して、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を製造する工程とを備えることを特徴とするアルミニウム多孔質体の製造方法。
  2. 　連続鋳造法が、ＤＣ鋳造法である請求項１に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  3. 　α－Ａｌ相には、樹枝状晶が含まれている請求項１または２に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  4. 　前駆体としてのアルミニウム合金は、主体成分としての「Ａｌ」に添加成分としての「Ｘ」が添加されたＡｌ－Ｘ系合金によって構成され、「Ｘ」は「Ａｌ」に対して共晶反応を呈する元素であり、前駆体としてのＡｌ－Ｘ系合金は、Ａｌベースで「Ｘ」の添加量が共晶点以下の亜共晶組成である請求項１～３のいずれか１項に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  5. 　「Ｘ」はＭｇである請求項４に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  6. 　溶出液が酸性水溶液である請求項１～５のいずれか１項に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  7. 　溶出液が塩酸、硫酸、硝酸の少なくとも１種を含有する酸性水溶液である請求項６に記載のアルミニウム多孔質体の製造方法。
  8. 　α－Ａｌ相と、α－Ａｌ相と互いに入り組んでかつ連続して形成された第２相とを有する凝固組織のアルミニウム合金鋳造体を連続鋳造法により作製する工程と、
    　前記アルミニウム合金鋳造体を前駆体として第２相を溶解する溶出液と接触させることにより、前記前駆体における凝固組織の第２相を溶出して、表面から内部に連通する多数の空隙を有するアルミニウム多孔質体を製造する工程とを備えることを特徴とするコンデンサ用電極材の製造方法。
  9. 　指向性凝固鋳造法が、一方向凝固鋳造法である請求項８に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  10. 　α－Ａｌ相には、樹枝状晶が含まれている請求項８または９に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  11. 　前駆体としてのアルミニウム合金は、主体成分としての「Ａｌ」に添加成分としての「Ｘ」が添加されたＡｌ－Ｘ系合金によって構成され、「Ｘ」は「Ａｌ」に対して共晶反応を呈する元素であり、前駆体としてのＡｌ－Ｘ系合金は、Ａｌベースで「Ｘ」の添加量が共晶点以下の亜共晶組成である請求項８～１０のいずれか１項に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  12. 　「Ｘ」はＭｇである請求項１１に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  13. 　溶出液が酸性水溶液である請求項８～１２のいずれか１項に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  14. 　溶出液が塩酸、硫酸、硝酸の少なくとも１種を含有する酸性水溶液である請求項１３に記載のコンデンサ用電極材の製造方法。
  15. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の製造方法により得られたアルミニウム多孔質体に化成処理を施してコンデンサ用電極材を製造するようにしたことを特徴とするコンデンサ用電極材の製造方法。
  16. 　請求項８～１４のいずれか１項に記載の製造方法により得られたコンデンサ用電極材を用いてコンデンサを製造するようにしたことを特徴とするコンデンサの製造方法。
  17. 　請求項１５に記載の製造方法により得られたコンデンサ用電極材を陽極材とするコンデンサを製造するようにしたことを特徴とするコンデンサの製造方法。
     
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