(57)【要約】【課題】様々な種類のポーラス金属を容易に製造することができるポーラス金属の製造方法、およびその製造方法により製造されるポーラス金属を提供する。【解決手段】不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、冷却して凝固させる。また、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させてもよい。さらに、粉末状の金属素材１１の上部にバルク状の金属素材１２を配置した後、不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材１１およびバルク状の金属素材１２を溶融し、粉末状の金属素材が溶融した部分１３に含まれる気泡１４が、バルク状の金属素材が溶融した部分１５まで上昇した後、冷却して凝固させてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、冷却して凝固させることを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項２】
高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させることを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項３】
粉末状の金属素材の上部にバルク状の金属素材を配置した後、不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属素材および前記バルク状の金属素材を溶融し、前記粉末状の金属素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属素材が溶融した部分まで上昇した後、冷却して凝固させることを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項４】
粉末状の金属素材の上部にバルク状の金属素材を配置した後、高圧の不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属素材および前記バルク状の金属素材を溶融し、前記粉末状の金属素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属素材が溶融した部分まで上昇した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させることを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項５】
前記金属素材は金属ガラス素材から成り、凝固させるとき急冷することを、特徴とする請求項１，２，３または４記載のポーラス金属の製造方法。
【請求項６】
高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属ガラス素材を溶融した後急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、前記金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱することを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項７】
粉末状の金属ガラス素材の上部にバルク状の金属ガラス素材を配置した後、高圧の不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属ガラス素材および前記バルク状の金属ガラス素材を溶融し、前記粉末状の金属ガラス素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属ガラス素材が溶融した部分まで上昇した後急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、前記粉末状の金属ガラス素材および前記バルク状の金属ガラス素材の少なくともいずれか一方の過冷却液体域の温度まで加熱することを、特徴とするポーラス金属の製造方法。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７記載のポーラス金属の製造方法により製造されることを、特徴とするポーラス金属。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラス金属の製造方法およびその製造方法により製造されるポーラス金属に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポーラス金属は、軽量で強度に優れ、骨細胞に侵入しやすく、冷却しやすく、音や振動を吸収し、しなやかである等の性質を有していることから、近年、自動車や航空機、電子機器、各種機械部品、医療材料などへの応用が期待されている。
【０００３】
従来のポーラス金属の製造方法として、等圧気体雰囲気下における金属−ガス系状態図が共晶点を有する金属を、加圧されたガス雰囲気下で溶融して凝固させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、ポーラス金属ガラスを製造する方法として、金属ガラス素材とスペーサー粉粒状物とを溶融した後急冷して、スペーサー粉粒状物間にて溶融金属ガラスを凝固させ、スペーサー粉粒状物を溶媒にて除去する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−８８２５４号公報
【特許文献２】特開２００６−２１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、製造されるポーラス金属の種類が限定されてしまうという課題があった。また、特許文献２に記載の方法は、スペーサー粉粒状物を使用するため、その取り扱いや除去に手間がかかり、製造工程が複雑であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、様々な種類のポーラス金属を容易に製造することができるポーラス金属の製造方法、およびその製造方法により製造されるポーラス金属を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るポーラス金属の製造方法は、不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、冷却して凝固させることを、特徴とする。
【０００８】
本発明に係るポーラス金属の製造方法では、粉末状の金属素材を溶融したとき、粉末状の金属素材の隙間に入り込んでいた不活性ガスの気泡を、溶融した金属素材の中に取り込むことができる。その後、溶融した金属素材を冷却して凝固させることにより、不活性ガスの孔を多数含む多孔質のポーラス金属を製造することができる。このように、本発明に係るポーラス金属の製造方法によれば、粉末状の金属素材を溶融する工程と、それを冷却する工程とにより、容易にポーラス金属を製造することができる。
【０００９】
本発明に係るポーラス金属の製造方法で、不活性ガスは、ヘリウムやネオン、アルゴンなどの希ガス族元素（１８族元素）や、窒素などから成る。金属素材は、金属のもとになる材料であればいかなるものであってもよく、例えば、単元素の金属の素材や各種の合金の素材、金属ガラスの素材などであってもよい。本発明に係るポーラス金属の製造方法では、金属素材の種類が限定されないため、様々な種類のポーラス金属を製造することができる。
【００１０】
本発明に係るポーラス金属の製造方法は、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させることが好ましい。この場合、雰囲気圧力を減圧することにより、溶融した金属素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属を製造することができる。
【００１１】
本発明に係るポーラス金属の製造方法は、粉末状の金属素材の上部にバルク状の金属素材を配置した後、不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属素材および前記バルク状の金属素材を溶融し、前記粉末状の金属素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属素材が溶融した部分まで上昇した後、冷却して凝固させてもよい。この場合、バルク状の金属素材であった部分に気泡を導入してポーラス金属を製造することができる。粉末状の金属素材およびバルク状の金属素材は、異なる種類の金属素材から成っていてもよく、同じ種類の金属素材から成っていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係るポーラス金属の製造方法は、粉末状の金属素材の上部にバルク状の金属素材を配置した後、高圧の不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属素材および前記バルク状の金属素材を溶融し、前記粉末状の金属素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属素材が溶融した部分まで上昇した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させてもよい。この場合、雰囲気圧力を減圧することにより、溶融した金属素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属を製造することができる。
【００１３】
本発明に係るポーラス金属の製造方法で、前記金属素材は金属ガラス素材から成り、凝固させるとき急冷してもよい。この場合、ポーラス金属ガラスを容易に製造することができる。また、金属ガラス素材の種類が限定されないため、様々な種類のポーラス金属ガラスを製造することができる。
【００１４】
本発明に係るポーラス金属の製造方法は、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属ガラス素材を溶融した後急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、前記金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱してもよい。この場合、金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱することにより、金属ガラス素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属ガラスを製造することができる。
【００１５】
本発明に係るポーラス金属の製造方法は、粉末状の金属ガラス素材の上部にバルク状の金属ガラス素材を配置した後、高圧の不活性ガス雰囲気下で、前記粉末状の金属ガラス素材および前記バルク状の金属ガラス素材を溶融し、前記粉末状の金属ガラス素材が溶融した部分に含まれる気泡が、前記バルク状の金属ガラス素材が溶融した部分まで上昇した後急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、前記粉末状の金属ガラス素材および前記バルク状の金属ガラス素材の少なくともいずれか一方の過冷却液体域の温度まで加熱してもよい。この場合、バルク状の金属ガラス素材であった部分に気泡を導入してポーラス金属ガラスを製造することができる。また、粉末状の金属ガラス素材およびバルク状の金属ガラス素材の少なくとも一方の過冷却液体域の温度まで加熱することにより、過冷却液体域にある金属ガラス素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属ガラスを製造することができる。粉末状の金属ガラス素材およびバルク状の金属ガラス素材は、異なる種類の金属ガラス素材から成っていてもよく、同じ種類の金属ガラス素材から成っていてもよい。
【００１６】
本発明に係るポーラス金属は、本発明に係るポーラス金属の製造方法により製造されることを、特徴とする。
【００１７】
本発明に係るポーラス金属は、粉末状の金属素材を溶融する工程、および、それを冷却する工程を主たる工程として、容易に製造される。また、使用する金属素材の種類により、単元素のポーラス金属や各種のポーラス合金、ポーラス金属ガラスなど、様々な種類が製造される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、様々な種類のポーラス金属を容易に製造することができるポーラス金属の製造方法、およびその製造方法により製造されるポーラス金属を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態のポーラス金属の製造方法およびポーラス金属を示す。本発明の第１の実施の形態のポーラス金属の製造方法は、不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、冷却して凝固させる。
【００２０】
本発明の第１の実施の形態のポーラス金属の製造方法では、粉末状の金属素材を溶融したとき、粉末状の金属素材の隙間に入り込んでいた不活性ガスの気泡を、溶融した金属素材の中に取り込むことができる。その後、溶融した金属素材を冷却して凝固させることにより、不活性ガスの孔を多数含む多孔質のポーラス金属を製造することができる。このように、本発明の第１の実施の形態のポーラス金属の製造方法によれば、粉末状の金属素材を溶融する工程と、それを冷却する工程とにより、容易にポーラス金属を製造することができる。また、単元素の金属の素材や各種の合金の素材など、様々な種類の金属素材を使用することにより、様々な種類のポーラス金属を製造することができる。
【実施例１】
【００２１】
不活性ガスとしてヘリウムを使用し、金属素材として直径１２５μｍ以下のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8から成る粉末状の金属ガラス素材を使用してポーラス金属ガラスを製造した。１ＭＰａの高圧のヘリウム雰囲気下で、粉末状のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8の金属ガラス素材を９００℃で溶解した後、急冷して凝固させた。これにより、図１に示すように、孔（図１中の黒点状のもの；直径約２０μｍ）を多数含むポーラス金属ガラスを製造することができた。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施の形態のポーラス金属の製造方法およびポーラス金属を示す。本発明の第２の実施の形態のポーラス金属の製造方法は、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材を溶融した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却して凝固させる。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態のポーラス金属の製造方法では、粉末状の金属素材を溶融したとき、粉末状の金属素材の隙間に入り込んでいた不活性ガスの気泡を、溶融した金属素材の中に取り込むことができる。その後、雰囲気圧力を減圧すると同時に、溶融した金属素材を冷却して凝固させることにより、溶融した金属素材中の不活性ガスの気泡を膨張させて、径が大きい不活性ガスの孔を多数含む多孔質のポーラス金属を製造することができる。このように、本発明の第２の実施の形態のポーラス金属の製造方法によれば、粉末状の金属素材を溶融する工程と、それを冷却する工程と、雰囲気圧力を減圧する工程とにより、容易にポーラス金属を製造することができる。また、単元素の金属の素材や各種の合金の素材など、様々な種類の金属素材を使用することにより、様々な種類のポーラス金属を製造することができる。
【実施例２】
【００２４】
不活性ガスとしてヘリウムを使用し、金属素材として直径１２５μｍ以下のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8から成る粉末状の金属ガラス素材を使用してポーラス金属ガラスを製造した。１ＭＰａの高圧のヘリウム雰囲気下で、粉末状のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8の金属ガラス素材を９００℃で溶解した後、雰囲気圧力を減圧すると同時に急冷して凝固させた。これにより、図２に示すように、孔（図２中の丸いもの；直径約１００〜３００μｍ）を約４０％の含有率で多数含むポーラス金属ガラスを製造することができた。図１と比較すると、冷却時に雰囲気圧力を減圧することにより、孔の径が大きくなっていることが確認できる。
【００２５】
製造されたポーラス金属ガラスの力学特性を調べるために、圧縮試験を行った。その試験結果として、応力ひずみ曲線および試験後のポーラス金属ガラスの電子顕微鏡写真を、図３に示す。なお、図３の応力ひずみ曲線には、製造されたポーラス金属ガラスの結果（「porous」の曲線）とともに、比較例として、孔がない同種の金属ガラスの結果（「non-porous」の曲線）も示している。図３の電子顕微鏡写真に示すように、圧縮により、せん断滑り帯が孔の部分に優先的に導入されていることが確認できる。また、これにより、図３の応力ひずみ曲線に示すように、孔がない同種の金属ガラスと比べて、圧縮塑性変形能が向上していることが確認できる。
【００２６】
図４は、本発明の第３の実施の形態のポーラス金属の製造方法およびポーラス金属を示す。本発明の第３の実施の形態のポーラス金属の製造方法は、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属ガラス素材を溶融した後急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、その金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱する。
【００２７】
本発明の第３の実施の形態のポーラス金属の製造方法では、粉末状の金属ガラス素材を溶融したとき、粉末状の金属ガラス素材の隙間に入り込んでいた不活性ガスの気泡を、溶融した金属ガラス素材の中に取り込むことができる。その後、溶融した金属素材を急冷して凝固させることにより、不活性ガスの孔を多数含む多孔質のポーラス金属ガラスを製造することができる。さらにその後、金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱することにより、金属ガラス素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属ガラスを製造することができる。このように、本発明の第３の実施の形態のポーラス金属の製造方法によれば、粉末状の金属素材を溶融する工程と、それを冷却する工程と、金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱する工程とにより、容易にポーラス金属ガラスを製造することができる。
【実施例３】
【００２８】
不活性ガスとしてヘリウムを使用し、金属素材として直径１２５μｍ以下のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8から成る粉末状の金属ガラス素材を使用した。１ＭＰａの高圧のヘリウム雰囲気下で、粉末状のＺｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8の金属ガラス素材を９００℃で溶解した後、急冷して凝固させた。さらにその後、雰囲気圧力を減圧した後、Ｚｒ48Ｃｕ36Ａｌ8Ａｇ8の金属ガラス素材のガラス転移温度よりも約７０℃高い、過冷却液体域の５０５℃まで加熱した。これにより、図４に示すように、孔（図４中の黒点状のもの；直径約４０μｍ）を約１１％の含有率で多数含むポーラス金属ガラスを製造することができた。図１と比較すると、急冷後に金属ガラス素材の過冷却液体域の温度まで加熱することにより、孔の径が大きくなっていることが確認できる。
【００２９】
図５は、本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法およびポーラス金属を示す。図５に示すように、本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法は、粉末状の金属素材１１の上部にバルク状の無垢の金属素材１２を配置した後、不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材１１およびバルク状の金属素材１２を溶融する。その後、粉末状の金属素材が溶融した部分１３に含まれる気泡１４が、バルク状の金属素材が溶融した部分１５まで上昇した後、冷却して凝固させる。
【００３０】
本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法によれば、バルク状の金属素材であった部分に気泡を導入してポーラス金属を製造することができる。また、粉末状の金属素材であった部分に気泡を残存させることにより、粉末状の金属素材であった部分にもポーラス金属を製造することができる。本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法で、粉末状の金属素材およびバルク状の金属素材は、異なる種類の金属素材から成っていてもよく、同じ種類の金属素材から成っていてもよい。
【００３１】
なお、本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法では、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属素材１１およびバルク状の金属素材１２を溶融し、凝固させるとき雰囲気圧力を減圧すると同時に冷却してもよい。この場合、雰囲気圧力を減圧することにより、溶融した金属素材中の不活性ガスの気泡１４を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属を製造することができる。
【００３２】
また、本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法では、金属素材が金属ガラス素材から成り、高圧の不活性ガス雰囲気下で、粉末状の金属ガラス素材およびバルク状の金属ガラス素材を溶融し、凝固させるとき急冷し、さらに雰囲気圧力を減圧した後、粉末状の金属ガラス素材およびバルク状の金属ガラス素材の少なくともいずれか一方の過冷却液体域の温度まで加熱してもよい。この場合、粉末状の金属ガラス素材およびバルク状の金属ガラス素材の少なくとも一方の過冷却液体域の温度まで加熱することにより、過冷却液体域にある金属ガラス素材中の不活性ガスの気泡を膨張させることができる。このため、径が大きい孔を多数含むポーラス金属ガラスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態のポーラス金属の製造方法により製造されたポーラス金属を示す電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のポーラス金属の製造方法により製造されたポーラス金属を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】図２に示すポーラス金属の圧縮試験による応力ひずみ曲線のグラフおよび圧縮試験後のポーラス金属の電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のポーラス金属の製造方法により製造されたポーラス金属を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のポーラス金属の製造方法の原理を示す（ａ）金属素材の溶解前の側面図、（ｂ）金属素材の溶解後の側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  粉末状の金属素材
１２  バルク状の金属素材
１３  粉末状の金属素材が溶融した部分
１４  気泡
１５  バルク状の金属素材が溶融した部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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