(57)【要約】【課題】高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供する。【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウムメッシュ材１１と、を有し、複数の前記アルミニウム基材同士、及び、前記アルミニウム基材とアルミニウムメッシュ材１１とが焼結によって一体化されている。ここで、外部に露出する露出面の少なくとも一部に、アルミニウムメッシュ材１１が配設されていることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウムメッシュ材と、を有し、
複数の前記アルミニウム基材同士が焼結されるとともに、前記アルミニウム基材と前記アルミニウムメッシュ材とが焼結によって一体化されていることを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項２】
外部に露出する露出面の少なくとも一部に、前記アルミニウムメッシュ材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項３】
前記アルミニウムメッシュ材の目開きが、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項４】
前記アルミニウムメッシュ材は、融点が６４０℃以上のアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項５】
前記アルミニウム基材同士の結合部及び前記アルミニウム基材と前記アルミニウムメッシュ材との結合部には、Ｔｉ−Ａｌ系化合物が存在していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項６】
前記アルミニウム基材の外表面には、外方に向けて突出する複数の柱状突起が形成されており、前記柱状突起に前記結合部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項７】
前記Ｔｉ−Ａｌ系化合物が、Ａｌ３Ｔｉであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項８】
前記アルミニウム基材が、アルミニウム繊維及びアルミニウム粉末のいずれか一方又は両方であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【請求項９】
気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアルミニウム基材同士が焼結された多孔質アルミニウム焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述の多孔質アルミニウム焼結体は、例えば各種電池における電極及び集電体、熱交換器用部材、消音部材、フィルター、衝撃吸収部材等として使用されている。
従来、このような多孔質アルミニウム焼結体は、例えば、特許文献１、２に開示された方法で製造されている。
【０００３】
特許文献１においては、アルミニウム粉末とパラフィンワックス粒とバインダーとを混合して形成された混合物をシート状に成形し、これを自然乾燥させた後に有機溶剤に浸漬してワックス粒を除去した後、乾燥、脱脂、焼結を行うことによって、多孔質アルミニウム焼結体を製造している。
また、特許文献２−４においては、アルミニウム粉末とチタンを含む焼結助剤粉末とバインダーと可塑剤と有機溶剤とを混合して粘性組成物を形成し、この粘性組成物を成形して発泡させた後、非酸化雰囲気で加熱焼結することにより、多孔質アルミニウム焼結体を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５６７８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８０９５１号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２３４３０号公報
【特許文献４】特開２０１１−０７７２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１−４に記載された多孔質アルミニウム焼結体においては、強度が不十分であり、破損しやすいものであった。このため、運搬時や加工時における取扱いに留意する必要があった。特に、高い気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体においては、強度がさらに低下してしまう傾向にある。
【０００６】
本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の多孔質アルミニウム焼結体は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウムメッシュ材と、を有し、複数の前記アルミニウム基材同士が焼結されるとともに、前記アルミニウム基材と前記アルミニウムメッシュ材とが焼結によって一体化されていることを特徴としている。
【０００８】
上述の構成とされた本発明の多孔質アルミニウム焼結体によれば、複数のアルミニウム基材同士が焼結されるとともに、これらアルミニウム基材とアルミニウムメッシュ材とが焼結によって一体化されているので、アルミニウムメッシュ材により強度が大幅に向上することになる。また、アルミニウムメッシュ材を用いているので、気孔率が大幅に低下することはない。
なお、アルミニウムメッシュ材としては、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金の線材（線径５０μｍ以上２００μｍ以下）を編み込んだ網材等を適用することができる。
【０００９】
ここで、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、外部に露出する露出面の少なくとも一部に、前記アルミニウムメッシュ材が配設されていることが好ましい。
この場合、前記アルミニウムメッシュ材によって露出面の強度を向上することができ、外部からの衝撃に起因する破損等を抑制することができる。また、多孔質アルミニウム焼結体の露出面から一部のアルミニウム基材が脱落することを抑制できる。したがって、多孔質アルミニウム焼結体のハンドリング特性が大幅に向上することになる。
【００１０】
また、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、前記アルミニウムメッシュ材の目開きが、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、アルミニウム基材同士が結合することで構成される多孔質焼結体の平均孔径とアルミニウムメッシュ材の目開きとがほぼ一致することになり、多孔質アルミニウム焼結体全体の開放気孔率及び圧力損失係数等の各種特性を維持したまま、強度を大幅に向上させることができる。
【００１１】
さらに、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、前記アルミニウムメッシュ材は、融点が６４０℃以上のアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていることが好ましい。
この場合、アルミニウムメッシュ材の融点が６４０℃以上と比較的高温とされているので、アルミニウム基材及びアルミニウムメッシュ材を焼結する際に、アルミニウムメッシュ材が溶融してしまうことを抑制でき、多孔質アルミニウム焼結体の開放気孔率及び圧力損失係数等の各種特性を維持することができる。また、焼結温度を比較的高温に設定することができ、アルミニウムメッシュ材とアルミニウム基材とを確実に焼結によって一体化することができる。
【００１２】
また、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、前記アルミニウム基材同士の結合部及び前記アルミニウム基材と前記アルミニウムメッシュ材との結合部には、Ｔｉ−Ａｌ系化合物が存在していることが好ましい。
この場合、アルミニウム基材同士の結合部にＴｉ−Ａｌ系化合物が存在しているので、アルミニウムの拡散移動が抑制されることになり、アルミニウム基材同士の間の空隙を維持することができる。
【００１３】
さらに、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、アルミニウム基材の外表面に外方に向けて突出する複数の柱状突起が形成されており、前記柱状突起に前記結合部を有することが好ましい。
この場合、アルミニウム基材の外表面に形成された柱状突起を介して、アルミニウム基材同士、及び、アルミニウム基材とアルミニウムメッシュ材とが結合された構造とされているので、別途、発泡工程等を実施することなく、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体とすることができる。よって、この多孔質アルミニウム焼結体を効率良く、かつ、低コストで製造することが可能となる。さらに、粘性組成物のようにアルミニウム基材同士の間にバインダーが多く存在していないことから、焼結時の収縮率が小さく、寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を得ることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、前記Ｔｉ−Ａｌ系化合物が、主にＡｌ３Ｔｉであることが好ましい。
この場合、アルミニウム基材同士の結合部、及び、アルミニウム基材とアルミニウムメッシュ材との結合部に、Ｔｉ−Ａｌ系化合物としてＡｌ３Ｔｉが存在しているので、アルミニウム基材同士、及び、アルミニウム基材とアルミニウムメッシュ材を良好に結合でき、多孔質アルミニウム焼結体の強度を確保することができる。
【００１５】
また、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、前記アルミニウム基材が、アルミニウム繊維及びアルミニウム粉末のいずれか一方又は両方であることが好ましい。
前記アルミニウム基材としてアルミニウム繊維を用いた場合には、柱状突起を介してアルミニウム繊維同士が結合された際に、空隙が保持されやすく気孔率が高くなる傾向になる。そこで、前記アルミニウム基材としてアルミニウム繊維及びアルミニウム粉末を用いて、これらの混合比を調整することにより、多孔質アルミニウム焼結体の気孔率を制御することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明の多孔質アルミニウム焼結体においては、気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内とされていることが好ましい。
この構成の多孔質アルミニウム焼結体においては、気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内に制御されているので、用途に応じて最適な気孔率の多孔質アルミニウム焼結体を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供する十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態である多孔質アルミニウム焼結体の斜視説明図である。
【図２】図１に示す多孔質アルミニウム焼結体の断面説明図である。
【図３】図２における焼結体本体の一部拡大模式図である。
【図４】図３に示す多孔質アルミニウム焼結体におけるアルミニウム基材同士の接合部のＳＥＭ観察及び組成分析結果を示す図である。
【図５】図３に示す多孔質アルミニウム焼結体の原料となる焼結用アルミニウム原料のＳＥＭ観察及び組成分析結果を示す図である。
【図６】図１に示す多孔質アルミニウム焼結体の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図７】図６に示す多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においてアルミニウムメッシュ材の容器体を成形する工程の説明図である。
【図８】図６に示す多孔質アルミニウム焼結体の製造方法において焼結アルミニウム原料を散布して焼結する工程の説明図である。
【図９】アルミニウム基材の外表面にチタン粉末粒子を固着した焼結用アルミニウム原料の説明図である。
【図１０】焼結工程においてアルミニウム基材の外表面に柱状突起が形成される状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である多孔質アルミニウム焼結体の斜視説明図である。
【図１２】図１１に示す多孔質アルミニウム焼結体の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０について、添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０は、図１及び図２に示すように、外表面に配設されたアルミニウムメッシュ材１１と、このアルミニウムメッシュ材１１の内側に配置された焼結体本体１２と、を備えている。
【００２０】
アルミニウムメッシュ材１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、融点が６４０℃以上とされている。また、アルミニウムメッシュ材１１の目開きが、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされている。具体的に、本実施形態のアルミニウムメッシュ材１１は、Ａ５０５６（Ａｌ−５ｍａｓｓ％Ｍｇ合金）からなる線材（線径５０μｍ以上２００μｍ以下）を編み込むことによって形成されている。また、本実施形態では、アルミニウムメッシュ材１１の厚さは、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされている。
このアルミニウムメッシュ材１１は、図２に示すように、容器体４５と蓋部材４２とで構成されており、容器体４５の底部４６、側壁部４７、蓋部材４２とによって、多孔質アルミニウム焼結体１０のうち外部に露呈する露出面全体に配置されている。
【００２１】
焼結体本体１２は、図３に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる複数のアルミニウム基材２１が焼結されて一体化されたものであり、気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内に設定されたものとされている。また、この焼結体本体１２における平均気孔径は、２００μｍ以上４００μｍ以下の範囲内とされている。
なお、本実施形態においては、図１に示すように、アルミニウム基材２１として、アルミニウム繊維２１ａとアルミニウム粉末２１ｂとが用いられている。また、アルミニウム基材２１は、純度が９９．５質量％以上の純アルミニウムで構成されていることが好ましく、さらには、純度が９９．９９質量％以上の４Ｎアルミニウムで構成されていることが好ましい。本実施形態ではＡ１０７０を用いた。
また、アルミニウム繊維２１ａとアルミニウム粉末２１ｂとの混合比率を調整することで気孔率を調整することが可能となる。すなわち、アルミニウム繊維２１ａの比率を増やすことにより多孔質アルミニウム焼結体１０の気孔率を向上させることが可能となるのである。このため、アルミニウム基材２１としては、アルミニウム繊維２１ａを用いることが好ましく、アルミニウム粉末２１ｂを混合する場合にはアルミニウム粉末２１ｂの比率を１０質量％以下とすることが好ましい。
【００２２】
そして、このアルミニウム基材２１（アルミニウム繊維２１ａ及びアルミニウム粉末２１ｂ）の外表面には、外方に向けて突出する複数の柱状突起２２が形成されており、複数のアルミニウム基材２１（アルミニウム繊維２１ａ及びアルミニウム粉末２１ｂ）同士が、この柱状突起２２を介して結合した構造とされている。なお、図３に示すように、アルミニウム基材２１、２１同士の結合部２５は、柱状突起２２，２２同士が結合した部分や柱状突起２２とアルミニウム基材２１の側面とが接合した部分、さらにはアルミニウム基材２１、２１の側面同士が接合した部分がある。
【００２３】
ここで、図４に示すように、柱状突起２２を介して結合されたアルミニウム基材２１、２１同士の結合部２５には、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６が存在している。本実施形態では、図４の分析結果に示すように、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６は、ＴｉとＡｌの化合物とされており、より具体的には、Ａｌ３Ｔｉ金属間化合物とされている。すなわち、本実施形態では、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６が存在している部分において、アルミニウム基材２１、２１同士が結合しているのである。
【００２４】
そして、焼結体本体１２を構成するアルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とは、焼結によって一体化されている。そして、多孔質アルミニウム焼結体１０全体としての気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内に設定されている。
ここで、本実施形態では、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが、アルミニウム基材２１の柱状突起２２を介して結合されており、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１との結合部にも、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６としてＡｌ３Ｔｉ金属間化合物が存在している。
【００２５】
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料３０について説明する。この焼結用アルミニウム原料３０は、図５に示すように、アルミニウム基材２１と、このアルミニウム基材２１の外表面に固着された複数のチタン粉末粒子３２と、を備えている。なお、チタン粉末粒子３２としては、金属チタン粉末粒子及び水素化チタン粉末粒子のいずれか一方又は両方が用いることができる。
【００２６】
ここで、焼結用アルミニウム原料３０においては、チタン粉末粒子３２の含有量が０．５質量％以上２０質量％以下の範囲内とされており、本実施形態では、５質量％とされている。
また、チタン粉末粒子３２の粒径は、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされており、好ましくは、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされている。なお、水素化チタン粉末粒子は、金属チタン粉末粒子よりも粒径を細かくすることが可能であることから、アルミニウム基材２１の外表面に固着するチタン粉末粒子３２の粒径を微細にする場合には、水素化チタン粉末粒子を用いることが好ましい。
さらに、アルミニウム基材２１の外表面に固着された複数のチタン粉末粒子３２、３２同士の間隔は、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
【００２７】
アルミニウム基材２１としては、上述したように、アルミニウム繊維２１ａとアルミニウム粉末２１ｂとが用いられている。なお、アルミニウム粉末２１ｂとしては、アトマイズ粉末を用いることができる。
ここで、アルミニウム繊維２１ａの繊維径は４０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされており、好ましくは３０μｍ以上２００μｍ以下の範囲内とされている。また、アルミニウム繊維２１ａの繊維長さは０．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内とされている。
また、アルミニウム粉末２１ｂの粒径は２０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされており、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされている。
【００２８】
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する方法について、図７〜図１０を参照しながら図６のフロー図に示す工程順に説明する。
まず、図４に示すように、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料３０を製造する。
【００２９】
常温にて、アルミニウム基材２１とチタン粉末とを混合する（混合工程Ｓ０１）。このとき、バインダー溶液を噴霧する。なお、バインダーとしては、大気中で５００℃に加熱した際に燃焼・分解されるものが好ましく、具体的には、アクリル系樹脂、セルロース系高分子体を用いることが好ましい。また、バインダーの溶剤としては、水系、アルコール系、有機溶剤系の各種溶剤を用いることができる。
この混合工程Ｓ０１においては、例えば、自動乳鉢、パン型転動造粒機、シェーカーミキサー、ポットミル、ハイスピードミキサー、Ｖ型ミキサー等の各種混合機を用いて、アルミニウム基材２１とチタン粉末とを流動させながら混合する。
【００３０】
次に、混合工程Ｓ０１で得られた混合体を乾燥する（乾燥工程Ｓ０２）。この乾燥工程Ｓ０２においては、アルミニウム基材２１の表面に酸化膜が厚く形成されないように、４０℃以下の低温乾燥、又は、１．３３Ｐａ以下（１０−２Ｔｏｒｒ以下）の減圧乾燥を行うことが好ましい。
この混合工程Ｓ０１及び乾燥工程Ｓ０２により、図９に示すように、アルミニウム基材２１の外表面にチタン粉末粒子３２が分散させて固着されることになり、本実施形態である焼結用アルミニウム原料３０が製造される。なお、アルミニウム基材２１の外表面に固着された複数のチタン粉末粒子３２，３２同士の間隔は、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内となるように、チタン粉末粒子３２を分散させることが好ましい。
【００３１】
また、図４及び図７に示すように、アルミニウムメッシュ材のシート材４０に対してプレス加工を施して所定形状（図７では十字形状）の容器部材４１及び蓋部材４２を形成する（プレス加工工程Ｓ１１）。
次に、容器部材４１に対して曲げ加工を施し、底部４６及び側壁部４７を有する容器体４５を成形する（成形工程Ｓ１２）。
【００３２】
次に、図８に示すように、焼結用アルミニウム原料３０を散布する粉末散布機５１から、容器体４５内に向けて焼結用アルミニウム原料３０を散布してかさ充填する（原料散布工程Ｓ０３）。このとき、荷重を加えていないことから、焼結用アルミニウム原料３０中のアルミニウム基材２１，２１同士の間には空隙が形成される。
焼結用アルミニウム原料３０を所定量充填した後、容器体４５の開口部に蓋部材４２を載置する。
【００３３】
これを、脱脂炉５２内に装入して、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する（脱バインダー工程Ｓ０４）。この脱バインダー工程Ｓ０４においては、大気雰囲気中で、３５０〜５００℃の温度範囲で０．５〜５分間保持し、焼結用アルミニウム原料３０中のバインダーを除去する。なお、本実施形態では、上述のように、アルミニウム基材２１の外表面にチタン粉末粒子３２を固着するためにバインダーが用いられていることから、粘性組成物に比べてバインダーの含有量が極めて少なく、短時間でバインダーを十分に除去することが可能である。
【００３４】
その後、焼成炉５３内に装入して、Ａｒ雰囲気等の不活性ガス雰囲気中６５５〜６６５℃の温度範囲で０．５〜６０分間保持し、複数のアルミニウム基材２１、２１同士、アルミニウム基材２１と容器体４５及び蓋部材４２（アルミニウムメッシュ材１１）とを焼結により一体化する。
この焼結工程Ｓ０５においては、不活性ガス雰囲気中で、６５５〜６６５℃の温度範囲で０．５〜６０分間保持することにより実施される。なお、保持時間は１〜２０分間とすることが好ましい。なお、本実施形態では、雰囲気ガスとして、露点−５０℃以下のＡｒガスを用いている。この雰囲気ガスの露点は−６５℃以下とすることがさらに好ましい。
ここで、焼結工程Ｓ０５における焼結雰囲気をＡｒガス等の不活性ガス雰囲気とすることにより、露点を十分に下げることができる。水素雰囲気又は水素と窒素の混合雰囲気では、露点が下がりにくいため好ましくない。また、窒素は、Ｔｉと反応してＴｉＮを形成することからＴｉの焼結促進効果を失うため、好ましくない。
【００３５】
この焼結工程Ｓ０５においては、上述のように、温度を６５５〜６６５℃とアルミニウムの融点近くまで加熱していることから、焼結用アルミニウム原料３０中のアルミニウム基材２１は溶融することになる。ここで、アルミニウム基材２１の表面には酸化膜が形成されていることから、溶融したアルミニウムが酸化膜によって保持され、アルミニウム基材２１の形状が維持されている。
【００３６】
また、６５５〜６６５℃に加熱されると、アルミニウム基材２１の外表面のうちチタン粉末粒子３２が固着された部分においては、チタンとの反応によって酸化膜が破壊され、内部の溶融アルミニウムが外方へと噴出する。噴出された溶融アルミニウムはチタンとの反応によって融点の高い化合物を生成して固化することになる。これにより、図１０に示すように、アルミニウム基材２１の外表面に、外方に向けて突出する複数の柱状突起２２が形成される。ここで、柱状突起２２の先端には、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６が存在しており、このＴｉ−Ａｌ系化合物２６によって柱状突起２２の成長が抑制されている。
なお、チタン粉末粒子３２として水素化チタンを用いた場合には、３００〜４００℃付近で水素化チタンが分解し、生成したチタンがアルミニウム基材２１の表面の酸化膜と反応することになる。
【００３７】
このとき、隣接するアルミニウム基材２１，２１同士が、互いの柱状突起２２を介して溶融状態で一体化あるいは固相焼結することによって結合され、図３に示すように、柱状突起２２を介して複数のアルミニウム基材２１、２１同士が結合された焼結体本体１２が形成される。そして、柱状突起２２を介してアルミニウム基材２１、２１同士が結合された結合部２５には、Ｔｉ−Ａｌ系化合物２６（本実施形態では、Ａｌ３Ｔｉ金属間化合物）が存在する。
さらに、この焼結工程Ｓ０５では、アルミニウム基材２１と容器体４５及び蓋部材４２（アルミニウムメッシュ材１１）とが、アルミニウム基材２１の柱状突起２２を介して溶融状態で一体化あるいは固相焼結することによって結合され、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが焼結により一体化される。
【００３８】
以上のような工程により、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０が製造される。
【００３９】
上述の構成とされた本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０においては、複数のアルミニウム基材２１，２１同士が焼結されることによって焼結体本体１２が形成されるとともに、これらアルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが焼結によって一体化されているので、アルミニウムメッシュ材１１により強度が大幅に向上することになる。よって、容易に破損することがなく、ハンドリング特性が向上する。また、使用時において、一部が破損して脱落することが抑制され、信頼性を大幅に向上することができる。
【００４０】
特に、本実施形態においては、アルミニウムメッシュ材１１が、容器体４５の底部４６、側壁部４７及び蓋部材４２によって、多孔質アルミニウム焼結体１０の外部に露呈する露出面全体に配置されているので、多孔質アルミニウム焼結体１０の露出面からアルミニウム基材２１の一部が脱落することを抑制することができる。また、外部からの衝撃によってアルミニウム基材２１、２１同士が結合した焼結体本体１２が損傷することを抑制できる。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、アルミニウムメッシュ材１１の目開きが、１００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされており、アルミニウム基材２１，２１同士が結合した焼結体本体１２の平均気孔径（２００μｍ以上４００μｍ以下）とほぼ一致していることから、多孔質アルミニウム焼結体１０全体の開放気孔率及び圧力損失特性を焼結体本体１２とほぼ同一とすることができる。すなわち、多孔質アルミニウム焼結体１０全体の開放気孔率及び圧力損失係数等の各種特性を維持したまま、アルミニウムメッシュ材１１により強度を向上させることができるのである。
【００４２】
また、本実施形態では、アルミニウムメッシュ材１１が、融点が６４０℃以上のアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、具体的には、Ａ５０５６（Ａｌ−５ｍａｓｓ％Ｍｇ合金）で構成されているので、焼結工程Ｓ０５において、アルミニウムメッシュ材１１が完全に溶融してしまうことを抑制でき、アルミニウムメッシュ材１１の目開きを維持し、多孔質アルミニウム焼結体の開放気孔率及び圧力損失係数等の各種特性が低下することを抑制できる。また、焼結工程Ｓ０５の焼結温度を比較的高温に設定することができ、アルミニウムメッシュ材１１とアルミニウム基材２２とを確実に焼結によって一体化することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、アルミニウム基材２１、２１同士の結合部２５及びアルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１との結合部にＴｉ−Ａｌ系化合物２６が存在しているので、このＴｉ−Ａｌ系化合物２６によってアルミニウム基材２１の表面に形成された酸化膜が除去されており、アルミニウム基材２１，２１同士、及び、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが良好に結合される。よって、強度が十分な高品質の多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。
【００４４】
また、このＴｉ−Ａｌ系化合物２６によって柱状突起２２の成長が抑制されることから、溶融アルミニウムがアルミニウム基材２１、２１同士の間の空隙や、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１との間の空隙に噴出することを抑制でき、高い気孔率の多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。
【００４５】
特に、本実施形態では、アルミニウム基材２１、２１同士の結合部２５及びアルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１との結合部にＴｉ−Ａｌ系化合物２６としてＡｌ３Ｔｉが存在しているので、アルミニウム基材２１の表面に形成された酸化膜が確実に除去され、アルミニウム基材２１，２１同士、及び、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが良好に結合しており、多孔質アルミニウム焼結体１０の強度を向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、アルミニウム基材２１の外表面に形成された柱状突起２２を介して、アルミニウム基材２１、２１同士、及び、アルミニウム基材２１とアルミニウムメッシュ材１１とが結合された構造とされているので、別途、発泡工程等を実施することなく、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。よって、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を効率良く、かつ、低コストで製造することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、粘性組成物に比べてバインダーの含有量が極めて少ないことから、脱バインダー工程Ｓ０４を短時間で実施することができる。また、焼結時の収縮率が例えば１％程度と小さくなり、寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態においては、アルミニウム基材２１としてアルミニウム繊維２１ａ及びアルミニウム粉末２１ｂを用いているので、これらの混合比を調整することにより、多孔質アルミニウム焼結体１０の気孔率を制御することが可能となる。
そして、本実施形態の多孔質アルミニウム焼結体１０においては、気孔率が３０％以上９０％以下の範囲内とされているので、用途に応じて最適な気孔率の多孔質アルミニウム焼結体１０を提供することが可能となる。
【００４９】
さらに、本実施形態では、焼結用アルミニウム原料３０におけるチタン粉末粒子３２の含有量が０．５質量％以上２０質量％以下とされているので、アルミニウム基材２１の外表面に適切な間隔で柱状突起２２を形成することができ、十分な強度と高い気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。
また、本実施形態においては、アルミニウム基材２１の外表面に固着された複数のチタン粉末粒子３２、３２同士の間隔が５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内とされているので、柱状突起２２の間隔が適正化されており、十分な強度と高い気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、アルミニウム基材２１であるアルミニウム繊維２１ａの繊維径が４０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内、アルミニウム粉末２１ｂの粒径が２０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とされるとともに、チタン粉末粒子３２の粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とされているので、アルミニウム基材２１（アルミニウム繊維２１ａ及びアルミニウム粉末２１ｂ）の外表面に確実にチタン粉末粒子３２を分散させて固着することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図１及び図２に示すように、直方体形状の多孔質アルミニウム焼結体を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他の形状の多孔質アルミニウム焼結体であってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、多孔質アルミニウム焼結体の外部に露出する露出面全体にアルミニウムメッシュ材が配設されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば図１１及び図１２に示すように、多孔質アルミニウム焼結体１１０の内部にアルミニウムメッシュ材１１１が配設されていてもよい。このような多孔質アルミニウム焼結体１１０は、焼結用アルミニウム原料を一定量かさ充填した後、アルミニウムメッシュ材１１１を配置し、さらに焼結用アルミニウム原料を充填し、これを脱バインダー及び焼結することにより製造することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態では、アルミニウムメッシュ材の材質をＡ５０５６（Ａｌ−５ｍａｓｓ％Ｍｇ合金）とし、厚さを１００μｍ以上３００μｍ以下、編み込む線材の線径を５０μｍ以上２００μｍ以下としたもので説明したが、これに限定されることはなく、他の構成のアルミニウムメッシュ材を用いてもよい。
また、本実施形態では、アルミニウム基材の材質をＡ１０７０としたもので説明したが、これに限定されることはなく、他の材質のアルミニウム基材を用いてもよい。
さらに、焼結用アルミニウム原料としてチタン粉末粒子を分散したものを用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の構成の焼結用アルミニウム原料を用いてもよい。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
本発明例１として、上述の実施形態で示した製造方法により、図１及び図２に示す構造の多孔質アルミニウム焼結体（幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を製造した。
本発明例２として、上述の実施形態で示したアルミニウムメッシュ材のシート材及び焼結用アルミニウム原料を用いて、図１１及び図１２に示す構造の多孔質アルミニウム焼結体（幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を製造した。
比較例として、アルミニウムメッシュ材を用いずに、上述の実施形態で示した焼結用アルミニウム原料を用いて、多孔質アルミニウム焼結体（幅３０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を製造した。
【００５５】
上述の本発明例１，２及び比較例の多孔質アルミニウム焼結体について、見掛け気孔率、比抵抗、熱伝導率（２５℃）、圧力損失係数（厚さ２ｍｍ）、引張強度、伸びについて評価した。評価結果を表１に示す。なお、評価方法を以下に示す。
【００５６】
（見掛け気孔率）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の質量（ｇ）、体積（ｃｍ３）、真密度（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式で見掛け気孔率を算出した。
見掛け気孔率（％）＝（１−（ｍ÷（Ｖ×ｄ）））×１００
なお、真密度（ｇ／ｃｍ３）は、精密天秤を用いて、水中法によって測定した。
【００５７】
（比抵抗）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の比抵抗値は、ＡＣミリオームハイテスタを用いて交流法によって測定した。
【００５８】
（熱伝導率）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の熱伝導率は、温度傾斜法（平板比較法）によって測定した。
【００５９】
（圧力損失係数）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の圧力損失係数は、通気性試験機を用いて通気抵抗法によって測定した。
【００６０】
（引張強度／伸び）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の引張強度及び伸びは、歪ゲージを用いて引張法によって測定した。
【００６１】
【表１】
2015151609.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、本発明例１，２は、焼結用アルミニウム原料のみで構成された比較例と同等の見掛け気孔率、比抵抗、熱伝導率、圧力損失係数等の各種特性を維持したまま、強度が十分に向上していることが確認される。
以上のことから、本発明によれば、高い気孔率を有するとともに十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１１０  多孔質アルミニウム焼結体
１１  アルミニウムメッシュ材
１２  焼結体本体
２１    アルミニウム基材
２１ａ  アルミニウム繊維
２１ｂ  アルミニウム粉末
２２    柱状突起
２５    結合部
２６    Ｔｉ−Ａｌ系化合物
【図１】
2015151609.tif 000004
【図２】
2015151609.tif 000005
【図３】
2015151609.tif 000006
【図６】
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【図７】
2015151609.tif 000008
【図８】
2015151609.tif 000009
【図９】
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【図１０】
2015151609.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
2015151609.tif 000013
【図４】
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【図５】
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