(57)【要約】表面に酸化被膜を有するアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を用いて、これらの粉末が強固に結合して充分な強度を有する三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体およびその製造方法を提供する。  三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成された樹脂製の三次元網目状構造体を基体とし、基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた後、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、基体を消失除去するとともにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を溶融して多孔質体を得る。得られた多孔質体は、骨格の密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、骨格の内部にアルミニウムの酸化物が分散している。
2015046623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有する三次元網目状構造体であって、前記骨格が、密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、前記骨格の内部にアルミニウムの酸化物が分散することを特徴とするアルミニウム系多孔質体。
【請求項２】
前記骨格内部の気孔の大きさが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項３】
前記アルミニウムの酸化物の大きさが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項４】
前記骨格は、中空状をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項５】
三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有し、前記骨格が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる三次元網目状構造体であり、
荷重を加えた際にひずみ量の増加に従って応力量が増加した後、骨格の圧壊に伴って応力がほぼ横ばいとなり、その後応力が増加する応力−ひずみ線図を示すことを特徴とするアルミニウム系多孔質体。
【請求項６】
前記骨格の密度比が９０％以上であることを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項７】
前記骨格内部の気孔の大きさが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項８】
前記応力−ひずみ線図において、前記応力がほぼ横ばいとなった後、応力が増加するまで応力を加えた後に発生する破砕粒子の発生量が、アルミニウム系多孔質体の５質量％以下であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体。
【請求項９】
三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、前記樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成された樹脂製の三次元網目状構造体を基体とし、前記基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた後、非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、前記基体を消失除去するとともに前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末を溶融することを特徴とするアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱温度が融点＋１００℃以下であることを特徴とする請求項９に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の平均粒径が１〜５０μｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の厚さが１００〜１０００μｍであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させるとともに、粘度を２５℃の温度条件下において５０〜１０００Ｐａ・ｓに調整した分散液を作製し、この分散液中に前記基体を浸漬した後、基体を乾燥させることで前記基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかに記載の製造方法によって得られる請求項１〜１２のいずれかに記載のアルミニウム系多孔質体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連通する連通孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体に関し、特に、骨格をアルミニウムもしくはアルミニウム合金で構成したアルミニウム系多孔質体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通孔が形成される三次元網目状構造を有する多孔質体は、連通孔にガスあるいは液体等の流体を通過させるとともに、これらの流体を濾過処理するフィルター（特許文献１、２等）や、これらの流体を骨格表面に担持した触媒により改質する触媒用担体等（特許文献２等）に用いられている。【０００３】
このような三次元網目状構造を有する多孔質体は、連通孔を有する発泡樹脂骨格表面を導電化処理して電気メッキした後、加熱して樹脂を分解除去する方法（特許文献３等）や、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法（特許文献１、２、４等）や、連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与して粉体を付着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法（特許文献５等）により製造される。【０００４】
このような三次元網目状構造を有する多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、熱交換器の熱交換部品への適用が検討されている（特許文献６等）。熱交換器は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させて加熱や冷却の用途に用いられる機器であり、一般に、熱交換の媒体として液体や気体等の流体を用いて流体に熱を与える（加熱）、もしくは流体から熱を奪う（冷却）ことで加熱や冷却を行う。このような熱交換器においては、熱伝導率の高い金属材料で構成されたフィン等を設けるなどして流体との接触面積を増加させて、熱交換の効率を高めているが、フィン等に替えて熱伝導率の高い金属材料で構成された三次元網目状構造を有する多孔質体を用い、その連通孔に流体を通過させれば、熱伝導率の高い金属材料と流体との接触面積をさらに大きくできるため、熱交換の効率がさらに大きくなるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−３３９６０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０２０８３１号公報
【特許文献３】特開昭５７−１７４４８４号公報
【特許文献４】特公昭６１−０５３４１７号公報
【特許文献５】特開平０６−２３５０３３号公報
【特許文献６】特公平０６−０８９３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アルミニウムは軽量で熱伝導率が高いことから、三次元網目状構造多孔質体への適用が期待されている。しかしながら、アルミニウムは電気メッキをすることができず、特許文献３のような電気メッキによる製造が困難である。【０００７】
また、特許文献４のように、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤とアルミニウム粉末との混練物を浸漬あるいはスプレー等して塗着した後、水素気流中５２０℃にて２時間加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法においては、アルミニウム粉末は表面に強固な酸化被膜（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）を有しており、上記方法で焼結してもアルミニウム粉末のごく一部で結合するに過ぎず、脆く、強度が極めて低いものしか製造することができない。【０００８】
以上のことから、本発明は、表面に強固な酸化被膜を有するアルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末を用いて、これらの粉末が強固に結合して充分な強度を有する三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体およびその製造方法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】
【０００９】
本発明のアルミニウム系多孔質体は、三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有する三次元網目状構造体であって、前記骨格が、密度比が９０％以上のアルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるとともに、前記骨格の内部にアルミニウムの酸化物が分散することを特徴とする。なお、本発明における“アルミニウム”は、Ａｌ：９５質量％以上で残部がＣ、Ｎ等の不純物からなり、他の金属元素を含まないもの、と定義する。【００１０】
本発明のアルミニウム系多孔質体においては、骨格内部の密度比が９０％以上であるため、骨格の強度が高く、また、この骨格にアルミニウムの酸化物（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）が分散することにより、アルミニウム基地を強化する結果、一層高い強度を示すものとなる。【００１１】
上記のアルミニウム系多孔質体においては、骨格の強度の観点から、骨格内部の気孔の大きさは１０μｍ以下であることが好ましい。また、アルミニウム基地を強化するアルミニウムの酸化物（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）についても、粗大であると骨格の強度がかえって低下することから、アルミニウムの酸化物の大きさ（最外径）は、１０μｍ以下であることが好ましい。また、アルミニウムの酸化物は、骨格断面の面積率で５〜２０％であることが望ましい。アルミニウムの酸化物が５％未満では基地強化の効果が乏しく、一方、２０％を超えるものは製造が不可能である。この酸化物の骨格断面における面積率の測定についても、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ等）を用いて、骨格断面の画像を自動二値化処理したり、該画像をグレースケールに変換して適当な閾値を設定したりすることにより、測定を行なうことができる。また、本発明のアルミニウム系多孔質体においては、上記骨格が中空状をなす形態を含む。【００１２】
また、本発明のアルミニウム系多孔質体は、三次元状に連結する骨格を有するとともに前記骨格により三次元状に連通する連通孔を有し、前記骨格が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる三次元網目状構造体であり、荷重を加えた際にひずみ量の増加に従って応力量が増加した後、骨格の圧壊に伴って応力がほぼ横ばいとなり、その後応力が増加する応力−ひずみ線図を示すことを特徴とする。【００１３】
すなわち、特許文献４のようなアルミニウム多孔質体は、アルミニウム粉末どうしの結合が僅かであるため、応力を加えるとアルミニウム粉末どうしの結合が破断し、応力の増加に従ってアルミニウム粉末間の結合が破断していく。また、この破断に伴い、アルミニウム多孔質体より多数の破砕粒子が発生する。【００１４】
これを防止するためには、応力を加えた際に、アルミニウム粉末間の結合が破断することなく、ひずみ量の増加に従って応力が増加するような骨格とする必要がある。このような骨格が三次元状に連結する構造とすれば、アルミニウム粉末どうしの結合の破断が生じず、多数の破砕粒子の発生が防止される。【００１５】
このような骨格を有するアルミニウム系多孔質体は、これに負荷されるある一定のひずみ量までは骨格が弾性変形するが、一定のひずみ量を超えると骨格が塑性変形して三次元状に連通する連通孔の圧壊が生じ、ひずみ量がさらに増加しても応力がほぼ横ばい（一定）の状態でアルミニウム系多孔質体の変形が進行する。さらに、アルミニウム系多孔質体に加わるひずみ量が増加して、三次元状に連通する連通孔の圧壊が終了した後、さらにひずみがアルミニウム系多孔質体に加わると、三次元状に連通する連通孔が閉塞したアルミニウム系多孔質体にひずみが生じて、ひずみ量の増加に従って応力が増加する。なお、骨格が変形する弾性限界は０．５ＭＰａ以上であることが望ましい。【００１６】
このような応力−ひずみ線図を示すアルミニウム系多孔質体は、ある一定以上のひずみ量が負荷されたときに、アルミニウム粉末どうしの結合が強固であるため骨格が破断せず、塑性変形する。【００１７】
上記のアルミニウム系多孔質体においては、骨格の強度の観点から骨格内部の密度比が９０％以上であることが好ましい。また、骨格内部の気孔の大きさは１０μｍ以下であることが好ましい。【００１８】
さらに、上記の応力−ひずみ線図において、応力がほぼ横ばいとなった後、応力が増加するまで応力を加えた後に発生する破砕粒子の発生量が、アルミニウム系多孔質体の５質量％以下であることが好ましい。【００１９】
上記本発明に係るアルミニウム系多孔質体は、本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法によって得ることができる。すなわちその製造方法は、三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、前記樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成された樹脂製の三次元網目状構造体を基体とし、前記基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた後、非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末の融点以上に加熱して、前記基体を消失除去するとともに前記アルミニウム粉末および／または前記アルミニウム合金粉末を溶融することを特徴とする。【００２０】
本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法においては、三次元状に連結する樹脂製の骨格を有し、樹脂製の骨格により三次元状に連通する連通孔が形成される樹脂製の三次元網目状構造を基体とし、この基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた後、非酸化性雰囲気中で加熱して樹脂製の基体を消失除去する点は特許文献４と同様であるが、本発明においては、加熱温度をアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の融点以上としてアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を溶融させることが特徴である。本発明では、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の平均粒径が１〜５０μｍであることを好ましい形態とする。また、上記加熱温度は上記融点＋１００℃以下であることを好ましい形態とする。【００２１】
加熱する前の基体の樹脂製の骨格表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた状態では、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜で覆われ、酸化被膜を介して各粉末粒子が接触している。そして、骨格表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させた基体を融点以上に加熱すると、昇温過程で樹脂製の基体が分解して消失するとともに、溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面を濡らして覆う。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金がこの代用骨格の外側で濡れることにより、隣り合う粉末どうしが溶融したアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金により結合される。このため、加熱後に得られるアルミニウム系多孔質体は、強固に金属結合しており、充分な結合を実現することができる。なお、本発明者等が銅粉末を用いて同様の実験を行ったところ、銅粉末が溶融して落下し、多孔質体を形成することができなかった。したがって、粉末を溶融させても形態を保持できるのは、酸化被膜を有するアルミニウムおよびアルミニウム合金特有の効果と言うことができる。【００２２】
このようにして得られるアルミニウム系多孔質体の骨格は、密度比が例えば９０％以上であるとともに、元の粉末表面に形成されていた酸化被膜すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が内部に分散するアルミニウムもしくはアルミニウム合金として形成される。アルミナは硬質であり、基地となるアルミニウムもしくはアルミニウム合金に分散して基地を強化する結果、アルミニウムもしくはアルミニウム合金は、高い強度を示すものとなる。なお、骨格の密度比はアルキメデス法で測定することができないため、骨格の断面を観察し、骨格断面の面積（中空部を除く基地部分）と骨格断面の基地部分に分散する気孔の面積率の差として計算する。骨格の断面面積および骨格の気孔の面積率の測定は、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ等）を用いて、骨格断面の画像を自動二値化処理したり、該画像をグレースケールに変換して適当な閾値を設定したりすることにより、これらの面積率の測定を行なうことができる。【００２３】
最終的なアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造は、基体の骨格表面に付着させて担持したアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を溶融することにより構成される。このため、基体の三次元網目状構造が、最終的なアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造に影響する。したがって、基体の三次元網目状構造を変更することで、所望の三次元網目状構造を有するアルミニウム系多孔質体を得ることができる。【００２４】
三次元網目状構造のアルミニウム系多孔質体の骨格は、細すぎるとアルミニウム系多孔質体の強度が低下する。一方、太過ぎると連通する気孔を通過する流体の流れを阻害して圧力損失が大きくなる。アルミニウム系多孔質体の熱交換機への応用を考慮すると、骨格の太さは５０〜５００μｍとすることが好ましい。【００２５】
また、アルミニウム系多孔質体の骨格は、基体の樹脂製の骨格の表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させ、溶融させて形成するが、基体の樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が多くなると、溶融するアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の量が過多となり、表面張力による保形が難しくなり、型くずれが生じ易くなる。この観点から、樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、樹脂製の骨格の表面からの厚さが１００〜１０００μｍとなるように付着させると、溶融の後に形成されるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の骨格の太さが上記の５０〜５００μｍに形成されることとなるので好ましい。【００２６】
上記のように基体の樹脂製の骨格の表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させる手法としては、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させるとともに、粘度を２５℃の温度条件下において５０〜１０００Ｐａ・ｓに調整した分散液を作製し、この分散液中に基体を浸漬した後、基体を乾燥させることで基体の樹脂製の骨格表面に、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させるといった形態が挙げられる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のアルミニウム系多孔質体は高い強度を示し、そして本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法により、そのような高い強度を示すアルミニウム系多孔質体を、簡便な方法で量産性に富み、かつ、安価に製造することができるといった効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のアルミニウム系多孔質体の製造方法における、粉末間の結合状態を示す模式図である。
【図２】従来のアルミニウム系多孔質体の製造方法における、粉末間の結合状態を示す模式図である。
【図３】本発明例のアルミニウム系多孔質体を示す図面代用写真である。
【図４】本発明例のアルミニウム系多孔質体の骨格のＥＰＭＡ装置により観察したＳＥＭ像および各種元素の分布を示す図面代用写真である。
【図５】比較例のアルミニウム系多孔質体を示す図面代用写真である。
【図６】本発明例のアルミニウム系多孔質体と比較例のアルミニウム系多孔質体の応力−ひずみ線図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
［基体］
基体は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造体を用いる。この基体は骨格表面にアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させて担持するものであり、加熱されて分解、消失すべきものであることから、樹脂により構成される。具体的には、基体としてポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォームなどを用いることができる。【００３０】
［アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末］
基体の樹脂骨格に付着させる粉末は、上記のとおり、熱伝導率および比重のバランスよりアルミニウム粉末を用いるが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。たとえば、ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、アルミニウム系多孔質体の骨格がアルミニウム合金で形成され、アルミニウム系多孔質体の強度を向上させることができる。ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を添加することにより、熱伝導率はＡｌ単体の場合よりも低下するが、ベース金属がＡｌであるため、充分に高い熱伝導率を維持することができる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、一般的なもの、すなわち表面に１０Å程度の酸化被膜（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）を有するものを用いる。【００３１】
基体の樹脂骨格に付着させるアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、細い基体の樹脂骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると基体の樹脂骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、基体の樹脂骨格表面に付着し難くなったり、脱落し易くなったりする。この観点からアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が５０μｍ以下であるとともに、粒径が１００μｍを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、Ａｌは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点からアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が１μｍ以上のものを用いることが好ましい。【００３２】
［付着工程］
基体の樹脂骨格へアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を付着させるにあたっては、従来から行われている各種方法を適用することができる。以下に代表的な方法を記載する。【００３３】
（１）湿式法
特許文献１、２、４等に記載された方法であり、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させた分散液を作成し、この分散液中に基体を浸漬した後、基体を乾燥させる方法である。分散媒としては、アルコール等の揮発性を有する液体や水を溶媒とし、これに結着剤を溶解した液を用いることができる。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。【００３４】
このとき、分散液の粘度により基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末を制御することができる。すなわち、分散液の粘度が高ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が多くなり、逆に、分散液の粘度が低ければ、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が少なくなる。ただし、分散液の粘度が過多となると、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が過多となり、樹脂製の骨格の表面からの厚さが１０００μｍを超えて、後述する加熱工程において型くずれが生じ易くなる。この観点から、分散液の粘度は２５℃の温度条件下において１０００Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。一方、分散液の粘度が低すぎると、基体の樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の量が乏しくなり、加熱工程後に得られる三次元網目状構造のアルミニウム系多孔質体の骨格が細くなり、アルミニウム系多孔質体の強度が低下する。この観点から、分散液の粘度は２５℃の温度条件下において５０Ｐａ・ｓ以上とすることが好ましい。なお、粘度の測定は、東機産業株式会社製ＴＶＢ１０形粘度計等を用いて、粘性トルクによる２枚のスリット円板のねじれ角を検出して粘度に換算することにより行うことができる。【００３５】
（２）乾式法
特許文献５に記載された方法であり、基体表面にアクリル系、ゴム系等の粘着剤溶液またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等接着性の樹脂溶液を塗布することにより粘着性を付与し、粉体中で基体を揺動させるか、あるいは基体に粉体をスプレーする等の方法により、骨格表面に粉体を被着させる方法である。【００３６】
［加熱工程］
骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた基体は、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末および／またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱される。この融点までの昇温過程で樹脂製の基体は分解し除去されて消失する。【００３７】
加熱温度がアルミニウム（融点：６６０．４℃）もしくはアルミニウム合金の融点を超えると、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末が内部で溶融する。すなわち、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）で覆われており、アルミナの融点は２０７２℃と高いためアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜が溶融せず、これらの粉末の内部が溶融する。このようにして内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は、図１に示すように、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合い結合する。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の表面張力により骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。【００３８】
このようにして得られるアルミニウム系多孔質体の骨格は、元の粉末表面に形成されていた酸化被膜すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が内部に分散するアルミニウムもしくはアルミニウム合金として形成される。このアルミナは硬質であり、基地となるアルミニウムもしくはアルミニウム合金に分散して基地の強化に寄与する。また、骨格は、樹脂製の骨格が存在していた部分に空洞を有する中空状をなしているので、軽量化が求められる用途に有効である。【００３９】
一方、加熱温度がアルミニウムもしくはアルミニウム合金の融点未満の場合には、図２に示すように、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面に形成された強固な酸化被膜がバリヤとなって、アルミニウム粉末どうし、またはアルミニウム合金粉末どうしの拡散による接合を阻害して焼結が進行しない。【００４０】
加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて覆ったり、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合ったりすることが阻止され、粉末どうしの結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が１０−３Ｐａ以下の減圧雰囲気（真空雰囲気）としてもよい。【００４１】
なお、加熱温度は基体に付着させたアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の融点を超える温度であれば粉末を溶融できるが、融点を大きく超える温度で加熱するとその分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の粘度が低下して型崩れが生じ易くなることから、加熱温度は融点＋１００℃までとすることが好ましい。【００４２】
三次元網目状構造のアルミニウム系多孔質体の骨格は、細すぎるとアルミニウム系多孔質体の強度が低下する。一方、太くなると連通する気孔を通過する流体の流れを阻害して圧力損失が大きくなる。また、アルミニウム系多孔質体の骨格は、基体の樹脂製骨格の表面にアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末を付着させ、溶融させて形成するが、基体の樹脂製骨格の表面に付着するアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の量が多くなると、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の量が多くなるが、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の量が過多となると、表面張力による保形が難しくなり、型くずれが生じ易くなる。このため、アルミニウム系多孔質体の骨格の太さは５０〜５００μｍとすることが好ましい。また、樹脂製の骨格の表面に付着させるアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の量は、樹脂製の骨格の表面からの厚さが１００〜１０００μｍとなるように付着させると、溶融の後に形成されるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の骨格の太さが上記の５０〜５００μｍに形成されることとなるので好ましい。【００４３】
上記の製造方法によって製造したアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造は、樹脂製基体の三次元網目状構造がそのまま維持されたものとなる。したがって、樹脂製基体の三次元網目状構造を変更することで、アルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造を変更することができ、アルミニウム系多孔質体全体の気孔率、気孔の大きさを所望のものに調整することが可能である。具体的には、気孔率は８０〜９５％のもの、好ましくは８５〜９５％のものとすることができ、気孔の大きさは３０〜４０００μｍのものとすることができ、６〜８０ｐｐｉ（セル数／２５．４ｍｍ）の多孔質体を容易に製造することができる。【００４４】
なお、アルミニウム合金によりアルミニウム系多孔質体を構成する場合において、原料粉末としてＡｌと共晶液相を発生する成分（Ｃｕ、Ｍｇ等）を単味粉末あるいはアルミニウム合金粉末として、アルミニウム粉末に添加したアルミニウム系混合粉末を用い、三次元網目状構造を有する樹脂製の基体の表面にアルミニウム系混合粉末を付着させ、共晶液相が発生する温度で焼結を行う方法が考えられるが、この方法では、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が不均一となるとともに、骨格内部にアルミニウムの酸化物が分散せず、所望の強度を得ることが難しい。【００４５】
これに対して、上述のように予め成分元素をＡｌ中に合金化させたアルミニウム予合金粉末を用いることにより、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が均一となる。また、製法に起因するアルミニウムの酸化物が骨格内部に分散する。このため、アルミニウム系混合粉末を用いて共晶液相により焼結する方法に比して、高い強度を得ることができる。
【実施例】
【００４６】
三次元網目状構造を有する樹脂製の基体として、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのポリウレタンフォーム（商品名エバーライトＳＦ、株式会社ブリヂストン製）を用意した。このポリウレタンフォームは、気孔率（全体の体積に対する連通孔の体積の割合）が９５％であり、連通孔の大きさが円相当径で３０００μｍであった。次いで、分散媒として樹脂分１質量％のポリビニルアルコール（商品名：ゴーセノールＧＨ−２３、日本合成化学工業株式会社製）を用意し、平均粒径６μｍのアルミニウム粉末を用意した分散媒に質量比１：１で混合し、アルミニウム粉末分散液（２５℃における粘度：５０〜７５Ｐａ・ｓ：東機産業株式会社製ＴＶＢ１０形粘度計により測定）を作製した。作製したアルミニウム粉末分散液に用意した基体を浸漬した後、余分なスラリーをロールにより除去した後、１００℃にて１２０分乾燥させて、アルミニウム粉末が付着した基体を用意した。このようにして作製したアルミニウム粉末が付着した基体を、圧力が１０−３Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）の下、表１に示す加熱温度にて２１０分間加熱し、試料番号０１〜０７の多孔質試料を作製した。【００４７】
これらの多孔質試料について、アルキメデス法にて気孔率を測定した。また、光学顕微鏡にて観察し、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、気孔の大きさについて測定するとともに三次元網目構造の気孔（連通孔）の円相当直径について求めその平均値を求めた。【００４８】
また、多孔質試料を樹脂に埋め込み、鏡面研磨してケラー氏液（塩酸０．５ｍｌ，硝酸２．５ｍｌ，フッ酸１．５ｍｌ，蒸留水９５ｍｌ）にて腐食を行い、骨格部の金属組織を観察し、画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、画像を二値化し、骨格部（中空部を除く基地部分）の面積率および骨格部（中空部を除く基地部分）に分散する気孔の断面面積率を測定して骨格部の密度比を求めた。また、ＥＰＭＡ装置で骨格部断面のうち中空部を除く基地部分の金属組織を５０００倍で観察し、骨格部断面に分散する酸化物の大きさについて、同様にして画像分析ソフトウエア（三谷産業製ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて、バレー法にて閾値１８０として１８０以上となる領域（１８０〜２５５）の面積を測定し酸化物の大きさおよび断面面積率を測定した。これらの結果を表１に示す。【００４９】
さらに試料番号０１〜０７のアルミニウム系多孔質体試料について、圧縮降伏試験を行って圧縮荷重を増加させたときのひずみ量と応力を測定し、応力−ひずみ線図を作成した。そして、作成した応力−ひずみ線図から、応力がほぼ横ばいになる領域（プラトー領域）に至ったときの応力を求め、その結果を表１に併記した。【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１より試料番号０１〜０７のいずれの多孔質試料も気孔率が基体として用いたウレタンフォームとほぼ同じであり、また連通孔の大きさも、基体のウレタンフォームとほぼ同じ大きさとなっている。この結果から、基体のウレタンフォームの気孔率および連通孔の大きさが、そのまま多孔質試料の気孔率および連通孔の大きさとなることが確認された。【００５２】
しかしながら、加熱温度がアルミニウムの融点（６６０℃）に満たない試料番号０１〜０３の試料では、焼結が進行せず、骨格部の密度比が低い値となっている。【００５３】
一方、加熱温度がアルミニウムの融点（６６０℃）を超える０４〜０７の試料では、骨格部の密度比が９０％以上となり、高い密度比を示している。また、０４〜０７の試料において、骨格部の気孔の大きさは２〜１０μｍと小さいものである。さらに、０４〜０７の試料では、骨格部の内部に酸化物の分散が認められ、酸化物は大きさが１０μｍ、断面面積率が８面積％であった。一方、比較例である０１〜０３の試料は、アルミニウム粉末がごく一部で結合するのみであり酸化物はアルミニウム粉末表面にのみ認められ基地内部に分散する酸化物は認められなかった。【００５４】
本発明例である試料番号０４の多孔質試料の気孔状態を観察した写真を図３に示す。図３に示すように、本発明例の多孔質試料は、溶融アルミニウムが隣り合う粉末を結合するとともに、溶融アルミニウムの表面張力により骨格表面は比較的に滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となっている。【００５５】
本発明例のアルミニウム系多孔質体について、骨格部断面を電子線微小分析装置（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｓｅｒ）で観察したときの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真およびＡｌとＯ（酸素）の成分の分布を示すマッピングを図４に示す。図４より本発明例のアルミニウム系多孔質体はアルミニウム基地中にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）が分散することが確認された。【００５６】
一方、比較例である試料番号０３の多孔質試料の気孔状態を観察した写真を図５に示す。図５に示すように、比較例の多孔質試料は、アルミニウム粉末の一部で固相拡散により結合するのみであり、ネック部（粉末の結合部）が成長しておらず元の粉末の形状が確認できる。【００５７】
また、試料番号０４〜０７のアルミニウム系多孔質体試料では、プラトー領域に達するまでに０．５ＭＰａ以上の弾性限界を示した。この弾性限界は、密度比の増加に伴って１．７ＭＰａに達した。圧縮降伏試験の結果を、図６を参照して詳細に説明する。試料番号０４の本発明例のアルミニウム系多孔質体試料では、変形初期に弾性変形してひずみ量の増加に従い応力が増加するが、その後は、ひずみ量が増加しても一定応力となっている。これは、アルミニウム系多孔質体試料の連通孔が圧縮されて潰されながら変形が進行している状態である。さらに荷重が増加してひずみ量が増加しアルミニウム系多孔質体試料が緻密化されると、通常の金属試料の場合と同様に荷重を増加するとひずみ量が増加するとともに応力が増加する傾向を示している。この変形挙動はアルミニウム系多孔質体試料の典型的な変形挙動である。試験後のアルミニウム系多孔質体試料を観察すると、連通孔は圧壊されているものの骨格の破断は確認されなかった。【００５８】
これに対して、試料番号０１〜０３のアルミニウム系多孔質体試料では、プラトー領域が存在しなかった。図６に示すように、試料番号０３の比較例のアルミニウム系多孔質体試料では、粉末間の結合が不十分であることから、圧縮荷重を付加すると変形初期で破壊されており、試験後の試料はばらばらの粉末状態であった。【００５９】
以上より、荷重を加えた際にひずみ量の増加に従って応力量が増加した後、骨格の圧壊に伴って応力がほぼ横ばいとなり、その後応力が増加する応力−ひずみ線図を示す本発明のアルミニウム系多孔質体試料は、従来のアルミニウム系多孔質体試料よりも高い強度を有することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のアルミニウム系多孔質体は、高い強度を示すことから各種多孔質部材に用いて好適である。
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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