(57)【要約】【課題】金属粉末及びバインダーにより表面に開口する多数の開口孔を三次元網目骨格から形成された連続気孔に連通させるように構成され、表面における開口孔の平均開口径が３０μｍ以上１０００μｍ以下、かつ、全体の気孔率が５０％以上である多孔質成形体を焼成してなる多孔質焼成体に、ひび割れや歪みが生じるのを防止する。【解決手段】多孔質成形体Ｇの焼結に際してこれを載置する多孔質体焼結用敷板１であって、多孔質成形体Ｇを載置する載置面１ａが、炭素材料からなる基材３の表面３ａに形成されたイットリア又はジルコニアを主成分とする溶射層５からなり、前記載置面１ａの平均粗さＲａを１μｍ以上１０μｍ以下とする。また、載置面１ａの最大高さＲｙを５０μｍ以上１００μｍ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末及びバインダーにより表面に開口する多数の開口孔を三次元網目骨格から形成された連続気孔に連通させるように構成され、前記表面における前記開口孔の平均開口径が３０μｍ以上１０００μｍ以下、かつ、全体の気孔率が５０％以上である多孔質成形体の焼成に際して、該多孔質成形体を載置する多孔質体焼結用敷板であって、
前記多孔質成形体を載置する載置面が、炭素材料からなる基材の表面に形成されたイットリア又はジルコニアを主成分とする溶射層からなり、
前記載置面の平均粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする多孔質体焼結用敷板。
【請求項２】
前記載置面の最大高さＲｙが５０μｍ以上１００μｍ以下あることを特徴とする請求項１に記載の多孔質体焼結用敷板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の多孔質体焼結用敷板の載置面に前記多孔質成形体を載置した状態で、前記多孔質成形体を焼成して多孔質焼成体を製造することを特徴とする多孔質焼成体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元網目構造を有する多孔質成形体を焼成して多孔質焼成体を製造する多孔質焼成体の製造方法、及び、焼成に際して多孔質成形体を載置する多孔質体焼結用敷板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルタ、ガス拡散部材、放熱部材、吸水部材などに使用される多孔質焼成体は、金属粉末及びバインダーにより表面に開口する多数の開口孔を三次元網目骨格から形成された連続気孔に連通させるように構成された多孔質成形体を焼成することで得られる。
通常、金属粉末及びバインダーからなる成形体の焼成は、焼結用の敷板に成形体を載置した状態で行われる。
【０００３】
従来、この焼結用敷板としては、例えば特許文献１のように、炭素材料からなる板状の基材を２０％以下のジルコニアを含有するイットリアで被覆したトレーがある。このトレーは、超硬合金やサーメットの焼成に好適に使用されている。
また、焼結用敷板としては、例えば特許文献２のように、炭素材料からなる板状の基材をＴｉよりも標準生成自由エネルギーの大きな酸化物で被覆した台板もある。この台板は、Ｔｉの圧粉成形体の焼成に好適に使用されている。なお、この台板の使用に際しては表面を切削または研磨するようになっている。
【特許文献１】特表２０００−５０９１０２号公報
【特許文献２】特許第３７０７５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、多孔質成形体は圧粉成形して得られるものではなく、また、連続気孔や開口孔による空洞部分の割合が高いことから、空洞部分を有さない通常の成形体と比較して金属粉末同士の結合力が弱くなり、また、焼成による多孔質成形体の収縮率が通常の成形体と比較して大きくなる。このため、多孔質成形体の焼成に際して上記従来の焼結用敷板を使用しても、金属粉末の焼結中にひび割れが生じたり、多孔質成形体の部分的な収縮率の差によって多孔質焼成体に歪みが生じる等の問題がある。
【０００５】
この現象は、表面における開口孔の平均開口径が３０〜１０００μｍで、気孔率が５０％以上の多孔質成形体において特に顕著となる。また、歩留まり向上を図るために多孔質成形体を大型化すると、多孔質成形体と焼結用敷板との接触面積が大きくなってしまい（例えば１００ｃｍ２以上）、上述したひび割れの問題を避けることができない。
【０００６】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであって、多孔質成形体を焼成してなる多孔質焼成体にひび割れや歪みが生じるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明の多孔質体焼結用敷板は、金属粉末及びバインダーにより表面に開口する多数の開口孔を三次元網目骨格から形成された連続気孔に連通させるように構成され、前記表面における前記開口孔の平均開口径が３０μｍ以上１０００μｍ以下、かつ、全体の気孔率が５０％以上である多孔質成形体の焼成に際して、該多孔質成形体を載置する多孔質体焼結用敷板であって、前記多孔質成形体を載置する載置面が、炭素材料からなる基材の表面に形成されたイットリア又はジルコニアを主成分とする溶射層からなり、前記載置面の平均粗さＲａが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の多孔質焼成体の製造方法は、前記多孔質体焼結用敷板の載置面に前記多孔質成形体を載置した状態で、前記多孔質成形体を焼成して多孔質焼成体を製造することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、上記のように載置面の表面粗さＲａを設定することで、多孔質成形体の焼成に際して、ひび割れが生じることを防止できると共に、多孔質成形体の全体にわたって収縮率の差が生じることを防いで、多孔質焼成体に歪みが発生することを防止できる。
【００１１】
すなわち、載置面の平均粗さＲａが１μｍ未満の場合には、載置面に対する多孔質成形体の接触面積が大きくなってこれらの間の摩擦が過度に増加する。そして、この摩擦は多孔質成形体が焼成によって収縮する際の抵抗として作用するため、収縮率の大きい多孔質成形体の収縮を阻害して、多孔質焼成体にひび割れや歪みが生じやすくなる。
また、載置面の平均粗さＲａが１０μｍよりも大きい場合には、焼成によって収縮する多孔質成形体の開口孔が溶射層に引っ掛かり、多孔質成形体の収縮が局所的に阻害されるため、多孔質成形体に部分的な収縮率の差が発生し、多孔質焼成体にひび割れや歪みが生じやすくなる。
【００１２】
なお、本発明の多孔質体焼結用敷板においては、前記載置面の最大高さＲｙが５０μｍ以上１００μｍ以下とすることがより好ましい。
このように、載置面の最大高さＲｙを５０μｍ以上とすることで、載置面と多孔質成形体との間の摩擦が過度に増加することをさらに良好に防止できる。さらに、載置面の最大高さＲｙを１００μｍ以下とすることで、開口孔が溶射層に引っ掛かることをさらに良好に防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多孔質成形体の焼成に際して、ひび割れが生じることを防止できると共に、多孔質成形体の全体にわたって収縮率の差が生じることを防いで、多孔質焼成体に歪みが発生することを防止できる。すなわち、ひび割れや歪み等の欠陥がない多孔質焼成体を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１から図３を参照し、本発明の実施形態に係る多孔質体焼結用敷板及び多孔質焼成体の製造方法について説明する。
図１に示すように、この実施形態に係る多孔質体焼結用敷板１は、金属粉末（例えばニッケル、銅、鉄、ＳＵＳ、クロム、コバルト、金、銀、チタン）及びバインダー（例えばメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース）により表面に開口する多数の開口孔を三次元網目骨格から形成された連続気孔に連通させるように構成された多孔質グリーンシート（多孔質成形体）Ｇを焼成する際に載置するものである。
【００１５】
多孔質体焼結用敷板１は、炭素材料からなる基材３の表面にイットリア又はジルコニアを主成分とする溶射層５を形成して構成されており、この溶射層５が多孔質グリーンシートＧを載置する載置面１ａをなしている。
ここで、溶射層５は、基材３の表面３ａにイットリア又はジルコニアを主成分とする原料粉末を溶射して形成されており、載置面１ａの平均粗さＲａは１μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定されている。上記範囲の平均粗さＲａは、例えば原料粉末の粒度を細かく（例えば平均粒径５〜３０μｍ）することで得られる。また、載置面１ａの最大高さＲｙは５０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に設定されている。
【００１６】
次に、以上のように構成された多孔質体焼結用敷板１を用いて多孔質焼成体を製造する方法について説明する。この製造方法では、はじめに、例えば図２に示すグリーンシート製造装置１１を用いて多孔質グリーンシートＧを製造する。
すなわち、グリーンシート製造装置１１においては、まず、前述した金属粉末及びバインダーに加えて、発泡剤（例えば、炭化数５〜８の非水溶性炭化水素系有機溶剤（例えばネオペンタン、ヘキサン、ヘプタン））、溶媒（水）等を混合したスラリーＳをホッパー１３に貯蔵しておく。なお、このスラリーＳとしては、例えば特許第３２８２４９７号公報に開示されているものがより好ましい。
【００１７】
次いで、ホッパー１３からキャリアシート１５上にスラリーＳが供給される。キャリアシート１５はローラ１７によって搬送されており、キャリアシート１５上のスラリーＳは、移動するキャリアシート１５とドクターブレード１９との間で延ばされ、シート状に成形される。シート状のスラリーＳは、さらにキャリアシート１５によって搬送され、加熱処理を行う発泡槽２１および加熱炉２３を順次通過する。
【００１８】
発泡槽２１では高湿度雰囲気下で加熱処理を行うので、スラリーＳにひび割れを生じさせずに発泡剤を発泡させることができる。この発泡では、シート状のスラリーＳの内部に相互に連通された多数の気泡（連続気孔）が形成されると共に、スラリーＳの表面に開口する多数の開口気泡（開口孔）が形成されることになる。ここで、多数の気泡及び開口気泡は相互に連通しており、これによって三次元網目構造を有した多孔質状のスラリーＳが形成されることになる。
そして、多孔質状のスラリーＳが加熱炉２３において乾燥されると、金属粉末がバインダーによって接合された状態で三次元網目構造をなす長尺状の多孔質グリーンシートＧが製造されることになる。
【００１９】
このように製造される多孔質グリーンシートＧにおいては、その表面に開口する開口気泡の平均開口径が３０μｍ以上１０００μｍ以下となり、また、多孔質グリーンシートＧ全体の気孔率が５０％以上となる。
ここで、平均開口径は、例えば光学顕微鏡を用いて多孔質グリーンシートＧの表面を撮像すると共にこの撮像画像を２値化処理し、多孔質グリーンシートＧの表面における個々の開口気泡の面積を円相当径として求めたものである。また、気孔率は、多孔質グリーンシートＧに形成された気泡及び開口気泡の合計容積によって定められるものである。なお、平均開口径や気孔率の数値は、上述したスラリーＳの調整方法、発泡方法、乾燥方法における条件を種々変更することで上述した範囲内で調節することができる。
【００２０】
その後、長尺状の多孔質グリーンシートＧを所定長さに切断し、切断された各多孔質グリーンシートＧをキャリアシート１５から剥がした状態で多孔質体焼結用敷板１の載置面１ａに載置する。この際、載置面１ａにはキャリアシート１５に接触していた多孔質グリーンシートＧの下面を接触させることがより好ましいが、多孔質グリーンシートＧの上面を接触させるとしても構わない。
【００２１】
最後に、多孔質体焼結用敷板１の載置面１ａに載置された多孔質グリーンシートＧを脱脂・焼成することで、シート状の多孔質焼成体の製造が完了する。
ここでは、例えば図３に示すように、一方向に搬送されるベルトコンベア３１上に多孔質体焼結用敷板１を載せた状態で焼成炉３３内を通過させることで、多孔質グリーンシートＧを焼成して多孔質焼成体Ｂが製造されるとしてもよい。また、例えば多孔質体焼結用敷板１を図示しない真空炉内に収納した状態で多孔質グリーンシートＧを焼成することで多孔質焼成体Ｂが製造されるとしても構わない。なお、多孔質グリーンシートＧの焼成は、８００℃〜１４００℃程度の温度で６０〜１８０分間行うことが好ましい。
【００２２】
この多孔質グリーンシートＧの焼成に際しては、多孔質体焼結用敷板１の載置面１ａの平均粗さＲａが１μｍ以上１０μｍに設定されているため、多孔質グリーンシートＧにひび割れが生じることを防止できる多と共に、多孔質グリーンシートＧの全体にわたって収縮率の差が生じることを防いで、多孔質焼成体Ｂに歪みが発生することを防止できる。
【００２３】
すなわち、載置面１ａの平均粗さＲａが１μｍ未満の場合には、載置面１ａに対する多孔質グリーンシートＧの接触面積が大きくなってこれらの間の摩擦が過度に増加する。そして、この摩擦は多孔質グリーンシートＧが焼成によって収縮する際の抵抗として作用するため、収縮率の大きい多孔質グリーンシートＧの収縮を阻害して、多孔質焼成体Ｂにひび割れや歪みが生じやすくなる。
また、載置面１ａの平均粗さＲａが１０μｍよりも大きい場合には、焼成によって収縮する多孔質グリーンシートＧの開口気泡が溶射層５に引っ掛かり、多孔質グリーンシートＧの収縮が局所的に阻害されるため、多孔質グリーンシートＧに部分的な収縮率の差が発生し、多孔質グリーンシートＧにひび割れや歪みが生じやすくなる。
【００２４】
さらに、本実施形態においては、載置面１ａの最大高さＲｙを５０μｍ以上としているため、載置面１ａに対する多孔質グリーンシートＧの接触面積が大きくなってこれらの間の摩擦が過度に増加することをさらに良好に防止している。また、載置面１ａの最大高さＲｙを１００μｍ以下としているため、焼成によって多孔質グリーンシートＧが収縮する際に開口気泡が溶射層５に引っ掛かることをさらに良好に防止できる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態による多孔質体焼結用敷板１及び多孔質焼成体Ｂの製造方法によれば、多孔質グリーンシートＧの焼成に際して、ひび割れが生じることを防止できると共に、多孔質グリーンシートＧの全体にわたって収縮率の差が生じることを防いで、多孔質焼成体Ｂに歪みが発生することを防止できる。すなわち、ひび割れや歪み等の欠陥がない多孔質焼成体Ｂを提供することが可能となる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
すなわち、焼成の対象となる多孔質グリーンシートＧの平均開口径は、多孔質グリーンシートＧの表面に開口する開口気泡のみを考慮したものに限らず、多孔質グリーンシートＧの表面に開口する金属粉末間の空隙（開口孔）を含めて考慮しても良い。また、気孔率についても、多孔質グリーンシートＧに形成された気泡及び開口気泡の合計容積だけではなく、金属粉末間の空隙の合計容積も含めて設定されるとしても良い。
また、多孔質体焼結用敷板１の載置面１ａには、シート状以外の所定形状に形成された多孔質成形体を載置してもよく、この場合でも焼成に際して同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る多孔質体焼結用敷板を示す概略断面図である。
【図２】図１の多孔質体焼結用敷板に載置する多孔質グリーンシートを製造するグリーンシート製造装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】図１の多孔質体焼結用敷板に載置された多孔質グリーンシートを焼成する方法の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  多孔質体焼結用敷板
３  基材
３ａ  表面
５  溶射層
Ｂ  多孔質焼成体
Ｇ  多孔質グリーンシート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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