(57)【要約】【課題】任意の形状の多孔質金属を容易に形成する方法を提供する。【解決手段】電解酸化して多孔質アルミニウムを得る段階（１）と、前記多孔質アルミニウムの空隙に金属を充填して、前記多孔質アルミニウムと前記金属とからなる複合物を得る段階（２）と、前記複合物から前記多孔質アルミニウムを除去する段階（３）とを含む、多孔質金属の製造方法によって、上記課題は解決される。【選択図】　　　　　　図１
2004107779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解酸化して多孔質アルミニウムを得る段階（１）と、
前記多孔質アルミニウムの空隙に金属を充填して、前記多孔質アルミニウムと前記金属とからなる複合物を得る段階（２）と、
前記複合物から前記多孔質アルミニウムを除去する段階（３）と、
を含む、多孔質金属の製造方法。
【請求項２】
前記段階（２）は、前記多孔質アルミニウムの空隙に、アルミニウムの融点より低温の溶融金属を供給する段階（２ａ）と、前記溶融金属を固化させる段階（２ｂ）とからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記段階（３）は、前記複合物をアルカリ性溶液に含浸させて、前記多孔質アルミニウムを溶解させる段階であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法によって得られる多孔質金属。
【請求項５】
孔の平均孔径が、１０〜１０００００ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の多孔質金属。
【請求項６】
平均孔径／孔の平均深さが、０．１〜１０であることを特徴とする請求項４または５に記載の多孔質金属。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の空孔を有する多孔質金属に関する。本発明の多孔質金属は、触媒担体、吸着剤、分子ふるい、フィルターなどとして用いられうる。
【０００２】
【従来の技術】
材料の比表面積が向上すると、材料の各種特性が向上することが知られている。例えば、金属を触媒担体として用いる場合、金属の比表面積が大きいほど、触媒と反応物質との接触面積が向上する。つまり、一般的には、比表面積が大きいほど、触媒担体として好ましい。
【０００３】
金属材料の比表面積は、糸状の金属を織りあわせて、金属繊維とすることによって向上する。しかしながら、金属繊維は強度が低いため、任意の形状をとりづらい。また、糸状の金属を形成する工程や糸状の金属を織り合わせる工程は、非常に煩雑であり、工業的に実用化しづらい。
【０００４】
金属材料の比表面積を向上させる他の手段としては、多孔質金属が挙げられる。多孔質金属とは、表面に多数の孔が形成されてなる金属材料をいう。好ましくは、多数の孔は独立孔ではなく、内部で互いに連結している。多孔質金属を製造する方法としては、溶融金属を回転ロールに噴出して冷却凝固させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、かような方法を用いて得られる多孔質金属は、金属薄帯である。このため、強度が低く、任意の形状に成形しづらい。例えば、多孔質金属が車両に搭載される触媒担体として用いられる場合には、触媒担体は絶えず加えられる振動に耐えうる程度の強度を有する必要がある。また、限られた体積を有効に活用するためには、所望の形状に容易に成形できることが好ましい。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３８０１３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が目的とするところは、任意の形状の多孔質金属を容易に形成する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解酸化して多孔質アルミニウムを得る段階（１）と、前記多孔質アルミニウムの空隙に金属を充填して、前記多孔質アルミニウムと前記金属とからなる複合物を得る段階（２）と、前記複合物から前記多孔質アルミニウムを除去する段階（３）とを含む、多孔質金属の製造方法である。
【０００９】
本発明の多孔質金属は、多孔質アルミニウムを用いて製造される。多孔質金属の製造において、多孔質アルミニウムは「鋳型」として機能する。多孔質アルミニウムの空隙には、所望する金属が充填される。好ましくは、所望する金属は、多孔質アルミニウムの空隙に、アルミニウムの融点より低温の溶融金属を供給し、冷却して溶融金属を固化させることによって、充填される。所望の金属を充填した後、多孔質アルミニウムおよび充填された金属からなる複合物から、多孔質アルミニウムを除去する。アルミニウムはアルカリ性溶液に溶解するため、アルカリ性溶液に前記複合物を含浸させることによって、多孔質アルミニウムが除去される。その結果、多孔質アルミニウムが存在していた領域が空隙となった、多孔質金属が得られる。
【００１０】
鋳型として用いる多孔質アルミニウムは、電解酸化を用いて形成されうる。電解酸化を用いて形成された多孔質アルミニウムは、ナノオーダーの微細な孔を有する。このため、電解酸化を用いて形成された多孔質アルミニウムを鋳型として用いると、極めて微細な孔を有する多孔質金属が形成される。特に、孔径が小さく、かつ、深い孔を得る上で、電解酸化は有効である。
【００１１】
本発明の製造方法は、多孔質アルミニウムを、多孔質金属を製造するための鋳型として利用する。多孔質アルミニウムは、比較的容易に、任意の形状に成形しうる。このため、比較的容易に、任意の形状の多孔質金属を得ることができる。
【００１２】
また、多孔質アルミニウムの製造条件を制御することによって、多孔質アルミニウムが有する孔の形状が制御される。したがって、多孔質アルミニウムの製造条件を制御することによって、得られる多孔質金属の孔形状が制御される。電解酸化の条件の変更は、比較的容易であるため、本発明の製造方法を用いれば、得られる多孔質アルミニウムの特性を容易に変更させうる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第一は、電解酸化して多孔質アルミニウムを得る段階（１）と、前記多孔質アルミニウムの空隙に金属を充填して、前記多孔質アルミニウムと前記金属とからなる複合物を得る段階（２）と、前記複合物から前記多孔質アルミニウムを除去する段階（３）とを含む、多孔質金属の製造方法である。図１は、本発明の製造方法を説明するための、断面図である。なお、図面は、本発明を明快に説明するために、誇張して記載されている。従って、本発明における多孔質アルミニウムや多孔質金属が、図示する形態に限定されるわけではない。
【００１５】
まず、多孔質アルミニウムを準備する（図１（ａ））。多孔質アルミニウムは、電解酸化を利用して製造される。電解酸化に用いられる装置や手法については、特に限定されない。電解酸化とは、電解した場合に、溶液中のイオンまたは分子が直接または間接に酸化を受け、生成物が液中に存在する酸化をいう。電解酸化を利用して多孔質アルミニウムを製造する場合、電解酸化の条件を制御して、形成される孔の形状を比較的容易に制御できる。特に、ナノオーダーの微細な孔径を有し、かつ、深い穴を形成できる点で、電化酸化が有効である。アルミニウムの電解酸化については、公知の方法を適宜参照しうる。
【００１６】
多孔質アルミニウムの形状は特に限定されない。最終的に得られる多孔質金属に所望する形状に応じて、多孔質アルミニウムの形状を決定すればよい。例えば、多孔質金属を触媒担体として用いる場合には、触媒担体としての多孔質金属が配置される位置に適合するような形状を選択するとよい。これによりデッドスペースを減少させ、空間の有効活用が図れる。かような効果は、本発明の製造方法が、出発材料として任意の形状に成形しやすい多孔質アルミニウムを用いる故にもたらされる。
【００１７】
続いて、多孔質アルミニウムの空隙に、所望の金属を充填して、複合物を形成する（図１（ｂ））。複合物とは、多孔質アルミニウムの空隙に金属が充填された材料を意味する。なお、複合物は、多孔質アルミニウムの全ての空隙が、金属で充填されていなくてもよい。ただし、最終的に得られる多孔質金属の機械的強度を高めるためには、空隙を可能な限り充填することが好ましい。
【００１８】
多孔質アルミニウムの空隙に所望の金属を充填する方法としては、溶融金属を多孔質アルミニウムに供給する方法が挙げられる。空隙が、溶融金属を多孔質アルミニウムに供給することによって充填される場合、流体である溶融金属が空隙に効率よく浸透していく。このため、溶融金属を空隙全体に供給する上で、好都合である。
【００１９】
溶融金属を供給するには、まず、多孔質アルミニウムを所定の容器に収納し、その後、溶融金属を多孔質アルミニウムに供給する方法を用い得る。多孔質アルミニウムが収容される容器の大きさも特に限定されない。多孔質アルミニウムと同一の大きさの容器を用いると、得られる多孔質金属の大きさは、多孔質アルミニウムの大きさと同一になる。場合によっては、多孔質アルミニウムよりも大きい容器を用いて、多孔質アルミニウムの外表面を、供給される金属で覆ってもよい。この場合には、多孔質アルミニウムが表面に現れるまで複合物を削る、または、多孔質アルミニウムの外表面を覆う金属に孔を穿つとよい。
【００２０】
多孔質アルミニウムに供給される金属の量は、最終的に得られる成形体の形状に応じて決定される。表面近傍のみが多孔質で、内部が多孔質でない多孔質金属を得る場合には、多孔質アルミニウムにおける空隙の体積よりも多い量を供給する必要がある。空隙同士が内部で結合している場合には、多孔質アルミニウムにおける空隙の体積以下の量の金属を供給してもよい。空隙同士が内部で結合していると、ネットワーク状に絡み合った、十分な機械的強度を有する多孔質金属が得られる。空隙同士が独立している、または、空隙同士が複雑に絡み合っていない場合には、多孔質アルミニウムにおける空隙の体積よりも多い量を供給することが好ましい。つまり、図１（ｂ）に示すように、空隙の外部にも、各空隙部に形成された金属同士を結合するための金属を形成することが好ましい。
【００２１】
図２に示すようにスペーサを用いて、多孔質アルミニウムを積層させた上で溶融金属を供給する方式を採用すれば、表面のみが多孔質である多孔質金属が得られる。かような内部は金属が詰まっており、表面が多孔質である金属も、本願でいう多孔質金属の概念に包含される。かような方式を採用する場合には、得られる多孔質金属において、多孔質である割合を制御することが容易である。表面のごく一部のみを多孔質にする場合には、積層させる多孔質アルミニウムの厚さを薄くすればよい。多孔質でない領域を多孔質金属内部のごく一部に限定する場合には、用いるスペーサの厚さを薄くすればよい。
【００２２】
供給される溶融金属の温度は、少なくとも、アルミニウムの融点（６６０℃）よりも低い。アルミニウムの融点以上であると、多孔質アルミニウム自体が溶解してしまう。溶融金属の温度が溶融金属の融点に近いと、溶融金属が多孔質アルミニウムによって冷却され、すぐに固化してしまう。このため、溶融金属が多孔質アルミニウムの空隙の隅々にまで行き届かない恐れがある。溶融金属の温度の上限は、アルミニウムの融点未満である。ただし、溶融金属の温度が高すぎると、固化するための時間が長くなり、生産性が低下する。また、溶融金属を高温に加熱するために必要以上のエネルギーが消費される。このため、必要以上に溶融金属の温度を上げないことが好ましい。
【００２３】
多孔質アルミニウムの空隙に充填される金属は、多孔質アルミニウムに充填することができ、多孔質アルミニウムを除去する工程上問題が生じなければ、特に限定されない。用いる工程や多孔質金属が用いられる用途に応じて、金属が選択される。例えば、後工程において多孔質アルミニウムをアルカリ性溶液を用いて除去する場合には、アルカリ性溶液によって侵食されにくい金属を選択する。溶融金属を多孔質アルミニウムに供給する工程を用いるのであれば、少なくともアルミニウムよりも、充填される金属の融点が低い必要がある。かような金属には、アンチモン、ガリウム、スズ、セシウム、タリウム、テルル、鉛、ネプツニウム、ポロニウム、リチウムなどが含まれる。なお、充填される金属は、２種以上の元素からなる合金でもよい。本願においては、「金属」とは、２種以上の元素からなる合金も包含する。
【００２４】
次に、複合物から、多孔質アルミニウムを除去して、多孔質金属を得る（図１（ｃ））。アルミニウムを除去する方法については、特に限定されない。好ましくは、アルミニウムは、複合物を室温程度にまで冷却させた後、アルカリ性溶液に含浸させて、多孔質アルミニウムを溶解させることによって除去される。アルカリ性溶液を用いて、アルミニウムを除去する方法は簡便であり、量産する上でも好適である。アルカリ性溶液が貯水された容器を準備し、この中に複合物を含浸させることによって、複合物中のアルミニウムを除去しうる。ただし、かような方法に限定されない。半導体工程などにおいて一般に用いられるウエットエッチングについての知見などを適宜参照してもよい。
【００２５】
多孔質アルミニウムの空隙に充填された金属がアルカリ性溶液に実質的に溶解しない場合には、アルミニウムが存在していた領域が空隙となる。金属がアルカリ性溶液に溶解する場合には、充填した金属がアルカリ性溶液に侵食される。この場合には、充填した金属がアルカリ性溶液に溶解する度合いに応じて、得られる多孔質金属の孔形状が異なる。充填した金属がアルカリ性溶液に溶解しすぎると、得られる多孔質金属の機械的強度が低下してしまう。したがって、機械的強度を確保する観点からは、アルカリ性溶液に溶解しづらい金属を用いることが好ましい。
【００２６】
アルカリ性溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの塩基性化合物を含む水溶液が用いられうる。塩基性化合物の濃度は特に限定されない。複合物を含浸させる時間も、特に限定されない。アルミニウムが完全に除去される時間を考慮して、適宜決定すればよい。
【００２７】
本発明の第二は、本発明の第一の製造方法によって得られる多孔質金属である。本発明の第一の製造方法は、電解酸化して多孔質アルミニウムを得る段階（１）と、前記多孔質アルミニウムの空隙に金属を充填して、前記多孔質アルミニウムと前記金属とからなる複合物を得る段階（２）と、前記複合物から前記多孔質アルミニウムを除去する段階（３）とからなる。本発明の第一の製造方法によって製造された多孔質金属は、機械的強度に優れる。特に電解酸化を利用して形成された多孔質アルミニウムは、ナノオーダーの非常に微細な孔を有しうる。非常に微細な孔を有する多孔質アルミニウムを用いて製造された多孔質金属は、非常に微細な孔を有する上、機械的強度にも優れる。
【００２８】
多孔質金属が有する孔の平均孔径は、好ましくは１０〜１０００００ｎｍであり、より好ましくは２０〜１０００ｎｍである。本発明の第一の製造方法は、電解酸化の条件を制御するなどによって、容易に孔の平均孔径を調整しうる。なお、孔の平均孔径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定されうる。例えば、多孔質金属の表面または切断面で観察される孔の平均孔径を測定する。測定される孔の数は特に限定されない。ＳＥＭ写真に写っている孔を全て測定してもよいし、所定数（例えば、１００個）の孔についての平均をとってもよい。
【００２９】
また、多孔質金属が有する孔について、平均孔径／孔の平均深さが、０．１〜１０であることが好ましい。
【００３０】
本発明の多孔質金属は、例えば触媒担体として用い得る。形成される孔によって、金属の表面積が劇的に向上し、触媒を担持させた時の反応効率が向上しうる。
【００３１】
【実施例】
＜実施例１＞
１０ｃｍ角のアルミニウム板を、水（３５００ｍｌ）およびリン酸（１４５．８ｍｌ）からなる溶液に浸漬し、６３Ｖで３分間電解酸化を行った。これにより多孔質アルミニウムを得た。
【００３２】
次に電解酸化された２枚のアルミニウム板を、スペーサを用いて図２に示すように積層させた。この２枚のアルミニウム板およびアルミニウム板の間の空間に、溶融金属として溶融した鉛（融点３２７℃）を流し込み、３５０℃に保持されたプレス機で加圧した。
【００３３】
室温まで冷却した後、１％水酸化ナトリウム水溶液に多孔質アルミニウムと金属との複合物を浸漬し、アルミニウムを除去した。得られた金属は、４０〜７０ｎｍの孔径の孔が多数形成されている多孔質金属となっていた。
【００３４】
＜比較例１＞
電解処理が施されていない１０ｃｍ角のアルミニウム板を用いて、実施例１と同様の手順により金属材料を製造した。得られた金属は、表面が平坦な金属であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、多孔質アルミニウムを、多孔質金属を製造するための鋳型として利用する。多孔質アルミニウムは、比較的容易に、任意の形状に成形しうる。このため、比較的容易に、任意の形状の多孔質金属を得ることができる。
【００３６】
また、多孔質アルミニウムの製造条件を制御することによって、得られる多孔質金属の孔形状が制御される。多孔質アルミニウムの製造条件の変更は比較的容易であるため、本発明の製造方法を用いれば、得られる多孔質アルミニウムの特性を容易に変更させうる。特に電解酸化を利用すると、非常に微細かつ深い孔を有する多孔質アルミニウムが形成されうる。このため、非常に微細かつ深い孔が形成されてなる多孔質金属が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を説明するための、断面図である。
【図２】スペーサを用いて、多孔質アルミニウムを積層させた上で原料を供給する方式を説明する図である。
【図１】
2004107779.tif 000003
【図２】
2004107779.tif 000004