(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状ガスアトマイズチタン粉末を焼結して形成された板状の多孔質体からなり、前記球状ガスアトマイズチタン粉末の平均粒径が１５０μｍ以下であり、該多孔質体の空隙率が３５〜５５％であり、且つ該多孔質体の板厚が５００μｍ以下であることを特徴とする曲げ加工用チタン粉末焼結体。
【請求項２】
前記多孔質体の空隙率が４５〜５５％である請求項１記載の曲げ加工用チタン粉末焼結体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の曲げ加工用チタン粉末焼結体を曲げ加工することにより形成された円筒状フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタや分散板等に使用されるチタン粉末からなる多孔質のチタン粉末焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学工業、高分子工業、薬品工業等で使用されるフィルタの一つとして金属粉末焼結フィルタがある。ここにおける金属としては、黄銅系、ステンレス鋼系が一般的であり、最近ではチタン系も用いられている。
【０００３】
チタンは、ステンレス鋼に比べ、耐食性及び耐酸性等に著しく優れるが、その反面、成形性が極端に悪い。このため、チタン系の焼結フィルタは、比較的成形性が良好とされる水素化脱水素チタン粉末を金型プレスで成形し、その後焼結するのが一般的な製法とされており、水素化脱水素チタン粉末と同様に成形性が比較的良好なスポンジチタンの粉末を使用する製法も特開平７−２３８３０２号公報に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水素化脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末を使用したチタン焼結フィルタは、非常に硬くて脆く、弾性を有しないため、薄いと割れやすく、大面積のものを製作することが困難である。また、室温での曲げ加工が困難であるため、曲げ加工による製品形成ができず、平板以外の製品については製作コストが嵩む問題がある。
【０００５】
例えば、チタン焼結フィルタとして直径４０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）程度の円筒形状のものが要求されることがあるが、平板状のチタン焼結体を室温で円筒状に曲げ加工することが不可能であるため、特許第２７９１７３７号公報に記載のように、ＣＩＰと呼ばれる冷間静水圧プレスによる成形が必要となり、製造コストが嵩むのを避け得ない。
【０００６】
本発明の目的は、曲げ加工性に優れたチタン粉末焼結体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来のチタン粉末焼結フィルタでは、そのチタン粉末として水素化脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末が使用されている。これは、粉末を構成する粒子が不定形であるため、プレス成形性に優れることが主な理由である。また、粒子が不定形の場合、成形型に粉末を充填しただけでは気孔径がばらつくため、プレス成形により気孔径を均一化する必要があり、この点からもプレス成形が不可欠となる。
【０００８】
しかし、このようなチタン粉末焼結体は、曲げ加工性が甚だ劣ることは前述したとおりである。
【０００９】
この問題を解消するために、本発明者らは球状ガスアトマイズチタン粉末に着目した。球状ガスアトマイズチタン粉末とは、ガスアトマイズ法により製造されたチタン又はチタン合金の粉末であり、個々の粒子は、チタン又はチタン合金の溶融飛沫が飛散中に凝固してできたものであるから、表面が滑らかな球形をしている。また、粒径は例えば平均で１００μｍ以下と非常に微細にでき、篩分けにより粒度による区分も容易である。
【００１０】
このような球状ガスアトマイズチタン粉末は、流動性に非常に優れており、粒子同士の接触性が良いため、焼結容器に充填することより、加圧なしで均一かつ十分な充填密度が得られる。そして、これを焼結することにより、プレス成形なしで機械的強度の高い多孔質体が製造され、しかも、製造された多孔質体では、隣接する球状粒子同士が点状に融合し、その融合点が均一に分布することから、多孔質体の板厚が比較的薄い場合には、優れた曲げ特性が得られることが判明した。また、多孔質体の空隙率としてはフィルタに適した３５〜５５％が無加圧で得られる。
【００１１】
本発明のチタン粉末焼結体は、かかる知見に基づいて完成されたもので、球状ガスアトマイズチタン粉末を焼結して形成された板状の多孔質体からなり、前記球状ガスアトマイズチタン粉末の平均粒径が１５０μｍ以下であり、該多孔質体の空隙率が３５〜５５％であり、且つ該多孔質体の板厚が５００μｍ以下である曲げ加工用チタン粉末焼結体である。
【００１２】
前記多孔質体の板厚が５００μｍを超える場合は、室温での曲げ加工ができない。また、球状ガスアトマイズチタン粉末を使用せず、水素化脱水素チタン粉末やスポンジチタン粉末等の不定形粉末を使用した場合は、仮に板厚が５００μｍ以下であっても、無加圧成形では気孔径の均一化が図れない。更に、粒子同士の融合点が不均一に分散するため、部分的に強度が不足し、室温での曲げ加工が不可能となる。
【００１３】
球状ガスアトマイズチタン粉末としては、例えば粒径範囲によって区分された次の３種類が市販されている。即ち、４５μｍ以下の細粒、４５〜１５０μｍの粗粒、更に粗い１５０μｍ以上の３種類であり、平均粒径は細粒で約２５μｍ、粗粒で約８０μｍである。
【００１４】
球状ガスアトマイズチタン粉末の平均粒径としては１５０μｍ以下の範囲内で選択する。この平均粒径が１５０μｍを超える場合には、粒子同士の融合点の間隔が広くなりすぎるため、曲げ加工時に割れる可能性が高くなる。また、例えば板厚が５００μｍ近傍のチタン粉末焼結体を成形した際の空隙率が、金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範囲より大きくなる。板厚と粒子同士の融合点の関係は、板厚範囲内に２点以上が望ましい。平均粒径の下限については、粒径が小さくなるほど加工性が向上する傾向があるので、その下限は特に規定しない。
【００１５】
多孔質体の板厚、即ち本発明のチタン粉末焼結体の厚みは前述したとおり５００μｍ以下であり、室温での曲げ加工性の観点からは１００μｍ以下が特に好ましい。板厚の下限については、室温での曲げ加工性の観点からは薄いほど好ましいが、例えば粒子一層では金属粉末焼結フィルタとして好ましい３５〜５５％の範囲より空隙率が大きくなる。板厚は使用する粉末の平均粒径の３倍以上が好ましい。
【００１６】
チタン粉末焼結体の形状は平板を基本とするが、これ以外の例えば湾曲板等に成形してもよく、また平板に形成されたものを半円形状やＵ字状、波形等に曲げ加工して使用したり、円筒形状に湾曲させて使用することも当然可能であり、成形段階や使用段階における形状を限定するものではない。
【００１７】
空隙率については、球状ガスアトマイズチタン粉末として市販品を使用し、かつ充填時や焼結時に加圧を行わずとも、３５〜５５％の空隙率が得られる。本発明者らによる調査によれば、この空隙率は金属粉末焼結フィルタとして好ましい値である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の１実施形態を示すチタン粉末焼結体の模式断面図である。
【００１９】
所定の平均粒径をもつ球状ガスアトマイズチタン粉末１１を、高密度アルミナからなる皿状の焼結容器内に無加圧で充填した後、その球状ガスアトマイズチタン粉末１１を無加圧で真空焼結することにより、薄板状の多孔質焼結体１０を製造する。
【００２０】
ここで、焼結体１０の板厚Ｔは、５００μｍ以下である。隣接する球状粒子同士は点状に接触して融合しており、板厚が５００μｍ以下の条件下で優れた曲げ特性を発揮する。即ち、球状ガスアトマイズ粉末を使用したチタン粉末焼結体は、隣接する球状粒子同士が点状に接触して融合した箇所が、焼結体全体に均一に分布することにより、曲げ応力の局部的な集中がなく、曲げ特性に優れる。
【００２１】
焼結温度は、チタンの融点よりはるかに低温の８５０〜１２００℃の範囲内で選択するのが好ましい。焼結温度が８５０℃より低い場合は、十分な焼結が行われない。１２００℃を超えると、無加圧の場合でも焼結部分が個々の粒子同士の接触部にとどまらず、粒子同士が溶け合うため、適正な空隙率及び気孔径を確保できなくなる危険がある。この温度範囲内で焼結温度を変更することにより、空隙率及び気孔径が制御される。また、曲げ特性も制御される。
【００２２】
本発明の実施例及び比較例として、前述した球状ガスアトマイズチタン粉末の市販品、即ち粒径範囲が４５μｍ以下の細粒（平均粒径２５μｍ）と、４５〜１５０μｍの粗粒（平均粒径８０μｍ）とを使用して、１５０ｍｍ角で各種板厚の薄板状チタン粉末焼結体を製造した。
【００２３】
また、従来例として、水素化脱水素チタン粉末の市販品（平均粒径２５μｍ）を使用し、成形にプレスを用いて、同様寸法の薄板状チタン粉末焼結体を製造した。
【００２４】
製造された薄板状チタン粉末焼結体を外径４０ｍｍ（曲率半径２０ｍｍ）の円柱体に巻き付けたときの焼結体の破損状況を調査することにより、曲げ特性の比較を行った。結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0004116263.tif 000002
【００２６】
表１から分かるように、チタン粉末として球状ガスアトマイズチタン粉末を使用し、且つ板厚が５００μｍ以下の場合、粒径に関係なく（細粒の場合も粗粒の場合も）優れた曲げ特性が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の曲げ加工用チタン粉末焼結体は、平均粒径が１５０μｍ以下の球状ガスアトマイズチタン粉末を使用し、空隙率を３５〜５５％に制限すると共に、板厚を５００μｍ以下に制限することにより、高い曲げ特性を付与することができるので、例えば円筒形状や波形といった立体形状のフィルタエレメント、分散エレメント等を、ＣＩＰを用いずに非常に安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチタン粉末焼結体の構造を示すイメージ図である。
【符号の説明】
１０  チタン粉末焼結体
１１  球状ガスアトマイズチタン粉末
【図１】
0004116263.tif 000003