JPH01309932A - 多孔質金属材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多孔質金属材料の製造方法に関するものであり
、特に空孔径１〜１００μｍ、空孔率５０％以上の所謂
中孔径−高空孔率型多孔質金属材料の製造方法に関する
ものである。

［従来の技術及びその課題］ 多孔質金属材料は軽量、高圧表面積、高多孔率、高通気
性等の特性を有しており、これらの特性を利用してフィ
ルター、建材、吸音材等広範囲に利用されている。

而して従来の多孔質金属材料は第３図に示す様に、大孔
径−高空孔率型（海綿金属、金属繊維フェルト等）、中
孔径−中空孔率型（粉末焼結多孔体）、小孔径−低空孔
率型（超微細孔多孔体）の３種類に分類される。

一方近年濾過機能の向上を狙って、連通孔を有する空孔
径１〜１００μｍ、空孔率５０％以上の所謂中孔径−高
空孔率型多孔質金属材料に対する要求が高まっている。

然しなから、従来中孔径多孔質金属材料の主流であった
粉末焼結材料は、粒子の充填率の関係から空孔率の上限
は５０％とされており、粉末焼結法ではこの様な高空孔
率の中孔径多孔質金屈材料は製造出来なかった。

又最近ステンレス鋼繊維焼結体を用いる事によって、平
均空孔径２〜５０μｍ、空孔率４０〜８０％の中孔径多
孔質金属材料が製造される様になってきたが、細い繊維
径で空孔率を高くすると、必然的に引張り強さ等の８！
ｌ＋ｉ＆的強度が低下するという問題があった。更に加
工しにくいステンレス鋼の繊維を製造する事自体高価で
あり、前記ステンレス鋼繊維焼結体はコスト的にも用途
が制限されるものであった。

一方最近溶融金属が凝固する際に樹枝状晶の綱目状構造
体を形成させ、しかる後液相を除去して中孔径多孔質金
属材料を得る方法が提案されている。然しながら、この
方法において液相のみを除去する為には、樹枝状晶を互
いに接触させ、強固な網目状構造体を形成させる必要が
あるが、その為には固相率５０％以上の条件が不可欠で
あり、除去される液相の割合即ち空孔率は５０％以下に
制限されていた。又得られた多孔質金属材料の空孔径や
空孔の分布も不均一なものであった。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明は上記の点に鑑み鋭意検討の結果なされたもので
あり、その目的とするところは、空孔径及び空孔の分布
が均一で、且つ空孔率の高い中孔径多孔賞金属材料の製
造方法を提供する事である。

本発明者等は、前記樹枝状晶の網目状構造体を形成させ
、しかる後液相を除去する方法で製造した従来の中孔径
多孔質金届材料において、空孔率を５０％以上に出来な
く且つその空孔径や空孔の分布が不均一であったのは、
樹枝状晶の大きさやその分布の不均一によるものであり
、溶融金属が冷却凝固する際に、溶湯を攪拌して樹枝状
晶の枝を分断し、ロンド状又は球状の初晶粒子が均一に
分布した綱目状構造体とした後液相を除去する事により
、空孔率が高（て、且つ空孔径や空孔の分布が均一な中
孔径多孔質金庄材料が得られる事を見出して、本発明の
完成に到ったものである。

即ち本発明は、溶融金属が冷却凝固する際に、せん断速
度が１００（ｓｅａ−１）以上となる様な撹拌を付加し
て樹枝状晶の枝を分断し、初晶粒子率が２０〜８０ｖｏ
ｌ％の範囲内であるロンド状又は球状の初晶粒子からな
る半凝固金属スラリーを形成した後、該半凝固金属スラ
リーから液相を吸引除去する事を特徴とする多孔質金属
材料の製造方法である。

本発明において、溶湯を攪拌して初晶樹枝状晶の枝を分
断する為にはかなりの攪拌力が必要であり、せん断速度
が１００（ｓｅｃ−１）以上となる様な攪拌を付加する
必要がある。

又樹枝状晶を分断して得られたロンド状又は球状の初晶
粒子の割合が２０ｖｏｌ％未満であると、該初晶粒子に
よる網目状構造体を形成できなく、又初晶粒子率が８０
ｖｏｌｆｉ％を超えると、初晶粒子及び液相からなる半
凝固金属スラリーから液相を除去して連通孔を有する多
孔質金属材料を製造する事が出来ないので、前記初晶粒
子率は２０〜８０ｖｏｊ！％の範囲内にする必要がある
。

本発明において、前記ロンド状又は球状の初晶粒子の径
は分断される樹枝状晶の技の大きさに依存し、初晶粒子
の数は樹枝状晶の枝の分断のされやすさ即ち樹枝状晶の
枝の数と攪拌力とに支配される。従って、溶融金属が凝
固する際の冷却速度を制御する事によって、樹枝状晶の
枝の数と大きさを制御２Ｉシ、且つ攪拌力を制御する事
によって、ロンド状又は球状の初晶粒子の径や分布状況
をコントロールする事が可能であり、前記初晶粒子率を
所望の値に設定する事が出来る。

尚樹枝状晶の枝を分断する為の攪拌力を与える方法とし
ては、機械的攪拌法、電磁攪拌法、超音波振動法等の内
何れを用いても差し支えない。

〔作用〕

本発明方法においては、溶融金属の凝固時に溶湯を攪拌
して晶出した樹枝状晶の枝を分断し、ロンド状又は球状
の初晶粒子が均一に分布した綱目状構造体とした後液相
を除去しているので、空孔率が高くて、且つ空孔径や空
孔の分布が均一な中孔径多孔譬金属材料が得られる。

〔実施例１〕 次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。

第１図は電磁攪拌法を用いた多孔質金属体製造装置の一
例を示す概略説明図である。この装置は、電気炉１、イ
ンダクター３、中空バイブ４、冷却装置５、電磁弁６、
真空ポンプ７、周波数変換機８及び密閉容器９から構成
されている。電気炉１で溶解された金属は、インダクタ
ー３によって電ＩＦ拌力を与えられつつ、プログラム制
御された冷却速度で、液相状態から平衡状態図上の固液
共存温度に設定された液相除去温度迄冷却される。

この際溶湯表面における酸化皮膜の形成を防止する為、
密閉容器９内は不活性ガス雰囲気とする事が望ましい、
前記電磁攪拌する事によって分断された樹枝状晶の技は
ロッド状又は球状であり、これらの初晶粒子からなる固
相２Ｂが溶融金属２Ａ中に均一に分散した半凝固金属ス
ラリーが形成される。該半凝固金属スラリーの温度が低
下するにつれて、ロッド状又は球状の初晶粒子２Ｂ同士
の接触が開始され、初晶粒子からなる綱目状構造体が形
成される。所望の液相除去温度に到達した時点で攪拌を
停止し、予め溶湯中に挿入された中空バイブ４によって
、電磁弁６を介して真空ポンプ７を作動せしめ、半凝固
金属スラリー中の残留液相２Ａを中空バイブ４内に導入
する。前記中空バイブ４内に導入された残留液相２Ａは
冷却装置５によって外部から冷却されて凝固するので、
電磁弁６や真空ポンプ７の内部に入りこんでこれらを損
傷する事はない。

尚前記中空バイブ４の数は１本以上何本であってもよく
、製造しようとする多孔質金属体の大きさ等に応じて、
適宜選定すればよい。

本装置によって、Ｃｕ　−８％Ｓｎ合金を溶解した後、
第１表に示した冷却速度で、そのせん断速度が同表に示
した値となる様な攪拌を付加しながら冷却して、半凝固
金属スラリーを形成せしめた。

該半凝固金属スラリーから種々の温度で液相を除去して
、直径５０ｍｍφ、高さ５０ｍｍの多孔質金属体を得た
。又比較材として、本装置によって溶解したＣ　ｕ　−
８％Ｓｎ合金を攪拌を付加しないで冷却し、樹枝状晶か
らなる固−液混合体を形成せしめた後、前記材料と同じ
温度で液相除去を行なって、鋳塊を得た。

これらの多孔質金属体について空孔率及び空孔径を測定
し、その結果を第１表に併記した。

第１表から明らかな様に、溶融金属を攪拌する際のせん
断速度及び初晶粒子率が本発明の範囲内である本発明例
品１〜４では、従来材では得られなかった空孔率が６０
％以上で、空孔径が１〜１１００ａの中孔径−高空孔率
型多孔質金属体が得られた。一方前記せん断速度及び初
晶粒子率が本発明の範囲外である比較例品５〜７及び溶
融金属の攪拌を行なわなかった従来例品８〜９は所望の
中孔径多孔賞金属体を製造する事が出来なかった。

〔実施例２〕 第２図は機械的攪拌法を用いた多孔質金属体製造装置の
一例を示す概略説明図である。この装置は、冷却容器１
０．攪拌ｐＪ１３、中空バイブ１４、モーター１５、電
磁弁１６及び１７、真空ポンプ１８、冷却装置１９から
構成されている。

冷却容器１０内に溶融金属１１を導入すると同時に、撹
拌棒１３を回転させる。該撹拌棒１３は２重構造になっ
ており、内側の中空バイブ１４からＮ２ガスを吹き込む
様にする。又撹拌棒１３は上下移動可能になっており、
モーターＩ５によって回転運動する。前記溶融金属１１
は冷却容器１０内で冷却され樹枝状晶からなる固相１２
Ａを生じるが、撹拌棒１３による攪拌によって該樹枝状
晶１２Ａの技が分断されて、ロッド状又は球状の固相１
２Ｂとなり、該固相１２Ｂ及び溶融金属１１からなる半
凝固金属スラリーが形成される。該半凝固金属スラリー
のトルクが所定の値に達した時点で攪拌を停止すると共
に、撹拌棒１３の外筒を上方に移動させる。前記半凝固
金属スラリーが沈降した時点で、電磁弁１６を閉めてＮ
２ガスの吹き込みを停止すると共に、電磁弁１７を開い
て真空ポンプ１８により液相を除去する。中空パイプ１
４内に導入された液相は、冷却装置１９により外部から
冷却されて凝固する為、電磁弁１７及び真空ポンプ１８
を損傷する事はない。

本装置によって、純Ｃｕ、純Ｎｉ、純Ｔｉ及び純Ａ２で
直径５０ｍｍφ、高さ５０ｍｍの多孔質金属体を製造し
た。尚溶融金属攪拌時のせん断速度は１０００（ｓｅｃ
−１）とし、液相吸引時ノ半凝固金属スラリーのトルク
は５Ｘ１０’ｄｙｎ−ａｍとした。又冷却容器１０の温
度は１５０　”Ｃに設定した。

この様にして得られた多孔質金属体は何れも、空孔率は
７０％、空孔径は５〜２０μｍであり、高空孔率で且つ
空孔径が均一な中孔径多孔譬金属体が得られた。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、高空孔率で且つ空孔径及び空孔の
分布が均一な中孔径多孔質金属材料を製造する事が出来
、この様にして製造された中孔径間空孔率の多孔質金属
材料はフィルター等として広範囲な用途が期待出来る等
工業上顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１回は電磁攪拌法を用いた多孔質金属体製造装置の一
例を示す概略説明図、第２図は機械的攪拌法を用いた多
孔質金属体製造装置の一例を示す概略説明図、第３図は
従来の多孔質金属材料における平均空孔径と空孔率との
関係を示す説明図である。 １−・電気炉、２Ａ・・・溶融金属、２Ｂ−初晶粒子か
らなる固相、３−・−インダクター、４−・−中空パイ
プ、５・−冷却装置、６・・・Ｎ、磁弁、７−真空ポン
プ、８−・−周波数変換機、９・−密閉容器、１〇−冷
却容器、１１−溶融金属、１２Ａ・・・樹枝状晶からな
る固相、１２Ｂ・〜ロッド状又は球状の初晶粒子からな
る固相、１３−・−撹拌棒、１４・−・中空パイプ、１
５−モーター、１６．１７−電磁弁、１８−・・真空ポ
ンプ、１９−・−冷却装置。 特許出願人　古河電気工業株式会社 第１図 第２図 平均空孔径 第　　３　　図 手続補正書（自発） １、事件の表示　　特願昭６３−ｉ４０３１４号２、発
明の名称　　多孔質金属材料の製造方法３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　〒１００東京都千代田区丸の内２丁目６番１
号４、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ５、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　溶融金属が冷却凝固する際に、せん断速度が１００（
   ｓｅｃ＾−＾１）以上となる様な攪拌を付加して樹枝状
   晶の枝を分断し、初晶粒子率が２０〜８０ｖｏｌ％の範
   囲内であるロッド状又は球状の初晶粒子からなる半凝固
   金属スラリーを形成した後、該半凝固金属スラリーから
   液相を吸引除去する事を特徴とする多孔質金属材料の製
   造方法。