JPH0347904A - 帯状多孔質金属板の製造方法 - 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、金属フィルターや吸音材等に用いられる多孔
質金属板の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、金属粉末、金属繊維１発泡金属等を用いた種
々の多孔質金属材料が金属フィルタ金属触媒担持基材、
吸音材、軸受等に利用されているが　これらの中でも金
属粉末を焼結したものがもっとも広く用いられている。

金属粉末を焼結して多孔質材を製造する方法としては、
粉末を型成形したのちハツチ的に焼結して製品とする方
法が一般的である。型成形の方法には、金属粉末を型に
充填したまま加圧せずに焼結する無加圧焼結法、金属粉
末をプレスで加圧して成形体としたのち焼結する方法、
金属粉末にパイングーを添加してスラリー状にして成形
し、これを焼結する方法などがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

多孔質金属材料のうち板状体の製品を得るにはプレスに
より板状の成形体にしてから焼結するのが最も普通の方
法であったが、この方法ではプレス荷重が大きくなるた
めに製造設備が大型化したり、製品の大きさに制限が生
じるといった問題があった。またプレスおよび焼結がバ
ッチ方式であるので、生産効率が悪く、均一製品を製造
するという品質管理の面でも負担が大きく、ライン方式
で大量生産するには問題があった。そして、この方法で
は最終製品形状に近い物品に成形できるという利点はあ
るものの、型成形では薄いものを成形し難いという本来
的な欠点を有するので、得られる多孔質材も比較的厚い
ものに限定されるという問題も含まれていた。

一方、無加圧焼結の方法では金属粉末の接触点が少ない
ために焼結後の強度が低く、有機多孔質材に比べて強度
が高いという金属材の有利性が発揮できなくなるといっ
た問題があり、さらにバインダーを用いた方法では不純
物の混入による材質の劣化が生じたり、脱脂等が必要な
ために製造工程が複雑になるといった問題などがあった
。

本発明は、このような問題を解決することを目的として
なされたものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明者らは、粉末圧延により金属粉末を連続した帯状
の成形体として圧粉成形する方法を採用しても、所定の
粒径並びに粒度分布を適正にして所定の空隙率をもつよ
うに圧延するならば、連続通板できるような自己支持強
度をもつ帯状体を得ることができ、焼結炉で連続焼結し
てストリップ状の多孔質金属コイルを製造できることを
見い出した。すなわち本発明は、所定の間隙を開けて対
向配置された互いに反対方向に回転する双ロール間に金
属粉末を連続供給してロール間隙に相当する厚みを有し
且つ空隙率が１０〜５０％の帯状成形体とし、引続きこ
の帯状成形体を非酸化性雰囲気に維持された連続焼結炉
に連続通板して焼結し冷却することを特徴とする帯状多
孔質金属板の製造方法を提供するものである。そのさい
　双ロールに供給する金属粉末としては、平均粒径が２
０〜３００μｍの範囲内の或る値を有し、その或る値の
１／２がら３／２までの粒径範囲に全粉末の９０％以上
が属する粒度分布を有するものを使用するのがよい。

〔発明の詳述〕

第１図に本発明法を実施する設備の概要を示した。１は
粉末圧延機、２は連続焼結炉であり、その中を通板する
帯状材料の入口側から所定距離をもった加熱帯域３が形
成され、それに続いて冷却帯域４が形成されている。５
は巻取機を示す。図示の例では、双ロール式粉末圧延機
は所定の間隙を開けて対向配置された互いに反対方向に
回転する水平軸をもつ双ロール６ａ、６ｂからなり、こ
の双ロール６ａ、６ｂの間隙に金属粉末をホッパー７か
ら連続供給する。そのさい、所定の値に設定されたロー
ル間隙に圧延速度と金属粉末の供給量を適正に制御する
ことによって、ロールの最狭陰部からロール間隙に相当
する厚みを有し且つ空隙率が１０〜５０％の連続した帯
状成形体８が製造される。この帯状成形体８は引続き焼
結炉２に連続通板され。

加熱帯域３を通過する間に焼結が完了し１次いで冷却帯
域４で連続冷却されて炉外に出て多孔質の製品ストリッ
プとなり３巻取機に巻き取られる。

本発明によれば、このような設備によって９例えば気体
透過性の多孔質金属薄板を連続的に製造することができ
る。そのさい、粉末圧延機ではプレス成形のような型と
金属粉末間での摩擦がないので少ないエネルギーで効率
良く圧粉成形することができ、またバインダー等の成形
助剤を用いなくても板厚０．５ｍｍ程度の薄いものにも
比較的容易に圧粉成形できるし、基本的には長さに制限
無く連続的に帯状の成形体を製造することができる。

本発明の実施に際し、使用する金属粉末の種類はとくに
限定されるものでないが、適した粉末の一つとして、安
価で比較的成形性のよい水アトマイズ粉があげられる。

金属の種類も特に限定されないが１本発明法は大量生産
性に優れていることから、綱や銅合金等の汎用金属の場
合にその有利性が発揮され２例えば耐食性を必要とする
場合にはステンレス鋼の粉末などが用いられる。

粉末の粒径は、製品多孔質金属板の製品における空隙の
大きさを左右すると共に自己支持強度を有する帯状成形
品を得るうえからも重要であり適正に選定することが必
要である。本発明者らが行った試験結果によれば２平均
粒径が２０〜３００μｍの範囲内の或る値を有し、その
或る値の１／２から３／２までの粒径範囲に全粉末の９
０％以上が属するような粒度分布を有することが必要で
あることがわかった。平均粒径が２０μｍ未満のような
微細粉末の場合には、粉末の流動性が低下し、タップ密
度が低下する等の理由により圧延による成形が困難にな
ることのほか、製品板の多孔質性を特徴づける空隙があ
まり微細になって多孔Ｗ　’ＦＡとしての特性が失われ
たり、金属粉末の製造コストが高くなる等の問題も生し
る。一方、平均粒径が３００μｍを超える場合には、成
形性が低下して圧延によって自己支持強度をもつ帯状圧
粉成形体を造ることが困難となるほか、造れたとしても
焼結後の強度が低下するといった問題が生じる。

他方、金属粉末の粒径分布は、粉末圧延における成形性
並びに製品多孔質金属板の品質に影響するので適正に調
整する必要がある。平均粒径に比べて著しく微細な粉末
や粗大な粉末が混在すると粉末圧延時に薄い帯状成形品
の所々に強度むらが生したり、空隙率の分布も偏ったり
して成形性が劣化するばかりではなく、得られる多孔質
金属板の空隙径の分布にもむらが生ずる。例えば本発明
によって得られた多孔質金属板を金属フィルターとして
用いる場合、金属フィルターの等級を決めるうえで、あ
る程度空隙が揃っていることが必要であり、これによっ
て濾過で漉しとる物質の大きさを決めることができるこ
とになる。このような成形性並びに品質面で問題のない
金属粉末の粒径分布としては９本発明者らの多くの試験
の結果平均粒径の１／２〜３／２の粒径の金属粉末が占
める割合が９０％以上であるのが望ましいことがわかっ
た。すなわち、平均粒径は前記の如＜２０〜３００μｍ
の範囲内の或る値をもつ粉末を使用し、その粉末の平均
粒径の１／２から３／２までの粒径範囲に全粉末の９０
％以上が属する粒度分布をもつものを使用するのである
。例えば平均粒径が２０〜３０μｍの微細な範囲にある
場合でも、これよりも著しく微細な粉末や粗大な粉末の
占める割合が大きいと、空隙径が過小となったり、成形
性が劣化することになる。このようなことから平均粒径
からあまり外れた微粉あるいは粗粉の混入は避けること
が必要である。なお、金属粉末の種類によっては前記の
粒径並びに粒度分布の範囲でも成形性が特に劣るような
金属粉末を用いる場合には成形助剤としてのバインダー
を予め混合するなどして成形性を高める処理を行ったの
ち２本発明による方法で多孔質焼結金属板を製造するこ
ともできる。

粉末圧延機では、かような金属粉末を使用して空隙率が
１０〜５０％の帯状成形体を連続的に製造する。この空
隙率の制御は粉末圧延機でのロールギャップ、ロールの
回転速度、粉末供給速度を使用する金属粉末に応して適
正に制御して行う。帯状成形体の空隙率は、焼結製品の
空隙率にほぼ等しくなる。このため、圧延成形時の空隙
率は製品の要求特性に応して前記の範囲の或る値となる
ように決める。帯状形成体の空隙率が１０％未満の場合
には空隙の絶対量が少ないばかりでな（、内部の空隙が
表面まで通していない、所謂クローズドボアの状態にな
って焼結後の製品は透過性の多孔質という特性が失われ
る　（例えばフィルター等に使用できない）ばかりでは
なく、双ロール式粉末圧延機のロールギャップへの粉末
の送り込み量を強制的に増強することが必要となり１　
このため定常運転に特別の考慮を払う必要があり、安定
して多孔質の均一製品を製造することが困難となる。

方、帯状成形体の空隙率が５０％を超える高空隙率の場
合には、帯状成形体の強度が著しく低下し自己支持でき
るような帯状体とすることが困難となり、帯状成形体を
安定して連続焼結炉に連続通板することができなくなる
。このため圧粉成形における空隙率は１０〜５０％の範
囲とすることが望ましい。

このようにして圧延成形された帯状成形体は。

引続きその流れを維持したまま連続焼結炉に連続的に導
かれるのであるが、この焼結炉では非酸化性雰囲気下で
の加熱および冷却が行われる。一般に圧粉成形品は大気
中などの酸化性雰囲気下で加熱されると酸化が生じ、金
属粉末界面での金属原子の拡散による金属粉末同士の接
合現象である焼結が生じ難くなるばかりか、製品表面に
スケールが生成して商品価値が失われる。このため、焼
結炉内における加熱中および冷却中の雰囲気はＨ２やＣ
Ｏを含む還元性ガス、あるいはＡｒ等の不活性ガス等を
用いて非酸化性雰囲気に保つ必要がある。焼結炉内の加
熱帯域では上記のごとく金属粉末同士が圧粉成形により
接触した部分で接合が生じるような温度を選ぶ必要があ
る。この温度は金属粉末の種類や粉末圧延条件によって
も異なるが例えば鋼の場合は８００’Ｃ以上、銅系合金
の場合は５００″Ｃ程度以上の加熱温度とする必要があ
る。本発明では帯状成形品を焼結炉に連続流れとして通
板する連続焼結を行う関係上、焼結時間はハ・７チ焼結
の場合よりも比較的短時間となるので、充分な焼結ひい
ては充分な製品強度を得るためには通常のバッチ焼結の
場合に比べて加熱保持温度を高めにすることが望ましい
。加熱帯域で焼結されたあとは冷却されるのであるが、
この冷却も炉内で行うのがよい。冷却のさいにも酸化が
進行するので加熱時と同様にスケールの発生等が起きる
からである。したがって、酸化が著しく進行しない低温
までは非酸化性雰囲気中で炉冷する必要がある。

連続焼結炉から出た帯状焼結体は、剪断等により板状に
切断するこ七もできるが１巻取機を用いることによりコ
イル状の金属帯にすることができる。コイル状にするこ
とにより、その後の形状修正のためのスキンパス圧延や
トリミング、さらにはジャリングや打ち抜き加工等の二
次加工においても９通常の金属帯と同様な方法で処理で
きるため、効率的な製造が可能である。

〔実施例１〕 ＪＩＳ規格の５ＵＳ３０４Ｌの組成を有するステンレス
鋼金属粉末を用いて多孔質焼結金属板を製造した。

用いた粉末はいずれも水アトマイズ粉末であり分級によ
り平均粒径および粒径分布を調整した。

１ ２ なおバインダーは添加していない。粉末圧延にはロール
径４００ｍｍの圧延機を用い、空隙率を８〜６０％１板
厚を０．５〜２．０ｍｍ、板幅を１８０ｍｍとして圧粉
成形し、帯状成形体を得た。この連続した帯状成形体を
直接連続焼結炉に通板して焼結した。加熱帯および冷却
帯の雰囲気はアンモニア分解ガスとし、加熱帯における
加熱条件は１２００“Ｃで５分および６分間保持の条件
とした。また連続焼結炉出口における温度が１５０″Ｃ
になるように冷却帯での冷却を行った。冷却後の焼結体
は内部５０８ｍｍのコイルに巻取った。

これらのコイルにより採取したサンプルについて、空隙
径や空気を通したときの圧力損失を測定した。その結果
を第１表に示した。また断面観察した例を第１図および
第２図に示した。

１４ 第１表から明らかなように、粉末の平均粒径が３００μ
ｍを超える比較例１．平均粒径は３００μｍ以下である
が３００μｍを超える粒径の粉末が１０％以上である比
較例２．および圧粉成形の空隙率が５０％を越える比較
例４においては、いずれも成形体の強度が小さいため、
成形体を安定して連続焼結炉に導くことができず、焼結
体を得ることができなかった。その他の比較例いではコ
イルとしての焼結体は得られたが、圧粉成形の空隙率が
１０％未満の比較例３．および平均粒径は２０μｍ以上
であるが２０μｍ未満の粒径の粉末が１０％以上である
比較例５では、空隙が少ないか、または空隙の大きさが
小さいため、空気を通じたときの圧力損失が著しく大き
く、多孔質材としての機能に制限を受けるものであった
。

これに対して本発明例１〜６では、その代表的な断面組
織を第２図（本発明例１の多孔質焼結金属板）および第
３図（本発明例４の多孔質焼結金属板）に示すように、
１０〜１８μｍの平均空隙径を有する多孔質焼結金属板
が得られ、また通気も十分可能であった。したがって、
フィルター素材や触媒担体基板として好適な多孔質金属
板が得られた。

〔実施例２〕 実施例１で製造した本発明例１および４のコイルより、
ＪＩ５６号の引張試験片を切削加工により切りだして試
験を行った。また、これらとは別に比較例として、従来
のプレス成形とバッチ焼結で焼結板を製造した。これに
用いた金属粉末は実施例１で用いたものと同じ５ＵＳ３
０４Ｌの水アトマイズ粉末であり、平均粒径は１２５μ
ｍである。製造にあたっては幅１５ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍの矩形の金型を用いてプレス荷重６０　ｔｏｎで板厚
２．０ｍｍ、空隙率３２％の成形体とし、この成形体に
１１５０°Ｃ−６０分間のハツチ焼結を施した。この矩
形焼結板よりＪＩＳ６号引張試験片を切りだして試験し
た。また、空隙径や通気時の圧力損失も測定した。その
結果を第２表に示した。

第２表 第２表に見られるように１本発明例はいずれも従来のバ
ッチ的に製造された多孔質焼結金属板の比較例と、同等
以上の強度を有するとともに１通気特性においても遜色
が無く、多孔質金属板として十分適用できるものである
ことが判る。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、気体透過性を有す
る多孔質金属ストリップが連続生産できる。したがって
従来のバッチ的な方法に比べて量産性が著しく改善され
ると共に製品の均質性においても優れる。またコイル状
の製品が得られることにより比較的広い面積を必要とす
る用途への適用が容易となり、且つ加工も通常の金属帯
と同様な方法が使用できるようになることから、その用
途を著しく拡大することができ、フィルター素材や触媒
担体基板、さらには吸音材などの分野に安価で高品質の
材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は３本発明法を実施する設備の例を示した略断面
系統図、第２図および第３図は本発明法により製造した
多孔質金属板の組織を示す写真であり、第２図は実施例
１で得られた金属板、第３図は実施例４で得られた金属
板の金属顕微鏡写真である。 １・・粉末圧延機、　　２・・連続焼結炉。 ３・・加熱帯域　　　４・・冷却帯域 ５・・巻取機、　　　　６ａ、６ｂ　　・・双ロール。 ７・・ホッパー、　　　８・・帯状成形体。 ７ ８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の間隙を開けて対向配置された互いに反対方
   向に回転する双ロール間に金属粉末を連続供給してロー
   ル間隙に相当する厚みを有し且つ空隙率が１０〜５０％
   の帯状成形体とし、引続きこの帯状成形体を非酸化性雰
   囲気に維持された連続焼結炉に連続通板して焼結し冷却
   することを特徴とする帯状多孔質金属板の製造方法。
2. （２）双ロールに供給する金属粉末は、平均粒径が２０
   〜３００μｍの範囲内の或る値を有し、その或る値の１
   ／２から３／２までの粒径範囲に全粉末の９０％以上が
   属する粒度分布を有する請求項１に記載の帯状多孔質金
   属板の製造方法。
3. （３）連続焼結炉は加熱帯と冷却帯とからなりいずれの
   帯域も非酸化性雰囲気に維持される請求項１または２に
   記載の帯状多孔質金属板の製造方法。
4. （４）金属粉末は、ステンレス鋼の粉末である請求項１
   、２または３に記載の帯状多孔質金属板の製造方法。