JPH07268646A - 三次元網目構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属、セラッミクス等の３次元網目構造体を任
意の形状に且つ歩留まりよく製造する方法を提供する。 【構成】ポリウレタンフォームをアクリル系の粘着剤溶
液に浸漬し表面に粘着性を付与し、カルボニルニッケル
粉中に挿入、揺動させニッケル粉を被着させた。１mol/
lの硝酸ニッケル水溶液に浸漬、乾燥し、大気雰囲気で
加熱し基体のポリウレタンフォームを焼失分解除去し
た。さらに還元性雰囲気で焼結してポリウレタンフォー
ムを転写した形状をもつニッケルのブロック状三次元網
目構造体を得た。三次元網目構造体の形状は８０×８０
×５０mm、多孔度は９５％であった。 【効果】立体形状を持つ高多孔性の三次元網目構造体を
容易に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルター、触媒担
体、電池集電体などに使用される金属やセラミックス等
からなる三次元網目構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元網目構造体の製造法に粉体焼結法
がある。この方法は基体となるウレタンフォームなどの
三次元網目構造をもつ合成樹脂発泡体に粘着剤を塗布し
て樹脂発泡体の表面に粘着性を付与したのち、粉体を被
着し、焼成を行うことにより基体の除去と粉体の焼結を
行い、基体の形状を転写した三次元網目構造体を得るも
のである。この粉体焼結法では粉体の焼結を利用してい
るため、粉体を適宜選択することにより金属、セラミッ
クス等、材料の制限なく三次元網目構造体の製造が可能
である。粉体の被着は粘着剤の塗布された部分で選択的
に起こるため、基体の網目を塞ぐような部分は生ぜず通
気性のよい三次元網目構造体が得られる。また粉体の被
着は粘着剤の表面でのみ起こるため、基体に均一に一定
量の粉体を被着することが可能であり、強度の大きい三
次元網目構造体が得られる。さらに粉体の焼結を利用し
ているため三次元網目構造体骨格の表面には微細な凹凸
が存在し、比表面積を大きくできるため、触媒担体、電
池集電体等に適したものが得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、粉体焼結法で
は熱処理工程中に一時的に強度が小さくなる温度領域を
含むため、この過程で割れや座屈を生じやすく、製品歩
留まりの低下や、作製可能な形状を制限されるといった
欠点があった。これは一般に粉体の焼結温度よりも樹脂
基体の分解温度のほうが低いため、熱処理工程で樹脂基
体が分解焼失し、且つ粉体の焼結が進行していない状
態、すなわち粉体の凝集力によって形状を維持している
だけの強度の低い温度領域が存在するためである。この
ためブロック状等の立体的な形状のものは、強度が不足
により自重で座屈してしまい形状を保持できないため
に、高さの大きいものが得られなかった。また、シート
状のものでは割れが生じやすく、大型のものの作製は難
しいといった問題を生じていた。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、材料に依存せず、通気性が良く、強度が大き
い金属またはセラッミクスからなる３次元網目構造体を
任意の形状に且つ歩留まりよく製造する方法を提供する
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、基体となる三
次元網目構造体の骨格表面に粘着性を付与させた後、粉
体を被着させ、熱処理し三次元網目構造体の基体を除去
し、続いて還元性、不活性、又は酸化性の雰囲気中で熱
処理し粉体の焼結を行う三次元網目構造体の製造方法で
あって、粉体被着後且つ熱処理前、被着された粉体を金
属塩を含む溶液で濡らすことを特徴とする三次元網目構
造体の製造方法である。すなわち本発明は、基体となる
三次元網目構造体の骨格表面に、粉体を被着させ、その
後金属塩を含む溶液で濡らし、ついで熱処理をすること
を特徴とする三次元網目構造体の製造方法である。

【０００６】基体となる三次元網目構造体はウレタンフ
ォームなどの連続気泡構造を有する発泡性の樹脂、また
は不織布、織布等であり、形状は使用目的に応じて適宜
選択される。基体骨格表面には粉体の被着を容易にし、
剥離を防止する目的から粘着性を付与することが好まし
い。粘着性はアクリル系、ゴム系等の粘着剤溶液または
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等接着性の
樹脂溶液を塗布することにより付与される。また、プラ
ズマ処理等により基体そのものに粘着性を付与すること
も可能である。

【０００７】基体の骨格表面に粘着性を付与した後、粉
体中で基体を揺動させる、あるいは基体に粉体をスプレ
イする等の方法により、骨格表面に粉体を被着させる。
これにより乾燥状態の粉体を直接基体の表面に被着させ
ることができる。また粉体の被着は基体表面で起こり、
粘着性層の厚みに依存しないため、粉体の被着量は基体
全域で均一になり一定重量の粉体を被着させた場合、強
度の大きい三次元網目構造体が得られる。さらに粉体は
粘着性の付与された部分にのみ選択的に被着し、閉口部
を形成することはないため、通気性のよい網目構造体を
得ることができる。粉体の材質は金属、セラミックス、
カーボン等材料の制限なく適用可能であり、またはこれ
らの混合物であってもよい。粉体の粒径は基体表面に被
着可能な範囲であれば良く、０．０１ミクロン〜１００
ミクロンの範囲にあることが望ましい。また、粉体の形
状は特に制限されるものではない。

【０００８】粉体被着後基体を金属塩を含む液体で濡ら
しその後乾燥する。この処理を行うことにより、熱処理
工程中の樹脂基体分解焼失後且つ粉体焼結前の強度が向
上し、座屈や割れを生じなくなるため、樹脂基体の形状
を維持できるようになる。金属塩は液体に溶解するもの
であればなんでも良いが、樹脂基体が分解除去される温
度付近で酸化物を形成するものが強度向上効果が大きく
好ましい。このため一般的な樹脂基体が分解する５００
℃以下で酸化物を生成する硝酸塩または酢酸塩、ぎ酸塩
等の有機酸塩が好ましい。金属塩の種類は粉体と同種の
金属イオンを含有するものでもよいし、異種の金属イオ
ンを含むものでもよい。異種の金属イオンを含む場合は
合金あるいは複合化合物からなる三次元網目構造体を容
易に得ることができる。

【０００９】粉体を濡らす方法は基体の金属塩を含む液
体への浸漬、基体への金属塩を含む液体の噴霧等により
行われる。液体の種類は基体と粉体の粘着力を低下させ
ない材料であればよいが、水が最も実用的である。金属
塩溶液の濃度は効果を得るためには０.０１mol/l以上で
あることが好ましい。濃度の上限は飽和でも良い。０．
１〜２mol/lが特に好ましい。また、粉体中への金属塩
の添加量は金属塩溶液の濃度および浸漬または噴霧の回
数により調整可能である。

【００１０】基体に粉体を被着させた後、熱処理を行
う。熱処理は基体の除去と粉体の焼結を目的としたもの
である。熱処理条件は使用する基体および粉体の性状に
応じて、処理温度、時間、雰囲気を適宜選択する。基体
に発泡樹脂を使用し、粉体に金属を使用した場合には、
基体の焼失は酸化雰囲気、金属粉体の焼結は還元雰囲気
とで雰囲気を変えることが好ましく、粉体に酸化物セラ
ミックス、白金粉体を使用した場合は酸化の問題がない
ため酸化性の雰囲気で熱処理可能である。また、粘着性
を付与する工程と、粉体を被着させるる工程、金属塩溶
液で濡らす工程を繰り返すことにより任意の骨格厚さを
持つ三次元網状構造体を得ることができる。

【００１１】

【作用】粉体被着後基体を金属塩を含む液体で濡らしそ
の後乾燥する処理を行うことにより、熱処理工程中の樹
脂基体分解焼失後且つ粉体焼結前の強度が向上し、座屈
や割れを生じなくなるため、樹脂基体の形状を維持でき
るようになる。基体表面に被着した粉体を金属塩を含む
液体で濡らすことにより、乾燥過程で液体の表面張力に
より粉体を凝集させる効果とともに、粉体表面に付着し
た金属塩が粉体間の結合剤としての作用をするため、製
造工程中最も強度の小さくなる基体を分解焼失後且つ粉
体焼結前の強度が増加し形状を保持する力が大きくな
る。このためブロック状等の高さ方向に厚みのある形状
の基体に於いては座屈することなく焼結できるようにな
り、シート状の基体に於いては割れの発生を抑制するこ
とができるようになる。

【００１２】

【実施例】

実施例１ 三次元網目構造を持つ基体として、１００×１００×７
０mmのポリウレタンフォームを使用した。このポリウレ
タンフォームをメチルエチルケトンを溶媒とする樹脂分
５％のアクリル系の粘着剤溶液に浸漬した後、余分な溶
液を除去することにより、基体骨格表面に粘着性を付与
した。１００℃で１０分乾燥し溶媒を除去した後、平均
粒径３μｍのカルボニルニッケル粉中に基体を挿入し揺
動させることによりニッケル粉を被着させた。その後濃
度１mol/lの硝酸ニッケル水溶液に浸漬し、１００℃で
３０分乾燥した。１００×１００mmの面を底面として５
００℃、１０分間大気雰囲気で保持し基体のポリウレタ
ンフォームを分解除去した。基体は９５×９５×６５mm
に収縮した。ついで１２００℃、２０分間水素ガスを流
した還元性雰囲気で保持した。これによりニッケル粉が
焼結してポリウレタンフォームを転写した形状をもつニ
ッケルのブロック状三次元網目構造体を得た。得られた
三次元網目構造体のサイズは８０×８０×５０mm、多孔
度は９５％であった。

【００１３】比較例 カルボニルＮｉ粉被着後、硝酸ニッケル水溶液に代わり
純水溶液に浸漬する以外は実施例１と同様にしてＮｉの
三次元網目構造体を得た。得られた三次元網目構造体の
サイズは８０×８０×１０mm、多孔度は７５％であっ
た。これはポリウレタンフォームを分解除去後に９５×
９５×１３mmと高さ方向に座屈を生じ大幅に収縮が生じ
たためである。

【００１４】実施例２ カルボニルＮｉ粉被着後、硝酸ニッケル水溶液に代わり
０.５mol/lの硝酸コバルト水溶液に浸漬する以外は実施
例１と同様にしてニッケルを主成分とし、コバルトを２
％含む合金からなる三次元網目構造体を得た。

【００１５】実施例３ 三次元網状構造を持つ基体として、１００×１００×７
０mmのポリウレタンフォームを使用した。このポリウレ
タンフォームをメチルエチルケトンを溶媒とする樹脂分
５％のアクリル系の粘着剤溶液に浸漬した後、余分な溶
液を除去することにより、基体骨格表面に粘着性を付与
した。１００℃で１０分乾燥し溶媒を除去した後、平均
粒径５μｍの酸化アルミニウム粉中に基体を挿入し揺動
させることにより酸化アルミニウム粉を被着させた。そ
の後濃度１mol/lの酢酸アルミニウム水溶液に浸漬し、
１００℃で３０分乾燥した。１００×１００mmの面を底
面として１５５０℃、２時間大気雰囲気で保持し基体の
ポリウレタンフォームを分解除去し、酸化アルミニウム
粉を焼結させることによりポリウレタンフォームを転写
した形状をもつ酸化アルミニウムのブロック状三次元網
目構造体を得た。得られた三次元網目構造体のサイズは
７５×７５×５０mm、多孔度は９３％であった。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、基体に粉体を被着後、
金属塩を含む溶液で濡らし熱処理するという簡便な方法
により、立体形状を持つ高多孔性の三次元網目構造体を
安定に得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体となる三次元網目構造体の骨格表面に
   粘着性を付与させた後、粉体を被着させ、熱処理し三次
   元網目構造体の基体を除去し、続いて還元性、不活性、
   又は酸化性の雰囲気中で熱処理し粉体の焼結を行う三次
   元網目構造体の製造方法であって、粉体被着後且つ熱処
   理前、被着された粉体を金属塩を含む溶液で濡らすこと
   を特徴とする三次元網目構造体の製造方法。
2. 【請求項２】金属塩が、硝酸塩及び有機酸塩から選ばれ
   る少なくとも一種である請求項１記載の三次元網目構造
   体の製造方法。