JP2011106023A - Porous metal laminated body and method for producing the same - Google Patents
Porous metal laminated body and method for producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011106023A JP2011106023A JP2010112177A JP2010112177A JP2011106023A JP 2011106023 A JP2011106023 A JP 2011106023A JP 2010112177 A JP2010112177 A JP 2010112177A JP 2010112177 A JP2010112177 A JP 2010112177A JP 2011106023 A JP2011106023 A JP 2011106023A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- porous
- porous layer
- adjacent layer
- metal laminate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
本発明は、多孔質金属積層体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a porous metal laminate and a method for producing the same.
従来、フィルタ、二次電池電極、固体高分子型燃料電池集電場、触媒担体等に、複数層の多孔質金属材等を積層した多孔質金属積層体が用いられている。 Conventionally, a porous metal laminate in which a plurality of layers of porous metal materials and the like are laminated on a filter, a secondary battery electrode, a solid polymer fuel cell current collector, a catalyst carrier, and the like has been used.
たとえば、特許文献1,2には、金属粉末を含む2層のグリーン層を積層した状態で脱脂、焼結することにより、気孔率の異なる2層の多孔質金属層からなる積層体を製造する方法が開示されている。各層が同種の金属層である場合には、このようにスラリーを二重塗工して焼結することにより、層間を拡散接合することができる。 For example, in Patent Documents 1 and 2, a laminate composed of two porous metal layers having different porosities is manufactured by degreasing and sintering in a state where two green layers containing metal powder are laminated. A method is disclosed. When each layer is the same kind of metal layer, the layers can be diffusion-bonded by double-coating and sintering the slurry.
特許文献3には、多孔質金属層と金属板とをろう付けすることにより、接合部分の接触抵抗が小さい複合板を製造する方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of manufacturing a composite plate having a low contact resistance at a joint portion by brazing a porous metal layer and a metal plate.
特許文献4には、金属粉末を含む板状成形体を重ねて焼結することにより拡散接合して一体化し、多孔質金属積層体を製造する方法が開示されている。この方法によれば、多数の積層体を積層して一体化することができるので、スラリーを二重塗工する特許文献1,2に開示された方法に比較して、厚さの大きな積層体を製造することができる。 Patent Document 4 discloses a method for producing a porous metal laminate by stacking and sintering plate-like compacts containing metal powders and integrating them by diffusion bonding. According to this method, since a large number of laminates can be laminated and integrated, a laminate having a large thickness compared to the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 in which slurry is applied twice. Can be manufactured.
しかしながら、特許文献1,2および4に開示されている方法では、たとえば異種金属同士等、焼結条件が異なる材料同士の場合は同時に焼結できないため、拡散接合が不可能である。また、拡散接合が可能であっても、接合面が剥がれやすく、熱膨張差による反りが生じるおそれもある。さらに、成形体同士を拡散接合する場合には、接合方向に圧力を加えることにより気孔が歪み、気孔率に不連続性が生じるという問題がある。また、いずれの場合にも、各層の気孔率が異なるなど、焼結時の収縮率が異なる場合には、接合強度不足や変形、割れ等が生じるおそれがある。 However, in the methods disclosed in Patent Documents 1, 2, and 4, diffusion bonding is impossible because materials that are different in sintering conditions such as different metals cannot be sintered at the same time. Further, even if diffusion bonding is possible, the bonding surface is easily peeled off, and warpage due to a difference in thermal expansion may occur. Furthermore, when the formed bodies are diffusion bonded, there is a problem in that pores are distorted by applying pressure in the bonding direction, and discontinuity occurs in the porosity. In any case, when the shrinkage rate during sintering is different, such as the porosity of each layer is different, there is a risk of insufficient bonding strength, deformation, cracking, or the like.
一方、特許文献3に開示されているように、ろう付により複合板を製造する場合、異種金属同士であっても接合は可能となる場合もある。しかしながら、多孔質層を接合しようとする場合、溶融したろう材が多孔質層の空隙に吸収されてしまい、接合が困難となるおそれがある。 On the other hand, as disclosed in Patent Document 3, when a composite plate is manufactured by brazing, joining may be possible even if different metals are used. However, when joining the porous layers, the molten brazing material is absorbed by the voids in the porous layers, which may make joining difficult.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、多孔質金属層を含む複数の層が互いに接合された積層体を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the laminated body by which the several layer containing a porous metal layer was mutually joined.
本発明は、金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている多孔質層を含む複数層からなる多孔質金属積層体の製造方法であって、前記多孔質層と、金属からなる隣接層とを積層する積層工程と、前記多孔質層と前記隣接層とを積層した状態でレーザにより所望の形状に溶断する溶断工程とを有し、前記溶断工程において、前記多孔質層と前記隣接層とを前記レーザにより溶融し固化させることにより、前記多孔質層および前記隣接層の側面に前記多孔質層と前記隣接層とを接合する溶融接合層を形成する。 The present invention relates to a method for producing a porous metal laminate comprising a plurality of layers including a porous layer in which a plurality of polyhedral voids each having a side constituted by a skeleton of a metal sintered body are formed in a continuous state. A laminating step of laminating the porous layer and an adjacent layer made of metal, and a fusing step of fusing the porous layer and the adjacent layer into a desired shape by laminating the porous layer and the adjacent layer. In the fusing step, the porous layer and the adjacent layer are bonded to the side surfaces of the porous layer and the adjacent layer by melting and solidifying the porous layer and the adjacent layer with the laser. A melt bonding layer is formed.
この製造方法によれば、多孔質層と隣接層とを積層した状態でレーザにより所望の形状に溶断するだけで、これら多孔質層と隣接層とを接合することができる。このため、多孔質層と隣接層とは、互いに拡散接合が不可能な異種金属同士の場合や、収縮率が異なり接合後に割れや剥がれが生じやすい素材同士の場合等であっても、レーザにより溶融可能な材料であれば接合できる。
また、この製造方法の溶断工程において、溶融接合層の一部が多孔質層の空隙に入り込みアンカーとなることにより、多孔質層と隣接層とが確実に接合された多孔質金属積層体が製造される。
According to this manufacturing method, the porous layer and the adjacent layer can be joined simply by fusing the porous layer and the adjacent layer into a desired shape with a laser. For this reason, even if the porous layer and the adjacent layer are made of dissimilar metals that cannot be diffusion-bonded with each other, or are made of materials that have different shrinkage rates and are likely to be cracked or peeled off after joining, Any material that can be melted can be joined.
In addition, in the fusing step of this production method, a part of the melt-bonded layer enters into the voids of the porous layer and becomes an anchor, thereby producing a porous metal laminate in which the porous layer and the adjacent layer are reliably bonded. Is done.
この製造方法の前記溶断工程において、前記レーザの焦点を前記多孔質層と前記隣接層との接合面に設定することが好ましい。この場合、焦点部分に発生する液相は、他の部分に比べ量が多く、温度も高い。ここへアシストガスが流れてくると、液相が出現すると同時に冷却され凝固し接合される。また、このとき、液相はつらら状に凝固するので、アンカー効果も出現する。 In the fusing step of this manufacturing method, it is preferable that the focal point of the laser is set on the joint surface between the porous layer and the adjacent layer. In this case, the amount of the liquid phase generated in the focal portion is larger than that of the other portions, and the temperature is high. When the assist gas flows here, the liquid phase appears, and at the same time, it is cooled, solidified and joined. At this time, since the liquid phase is solidified in an icicle shape, an anchor effect also appears.
この製造方法において、前記多孔質層は、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し、発泡させた後に焼結して形成することが好ましい。この場合、多孔質層について、任意の金属粉末を材料として形成でき、また空隙率、開口面積の割合、および平均開口径を任意の大きさに設定することができる。 In this manufacturing method, the porous layer is preferably formed by forming a foamable slurry containing a metal powder and a foaming agent into a plate shape, foaming and then sintering. In this case, an arbitrary metal powder can be formed as a material for the porous layer, and the porosity, the ratio of the opening area, and the average opening diameter can be set to arbitrary sizes.
この製造方法において、前記多孔質層は、空隙率が50%以上99%以下であることが好ましい。
また、前記多孔質層は、その表裏面における前記空隙の開口面積の割合が15%以上85%以下であることが好ましい。
また、前記多孔質層は、前記表裏面における前記空隙の平均開口径が50μm以上600μm以下であることが好ましい。
In this production method, the porous layer preferably has a porosity of 50% or more and 99% or less.
Moreover, it is preferable that the ratio of the opening area of the said space | gap in the front and back of the said porous layer is 15% or more and 85% or less.
Moreover, it is preferable that the said porous layer is 50 micrometers or more and 600 micrometers or less in the average opening diameter of the said space | gap in the said front and back.
これらの場合、多孔質層の空隙に溶融接合層の一部が入り込みやすくなり、隣接層と多孔質層とが確実に接合された多孔質金属積層体を製造できる。 In these cases, a part of the melt-bonded layer easily enters the voids of the porous layer, and a porous metal laminate in which the adjacent layer and the porous layer are reliably bonded can be manufactured.
また、本発明は、金属焼結体の骨格により辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙が相互に連続状態に形成されている多孔質層を含む複数層からなる多孔質金属積層体であって、前記多孔質層と、金属からなりこの多孔質層に積層された隣接層と、前記多孔質層および前記隣接層の側面に沿って設けられ、前記多孔質層および前記隣接層が溶融凝固してなる溶融接合層とを備える。 The present invention also relates to a porous metal laminate comprising a plurality of layers including a porous layer in which a plurality of polyhedral voids each having a side constituted by a skeleton of a metal sintered body are formed in a continuous state. The porous layer, an adjacent layer made of metal and laminated on the porous layer, and provided along the porous layer and a side surface of the adjacent layer, and the porous layer and the adjacent layer are melted. And a melt bonding layer formed by solidification.
この多孔質金属積層体は、多孔質層と隣接層とが溶融接合層によって接合されているので、多孔質層と隣接層とが互いに拡散接合が困難な異種金属同士等であってもよく、たとえば多孔質層を要する電極、フィルタ、触媒担体、固体高分子型燃料電池集電板等、様々な装置を構成する部材として広い用途に利用できる。 In this porous metal laminate, since the porous layer and the adjacent layer are joined by the melt-bonded layer, the porous layer and the adjacent layer may be made of dissimilar metals that are difficult to diffuse and bond to each other. For example, it can be used in a wide range of applications as members constituting various devices such as electrodes, filters, catalyst carriers, and solid polymer fuel cell current collector plates that require a porous layer.
この多孔質金属積層体において、前記溶融接合層の一部が、前記多孔質層の前記空隙に入り込んでいることが好ましい。この場合、空隙に溶融接合層が入り込んでアンカーとなり、各層が確実に接合された多孔質金属積層体が実現される。 In this porous metal laminate, it is preferable that a part of the fusion bonding layer enters the voids of the porous layer. In this case, a porous metal laminate is realized in which the melt-bonded layer enters the gap to become an anchor and each layer is securely bonded.
本発明によれば、多孔質金属層を含む複数の層が互いに接合された積層体を実現できる。 According to the present invention, a laminate in which a plurality of layers including a porous metal layer are bonded to each other can be realized.
以下、本発明に係る多孔質金属積層体およびその製造方法の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の多孔質金属積層体10は、多孔質層11と、金属からなり多孔質層11に積層された隣接層12と、多孔質層11および隣接層12の側面に沿って設けられた溶融接合層13とを備える。図2は、この多孔質金属積層体10の部分断面図である。
Hereinafter, embodiments of a porous metal laminate and a method for producing the same according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the
多孔質層11は、図2に示すように、金属焼結体の骨格11aにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙11bが相互に連続状態に形成されている層である。
隣接層12は、図2に示すように、本実施形態では多孔質層11と同様に、金属焼結体の骨格12aにより辺が構成されてなる複数の多面体状の空隙12bが相互に連続状態に形成されている層である。
図2に示すように、これら多孔質層11と隣接層12とは、多孔質層11の接合面11cと隣接層12の接合面12cとを当接させるように積層されている。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
As shown in FIG. 2, the
溶融接合層13は、図2に示すように、多孔質層11および隣接層12が溶融凝固してなる層である。この溶融接合層13は、多孔質層11および隣接層12と一体に設けられている。そして、この溶融接合層13の一部が多孔質層11および隣接層12の各空隙に入り込むことにより、多孔質層11と隣接層12とがより強固に接合されている。
As shown in FIG. 2, the
この多孔質金属積層体10の製造方法について以下に説明する。
[積層工程]
まず、多孔質層11と隣接層12とを、各接合面11c,12cを当接させるように積層する。このとき、多孔質層11や隣接層12が反っている場合には、反りを矯正して平らにしてから積層したり、積層した際に離間している部分を押さえたり、接着剤や粘着テープ等で仮留したり、部分的にスポット溶接をして固定したりして、多孔質層11の接合面11cと隣接層12の接合面12cとのすき間が小さくなるようにする。また、各層を重ねた状態で圧延して、各層間を密着させてもよい。
[溶断工程]
次に、多孔質層11と隣接層12とを積層した状態で、レーザにより所望の形状に溶断する。レーザの焦点は、多孔質層11と隣接層12との接合面11c,12cに設定する。この溶断工程において、多孔質層11および隣接層12の側面近傍が溶融されて固化することにより、多孔質層11と隣接層12とを接合する溶融接合層13が、多孔質金属積層体10の側面に沿って形成される。このとき、多孔質層11および隣接層12が空隙11b,12bを備える多孔質体であり、熱伝導率が低いことから、多孔質層11および隣接層12の側面の表層部だけが溶融され、溶融接合層13が形成される。
A method for manufacturing the
[Lamination process]
First, the
[Fusing process]
Next, in a state where the
[多孔質層の製造方法]
ここで、多孔質層11を形成するための金属多孔質材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態では、隣接層12および多孔質層11のいずれも同様の金属多孔質材からなるので、以下の方法により製造することができる。この製造方法では、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを板状に成形し(発泡性スラリー作成工程および成形工程)、発泡させた(発泡乾燥工程)後に焼結(焼結工程)することにより、多孔質層11および隣接層12を形成する。
[Method for producing porous layer]
Here, an example of the manufacturing method of the metal porous material for forming the
〈発泡性スラリー作成工程〉
まず、金属粉末と発泡剤とを含有する発泡性スラリーを作成する。発泡性スラリーは、骨格を形成する金属粉末、バインダ(水溶性樹脂結合剤)、発泡剤および水と、必要に応じて界面活性剤および/または可塑剤とを混合することにより作成される。より具体的には、まず金属粉末、バインダおよび水を含有するスラリーを作成した後、このスラリーに発泡剤を添加し、ミキサーなどの攪拌装置で攪拌する。
<Foaming slurry preparation process>
First, a foamable slurry containing a metal powder and a foaming agent is prepared. The foamable slurry is prepared by mixing a metal powder forming a skeleton, a binder (water-soluble resin binder), a foaming agent and water, and, if necessary, a surfactant and / or a plasticizer. More specifically, a slurry containing a metal powder, a binder, and water is first prepared, and then a foaming agent is added to the slurry, followed by stirring with a stirring device such as a mixer.
金属粉末としては、特に限定されず、Ni,Cu,Ti,Al,Ag,ステンレス鋼等を用いることができる。また、この金属粉末は平均粒径0.5μm以上30μm以下が好ましい。このような粉末は、水アトマイズ法,プラズマアトマイズ法などのアトマイズ法、酸化物還元法,湿式還元法,カルボニル反応法などの化学プロセス法によって製造することができる。 It does not specifically limit as metal powder, Ni, Cu, Ti, Al, Ag, stainless steel, etc. can be used. The metal powder preferably has an average particle size of 0.5 μm or more and 30 μm or less. Such a powder can be produced by an atomizing method such as a water atomizing method or a plasma atomizing method, a chemical process method such as an oxide reduction method, a wet reduction method, or a carbonyl reaction method.
バインダ(水溶性樹脂結合剤)としては、メチルセルロース,ヒドロキシプロピルメチルセルロース,ヒドロキシエチルメチルセルロース,カルボキシメチルセルロースアンモニウム,エチルセルロース,ポリビニルアルコールなどを使用することができる。 As the binder (water-soluble resin binder), methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose ammonium, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, and the like can be used.
発泡剤は、ガスを発生してスラリーに気泡を形成できるものであればよく、揮発性有機溶剤、例えば、ペンタン,ネオペンタン,ヘキサン,イソヘキサン,イソペプタン,ベンゼン,オクタン,トルエンなどの炭素数5〜8の非水溶性炭化水素系有機溶剤を使用することができる。この発泡剤の含有量としては、発泡性スラリーに対して0.1〜5重量%とすることが好ましい。 The foaming agent is not particularly limited as long as it can generate gas and form bubbles in the slurry, and is a volatile organic solvent such as pentane, neopentane, hexane, isohexane, isopeptane, benzene, octane, toluene, etc. The water-insoluble hydrocarbon-based organic solvent can be used. The content of the foaming agent is preferably 0.1 to 5% by weight with respect to the foaming slurry.
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩,α‐オレフィンスルホン酸塩,アルキル流酸エステル塩,アルキルエーテル硫酸エステル塩,アルカンスルホン酸塩等のアニオン界面活性剤,ポリエチレングリコール誘導体,多価アルコール誘導体などの非イオン性界面活性剤および両性界面活性剤などを使用することができる。 Surfactants include anionic surfactants such as alkylbenzene sulfonate, α-olefin sulfonate, alkyl sulfonate, alkyl ether sulfate, alkane sulfonate, polyethylene glycol derivatives, polyhydric alcohol derivatives, etc. Nonionic surfactants and amphoteric surfactants can be used.
可塑剤は、スラリーを成形して得られる成形体に可塑性を付与するために添加され、例えばエチレングリコール,ポリエチレングリコール,グリセリンなどの多価アルコール、鰯油,菜種油,オリーブ油などの油脂、石油エーテルなどのエーテル類、フタル酸ジエチル,フタル酸ジNブチル,フタル酸ジエチルヘキシル,フタル酸ジオクチル,ソルビタンモノオレート,ソルビタントリオレート,ソルビタンパルミテート,ソルビタンステアレートなどのエステル等を使用することができる。 The plasticizer is added to impart plasticity to a molded product obtained by molding a slurry. For example, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin, fats and oils such as coconut oil, rapeseed oil, and olive oil, petroleum ether, etc. Ethers such as diethyl phthalate, di-N-butyl phthalate, diethyl hexyl phthalate, dioctyl phthalate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan palmitate, sorbitan stearate, and the like can be used.
さらに、スラリーの特性や成形性を向上させるために任意の添加成分を加えてもよい。例えば、防腐剤を添加してスラリーの保存性を向上させたり、結合助材としてポリマー系化合物を加えて成形体の強度を向上させたりすることができる。 Furthermore, an optional additive component may be added to improve the properties and moldability of the slurry. For example, a preservative can be added to improve the storage stability of the slurry, or a polymer compound can be added as a binding aid to improve the strength of the molded body.
このように作成した発泡性スラリーから、図3に示す成形装置20を用いて、グリーンシートを形成する成形工程および発泡乾燥工程を行う。
From the foamable slurry thus created, a molding process for forming a green sheet and a foam drying process are performed using the
〈成形工程〉
成形装置20は、ドクターブレード法を用いてシート状の成形体を形成する装置であり、発泡性スラリーが貯留されるホッパ21、ホッパ21から供給された発泡性スラリーSを移送するキャリヤシート22、キャリヤシート22を支持するローラ23、キャリヤシート22上の発泡性スラリーSを所定厚さに成形するブレード(ドクターブレード)24、発泡性スラリーSを発泡させる恒温・高湿度槽25、および発泡したスラリーを乾燥させる乾燥槽26を備えている。なお、キャリヤシート22の下面は、支持プレート27によって支えられている。
<Molding process>
The forming
この成形装置20においては、まず、発泡性スラリーSをホッパ21に投入しておき、このホッパ21から発泡性スラリーSをキャリヤシート22上に供給する。キャリヤシート22は図3の右方向へ回転するローラ23および支持プレート27によって支持されており、その上面が図の右方向へと移動している。キャリヤシート22上に供給された発泡性スラリーSは、キャリヤシート22とともに移動しながらブレード24によって薄板状に成形される。
In the
〈発泡乾燥工程〉
次いで、薄板状の発泡性スラリーSは、所定条件(例えば温度30℃〜40℃、湿度75%〜95%)の恒温・高湿度槽25内を、例えば10分〜20分かけて移動しながら発泡する。続いて、この恒温・高湿度槽25内で発泡したスラリーは、所定条件(例えば温度50℃〜70℃)の乾燥槽26内を例えば10分〜20分かけて移動し、乾燥される。これにより、スポンジ状のグリーンシート(図示略)が得られる。
<Foam drying process>
Next, the thin plate-like foamable slurry S moves in the constant temperature /
〈焼結工程〉
このようにして得られたグリーンシートを脱脂・焼結することにより、薄板状の金属多孔質材を形成する。具体的には、例えば真空中、温度550℃〜650℃、25分〜35分の条件下でグリーンシート中のバインダ(水溶性樹脂結合剤)を除去(脱脂)した後、さらに真空中、温度700℃〜1300℃、60分〜120分の条件下で焼結する。この金属多孔質材により、本発明の多孔質金属積層体10を構成する多孔質層11および隣接層12を製造することができる。
<Sintering process>
The thin sheet metal porous material is formed by degreasing and sintering the green sheet thus obtained. Specifically, for example, after removing (degreasing) the binder (water-soluble resin binder) in the green sheet under vacuum at temperatures of 550 ° C. to 650 ° C. for 25 minutes to 35 minutes, the temperature is further increased in vacuum. Sintering is performed at 700 ° C to 1300 ° C for 60 minutes to 120 minutes. By this metal porous material, the
以上説明した多孔質層11および隣接層12の製造方法によれば、多孔質層11の空隙率、開口率、平均開口径等を、所定の範囲内で任意に設定することができる。
According to the method for manufacturing the
〈空隙率〉
金属多孔質材における空隙の体積割合を空隙率と呼ぶ。空隙率は、同形の中実体の重量に対する実測重量から算出することができる。
本発明に係る多孔質金属積層体10においては、多孔質層11の空隙率を50%以上99%以下に設定することが望ましい。
<Porosity>
The volume ratio of the voids in the metal porous material is called the void ratio. The porosity can be calculated from the actually measured weight with respect to the weight of the solid body of the same shape.
In the
〈開口率〉
金属多孔質体の表裏面における空隙の開口部の開口面積の割合を開口率と呼ぶ。開口率は、金属多孔質体の表面を撮影した25〜300倍顕微鏡写真を用いて、視野面積Aと、この視野中の最外面の全ての開口部の面積和Apとを測定し、次の式によって算出する。
開口率(%)=Ap/A×100
本発明に係る多孔質金属積層体10においては、多孔質層11の表裏面における空隙11b,12bの開口面積の割合を15%以上85%以下に設定することが望ましい。
<Aperture ratio>
The ratio of the opening area of the opening part of the space | gap in the front and back of a metal porous body is called opening ratio. The aperture ratio is determined by measuring the visual field area A and the total area Ap of all the openings on the outermost surface in the visual field using a 25-300 magnification micrograph of the surface of the metal porous body. Calculated by the formula.
Opening ratio (%) = Ap / A × 100
In the
〈平均開口径〉
金属多孔質材の表裏面における空隙の平均開口サイズは、各開口部を円形とみなした場合の直径で表すことができ、以下、これを平均開口径と呼ぶ。平均開口径は、25〜300倍顕微鏡写真において、視野中の最外面の各開口部面積を測定して算出した各円相当径の算術平均である。
本発明に係る多孔質金属積層体10においては、多孔質層11の平均開口径を50μm以上600μm以下に設定することが望ましい。
<Average opening diameter>
The average opening size of the voids on the front and back surfaces of the metal porous material can be represented by a diameter when each opening is regarded as a circle, and this is hereinafter referred to as an average opening diameter. The average aperture diameter is an arithmetic average of the equivalent circle diameters calculated by measuring the area of each aperture on the outermost surface in the field of view in a 25 to 300-fold photomicrograph.
In the
次に、本実施形態の多孔質金属積層体10の製造方法について、具体的な実施例を説明する。
[実施例1]
まず、上述した金属多孔質材の製造方法により、表1に示す多孔質層11および隣接層12を形成した。
Next, a specific example is described about the manufacturing method of the porous metal laminated
[Example 1]
First, the
次に、これら多孔質層11と隣接層12とを積層した。このとき、多孔質層11と隣接層12とのすき間を0.1mm以内となるように、各層の反りを矯正し、仮留した。反りは、プレス機や矯正機等を用いた機械的方法により矯正できる。
Next, the
そして、積層した状態の多孔質層11と隣接層12とを、表2に示す条件で10mm×30mmの四角形に溶断し、多孔質層11および隣接層12の側面を溶融し凝固させた。これにより、接合面11c,12cの近傍で各層が混ざり合った一体の溶融接合層13を形成し、多孔質層11と隣接層12とを接合した。
The laminated
本実施例では、レーザによる溶断の一般的な条件と比較して、レーザの周波数を高くしたことにより1パルスあたりのエネルギーを低下しつつ、連続発射するとともに、加工速度を速くしたことにより、必要以上の入熱を制御した。また、レーザの焦点を接合面11c,12cに設定したことにより、接合部での液相量を増加するとともに温度を上昇させた。一般的には、十分な液相を出現させ、それを吹き飛ばすことにより切断が行われる。これに対して、出現する液相が接合部に残留するように制御することにより、切断加工において一般には嫌われるつらら状バリ(ドロス)をアンカー形成に利用する。 In this example, compared to the general conditions of fusing by laser, the laser frequency was increased to lower the energy per pulse, while continuously firing, and the processing speed was increased, which is necessary. The above heat input was controlled. Further, by setting the focal point of the laser to the bonding surfaces 11c and 12c, the liquid phase amount at the bonding portion was increased and the temperature was increased. Generally, cutting is performed by causing a sufficient liquid phase to appear and blowing it away. On the other hand, by controlling so that the appearing liquid phase remains in the joint portion, icicle-shaped burrs (drosses) generally hated in the cutting process are used for anchor formation.
このように製造した多孔質金属積層体10における多孔質層11および隣接層12の接合面11c,12c近傍における断面を図2に示す。多孔質層11および隣接層12が溶融して出現した液相が互いの空隙11a,12a内に飛散し、図2に符号14で示すように、凝固して機械的に絡まり合う部分が形成される。これらの部分がアンカー部として働き、多孔質層11と隣接層12とを接合を強固にしている。
FIG. 2 shows a cross section of the
[実施例2]
次に、上述した金属多孔質材の製造方法により製造した多孔質層と、中実固体材(板材)からなる隣接層との接合について説明する。これら多孔質層および隣接層の各材質、形状等を表3に示す。
[Example 2]
Next, the joining of the porous layer manufactured by the above-described metal porous material manufacturing method and the adjacent layer made of a solid solid material (plate material) will be described. Table 3 shows the materials and shapes of the porous layer and the adjacent layer.
次に、これら多孔質層と隣接層とを積層した。このとき、多孔質層と隣接層とのすき間を0.1mm以内となるように、各層の反りを矯正し、スポット溶接により仮留した。反りは、プレス機や矯正機等を用いた機械的方法により矯正できる。 Next, these porous layers and adjacent layers were laminated. At this time, the warpage of each layer was corrected so that the gap between the porous layer and the adjacent layer was within 0.1 mm, and the layer was temporarily retained by spot welding. Warpage can be corrected by a mechanical method using a press or a straightening machine.
そして、積層した状態の多孔質層と隣接層を、表4に示す条件で10mm×30mmの四角形に溶断し、多孔質層および隣接層の側面を溶融し凝固させた。これにより、接合面の近傍で各層が混ざり合った一体の溶融接合層を形成し、多孔質層と隣接層とを接合した。なお、溶断時のレーザは、多孔質層側から隣接層側に向けて照射した。これにより、発泡体形状を保持しながら加工することが可能となった。逆に、隣接層側から多孔質層側に向けて照射した場合には、出現する液相の量が過剰となり、発泡体を封止または溶失等が発生するため、発泡体形状の保持が困難となる。 The laminated porous layer and the adjacent layer were melted into a 10 mm × 30 mm square under the conditions shown in Table 4, and the sides of the porous layer and the adjacent layer were melted and solidified. As a result, an integral fusion bonding layer in which the layers were mixed in the vicinity of the bonding surface was formed, and the porous layer and the adjacent layer were bonded. The laser at the time of fusing was irradiated from the porous layer side toward the adjacent layer side. Thereby, it became possible to process while maintaining the foam shape. On the contrary, when the irradiation is performed from the adjacent layer side toward the porous layer side, the amount of the liquid phase that appears is excessive, and the foam is sealed or melted. It becomes difficult.
本実施例では、実施例1と比較して、レーザの出力を大きくすることにより液相を増加させ、周波数を低くすることにより1パルスあたりのエネルギーを増加させている。また、実施例1と比較してレーザの加工速度を遅くすることにより、溶融接合層を増大させている。また、液相を吹き飛ばさないように、アシストガスの圧力を小さく設定している。このような条件で溶断することにより、接合界面での接合形態がアンカーのような機械的な接合から冶金的な接合が占める部分が増大し、結果として接合強度が増加する。 In this embodiment, compared with the first embodiment, the liquid phase is increased by increasing the laser output, and the energy per pulse is increased by lowering the frequency. In addition, the fusion bonding layer is increased by reducing the laser processing speed as compared with the first embodiment. Further, the pressure of the assist gas is set small so as not to blow off the liquid phase. By fusing under such conditions, the portion of the joint form at the joint interface occupied by the metallurgical joint from the mechanical joint such as the anchor increases, and as a result, the joint strength increases.
以上説明したように、本発明によれば、異種金属同士等の拡散接合が困難な材料や、厚さや孔径や気孔率等が異なるため収縮率が異なり接合が困難な材料であっても、多孔質層および隣接層を積層した状態でレーザ溶断するだけで接合でき、様々な材料を用いた多孔質金属積層体を得ることができる。 As described above, according to the present invention, even if a material that is difficult to diffusely bond between different metals, or a material that has a different shrinkage due to a difference in thickness, pore diameter, porosity, etc. A porous metal laminate using various materials can be obtained by simply performing laser fusing in a state where the porous layer and the adjacent layer are laminated.
すなわち、本発明の多孔質金属積層体において、隣接層はレーザで溶融される材料であればよく、多孔質材であっても中実固体材であってもよい。たとえば、隣接層が中実固体材である場合、強度を向上させることができるので、フィルタや二次電池電極に好適に用いることができる多孔質金属積層体が実現できる。 That is, in the porous metal laminate of the present invention, the adjacent layer may be a material melted by a laser, and may be a porous material or a solid solid material. For example, when the adjacent layer is a solid solid material, the strength can be improved, so that a porous metal laminate that can be suitably used for a filter or a secondary battery electrode can be realized.
なお、本発明は前記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。たとえば、
多数の層を積層することにより、電極、フィルタ、触媒担体等に適した、厚みの大きい多孔質金属積層体を製造できる。さらに、それぞれ空隙の大きさや空隙率の異なる多孔質体からなる多孔質層と隣接層とを用いることにより、厚さ方向に空隙が連続しているとともに、厚さ方向に空隙の大きさや空隙率が異なり、たとえば固体高分子型燃料電池の集電板に好適な多孔質金属積層体を製造することができる。
In addition, this invention is not limited to the thing of the structure of the said embodiment, In a detailed structure, it is possible to add a various change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example,
By laminating a large number of layers, a thick porous metal laminate suitable for electrodes, filters, catalyst carriers and the like can be produced. Furthermore, by using a porous layer and an adjacent layer made of porous bodies each having different void sizes and void ratios, the voids are continuous in the thickness direction and the void sizes and void ratios in the thickness direction. However, for example, a porous metal laminate suitable for a current collector plate of a polymer electrolyte fuel cell can be produced.
10 多孔質金属積層体
11 多孔質層
11a 骨格
11b 空隙
11c 接合面
12 隣接層
12a 骨格
12b 空隙
12c 接合面
13 溶融接合層
14 アンカー部
20 成形装置
21 ホッパ
22 キャリヤシート
23 ローラ
24 ブレード(ドクターブレード)
25 恒温・高湿度槽
26 乾燥槽
27 支持プレート
S 発泡性スラリー
DESCRIPTION OF
25 Constant temperature /
Claims (10)
前記多孔質層と、金属からなる隣接層とを積層する積層工程と、
前記多孔質層と前記隣接層とを積層した状態でレーザにより所望の形状に溶断する溶断工程とを有し、
前記溶断工程において、前記多孔質層と前記隣接層とを前記レーザにより溶融し固化させることにより、前記多孔質層および前記隣接層の側面に前記多孔質層と前記隣接層とを接合する溶融接合層を形成することを特徴とする多孔質金属積層体の製造方法。 A method for producing a porous metal laminate comprising a plurality of layers including a porous layer in which a plurality of polyhedral voids whose sides are constituted by a skeleton of a metal sintered body is formed in a continuous state,
A laminating step of laminating the porous layer and an adjacent layer made of metal;
A fusing step of fusing the porous layer and the adjacent layer into a desired shape with a laser in a laminated state,
In the fusing step, the porous layer and the adjacent layer are melted and solidified by the laser so that the porous layer and the adjacent layer are joined to the side surfaces of the porous layer and the adjacent layer. A method for producing a porous metal laminate, comprising forming a layer.
前記多孔質層と、
金属からなり前記多孔質層に積層された隣接層と、
前記多孔質層および前記隣接層の側面に沿って設けられ、前記多孔質層および前記隣接層が溶融凝固してなる溶融接合層と
を備えることを特徴とする多孔質金属積層体。 A porous metal laminate comprising a plurality of layers including a porous layer in which a plurality of polyhedral voids whose sides are constituted by a skeleton of a metal sintered body is formed in a continuous state,
The porous layer;
An adjacent layer made of metal and laminated on the porous layer;
A porous metal laminate, comprising: a melt bonding layer provided along side surfaces of the porous layer and the adjacent layer, wherein the porous layer and the adjacent layer are melted and solidified.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010112177A JP2011106023A (en) | 2009-10-23 | 2010-05-14 | Porous metal laminated body and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009244532 | 2009-10-23 | ||
JP2009244532 | 2009-10-23 | ||
JP2010112177A JP2011106023A (en) | 2009-10-23 | 2010-05-14 | Porous metal laminated body and method for producing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011106023A true JP2011106023A (en) | 2011-06-02 |
Family
ID=44229823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010112177A Withdrawn JP2011106023A (en) | 2009-10-23 | 2010-05-14 | Porous metal laminated body and method for producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011106023A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017133068A (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Manufacturing method of copper member conjugate |
US10177372B2 (en) | 2015-08-13 | 2019-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Metal oxide composite and method of preparing the same |
CN110369724A (en) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 北京科技大学 | A kind of 3D printing preparation method of high intensity, porous structural titanium alloy part |
WO2022210421A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | Titanium porous plate, electrode for water electrolysis, and water electrolysis device |
-
2010
- 2010-05-14 JP JP2010112177A patent/JP2011106023A/en not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10177372B2 (en) | 2015-08-13 | 2019-01-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Metal oxide composite and method of preparing the same |
JP2017133068A (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Manufacturing method of copper member conjugate |
WO2017130471A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Manufacturing method of copper member bonded body |
CN108136504A (en) * | 2016-01-27 | 2018-06-08 | 三菱综合材料株式会社 | The manufacturing method of copper part conjugant |
EP3409402A4 (en) * | 2016-01-27 | 2019-09-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Manufacturing method of copper member bonded body |
CN108136504B (en) * | 2016-01-27 | 2020-01-31 | 三菱综合材料株式会社 | Method for manufacturing copper member joined body |
US10898956B2 (en) | 2016-01-27 | 2021-01-26 | Mitsubishi Materials Corporation | Manufacturing method of copper bonded part |
CN110369724A (en) * | 2019-07-25 | 2019-10-25 | 北京科技大学 | A kind of 3D printing preparation method of high intensity, porous structural titanium alloy part |
WO2022210421A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | Titanium porous plate, electrode for water electrolysis, and water electrolysis device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5402380B2 (en) | Method for producing porous aluminum sintered body | |
KR101642539B1 (en) | Process for production of aluminum complex comprising sintered porous aluminum body | |
US8968641B2 (en) | Porous metallic materials and method of production thereof | |
EP2962791B1 (en) | Porous aluminum sintered compact | |
CN110542337A (en) | 3D printing porous capillary core ultrathin flat heat pipe and printing method | |
EP3388172B1 (en) | Article surface finishing method | |
JP2004518815A (en) | Co-formed metal foam articles | |
JP5298750B2 (en) | Method for producing metal porous body | |
JP6488875B2 (en) | Porous aluminum sintered body and method for producing porous aluminum sintered body | |
JP2011106023A (en) | Porous metal laminated body and method for producing the same | |
JP2010037569A (en) | Metal porous electrode base material and method for producing the same | |
JP5463639B2 (en) | Method for producing metal porous plate | |
JP2012162756A (en) | Light weight structure | |
JP2013241680A (en) | Method for manufacturing metal porous body | |
JP2010065276A (en) | Porous metal body and production method therefor | |
JP2012124391A (en) | Heat transfer controlling member | |
JP2010095738A (en) | Method for manufacturing porous metal body | |
JP4534355B2 (en) | Method for producing porous substrate for electrode | |
JPH0987705A (en) | Production of porous metal laminate | |
JP6439550B2 (en) | Porous aluminum sintered body, porous aluminum composite member, method for producing porous aluminum sintered body, method for producing porous aluminum composite member | |
JP5494778B2 (en) | Method for producing metal porous body | |
JP3895292B2 (en) | Method for producing metal foam | |
JPH0987707A (en) | Production of joined body of porous sintered metal | |
JPH0987706A (en) | Method for joining porous metallic body | |
JP2019090064A (en) | Aluminum-based porous member and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130806 |