JP6459725B2 - 多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、多孔質アルミニウム複合部材の製造方法 - Google Patents
多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、多孔質アルミニウム複合部材の製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、複数のアルミニウム繊維同士が焼結された多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法及び多孔質アルミニウム複合部材の製造方法に関するものである。
従来より、多孔質アルミニウムは、アルミニウム粉末の焼結もしくはアルミニウム溶湯への発泡助剤の添加などにより製造されている。その中でも、多孔質アルミニウム焼結体は、軽量・高比表面積・高開気孔率を有することから、フィルターや電極集合体、消音部材、熱交換器用部材などに利用されている。
リチウムイオン電池の正極として用いられるアルミ製の多孔質集電体の場合、開気孔率が高いほど活物質の体積充填密度が高まり、高容量の電池が得られる。
また、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、開気孔率が高いほど比表面積が大きくなる、すなわち熱交換面積が大きくなることから、熱交換性能が向上する。さらに、開気孔率が高いほどその内部を流れる熱媒体（流体）の圧力損失（流路抵抗）が低下するため、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、７０〜９０％程度の高開気孔率のアルミニウム多孔体を用いることが好ましい。
また、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、開気孔率が高いほど比表面積が大きくなる、すなわち熱交換面積が大きくなることから、熱交換性能が向上する。さらに、開気孔率が高いほどその内部を流れる熱媒体（流体）の圧力損失（流路抵抗）が低下するため、熱交換器の冷却通路として多孔質体を用いる場合、７０〜９０％程度の高開気孔率のアルミニウム多孔体を用いることが好ましい。
しかしながら、アルミニウム粉末によって多孔質アルミニウム焼結体を形成した場合には、高強度と高気孔率の両立が難しいという問題点があった。
アルミニウム粉末が安定なＡｌ２Ｏ３の酸化被膜で覆われているため、ゆるやかに充填された（すなわち低嵩密度の）アルミニウム粉末を原料とする多孔質成形体では、一般的な金属では融点の１／２程度の温度から始まる固相焼結がほとんど進行しない。一方で、融点付近になると固相から液相への遷移過程で生じる体積膨張により酸化被膜が破壊されると同時に、融液の粉末粒子間及び粒界への広がりに伴う液相焼結が急速に進行することで、焼結収縮とそれに伴う高密度化が一気に進んでしまうことから、高気孔率を維持したまま焼結を進行させるのは困難である。これらのことから、アルミニウム粉末を原料として多孔質アルミニウム焼結体を形成した場合、高強度と高気孔率の両立を図ることは困難であった。
アルミニウム粉末が安定なＡｌ２Ｏ３の酸化被膜で覆われているため、ゆるやかに充填された（すなわち低嵩密度の）アルミニウム粉末を原料とする多孔質成形体では、一般的な金属では融点の１／２程度の温度から始まる固相焼結がほとんど進行しない。一方で、融点付近になると固相から液相への遷移過程で生じる体積膨張により酸化被膜が破壊されると同時に、融液の粉末粒子間及び粒界への広がりに伴う液相焼結が急速に進行することで、焼結収縮とそれに伴う高密度化が一気に進んでしまうことから、高気孔率を維持したまま焼結を進行させるのは困難である。これらのことから、アルミニウム粉末を原料として多孔質アルミニウム焼結体を形成した場合、高強度と高気孔率の両立を図ることは困難であった。
上記の問題を解決すべく、特許文献１には、アルミニウム繊維の嵩密度を真密度比３０％以上に充填した後に加圧状態で加熱し、拡散接合させることによって多孔質焼結体を製造する方法が開示されている。
また、特許文献２には、高気孔率の多孔質焼結体を製造する方法として、金属繊維と金属粉末粒子を一緒に焼結することで、金属粉末粒子を金属繊維同士の結節点とする方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載された製造方法では、焼結時の加圧によりアルミニウム繊維同士を強固に接触させることにより、純アルミニウムの融点より有意に低温である６５０℃以下での焼結を可能とするが、焼結収縮があることから、原理的に初期充填時の気孔率である７０％以上の高気孔率は得られないという難点があった。
また、特許文献２に記載された製造方法では、特許文献２の実施例にあるようなニッケルやステンレス鋼では適用可能だが、アルミニウムにおいては、上述したような表面に形成された強固な酸化被膜によって焼結性が阻害され、十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体を得ることができないといった問題があった。
本発明は、以上のような事情を鑑みなされたものであって、気孔率が高く十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、多孔質アルミニウム複合部材の製造方法を提供することを目的としている。
本発明の多孔質アルミニウム焼結体は、複数のアルミニウム繊維が焼結されてなる多孔質アルミニウム焼結体であって、前記アルミニウム繊維は純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上，２５００以下の範囲内とされており、前記アルミニウム繊維同士の結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在し、前記多孔質アルミニウム焼結体は、Ｆｅを０．０１質量％以上、３．００質量％以下含み、Ｍｇを０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上１５．００質量％以下含み、残部が不可避不純物とされた組成を有していることを特徴としている。
上述の構成とされた本発明の多孔質アルミニウム焼結体によれば、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされたアルミニウム繊維同士が焼結された構成とされているので、アルミニウム繊維同士の間に十分な空隙が確保され、見掛気孔率が５０％以上、９０％以下と高い多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。
また、多孔質アルミニウム焼結体中にはアルミニウム繊維の他に、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として作用するＭｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含まれていることから、酸化被膜を容易に破壊しやすくなり、焼結結合を促進させることができる。そしてその結果、より低温での焼結が可能となるため、液相焼結による焼結収縮が抑えられることから気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。
さらに、粘性組成物のようにアルミニウム繊維同士の間にバインダーが多く存在していないことから、焼結時の脱バインダーによる収縮率が小さく、寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を得ることが可能となる。
そして、前記アルミニウム繊維同士の結合部にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、この合金相によって結合部が強化されることになり、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
さらに、粘性組成物のようにアルミニウム繊維同士の間にバインダーが多く存在していないことから、焼結時の脱バインダーによる収縮率が小さく、寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を得ることが可能となる。
そして、前記アルミニウム繊維同士の結合部にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、この合金相によって結合部が強化されることになり、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
また、多孔質アルミニウム焼結体中には、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維と局所的に反応する事で、局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす作用を有するＳｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含まれていることから、アルミニウム繊維の融点以下の温度で、局所的に酸化被膜を破壊し、焼結結合を促進させることができる。その結果、アルミニウム繊維の融点より、有意に低温での焼結が可能となるため、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体中には、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれていることから、焼結性を向上させ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体中には、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれていることから、焼結性を向上させ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
また、複数のアルミニウム繊維において個々の繊維が同じ長さであっても、直線状のものと、曲げや捻じりなどの形状が付与されているものとでは、気孔率や形成される気孔の形状が変わることから、長さを含めた各種の繊維形状因子を変量することにより、多孔質アルミニウム焼結体の気孔率や気孔構造を制御することが可能である。
本発明の多孔質アルミニウム複合部材は、部材本体と、上述の多孔質アルミニウム焼結体と、が接合されてなることを特徴としている。
この構成の多孔質アルミニウム複合部材によれば、上述の気孔率が高く、強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体が部材本体と強固に接合されていることから、表面積が大きく熱交換効率等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム焼結体単体の特性を、多孔質アルミニウム複合部材としても発揮する。
この構成の多孔質アルミニウム複合部材によれば、上述の気孔率が高く、強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体が部材本体と強固に接合されていることから、表面積が大きく熱交換効率等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム焼結体単体の特性を、多孔質アルミニウム複合部材としても発揮する。
ここで、本発明の多孔質アルミニウム複合部材においては、前記部材本体のうち、前記多孔質アルミニウム焼結体との部材結合部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成され、前記部材結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在している。
多孔質アルミニウム焼結体と部材本体との部材結合部の内部に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、多孔質アルミニウム焼結体と部材本体との接合強度が大幅に向上することになる。
多孔質アルミニウム焼結体と部材本体との部材結合部の内部に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、多孔質アルミニウム焼結体と部材本体との接合強度が大幅に向上することになる。
本発明の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法は、前記アルミニウム繊維は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされており、複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、およびＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方と、を固着させて、焼結用アルミニウム原料を形成する焼結用アルミニウム原料形成工程と、前記焼結用アルミニウム原料を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程と、積層された前記焼結用アルミニウム原料を加熱して焼結する焼結工程と、を有し、前記焼結用アルミニウム原料におけるＦｅの含有量が０．０１質量％以上３．００質量％以下であり、前記焼結用アルミニウム原料中において、Ｓｉ粉および前記Ｓｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量がＳｉ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量がＭｇ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料積層工程では、嵩密度ＤＰを前記アルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数の前記焼結用アルミニウム原料を積層配置し、前記焼結工程では、前記焼結用アルミニウム原料を不活性ガス雰囲気下において５６５℃〜６５５℃の範囲の温度で焼結することを特徴としている。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にＳｉもしくは／およびＭｇ成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加するＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１３質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１３質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのＳｉもしくは／およびＭｇ成分が、それぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようにする。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にＳｉもしくは／およびＭｇ成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加するＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１３質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１３質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのＳｉもしくは／およびＭｇ成分が、それぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようにする。
この構成の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においては、Ｓｉ粉およびＳｉ合金粉の少なくともいずれか一方を純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維に加えて繊維外表面に固着させ、焼結用アルミニウム原料全体におけるＳｉ含有量をＳｉ換算で０．０５〜１５．００質量％とするとともに、さらにＭｇ粉およびＭｇ合金粉の少なくともいずれか一方を純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維に加えて繊維外表面に固着させ、焼結用アルミニウム原料全体におけるＭｇ含有量をＭｇ換算で０．０５〜１５．００質量％とした原料を、焼結することによって多孔質アルミニウム焼結体を製造している。
上記のＳｉ粉もしくは／およびＳｉ合金粉は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の表面に固着した状態で、加熱されることにより、繊維表層部に拡散し、固着部近傍で局所的な融点降下効果を引き起こす。これにより、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で局所的に液相を生じることによって、充填時の形状を保持したまま、焼結を促進させることが出来る。
上記のＭｇ粉もしくは／およびＭｇ合金粉は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の表面に固着した状態で、加熱されることにより、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を破壊しやすくする作用を有し、焼結結合を促進する働きがある。また、繊維表面に固着したＭｇおよびＳｉもしくは／およびそれらの合金粉がマトリクスの純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こし、ＭｇおよびＳｉ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で局所的に液相を生じさせることによって、焼結に伴う収縮を抑制、すなわち充填時の形状を保持したまま、焼結を促進させることが出来る。その結果、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を製造することができる。
上記のＳｉ粉もしくは／およびＳｉ合金粉は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の表面に固着した状態で、加熱されることにより、繊維表層部に拡散し、固着部近傍で局所的な融点降下効果を引き起こす。これにより、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で局所的に液相を生じることによって、充填時の形状を保持したまま、焼結を促進させることが出来る。
上記のＭｇ粉もしくは／およびＭｇ合金粉は、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の表面に固着した状態で、加熱されることにより、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を破壊しやすくする作用を有し、焼結結合を促進する働きがある。また、繊維表面に固着したＭｇおよびＳｉもしくは／およびそれらの合金粉がマトリクスの純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こし、ＭｇおよびＳｉ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で局所的に液相を生じさせることによって、焼結に伴う収縮を抑制、すなわち充填時の形状を保持したまま、焼結を促進させることが出来る。その結果、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体を製造することができる。
また、焼結用アルミニウム原料中には、０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅが含まれている。なお、本発明において当該Ｆｅは、アルミニウム繊維に含まれているＦｅ成分でもよく、アルミニウム繊維中に含まれるＦｅとは別に、別途添加された粉末状のＦｅであってもよい。
Ｆｅ単体での融点降下効果は小さいが、Ｓｉと共に存在する事によりＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ合金相、もしくはＦｅ−Ｓｉ合金相を形成して、前述のＳｉの融点降下効果を強化する働きがある。また、Ｍｇによる局所的なマトリクスの溶融が起きたときに、未溶融アルミニウム繊維と溶融部との間にＦｅが存在することで、未溶融アルミニウム繊維内部へのＭｇの拡散を阻害し、Ｍｇのアルミニウム繊維内部への拡散速度を遅くする効果がある。これは、ＭｇのＦｅ中への固溶度が非常に小さいためである。これにより、焼結時において、Ｍｇが一時的にアルミニウム繊維表面に高濃度で分布している状態となり、アルミニウム繊維の表面のみで、アルミニウムの融点降下効果が起こり、結果、固着したアルミニウム繊維同士での焼結を促進させることができる。
Ｆｅ単体での融点降下効果は小さいが、Ｓｉと共に存在する事によりＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ合金相、もしくはＦｅ−Ｓｉ合金相を形成して、前述のＳｉの融点降下効果を強化する働きがある。また、Ｍｇによる局所的なマトリクスの溶融が起きたときに、未溶融アルミニウム繊維と溶融部との間にＦｅが存在することで、未溶融アルミニウム繊維内部へのＭｇの拡散を阻害し、Ｍｇのアルミニウム繊維内部への拡散速度を遅くする効果がある。これは、ＭｇのＦｅ中への固溶度が非常に小さいためである。これにより、焼結時において、Ｍｇが一時的にアルミニウム繊維表面に高濃度で分布している状態となり、アルミニウム繊維の表面のみで、アルミニウムの融点降下効果が起こり、結果、固着したアルミニウム繊維同士での焼結を促進させることができる。
ここで、本発明の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法においては、前記焼結用アルミニウム原料形成工程において、複数の前記アルミニウム繊維の外表面にさらにＦｅ粉を固着させ、前記焼結用アルミニウム原料中の前記Ｆｅ粉の含有量を、０．０１質量％以上３．００質量％以下としてもよい。
本発明の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる部材本体と、複数のアルミニウム繊維が焼結されてなるアルミニウム多孔質焼結体と、が接合されてなる多孔質アルミニウム複合部材の製造方法であって、前記アルミニウム繊維は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上，２５００以下の範囲内とされており、複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、Ｓｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方と、を固着して焼結用アルミニウム原料を形成し、前記焼結用アルミニウム原料を前記部材本体と接触させ、前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結することにより、前記多孔質アルミニウム焼結体を形成するとともに、前記多孔質アルミニウム焼結体と前記部材本体とを接合する方法において、前記焼結用アルミニウム原料におけるＦｅの含有量が０．０１質量％以上３．００質量％以下であり、前記焼結用アルミニウム原料中において、Ｓｉ粉および前記Ｓｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量がＳｉ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量がＭｇ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料積層工程では、嵩密度ＤＰを前記アルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数の前記焼結用アルミニウム原料を積層配置し、前記焼結工程では、前記焼結用アルミニウム原料および前記部材本体を加熱して焼結する際に不活性ガス雰囲気下において５６５℃〜６５５℃の範囲の温度で焼結することを特徴としている。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にＳｉもしくは／およびＭｇ成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加するＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１３．００質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１３．００質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのＳｉもしくは／およびＭｇ成分が、それぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようにする。
ただし、前記アルミニウム繊維中に合金成分として既にＳｉもしくは／およびＭｇ成分が含有されている場合には、前記アルミニウム繊維の他に添加するＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１３．００質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１３．００質量％以下とし、前記焼結用アルミニウム原料全体でのＳｉもしくは／およびＭｇ成分が、それぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようにする。
この構成の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法においては、上述の気孔率が高く強度に優れた多孔質アルミニウム焼結体を備えることになり、伝熱特性等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム複合部材を製造することが可能となる。
本発明によれば、気孔率が高く十分な強度を有する多孔質アルミニウム焼結体、多孔質アルミニウム複合部材、多孔質アルミニウム焼結体の製造方法、および多孔質アルミニウム複合部材の製造方法を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０、多孔質アルミニウム複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
＜多孔質アルミニウム焼結体＞
図１に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を示す。図１に示すように、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０は、複数のアルミニウム繊維１１が焼結されて一体化されたものである。また本実施形態では、その気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内に設定されたものとされている。
図１に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を示す。図１に示すように、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０は、複数のアルミニウム繊維１１が焼結されて一体化されたものである。また本実施形態では、その気孔率が５０％以上９０％以下の範囲内に設定されたものとされている。
本発明において気孔率（見掛気孔率 Ｐ）は、多孔質アルミニウム焼結体の質量ｍ（ｇ）、体積Ｖ（ｃｍ３）、焼結用アルミニウム原料の真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式により算出できる。
見掛気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ÷（Ｖ×ｄ）））×１００
なお、真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、精密天秤を用いて、水中法によって測定できる。
見掛気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ÷（Ｖ×ｄ）））×１００
なお、真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、精密天秤を用いて、水中法によって測定できる。
ここで、アルミニウム繊維１１は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされている。
（直径Ｒ）
アルミニウム繊維１１の直径Ｒが０．０２ｍｍ未満の場合には、アルミニウム繊維同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、アルミニウム繊維１１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、アルミニウム繊維同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とする。なお、さらなる焼結強度の向上を図る場合には、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．０５ｍｍ以上とすることが好ましく、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
アルミニウム繊維１１の直径Ｒが０．０２ｍｍ未満の場合には、アルミニウム繊維同士の接合面積が小さく、焼結強度が不足するおそれがある。一方、アルミニウム繊維１１の直径Ｒが１．０ｍｍを超える場合には、アルミニウム繊維同士が接触する接点の数が不足し、やはり、焼結強度が不足するおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とする。なお、さらなる焼結強度の向上を図る場合には、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．０５ｍｍ以上とすることが好ましく、アルミニウム繊維１１の直径Ｒを０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
（長さＬと直径Ｒとの比：Ｌ／Ｒ）
アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、後述する多孔質アルミニウム焼結体の製造方法において、積層配置したときの嵩密度ＤＰをアルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下とすることが難しく、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるおそれがある。一方、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２５００を超える場合には、アルミニウム繊維を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上２５００以下の範囲内とする。なお、さらなる気孔率の向上を図る場合には、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを１０以上とすることが好ましい。また、より均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体１０を得るためには、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを５００以下とすることが好ましい。
アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４未満の場合には、後述する多孔質アルミニウム焼結体の製造方法において、積層配置したときの嵩密度ＤＰをアルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下とすることが難しく、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるおそれがある。一方、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが２５００を超える場合には、アルミニウム繊維を均一に分散させることができなくなり、均一な気孔率を有する多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを４以上２５００以下の範囲内とする。なお、さらなる気孔率の向上を図る場合には、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを１０以上とすることが好ましい。また、より均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体１０を得るためには、アルミニウム繊維１１の長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒを５００以下とすることが好ましい。
（合金相）
図２に、多孔質アルミニウム焼結体１０における結合部１５のＳＥＭ観察及び組成分析結果を示す。
図２に示すように、多孔質アルミニウム焼結体１０において、アルミニウム繊維１１同士の結合部１５の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相（図中「Ａ相」）、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相（図中「Ｂ相」）が存在している。すなわち、本実施形態では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在している部分において、アルミニウム繊維１１、１１同士が結合している。
なお、結合部１５の表層にもＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在するが、このように表層に存在する合金相は、アルミニウム繊維同士の結合に直接影響を及ぼすものではない。
また、図２に示す結合部１５の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相ともに生成しているが、本発明では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの少なくとも一方の合金相が存在していればよい。つまり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの少なくとも一方が存在していれば、結合部１５の強度の強化に作用させることができ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
図２に、多孔質アルミニウム焼結体１０における結合部１５のＳＥＭ観察及び組成分析結果を示す。
図２に示すように、多孔質アルミニウム焼結体１０において、アルミニウム繊維１１同士の結合部１５の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相（図中「Ａ相」）、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相（図中「Ｂ相」）が存在している。すなわち、本実施形態では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在している部分において、アルミニウム繊維１１、１１同士が結合している。
なお、結合部１５の表層にもＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在するが、このように表層に存在する合金相は、アルミニウム繊維同士の結合に直接影響を及ぼすものではない。
また、図２に示す結合部１５の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相ともに生成しているが、本発明では、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの少なくとも一方の合金相が存在していればよい。つまり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの少なくとも一方が存在していれば、結合部１５の強度の強化に作用させることができ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
（Ｍｇ：０．０５質量％以上１５．００質量％以下）
後に詳述するが、本実施形態に係る多孔質アルミニウム原料中には、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。アルミニウム繊維にＭｇ成分が含有されている場合、すなわちＭｇ成分が含有されているアルミニウム合金繊維を用いる場合には、アルミニウム合金繊維に含まれるＭｇとは別に、原料中にＭｇが０．０５質量％以上１３．００質量％以下添加されており、アルミニウム合金繊維に含まれるＭｇと合わせて、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。一方、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＭｇの添加量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
Ｍｇは、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を脆くして破壊しやすくすることで焼結結合を促進する働きがある。
また、アルミニウム繊維表面に固着したＭｇがマトリクスのアルミニウム繊維１１（純アルミもしくはアルミ合金）と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｍｇ無添加時(すなわちＭｇの固着が無い場合)に比べて、より低温で液相が生じることにより焼結が促進される。
しかしながら、Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満だと前述の焼結改善効果が十分見られない。またＭｇの含有量が１５．００質量％超では、液相線温度がアルミニウムの融点に対して著しく低下するため、アルミニウム繊維１１を積層した際、この積層体内部で部分的な溶融が起こりやすくなり、均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるとともに、多孔質アルミニウム複合部材を製造する製造する際に部材本体との接合も困難となる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｍｇの含有量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。なお、焼結性の改善のためには、Ｍｇの含有量を０．３０質量％以上とすることが好ましい。また、気孔率が均一な多孔質アルミニウム焼結体１０を得るためには、Ｍｇの含有量を５．００質量％以下とすることが好ましい。
後に詳述するが、本実施形態に係る多孔質アルミニウム原料中には、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。アルミニウム繊維にＭｇ成分が含有されている場合、すなわちＭｇ成分が含有されているアルミニウム合金繊維を用いる場合には、アルミニウム合金繊維に含まれるＭｇとは別に、原料中にＭｇが０．０５質量％以上１３．００質量％以下添加されており、アルミニウム合金繊維に含まれるＭｇと合わせて、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。一方、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＭｇの添加量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
Ｍｇは、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜を脆くして破壊しやすくすることで焼結結合を促進する働きがある。
また、アルミニウム繊維表面に固着したＭｇがマトリクスのアルミニウム繊維１１（純アルミもしくはアルミ合金）と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｍｇ無添加時(すなわちＭｇの固着が無い場合)に比べて、より低温で液相が生じることにより焼結が促進される。
しかしながら、Ｍｇの含有量が０．０５質量％未満だと前述の焼結改善効果が十分見られない。またＭｇの含有量が１５．００質量％超では、液相線温度がアルミニウムの融点に対して著しく低下するため、アルミニウム繊維１１を積層した際、この積層体内部で部分的な溶融が起こりやすくなり、均一な気孔率を備えた多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることが困難となるとともに、多孔質アルミニウム複合部材を製造する製造する際に部材本体との接合も困難となる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｍｇの含有量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。なお、焼結性の改善のためには、Ｍｇの含有量を０．３０質量％以上とすることが好ましい。また、気孔率が均一な多孔質アルミニウム焼結体１０を得るためには、Ｍｇの含有量を５．００質量％以下とすることが好ましい。
（Ｓｉ：０．０５質量％以上１５．００質量％以下）
本実施形態に係る多孔質アルミニウム原料中には、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。アルミニウム繊維にＳｉ成分が含有されている場合、すなわちＳｉ成分が含有されているアルミニウム合金繊維を用いる場合には、アルミニウム合金繊維に含まれるＳｉとは別に、原料中にＳｉが０．０５質量％以上１３．００質量％以下添加されており、アルミニウム合金繊維に含まれるＳｉと合わせて、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。一方、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＳｉの添加量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
Ｓｉは、５６５℃以上でアルミニウム繊維表面に固着したＳｉがマトリクスのアルミニウム繊維１１（純アルミもしくはアルミ合金）と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｓｉ無添加時(すなわちＳｉの固着が無い場合)に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることによって焼結が促進される。
しかしながら、Ｓｉの含有量が０．０５質量％未満だと前述の焼結改善効果が十分得られない。またＳｉの含有量が１５．００質量％超では、液相温度がアルミニウムの融点以上に上昇し、液相焼結を阻害し焼結性を悪化させる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｓｉの含有量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。なお、焼結性の改善のためには、Ｓｉの含有量を０．３０質量％以上とすることが好ましい。また、気孔率が均一な多孔質焼結体を得るためには、Ｓｉの含有量を５．００質量％以下とすることが好ましい。
本実施形態に係る多孔質アルミニウム原料中には、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。アルミニウム繊維にＳｉ成分が含有されている場合、すなわちＳｉ成分が含有されているアルミニウム合金繊維を用いる場合には、アルミニウム合金繊維に含まれるＳｉとは別に、原料中にＳｉが０．０５質量％以上１３．００質量％以下添加されており、アルミニウム合金繊維に含まれるＳｉと合わせて、最終的に得られる多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。一方、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＳｉの添加量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
Ｓｉは、５６５℃以上でアルミニウム繊維表面に固着したＳｉがマトリクスのアルミニウム繊維１１（純アルミもしくはアルミ合金）と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｓｉ無添加時(すなわちＳｉの固着が無い場合)に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることによって焼結が促進される。
しかしながら、Ｓｉの含有量が０．０５質量％未満だと前述の焼結改善効果が十分得られない。またＳｉの含有量が１５．００質量％超では、液相温度がアルミニウムの融点以上に上昇し、液相焼結を阻害し焼結性を悪化させる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｓｉの含有量を０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。なお、焼結性の改善のためには、Ｓｉの含有量を０．３０質量％以上とすることが好ましい。また、気孔率が均一な多孔質焼結体を得るためには、Ｓｉの含有量を５．００質量％以下とすることが好ましい。
（Ｆｅ：０．０１質量％以上３．００質量％以下）
多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれている。
Ｆｅは、Ｆｅ単体での融点降下効果は小さいが、ＭｇおよびＳｉと共に添加される事によりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相を形成して、前記のＭｇおよびＳｉの効果を強化する働きがある。
しかしながら、Ｆｅ含有量が０．０１質量％未満では前述の効果が十分に得られず、一方、Ｆｅ含有量が３．００質量％超では、溶融部において、高融点の金属間化合物であるＦｅ３Ａｌを形成しやすくなり、液相焼結性を悪化させる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｆｅの含有量を０．０１質量％以上３．００質量％以下とする。なお、Ｓｉ、Ｍｇの効果をより強化するためには、Ｆｅの含有量を０．０２質量％以上とすることが好ましい。また、Ｆｅ３Ａｌの形成を抑制し、焼結性の悪化を防止するためには、Ｆｅの含有量を１．００質量％以下とすることが好ましい。
多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれている。
Ｆｅは、Ｆｅ単体での融点降下効果は小さいが、ＭｇおよびＳｉと共に添加される事によりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相を形成して、前記のＭｇおよびＳｉの効果を強化する働きがある。
しかしながら、Ｆｅ含有量が０．０１質量％未満では前述の効果が十分に得られず、一方、Ｆｅ含有量が３．００質量％超では、溶融部において、高融点の金属間化合物であるＦｅ３Ａｌを形成しやすくなり、液相焼結性を悪化させる。そのため、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０では、Ｆｅの含有量を０．０１質量％以上３．００質量％以下とする。なお、Ｓｉ、Ｍｇの効果をより強化するためには、Ｆｅの含有量を０．０２質量％以上とすることが好ましい。また、Ｆｅ３Ａｌの形成を抑制し、焼結性の悪化を防止するためには、Ｆｅの含有量を１．００質量％以下とすることが好ましい。
本実施形態では、アルミニウム繊維１１には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。アルミニウム繊維１１の形状については、直線状、曲線状など任意であるが、アルミニウム繊維１１の少なくとも一部に、ねじり加工や曲げ加工等により所定の形状付与加工をされたものを用いると、アルミニウム繊維１１同士の間の空隙形状を立体的かつ等方的に形成させることができ、その結果、アルミニウム多孔質焼結体の伝熱特性等の各種特性の等方性向上に繋がる。
＜多孔質アルミニウム焼結体の製造方法＞
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する方法について、図３のフロー図等を参照して説明する。
具体的な製造工程を説明する前に、まず、多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料２０について説明する。
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する方法について、図３のフロー図等を参照して説明する。
具体的な製造工程を説明する前に、まず、多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料２０について説明する。
この焼結用アルミニウム原料２０は、図４に示すように、Ｓｉ粉（Ｓｉ粉末粒子）２２ａおよびＳｉ合金粉（Ｓｉ合金粉末粒子）２２ｂのいずれか一方または両方と、Ｍｇ粉（Ｍｇ粉末粒子）２３ａおよびＭｇ合金粉（Ｍｇ合金粉末粒子）２３ｂのいずれか一方または両方がアルミニウム繊維１１の外表面に固着されてなるものである。なお図４ではＳｉ粉２２ａ、Ｓｉ合金粉２２ｂ、Ｍｇ粉２３ａおよびＭｇ合金粉２３ｂのすべてを固着した場合を示している。
ここで、アルミニウム繊維１１としてアルミニウム合金を用いた場合、合金成分としてＭｇ、Ｓｉを含有している場合がある。本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料２０には、これとは別にＭｇ粉および／またはＭｇ合金粉、Ｓｉ粉および／またはＳｉ合金粉が添加されており、その添加量をそれぞれ０．０５質量％以上１３．００質量％以下とする。アルミニウム合金繊維に含まれるＳｉ，およびＭｇを合わせた焼結用アルミニウム原料２０全体での組成は、Ｍｇを０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上１５．００量％以下含有した組成とされる。
なお、上述したように、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＭｇ，Ｓｉの添加量をそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
すなわち、焼結用アルミニウム原料２０全体のＳｉ，Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようＭｇ粉および／またはＭｇ合金粉、Ｓｉ粉および／またはＳｉ合金粉を添加することが重要である。
なお、上述したように、アルミニウム繊維として純アルミニウムを用いる場合は、原料中へのＭｇ，Ｓｉの添加量をそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下とする。
すなわち、焼結用アルミニウム原料２０全体のＳｉ，Ｍｇの含有量がそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下となるようＭｇ粉および／またはＭｇ合金粉、Ｓｉ粉および／またはＳｉ合金粉を添加することが重要である。
Ｍｇ合金粉２３の種類としては特に限定することなく、一般的なＭｇ合金（例えば、Ａｌ−Ｍｇ合金等）からなるものを用いることが可能である。
また、Ｓｉ合金粉２３の種類としては特に限定することなく、一般的なＳｉ合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｔｉ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金等）からなるものを用いることが可能である。
また、Ｓｉ合金粉２３の種類としては特に限定することなく、一般的なＳｉ合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ｔｉ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金等）からなるものを用いることが可能である。
アルミニウム繊維１１は、純アルミニウムおよび一般的なアルミニウム合金のいずれも好適に用いることが可能である。
アルミニウム繊維１１としてアルミニウム合金を用いる場合、例えば、ＪＩＳに規定されるＡ３００３合金(Ａｌ−０．６質量％Ｓｉ−０．７質量％Ｆｅ−０．１質量％Ｃｕ−１．５質量％Ｍｎ−０．１質量％Ｚｎ合金)やＡ５０５２合金（Ａｌ−０．２５質量％Ｓｉ−０．４０質量％Ｆｅ−０．１０質量％Ｃｕ−０．１０質量％Ｍｎ―２．５質量％Ｍｇ合金―０．２質量％Ｃｒ―０．１質量％Ｚｎ合金）などを例示できる。
アルミニウム繊維１１としてアルミニウム合金を用いる場合、例えば、ＪＩＳに規定されるＡ３００３合金(Ａｌ−０．６質量％Ｓｉ−０．７質量％Ｆｅ−０．１質量％Ｃｕ−１．５質量％Ｍｎ−０．１質量％Ｚｎ合金)やＡ５０５２合金（Ａｌ−０．２５質量％Ｓｉ−０．４０質量％Ｆｅ−０．１０質量％Ｃｕ−０．１０質量％Ｍｎ―２．５質量％Ｍｇ合金―０．２質量％Ｃｒ―０．１質量％Ｚｎ合金）などを例示できる。
また、アルミニウム繊維１１として、その外表面に、純アルミニウム粉末（不図示）および／またはアルミニウム合金粉末（不図示）が付着したものであってもよく、目的に応じて、所望の組成となるよう調整してよい。アルミニウム繊維１１の外表面にアルミニウム合金粉末を付着させる場合、その種類は特に限定せず、例えば、ＪＩＳ Ａ３００３合金からなる粉末等を用いることができる。
また、焼結用アルミニウム原料２０は、０．０１質量％以上３質量％以下のＦｅを含むが、当該Ｆｅは、アルミニウム繊維１１中に含まれるＦｅであってもよく、アルミニウム繊維１１中に含まれるＦｅとは別のＦｅが添加されていてもよい。
つまり、焼結用アルミニウム原料２０を作成する際、アルミニウム繊維１１中のＦｅとは別にさらにＦｅを含有させるか否かは問わず、焼結用アルミニウム原料２０全体として０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅが含有されていれば本発明の効果は発揮される。
なお、Ｆｅは焼結時にアルミニウム繊維中に固溶、もしくはＭｇによる溶融部に存在することでＭｇの拡散抑制効果を発揮する。さらにＦｅはＡｌへの固溶度が低く、偏析しやすいこと。つまり、アルミニウム繊維中に予め含有していたとしても、当該Ｆｅは繊維表面に偏在し、Ｆｅ粉末を繊維外表面に固着させた場合と同様の効果が得られる。かつ、Ｆｅをアルミニウム繊維中に予め含有させておくことで、Ｆｅを粉末状態で添加する場合に比べてより均一な分布状態が得られることから、Ｆｅはアルミニウム繊維中に予め合金元素として添加しておく方が望ましい。
つまり、焼結用アルミニウム原料２０を作成する際、アルミニウム繊維１１中のＦｅとは別にさらにＦｅを含有させるか否かは問わず、焼結用アルミニウム原料２０全体として０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅが含有されていれば本発明の効果は発揮される。
なお、Ｆｅは焼結時にアルミニウム繊維中に固溶、もしくはＭｇによる溶融部に存在することでＭｇの拡散抑制効果を発揮する。さらにＦｅはＡｌへの固溶度が低く、偏析しやすいこと。つまり、アルミニウム繊維中に予め含有していたとしても、当該Ｆｅは繊維表面に偏在し、Ｆｅ粉末を繊維外表面に固着させた場合と同様の効果が得られる。かつ、Ｆｅをアルミニウム繊維中に予め含有させておくことで、Ｆｅを粉末状態で添加する場合に比べてより均一な分布状態が得られることから、Ｆｅはアルミニウム繊維中に予め合金元素として添加しておく方が望ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料２０は、０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅを含み、かつアルミニウム繊維中のＳｉ、Ｍｇに加え別のＳｉ、Ｍｇをそれぞれ０．０５質量％以上１３．００質量％以下（原料全体で０．０５質量％以上１５．００質量％以下）含み、残部が不可避不純物とされた組成であるが、前述の元素以外でも、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、含有されていてもよい。
Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、および必要に応じて用いるＦｅ粉末粒子は、後述する「焼結用アルミニウム原料形成工程」においてアルミニウム繊維表面に均一に固着し、「焼結工程」で焼結することで局所的な融点低下効果を発揮し、焼結強度を強化する働きがある。強固かつ均質な多孔質アルミニウム焼結体を得るためには、「焼結用アルミニウム原料形成工程」において、Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子をアルミニウム繊維１１と均一に混合でき、かつ、アルミニウム繊維表面に強固に固着させうるサイズとすることが望ましい。
具体的には、Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径は、０．００１ｍｍ〜０．５ｍｍ、かつアルミニウム繊維１１直径Ｒに対して、０．０１〜０．５の比率が望ましい。Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ末粒子の平均粒径が０．００１ｍｍ未満では、焼結時に酸化が進行し、必要な融点降下効果が発揮できない。一方、Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径が０．５ｍｍ超では、所定の量を添加したとしても添加粒子の数が少なく、十分な混合効果が得られない。さらに、焼結時における局所的な溶融(影響)範囲が大きくなり、気孔率の制御が困難になるという問題がある。
また、アルミニウム繊維１１の直径Ｒに対する、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径の比率が０．０１以下だと、混合時に粉末とアルミニウム繊維が分離しやすくなる。また、当該比率が０．５以上だとアルミニウム繊維径Ｒに対して粒子径が大きすぎ、十分な固着効果が得られない。
具体的には、Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径は、０．００１ｍｍ〜０．５ｍｍ、かつアルミニウム繊維１１直径Ｒに対して、０．０１〜０．５の比率が望ましい。Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ末粒子の平均粒径が０．００１ｍｍ未満では、焼結時に酸化が進行し、必要な融点降下効果が発揮できない。一方、Ｍｇ粉末粒子、Ｍｇ合金粉末粒子、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径が０．５ｍｍ超では、所定の量を添加したとしても添加粒子の数が少なく、十分な混合効果が得られない。さらに、焼結時における局所的な溶融(影響)範囲が大きくなり、気孔率の制御が困難になるという問題がある。
また、アルミニウム繊維１１の直径Ｒに対する、Ｓｉ粉末粒子、Ｓｉ合金粉末粒子、およびＦｅ粉末粒子の平均粒径の比率が０．０１以下だと、混合時に粉末とアルミニウム繊維が分離しやすくなる。また、当該比率が０．５以上だとアルミニウム繊維径Ｒに対して粒子径が大きすぎ、十分な固着効果が得られない。
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の製造方法における各工程について、図３のフロー図等を参照して説明する。
「焼結用アルミニウム原料形成工程」
まず、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料２０を製造する焼結用アルミニウム原料形成工程を行う。
なお、本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料形成工程は、図３に示すように、アルミニウム繊維１１と、Ｍｇ粉末粒子およびＭｇ合金粉末粒子の少なくともいずれか一方と、Ｓｉ粉末およびＳｉ合金粉末の少なくともいずれか一方とを、バインダーとともに混合する混合工程Ｓ０１と、混合工程Ｓ０１で得られた混合物を乾燥する乾燥工程Ｓ０２と、を備えている
まず、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の原料となる焼結用アルミニウム原料２０を製造する焼結用アルミニウム原料形成工程を行う。
なお、本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料形成工程は、図３に示すように、アルミニウム繊維１１と、Ｍｇ粉末粒子およびＭｇ合金粉末粒子の少なくともいずれか一方と、Ｓｉ粉末およびＳｉ合金粉末の少なくともいずれか一方とを、バインダーとともに混合する混合工程Ｓ０１と、混合工程Ｓ０１で得られた混合物を乾燥する乾燥工程Ｓ０２と、を備えている
「混合工程」
常温にて、アルミニウム繊維１１と、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、Ｓｉ粉末およびＳｉ合金粉末のいずれか一方または両方と、を混合する（混合工程Ｓ０１）。
なおここで、多孔質アルミニウム焼結体１０の組成においてアルミニウム繊維１１中のＦｅとは別のＦｅを含有させる場合は、この混合工程において、他の粉末とあわせてＦｅ粉も混合する。Ｆｅ粉は特に限定せず、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉でもよい。
常温にて、アルミニウム繊維１１と、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、Ｓｉ粉末およびＳｉ合金粉末のいずれか一方または両方と、を混合する（混合工程Ｓ０１）。
なおここで、多孔質アルミニウム焼結体１０の組成においてアルミニウム繊維１１中のＦｅとは別のＦｅを含有させる場合は、この混合工程において、他の粉末とあわせてＦｅ粉も混合する。Ｆｅ粉は特に限定せず、Ｆｅ−Ｍｎ等の合金粉でもよい。
混合する際にはバインダー溶液を噴霧する。なお、バインダーとしては、大気中で５００℃に加熱した際に燃焼・分解されるものが好ましく、具体的には、アクリル系樹脂、セルロース系高分子体を用いることが好ましい。また、バインダーの溶剤としては、水系、アルコール系、有機溶剤系の各種溶剤を用いることができる。
この混合工程Ｓ０１においては、例えば、自動乳鉢、パン型転動造粒機、シェーカーミキサー、ポットミル、ハイスピードミキサー、Ｖ型ミキサー等の各種混合機を用いて、アルミニウム繊維１１とＭｇ粉末とＳｉ粉末とＦｅ粉末とを流動させながら混合する。
「乾燥工程」
次に、混合工程Ｓ０１で得られた混合体を乾燥する（乾燥工程Ｓ０２）。
この混合工程Ｓ０１及び乾燥工程Ｓ０２により、図４に示すように、アルミニウム繊維１１の外表面にＭｇ粉２３ａ、Ｍｇ合金粉２３ｂ、Ｓｉ粉２２ａおよびＳｉ合金粉２３ｂ、ならびに必要に応じてＦｅ粉（不図示）が分散されて固着されることになり、本実施形態である焼結用アルミニウム原料２０が製造される。
次に、混合工程Ｓ０１で得られた混合体を乾燥する（乾燥工程Ｓ０２）。
この混合工程Ｓ０１及び乾燥工程Ｓ０２により、図４に示すように、アルミニウム繊維１１の外表面にＭｇ粉２３ａ、Ｍｇ合金粉２３ｂ、Ｓｉ粉２２ａおよびＳｉ合金粉２３ｂ、ならびに必要に応じてＦｅ粉（不図示）が分散されて固着されることになり、本実施形態である焼結用アルミニウム原料２０が製造される。
次に、上述のようにして得られた焼結用アルミニウム原料２０を用いて多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する。
具体的には、焼結用アルミニウム原料２０を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程Ｓ０３と、バインダーを除去する脱バインダー工程Ｓ０４と、積層された焼結用アルミニウム原料２０を加熱して焼結する焼結工程Ｓ０５を行い、多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する。
具体的には、焼結用アルミニウム原料２０を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程Ｓ０３と、バインダーを除去する脱バインダー工程Ｓ０４と、積層された焼結用アルミニウム原料２０を加熱して焼結する焼結工程Ｓ０５を行い、多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する。
ここで、本実施形態では、図５に示す連続焼結装置３０を用いて、例えば幅：３００ｍｍ×厚さ：１〜５ｍｍ×長さ：２０ｍの長尺のシート状多孔質アルミニウム焼結体１０を製造する。
この連続焼結装置３０は、焼結用アルミニウム原料２０を均一に散布する原料散布機３１と、原料散布機３１から供給された焼結用アルミニウム原料２０を保持するカーボンシート３２と、このカーボンシート３２を駆動する搬送ローラ３３と、カーボンシート３２とともに搬送される焼結用アルミニウム原料２０を加熱してバインダーを除去する脱脂炉３４と、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料２０を加熱して焼結する焼成炉３５と、を備えている。
この連続焼結装置３０は、焼結用アルミニウム原料２０を均一に散布する原料散布機３１と、原料散布機３１から供給された焼結用アルミニウム原料２０を保持するカーボンシート３２と、このカーボンシート３２を駆動する搬送ローラ３３と、カーボンシート３２とともに搬送される焼結用アルミニウム原料２０を加熱してバインダーを除去する脱脂炉３４と、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料２０を加熱して焼結する焼成炉３５と、を備えている。
「焼結用アルミニウム原料積層工程」
まず、原料散布機３１から、カーボンシート３２上に向けて、焼結用アルミニウム原料２０を散布し、焼結用アルミニウム原料２０を積層配置する（焼結用アルミニウム原料積層工程Ｓ０３）。
カーボンシート３２上に積層された焼結用アルミニウム原料２０は、進行方向Ｆに向けて移動する際に、カーボンシート３２の幅方向に広がって厚さが均一化され、シート状に成形される。このとき、荷重を加えていないことから、焼結用アルミニウム原料２０中のアルミニウム繊維１１，１１同士の間には空隙が形成される。
まず、原料散布機３１から、カーボンシート３２上に向けて、焼結用アルミニウム原料２０を散布し、焼結用アルミニウム原料２０を積層配置する（焼結用アルミニウム原料積層工程Ｓ０３）。
カーボンシート３２上に積層された焼結用アルミニウム原料２０は、進行方向Ｆに向けて移動する際に、カーボンシート３２の幅方向に広がって厚さが均一化され、シート状に成形される。このとき、荷重を加えていないことから、焼結用アルミニウム原料２０中のアルミニウム繊維１１，１１同士の間には空隙が形成される。
ここで、この焼結用アルミニウム原料積層工程Ｓ０３では、充填後の嵩密度ＤＰがアルミニウム繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数のアルミニウム繊維１１を積層配置する。なお、本実施形態では、アルミニウム繊維１１にねじり加工や曲げ加工等の形状付与加工が施されているので、積層時にアルミニウム繊維１１同士の間に立体的かつ等方的な空隙が確保されることになる。
「脱バインダー工程」
次に、カーボンシート３２上においてシート状に成形された焼結用アルミニウム原料２０は、カーボンシート３２とともに脱脂炉３４内に装入され、所定温度に加熱されることによってバインダーが除去される（脱バインダー工程Ｓ０４）。
ここで、脱バインダー工程Ｓ０４においては、大気雰囲気中で、３５０〜５００℃の温度範囲で０．５〜５分間保持し、焼結用アルミニウム原料２０中のバインダーを除去する。なお、本実施形態では、上述のように、アルミニウム繊維１１の外表面にＭｇ粉２３ａ、Ｍｇ合金粉２３ｂ、Ｓｉ粉２２ａおよびＳｉ合金粉２３ｂ、ならびに必要に応じてＦｅ粉を固着する目的でのみバインダーを用いていることから、粘性組成物に比べてバインダーの含有量が極めて少なく、短時間でバインダーを十分に除去することが可能である。
次に、カーボンシート３２上においてシート状に成形された焼結用アルミニウム原料２０は、カーボンシート３２とともに脱脂炉３４内に装入され、所定温度に加熱されることによってバインダーが除去される（脱バインダー工程Ｓ０４）。
ここで、脱バインダー工程Ｓ０４においては、大気雰囲気中で、３５０〜５００℃の温度範囲で０．５〜５分間保持し、焼結用アルミニウム原料２０中のバインダーを除去する。なお、本実施形態では、上述のように、アルミニウム繊維１１の外表面にＭｇ粉２３ａ、Ｍｇ合金粉２３ｂ、Ｓｉ粉２２ａおよびＳｉ合金粉２３ｂ、ならびに必要に応じてＦｅ粉を固着する目的でのみバインダーを用いていることから、粘性組成物に比べてバインダーの含有量が極めて少なく、短時間でバインダーを十分に除去することが可能である。
「焼結工程」
次に、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料２０は、カーボンシート３２とともに焼成炉３５内に装入され、所定温度に加熱されることによって焼結される（焼結工程Ｓ０５）。
この焼結工程Ｓ０５においては、不活性ガス雰囲気中で、５６５℃〜６５５℃の温度範囲で０．５〜６０分間保持することにより実施される。焼結用アルミニウム原料２０中のＭｇ、Ｓｉの含有量に応じて、最適な焼結温度は変動するが、高強度かつ均一な焼結を実現するため、焼結温度はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉの３元共晶温度である５６５℃以上とし、また、生じた液相が、融液同士の結合による急速な焼結収縮の進行を防ぐため焼結温度は６５５℃以下とする。なお、保持時間は１分〜２０分間とすることが好ましい。
次に、バインダーが除去された焼結用アルミニウム原料２０は、カーボンシート３２とともに焼成炉３５内に装入され、所定温度に加熱されることによって焼結される（焼結工程Ｓ０５）。
この焼結工程Ｓ０５においては、不活性ガス雰囲気中で、５６５℃〜６５５℃の温度範囲で０．５〜６０分間保持することにより実施される。焼結用アルミニウム原料２０中のＭｇ、Ｓｉの含有量に応じて、最適な焼結温度は変動するが、高強度かつ均一な焼結を実現するため、焼結温度はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉの３元共晶温度である５６５℃以上とし、また、生じた液相が、融液同士の結合による急速な焼結収縮の進行を防ぐため焼結温度は６５５℃以下とする。なお、保持時間は１分〜２０分間とすることが好ましい。
この焼結工程Ｓ０５においては、焼結用アルミニウム原料２０中のアルミニウム繊維１１の一部は溶融することになるが、アルミニウム繊維１１の表面には酸化被膜が形成されていることから、溶融したアルミニウムが酸化被膜によって保持され、アルミニウム繊維１１の形状が維持される。
そして、アルミニウム繊維１１の外表面のうちＭｇ粉２３ａ、Ｍｇ合金粉２３ｂ、Ｓｉ粉２２ａおよびＳｉ合金粉２３ｂが固着された部分においては、ＭｇがＡｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として働き、酸化被膜が破壊されやすくなる結果、焼結結合が促進される。
また、アルミニウム繊維表面に固着したＭｇ、Ｓｉがアルミニウム繊維１１と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的な融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｍｇ、Ｓｉ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることにより焼結が促進され強度が向上する。
また、焼結用アルミニウム原料２０中のＦｅは、焼結時にアルミニウム繊維１１中に固溶、もしくはＭｇ添加により生成された局所溶融部に存在することでＭｇの拡散抑制効果を発揮する。
さらに、焼結用アルミニウム原料２０中のＦｅは、Ｓｉと共に含有される事によりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相もしくはＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相として、前記のＭｇおよびＳｉの効果を強化し、より焼結が促進され強度を向上させることができる。
また、アルミニウム繊維表面に固着したＭｇ、Ｓｉがアルミニウム繊維１１と局所的に反応する事で、固着部近傍において局所的な融点降下効果を引き起こす。その結果、Ｍｇ、Ｓｉ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることにより焼結が促進され強度が向上する。
また、焼結用アルミニウム原料２０中のＦｅは、焼結時にアルミニウム繊維１１中に固溶、もしくはＭｇ添加により生成された局所溶融部に存在することでＭｇの拡散抑制効果を発揮する。
さらに、焼結用アルミニウム原料２０中のＦｅは、Ｓｉと共に含有される事によりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相もしくはＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相として、前記のＭｇおよびＳｉの効果を強化し、より焼結が促進され強度を向上させることができる。
以上のような構成とされた本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０によれば、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされたアルミニウム繊維１１が焼結されることで構成されているので、アルミニウム繊維１１同士の間に十分な空隙が確保され、気孔率が５０〜９０％と高く、十分な引張強度を有する多孔質アルミニウム焼結体を得ることができる。
また、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体中１０には、Ａｌ２Ｏ３の酸化被膜の還元剤として作用するＭｇ、および局所的なマトリクスの融点降下効果を引き起こすＳｉがそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下含まれていることから、酸化被膜を容易に破壊しやすくなり、焼結結合を促進させることができる。そしてその結果、アルミニウム繊維の融点より、有意に低温での焼結が可能となるため、焼結収縮が抑制され、気孔率の高い多孔質アルミニウム焼結体１０を得ることができる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｍｇ、ＳｉとあわせてＦｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれていることから、前述のＭｇおよびＳｉ添加による作用をより強めることができ、結果、焼結性を向上させ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
そして、アルミニウム繊維１１同士の結合部１５にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、この合金相によって結合部１５が強化されることになり、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
さらに、多孔質アルミニウム焼結体１０中には、Ｍｇ、ＳｉとあわせてＦｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含まれていることから、前述のＭｇおよびＳｉ添加による作用をより強めることができ、結果、焼結性を向上させ、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を高めることが可能となる。
そして、アルミニウム繊維１１同士の結合部１５にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在しているので、この合金相によって結合部１５が強化されることになり、多孔質アルミニウム焼結体全体の強度を向上させることができる。
また、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１０の製造方法においては、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされたアルミニウム繊維１１と、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方、Ｓｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方を混合してアルミニウム繊維外表面に固着させ、前記原料中に含有されるＭｇ成分が０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉ成分が０．０５〜１５．００質量％とした原料を、嵩密度ＤＰがアルミニウム繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下となるように積層配置する積層工程Ｓ０３を備えているので、焼結工程Ｓ０５においても、アルミニウム繊維１１同士の間の空隙を確保することができ、収縮を抑えることが可能となる。これにより、気孔率の高く寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体１０を製造することができる。
＜多孔質アルミニウム複合部材＞
次に、本発明の実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
図６に、本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００を示す。この多孔質アルミニウム複合部材１００は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板１２０（部材本体）と、このアルミニウム板１２０の表面に接合された多孔質アルミニウム焼結体１１０と、を備えている。
次に、本発明の実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００について、添付した図面を参照して説明する。
図６に、本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００を示す。この多孔質アルミニウム複合部材１００は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板１２０（部材本体）と、このアルミニウム板１２０の表面に接合された多孔質アルミニウム焼結体１１０と、を備えている。
ここで、本実施形態である多孔質アルミニウム焼結体１１０は、上述してきた多孔質アルミニウム焼結体１０と同様に、複数のアルミニウム繊維が焼結されて一体化されたものである。アルミニウム繊維は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされている。また、アルミニウム繊維同士の結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在し、多孔質アルミニウム焼結体１１０中には、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含有され、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有されている。
なお、本実施形態では、アルミニウム繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。
なお、本実施形態では、アルミニウム繊維には、ねじりや曲げ等の形状付与が施されている。
また、部材結合部１５０の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在している。すなわち、本実施形態では、前述の合金相が存在している部分において、アルミニウム板１２０と多孔質アルミニウム焼結体１１０が結合しているのである。
ここで、「部材結合部１５０の内部」とは、アルミニウム板１２０（部材本体）と多孔質アルミニウム焼結体１１０との間に生成された焼結ネック（不図示）の内部を示す。ＳｉおよびＭｇの融点降下効果によってこの焼結ネックの内部に前述の合金相が形成され、その結果、合金相による結合強化が発揮され、強度を向上させることができる。
ここで、「部材結合部１５０の内部」とは、アルミニウム板１２０（部材本体）と多孔質アルミニウム焼結体１１０との間に生成された焼結ネック（不図示）の内部を示す。ＳｉおよびＭｇの融点降下効果によってこの焼結ネックの内部に前述の合金相が形成され、その結果、合金相による結合強化が発揮され、強度を向上させることができる。
次に、本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００を製造する方法について、図７のフロー図を参照して説明する。
まず、部材本体であるアルミニウム板１２０を準備する（アルミニウム板配置工程Ｓ１０１）。
まず、部材本体であるアルミニウム板１２０を準備する（アルミニウム板配置工程Ｓ１０１）。
次に、上述してきた多孔質アルミニウム焼結体１０の製造方法における焼結用アルミニウム原料形成工程（混合工程Ｓ０１、乾燥工程Ｓ０２）と同様に、複数のアルミニウム繊維の外表面に、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、およびＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方と、を固着させて焼結用アルミニウム原料を形成する。
この焼結用アルミニウム原料は、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、およびＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方が、アルミニウム繊維の外表面に固着されてなるものである。
本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料には、アルミニウム繊維中に含まれるＳｉ、Ｍｇとは別にＳｉ、Ｍｇが添加されており、焼結用アルミニウム原料全体での組成は純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維中に含まれる分も含めて、Ｓｉ、Ｍｇをそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有した組成とされている。
なお、この焼結用アルミニウム原料は、０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅを含むが、当該Ｆｅは、アルミニウム繊維中に含まれるＦｅであってもよく、アルミニウム繊維中に含まれるＦｅとは別のＦｅが添加されていてもよい。
この焼結用アルミニウム原料は、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、およびＳｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方が、アルミニウム繊維の外表面に固着されてなるものである。
本実施形態に係る焼結用アルミニウム原料には、アルミニウム繊維中に含まれるＳｉ、Ｍｇとは別にＳｉ、Ｍｇが添加されており、焼結用アルミニウム原料全体での組成は純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維中に含まれる分も含めて、Ｓｉ、Ｍｇをそれぞれ０．０５質量％以上１５．００質量％以下含有した組成とされている。
なお、この焼結用アルミニウム原料は、０．０１質量％以上３．００質量％以下のＦｅを含むが、当該Ｆｅは、アルミニウム繊維中に含まれるＦｅであってもよく、アルミニウム繊維中に含まれるＦｅとは別のＦｅが添加されていてもよい。
次に、このアルミニウム板１２０の表面にアルミニウム繊維を分散させて積層配置する（アルミニウム繊維積層工程Ｓ１０２）。ここで、このアルミニウム繊維積層工程Ｓ１０１では、嵩密度ＤＰがアルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数のアルミニウム繊維を積層配置する。
次に、焼結用アルミニウム原料が積層されたアルミニウム板１２０を、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する（脱バインダー工程Ｓ１０３）。
その後、焼成炉内に装入して、不活性ガス雰囲気で５６５℃〜６５５℃の温度範囲で１〜２０分間保持することで、アルミニウム板１２０上に多孔質アルミニウム焼結体１１０を形成するとともに、多孔質アルミニウム焼結体１１０とアルミニウム板１２０とを接合する（焼結工程Ｓ１０４）。
その後、焼成炉内に装入して、不活性ガス雰囲気で５６５℃〜６５５℃の温度範囲で１〜２０分間保持することで、アルミニウム板１２０上に多孔質アルミニウム焼結体１１０を形成するとともに、多孔質アルミニウム焼結体１１０とアルミニウム板１２０とを接合する（焼結工程Ｓ１０４）。
この焼結工程Ｓ１０４において、アルミニウム板１２０の表面の一部が溶融することになるが、アルミニウム板１２０の表面には酸化被膜が形成されていることから、溶融したアルミニウムが酸化被膜によって保持され、アルミニウム板１２０の形状が維持される。
そして、アルミニウム板１２０の表面のうちＳｉ粉末、Ｓｉ合金粉末、Ｍｇ粉末、Ｍｇ合金粉末が固着された部分においては、Ｓｉ、Ｍｇがアルミニウム板１２０と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的な融点降下効果を引き起こし、Ｓｉ、Ｍｇ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることによって、アルミニウム板１２０と多孔質アルミニウム焼結体１１０とを接合させることができる。
そして、アルミニウム板１２０の表面のうちＳｉ粉末、Ｓｉ合金粉末、Ｍｇ粉末、Ｍｇ合金粉末が固着された部分においては、Ｓｉ、Ｍｇがアルミニウム板１２０と局所的に反応する事で、固着部近傍で局所的な融点降下効果を引き起こし、Ｓｉ、Ｍｇ無添加時に比べて、純アルミニウム繊維もしくはアルミニウム合金繊維の融点より、より低温で液相が生じることによって、アルミニウム板１２０と多孔質アルミニウム焼結体１１０とを接合させることができる。
以上のような構成とされた本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００によれば、アルミニウム板１２０の表面に、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされ、アルミニウム繊維同士の結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在し、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含有されたアルミニウム繊維が焼結されてなる、気孔率が高く、強度や寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体１１０が接合されており、伝熱特性等の各種特性に優れている。
多孔質アルミニウム焼結体１１０とアルミニウム板１２０との部材結合部の内部に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相のうちの１種もしくは２種以上の合金相が存在しているので、多孔質アルミニウム焼結体１１０とアルミニウム板１２０との接合強度が大幅に向上することになる。
本実施形態である多孔質アルミニウム複合部材１００の製造方法によれば、アルミニウム板１２０の表面に、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上、２５００以下の範囲内とされ、Ｍｇが０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉが０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｆｅが０．０１質量％以上３．００質量％以下含有されたアルミニウム繊維１１を、嵩密度ＤＰがアルミニウム繊維１１の真密度ＤＴの５０％以下となるように積層配置するアルミニウム繊維積層工程Ｓ１０１を備えているので、焼結工程Ｓ１０４においても、アルミニウム繊維同士の間の空隙を確保することができ、収縮を抑えることが可能となる。これにより、気孔率の高く寸法精度に優れた多孔質アルミニウム焼結体１１０を成形することができる。よって、熱伝導性等の各種特性に優れた多孔質アルミニウム複合部材１００を製造することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図５に示す連続焼結装置を用いて多孔質アルミニウム焼結体を連続的に製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造装置によって多孔質アルミニウム焼結体を製造してもよい。
例えば、図５に示す連続焼結装置を用いて多孔質アルミニウム焼結体を連続的に製造するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の製造装置によって多孔質アルミニウム焼結体を製造してもよい。
また、本実施形態では、シート状の多孔質アルミニウム焼結体として説明したが、これに限定されることはなく、例えば図８で示す製造工程によって製造されるバルク形状の多孔質アルミニウム焼結体であってもよい。
図８に示すように、焼結用アルミニウム原料２０を散布する原料散布機１３１から、カーボン製容器１３２内に向けて焼結用アルミニウム原料２０を散布してかさ充填し、必要に応じてプレス成形する（原料散布工程）。これを、脱脂炉１３４内に装入して、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する（脱バインダー工程）。その後、焼成炉１３５内に装入して、Ａｒ雰囲気で５６５℃〜６５５℃に加熱保持することにより、バルク形状の多孔質アルミニウム焼結体１０´が得られる。
本説明では、離型性の良いカーボン製容器１３２を用いており、かつ、焼結時に１％程度のわずかな焼結収縮が発生することから、カーボン製容器１３２からバルク形状の多孔質アルミニウム焼結体１０´を比較的容易に取り出すことができる。
図８に示すように、焼結用アルミニウム原料２０を散布する原料散布機１３１から、カーボン製容器１３２内に向けて焼結用アルミニウム原料２０を散布してかさ充填し、必要に応じてプレス成形する（原料散布工程）。これを、脱脂炉１３４内に装入して、大気雰囲気で加熱してバインダーを除去する（脱バインダー工程）。その後、焼成炉１３５内に装入して、Ａｒ雰囲気で５６５℃〜６５５℃に加熱保持することにより、バルク形状の多孔質アルミニウム焼結体１０´が得られる。
本説明では、離型性の良いカーボン製容器１３２を用いており、かつ、焼結時に１％程度のわずかな焼結収縮が発生することから、カーボン製容器１３２からバルク形状の多孔質アルミニウム焼結体１０´を比較的容易に取り出すことができる。
また、上述の多孔質アルミニウム複合部材１００では、図６に示す構造を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、図９から図１５に示すような構造の多孔質アルミニウム複合部材であってもよい。
例えば、図９に示すように、多孔質アルミニウム焼結体２１０の中に、部材本体として複数のアルミニウム管２２０が挿入された構造のアルミニウム多孔質複合部材２００であってもよい。
あるいは、図１０に示すように、多孔質アルミニウム焼結体３１０の中に、部材本体としてＵ字状に湾曲されたアルミニウム管３２０が挿入された構造の多孔質アルミニウム複合部材３００であってもよい。
あるいは、図１０に示すように、多孔質アルミニウム焼結体３１０の中に、部材本体としてＵ字状に湾曲されたアルミニウム管３２０が挿入された構造の多孔質アルミニウム複合部材３００であってもよい。
さらに、図１１に示すように、部材本体であるアルミニウム管４２０の内周面に多孔質アルミニウム焼結体４１０を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材４００であってもよい。
また、図１２に示すように、部材本体であるアルミニウム管５２０の外周面に多孔質アルミニウム焼結体５１０を接合した構造のアルミニウム多孔質複合部材５００であってもよい。
また、図１２に示すように、部材本体であるアルミニウム管５２０の外周面に多孔質アルミニウム焼結体５１０を接合した構造のアルミニウム多孔質複合部材５００であってもよい。
さらに、図１３に示すように、部材本体であるアルミニウム管６２０の内周面及び外周面に多孔質アルミニウム焼結体６１０を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材６００であってもよい。
また、図１４に示すように、部材本体であるアルミニウム板７２０の両面に多孔質アルミニウム焼結体７１０を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材７００であってもよい。
また、図１４に示すように、部材本体であるアルミニウム板７２０の両面に多孔質アルミニウム焼結体７１０を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材７００であってもよい。
さらに、図１５に示すように、部材本体であるアルミニウム多穴管８２０の外周面の少なくとも一部に多孔質アルミニウム焼結体８１０を接合した構造の多孔質アルミニウム複合部材８１０であってもよい。ここで、アルミニウム多穴管８２０は、扁平形状をなし、内部に熱媒体が流通される流路となる複数の貫通孔８２１を備えている。
なお、図１５に示す多孔質アルミニウム複合部材８００は、例えば、直方体状をなすカーボン製容器を準備し、このカーボン製容器の一側面から他側面に向けて貫通するようにアルミニウム多穴管８２０を配置し、カーボン製容器内に向けて焼結用アルミニウム原料を散布して嵩充填して、焼結することにより製造できる。
なお、図１５に示す多孔質アルミニウム複合部材８００は、例えば、直方体状をなすカーボン製容器を準備し、このカーボン製容器の一側面から他側面に向けて貫通するようにアルミニウム多穴管８２０を配置し、カーボン製容器内に向けて焼結用アルミニウム原料を散布して嵩充填して、焼結することにより製造できる。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表１に示す焼結用アルミニウム原料を作製した。本表には、使用したアルミニウム繊維の詳細、具体的には、合金種類(ＪＩＳ番号)、繊維径、長さ／直径比（Ｌ／Ｒ）に加え、原料中に含まれるＭｇ、Ｓｉ、Ｆｅ各成分の含有量(質量％)について、アルミニウム繊維中に含まれる分とアルミニウム繊維とは別に添加した分を分けて表記している。
表１に示す焼結用アルミニウム原料を作製した。本表には、使用したアルミニウム繊維の詳細、具体的には、合金種類(ＪＩＳ番号)、繊維径、長さ／直径比（Ｌ／Ｒ）に加え、原料中に含まれるＭｇ、Ｓｉ、Ｆｅ各成分の含有量(質量％)について、アルミニウム繊維中に含まれる分とアルミニウム繊維とは別に添加した分を分けて表記している。
本実施例においては、表１のＮｏ．１〜３０に示した組成となるようにアルミニウム繊維に、Ｍｇ粉末、Ｓｉ粉末および必要に応じてＦｅ粉を所定組成に秤量して添加し、少量のバインダーと一緒にＶ型混合ミルにより混合し、アルミニウム繊維の表面に各添加物を固着させた後、カーボン型に嵩充填した。本実施例では、Ｍｇ粉末としては純度９９％のマグネシウム粉末を用い、Ｓｉ粉末としては純度９８％のＳｉ粉末を用い、Ｆｅ粉は還元鉄粉を用いた。
次いで、充填された焼結用アルミニウム原料をアルゴンガス雰囲気中において表記の焼結温度で３０分間保持、焼結して、多孔質アルミニウム焼結体とした。
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、下記の方法により、気孔率の測定および引張強度の測定を行った。その結果を表１に、また、見掛気孔率と引張強度の関係を示したグラフを図１６に示す。また、得られた多孔質アルミニウム焼結体の組成、結合部の内部における合金相の有無および形態も併せて示す。なお、表中の「Ａ」はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、「Ｂ」はＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、「Ｃ」はＦｅ３Ａｌ相、「Ｄ」はＭｇ２Ｓｉ相を表している。
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、下記の方法により、気孔率の測定および引張強度の測定を行った。その結果を表１に、また、見掛気孔率と引張強度の関係を示したグラフを図１６に示す。また、得られた多孔質アルミニウム焼結体の組成、結合部の内部における合金相の有無および形態も併せて示す。なお、表中の「Ａ」はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、「Ｂ」はＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相、「Ｃ」はＦｅ３Ａｌ相、「Ｄ」はＭｇ２Ｓｉ相を表している。
（見掛気孔率）
得られた多孔質アルミニウム焼結体の質量ｍ（ｇ）、体積Ｖ（ｃｍ３）、焼結用アルミニウム原料の真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式で見掛気孔率Ｐを算出した。
見掛気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ÷（Ｖ×ｄ）））×１００
なお、真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、精密天秤を用いて、水中法によって測定した。
得られた多孔質アルミニウム焼結体の質量ｍ（ｇ）、体積Ｖ（ｃｍ３）、焼結用アルミニウム原料の真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）を測定し、以下の式で見掛気孔率Ｐを算出した。
見掛気孔率Ｐ（％）＝（１−（ｍ÷（Ｖ×ｄ）））×１００
なお、真密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、精密天秤を用いて、水中法によって測定した。
（引張強度）
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片に加工した後、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を行い、最大引張強度Ｓ（Ｎ/ｍｍ２）を測定した。最大引張強度Ｓは、測定された最大荷重（Ｎ）を引張り試験片の断面積（５０ｍｍ２）で除した値である。この様にして得られた最大引張強度Ｓは、見掛気孔率Ｐ（％）により変化するため、本実施例では、以下の式により最大引張強度Ｓを見掛気孔率Ｐ（％）で規格化した相対引張強度Ｓｒ（Ｎ／ｍｍ２）を定義し、見掛気孔率の異なる材料間での相対的な強度比較評価を行った。
相対引張強度Ｓｒ（Ｎ／ｍｍ２）＝Ｓ×１００／（１００−Ｐ）
得られた多孔質アルミニウム焼結体は、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片に加工した後、インストロン型引張試験機を用いて引張試験を行い、最大引張強度Ｓ（Ｎ/ｍｍ２）を測定した。最大引張強度Ｓは、測定された最大荷重（Ｎ）を引張り試験片の断面積（５０ｍｍ２）で除した値である。この様にして得られた最大引張強度Ｓは、見掛気孔率Ｐ（％）により変化するため、本実施例では、以下の式により最大引張強度Ｓを見掛気孔率Ｐ（％）で規格化した相対引張強度Ｓｒ（Ｎ／ｍｍ２）を定義し、見掛気孔率の異なる材料間での相対的な強度比較評価を行った。
相対引張強度Ｓｒ（Ｎ／ｍｍ２）＝Ｓ×１００／（１００−Ｐ）
（アルミニウム繊維直径Ｒおよびアルミニウム繊維長さＬ）
アルミニウム繊維直径Ｒおよびアルミニウム繊維長さＬは、マルバーン社製粒子解析装置「Morphologi G3」を用いて、画像解析により算出された単純平均値を用いた。
アルミニウム繊維直径Ｒおよびアルミニウム繊維長さＬは、マルバーン社製粒子解析装置「Morphologi G3」を用いて、画像解析により算出された単純平均値を用いた。
表１および図１６の結果から、本発明により実用的に十分な強度である２．０Ｎ／ｍｍ２以上を有し、気孔率５０％以上の高気孔率の多孔質アルミニウム焼結体を得ることが出来ることがわかる。
また、本発明例では、アルミニウム繊維間の結合部内部および結合部近傍にはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在していることが確認できた。このことから、ＭｇおよびＳｉもしくはＭｇ、ＳｉおよびＦｅ固着部近傍で局所的にマトリクスの融点降下効果が起き、焼結が促進されていると考えられる。
また、本発明例では、アルミニウム繊維間の結合部内部および結合部近傍にはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相が存在していることが確認できた。このことから、ＭｇおよびＳｉもしくはＭｇ、ＳｉおよびＦｅ固着部近傍で局所的にマトリクスの融点降下効果が起き、焼結が促進されていると考えられる。
試験No.２３ではＭｇ，Ｓｉの量が少なく、焼結促進効果が十分に得られないため、焼結を進行させるためには融点に近い高温で焼結を行った結果、作成した多孔質アルミニウム焼結体は見かけ気孔率が５０％以下のものしか得られなかった。
試験No.２４ではＭｇの量が多すぎるため、液相焼結が阻害され、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２５ではＳｉの量が多すぎるため、焼結促進効果が十分に得られず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２６ではＦｅの量が多すぎるため、Ｓｉの焼結促進効果を阻害し、焼結が十分に進行せず、強度が著しく低い弱い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２７ではアルミニウム繊維の直径が細すぎるため、各アルミニウム繊維同士の接触面積が小さいことにより、強固な結合点を形成出来ず、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２８ではアルミニウム繊維の直径が大きすぎるため、焼結時に十分な数の結合点が形成出来ず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２９ではＬ／Ｒ比が小さすぎるため、充填時に高い嵩密度を得ることが出来ず、結果、気孔率の高い多孔質焼結体を得ることが出来なかった。
試験No.３０ではＬ／Ｒ比が大きすぎるため、多孔質焼結体内部の結合が不均一となり、部分的に弱い結合部が生じるため、結果、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２４ではＭｇの量が多すぎるため、液相焼結が阻害され、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２５ではＳｉの量が多すぎるため、焼結促進効果が十分に得られず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２６ではＦｅの量が多すぎるため、Ｓｉの焼結促進効果を阻害し、焼結が十分に進行せず、強度が著しく低い弱い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２７ではアルミニウム繊維の直径が細すぎるため、各アルミニウム繊維同士の接触面積が小さいことにより、強固な結合点を形成出来ず、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２８ではアルミニウム繊維の直径が大きすぎるため、焼結時に十分な数の結合点が形成出来ず、強度が著しく低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
試験No.２９ではＬ／Ｒ比が小さすぎるため、充填時に高い嵩密度を得ることが出来ず、結果、気孔率の高い多孔質焼結体を得ることが出来なかった。
試験No.３０ではＬ／Ｒ比が大きすぎるため、多孔質焼結体内部の結合が不均一となり、部分的に弱い結合部が生じるため、結果、強度が低い多孔質アルミニウム焼結体しか得られなかった。
以上のことから、本発明によれば、高い気孔率及び十分な強度を有する高品質の多孔質アルミニウム焼結体を提供可能であることが確認された。
１０，１０´ 多孔質アルミニウム焼結体
１１ アルミニウム繊維
１５ 結合部
２０ 焼結用アルミニウム原料
１００ 多孔質アルミニウム複合部材
１２０ アルミニウム板（部材本体）
１５０ 部材結合部
１１ アルミニウム繊維
１５ 結合部
２０ 焼結用アルミニウム原料
１００ 多孔質アルミニウム複合部材
１２０ アルミニウム板（部材本体）
１５０ 部材結合部
Claims (8)
- 複数のアルミニウム繊維が焼結されてなる多孔質アルミニウム焼結体であって、
前記アルミニウム繊維は純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上，２５００以下の範囲内とされており、
前記アルミニウム繊維同士の結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在し、
前記多孔質アルミニウム焼結体は、Ｆｅを０．０１質量％以上３．００質量％以下含み、Ｍｇを０．０５質量％以上１５．００質量％以下、Ｓｉを０．０５質量％以上１５．００質量％以下含み、残部が不可避不純物とされた組成を有していることを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体。 - 見掛気孔率が５０％以上、９０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質アルミニウム焼結体。
- 部材本体と、請求項１または２に記載の多孔質アルミニウム焼結体と、が接合されてなることを特徴とする多孔質アルミニウム複合部材。
- 前記部材本体のうち、前記多孔質アルミニウム焼結体との部材結合部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成され、前記部材結合部の内部には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相，Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ合金相のうちの１種もしくは両方の合金相が存在していることを特徴とする請求項３に記載の多孔質アルミニウム複合部材。
- 複数のアルミニウム繊維が焼結されてなる多孔質アルミニウム焼結体の製造方法であって、
前記アルミニウム繊維は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上２５００以下の範囲内とされており、
複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、Ｓｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方と、を固着させて、焼結用アルミニウム原料を形成する焼結用アルミニウム原料形成工程と、
前記焼結用アルミニウム原料を積層する焼結用アルミニウム原料積層工程と、
積層された前記焼結用アルミニウム原料を加熱して焼結する焼結工程と、を有し、
前記焼結用アルミニウム原料におけるＦｅの含有量が０．０１質量％以上３．００質量％以下であり、
前記Ｓｉ粉および前記Ｓｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下とし、
前記焼結用アルミニウム原料積層工程では、嵩密度ＤＰを前記アルミニウム繊維の真密度ＤＴの５０％以下となるように複数の前記焼結用アルミニウム原料を積層配置し、
前記焼結工程では、前記焼結用アルミニウム原料を不活性ガス雰囲気下において５６５℃〜６５５℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴とする多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。 - 前記焼結用アルミニウム原料形成工程において、複数の前記アルミニウム繊維の外表面にさらにＦｅ粉を固着させ、
前記焼結用アルミニウム原料中の前記Ｆｅ粉の含有量が、０．０１質量％以上３．００質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載の多孔質アルミニウム焼結体の製造方法。 - 純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる部材本体と、複数のアルミニウム繊維が焼結されてなる多孔質アルミニウム焼結体とが接合された多孔質アルミニウム複合部材の製造方法であって、
前記アルミニウム繊維は、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなり、直径Ｒが０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされ、長さＬと直径Ｒとの比Ｌ／Ｒが４以上，２５００以下の範囲内とされており、
複数の前記アルミニウム繊維の外表面に、Ｍｇ粉およびＭｇ合金粉のいずれか一方または両方と、Ｓｉ粉およびＳｉ合金粉のいずれか一方または両方と、を固着して焼結用アルミニウム原料を形成し、前記焼結用アルミニウム原料を前記部材本体と接触させ、前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結することにより、前記多孔質アルミニウム焼結体を形成するとともに、前記多孔質アルミニウム焼結体と前記部材本体とを接合する方法において、
前記焼結用アルミニウム原料におけるＦｅの含有量が０．０１質量％以上３．００質量％以下であり、
前記Ｓｉ粉および前記Ｓｉ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＳｉ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下、前記Ｍｇ粉および前記Ｍｇ合金粉のいずれか一方または両方の添加量をＭｇ換算で０．０５質量％以上１５．００質量％以下とし、
前記焼結用アルミニウム原料及び前記部材本体を加熱して焼結する際において、不活性ガス雰囲気下において５６５℃〜６５５℃の範囲の温度で焼結をすることを特徴とする多孔質アルミニウム複合部材の製造方法。 - 前記焼結用アルミニウム原料を形成する際において、複数の前記アルミニウム繊維の外表面にさらにＦｅ粉を固着させ、
前記焼結用アルミニウム原料中の前記Ｆｅ粉の含有量が、０．０１質量％以上３．００質量％以下であることを特徴とする請求項７に記載の多孔質アルミニウム複合部材の製造方法。
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