発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体
【課題】形成すべき発泡金属焼結体の形状や大きさによらず、表面積が大きく機械的強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体を効率よく製造し得る発泡金属焼結体の製造方法、およびかかる製造方法により製造され、表面積が大きく機械的強度に優れた発泡金属焼結体を提供すること。
【解決手段】本発明の発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマー２と、水系分散液に金属粉末を懸濁してなるスラリー３とを用意する原料準備工程［Ａ］と、プレポリマー２とスラリー３とを混合することにより、発泡・架橋させ、発泡金属焼結体の中間体４を得る中間体製造工程［Ｂ］と、中間体４を脱脂して脱脂体５を得る脱脂工程［Ｃ］と、脱脂体５を焼結させることにより、発泡金属焼結体１を得る焼結工程［Ｄ］とを有する。
【解決手段】本発明の発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマー２と、水系分散液に金属粉末を懸濁してなるスラリー３とを用意する原料準備工程［Ａ］と、プレポリマー２とスラリー３とを混合することにより、発泡・架橋させ、発泡金属焼結体の中間体４を得る中間体製造工程［Ｂ］と、中間体４を脱脂して脱脂体５を得る脱脂工程［Ｃ］と、脱脂体５を焼結させることにより、発泡金属焼結体１を得る焼結工程［Ｄ］とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる「発泡金属」と呼ばれる多孔質の金属材料（以下、「発泡金属焼結体」とも言う。）が注目されている。この発泡金属焼結体は、軽量であり、かつ多孔質で表面積が非常に大きい金属材料であるという利点を活かして、各分野に応用されることが期待されている。
従来、このような発泡金属焼結体を製造する方法として、スラリー塗布法という方法が知られている。
【０００３】
スラリー塗布法は、高分子有機物の溶液に金属粉末を懸濁させてスラリーを作製し、このスラリーを多孔質構造を有する基体（例えば、ウレタンフォーム等）に含浸させる（塗布する）ことにより、発泡金属焼結体を製造するための中間体を作製する方法である。このようにして得られた中間体は、基体に金属粉末が付着してなるものである。そして、この中間体に熱処理を施すことにより、基体を熱分解させるとともに金属粉末を焼結させ、これにより、発泡金属焼結体を得る。
【０００４】
しかしながら、スラリーの攪拌が十分でない場合、スラリー中で金属粉末が沈降してしまい、基体に対して均一に金属粉末を分布させることができないという問題がある。また、スラリー中に金属粉末を十分に分散させるため、スラリーを攪拌し過ぎると、スラリーが泡を抱き込んでしまい、金属粉末の分散性が低下する。さらに、スラリーを基体に含浸させる際、スラリーの表面張力の作用によってスラリーが基体の一部分に偏在してしまい、金属粉末を基体の全体に均一に分布させることが困難である。
【０００５】
このように金属粉末の分布が偏ってしまうと、最終的に得られる発泡金属焼結体の強度が低下する等、機械的特性の重大な問題が生じる。
また、スラリーの粘性が大きい場合には、スラリーが容易に膜を作って基体の空孔を塞ぎ、閉口部を生じるという問題もある。基体の空孔がスラリーで塞がれてしまうと、最終的に得られる発泡金属焼結体は、外部と連通していない不連続な空孔を内包したものとなる。このような発泡金属焼結体は、不連続な空孔の分だけ表面積が小さくなり、表面積が大きいという利点が損なわれる。
【０００６】
さらに、ウレタンフォームのような基体にスラリーを含浸させる場合、基体の厚さが厚い場合には、基体の中心部までスラリーを十分に含浸させることができない。
また、スラリーを含浸させた基体は、ロール間に通す等して余分なスラリーが除去される。しかしながら、基体の厚さが厚くなると、基体からスラリーを十分に除去することができない。このため、スラリーを含浸させた基体をロール間に繰り返し通す必要があり、作業工数が増加するという問題がある。
【０００７】
さらに、極めて大きな発泡金属焼結体を得るためには、その目的とする大きさと同等以上の基体を用意する必要がある。しかしながら、そのような大きな基体は、それ自体が高価であるとともに、基体にスラリーを含浸させるために、巨大な設備を必要とする。このため、製造する発泡金属焼結体のサイズが大きくなると、その製造コストが著しく上昇するという問題もある。
これに対し、スラリーではなく、金属粉末そのものを基体に被着させることにより、上記のような問題点を解決する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、この方法でも、基体の中心部まで金属粉末を十分に行き渡らせることは困難である。特に、基体の厚さが厚くなると、かかる問題はより顕著なものとなる。
一方、イソシアネートでキャップしたポリオキシアルキレン・ポリオールからなる第１成分と、セラミック材を分散させた水性反応体からなる第２成分とからなる三次元網目構造を有するセラミックス発泡体構造体の製造に用いる組成物が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
ところが、セラミック材は脆性材料であるため、セラミックス発泡体構造体は、硬度が高いものの、非常に脆いものになってしまう。このため、例えばセラミックス発泡体構造体に外力を加えて、三次元網目構造の一部が破壊したとすると、この破壊の衝撃が他の三次元網目構造に容易に伝搬してしまい、破壊が連鎖的に進展することとなる。その結果、セラミックス発泡体構造体は、機械的特性が著しく低いという問題を有している。したがって、セラミックス発泡体構造体を機構部品等に適用することは困難である。
また、セラミック材の焼結温度は、一般に１４００℃超の高温であるため、この高温によって焼成炉等の熱処理装置が著しく劣化する。さらに、このような高温下では、脱脂に伴って発生するガス（例えば、アミン系ガス）の活性が特に高くなり、このガスによって熱処理装置に変質・劣化をもたらすことが懸念されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２３５０３３号公報
【特許文献２】特公昭５７−３４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、形成すべき発泡金属焼結体の形状や大きさによらず、表面積が大きく機械的強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体を効率よく製造し得る発泡金属焼結体の製造方法、およびかかる製造方法により製造され、表面積が大きく機械的強度に優れた発泡金属焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマーと、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリーとを用意する原料準備工程と、
前記プレポリマーと前記スラリーとを混合して反応させることにより、前記プレポリマーを架橋させるとともに発泡させ、中間体を得る中間体製造工程と、
前記中間体に熱処理を施すことにより、前記中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする。
これにより、形成すべき発泡金属焼結体の形状や大きさによらず、表面積が大きく機械的強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体を効率よく製造することができる。
【００１３】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、３〜２６質量％であることが好ましい。
これにより、プレポリマーは、スラリーと接触した際に、スラリーに対する十分な反応性を有するものとなる。また、このプレポリマーとスラリーとが反応してなる発泡金属焼結体の中間体は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡金属焼結体が得られる。
【００１４】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとの混合物で構成されるものであることが好ましい。
これにより、プレポリマーは、優れた反応性と、優れた機械的特性とを併せ持つものとなる。したがって、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとの反応性を高めることができ、最終的に、機械的特性に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【００１５】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートであることが好ましい。
芳香族系ポリイソシアネートは、反応性が特に高く、ポリオールと反応することによって機械的強度に優れた化合物が得られる。このため、ポリイソシアネートとして芳香族系ポリイソシアネートを用いることにより、発泡金属焼結体の中間体の機械的強度および保形性を高めることができ、最終的に、機械的強度および寸法精度に優れた発泡金属焼結体が得られる。また、芳香族系ポリイソシアネートは、安価で入手が容易であるという利点も有する。
【００１６】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールであることが好ましい。
酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールは、エーテル鎖を含んでいるため屈曲性に富み、低温特性に優れている。このため、ポリオールとしてポリエーテル系ポリオールを用いることにより、低温下であっても保形性に優れた発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。また、親水性の酸化エチレンユニットを含むため、得られるプレポリマーは親水性を示し、多量の水分を含むスラリーとの混合が容易となり、また発泡安定性に優れる。さらに、ポリエーテル系ポリオールは、酸化による分子鎖の切断が起き易いことから、熱分解によって容易に除去することができる。これにより、中間体を脱脂した際に、速やかな脱脂が可能な発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。
【００１７】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーにおいて、前記ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、前記ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍であることが好ましい。
これにより、プレポリマー中において、ポリオール中の活性水素基よりイソシアネート基が確実に過剰な状態となる。その結果、プレポリマーは、中間体製造工程において、スラリー中の水に対して確実に反応することができる。
【００１８】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末を構成する金属材料は、その比重が１０以下のものであることが好ましい。
これにより、金属粉末は、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が生じ難いスラリーを得ることができる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体、ひいては発泡金属焼結体を得ることができる。
【００１９】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、微細で粒度分布の狭い（粒径の揃った）金属粉末が効率よく得られる。したがって、スラリーがアトマイズ法で製造された金属粉末を含んでいることにより、金属粉末が均一に懸濁したスラリーが得られる。また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状の金属粉末を得ることができる。これにより、スラリーは流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマーとスラリーとを混合する際の作業性の向上を図ることができる。
【００２０】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍであることが好ましい。
これにより、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が特に生じ難いスラリーが得られる。その結果、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体、ひいては発泡金属焼結体を得ることができる。また、機械的強度を高めつつ、より微細な三次元網目構造を構築可能な中間体を得ることができる。したがって、最終的に表面積が特に大きく、かつ機械的強度に特に優れた発泡金属焼結体を得ることができる。
【００２１】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーおよび前記スラリーに、さらに界面活性剤を混合することが好ましい。
これにより、発泡金属焼結体の中間体中に生成される空孔がより微細で均一なものとなる。すなわち、界面活性剤が整泡剤として機能する。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤であることが好ましい。
これにより、界面活性剤の混合の有無や混合量を調整することによって、発泡金属焼結体の中間体中に生成される空孔がさらに微細で均一なものとなる。
【００２２】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーと前記スラリーとの混合比は、前記プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、前記スラリー中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率であることが好ましい。
これにより、イソシアネート基と水とが必要かつ十分に反応し、最終的に、機械的強度に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【００２３】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して前記中間体を得た後、離型することにより、所定の形状に成形された前記中間体を得ることが好ましい。
これにより、所望の大きさおよび形状に成形された発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。その結果、最終的に、様々な大きさや形状の発泡金属焼結体を容易に得ることができる。
【００２４】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記脱脂工程における脱脂条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間であることが好ましい。
これにより、金属粉末を焼結させることなく、発泡金属焼結体の中間体中から樹脂成分（有機成分）を確実に分解・除去することができる。その結果、脱脂体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができ、発泡金属焼結体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができる。
【００２５】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記焼結工程における焼結条件は、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間であることが好ましい。
これにより、金属粉末を確実に焼結させるとともに、過焼結を防止することができる。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して得られる前記中間体は、前記金属粉末を５０〜９０質量％を満足する比率で含むものであることが好ましい。
これにより、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
【００２６】
本発明の発泡金属焼結体は、本発明の発泡金属焼結体の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
これにより、表面積が大きく強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体は、当該発泡金属焼結体の空孔率は、７０〜９９．５％であることが好ましい。
これにより、発泡金属焼結体における表面積の増大と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００２７】
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体の圧縮強度は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。
これにより、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体において、前記金属粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築していることが好ましい。
これにより、いかなる方向から外力を加えたとしても、応力の局所集中を防止し得る発泡金属焼結体が得られる。これにより、低密度（軽量）であるにもかかわらず、金属材料に特有の高い機械的特性と導電性および熱伝導性を示す発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体が含む複数の気泡は、互いに連結していることが好ましい。
これにより、表面積が極めて大きく、かつ、通気性および通液性に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、いわゆる「発泡金属」と呼ばれる多孔質の金属材料（発泡金属焼結体）を製造する方法について説明する。
図１は、本発明の発泡金属焼結体の製造方法の実施形態を示す工程図である。
【００２９】
図１に示す発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマー２と、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリー３とを用意する原料準備工程［Ａ］と、プレポリマー２とスラリー３とを混合して反応させることにより、プレポリマー２を架橋させるとともに発泡させ、発泡金属焼結体の中間体４を得る中間体製造工程［Ｂ］と、発泡金属焼結体の中間体４に対して熱処理を施すことにより、この中間体４を脱脂して脱脂体５を得る脱脂工程［Ｃ］と、脱脂体５を焼結させる焼結工程［Ｄ］とを有する。これにより、発泡金属焼結体１が得られる。以下、各工程について順次説明する。
【００３０】
［Ａ］原料準備工程
まず、発泡金属焼結体の中間体４の原料として、プレポリマー２とスラリー３とを用意する。
このうち、プレポリマー２は、前述したように、末端がイソシアネート基で終端化されたものである。
【００３１】
このようなプレポリマー２は、末端がイソシアネート基で終端化されたプレポリマーであれば、いかなるものでもよいが、例えば、ポリイソシアネート（多官能イソシアネート）とポリオールとの混合物で構成される。すなわち、このプレポリマー２は、ポリイソシアネートとポリオールとを混合することにより作製することができる。このようなプレポリマーは、優れた反応性と、優れた機械的特性とを併せ持つものとなる。したがって、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３との反応性を高めることができ、最終的に、機械的特性に優れた発泡金属焼結体１が得られる。
【００３２】
ポリイソシアネートは、１分子中にイソシアネート基（−ＮＣＯ）を２個以上有する化合物である。一方、ポリオールは、１分子中に活性水素基（水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等）を２個以上有する化合物である。これらポリイソシアネートとポリオールとを混合すると、ポリイソシアネート中のイソシアネート基とポリオール中の活性水素基とが反応して、プレポリマー２が形成される。
【００３３】
ここで、本発明で用いられるポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリフェニル−メタン−４，４’，４”−トリイソシアネート、ベンゼン−１，３，５−トリイソシアネート、トルエン−２，４，６−トリイソシアネート、ジフェニル−２，４，４’−トリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、キシレンジイソシアネート、クロロフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、キシレン−α，α’−ジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレン−ジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−スルホニルビス（フェニルイソシアネート）、４，４’−メチレンジ−オルソ−トリイソシアネート、エチレンジイソシアネート、エチレンジイソチオシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチル−１，６−ヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３４】
なお、これらのポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートと脂肪族系ポリイソシアネートとに分けられる。
また、これらの中でも、ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートであるのが好ましい。芳香族系ポリイソシアネートは、反応性が特に高く、ポリオールと反応することによって機械的強度に優れた化合物が得られる。このため、発泡金属焼結体の中間体４の機械的強度および保形性を高めることができ、最終的に、機械的強度および寸法精度に優れた発泡金属焼結体１が得られる。また、芳香族系ポリイソシアネートは、安価で入手が容易であるという利点も有する。
【００３５】
また、本発明で用いられるポリオールとしては、例えば、ポリオキシエチンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシエチレンテトロール、ポリオキシエチレンヘキソール、ポリオキシエチレンオクトールのようなポリエーテル系ポリオール、ポリ（ブチレンアジペート）ジオールのようなアジペート系ポリオール、ポリ−ε−カプロラクトンジオールのようなカプロラクトン系ポリオール等のポリエステル系ポリオール、ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオールのようなポリカーボネート系ポリオール等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３６】
また、これらの中でも、ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールであるのが好ましい。このようなポリエーテル系ポリオールは、エーテル鎖を含んでいるため屈曲性に富み、低温特性に優れている。このため、ポリオールとしてポリエーテル系ポリオールを用いることにより、低温下であっても保形性に優れた発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。また、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールは、親水性の酸化エチレンユニットを含むため、得られるプレポリマーは親水性を示し、多量の水分を含むスラリーとの混合が容易となり、また発泡安定性に優れる。さらに、ポリエーテル系ポリオールは、酸化による分子鎖の切断が起き易いことから、熱分解によって容易に除去することができる。これにより、速やかな脱脂が可能な発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。
また、このようなポリオールの重量平均分子量は、特に限定されないが、２００〜２００００程度であるのが好ましく、６００〜６０００程度であるのがより好ましい。
【００３７】
さらに、後述するように、発泡金属焼結体の中間体４が三次元網目構造の発泡体を構成できるようにするため、前記イソシアネート基末端プレポリマーの製造には、架橋剤として、多官能性であってかつイソシアネート基と反応性を有するものを使用してもよい。そのような架橋剤として、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリレン−２，４，６−トリアミン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ヒドラジントリエタノールアミン、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸、ニトリロトリ酢酸、クエン酸、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）等が挙げられる。それらの中でも、グリセリン、トリメチロールプロパンが広く使用されており好ましいものである。
【００３８】
また、プレポリマー２において、ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍程度であるのが好ましく、１．５〜５倍程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマー２中において活性水素基よりイソシアネート基が確実に過剰な状態となる。その結果、プレポリマー２は、後述する中間体製造工程において、スラリー３中の水に対して確実に反応することができる。なお、ポリオール中の活性水素基としては、前述したように、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等が挙げられる。
【００３９】
このようなポリイソシアネートとポリオールとを混合することによりプレポリマー２が作製されるが、この混合は、イソシアネート基が水分と不活性になる雰囲気下で行うのが好ましく、具体的には、イソシアネート基が不活性になる窒素雰囲気下で行うのが好ましい。
また、ポリイソシアネートとポリオールとの混合は、ポリイソシアネートとポリオールとを各種混合機、各種攪拌機等に投入し、混合・攪拌することによって行われる。
【００４０】
なお、ポリイソシアネートとポリオールとを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは４０〜１４０℃程度、より好ましくは５０〜１２０℃程度とされる。また、混合時間は、特に限定されないが、好ましくは０．１〜１０時間程度、より好ましくは１〜５時間程度とされる。
以上のようにしてプレポリマー２が得られる。
【００４１】
なお、本発明で用いられるプレポリマー２は、前述したように、末端がイソシアネート基で終端化されていればよいが、このイソシアネート基の割合（ＮＣＯ％）は、３〜２６質量％程度であるのが好ましく、５〜１５質量％程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマー２は、後述する中間体製造工程においてスラリー３と接触した際に、スラリー３に対する十分な反応性を有するものとなる。また、このプレポリマー２とスラリー３とが反応してなる発泡金属焼結体の中間体４は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡金属焼結体１が得られる。
【００４２】
一方、スラリー３は、金属粉末と水とを含む液体、換言すれば、水系分散媒に金属粉末を懸濁（分散）してなる分散液である。
このうち、金属粉末は、最終的に発泡金属焼結体を構成する金属材料の原料となる粉末である。
かかる金属粉末を構成する材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのような金属、または、これらの１種または２種以上の金属を含む合金（例えば、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金）や金属間化合物等が挙げられる。
また、金属粉末を構成する材料として、上記のような金属を用いることにより、導電性を有する発泡金属焼結体１が得られる。
【００４３】
なお、金属粉末を構成する金属材料には、特に、その比重が１０以下であるものが好ましく、８以下であるものがより好ましい。このような比較的比重の軽い金属材料で構成された粉末であれば、スラリー３中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が生じ難いスラリー３を得ることができる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３とを混合した際に、プレポリマー２とスラリー３とをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体４、ひいては発泡金属焼結体１を得ることができる。
【００４４】
また、金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍ程度であるのが好ましく、１〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。平均粒径を前記範囲に設定された金属粉末であれば、スラリー３中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が特に生じ難いスラリー３が得られる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３とを混合した際に、プレポリマー２とスラリー３とをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。また、機械的強度を高めつつ、より微細な三次元網目構造を構築可能な中間体４を得ることができる。したがって、最終的に表面積が特に大きく、かつ機械的強度に特に優れた発泡金属焼結体１を得ることができる。
【００４５】
このような金属粉末には、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法等、いかなる方法で製造されたものでも用いることができるが、特にアトマイズ法により製造されたものが好ましく用いられる。アトマイズ法によれば、微細で粒度分布の狭い（粒径の揃った）金属粉末が効率よく得られる。したがって、スラリー３がアトマイズ法で製造された金属粉末を含んでいることにより、金属粉末が均一に懸濁したスラリー３が得られる。
【００４６】
また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状の金属粉末を得ることができる。これにより、金属粉末の流動性が向上し、スラリー３は流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際の作業性の向上を図ることができる。
具体的には、金属粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．５〜１であるのが好ましく、０．７〜１であるのがより好ましい。これにより、金属粉末の流動性が特に向上するとともに、各粒子間の充填性も特に高くなる。その結果、最終的に、発泡金属焼結体１の機械的特性を特に高めることができる。なお、各粒子のアスペクト比とは、各粒子の短径を長径で除した値である。
【００４７】
一方、水は、プレポリマー２中のイソシアネート基と接触すると反応して、二酸化炭素等のガスを発生させる。このガスにより、プレポリマー２とスラリー３との混合物が発泡し、外部空間と連通する空孔が混合物中に生成される。また、プレポリマー２とスラリー３との反応によって生じる反応生成物の作用により、混合物が架橋する。
本発明に用いられる水としては、特に限定されず、純水、イオン交換水、水道水、ＲＯ水が挙げられる。
また、スラリー３中には、金属粉末と水以外に、その他の成分を含んでいてもよい。
【００４８】
［Ｂ］中間体製造工程
次に、プレポリマー２とスラリー３とを混合する。これにより、前述したように、プレポリマー２中のイソシアネート基とスラリー３中の水とが反応して、二酸化炭素等のガスが発生する。このガスがプレポリマー２とスラリー３との混合物から外部空間に抜け出ることにより、混合物中に気泡が生成される。これにより、この混合物が発泡する。また、プレポリマー２とスラリー３との反応によって生じる反応生成物（例えば、一級アミン等）の作用により、プレポリマー２とスラリー３との混合物中に、ウレア（尿素）結合、ビュレット結合が生成されるとともに、これらの結合が三次元的に架橋する。これにより、プレポリマー２とスラリー３との混合物が架橋して三次元の網目構造を形成し、発泡金属焼結体の中間体４が製造される。
【００４９】
かかる発泡金属焼結体の中間体４は、金属粉末を含む樹脂材料が三次元の網目構造を構築し、いわゆるスポンジ状の形態をなすものとなる。そして、かかる網目構造を有する中間体４を用いることにより、最終的に、金属粉末の粒子同士が連結してなる三次元の網目構造を有し、等方性の機械的特性を有する優れた発泡金属焼結体１が得られる。
ここで、プレポリマー２とスラリー３との混合は、プレポリマー２とスラリー３とを、各種混合機、各種攪拌機、各種押出機等に投入して行うことができる。
【００５０】
プレポリマー２とスラリー３とを混合する際、プレポリマー２とスラリー３との混合比は、プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、スラリー３中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率であるのが好ましく、２０〜２００を満足する比率であるのがより好ましい。プレポリマー２とスラリー３との混合比を前記範囲内に設定することにより、イソシアネート基と水とが必要かつ十分に反応し、最終的に、機械的強度に優れた発泡金属焼結体１が得られる。
【００５１】
また、プレポリマー２とスラリー３とを混合した混合物を作製する際、混合物の水を除く質量に対する金属粉末の質量の割合は、５〜９０質量％程度であるのが好ましく、３０〜８５質量％程度であるのがより好ましい。金属粉末の割合が前記範囲内になるように、スラリー３中の金属粉末の割合を調整したり、プレポリマー２とスラリー３との混合比を調整することにより、発泡金属焼結体の中間体４中において、金属粉末の含有率が最適化される。これにより、発泡金属焼結体の中間体４は、成形後の保形性および機械的強度に優れたものとなる。その結果、かかる中間体４を、後述する脱脂工程および焼結工程を経て得られる発泡金属焼結体１は、寸法精度および機械的強度に優れたものとなる。
【００５２】
なお、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは１０〜５０℃程度、より好ましくは１５〜３５℃程度とされる。
また、前述した原料準備工程において用意するプレポリマー２では、ポリイソシアネートの一部とポリオールの一部とを反応させておき、本中間体製造工程において、残りのポリイソシアネートとポリオールとを反応させるようにしてもよい。
【００５３】
また、この中間体製造工程では、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際に、さらに界面活性剤を混合するのが好ましい。これにより、発泡金属焼結体の中間体４中に生成される空孔がより微細で均一なものとなる。すなわち、界面活性剤が整泡剤として機能する。
このような界面活性剤としては、いかなる界面活性剤をも用いることができるが、例えば、各種陰イオン（アニオン）性界面活性剤、各種陽イオン（カチオン）性界面活性剤、各種両性界面活性剤、各種非イオン（ノニオン）性界面活性剤等を用いることができる。
【００５４】
このうち、特に非イオン性界面活性剤が好ましく用いられる。具体的には、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルのようなエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルのようなエーテル型の他、これらを組み合わせたエステル・エーテル型の各種非イオン性界面活性剤等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５５】
さらに、界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤であるのが好ましい。これにより、界面活性剤の混合の有無や混合量を調整することによって、発泡金属焼結体の中間体４中に生成される空孔がさらに微細で均一なものとなる。
このようなポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤としては、例えば、プルロニックＬ−６２（ＢＡＳＦ社製）等が挙げられる。
【００５６】
さらに、中間体製造工程では、界面活性剤の他に、鎖延長剤、架橋剤、可塑剤、離型剤等の添加剤を混合してもよい。
なお、上記の界面活性剤、各種添加剤は、本中間体製造工程で混合してもよいが、あらかじめ、プレポリマー２およびスラリー３のいずれか一方または双方に添加しておいてもよい。
【００５７】
また、本中間体製造工程により得られた発泡金属焼結体の中間体４を所望の形状に成形する場合には、成形型内において、プレポリマー２とスラリー３とを混合する。これにより、成形型内において中間体４が得られる。次いで、成形された中間体４を成形型から脱型する（離型する）。これにより、所望の大きさおよび形状に成形された発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。その結果、最終的に、様々な大きさや形状の発泡金属焼結体１を容易に得ることができる。
【００５８】
なお、中間体４の成形に用いる成形型は、キャビティの一部が開放されたものでもよいが、キャビティが閉空間になった成形型であれば、形成すべき形状の中間体４を確実に得ることができる。また、プレポリマー２の発泡に伴って、プレポリマー２とスラリー３との混合物の体積が増大する。しかしながら、キャビティが閉空間になっているため、中間体４は、周囲から圧縮されるような圧力が付与された状態で架橋する。これにより、中間体４の密度がやや増大する。したがって、キャビティの容積を適宜設定することにより、最終的に発泡金属焼結体１の密度および空孔率を調整することができる。
【００５９】
なお、発泡金属焼結体の中間体４を成形する場合、その成形寸法は、後述する脱脂工程および焼結工程における中間体４の収縮分を見込んで決定される。
また、必要に応じて、発泡金属焼結体の中間体４を乾燥させる。これにより、中間体４中に残存した水分を除去する。
この乾燥は、中間体４に対して、加熱する方法、ガスを噴射する方法、赤外線を照射する方法等により行うことができる。
【００６０】
このうち、中間体４を加熱する場合、その加熱条件は、温度３０〜１００℃×０．１時間〜２週間程度であるのが好ましく、温度５０〜８０℃×０．２時間〜３日間程度であるのがより好ましい。また、加熱雰囲気は、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気であるのが好ましい。
また、ガスを噴射する場合、用いるガスは、不活性ガスまたは還元性ガスであるのが好ましい。
【００６１】
また、発泡金属焼結体の中間体４を乾燥させる前または乾燥させた後に、必要に応じて、中間体４に切削、切断、切り出し、研削、研磨等の後加工を施してもよい。中間体４は、後述する中間体４を脱脂してなる脱脂体５や、脱脂体５を焼結してなる発泡金属焼結体１に比べて柔軟性、靭性に優れるとともに、硬度が低い。このため、中間体４に後加工を施すことにより、脱脂体５や発泡金属焼結体１に後加工を施す場合に比べて、所望の形状への加工を容易かつ高精度に行うことができる。
【００６２】
例えば、中間体４の成形に用いる成形型が、キャビティの一部が開放されたものである場合、プレポリマー２が発泡した際に、この開放された部分からプレポリマー２とスラリー３との混合物があふれ出るおそれがある。そこで、このあふれ出た部分を後加工によって除去することにより、形成すべき形状の中間体４を容易に得ることができる。
なお、発泡金属焼結体の中間体４の見かけ密度は、金属粉末の構成材料によって若干異なるが、３００〜８００ｋｇ／ｍ３程度であるのが好ましく、５００〜７００ｋｇ／ｍ３程度であるのがより好ましい。
【００６３】
また、このようにして製造された発泡金属焼結体の中間体４において、金属粉末の含有率は、５０〜９０質量％程度であるのが好ましい。これにより、中間体４は、保形性を維持するのに必要な樹脂成分を含むとともに、金属粉末の含有率も十分に高いので、焼結性が高いものとなる。したがって、このような中間体４を後述する脱脂・焼成工程に供することにより、短時間での脱脂・焼結が可能であるとともに、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
【００６４】
［Ｃ］脱脂工程
次に、発泡金属焼結体の中間体４に熱処理を施す。これにより、中間体４が脱脂され、脱脂体５が得られる。
この脱脂における熱処理条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間程度であるのが好ましく、温度４００〜６００℃×１〜５時間程度であるのがより好ましい。これにより、金属粉末を焼結させることなく、中間体４中から樹脂成分（有機成分）を確実に分解・除去することができる。その結果、脱脂体５中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができ、発泡金属焼結体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができる。
【００６５】
すなわち、脱脂における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、中間体４の脱脂が不十分になるおそれがある。一方、脱脂における熱処理条件が前記上限値を上回った場合、中間体４中の金属粉末が焼結してしまうおそれがある。
なお、脱脂工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。その場合、徐々に熱処理温度を上げるようにすれば、より脱脂を促進させることができる。
また、熱処理を行う際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気であるのが好ましい。不活性ガス雰囲気によれば、金属粉末が酸化してしまうのを確実に防止しつつ、中間体４中の樹脂成分を分解・除去することができ、中間体４の脱脂が確実になされる。
【００６６】
［Ｄ］焼結工程
次に、脱脂体５に熱処理を施す。これにより、脱脂体５中の金属粉末が焼結し、焼結体となり、発泡金属焼結体（本発明の発泡金属焼結体）１が得られる。
図２は、本発明の発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像の一例、および、この観察像を模式的に示す図である。
【００６７】
発泡金属焼結体１では、金属粉末の粒子同士が焼結によって相互に拡散し、図２に示すように、金属粉末の粒子１１同士が連結（ネッキング）している。また、連結された粒子１１は、立体的（三次元）に広がる網目構造１２を構築している。このような網目構造１２を有する発泡金属焼結体１では、いかなる方向から外力を加えたとしても、立体的に広がる網目構造１２が応力の局所集中を防止することができる。これにより、発泡金属焼結体１は、低密度（軽量）であるにもかかわらず、金属材料に特有の高い機械的特性と、導電性および熱伝導性とを示す材料となる。
【００６８】
また、発泡金属焼結体１が有する網目構造１２の間には空隙部１３が形成されている。この空隙部１３は、複数のものが互いに連結されており、いわゆる「連続空孔」となっている。すなわち、本発明の発泡金属焼結体の製造方法によれば、かかる連続空孔を有し、表面積が極めて大きく、かつ、通気性および通液性に優れた発泡金属焼結体１を効率よく作製することができる。
【００６９】
さらに、空隙部１３の形状は、球形状または球形状に類似した形状をなしている。このため、網目構造１２は、必然的に等方性の高い構造、換言すれば、異方性の低い構造をとることとなる。その結果、発泡金属焼結体１の機械的特性における等方性がより高くなる。
この焼結における熱処理条件は、金属粉末の構成材料に応じて若干異なるものの、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間程度であるのが好ましく、温度１１００〜１２００℃×１〜５時間程度であるのがより好ましい。これにより、金属粉末を確実に焼結させるとともに、過焼結を防止することができる。
【００７０】
すなわち、焼結における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、脱脂体５の焼結が不十分になり、機械的強度が低下するおそれがある。一方、熱処理温度が１４００℃超になると、高温によって熱処理装置（焼成炉等）が著しく劣化するおそれがある。また、１４００℃超の高温下では、脱脂に伴って発生するガス（例えば、アミン系ガス）の活性が特に高くなり、このガスによって発泡金属焼結体１や熱処理装置に変質・劣化をもたらすおそれがある。特に、本発明の発泡金属焼結体の製造方法においては、脱脂体５中に多量の樹脂成分が残存するおそれがあるため、焼結工程の際に、この樹脂成分が分解されて発生するガスが多量にかつ長時間にわたって放出されることとなる。このガスは、焼成炉等の熱処理装置の内部に付着したり、装置の劣化を促進したりするおそれがあるため、これらの問題を最小限にする観点から、脱脂体５に対する熱処理は１４００℃以下で行うことが好ましい。さらに、焼結における熱処理条件が前記上限値（１２５０℃）を上回った場合、金属粉末の構成材料によっては、脱脂体５の焼結が進み過ぎてしまい、脱脂体５が三次元の網目構造を維持できずに崩壊してしまうおそれがある。
なお、焼結工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。
【００７１】
また、熱処理を行う際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気、水素ガスのような還元性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧してなる減圧雰囲気（真空雰囲気）等の非酸化性雰囲気であるのが好ましい。非酸化性雰囲気によれば、金属粉末の酸化を確実に防止しつつ、金属粉末を焼結させることができる。
さらに、還元性ガス雰囲気によれば、金属粉末が多少酸化していたとしても、酸化部分を還元して、酸化物含有率の低い高品質の発泡金属焼結体１が得られる。
【００７２】
また、脱脂工程および焼結工程は、途中で温度を低下させることなく、連続して行うようにしてもよい。
また、前述したように、発泡金属焼結体１は、金属粉末の粒子１１同士が連結したことにより構築されているが、金属材料は、一般に、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料に比べて、優れた靭性を有している。一方、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料では、靭性が低いため、仮にこれらの脆性材料の粉末を用いて発泡焼結体を製造したとしても、そのような発泡焼結体は非常に脆いものとなる。したがって、発泡焼結体中の三次元の網目構造のうち、一部が破壊すると、その衝撃が他の網目構造に容易に伝搬してしまい、破壊が連鎖的に進展することとなる。その結果、脆性材料の粉末を用いた発泡焼結体は、機械的特性が著しく低いものとなる。
【００７３】
これに対し、本発明の発泡金属焼結体では、三次元の網目構造１２のうち、一部の網目構造１２が破断したとしても、金属材料が有する優れた靭性によって、破壊の影響が他の網目構造１２に及ぶことが確実に防止される。したがって、発泡金属焼結体１は、機械的特性に優れたものとなる。
このような発泡金属焼結体１の圧縮強度は、金属粉末の構成材料や空孔率等に応じて若干異なるものの、１ＭＰａ以上であるのが好ましく、２ＭＰａ以上であるのがより好ましい。このような発泡金属焼結体１は、構造部材として十分な機械的強度を有するものとなる。また、本発明の発泡金属焼結体の製造方法によれば、かかる高強度の発泡金属焼結体１を容易かつ確実に製造することができる。
【００７４】
また、発泡金属焼結体１の空孔率は、７０〜９９．５％程度であるのが好ましく、８０〜９９％程度であるのがより好ましい。これにより、発泡金属焼結体１における表面積の増大と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
なお、発泡金属焼結体１の密度は、この空孔率と、発泡金属焼結体１の作製に用いられた金属粉末の組成とから算出することができ、例えば、金属粉末としてＳＵＳ−３１６Ｌ（真密度：７９５０ｋｇ／ｍ３）の粉末を用いて作製された空孔率８８．３％の発泡金属焼結体１の場合、発泡金属焼結体１の見かけ密度は、９３０ｋｇ／ｍ３｛＝７９５０×（１−０．８８３）｝となる。
【００７５】
このような発泡金属焼結体１は、軽量であり、かつ多孔質で、表面積および機械的強度が非常に大きい金属材料であるという利点を活かして、例えば、フィルター部材、触媒担体、徐放性担体、伝熱・放熱部材（ヒートシンク、熱交換器）、燃料電池関連部材、電池集電体、防振材、吸音材、断熱材、衝撃吸収部品（自動車用バンパー）、靴用インソール（金属粉末として、例えば抗菌性に優れたＡｇ粉末を使用）、滑り軸受、生体用インプラント（人工骨等）等に応用することができる。
以上、本発明の発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
【実施例】
【００７６】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．発泡金属焼結体の製造
（実施例１）
［１］ポリエチレングリコール（第一工業製薬製、平均分子量１０００）２モル、トリメチロールプロパン１モル、及び、２，４−及び２，６−トルエンジイソシアネートの８０／２０の混合物（日本ポリウレタン工業社製、Ｔ−８０）７．７モルを混合した後、混合物を２時間攪拌し、イソシアネート基末端プレポリマーを得た。得られたイソシアネート基末端プレポリマーは、淡黄色で、比重１．１０、２５℃で粘度１８０００ｃｐｓ（ブルックフィールド粘度計、ローター４）、イソシアネート基含有量が１１質量％であった。
【００７７】
［２］次に、水アトマイズ法により製造されたステンレス鋼粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）を用意した。なお、このステンレス鋼粉末の構成材料はＳＵＳ３１６Ｌ、平均粒径は６．１μｍ、比重は７．９であった。また、ステンレス鋼粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．７であった。
次に、純水１００重量部中に、ステンレス鋼粉末６００重量部を懸濁させ、スラリーを得た。
【００７８】
［３］次に、高さ２００ｍｍ×縦２００ｍｍ×横２００ｍｍのキャビティを有する成形型内に、プレポリマーと、スラリーと、プルロニックＬ−６２（ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、ＢＡＳＦ社製）とを混合し、攪拌した。これにより、混合物が発泡するとともに架橋した。なお、混合物の重量は３６００ｇであった。その後、架橋物を成形型内から取り出し、立方体形状の発泡金属焼結体の中間体を得た。なお、プレポリマー、ステンレス鋼粉末（金属粉末）、純水、Ｌ−６２の混合比は、重量比で１００：６００：１００：１とした。
次いで、得られた中間体を乾燥炉に入れ、温度７０℃で２日間乾燥させた。
次いで、乾燥後の中間体の密度を、ＪＩＳ Ｋ ６４００に規定の方法にしたがって測定したところ、密度は６５４ｋｇ／ｍ３であった。
【００７９】
［４］次に、中間体を脱脂焼結炉内に入れ、以下の脱脂条件で脱脂を行った。これにより、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５００℃
・脱脂時間 ：１時間
・脱脂雰囲気：窒素ガス雰囲気
【００８０】
［５］続いて、脱脂体を以下の焼結条件で焼結させた。これにより、発泡金属焼結体を得た。
＜焼結条件＞
・焼結温度 ：９５０℃
・焼結時間 ：２時間
・焼結雰囲気：減圧アルゴンガス雰囲気
【００８１】
（実施例２）
焼結温度を１２００℃に変更した以外は、前記実施例１と同様にして発泡金属焼結体を得た。
（実施例３）
ステンレス鋼粉末として、平均粒径１０μｍの粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−２０Ｆ）を用いるとともに、焼結温度を１２５０℃に変更した以外は、前記実施例１と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、ステンレス鋼粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．８であった。
【００８２】
（実施例４）
金属粉末を、平均粒径４．０μｍのＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−５Ｆ）に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、６３０ｋｇ／ｍ３であった。
【００８３】
（実施例５）
金属粉末を、平均粒径６．１μｍ、比重７．９のＨＫ−３０（ＳＣＨ２１）ステンレス鋼（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、６４９ｋｇ／ｍ３であった。
【００８４】
（実施例６）
金属粉末を、平均粒径５．０μｍ、比重４．５のチタン粉末に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、５５１ｋｇ／ｍ３であった。
（実施例７）
金属粉末として、粉砕法によって製造されたステンレス鋼粉末を用いた以外は、前記実施例３と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、用いたステンレス鋼粉末は、平均粒径が１０μｍ、比重が７．９、組成がＳＵＳ３１６Ｌの粉末であった。
【００８５】
（比較例）
［１］まず、水アトマイズ法により製造されたステンレス鋼粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）を用意した。なお、このステンレス鋼粉末の構成材料はＳＵＳ３１６Ｌ、平均粒径は６．１μｍであった。
次に、純水中に、ステンレス鋼粉末を懸濁させ、スラリーを得た。
【００８６】
［２］次に、高さ２００ｍｍ×縦２００ｍｍ×横２００ｍｍのウレタンフォームを用意し、このウレタンフォームにスラリーを含浸させた。
［３］次に、スラリーが染み込んだウレタンフォームをロール間で圧縮し、余分な純水を除去した。続いて、スラリーが染み込んだウレタンフォームを乾燥炉に入れ、温度７０℃で２時間乾燥させた。
【００８７】
［４］次に、前記実施例１と同様にして、脱脂、焼結を行い、発泡金属焼結体を得た。なお、焼結温度は１２００℃とした。
（参考例）
金属粉末を、平均粒径４．０μｍのセラミックス粉末（アルミナ）に置き換えた以外は、前記実施例２と同様にして、発泡セラミックス焼結体を得た。
【００８８】
２．発泡金属焼結体の評価
各実施例および比較例で得られた発泡金属焼結体の圧縮強度を比較したところ、各実施例で得られた発泡金属焼結体は、いずれも比較例で得られた発泡金属焼結体や、参考例で得られた発泡セラミックス焼結体よりも優れた圧縮強度を有していた。
また、実施例１〜３で得られた発泡金属焼結体を比較したところ、実施例２、３のものは、実施例１より圧縮強度が特に優れていた。
【００８９】
また、実施例７で得られた発泡金属焼結体は、実施例３で得られた発泡金属焼結体よりも圧縮強度が低かった。これは、粉砕法で製造したステンレス鋼粉末が、粒径のバラツキが大きく、かつ、異形状の粒子が多かったため、分散媒に対して均一に分散させることができず、その結果、発泡金属焼結体の圧縮強度の低下を招いたためと考えられる。
ここで、実施例２で得られた発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像を図３に示す。また、この発泡金属焼結体の外観写真を図４に示す。
【００９０】
これらの図から明らかなように、実施例２で得られた発泡金属焼結体では、立体的（三次元）にネットワークのように広がる網目構造が観察された。また、網目構造の間には、多数の空隙部が形成されていた。また、隣接する空隙部が連結されていることが認められた。さらに、各空隙部の形状は、それぞれ球形状またはそれに類似した形状をなしていた。
一方、実施例７で得られた発泡金属焼結体でも、網目構造が観察されたが、この網目構造の間に形成された各空隙部の形状は、それぞれ異形状をなしていた。このような各空隙部の形状も、実施例７で得られた発泡金属焼結体における圧縮強度の低下の一因になっているものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の発泡金属焼結体の製造方法の実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明の発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像の一例、および、この観察像を模式的に示す図である。
【図３】実施例２で得られた発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像である。
【図４】実施例２で得られた発泡金属焼結体の外観を示す写真である。
【符号の説明】
【００９２】
１……発泡金属焼結体 １１……金属粉末の粒子 １２……網目構造 １３……空隙部 ２……プレポリマー ３……スラリー ４……発泡金属焼結体の中間体 ５……脱脂体 Ａ……原料準備工程 Ｂ……中間体製造工程 Ｃ……脱脂工程 Ｄ……焼結工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる「発泡金属」と呼ばれる多孔質の金属材料（以下、「発泡金属焼結体」とも言う。）が注目されている。この発泡金属焼結体は、軽量であり、かつ多孔質で表面積が非常に大きい金属材料であるという利点を活かして、各分野に応用されることが期待されている。
従来、このような発泡金属焼結体を製造する方法として、スラリー塗布法という方法が知られている。
【０００３】
スラリー塗布法は、高分子有機物の溶液に金属粉末を懸濁させてスラリーを作製し、このスラリーを多孔質構造を有する基体（例えば、ウレタンフォーム等）に含浸させる（塗布する）ことにより、発泡金属焼結体を製造するための中間体を作製する方法である。このようにして得られた中間体は、基体に金属粉末が付着してなるものである。そして、この中間体に熱処理を施すことにより、基体を熱分解させるとともに金属粉末を焼結させ、これにより、発泡金属焼結体を得る。
【０００４】
しかしながら、スラリーの攪拌が十分でない場合、スラリー中で金属粉末が沈降してしまい、基体に対して均一に金属粉末を分布させることができないという問題がある。また、スラリー中に金属粉末を十分に分散させるため、スラリーを攪拌し過ぎると、スラリーが泡を抱き込んでしまい、金属粉末の分散性が低下する。さらに、スラリーを基体に含浸させる際、スラリーの表面張力の作用によってスラリーが基体の一部分に偏在してしまい、金属粉末を基体の全体に均一に分布させることが困難である。
【０００５】
このように金属粉末の分布が偏ってしまうと、最終的に得られる発泡金属焼結体の強度が低下する等、機械的特性の重大な問題が生じる。
また、スラリーの粘性が大きい場合には、スラリーが容易に膜を作って基体の空孔を塞ぎ、閉口部を生じるという問題もある。基体の空孔がスラリーで塞がれてしまうと、最終的に得られる発泡金属焼結体は、外部と連通していない不連続な空孔を内包したものとなる。このような発泡金属焼結体は、不連続な空孔の分だけ表面積が小さくなり、表面積が大きいという利点が損なわれる。
【０００６】
さらに、ウレタンフォームのような基体にスラリーを含浸させる場合、基体の厚さが厚い場合には、基体の中心部までスラリーを十分に含浸させることができない。
また、スラリーを含浸させた基体は、ロール間に通す等して余分なスラリーが除去される。しかしながら、基体の厚さが厚くなると、基体からスラリーを十分に除去することができない。このため、スラリーを含浸させた基体をロール間に繰り返し通す必要があり、作業工数が増加するという問題がある。
【０００７】
さらに、極めて大きな発泡金属焼結体を得るためには、その目的とする大きさと同等以上の基体を用意する必要がある。しかしながら、そのような大きな基体は、それ自体が高価であるとともに、基体にスラリーを含浸させるために、巨大な設備を必要とする。このため、製造する発泡金属焼結体のサイズが大きくなると、その製造コストが著しく上昇するという問題もある。
これに対し、スラリーではなく、金属粉末そのものを基体に被着させることにより、上記のような問題点を解決する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、この方法でも、基体の中心部まで金属粉末を十分に行き渡らせることは困難である。特に、基体の厚さが厚くなると、かかる問題はより顕著なものとなる。
一方、イソシアネートでキャップしたポリオキシアルキレン・ポリオールからなる第１成分と、セラミック材を分散させた水性反応体からなる第２成分とからなる三次元網目構造を有するセラミックス発泡体構造体の製造に用いる組成物が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
ところが、セラミック材は脆性材料であるため、セラミックス発泡体構造体は、硬度が高いものの、非常に脆いものになってしまう。このため、例えばセラミックス発泡体構造体に外力を加えて、三次元網目構造の一部が破壊したとすると、この破壊の衝撃が他の三次元網目構造に容易に伝搬してしまい、破壊が連鎖的に進展することとなる。その結果、セラミックス発泡体構造体は、機械的特性が著しく低いという問題を有している。したがって、セラミックス発泡体構造体を機構部品等に適用することは困難である。
また、セラミック材の焼結温度は、一般に１４００℃超の高温であるため、この高温によって焼成炉等の熱処理装置が著しく劣化する。さらに、このような高温下では、脱脂に伴って発生するガス（例えば、アミン系ガス）の活性が特に高くなり、このガスによって熱処理装置に変質・劣化をもたらすことが懸念されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２３５０３３号公報
【特許文献２】特公昭５７−３４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、形成すべき発泡金属焼結体の形状や大きさによらず、表面積が大きく機械的強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体を効率よく製造し得る発泡金属焼結体の製造方法、およびかかる製造方法により製造され、表面積が大きく機械的強度に優れた発泡金属焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマーと、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリーとを用意する原料準備工程と、
前記プレポリマーと前記スラリーとを混合して反応させることにより、前記プレポリマーを架橋させるとともに発泡させ、中間体を得る中間体製造工程と、
前記中間体に熱処理を施すことにより、前記中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする。
これにより、形成すべき発泡金属焼結体の形状や大きさによらず、表面積が大きく機械的強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体を効率よく製造することができる。
【００１３】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、３〜２６質量％であることが好ましい。
これにより、プレポリマーは、スラリーと接触した際に、スラリーに対する十分な反応性を有するものとなる。また、このプレポリマーとスラリーとが反応してなる発泡金属焼結体の中間体は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡金属焼結体が得られる。
【００１４】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとの混合物で構成されるものであることが好ましい。
これにより、プレポリマーは、優れた反応性と、優れた機械的特性とを併せ持つものとなる。したがって、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとの反応性を高めることができ、最終的に、機械的特性に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【００１５】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートであることが好ましい。
芳香族系ポリイソシアネートは、反応性が特に高く、ポリオールと反応することによって機械的強度に優れた化合物が得られる。このため、ポリイソシアネートとして芳香族系ポリイソシアネートを用いることにより、発泡金属焼結体の中間体の機械的強度および保形性を高めることができ、最終的に、機械的強度および寸法精度に優れた発泡金属焼結体が得られる。また、芳香族系ポリイソシアネートは、安価で入手が容易であるという利点も有する。
【００１６】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールであることが好ましい。
酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールは、エーテル鎖を含んでいるため屈曲性に富み、低温特性に優れている。このため、ポリオールとしてポリエーテル系ポリオールを用いることにより、低温下であっても保形性に優れた発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。また、親水性の酸化エチレンユニットを含むため、得られるプレポリマーは親水性を示し、多量の水分を含むスラリーとの混合が容易となり、また発泡安定性に優れる。さらに、ポリエーテル系ポリオールは、酸化による分子鎖の切断が起き易いことから、熱分解によって容易に除去することができる。これにより、中間体を脱脂した際に、速やかな脱脂が可能な発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。
【００１７】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーにおいて、前記ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、前記ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍であることが好ましい。
これにより、プレポリマー中において、ポリオール中の活性水素基よりイソシアネート基が確実に過剰な状態となる。その結果、プレポリマーは、中間体製造工程において、スラリー中の水に対して確実に反応することができる。
【００１８】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末を構成する金属材料は、その比重が１０以下のものであることが好ましい。
これにより、金属粉末は、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が生じ難いスラリーを得ることができる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体、ひいては発泡金属焼結体を得ることができる。
【００１９】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、微細で粒度分布の狭い（粒径の揃った）金属粉末が効率よく得られる。したがって、スラリーがアトマイズ法で製造された金属粉末を含んでいることにより、金属粉末が均一に懸濁したスラリーが得られる。また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状の金属粉末を得ることができる。これにより、スラリーは流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマーとスラリーとを混合する際の作業性の向上を図ることができる。
【００２０】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍであることが好ましい。
これにより、スラリー中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が特に生じ難いスラリーが得られる。その結果、中間体製造工程において、プレポリマーとスラリーとを混合した際に、プレポリマーとスラリーとをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体、ひいては発泡金属焼結体を得ることができる。また、機械的強度を高めつつ、より微細な三次元網目構造を構築可能な中間体を得ることができる。したがって、最終的に表面積が特に大きく、かつ機械的強度に特に優れた発泡金属焼結体を得ることができる。
【００２１】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーおよび前記スラリーに、さらに界面活性剤を混合することが好ましい。
これにより、発泡金属焼結体の中間体中に生成される空孔がより微細で均一なものとなる。すなわち、界面活性剤が整泡剤として機能する。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤であることが好ましい。
これにより、界面活性剤の混合の有無や混合量を調整することによって、発泡金属焼結体の中間体中に生成される空孔がさらに微細で均一なものとなる。
【００２２】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記プレポリマーと前記スラリーとの混合比は、前記プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、前記スラリー中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率であることが好ましい。
これにより、イソシアネート基と水とが必要かつ十分に反応し、最終的に、機械的強度に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【００２３】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して前記中間体を得た後、離型することにより、所定の形状に成形された前記中間体を得ることが好ましい。
これにより、所望の大きさおよび形状に成形された発泡金属焼結体の中間体を得ることができる。その結果、最終的に、様々な大きさや形状の発泡金属焼結体を容易に得ることができる。
【００２４】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記脱脂工程における脱脂条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間であることが好ましい。
これにより、金属粉末を焼結させることなく、発泡金属焼結体の中間体中から樹脂成分（有機成分）を確実に分解・除去することができる。その結果、脱脂体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができ、発泡金属焼結体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができる。
【００２５】
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記焼結工程における焼結条件は、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間であることが好ましい。
これにより、金属粉末を確実に焼結させるとともに、過焼結を防止することができる。
本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して得られる前記中間体は、前記金属粉末を５０〜９０質量％を満足する比率で含むものであることが好ましい。
これにより、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
【００２６】
本発明の発泡金属焼結体は、本発明の発泡金属焼結体の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
これにより、表面積が大きく強度に優れ、かつ導電性を有する発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体は、当該発泡金属焼結体の空孔率は、７０〜９９．５％であることが好ましい。
これにより、発泡金属焼結体における表面積の増大と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
【００２７】
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体の圧縮強度は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。
これにより、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体において、前記金属粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築していることが好ましい。
これにより、いかなる方向から外力を加えたとしても、応力の局所集中を防止し得る発泡金属焼結体が得られる。これにより、低密度（軽量）であるにもかかわらず、金属材料に特有の高い機械的特性と導電性および熱伝導性を示す発泡金属焼結体が得られる。
本発明の発泡金属焼結体では、当該発泡金属焼結体が含む複数の気泡は、互いに連結していることが好ましい。
これにより、表面積が極めて大きく、かつ、通気性および通液性に優れた発泡金属焼結体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、いわゆる「発泡金属」と呼ばれる多孔質の金属材料（発泡金属焼結体）を製造する方法について説明する。
図１は、本発明の発泡金属焼結体の製造方法の実施形態を示す工程図である。
【００２９】
図１に示す発泡金属焼結体の製造方法は、末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマー２と、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリー３とを用意する原料準備工程［Ａ］と、プレポリマー２とスラリー３とを混合して反応させることにより、プレポリマー２を架橋させるとともに発泡させ、発泡金属焼結体の中間体４を得る中間体製造工程［Ｂ］と、発泡金属焼結体の中間体４に対して熱処理を施すことにより、この中間体４を脱脂して脱脂体５を得る脱脂工程［Ｃ］と、脱脂体５を焼結させる焼結工程［Ｄ］とを有する。これにより、発泡金属焼結体１が得られる。以下、各工程について順次説明する。
【００３０】
［Ａ］原料準備工程
まず、発泡金属焼結体の中間体４の原料として、プレポリマー２とスラリー３とを用意する。
このうち、プレポリマー２は、前述したように、末端がイソシアネート基で終端化されたものである。
【００３１】
このようなプレポリマー２は、末端がイソシアネート基で終端化されたプレポリマーであれば、いかなるものでもよいが、例えば、ポリイソシアネート（多官能イソシアネート）とポリオールとの混合物で構成される。すなわち、このプレポリマー２は、ポリイソシアネートとポリオールとを混合することにより作製することができる。このようなプレポリマーは、優れた反応性と、優れた機械的特性とを併せ持つものとなる。したがって、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３との反応性を高めることができ、最終的に、機械的特性に優れた発泡金属焼結体１が得られる。
【００３２】
ポリイソシアネートは、１分子中にイソシアネート基（−ＮＣＯ）を２個以上有する化合物である。一方、ポリオールは、１分子中に活性水素基（水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等）を２個以上有する化合物である。これらポリイソシアネートとポリオールとを混合すると、ポリイソシアネート中のイソシアネート基とポリオール中の活性水素基とが反応して、プレポリマー２が形成される。
【００３３】
ここで、本発明で用いられるポリイソシアネートとしては、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、トリフェニル−メタン−４，４’，４”−トリイソシアネート、ベンゼン−１，３，５−トリイソシアネート、トルエン−２，４，６−トリイソシアネート、ジフェニル−２，４，４’−トリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、キシレンジイソシアネート、クロロフェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、キシレン−α，α’−ジイソシアネート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニレン−ジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−スルホニルビス（フェニルイソシアネート）、４，４’−メチレンジ−オルソ−トリイソシアネート、エチレンジイソシアネート、エチレンジイソチオシアネート、トリメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチル−１，６−ヘキサンジイソシアネート等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３４】
なお、これらのポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートと脂肪族系ポリイソシアネートとに分けられる。
また、これらの中でも、ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートであるのが好ましい。芳香族系ポリイソシアネートは、反応性が特に高く、ポリオールと反応することによって機械的強度に優れた化合物が得られる。このため、発泡金属焼結体の中間体４の機械的強度および保形性を高めることができ、最終的に、機械的強度および寸法精度に優れた発泡金属焼結体１が得られる。また、芳香族系ポリイソシアネートは、安価で入手が容易であるという利点も有する。
【００３５】
また、本発明で用いられるポリオールとしては、例えば、ポリオキシエチンジオール、ポリオキシエチレントリオール、ポリオキシエチレンテトロール、ポリオキシエチレンヘキソール、ポリオキシエチレンオクトールのようなポリエーテル系ポリオール、ポリ（ブチレンアジペート）ジオールのようなアジペート系ポリオール、ポリ−ε−カプロラクトンジオールのようなカプロラクトン系ポリオール等のポリエステル系ポリオール、ポリ（ヘキサメチレンカーボネート）ジオールのようなポリカーボネート系ポリオール等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３６】
また、これらの中でも、ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールであるのが好ましい。このようなポリエーテル系ポリオールは、エーテル鎖を含んでいるため屈曲性に富み、低温特性に優れている。このため、ポリオールとしてポリエーテル系ポリオールを用いることにより、低温下であっても保形性に優れた発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。また、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールは、親水性の酸化エチレンユニットを含むため、得られるプレポリマーは親水性を示し、多量の水分を含むスラリーとの混合が容易となり、また発泡安定性に優れる。さらに、ポリエーテル系ポリオールは、酸化による分子鎖の切断が起き易いことから、熱分解によって容易に除去することができる。これにより、速やかな脱脂が可能な発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。
また、このようなポリオールの重量平均分子量は、特に限定されないが、２００〜２００００程度であるのが好ましく、６００〜６０００程度であるのがより好ましい。
【００３７】
さらに、後述するように、発泡金属焼結体の中間体４が三次元網目構造の発泡体を構成できるようにするため、前記イソシアネート基末端プレポリマーの製造には、架橋剤として、多官能性であってかつイソシアネート基と反応性を有するものを使用してもよい。そのような架橋剤として、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリレン−２，４，６−トリアミン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、ヒドラジントリエタノールアミン、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸、ニトリロトリ酢酸、クエン酸、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）等が挙げられる。それらの中でも、グリセリン、トリメチロールプロパンが広く使用されており好ましいものである。
【００３８】
また、プレポリマー２において、ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍程度であるのが好ましく、１．５〜５倍程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマー２中において活性水素基よりイソシアネート基が確実に過剰な状態となる。その結果、プレポリマー２は、後述する中間体製造工程において、スラリー３中の水に対して確実に反応することができる。なお、ポリオール中の活性水素基としては、前述したように、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシル基等が挙げられる。
【００３９】
このようなポリイソシアネートとポリオールとを混合することによりプレポリマー２が作製されるが、この混合は、イソシアネート基が水分と不活性になる雰囲気下で行うのが好ましく、具体的には、イソシアネート基が不活性になる窒素雰囲気下で行うのが好ましい。
また、ポリイソシアネートとポリオールとの混合は、ポリイソシアネートとポリオールとを各種混合機、各種攪拌機等に投入し、混合・攪拌することによって行われる。
【００４０】
なお、ポリイソシアネートとポリオールとを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは４０〜１４０℃程度、より好ましくは５０〜１２０℃程度とされる。また、混合時間は、特に限定されないが、好ましくは０．１〜１０時間程度、より好ましくは１〜５時間程度とされる。
以上のようにしてプレポリマー２が得られる。
【００４１】
なお、本発明で用いられるプレポリマー２は、前述したように、末端がイソシアネート基で終端化されていればよいが、このイソシアネート基の割合（ＮＣＯ％）は、３〜２６質量％程度であるのが好ましく、５〜１５質量％程度であるのがより好ましい。これにより、プレポリマー２は、後述する中間体製造工程においてスラリー３と接触した際に、スラリー３に対する十分な反応性を有するものとなる。また、このプレポリマー２とスラリー３とが反応してなる発泡金属焼結体の中間体４は、適度な機械的強度と柔軟性とを併せ持つものとなり、最終的に、高い機械的強度と高い空孔率とを両立させた発泡金属焼結体１が得られる。
【００４２】
一方、スラリー３は、金属粉末と水とを含む液体、換言すれば、水系分散媒に金属粉末を懸濁（分散）してなる分散液である。
このうち、金属粉末は、最終的に発泡金属焼結体を構成する金属材料の原料となる粉末である。
かかる金属粉末を構成する材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍのような金属、または、これらの１種または２種以上の金属を含む合金（例えば、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金）や金属間化合物等が挙げられる。
また、金属粉末を構成する材料として、上記のような金属を用いることにより、導電性を有する発泡金属焼結体１が得られる。
【００４３】
なお、金属粉末を構成する金属材料には、特に、その比重が１０以下であるものが好ましく、８以下であるものがより好ましい。このような比較的比重の軽い金属材料で構成された粉末であれば、スラリー３中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が生じ難いスラリー３を得ることができる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３とを混合した際に、プレポリマー２とスラリー３とをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体４、ひいては発泡金属焼結体１を得ることができる。
【００４４】
また、金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍ程度であるのが好ましく、１〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。平均粒径を前記範囲に設定された金属粉末であれば、スラリー３中において水系分散媒に容易に懸濁することができる。これにより、金属粉末の分離・沈降が特に生じ難いスラリー３が得られる。その結果、後述する中間体製造工程において、プレポリマー２とスラリー３とを混合した際に、プレポリマー２とスラリー３とをムラなく混合することができ、全体が均質な発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。また、機械的強度を高めつつ、より微細な三次元網目構造を構築可能な中間体４を得ることができる。したがって、最終的に表面積が特に大きく、かつ機械的強度に特に優れた発泡金属焼結体１を得ることができる。
【００４５】
このような金属粉末には、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法等、いかなる方法で製造されたものでも用いることができるが、特にアトマイズ法により製造されたものが好ましく用いられる。アトマイズ法によれば、微細で粒度分布の狭い（粒径の揃った）金属粉末が効率よく得られる。したがって、スラリー３がアトマイズ法で製造された金属粉末を含んでいることにより、金属粉末が均一に懸濁したスラリー３が得られる。
【００４６】
また、アトマイズ法によれば、より球形に近い形状の金属粉末を得ることができる。これにより、金属粉末の流動性が向上し、スラリー３は流動性の高いものとなる。その結果、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際の作業性の向上を図ることができる。
具体的には、金属粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．５〜１であるのが好ましく、０．７〜１であるのがより好ましい。これにより、金属粉末の流動性が特に向上するとともに、各粒子間の充填性も特に高くなる。その結果、最終的に、発泡金属焼結体１の機械的特性を特に高めることができる。なお、各粒子のアスペクト比とは、各粒子の短径を長径で除した値である。
【００４７】
一方、水は、プレポリマー２中のイソシアネート基と接触すると反応して、二酸化炭素等のガスを発生させる。このガスにより、プレポリマー２とスラリー３との混合物が発泡し、外部空間と連通する空孔が混合物中に生成される。また、プレポリマー２とスラリー３との反応によって生じる反応生成物の作用により、混合物が架橋する。
本発明に用いられる水としては、特に限定されず、純水、イオン交換水、水道水、ＲＯ水が挙げられる。
また、スラリー３中には、金属粉末と水以外に、その他の成分を含んでいてもよい。
【００４８】
［Ｂ］中間体製造工程
次に、プレポリマー２とスラリー３とを混合する。これにより、前述したように、プレポリマー２中のイソシアネート基とスラリー３中の水とが反応して、二酸化炭素等のガスが発生する。このガスがプレポリマー２とスラリー３との混合物から外部空間に抜け出ることにより、混合物中に気泡が生成される。これにより、この混合物が発泡する。また、プレポリマー２とスラリー３との反応によって生じる反応生成物（例えば、一級アミン等）の作用により、プレポリマー２とスラリー３との混合物中に、ウレア（尿素）結合、ビュレット結合が生成されるとともに、これらの結合が三次元的に架橋する。これにより、プレポリマー２とスラリー３との混合物が架橋して三次元の網目構造を形成し、発泡金属焼結体の中間体４が製造される。
【００４９】
かかる発泡金属焼結体の中間体４は、金属粉末を含む樹脂材料が三次元の網目構造を構築し、いわゆるスポンジ状の形態をなすものとなる。そして、かかる網目構造を有する中間体４を用いることにより、最終的に、金属粉末の粒子同士が連結してなる三次元の網目構造を有し、等方性の機械的特性を有する優れた発泡金属焼結体１が得られる。
ここで、プレポリマー２とスラリー３との混合は、プレポリマー２とスラリー３とを、各種混合機、各種攪拌機、各種押出機等に投入して行うことができる。
【００５０】
プレポリマー２とスラリー３とを混合する際、プレポリマー２とスラリー３との混合比は、プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、スラリー３中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率であるのが好ましく、２０〜２００を満足する比率であるのがより好ましい。プレポリマー２とスラリー３との混合比を前記範囲内に設定することにより、イソシアネート基と水とが必要かつ十分に反応し、最終的に、機械的強度に優れた発泡金属焼結体１が得られる。
【００５１】
また、プレポリマー２とスラリー３とを混合した混合物を作製する際、混合物の水を除く質量に対する金属粉末の質量の割合は、５〜９０質量％程度であるのが好ましく、３０〜８５質量％程度であるのがより好ましい。金属粉末の割合が前記範囲内になるように、スラリー３中の金属粉末の割合を調整したり、プレポリマー２とスラリー３との混合比を調整することにより、発泡金属焼結体の中間体４中において、金属粉末の含有率が最適化される。これにより、発泡金属焼結体の中間体４は、成形後の保形性および機械的強度に優れたものとなる。その結果、かかる中間体４を、後述する脱脂工程および焼結工程を経て得られる発泡金属焼結体１は、寸法精度および機械的強度に優れたものとなる。
【００５２】
なお、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際の温度は、特に限定されないものの、好ましくは１０〜５０℃程度、より好ましくは１５〜３５℃程度とされる。
また、前述した原料準備工程において用意するプレポリマー２では、ポリイソシアネートの一部とポリオールの一部とを反応させておき、本中間体製造工程において、残りのポリイソシアネートとポリオールとを反応させるようにしてもよい。
【００５３】
また、この中間体製造工程では、プレポリマー２とスラリー３とを混合する際に、さらに界面活性剤を混合するのが好ましい。これにより、発泡金属焼結体の中間体４中に生成される空孔がより微細で均一なものとなる。すなわち、界面活性剤が整泡剤として機能する。
このような界面活性剤としては、いかなる界面活性剤をも用いることができるが、例えば、各種陰イオン（アニオン）性界面活性剤、各種陽イオン（カチオン）性界面活性剤、各種両性界面活性剤、各種非イオン（ノニオン）性界面活性剤等を用いることができる。
【００５４】
このうち、特に非イオン性界面活性剤が好ましく用いられる。具体的には、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステルのようなエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルのようなエーテル型の他、これらを組み合わせたエステル・エーテル型の各種非イオン性界面活性剤等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５５】
さらに、界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤であるのが好ましい。これにより、界面活性剤の混合の有無や混合量を調整することによって、発泡金属焼結体の中間体４中に生成される空孔がさらに微細で均一なものとなる。
このようなポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤としては、例えば、プルロニックＬ−６２（ＢＡＳＦ社製）等が挙げられる。
【００５６】
さらに、中間体製造工程では、界面活性剤の他に、鎖延長剤、架橋剤、可塑剤、離型剤等の添加剤を混合してもよい。
なお、上記の界面活性剤、各種添加剤は、本中間体製造工程で混合してもよいが、あらかじめ、プレポリマー２およびスラリー３のいずれか一方または双方に添加しておいてもよい。
【００５７】
また、本中間体製造工程により得られた発泡金属焼結体の中間体４を所望の形状に成形する場合には、成形型内において、プレポリマー２とスラリー３とを混合する。これにより、成形型内において中間体４が得られる。次いで、成形された中間体４を成形型から脱型する（離型する）。これにより、所望の大きさおよび形状に成形された発泡金属焼結体の中間体４を得ることができる。その結果、最終的に、様々な大きさや形状の発泡金属焼結体１を容易に得ることができる。
【００５８】
なお、中間体４の成形に用いる成形型は、キャビティの一部が開放されたものでもよいが、キャビティが閉空間になった成形型であれば、形成すべき形状の中間体４を確実に得ることができる。また、プレポリマー２の発泡に伴って、プレポリマー２とスラリー３との混合物の体積が増大する。しかしながら、キャビティが閉空間になっているため、中間体４は、周囲から圧縮されるような圧力が付与された状態で架橋する。これにより、中間体４の密度がやや増大する。したがって、キャビティの容積を適宜設定することにより、最終的に発泡金属焼結体１の密度および空孔率を調整することができる。
【００５９】
なお、発泡金属焼結体の中間体４を成形する場合、その成形寸法は、後述する脱脂工程および焼結工程における中間体４の収縮分を見込んで決定される。
また、必要に応じて、発泡金属焼結体の中間体４を乾燥させる。これにより、中間体４中に残存した水分を除去する。
この乾燥は、中間体４に対して、加熱する方法、ガスを噴射する方法、赤外線を照射する方法等により行うことができる。
【００６０】
このうち、中間体４を加熱する場合、その加熱条件は、温度３０〜１００℃×０．１時間〜２週間程度であるのが好ましく、温度５０〜８０℃×０．２時間〜３日間程度であるのがより好ましい。また、加熱雰囲気は、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気または還元性ガス雰囲気であるのが好ましい。
また、ガスを噴射する場合、用いるガスは、不活性ガスまたは還元性ガスであるのが好ましい。
【００６１】
また、発泡金属焼結体の中間体４を乾燥させる前または乾燥させた後に、必要に応じて、中間体４に切削、切断、切り出し、研削、研磨等の後加工を施してもよい。中間体４は、後述する中間体４を脱脂してなる脱脂体５や、脱脂体５を焼結してなる発泡金属焼結体１に比べて柔軟性、靭性に優れるとともに、硬度が低い。このため、中間体４に後加工を施すことにより、脱脂体５や発泡金属焼結体１に後加工を施す場合に比べて、所望の形状への加工を容易かつ高精度に行うことができる。
【００６２】
例えば、中間体４の成形に用いる成形型が、キャビティの一部が開放されたものである場合、プレポリマー２が発泡した際に、この開放された部分からプレポリマー２とスラリー３との混合物があふれ出るおそれがある。そこで、このあふれ出た部分を後加工によって除去することにより、形成すべき形状の中間体４を容易に得ることができる。
なお、発泡金属焼結体の中間体４の見かけ密度は、金属粉末の構成材料によって若干異なるが、３００〜８００ｋｇ／ｍ３程度であるのが好ましく、５００〜７００ｋｇ／ｍ３程度であるのがより好ましい。
【００６３】
また、このようにして製造された発泡金属焼結体の中間体４において、金属粉末の含有率は、５０〜９０質量％程度であるのが好ましい。これにより、中間体４は、保形性を維持するのに必要な樹脂成分を含むとともに、金属粉末の含有率も十分に高いので、焼結性が高いものとなる。したがって、このような中間体４を後述する脱脂・焼成工程に供することにより、短時間での脱脂・焼結が可能であるとともに、構造部材として十分な機械的強度を有する発泡金属焼結体が得られる。
【００６４】
［Ｃ］脱脂工程
次に、発泡金属焼結体の中間体４に熱処理を施す。これにより、中間体４が脱脂され、脱脂体５が得られる。
この脱脂における熱処理条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間程度であるのが好ましく、温度４００〜６００℃×１〜５時間程度であるのがより好ましい。これにより、金属粉末を焼結させることなく、中間体４中から樹脂成分（有機成分）を確実に分解・除去することができる。その結果、脱脂体５中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができ、発泡金属焼結体中に樹脂成分が残留するのを確実に防止することができる。
【００６５】
すなわち、脱脂における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、中間体４の脱脂が不十分になるおそれがある。一方、脱脂における熱処理条件が前記上限値を上回った場合、中間体４中の金属粉末が焼結してしまうおそれがある。
なお、脱脂工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。その場合、徐々に熱処理温度を上げるようにすれば、より脱脂を促進させることができる。
また、熱処理を行う際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気であるのが好ましい。不活性ガス雰囲気によれば、金属粉末が酸化してしまうのを確実に防止しつつ、中間体４中の樹脂成分を分解・除去することができ、中間体４の脱脂が確実になされる。
【００６６】
［Ｄ］焼結工程
次に、脱脂体５に熱処理を施す。これにより、脱脂体５中の金属粉末が焼結し、焼結体となり、発泡金属焼結体（本発明の発泡金属焼結体）１が得られる。
図２は、本発明の発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像の一例、および、この観察像を模式的に示す図である。
【００６７】
発泡金属焼結体１では、金属粉末の粒子同士が焼結によって相互に拡散し、図２に示すように、金属粉末の粒子１１同士が連結（ネッキング）している。また、連結された粒子１１は、立体的（三次元）に広がる網目構造１２を構築している。このような網目構造１２を有する発泡金属焼結体１では、いかなる方向から外力を加えたとしても、立体的に広がる網目構造１２が応力の局所集中を防止することができる。これにより、発泡金属焼結体１は、低密度（軽量）であるにもかかわらず、金属材料に特有の高い機械的特性と、導電性および熱伝導性とを示す材料となる。
【００６８】
また、発泡金属焼結体１が有する網目構造１２の間には空隙部１３が形成されている。この空隙部１３は、複数のものが互いに連結されており、いわゆる「連続空孔」となっている。すなわち、本発明の発泡金属焼結体の製造方法によれば、かかる連続空孔を有し、表面積が極めて大きく、かつ、通気性および通液性に優れた発泡金属焼結体１を効率よく作製することができる。
【００６９】
さらに、空隙部１３の形状は、球形状または球形状に類似した形状をなしている。このため、網目構造１２は、必然的に等方性の高い構造、換言すれば、異方性の低い構造をとることとなる。その結果、発泡金属焼結体１の機械的特性における等方性がより高くなる。
この焼結における熱処理条件は、金属粉末の構成材料に応じて若干異なるものの、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間程度であるのが好ましく、温度１１００〜１２００℃×１〜５時間程度であるのがより好ましい。これにより、金属粉末を確実に焼結させるとともに、過焼結を防止することができる。
【００７０】
すなわち、焼結における熱処理条件が前記下限値を下回った場合、脱脂体５の焼結が不十分になり、機械的強度が低下するおそれがある。一方、熱処理温度が１４００℃超になると、高温によって熱処理装置（焼成炉等）が著しく劣化するおそれがある。また、１４００℃超の高温下では、脱脂に伴って発生するガス（例えば、アミン系ガス）の活性が特に高くなり、このガスによって発泡金属焼結体１や熱処理装置に変質・劣化をもたらすおそれがある。特に、本発明の発泡金属焼結体の製造方法においては、脱脂体５中に多量の樹脂成分が残存するおそれがあるため、焼結工程の際に、この樹脂成分が分解されて発生するガスが多量にかつ長時間にわたって放出されることとなる。このガスは、焼成炉等の熱処理装置の内部に付着したり、装置の劣化を促進したりするおそれがあるため、これらの問題を最小限にする観点から、脱脂体５に対する熱処理は１４００℃以下で行うことが好ましい。さらに、焼結における熱処理条件が前記上限値（１２５０℃）を上回った場合、金属粉末の構成材料によっては、脱脂体５の焼結が進み過ぎてしまい、脱脂体５が三次元の網目構造を維持できずに崩壊してしまうおそれがある。
なお、焼結工程は、複数回に分けて行うようにしてもよい。
【００７１】
また、熱処理を行う際の雰囲気は、いかなる雰囲気であってもよいが、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気、水素ガスのような還元性ガス雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧してなる減圧雰囲気（真空雰囲気）等の非酸化性雰囲気であるのが好ましい。非酸化性雰囲気によれば、金属粉末の酸化を確実に防止しつつ、金属粉末を焼結させることができる。
さらに、還元性ガス雰囲気によれば、金属粉末が多少酸化していたとしても、酸化部分を還元して、酸化物含有率の低い高品質の発泡金属焼結体１が得られる。
【００７２】
また、脱脂工程および焼結工程は、途中で温度を低下させることなく、連続して行うようにしてもよい。
また、前述したように、発泡金属焼結体１は、金属粉末の粒子１１同士が連結したことにより構築されているが、金属材料は、一般に、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料に比べて、優れた靭性を有している。一方、セラミックス材料やガラス材料等の脆性材料では、靭性が低いため、仮にこれらの脆性材料の粉末を用いて発泡焼結体を製造したとしても、そのような発泡焼結体は非常に脆いものとなる。したがって、発泡焼結体中の三次元の網目構造のうち、一部が破壊すると、その衝撃が他の網目構造に容易に伝搬してしまい、破壊が連鎖的に進展することとなる。その結果、脆性材料の粉末を用いた発泡焼結体は、機械的特性が著しく低いものとなる。
【００７３】
これに対し、本発明の発泡金属焼結体では、三次元の網目構造１２のうち、一部の網目構造１２が破断したとしても、金属材料が有する優れた靭性によって、破壊の影響が他の網目構造１２に及ぶことが確実に防止される。したがって、発泡金属焼結体１は、機械的特性に優れたものとなる。
このような発泡金属焼結体１の圧縮強度は、金属粉末の構成材料や空孔率等に応じて若干異なるものの、１ＭＰａ以上であるのが好ましく、２ＭＰａ以上であるのがより好ましい。このような発泡金属焼結体１は、構造部材として十分な機械的強度を有するものとなる。また、本発明の発泡金属焼結体の製造方法によれば、かかる高強度の発泡金属焼結体１を容易かつ確実に製造することができる。
【００７４】
また、発泡金属焼結体１の空孔率は、７０〜９９．５％程度であるのが好ましく、８０〜９９％程度であるのがより好ましい。これにより、発泡金属焼結体１における表面積の増大と機械的強度の向上との両立を図ることができる。
なお、発泡金属焼結体１の密度は、この空孔率と、発泡金属焼結体１の作製に用いられた金属粉末の組成とから算出することができ、例えば、金属粉末としてＳＵＳ−３１６Ｌ（真密度：７９５０ｋｇ／ｍ３）の粉末を用いて作製された空孔率８８．３％の発泡金属焼結体１の場合、発泡金属焼結体１の見かけ密度は、９３０ｋｇ／ｍ３｛＝７９５０×（１−０．８８３）｝となる。
【００７５】
このような発泡金属焼結体１は、軽量であり、かつ多孔質で、表面積および機械的強度が非常に大きい金属材料であるという利点を活かして、例えば、フィルター部材、触媒担体、徐放性担体、伝熱・放熱部材（ヒートシンク、熱交換器）、燃料電池関連部材、電池集電体、防振材、吸音材、断熱材、衝撃吸収部品（自動車用バンパー）、靴用インソール（金属粉末として、例えば抗菌性に優れたＡｇ粉末を使用）、滑り軸受、生体用インプラント（人工骨等）等に応用することができる。
以上、本発明の発泡金属焼結体の製造方法および発泡金属焼結体について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の発泡金属焼結体の製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
【実施例】
【００７６】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．発泡金属焼結体の製造
（実施例１）
［１］ポリエチレングリコール（第一工業製薬製、平均分子量１０００）２モル、トリメチロールプロパン１モル、及び、２，４−及び２，６−トルエンジイソシアネートの８０／２０の混合物（日本ポリウレタン工業社製、Ｔ−８０）７．７モルを混合した後、混合物を２時間攪拌し、イソシアネート基末端プレポリマーを得た。得られたイソシアネート基末端プレポリマーは、淡黄色で、比重１．１０、２５℃で粘度１８０００ｃｐｓ（ブルックフィールド粘度計、ローター４）、イソシアネート基含有量が１１質量％であった。
【００７７】
［２］次に、水アトマイズ法により製造されたステンレス鋼粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）を用意した。なお、このステンレス鋼粉末の構成材料はＳＵＳ３１６Ｌ、平均粒径は６．１μｍ、比重は７．９であった。また、ステンレス鋼粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．７であった。
次に、純水１００重量部中に、ステンレス鋼粉末６００重量部を懸濁させ、スラリーを得た。
【００７８】
［３］次に、高さ２００ｍｍ×縦２００ｍｍ×横２００ｍｍのキャビティを有する成形型内に、プレポリマーと、スラリーと、プルロニックＬ−６２（ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、ＢＡＳＦ社製）とを混合し、攪拌した。これにより、混合物が発泡するとともに架橋した。なお、混合物の重量は３６００ｇであった。その後、架橋物を成形型内から取り出し、立方体形状の発泡金属焼結体の中間体を得た。なお、プレポリマー、ステンレス鋼粉末（金属粉末）、純水、Ｌ−６２の混合比は、重量比で１００：６００：１００：１とした。
次いで、得られた中間体を乾燥炉に入れ、温度７０℃で２日間乾燥させた。
次いで、乾燥後の中間体の密度を、ＪＩＳ Ｋ ６４００に規定の方法にしたがって測定したところ、密度は６５４ｋｇ／ｍ３であった。
【００７９】
［４］次に、中間体を脱脂焼結炉内に入れ、以下の脱脂条件で脱脂を行った。これにより、脱脂体を得た。
＜脱脂条件＞
・脱脂温度 ：５００℃
・脱脂時間 ：１時間
・脱脂雰囲気：窒素ガス雰囲気
【００８０】
［５］続いて、脱脂体を以下の焼結条件で焼結させた。これにより、発泡金属焼結体を得た。
＜焼結条件＞
・焼結温度 ：９５０℃
・焼結時間 ：２時間
・焼結雰囲気：減圧アルゴンガス雰囲気
【００８１】
（実施例２）
焼結温度を１２００℃に変更した以外は、前記実施例１と同様にして発泡金属焼結体を得た。
（実施例３）
ステンレス鋼粉末として、平均粒径１０μｍの粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−２０Ｆ）を用いるとともに、焼結温度を１２５０℃に変更した以外は、前記実施例１と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、ステンレス鋼粉末の各粒子のアスペクト比の平均値は、０．８であった。
【００８２】
（実施例４）
金属粉末を、平均粒径４．０μｍのＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−５Ｆ）に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、６３０ｋｇ／ｍ３であった。
【００８３】
（実施例５）
金属粉末を、平均粒径６．１μｍ、比重７．９のＨＫ−３０（ＳＣＨ２１）ステンレス鋼（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、６４９ｋｇ／ｍ３であった。
【００８４】
（実施例６）
金属粉末を、平均粒径５．０μｍ、比重４．５のチタン粉末に変更した以外は、前記実施例２と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、得られた発泡金属焼結体の中間体の密度は、５５１ｋｇ／ｍ３であった。
（実施例７）
金属粉末として、粉砕法によって製造されたステンレス鋼粉末を用いた以外は、前記実施例３と同様にして発泡金属焼結体を得た。
なお、用いたステンレス鋼粉末は、平均粒径が１０μｍ、比重が７．９、組成がＳＵＳ３１６Ｌの粉末であった。
【００８５】
（比較例）
［１］まず、水アトマイズ法により製造されたステンレス鋼粉末（エプソンアトミックス（株）製、ＰＦ−１０Ｆ）を用意した。なお、このステンレス鋼粉末の構成材料はＳＵＳ３１６Ｌ、平均粒径は６．１μｍであった。
次に、純水中に、ステンレス鋼粉末を懸濁させ、スラリーを得た。
【００８６】
［２］次に、高さ２００ｍｍ×縦２００ｍｍ×横２００ｍｍのウレタンフォームを用意し、このウレタンフォームにスラリーを含浸させた。
［３］次に、スラリーが染み込んだウレタンフォームをロール間で圧縮し、余分な純水を除去した。続いて、スラリーが染み込んだウレタンフォームを乾燥炉に入れ、温度７０℃で２時間乾燥させた。
【００８７】
［４］次に、前記実施例１と同様にして、脱脂、焼結を行い、発泡金属焼結体を得た。なお、焼結温度は１２００℃とした。
（参考例）
金属粉末を、平均粒径４．０μｍのセラミックス粉末（アルミナ）に置き換えた以外は、前記実施例２と同様にして、発泡セラミックス焼結体を得た。
【００８８】
２．発泡金属焼結体の評価
各実施例および比較例で得られた発泡金属焼結体の圧縮強度を比較したところ、各実施例で得られた発泡金属焼結体は、いずれも比較例で得られた発泡金属焼結体や、参考例で得られた発泡セラミックス焼結体よりも優れた圧縮強度を有していた。
また、実施例１〜３で得られた発泡金属焼結体を比較したところ、実施例２、３のものは、実施例１より圧縮強度が特に優れていた。
【００８９】
また、実施例７で得られた発泡金属焼結体は、実施例３で得られた発泡金属焼結体よりも圧縮強度が低かった。これは、粉砕法で製造したステンレス鋼粉末が、粒径のバラツキが大きく、かつ、異形状の粒子が多かったため、分散媒に対して均一に分散させることができず、その結果、発泡金属焼結体の圧縮強度の低下を招いたためと考えられる。
ここで、実施例２で得られた発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像を図３に示す。また、この発泡金属焼結体の外観写真を図４に示す。
【００９０】
これらの図から明らかなように、実施例２で得られた発泡金属焼結体では、立体的（三次元）にネットワークのように広がる網目構造が観察された。また、網目構造の間には、多数の空隙部が形成されていた。また、隣接する空隙部が連結されていることが認められた。さらに、各空隙部の形状は、それぞれ球形状またはそれに類似した形状をなしていた。
一方、実施例７で得られた発泡金属焼結体でも、網目構造が観察されたが、この網目構造の間に形成された各空隙部の形状は、それぞれ異形状をなしていた。このような各空隙部の形状も、実施例７で得られた発泡金属焼結体における圧縮強度の低下の一因になっているものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の発泡金属焼結体の製造方法の実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明の発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像の一例、および、この観察像を模式的に示す図である。
【図３】実施例２で得られた発泡金属焼結体の走査型電子顕微鏡による観察像である。
【図４】実施例２で得られた発泡金属焼結体の外観を示す写真である。
【符号の説明】
【００９２】
１……発泡金属焼結体 １１……金属粉末の粒子 １２……網目構造 １３……空隙部 ２……プレポリマー ３……スラリー ４……発泡金属焼結体の中間体 ５……脱脂体 Ａ……原料準備工程 Ｂ……中間体製造工程 Ｃ……脱脂工程 Ｄ……焼結工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマーと、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリーとを用意する原料準備工程と、
前記プレポリマーと前記スラリーとを混合して反応させることにより、前記プレポリマーを架橋させるとともに発泡させ、中間体を得る中間体製造工程と、
前記中間体に熱処理を施すことにより、前記中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、３〜２６質量％である請求項１に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとの混合物で構成されるものである請求項１または２に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートである請求項３に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールである請求項３または４に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記プレポリマーにおいて、前記ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、前記ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍である請求項３ないし５のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記金属粉末を構成する金属材料は、その比重が１０以下のものである請求項１ないし６のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし７のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍである請求項１ないし８のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーおよび前記スラリーに、さらに界面活性剤を混合する請求項１ないし９のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤である請求項１０に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記プレポリマーと前記スラリーとの混合比は、前記プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、前記スラリー中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率である請求項１ないし１１のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して前記中間体を得た後、離型することにより、所定の形状に成形された前記中間体を得る請求項１ないし１２のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記脱脂工程における脱脂条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間である請求項１ないし１３のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結工程における焼結条件は、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間である請求項１ないし１４のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１６】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して得られる前記中間体は、前記金属粉末を５０〜９０質量％を満足する比率で含むものである請求項１ないし１５のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法により製造されたものであることを特徴とする発泡金属焼結体。
【請求項１８】
当該発泡金属焼結体の空孔率は、７０〜９９．５％である請求項１７に記載の発泡金属焼結体。
【請求項１９】
当該発泡金属焼結体の圧縮強度は、１ＭＰａ以上である請求項１７または１８に記載の発泡金属焼結体。
【請求項２０】
当該発泡金属焼結体において、前記金属粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築している請求項１７ないし１９のいずれかに記載の発泡金属焼結体。
【請求項２１】
当該発泡金属焼結体が含む複数の気泡は、互いに連結している請求項１７ないし２０のいずれかに記載の発泡金属焼結体。
【請求項１】
末端がイソシアネート基で終端化されているプレポリマーと、水系分散媒に金属粉末を懸濁してなるスラリーとを用意する原料準備工程と、
前記プレポリマーと前記スラリーとを混合して反応させることにより、前記プレポリマーを架橋させるとともに発泡させ、中間体を得る中間体製造工程と、
前記中間体に熱処理を施すことにより、前記中間体を脱脂して脱脂体を得る脱脂工程と、
前記脱脂体を焼結させる焼結工程とを有することを特徴とする発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記プレポリマー中の前記イソシアネート基の含有率は、３〜２６質量％である請求項１に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとの混合物で構成されるものである請求項１または２に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記ポリイソシアネートは、芳香族系ポリイソシアネートである請求項３に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記ポリオールは、酸化エチレンユニットを少なくとも６０モル％含むポリエーテル系ポリオールである請求項３または４に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記プレポリマーにおいて、前記ポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数は、前記ポリオール中の活性水素基のモル数に対して、１．１〜１０倍である請求項３ないし５のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記金属粉末を構成する金属材料は、その比重が１０以下のものである請求項１ないし６のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記金属粉末は、アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし７のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項９】
前記金属粉末の平均粒径は、０．５〜３０μｍである請求項１ないし８のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１０】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーおよび前記スラリーに、さらに界面活性剤を混合する請求項１ないし９のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１１】
前記界面活性剤は、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物系界面活性剤である請求項１０に記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１２】
前記プレポリマーと前記スラリーとの混合比は、前記プレポリマー中のイソシアネート基のモル数をｎ１とし、前記スラリー中の水のモル数をｎ２としたとき、ｎ２／ｎ１が６．５〜３９０を満足する比率である請求項１ないし１１のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１３】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して前記中間体を得た後、離型することにより、所定の形状に成形された前記中間体を得る請求項１ないし１２のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１４】
前記脱脂工程における脱脂条件は、温度３００〜７００℃×０．１〜１０時間である請求項１ないし１３のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１５】
前記焼結工程における焼結条件は、温度９５０〜１２５０℃×０．１〜１０時間である請求項１ないし１４のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１６】
前記中間体製造工程において、前記プレポリマーと前記スラリーとを成形型内で混合して得られる前記中間体は、前記金属粉末を５０〜９０質量％を満足する比率で含むものである請求項１ないし１５のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれかに記載の発泡金属焼結体の製造方法により製造されたものであることを特徴とする発泡金属焼結体。
【請求項１８】
当該発泡金属焼結体の空孔率は、７０〜９９．５％である請求項１７に記載の発泡金属焼結体。
【請求項１９】
当該発泡金属焼結体の圧縮強度は、１ＭＰａ以上である請求項１７または１８に記載の発泡金属焼結体。
【請求項２０】
当該発泡金属焼結体において、前記金属粉末の粒子同士が連結し、三次元の網目構造を構築している請求項１７ないし１９のいずれかに記載の発泡金属焼結体。
【請求項２１】
当該発泡金属焼結体が含む複数の気泡は、互いに連結している請求項１７ないし２０のいずれかに記載の発泡金属焼結体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２４９６９３（Ｐ２００９−２４９６９３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９９７３６（Ｐ２００８−９９７３６）
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（０００１１９２３２）株式会社イノアックコーポレーション (1,145)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月７日（２００８．４．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（０００１１９２３２）株式会社イノアックコーポレーション (1,145)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]