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JP7650536B2 - Bell-shaped porous metal structure and its manufacturing method - Google Patents

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JP7650536B2 JP2023502554A JP2023502554A JP7650536B2 JP 7650536 B2 JP7650536 B2 JP 7650536B2 JP 2023502554 A JP2023502554 A JP 2023502554A JP 2023502554 A JP2023502554 A JP 2023502554A JP 7650536 B2 JP7650536 B2 JP 7650536B2
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Description

本開示は、鈴構造を有する多孔質金属構造体及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a porous metal structure having a bell structure and a method for manufacturing the same.

従来、鈴構造を有する多孔質金属構造体が知られている。鈴構造とは、日本の伝統的な鈴のような構造、すなわち運動可能な粒子が殻体内又は中空に存在している構造であり、このような構造を有する多孔質金属構造体は、鈴構造を有していない多孔質金属構造体と比較して、高い吸音性及び制振性を有することも知られている。 Conventionally, porous metal structures having a bell structure are known. A bell structure is a structure resembling a traditional Japanese bell, i.e., a structure in which movable particles exist inside a shell or in a hollow space, and it is also known that porous metal structures having such a structure have high sound absorption and vibration damping properties compared to porous metal structures that do not have a bell structure.

特許文献1及び2は、そのような鈴構造を有する多孔質金属構造体及びその製造方法を開示している。特許文献1及び2は、ともに鈴構造の内部粒子となる部分を中空シリカ粒子で被覆をして、これを多孔質金属構造体の母材となる金属粉末と共に焼結することによって、鈴構造を形成している。Patent documents 1 and 2 disclose a porous metal structure having such a bell structure and a method for manufacturing the same. In both patent documents 1 and 2, the bell structure is formed by coating the inner particles of the bell structure with hollow silica particles, which are then sintered together with metal powder that is the base material of the porous metal structure.

特開2014-5459号公報JP 2014-5459 A 特開2020-70482号公報JP 2020-70482 A

本開示は、新規な鈴構造を有する多孔質金属構造体及びその製造方法を提供する。 The present disclosure provides a novel porous metal structure having a bell structure and a method for manufacturing the same.

本発明者らは、以下の態様を有する本開示により、上記課題を解決できることを見出した。
《態様1》
無機粒子と殻体形成材との第1の複合体を得ること、
前記第1の複合体と金属粉末との第2の複合体を得ること、
前記第2の複合体を加熱して前記金属粉末を焼結すること、及び
前記第2の複合体から前記殻体形成材を除去して焼結した金属粉末を殻体とし前記無機粒子を内部粒子とする鈴構造を形成すること、又は前記殻体形成材をそのまま殻体とし前記無機粒子を内部粒子とする鈴構造を形成すること
を含む、鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法。
《態様2》
前記第1の複合体を得る際に、前記無機粒子と前記殻体形成材とを結着させるためのバインダーをさらに添加する、態様1に記載の製造方法。
《態様3》
前記殻体形成材が、活性炭を含む、態様1又は2に記載の製造方法。
《態様4》
前記殻体形成材が、炭素系殻体形成材であり、前記第2の複合体を酸素含有雰囲気中で加熱して、前記第2の複合体から前記炭素系殻体形成材を除去する、態様1~3のいずれか一項に記載の製造方法。
《態様5》
前記殻体形成材が、無機材料であり、前記殻体形成材をそのまま殻体とする、態様1に記載の製造方法。
《態様6》
前記殻体形成材が、筒状である、態様5に記載の製造方法。
《態様7》
前記無機粒子が、7.0g/cm以上の比重を有する無機粒子であり、前記金属粉末が、アルミニウム系金属粉末、スズ系金属粉末、又はこれらの組み合わせである、態様1~6のいずれか一項に記載の製造方法。
《態様8》
前記第1の複合体を前記金属粉末によって包み込んで第2の複合体を得ることによって、前記多孔質金属構造体を粒子の形態で得る、態様1~7のいずれか一項に記載の製造方法。
《態様9》
態様1~8のいずれか一項に記載の製造方法によって鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得ること、及び
前記複数の多孔質金属構造体を溶融金属に含浸させて冷却すること、
を含む、鈴構造を有する金属構造体の製造方法。
《態様10》
運動可能な無機粒子が殻体に存在している多孔質金属構造体であって、前記無機粒子の平均粒径が、100μm以上5000μm以下であり、前記殻体の平均直径が、前記無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下の範囲である、鈴構造を有する多孔質金属構造体。
《態様11》
前記殻体が、筒状である、態様10に記載の鈴構造を有する多孔質金属構造体。
《態様12》
前記多孔質金属構造体が、スズを含む、態様10又は11に記載の多孔質金属構造体。
《態様13》
粒子の形態である、態様10~12のいずれか一項に記載の多孔質金属構造体。
《態様14》
態様10~13のいずれか一項に記載の多孔質金属構造体を、中実の金属部分の内部に含む、金属構造体。
《態様15》
前記多孔質金属構造体を複数のドメイン部として含み、かつ前記中実の金属部分をマトリクス部分として含む、海島構造を有する態様14に記載の金属構造体。
The present inventors have found that the above problems can be solved by the present disclosure having the following aspects.
Aspect 1
Obtaining a first composite of inorganic particles and a shell-forming material;
Obtaining a second composite of the first composite and a metal powder;
A method for manufacturing a porous metal structure having a bell structure, comprising: heating the second composite to sinter the metal powder; and removing the shell-forming material from the second composite to form a bell structure in which the sintered metal powder serves as a shell and the inorganic particles are internal particles, or forming a bell structure in which the shell-forming material serves as the shell and the inorganic particles are internal particles.
Aspect 2
The method according to aspect 1, further comprising adding a binder for binding the inorganic particles and the shell-forming material when obtaining the first composite.
Aspect 3
3. The method of claim 1 or 2, wherein the shell-forming material comprises activated carbon.
Aspect 4
A manufacturing method according to any one of aspects 1 to 3, wherein the shell-forming material is a carbon-based shell-forming material, and the second composite is heated in an oxygen-containing atmosphere to remove the carbon-based shell-forming material from the second composite.
Aspect 5
The method according to claim 1, wherein the shell-forming material is an inorganic material, and the shell-forming material itself is used as the shell.
Aspect 6
6. The method according to claim 5, wherein the shell-forming material is cylindrical.
Aspect 7
The manufacturing method according to any one of aspects 1 to 6, wherein the inorganic particles are inorganic particles having a specific gravity of 7.0 g / cm 3 or more, and the metal powder is an aluminum-based metal powder, a tin-based metal powder, or a combination thereof.
Aspect 8
A method according to any one of the preceding claims, wherein the first composite is enveloped by the metal powder to obtain a second composite, thereby obtaining the porous metal structure in the form of particles.
Aspect 9
Obtaining a plurality of porous metal structures having a bell structure by the manufacturing method according to any one of aspects 1 to 8; and impregnating the plurality of porous metal structures with molten metal and cooling the same.
A method for producing a metal structure having a bell structure, comprising:
Aspect 10
A porous metal structure having a bell structure, in which movable inorganic particles are present in a shell, the inorganic particles have an average particle size of 100 μm or more and 5000 μm or less, and the shell has an average diameter in the range of 1.5 to 10.0 times the average particle size of the inorganic particles.
Aspect 11
The porous metal structure having a bell structure according to claim 10, wherein the shell is cylindrical.
Aspect 12
12. The porous metal structure of claim 10 or 11, wherein the porous metal structure comprises tin.
Aspect 13
13. The porous metal structure of any one of aspects 10 to 12, in the form of particles.
Aspect 14
A metal structure comprising the porous metal structure according to any one of aspects 10 to 13 inside a solid metal part.
Aspect 15
15. The metal structure according to claim 14, having an island-in-a-sea structure, comprising the porous metal structure as a plurality of domain portions and the solid metal portion as a matrix portion.

図1は、鈴構造を有する構造体に振動を与えた場合に、内部粒子がどのように運動するかについての概略図及び実験結果を示している。FIG. 1 shows a schematic diagram and experimental results of how internal particles move when a structure having a bell structure is subjected to vibration. 図2は、鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造プロセスの1つの態様を概略的に示している。FIG. 2 shows a schematic diagram of one embodiment of a manufacturing process for a porous metal structure having a bell structure. 図3は、実施例で製造した実施例1、比較例1、比較例2、及び比較例3の多孔質金属構造体のSEM写真を示している。FIG. 3 shows SEM photographs of the porous metal structures of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 produced in the Examples. 図4は、実施例で用いた制振性能の評価のための測定装置を概略的に示している。FIG. 4 shows a schematic diagram of a measuring device for evaluating vibration damping performance used in the examples. 図5は、実施例1及び比較例1~4について測定した制振性能の評価結果を示している。FIG. 5 shows the evaluation results of the vibration damping performance measured for Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. 図6は、鈴構造の内部粒子を変更した実験について測定した制振性能の評価結果を示している。FIG. 6 shows the evaluation results of vibration damping performance measured in an experiment in which the internal particles of the bell structure were changed. 図7は、鈴構造の量を変更した実験について測定した制振性能の評価結果を示している。FIG. 7 shows the evaluation results of vibration damping performance measured in an experiment in which the amount of the bell structure was changed. 図8は、鈴構造を有する金属構造体の製造プロセスの1つの態様を概略的に示している。FIG. 8 shows a schematic diagram of one embodiment of a manufacturing process for a metal structure having a bell structure. 図9(a)は、粒子形態の多孔質金属構造体を得るための、炭素系殻体形成材等が除去されていない状態の第2の複合体を概略的に示している。図9(b)は、図9(a)の第2の複合体から炭素系殻体形成材等を除去して得られた粒子形態の多孔質金属構造体を概略的に示している。Fig. 9(a) shows a schematic diagram of a second composite in a state in which the carbon-based shell-forming material and the like have not been removed in order to obtain a particulate porous metal structure, and Fig. 9(b) shows a schematic diagram of a particulate porous metal structure obtained by removing the carbon-based shell-forming material and the like from the second composite of Fig. 9(a). 図10は、実施例で得られた球状の粒子形態の多孔質金属構造体の光学顕微鏡による外観及び断面写真を示している。FIG. 10 shows an external view and a cross-sectional photograph taken by an optical microscope of the porous metal structure having spherical particle form obtained in the example. 図11は、実施例で得られた鈴構造を有する金属構造体の光学顕微鏡による断面写真及びSEMによる断面の拡大写真を示している。FIG. 11 shows a cross-sectional photograph taken by an optical microscope and an enlarged cross-sectional photograph taken by an SEM of a metal structure having a bell structure obtained in an example. 図12は、殻体形成材がそのまま殻体となる場合の第1の複合体を得るためのプロセスを概略的に示している。FIG. 12 shows a schematic process for obtaining a first composite body in the case where the shell-forming material itself becomes the shell. 図13は、図12に示すようなプロセスで製造した場合の鈴構造の断面図を示している。FIG. 13 shows a cross-sectional view of a bell structure when manufactured by the process shown in FIG. 図14は、殻体形成材がそのまま殻体となる場合の鈴構造について測定した制振性能の評価結果を示している。FIG. 14 shows the evaluation results of vibration damping performance measured for a bell structure in which the shell-forming material itself becomes the shell. 図15は、多孔質金属のブリネル硬さ(HBW)と、全金属粉末に対するSn粉末の質量比との関係を示している。FIG. 15 shows the relationship between the Brinell hardness (HBW) of the porous metal and the mass ratio of the Sn powder to the total metal powder. 図16は、金属粉末としてSn粉末を用いた場合の制振性能の評価結果を示している。FIG. 16 shows the evaluation results of the vibration damping performance when Sn powder was used as the metal powder.

《鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法》
本開示の多孔質金属構造体の製造方法は、無機粒子と殻体形成材とを少なくとも含む第1の複合体を得ること;前記第1の複合体と金属粉末とを少なくとも含む第2の複合体を得ること;前記第2の複合体を焼結すること;及び前記第2の複合体から前記殻体形成材を除去すること、を含む。第2の複合体から前記殻体形成材が除去されることで、焼結された金属粉末が殻体となり、無機粒子が内部粒子となる鈴構造が形成される。また、本開示の多孔質金属構造体の製造方法は、殻体形成材を除去する代わりに、殻体形成材をそのまま殻体とし無機粒子を内部粒子とする鈴構造を形成してもよい。
<<Method for manufacturing a porous metal structure having a bell structure>>
The method for producing a porous metal structure of the present disclosure includes obtaining a first composite containing at least inorganic particles and a shell-forming material; obtaining a second composite containing at least the first composite and a metal powder; sintering the second composite; and removing the shell-forming material from the second composite. By removing the shell-forming material from the second composite, a bell structure is formed in which the sintered metal powder becomes a shell and the inorganic particles become internal particles. In addition, the method for producing a porous metal structure of the present disclosure may form a bell structure in which the shell-forming material itself is the shell and the inorganic particles are the internal particles, instead of removing the shell-forming material.

特許文献1及び2のような従来技術により製造された鈴構造を有する多孔質金属構造体では、鈴の殻体内部に、中空シリカ粒子及びその残渣が残留する。また、従来技術においては、殻体の大きさ等の制御が難しく、かつ製造工程が煩雑化していた。さらに、従来技術においては、材料選択においても制限があり、特定の材料のみが製造に使用されていた。それに対して、本開示の製造方法によれば、製造プロセスを簡略化することができ、また最終の多孔質金属構造体に殻体形成材の残渣を少なくでき、さらに非常に多様な材料で構成できることが分かった。In porous metal structures having a bell structure manufactured by conventional techniques such as those in Patent Documents 1 and 2, hollow silica particles and their residue remain inside the bell shell. In addition, in conventional techniques, it is difficult to control the size of the shell, and the manufacturing process is complicated. Furthermore, in conventional techniques, there are limitations on the selection of materials, and only specific materials are used in manufacturing. In contrast, it has been found that the manufacturing method disclosed herein can simplify the manufacturing process, reduce the amount of shell-forming material residue in the final porous metal structure, and can be constructed from a wide variety of materials.

さらに、本開示の製造方法によって、様々な大きさ及び材質の内部粒子及び殻体を有する多孔質金属構造体を調製することができるようになったため、これにより鈴構造を高度に設計して、多孔質金属構造体に高い吸音性及び/又は制振性を提供できるようになった。そして、吸音性及び/又は制振性は、吸収したい振動の大きさ及び周波数に応じて、最適化できるようになった。 Furthermore, the manufacturing method disclosed herein makes it possible to prepare porous metal structures having internal particles and shells of various sizes and materials, thereby enabling highly engineered bell structures to provide the porous metal structures with high sound absorption and/or vibration damping properties. Furthermore, the sound absorption and/or vibration damping properties can be optimized depending on the magnitude and frequency of the vibrations to be absorbed.

そして、このようにして得られる鈴構造の多孔質金属構造体は、驚くべきことに、場合によっては制振ゴムと同レベルの極めて高い吸音性及び/又は制振性が得られることが分かった。 And it has been surprisingly found that the bell-shaped porous metal structure obtained in this way can, in some cases, achieve extremely high sound absorption and/or vibration damping properties on the same level as vibration-damping rubber.

〈第1の複合体を得る工程〉
本開示の製造方法は、まず無機粒子と殻体形成材とを少なくとも含む第1の複合体を得る工程を含む。無機粒子は、最終的に得られる鈴構造の多孔質金属構造体において、鈴構造の運動可能な内部粒子を構成する。また、殻体形成材は、最終的に得られる鈴構造の多孔質金属構造体において、鈴構造の殻体を形成する。すなわち、殻体形成材は、最終的に除去されて多孔質金属内に殻体となる空間を形成するか、又は多孔質金属構造体内に残留してそのまま殻体となる。
<Step of Obtaining First Composite>
The manufacturing method of the present disclosure includes a step of obtaining a first composite containing at least inorganic particles and a shell-forming material. The inorganic particles constitute movable internal particles of the bell-structured porous metal structure that is finally obtained. The shell-forming material forms a bell-structured shell in the bell-structured porous metal structure that is finally obtained. That is, the shell-forming material is eventually removed to form a space that becomes the shell in the porous metal, or remains in the porous metal structure and becomes the shell as it is.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体は、殻体形成材が無機粒子に付着している形態であることが好ましく、特に無機粒子の表面の実質的に全体に殻体形成材が付着している形態であることが好ましい。鈴構造の内部粒子を1つだけにしようとする場合には、無機粒子が1つのみ含まれるように、第1の複合体を製造することができ、鈴構造の内部粒子を複数存在させようとする場合には、無機粒子が複数含まれるように、第1の複合体を製造することができる。When the shell-forming material is finally removed, the first composite is preferably in a form in which the shell-forming material is attached to the inorganic particles, and in particular in a form in which the shell-forming material is attached to substantially the entire surface of the inorganic particles. When it is desired to have only one bell-structured internal particle, the first composite can be manufactured so that it contains only one inorganic particle, and when it is desired to have multiple bell-structured internal particles, the first composite can be manufactured so that it contains multiple inorganic particles.

この場合、無機粒子と殻体形成材との複合化の方法は、単に混合するだけでもよい。例えば、その方法は、特に限定されず、液体媒体を用いた湿式混合でもよく、また乾式混合でもよい。混合にあたっては、通常のミキサー、ヘンシェルミキサー、超音波分散装置、ホモミキサー、乳鉢、ボールミル、遊星式撹拌機等を使用することができるが、これらに限定されない。混合時間についても、本開示の方法を実施するために十分である第1の複合体を形成することができれば、特に限定されない。In this case, the method of compounding the inorganic particles and the shell-forming material may be simply mixing. For example, the method is not particularly limited, and may be wet mixing using a liquid medium or dry mixing. For mixing, a normal mixer, a Henschel mixer, an ultrasonic dispersion device, a homomixer, a mortar, a ball mill, a planetary stirrer, etc. may be used, but is not limited to these. The mixing time is also not particularly limited as long as it is possible to form a first complex that is sufficient for carrying out the method of the present disclosure.

殻体形成材が多孔質金属構造体内に残留してそのまま殻体となる場合、殻体形成材は、その内部に無機粒子を包含させることができ、かつ金属粉末を焼結する工程の後でも殻体であり続けられれば、特に限定されない。したがって、この場合、殻体形成材は、無機粒子をその内部に包含可能な中空構造体であることができ、殻体形成材は、例えば無機材料から構成することができ、具体的には、下記の無機粒子の材料として使用可能な材料から構成することができる。中空構造体としては、特にその形状は限定されず、球状の中空構造体であってもよいが、好ましくは筒状であり、特に円柱、角柱等の筒状形状を挙げることができる。When the shell-forming material remains in the porous metal structure and becomes the shell as it is, the shell-forming material is not particularly limited as long as it can contain inorganic particles therein and can continue to be a shell even after the process of sintering the metal powder. Therefore, in this case, the shell-forming material can be a hollow structure capable of containing inorganic particles therein, and the shell-forming material can be composed of, for example, an inorganic material, specifically, it can be composed of a material that can be used as a material for inorganic particles described below. The shape of the hollow structure is not particularly limited, and it may be a spherical hollow structure, but is preferably cylindrical, and particularly cylindrical shapes such as cylinders and prisms can be mentioned.

本発明者らは、筒状の殻体形成材の長軸の向きを、多孔質金属構造体が振動を受ける向きと合わせることによって、極めて高い吸音性及び/又は制振性が得られることを見出した。筒状の殻体形成材をそのまま殻体とする場合、殻体形成材の向きを比較的任意に設定することができるため、殻体形成材の長軸の向きを、多孔質金属構造体が振動を受ける向きと略平行にすることが可能である。好ましくは、多孔質金属構造体が最も振動を受けやすい向きの軸と、筒状殻体形成材の長軸とは、平均で、40°以下、30°以下、20°以下、15°以下、10°以下、又は5以下である。The inventors have found that extremely high sound absorption and/or vibration damping properties can be obtained by aligning the direction of the long axis of the cylindrical shell-forming material with the direction in which the porous metal structure is subjected to vibration. When the cylindrical shell-forming material is used as the shell itself, the direction of the shell-forming material can be set relatively arbitrarily, so that the direction of the long axis of the shell-forming material can be made approximately parallel to the direction in which the porous metal structure is subjected to vibration. Preferably, the axis in the direction in which the porous metal structure is most susceptible to vibration and the long axis of the cylindrical shell-forming material are, on average, 40° or less, 30° or less, 20° or less, 15° or less, 10° or less, or 5° or less.

無機粒子としては、特に限定されないが、金属、半金属、及びそれらの組み合わせ、並びにそれらの酸化物、窒化物、炭化物、及びホウ化物からなる群より選択される材料又はこれらの複合材料の粒子であることができる。例えば、無機粒子は、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、亜鉛、鉄、銅、ニッケル、鉛、タングステン、及びそれらを含む合金、並びにそれらの化合物(特に、酸化物、窒化物、炭化物、及びホウ化物)からなる群より選択される材料又はこれらの複合材料を含む粒子又はそれらからなる粒子であることができる。The inorganic particles may be, but are not limited to, particles of a material selected from the group consisting of metals, semimetals, and combinations thereof, as well as their oxides, nitrides, carbides, and borides, or composite materials thereof. For example, the inorganic particles may be particles containing or consisting of a material selected from the group consisting of silicon, aluminum, titanium, zirconium, zinc, iron, copper, nickel, lead, tungsten, and alloys containing them, as well as compounds thereof (particularly oxides, nitrides, carbides, and borides), or composite materials thereof.

無機粒子は、3.0g/cm以上、4.0g/cm以上、5.0g/cm以上、6.0g/cm以上、7.0g/cm以上、又は8.0g/cm以上の比重を有する材料から構成されていてもよく、15.0g/cm以下、12.0g/cm以下、10.0g/cm以下、9.0g/cm以下、又は8.0g/cm以下の材料から構成されていてもよい。例えば、無機粒子は、3.0g/cm以上15.0g/cm以下、又は7.0g/cm以上12.0g/cm以下の比重を有する材料から構成することができる。 The inorganic particles may be made of a material having a specific gravity of 3.0 g/cm 3 or more, 4.0 g/cm 3 or more, 5.0 g/cm 3 or more, 6.0 g/cm 3 or more, 7.0 g/cm 3 or more, or 8.0 g/cm 3 or more, or 15.0 g/cm 3 or less, 12.0 g/cm 3 or less, 10.0 g/cm 3 or less, 9.0 g/cm 3 or less, or 8.0 g/cm 3 or less. For example, the inorganic particles can be made of a material having a specific gravity of 3.0 g/cm 3 or more and 15.0 g/cm 3 or less, or 7.0 g/cm 3 or more and 12.0 g/cm 3 or less.

本発明者らは、これらの中でも特に、6.0g/cm以上又は7.0g/cm以上の比重の高い重い無機粒子を用いた場合に、非常に高い吸音性及び/又は制振性を有する鈴構造の多孔質金属構造体が得られることを見出した。このような無機粒子としては、鉄、銅、タングステン、及びこれらの合金、並びにこれらの化合物を挙げることができる。 The present inventors have found that when heavy inorganic particles having a specific gravity of 6.0 g/ cm3 or more or 7.0 g/ cm3 or more are used, a bell-shaped porous metal structure having very high sound absorption and/or vibration damping properties can be obtained. Examples of such inorganic particles include iron, copper, tungsten, alloys thereof, and compounds thereof.

無機粒子の形状は、特に限定されないが、殻体内で、殻体壁面と摩擦又は衝突できる形状であることが好ましく、例えば、無機粒子は、不定形;真球状、長楕円球状等の球状;薄片状、六角板状等の板状等のいずれの形状であってもよい。The shape of the inorganic particles is not particularly limited, but it is preferable that the inorganic particles have a shape that allows them to rub or collide with the shell wall surface inside the shell. For example, the inorganic particles may be any of the following shapes: amorphous; spherical, elongated ellipsoidal, etc.; flaky, hexagonal plate, etc.

本発明者らは、無機粒子が殻体内で移動する際に、転がって殻体と接触するよりも、殻体内でスライドして接触する方が、殻体と無機粒子との摩擦が極めて大きくなることを見出した。具体的には、無機粒子が殻体内でスライドして接触する場合、転がって殻体と接触する場合よりも、100倍~1000倍の大きさの摩擦が発生するため、無機粒子が殻体内でスライド移動するように殻体の形状と無機粒子の形状を設計することによって、多孔質金属構造体に、極めて高い吸音性及び/又は制振性が与えられることを見出した。The inventors have found that when inorganic particles move within a shell, friction between the shell and the inorganic particles is much greater when the inorganic particles slide within the shell rather than rolling in contact with the shell. Specifically, when inorganic particles slide within the shell and make contact, friction that is 100 to 1000 times greater occurs than when the inorganic particles roll in contact with the shell. Therefore, the inventors have found that by designing the shape of the shell and the shape of the inorganic particles so that the inorganic particles slide within the shell, it is possible to impart extremely high sound absorption and/or vibration damping properties to the porous metal structure.

このような観点から、殻体形成材が多孔質金属構造体内に残留してそのまま殻体となる場合に、無機粒子は、球形とするのではなく、筒内を転がらないように円柱、角柱等の長軸を有する形状とすることが好ましい。From this perspective, when the shell-forming material remains within the porous metal structure and becomes the shell as is, it is preferable that the inorganic particles are not spherical, but rather have a shape with a long axis such as a cylinder or prism so that they do not roll within the tube.

この場合において、筒状の殻体形成材の筒の径が、無機粒子の長軸の長さよりも十分に大きい場合には、無機粒子の形状に関わらず殻体内で回転運動をすることになるため、筒状の殻体形成材の筒の径の大きさと、無機粒子の短軸の径の大きさは、ある程度近づけることが好ましい。筒状の殻体形成材の筒の内径の平均等価直径は、無機粒子の短軸の平均等価直径の、1.1倍、1.2倍、1.5倍、又は2.0倍以上であってもよく、4.0倍以下、3.0倍以下、又は2.0倍以下であってもよく、1.1倍以上4.0倍以下、又は1.2倍以上2.0倍以下であってもよい。なお、等価直径とは、その面の外周長さと等しい外周長さを有する正円の直径をいう。短軸の平均等価直径とは、長軸に垂直に切断した場合に得られる面の等価直径の平均値をいう。In this case, if the diameter of the cylindrical shell-forming material is sufficiently larger than the length of the major axis of the inorganic particles, the inorganic particles will rotate within the shell regardless of their shape, so it is preferable to make the diameter of the cylindrical shell-forming material and the minor axis of the inorganic particles closer to each other to some extent. The average equivalent diameter of the inner diameter of the cylindrical shell-forming material may be 1.1 times, 1.2 times, 1.5 times, or 2.0 times or more, or 4.0 times or less, 3.0 times or less, or 2.0 times or less, or 1.1 times or more and 4.0 times or less, or 1.2 times or more and 2.0 times or less, of the average equivalent diameter of the minor axis of the inorganic particles. The equivalent diameter refers to the diameter of a perfect circle having a perimeter length equal to the perimeter length of the surface. The average equivalent diameter of the minor axis refers to the average equivalent diameter of the surface obtained when cut perpendicular to the major axis.

筒状の殻体形成材の長軸の長さに対して無機粒子が大きい場合、筒内での無機粒子の移動距離が短くなり、無機粒子の筒内での摩擦が小さくなる。そのため、筒の長軸の長さと無機粒子の大きさとは、無機粒子が筒内で大きな摩擦を発生させるように設定することが好ましい。例えば、筒の長軸の長さに対する、無機粒子の径(特に、無機粒子の長軸の長さ)の比(無機粒子の径/筒の長軸の長さ)は、0.1以上、0.2以上、0.3以上、0.4以上、0.5以上とすることができ、0.9以下、0.8以下、0.7以下、0.6以下、又は0.5以下であってもよい。例えば、この比は、0.1以上0.9以下、又は0.2以上0.6以下であってもよい。When the inorganic particles are large relative to the length of the long axis of the cylindrical shell-forming material, the movement distance of the inorganic particles in the cylinder is shortened, and the friction of the inorganic particles in the cylinder is reduced. Therefore, it is preferable to set the length of the long axis of the cylinder and the size of the inorganic particles so that the inorganic particles generate large friction in the cylinder. For example, the ratio of the diameter of the inorganic particles (particularly, the length of the long axis of the inorganic particles) to the length of the long axis of the cylinder (diameter of the inorganic particles/length of the long axis of the cylinder) can be 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, 0.5 or more, and may be 0.9 or less, 0.8 or less, 0.7 or less, 0.6 or less, or 0.5 or less. For example, this ratio may be 0.1 or more and 0.9 or less, or 0.2 or more and 0.6 or less.

筒状の殻体形成材の長軸の平均長さは、1mm以上、2mm以上、3mm以上、5mm以上、又は10mm以上であってもよく、50mm以下、30mm以下、10mm以下、5mm以下、又は3mm以下であってもよい。例えば、筒状の殻体形成材の長軸は、1mm以上50mm以下、又は2mm以上10mm以下であってもよい。The average length of the long axis of the cylindrical shell-forming material may be 1 mm or more, 2 mm or more, 3 mm or more, 5 mm or more, or 10 mm or more, or 50 mm or less, 30 mm or less, 10 mm or less, 5 mm or less, or 3 mm or less. For example, the long axis of the cylindrical shell-forming material may be 1 mm or more and 50 mm or less, or 2 mm or more and 10 mm or less.

筒状の殻体形成材の短軸の平均等価直径は、0.1mm以上、0.5mm以上、1.0mm以上、3mm以上、又は5mm以上であってもよく、10mm以下、5mm以下、3mm以下、1mm以下、又は0.5mm以下であってもよい。例えば、筒状の殻体形成材の長軸は、0.1mm以上10mm以下、又は0.5mm以上3mm以下であってもよい。The average equivalent diameter of the short axis of the cylindrical shell-forming material may be 0.1 mm or more, 0.5 mm or more, 1.0 mm or more, 3 mm or more, or 5 mm or more, and may be 10 mm or less, 5 mm or less, 3 mm or less, 1 mm or less, or 0.5 mm or less. For example, the long axis of the cylindrical shell-forming material may be 0.1 mm or more and 10 mm or less, or 0.5 mm or more and 3 mm or less.

無機粒子の平均粒径は、10μm以上、50μm以上、100μm以上、又は300μm以上であってもよく、5000μm以下、3000μm以下、2000μm以下、1500μm以下、1000μm以下、800μm以下、又は500μm以下であってもよい。例えば、無機粒子の平均粒径は、10μm以上5000μm以下、50μm以上2000μm以下、又は100μm以上1000μm以下であってもよい。本明細書において、平均粒径とは、光学電子顕微鏡(又は径が大きい場合にはノギス)を用いて、無作為に選択して最大100個の粒子の長軸を測定し、その個数基準の粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。The average particle size of the inorganic particles may be 10 μm or more, 50 μm or more, 100 μm or more, or 300 μm or more, and may be 5000 μm or less, 3000 μm or less, 2000 μm or less, 1500 μm or less, 1000 μm or less, 800 μm or less, or 500 μm or less. For example, the average particle size of the inorganic particles may be 10 μm or more and 5000 μm or less, 50 μm or more and 2000 μm or less, or 100 μm or more and 1000 μm or less. In this specification, the average particle size means the particle size at 50% of the cumulative value in the particle size distribution based on the number of particles selected at random and measured along the major axis of up to 100 particles using an optical electron microscope (or a vernier caliper if the diameter is large).

無機粒子は、最終的に得られる多孔質金属構造体の総質量に対して、1質量%以上、2質量%以上、3質量%以上、5質量%以上、又は7質量%以上であってもよく、30質量%以下、20質量%以下、15質量%以下、又は10質量%以下であってもよい。例えば、無機粒子は、最終的に得られる多孔質金属構造体の総質量に対して、1質量%以上30質量%以下、又は2質量%以上15質量%以下であってもよい。The inorganic particles may be 1% by mass or more, 2% by mass or more, 3% by mass or more, 5% by mass or more, or 7% by mass or more, and 30% by mass or less, 20% by mass or less, 15% by mass or less, or 10% by mass or less, based on the total mass of the finally obtained porous metal structure. For example, the inorganic particles may be 1% by mass or more and 30% by mass or less, or 2% by mass or more and 15% by mass or less, based on the total mass of the finally obtained porous metal structure.

殻体形成材が最終的に除去される場合、殻体形成材は、第2の複合体から除去することができ、最終的に得られる鈴構造の多孔質金属構造体に殻体を形成することができれば、特に限定されない。殻体形成材としては、例えば、炭素系殻体形成材、液体溶解性殻体形成材等を挙げることができる。When the shell-forming material is finally removed, the shell-forming material is not particularly limited as long as it can be removed from the second composite and can form a shell in the finally obtained bell-shaped porous metal structure. Examples of the shell-forming material include carbon-based shell-forming materials and liquid-soluble shell-forming materials.

本発明者らは、最終的に得られる金属構造体が多孔質体であることによって、その連続気孔を通じて殻体形成材を消失させることができることを見出した。すなわち、炭素系殻体形成材を含む第2の複合体を、酸素含有雰囲気化で加熱することによって、第2の複合体の金属粉末が焼結されている間又は焼結された後であっても、第2の複合体の金属粉末に由来する多孔質体の連続気孔を通じて炭素系殻体形成材の炭素が酸素と反応して二酸化炭素になることで、第2の複合体から炭素系殻体形成材を消失させることができる。また、液体溶解性殻体形成材を含む第2の複合体を、その殻体形成材が溶解する液体と接触させることによって、第2の複合体の金属粉末に由来する多孔質体の連続気孔を通じて、液体溶解性殻体形成材を液体に溶出させて、第2の複合体から液体溶解性殻体形成材を消失させることができる。The inventors have found that the finally obtained metal structure is a porous body, and thus the shell-forming material can be eliminated through the continuous pores. That is, by heating the second composite containing the carbon-based shell-forming material in an oxygen-containing atmosphere, the carbon of the carbon-based shell-forming material reacts with oxygen through the continuous pores of the porous body derived from the metal powder of the second composite to become carbon dioxide, even while or after the metal powder of the second composite is being sintered, and the carbon-based shell-forming material can be eliminated from the second composite. In addition, by contacting the second composite containing the liquid-soluble shell-forming material with a liquid in which the shell-forming material dissolves, the liquid-soluble shell-forming material can be dissolved into the liquid through the continuous pores of the porous body derived from the metal powder of the second composite, and the liquid-soluble shell-forming material can be eliminated from the second composite.

炭素系殻体形成材は、第2の複合体を酸素含有雰囲気中で加熱することによって、その大部分が消失し、最終的に得られる鈴構造の多孔質金属構造体に殻体を形成することができれば、特に限定されない。例えば、炭素系殻体形成材は、炭素系材料を挙げることができ、活性炭、黒鉛、易黒鉛化性炭素(ソフトカーボン)、難黒鉛化性炭素(ハードカーボン)、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。これらの実質的に炭素からなる炭素系殻体形成材は、酸素含有雰囲気中で加熱されることで、二酸化炭素となって消失させることができるため好ましい。また、炭素系殻体形成材としては、各種ポリマー、炭化水素等の炭素含有材料であってもよい。The carbon-based shell-forming material is not particularly limited as long as it can be heated in an oxygen-containing atmosphere to form a shell in the porous metal structure having a bell structure, with most of the carbon-based shell-forming material disappearing. For example, the carbon-based shell-forming material can be a carbon-based material, such as activated carbon, graphite, graphitizable carbon (soft carbon), non-graphitizable carbon (hard carbon), carbon fiber, carbon nanotubes, graphene, and carbon black. These carbon-based shell-forming materials that are essentially made of carbon are preferable because they can be turned into carbon dioxide and disappear when heated in an oxygen-containing atmosphere. In addition, the carbon-based shell-forming material may be a carbon-containing material such as various polymers and hydrocarbons.

液体溶解性殻体形成材は、第2の複合体の金属粉末に由来する多孔質体の連続気孔を通じて、液体溶解性殻体形成材を液体に溶出させて、第2の複合体から液体溶解性殻体形成材を消失させることができれば、特に限定されない。例えば、液体溶解性殻体形成材は、有機溶媒可溶性であってもよく、水系溶媒可溶性であってもよい。例えば、液体溶解性殻体形成材は、水系溶媒可溶性とする場合には、水溶性物質、例えば塩化ナトリウム、塩化カルシウム等の水溶性無機化合物、ポリエチレングリコール等の水溶性ポリマーを挙げることができ、有機溶媒可溶性とする場合には、アクリル樹脂等の有機系ポリマーを挙げることができる。特に、液体溶解性殻体形成材を、金属粉末を焼結した後に除去する場合には、液体溶解性殻体形成材は、金属粉末の焼結温度以上に加熱された後の状態で、液体に可溶性であることができる。この場合は、液体溶解性殻体形成材として水溶性ポリマーを用いた場合であっても、焼結温度以上に加熱されると炭化する場合があり、有機溶媒で除去することができる。例えば、液体溶解性殻体形成材として、塩化ナトリウム等の水溶性無機化合物を用いた場合には、金属粉末の焼結温度以上に加熱されても、水溶性無機化合物は通常は変質せず、多孔質金属構造体の通気孔から水を侵入させることによって除去できるため好ましい。The liquid-soluble shell-forming material is not particularly limited as long as it can dissolve the liquid-soluble shell-forming material into the liquid through the continuous pores of the porous body derived from the metal powder of the second composite, and can eliminate the liquid-soluble shell-forming material from the second composite. For example, the liquid-soluble shell-forming material may be soluble in an organic solvent or may be soluble in an aqueous solvent. For example, when the liquid-soluble shell-forming material is soluble in an aqueous solvent, water-soluble substances such as water-soluble inorganic compounds such as sodium chloride and calcium chloride, and water-soluble polymers such as polyethylene glycol can be mentioned, and when the liquid-soluble shell-forming material is soluble in an organic solvent, organic polymers such as acrylic resin can be mentioned. In particular, when the liquid-soluble shell-forming material is removed after sintering the metal powder, the liquid-soluble shell-forming material can be soluble in a liquid after being heated to the sintering temperature of the metal powder or higher. In this case, even if a water-soluble polymer is used as the liquid-soluble shell-forming material, it may be carbonized when heated to the sintering temperature or higher, and can be removed with an organic solvent. For example, when a water-soluble inorganic compound such as sodium chloride is used as the liquid-soluble shell-forming material, the water-soluble inorganic compound usually does not change even when heated to above the sintering temperature of the metal powder, and is preferable because it can be removed by allowing water to penetrate through the air holes in the porous metal structure.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体中での殻体形成材の質量の無機粒子の質量に対する比(殻体形成材の質量/無機粒子の質量)は、0.01以上、0.05以上、0.1以上、0.2以上、0.3以上、又は0.5以上であってもよく、2.0以下、1.0以下、0.5以下、0.3以下、0.2以下、であってもよい。例えば、この質量比は、0.01以上2.0以下、又は0.05以上0.3以下であってもよい。第1の複合体における殻体形成材の量を調整することによって、最終的に得られる多孔質金属構造体の鈴構造の殻体の大きさを調整することができる。When the shell-forming material is finally removed, the ratio of the mass of the shell-forming material to the mass of the inorganic particles in the first composite (mass of shell-forming material/mass of inorganic particles) may be 0.01 or more, 0.05 or more, 0.1 or more, 0.2 or more, 0.3 or more, or 0.5 or more, or 2.0 or less, 1.0 or less, 0.5 or less, 0.3 or less, or 0.2 or less. For example, this mass ratio may be 0.01 or more and 2.0 or less, or 0.05 or more and 0.3 or less. By adjusting the amount of the shell-forming material in the first composite, the size of the bell-structured shell of the finally obtained porous metal structure can be adjusted.

第1の複合体に含まれる無機粒子は、1つであってもよく、2つ以上であってもよい。第1の複合体に含まれる無機粒子が複数ある場合には、鈴構造の殻体中に運動可能な無機粒子が複数存在することになる。第1の複合体に含まれる無機粒子が複数ある場合、多孔質金属構造体を製造するために用いる複数の第1の複合体に関して、それぞれの第1の複合体中の無機粒子の数は、異なっていてもよい。The number of inorganic particles contained in the first composite may be one or two or more. When the first composite contains multiple inorganic particles, multiple movable inorganic particles are present in the bell-shaped shell. When the first composite contains multiple inorganic particles, the number of inorganic particles in each of the multiple first composites used to manufacture the porous metal structure may be different.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体を得る際には、必要に応じて無機粒子と殻体形成材とを結着させるためのバインダーをさらに用いてもよい。バインダーは、無機粒子と殻体形成材とを結着させて、鈴構造を形成するために適切な大きさを有する第1の複合体を提供することができれば、特にその種類は限定されないが、例えばバインダーとしては、パラフィン、ワックス等の炭化水素系物質、オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、スチレン-ブタジエンゴム等の各種ポリマーを用いることができる。また、糖類(ショ糖、デンプン等)、ゼラチン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等を用いてもよい。If the shell-forming material is finally removed, a binder may be used to bind the inorganic particles and the shell-forming material when obtaining the first composite, if necessary. The type of binder is not particularly limited as long as it can provide a first composite having an appropriate size for binding the inorganic particles and the shell-forming material to form a bell structure. For example, various polymers such as hydrocarbon substances such as paraffin and wax, olefin resins, acrylic resins, epoxy resins, urethane resins, phenolic resins, and styrene-butadiene rubber can be used as binders. In addition, sugars (sucrose, starch, etc.), gelatin, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, etc. may also be used.

また、無機粒子と殻体形成材とを複合化又は混合させる場合のバインダーの形態としては、特に限定されないが、加熱することで溶融した形態で用いられる融解性バインダー、水に溶解して用いる水溶性バインダー、有機溶媒に溶解して用いる有機溶媒可溶性バインダー及びエマルション系バインダーを挙げることができる。In addition, the form of the binder when the inorganic particles and the shell-forming material are composited or mixed is not particularly limited, but examples include meltable binders that are used in a molten form by heating, water-soluble binders that are dissolved in water and used, organic solvent-soluble binders that are dissolved in an organic solvent and used, and emulsion-based binders.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体を得る工程の後に、最終的に得られる鈴構造の大きさを適切にするために、第1の複合体にコーティング材を適用する工程があってもよい。コーティング材としては、第1の複合体をコーティングすることができ、かつ必要に応じて炭化された後に酸素含有雰囲気中で加熱された際に、実質的に除去することができれば特に限定されない。例えば、コーティング材としては、パラフィン、ワックス等の炭化水素系物質、オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、スチレン-ブタジエンゴム等の各種ポリマーを用いることができる。 In the case where the shell-forming material is finally removed, a step of applying a coating material to the first composite may be carried out after the step of obtaining the first composite in order to adjust the size of the bell structure finally obtained. The coating material is not particularly limited as long as it can coat the first composite and can be substantially removed when heated in an oxygen-containing atmosphere after being carbonized as necessary. For example, various polymers such as hydrocarbon substances such as paraffin and wax, olefin resins, acrylic resins, epoxy resins, urethane resins, phenolic resins, and styrene-butadiene rubber can be used as the coating material.

コーティング材の適用方法は、特に限定されず、粒子をコーティングする公知の方法を使用することができる。例えば、コーティング材を溶媒に溶解して、第1の複合体に対して、スプレーコーティング、ディップコーティング等をしてもよい。The method of applying the coating material is not particularly limited, and any known method for coating particles can be used. For example, the coating material may be dissolved in a solvent and spray-coated or dip-coated onto the first composite.

第1の複合体がバインダー及び/又はコーティング材を含む場合には、金属粉末を焼結する工程の前に、バインダー及び/又はコーティング材を炭化させる工程を含むことができる。炭化させる工程は、後にそれらを殻体形成材と共に除去できるように炭化する工程であり、十分な温度及び時間で行なうことができ、真空下又は不活性雰囲気下で行ってもよい。If the first composite includes a binder and/or a coating material, the method may include a step of carbonizing the binder and/or coating material prior to the step of sintering the metal powder. The carbonizing step is a step of carbonizing the binder and/or coating material so that they can be subsequently removed together with the shell-forming material, and may be carried out at a sufficient temperature and for a sufficient time, and may be carried out under vacuum or in an inert atmosphere.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体を得る工程の後に、最終的に得られる鈴構造の大きさを適切にするために、第1の複合体を分級する工程をさらに追加してもよい。分級の方法は、特に限定されず、メッシュを用いたふるい分け、サイクロン等による遠心分離等の方法を挙げることができる。If the shell-forming material is finally removed, a step of classifying the first composite may be added after the step of obtaining the first composite in order to make the size of the bell structure finally obtained appropriate. The classification method is not particularly limited, and examples include sieving using a mesh, centrifugation using a cyclone, etc.

殻体形成材が最終的に除去される場合、第1の複合体は、鈴構造を形成するために適切な大きさを有することができ、第1の複合体の平均粒径は、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上、2.0倍以上、3.0倍以上、4.0倍以上、5.0倍以上であってもよく、10.0倍以下、8.0倍以下、6.0倍以下、5.0倍以下、又は3.0倍以下であってもよい。第1の複合体の平均粒径は、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下、又は2.0倍以下5.0倍以下の範囲であってもよい。なお、第1の複合体の平均粒径とは、上記のようなコーティング材の適用工程及び分級工程がある場合には、その工程が行われた後の平均粒径をいう。第1の複合体の平均粒径と、無機粒子の平均粒径がこのような範囲である場合に、最終的に得られる多孔質金属構造体に振動が加えられた場合に、鈴構造中で無機粒子が殻体の壁面と衝突しやすく、その制振性が極めて高くなるため好ましい。When the shell-forming material is finally removed, the first composite can have an appropriate size to form a bell structure, and the average particle size of the first composite may be 1.5 times or more, 2.0 times or more, 3.0 times or more, 4.0 times or more, 5.0 times or more, or 10.0 times or less, 8.0 times or less, 6.0 times or less, 5.0 times or less, or 3.0 times or less than the average particle size of the inorganic particles. The average particle size of the first composite may be in the range of 1.5 times or more and 10.0 times or less, or 2.0 times or less and 5.0 times or less than the average particle size of the inorganic particles. In addition, the average particle size of the first composite refers to the average particle size after the application process of the coating material and the classification process as described above are performed, if there are any. When the average particle size of the first composite and the average particle size of the inorganic particles are in such a range, when vibration is applied to the finally obtained porous metal structure, the inorganic particles are likely to collide with the wall surface of the shell in the bell structure, and the vibration damping property is extremely high, which is preferable.

第1の複合体の平均直径は、50μm以上、100μm以上、300μm以上、500μm以上、700μm以上、1000μm以上、又は1500μm以上であってもよく、10000μm以下、8000μm以下、5000μm以下、3000μm以下、2000μm以下、1500μm以下、1000μm以下、800μm以下、又は500μm以下であってもよい。例えば、第1の複合体の平均粒径は、50μm以上10000μm以下、300μm以上3000μm以下、又は500μm以上1500μm以下であってもよい。The average diameter of the first complex may be 50 μm or more, 100 μm or more, 300 μm or more, 500 μm or more, 700 μm or more, 1000 μm or more, or 1500 μm or more, or 10000 μm or less, 8000 μm or less, 5000 μm or less, 3000 μm or less, 2000 μm or less, 1500 μm or less, 1000 μm or less, 800 μm or less, or 500 μm or less. For example, the average particle size of the first complex may be 50 μm or more and 10000 μm or less, 300 μm or more and 3000 μm or less, or 500 μm or more and 1500 μm or less.

最終的に得られる多孔質金属構造体に対する第1の複合体の体積分率(第1の複合体/多孔質金属構造体)は、実際に用いる第1の複合体の総体積、並びに最終的に得られる多孔質金属構造体の体積から計算して、0.5体積%以上、1.0体積%以上、2.0体積%以上、3.0体積%以上、5.0体積%以上、10.0体積%以上、15.0体積%以上又は20.0体積%以上であってもよく、30.0体積%以下、20.0体積%以下、15.0体積%以下、10.0体積%以下又は5.0体積%以下であってもよい。この体積分率は、例えば5.0体積%以上30.0体積%以下、又は1.0体積%以上15.0体積%以下とすることができる。なお、第1の複合体の総体積は、上記の第1の複合体の平均粒径と、使用する第1の複合体の個数から求めるものとする。The volume fraction of the first composite relative to the finally obtained porous metal structure (first composite/porous metal structure) may be 0.5 vol% or more, 1.0 vol% or more, 2.0 vol% or more, 3.0 vol% or more, 5.0 vol% or more, 10.0 vol% or more, 15.0 vol% or more, or 20.0 vol% or more, calculated from the total volume of the first composite actually used and the volume of the finally obtained porous metal structure, and may be 30.0 vol% or less, 20.0 vol% or less, 15.0 vol% or less, 10.0 vol% or less, or 5.0 vol% or less. This volume fraction can be, for example, 5.0 vol% or more and 30.0 vol% or less, or 1.0 vol% or more and 15.0 vol% or less. The total volume of the first composite is determined from the average particle size of the first composite and the number of first composites used.

1つの実施形態において、無機粒子の平均粒径が、100μm以上5000μm以下であり、かつ第1の複合体の平均直径が、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下の範囲であり;無機粒子の平均粒径が、100μm以上1000μm以下であり、かつ第1の複合体の平均直径が、無機粒子の平均粒径の2.0倍以上5.0倍以下の範囲である。In one embodiment, the average particle size of the inorganic particles is 100 μm or more and 5000 μm or less, and the average diameter of the first composite is in the range of 1.5 to 10.0 times the average particle size of the inorganic particles; the average particle size of the inorganic particles is 100 μm or more and 1000 μm or less, and the average diameter of the first composite is in the range of 2.0 to 5.0 times the average particle size of the inorganic particles.

〈第2の複合体を得る工程〉
本開示の製造方法は、上記のようにして得られた第1の複合体と金属粉末とを少なくとも含む第2の複合体を得る工程を含む。金属粉末は、最終的に得られる多孔質金属構造体において、母材となる多孔質金属部分を構成する。
<Step of Obtaining Second Composite>
The manufacturing method of the present disclosure includes a step of obtaining a second composite containing at least the first composite obtained as described above and a metal powder, the metal powder constituting a porous metal portion that becomes a base material in the finally obtained porous metal structure.

第2の複合体は、金属粉末が第1の複合体に付着している形態であることが好ましく、特に第1の複合体の表面の実質的に全体に金属粉末が付着している形態であることが好ましい。多孔質金属構造体に鈴構造を1つだけ形成しようとする場合には、第1の複合体が1つのみ含まれるように、第2の複合体を製造することができ、多孔質金属構造体に鈴構造を複数形成しようとする場合には、第1の複合体が複数含まれるように、第2の複合体を製造することができる。The second composite is preferably in a form in which the metal powder is adhered to the first composite, and particularly in a form in which the metal powder is adhered to substantially the entire surface of the first composite. When only one bell structure is to be formed in the porous metal structure, the second composite can be manufactured so as to include only one first composite, and when multiple bell structures are to be formed in the porous metal structure, the second composite can be manufactured so as to include multiple first composites.

第1の複合体と金属粉末とを複合化する方法は、混合及び/又は混練であってもよく、特に混合等をせずに第1の複合体を、金属粉末又はそれを含むスラリーで包み込むだけであってもよい。混合及び/又は混練する方法は、特に限定されず、液体媒体を用いた湿式混合でもよく、また乾式混合でもよい。混合にあたっては、通常のミキサー、ヘンシェルミキサー、超音波分散装置、ホモミキサー、乳鉢、ボールミル、遊星式撹拌機等を使用することができるが、これらに限定されない。混合時間についても、本開示の方法を実施するために十分である第2の複合体を形成することができれば、特に限定されない。The method of compounding the first composite with the metal powder may be mixing and/or kneading, or the first composite may simply be wrapped in the metal powder or a slurry containing the metal powder without mixing. The method of mixing and/or kneading is not particularly limited, and may be wet mixing using a liquid medium or dry mixing. For mixing, a normal mixer, a Henschel mixer, an ultrasonic dispersion device, a homomixer, a mortar, a ball mill, a planetary stirrer, etc. may be used, but is not limited to these. The mixing time is also not particularly limited as long as a second composite that is sufficient for carrying out the method of the present disclosure can be formed.

金属粉末としては、焼結して多孔質金属部分を形成することができれば特にその種類は限定されない。粉末冶金法によって多孔質金属を形成することができる金属粉末は、すべての種類を用いることができ、例えば、そのような金属粉末としては、ステンレスを含む鉄系金属、銅系金属、チタン系金属、タングステン系金属、アルミニウム系金属、クロム系金属、ニッケル系金属、亜鉛系金属、マグネシウム系金属、スズ系金属、鉛系金属、これらを組み合わせた合金等の粉末を挙げることができる。なお、本明細書において、「系金属」と記載している場合、その金属単体又はその金属を主成分として含む合金を意味する。There is no particular limitation on the type of metal powder, so long as it can be sintered to form a porous metal portion. All types of metal powders that can form porous metal by powder metallurgy can be used, and examples of such metal powders include iron-based metals including stainless steel, copper-based metals, titanium-based metals, tungsten-based metals, aluminum-based metals, chromium-based metals, nickel-based metals, zinc-based metals, magnesium-based metals, tin-based metals, lead-based metals, and alloys of combinations of these. In this specification, the term "based metal" refers to the metal alone or an alloy containing the metal as the main component.

金属粉末の中でも特に、金属材料として軟質の金属の粉末を用いる場合には、極めて高い吸音性及び/又は制振性が得られることが分かった。例えば、金属粉末に、アルミニウム粉末とスズ粉末とを混合した場合、軟質であるスズ粉末の混合比が高ければ高いほど、高い吸音性及び/又は制振性が得られる。予想外なことに、金属粉末として軟質金属の粉末を使用すると、制振ゴムを上回るような高い吸音性及び/又は制振性が得られることが分かった。It has been found that, among metal powders, particularly when soft metal powders are used as the metal material, extremely high sound absorption and/or vibration damping properties can be obtained. For example, when aluminum powder and tin powder are mixed with metal powder, the higher the mixing ratio of soft tin powder, the higher the sound absorption and/or vibration damping properties that can be obtained. Unexpectedly, it has been found that when soft metal powder is used as the metal powder, high sound absorption and/or vibration damping properties that exceed those of vibration-damping rubber can be obtained.

最終的に得られる多孔質金属部分のブリネル硬さが、10以下、5以下、3以下、又は1以下であることによって、極めて高い吸音性及び/又は制振性を得ることができる。By having the Brinell hardness of the final porous metal portion be 10 or less, 5 or less, 3 or less, or 1 or less, extremely high sound absorption and/or vibration damping properties can be obtained.

金属粉末の平均粒径は、最終的に得られる多孔質金属構造体の気孔の大きさに応じて、例えば10μm以上、50μm以上、100μm以上、又は300μm以上であってもよく、2000μm以下、1500μm以下、1000μm以下、800μm以下、500μm以下、又は300μm以下であってもよい。例えば、金属粉末の平均粒径は、10μm以上2000μm以下、50μm以上1000μm以下、又は100μm以上500μm以下であってもよい。The average particle size of the metal powder may be, for example, 10 μm or more, 50 μm or more, 100 μm or more, or 300 μm or more, or 2000 μm or less, 1500 μm or less, 1000 μm or less, 800 μm or less, 500 μm or less, or 300 μm or less, depending on the size of the pores in the final porous metal structure. For example, the average particle size of the metal powder may be 10 μm or more and 2000 μm or less, 50 μm or more and 1000 μm or less, or 100 μm or more and 500 μm or less.

第2の複合体は、第1の複合体と金属粉末とを含む混合粒子の形態であってもよく、又は第1の複合体と金属粉末とを液体媒体中に含むスラリーの形態であってもよい。液体媒体としては、第1の複合体と金属粉末とを比較的均質に混合及び/又は混練させることができれば特に限定されず、例えば、水、アルコール等の水系溶媒であってもよく、トルエン等の有機溶媒であってもよい。The second composite may be in the form of mixed particles containing the first composite and metal powder, or in the form of a slurry containing the first composite and metal powder in a liquid medium. The liquid medium is not particularly limited as long as it can mix and/or knead the first composite and metal powder relatively homogeneously, and may be, for example, an aqueous solvent such as water or alcohol, or an organic solvent such as toluene.

第2の複合体がスラリーの形態である場合には、金属粉末を焼結する工程の前に、液体媒体を乾燥させる工程を含むことができる。乾燥させる工程は、液体媒体を除去するのに十分な温度及び時間で行なうことができ、減圧下で行ってもよい。If the second composite is in the form of a slurry, the step of drying the liquid medium may be included prior to the step of sintering the metal powder. The drying step may be carried out at a temperature and for a time sufficient to remove the liquid medium, and may be carried out under reduced pressure.

また、第2の複合体は、第1の複合体が金属粉末で包み込まれた、互いに相分離している形態であってもよい。この場合において、金属粉末は液体媒体等を含むスラリーの形態で第1の複合体を包み込んでもよい。このような形態で第2の複合体を形成した場合、最終的に得られる鈴構造を有する多孔質金属構造体を粒子の形態とすることができる。 The second composite may also be in a form in which the first composite is enveloped in the metal powder, and the two composites are phase-separated from each other. In this case, the metal powder may envelope the first composite in the form of a slurry containing a liquid medium or the like. When the second composite is formed in such a form, the finally obtained porous metal structure having a bell structure can be in the form of particles.

第1の複合体が金属粉末で包み込まれた形態で第2の複合体を製造し、それにより鈴構造を有する多孔質金属構造体を粒子の形態で得ようとする場合には、包み込む金属粉末の層の平均厚みは、50μm以上、100μm以上、200μm以上、300μm以上、500μm以上、1mm以上、3mm以上、又は5mm以上であってもよく、10mm以下、5mm以下、3mm以下、2mm以下、1.5mm以下、1mm以下、800μm以下、又は500μm以下であってもよい。例えば、包み込む金属粉末の層の平均厚みは、50μm以上10mm以下、100μm以上5mm以下、又は200μm以上1mm以下であってもよい。この平均厚みは、多孔質金属構造体の粒子の多孔質部分の厚みから測定することができ、その厚みは、多孔質金属構造体の粒子の実質的な中心部分を通る断面の光学顕微鏡写真から計測することができる。When the second composite is produced in a form in which the first composite is wrapped with metal powder, thereby obtaining a porous metal structure having a bell structure in the form of particles, the average thickness of the layer of the wrapping metal powder may be 50 μm or more, 100 μm or more, 200 μm or more, 300 μm or more, 500 μm or more, 1 mm or more, 3 mm or more, or 5 mm or more, and may be 10 mm or less, 5 mm or less, 3 mm or less, 2 mm or less, 1.5 mm or less, 1 mm or less, 800 μm or less, or 500 μm or less. For example, the average thickness of the layer of the wrapping metal powder may be 50 μm or more and 10 mm or less, 100 μm or more and 5 mm or less, or 200 μm or more and 1 mm or less. This average thickness can be measured from the thickness of the porous part of the particle of the porous metal structure, and the thickness can be measured from an optical microscope photograph of a cross section passing through the substantial center part of the particle of the porous metal structure.

第2の複合体の形状は、球状又は略球状に限定されるものではなく、角状等であってもよい。The shape of the second complex is not limited to being spherical or approximately spherical, but may be angular, etc.

〈金属粉末を焼結する工程及び殻体形成材を除去する工程〉
本開示の製造方法は、第2の複合体を加熱して金属粉末を焼結する工程、及び第2の複合体から殻体形成材を除去する工程を含む。これらの工程は、同時になされてもよく、又は金属粉末を焼結する工程を行った後に、殻体形成材を除去する工程を行ってもよい。
<Step of sintering metal powder and step of removing shell-forming material>
The manufacturing method of the present disclosure includes the steps of heating the second composite to sinter the metal powder and removing the shell-forming material from the second composite, which steps may be performed simultaneously or the step of sintering the metal powder may be performed followed by the step of removing the shell-forming material.

殻体形成材として、炭素系殻体形成材を使用し、かつ金属粉末を焼結する工程を行った後に、炭素系殻体形成材を除去する工程を行う場合には、金属粉末の焼結は、真空下又は不活性雰囲気下で行うことが好ましい。When a carbon-based shell-forming material is used as the shell-forming material, and a process for removing the carbon-based shell-forming material is carried out after the process for sintering the metal powder, it is preferable that the sintering of the metal powder is carried out under vacuum or in an inert atmosphere.

金属粉末を焼結する工程における焼結温度及び時間については、用いる金属粉末に応じて適宜選択することができ、多孔質金属構造体の母材となる多孔質金属部分を適切に形成できる条件であれば特に限定されない。焼結温度は、400℃以上、500℃以上、550℃以上、又は600℃以上であってもよく、1500℃以下、1000℃以下、800℃以下、又は700℃以下であってもよい。例えば、焼結温度は、400℃以上1500℃以下、又は500℃以上800℃以下であってもよい。焼結時間は、30分以上、1時間以上、2時間以上、又は4時間以上であってもよく、12時間以下、10時間以下、又は8時間以下であってもよい。例えば、焼結時間は、30分以上12時間以下、又は1時間以上8時間以下であってもよい。The sintering temperature and time in the process of sintering the metal powder can be appropriately selected according to the metal powder used, and are not particularly limited as long as the conditions are such that the porous metal portion that serves as the base material of the porous metal structure can be appropriately formed. The sintering temperature may be 400°C or more, 500°C or more, 550°C or more, or 600°C or more, and may be 1500°C or less, 1000°C or less, 800°C or less, or 700°C or less. For example, the sintering temperature may be 400°C or more and 1500°C or less, or 500°C or more and 800°C or less. The sintering time may be 30 minutes or more, 1 hour or more, 2 hours or more, or 4 hours or more, and may be 12 hours or less, 10 hours or less, or 8 hours or less. For example, the sintering time may be 30 minutes or more and 12 hours or less, or 1 hour or more and 8 hours or less.

炭素系殻体形成材を除去する工程は、酸素含有雰囲気中で行われる。第2の複合体中の金属粉末が焼結されて形成される連続気孔又は未焼結状態の金属粉末の隙間を通じて、その内部に存在する第1の複合体の炭素系殻体形成材に酸素が提供される。それにより、加熱された第2の複合体中で炭素系殻体形成材を、二酸化炭素として消失させることができる。The step of removing the carbon-based shell-forming material is carried out in an oxygen-containing atmosphere. Oxygen is provided to the carbon-based shell-forming material of the first composite present inside through the continuous pores formed by sintering the metal powder in the second composite or through the gaps in the unsintered metal powder. This allows the carbon-based shell-forming material to disappear as carbon dioxide in the heated second composite.

酸素含有雰囲気は、炭素系殻体形成材を、二酸化炭素として消失させることができれば、酸素濃度は特に限定されず、大気雰囲気であってもよい。The oxygen-containing atmosphere is not particularly limited in terms of oxygen concentration, and may be an atmospheric atmosphere, as long as it can cause the carbon-based shell-forming material to disappear as carbon dioxide.

炭素系殻体形成材を除去する工程における加熱温度及び時間については、用いる炭素系殻体形成材及び炭化された又は炭化されていない随意のバインダー及び/又はコーティング材に応じて適宜選択することができる。加熱温度は、300℃以上、400℃以上、500℃以上、550℃以上、又は600℃以上であってもよく、100℃以下、800℃以下、600℃以下、又は500℃以下であってもよい。例えば、加熱温度は、300℃以上1000℃以下、又は400℃以上800℃以下であってもよい。加熱時間は、10分以上、30分以上、1時間以上、又は2時間以上であってもよく、6時間以下、4時間以下、又は3時間以下であってもよい。例えば、加熱時間は、10分以上6時間以下、又は30分以上4時間以下であってもよい。The heating temperature and time in the step of removing the carbon-based shell-forming material can be appropriately selected depending on the carbon-based shell-forming material used and the optional binder and/or coating material, which may be carbonized or not. The heating temperature may be 300°C or more, 400°C or more, 500°C or more, 550°C or more, or 600°C or more, and may be 100°C or less, 800°C or less, 600°C or less, or 500°C or less. For example, the heating temperature may be 300°C or more and 1000°C or less, or 400°C or more and 800°C or less. The heating time may be 10 minutes or more, 30 minutes or more, 1 hour or more, or 2 hours or more, and may be 6 hours or less, 4 hours or less, or 3 hours or less. For example, the heating time may be 10 minutes or more and 6 hours or less, or 30 minutes or more and 4 hours or less.

殻体形成材として、液体溶解性殻体形成材を用いる場合、金属粉末を焼結する工程を行った後に、殻体形成材を除去する工程を行う場合には、液体溶解性殻体形成材は、金属粉末の焼結温度以上に加熱された後の状態で、液体に可溶性であることができ、この場合、特に有機溶媒可溶性のポリマー等であることが好ましい。殻体形成材を、液体に溶解させる場合には、必要に応じて、加熱処理、超音波処理等を行って、溶解を促進させることができる。 When a liquid-soluble shell-forming material is used as the shell-forming material, if a step of removing the shell-forming material is performed after the step of sintering the metal powder, the liquid-soluble shell-forming material can be soluble in liquid after being heated to the sintering temperature of the metal powder or higher, and in this case, it is particularly preferable that the shell-forming material is a polymer or the like that is soluble in an organic solvent. When the shell-forming material is dissolved in a liquid, dissolution can be promoted by performing a heat treatment, ultrasonic treatment, or the like as necessary.

液体溶解性殻体形成材を溶解するための溶媒としては、用いる殻体形成材の種類に応じて、周知の溶媒を適宜選択することができる。 As a solvent for dissolving the liquid-soluble shell-forming material, well-known solvents can be appropriately selected depending on the type of shell-forming material used.

《鈴構造を有する金属構造体の製造方法》
本開示は、さらに、鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得ること、及び複数の多孔質金属構造体を溶融金属に含浸させて冷却すること、を含む鈴構造を有する金属構造体の製造方法に関する。
<<Method for manufacturing a metal structure having a bell structure>>
The present disclosure further relates to a method for manufacturing a metal structure having a bell structure, including obtaining a plurality of porous metal structures having a bell structure, and impregnating the plurality of porous metal structures with molten metal and cooling.

本発明者らは、このような方法であれば、鈴構造を有していながらも中実な金属部分を含む金属構造体を非常に容易に製造できることを見出した。このような方法であれば、鈴構造を有する金属構造体を、大量生産に非常に有利なダイカスト法によって製造することができ、また中実な金属部分及び鈴構造の割合を適宜選択することができるため、金属構造体の制振性能と機械的強度とのバランスを容易に設計することができる。The inventors have found that this method makes it very easy to manufacture a metal structure that has a bell structure but also includes solid metal parts. This method makes it possible to manufacture a metal structure with a bell structure by a die casting method that is very advantageous for mass production, and also makes it possible to appropriately select the proportions of the solid metal parts and the bell structure, making it easy to design the balance between the vibration damping performance and mechanical strength of the metal structure.

この方法によって得られる金属構造体は、鈴構造を有しており、鈴構造周辺の多孔質部分以外の部分において、多孔質ではない部分、すなわち中実の部分を少なくとも含む。これにより、この方法によって得られる金属構造体は、実質的に全体が多孔質金属で構成される構造体よりも、高い機械的強度を与えることができる。好ましくは、この方法によって得られる金属構造体は、多孔質金属構造体を中実の金属部分の内部に含み、より具体的には、その金属構造体は、多孔質金属構造体を複数のドメイン部として含み、かつ中実の金属部分をマトリクス部分として含む海島構造を有する。したがって、このような金属構造体は、中実の金属部分の内部に、多孔質金属部分が包含されており、多孔質金属部分中に殻体が存在し、その殻体に無機粒子が運動可能に存在している構造を有することになる。The metal structure obtained by this method has a bell structure, and contains at least a non-porous portion, i.e., a solid portion, in the portion other than the porous portion around the bell structure. This allows the metal structure obtained by this method to have a higher mechanical strength than a structure substantially entirely composed of porous metal. Preferably, the metal structure obtained by this method contains a porous metal structure inside the solid metal portion, and more specifically, the metal structure has a sea-island structure that contains the porous metal structure as a plurality of domain portions and the solid metal portion as a matrix portion. Therefore, such a metal structure has a structure in which a porous metal portion is contained inside the solid metal portion, a shell is present in the porous metal portion, and inorganic particles are present in the shell in a movable manner.

〈多孔質金属構造体を複数得る工程〉
鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得る工程は、鈴構造を有する多孔質金属構造体であれば、その製法について特に限定されない。したがって、特許文献1及び2に記載のような方法及び他の公知の方法によって、鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得てもよく、上記の本開示の製造方法によって、鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得てもよい。
<Step of Obtaining Multiple Porous Metal Structures>
The process for obtaining a plurality of porous metal structures having a bell structure is not particularly limited as long as the porous metal structures have a bell structure. Therefore, a plurality of porous metal structures having a bell structure may be obtained by the methods described in Patent Documents 1 and 2 and other known methods, and a plurality of porous metal structures having a bell structure may be obtained by the above-mentioned manufacturing method of the present disclosure.

鈴構造を有する多孔質金属構造体は、例えば、不定形;真球状、長楕円球状等の球状;円柱状、角柱状等の柱状等のいずれの形状に成形されて賦形されていてもよい。例えば、鈴構造を有する多孔質金属構造体を、成型機を用いて製造してもよい。上記の本開示の製造方法によって、鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得る場合においては、金属粉末を焼結する工程及び殻体形成材を除去する工程を、鋳型を用いて行って、鋳型によって賦形された多孔質金属構造体を得てもよい。The porous metal structure having a bell structure may be molded and shaped into any shape, such as an amorphous shape; a spherical shape such as a perfect sphere or an oblong sphere; or a cylindrical shape such as a rectangular column. For example, the porous metal structure having a bell structure may be manufactured using a molding machine. When a plurality of porous metal structures having a bell structure are obtained by the manufacturing method of the present disclosure, the step of sintering the metal powder and the step of removing the shell-forming material may be performed using a mold to obtain a porous metal structure shaped by the mold.

鈴構造を有する多孔質金属構造体を粒子の形態で用いる場合、第1の複合体を金属粉末が包み込むようにして第2の複合体を形成した多孔質金属構造体を用いることができる。このような実施形態では、多孔質金属構造体を複数のドメイン部として含み、かつ中実の金属部分をマトリクス部分として含む海島構造を有する金属構造体を製造することが容易であり、このような金属構造体は、高い機械的強度を有することができるため好ましい。When a porous metal structure having a bell structure is used in the form of particles, a porous metal structure can be used in which a first composite is enveloped in metal powder to form a second composite. In such an embodiment, it is easy to manufacture a metal structure having a sea-island structure that includes the porous metal structure as a plurality of domain portions and includes a solid metal portion as a matrix portion, and such a metal structure is preferable because it can have high mechanical strength.

粒子形態の多孔質金属構造体の平均直径は、例えば0.5mm以上、1.0mm以上、3.0mm以上、5.0mm以上、又は10mm以上であってもよく、100mm以下、50mm以下、30mm以下、20mm以下、10mm以下、又は5.0mm以下であってもよい。例えば、多孔質金属構造体の平均直径は、0.5mm以上100mm以下、又は1.0mm以上10mm以下であってもよい。ここで、平均直径は、ノギスを用いて、無作為に選択して最大100個の多孔質金属構造体の長軸を測定し、その個数基準の粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。The average diameter of the particulate porous metal structure may be, for example, 0.5 mm or more, 1.0 mm or more, 3.0 mm or more, 5.0 mm or more, or 10 mm or more, or 100 mm or less, 50 mm or less, 30 mm or less, 20 mm or less, 10 mm or less, or 5.0 mm or less. For example, the average diameter of the porous metal structure may be 0.5 mm or more and 100 mm or less, or 1.0 mm or more and 10 mm or less. Here, the average diameter means the particle size at 50% of the cumulative value in the particle size distribution based on the number of randomly selected up to 100 porous metal structures measured along their major axis using a caliper.

〈多孔質金属構造体を溶融金属に含浸させて冷却する工程〉
本開示の金属構造体の製造方法は、複数の多孔質金属構造体を溶融金属に含浸させて冷却する工程をさらに含む。この工程では、上記のようにして得られた随意に賦形された多孔質金属構造体の複数を、溶融金属に含浸させて冷却することによって、溶融金属が中実の金属構造体を構成し、多孔質金属構造体が鈴構造周辺の多孔質部分を構成する。溶融金属は、多孔質金属構造体の連続気孔の最深部にまでは侵入しないため、多孔質金属構造体の鈴構造はそのまま金属構造体に包含される。
<Step of Impregnating Porous Metal Structure with Molten Metal and Cooling>
The method for producing a metal structure of the present disclosure further includes a step of impregnating a plurality of porous metal structures with molten metal and cooling the same. In this step, a plurality of the arbitrarily shaped porous metal structures obtained as described above are impregnated with molten metal and cooled, so that the molten metal forms a solid metal structure and the porous metal structure forms a porous portion around the bell structure. Since the molten metal does not penetrate to the deepest part of the continuous pores of the porous metal structure, the bell structure of the porous metal structure is included in the metal structure as it is.

この工程では、例えば、溶融している金属が含まれている鋳型に複数の多孔質金属構造体を投入してそれを冷却してもよく、また固体金属と複数の多孔質金属構造体とを鋳型に入れて加熱をし、実質的に固体金属のみを溶融させてもよい。In this process, for example, multiple porous metal structures may be placed in a mold containing molten metal and then cooled, or solid metal and multiple porous metal structures may be placed in a mold and heated to melt essentially only the solid metal.

固体金属を鋳型に入れて加熱して溶融させる場合には、随意に加圧してもよい。加熱及び/又は加圧の条件は、用いる固体金属によって適宜選択することができるが、固体金属を溶融させることができれば特にその条件は限定されない。When the solid metal is placed in a mold and heated to melt it, pressure may be applied as desired. The conditions for heating and/or pressurization can be appropriately selected depending on the solid metal used, but there are no particular limitations on the conditions as long as the solid metal can be melted.

溶融金属としては、特に限定されないが、例えばダイカスト法で用いられる金属を用いることができる。そのような金属としては、鉄系金属、銅系金属、チタン系金属、タングステン系金属、アルミニウム系金属、クロム系金属、ニッケル系金属、亜鉛系金属、マグネシウム系金属、スズ系金属、鉛系金属、これらを組み合わせた合金等を挙げることができ、特に銅系金属、アルミニウム系金属、亜鉛系金属、マグネシウム系金属、スズ系金属、鉛系金属、これらを組み合わせた合金等を挙げることができる。The molten metal is not particularly limited, but may be, for example, a metal used in die casting. Examples of such metals include iron-based metals, copper-based metals, titanium-based metals, tungsten-based metals, aluminum-based metals, chromium-based metals, nickel-based metals, zinc-based metals, magnesium-based metals, tin-based metals, lead-based metals, and alloys of combinations thereof, and in particular, copper-based metals, aluminum-based metals, zinc-based metals, magnesium-based metals, tin-based metals, lead-based metals, and alloys of combinations thereof.

金属構造体に対する多孔質金属構造体の体積分率(多孔質金属構造体/金属構造体)は、0.5体積%以上、1.0体積%以上、2.0体積%以上、3.0体積%以上、5.0体積%以上、10.0体積%以上、20.0体積%以上又は30.0体積%以上であってもよく、50.0体積%以下、30.0体積%以下、20.0体積%以下、10.0体積%以下又は5.0体積%以下であってもよい。この体積分率は、例えば0.5体積%以上50.0体積%以下、又は1.0体積%以上10.0体積%以下とすることができる。この体積分率は、実際に用いる多孔質金属構造体の総体積、並びに最終的に得られる金属構造体の体積から計算する。The volume fraction of the porous metal structure relative to the metal structure (porous metal structure/metal structure) may be 0.5 vol% or more, 1.0 vol% or more, 2.0 vol% or more, 3.0 vol% or more, 5.0 vol% or more, 10.0 vol% or more, 20.0 vol% or more, or 30.0 vol% or more, or 50.0 vol% or less, 30.0 vol% or less, 20.0 vol% or less, 10.0 vol% or less, or 5.0 vol% or less. This volume fraction can be, for example, 0.5 vol% or more and 50.0 vol% or less, or 1.0 vol% or more and 10.0 vol% or less. This volume fraction is calculated from the total volume of the porous metal structure actually used and the volume of the metal structure finally obtained.

《鈴構造を有する多孔質金属構造体》
本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、上記の鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法によって得られるものであってもよい。したがって、本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体の各構成については、本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法に関して上述した各構成を参照することができる。また、同様に、上記の鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法についても、下記の鈴構造を有する多孔質金属構造体に関する各構成を参照することができる。
<<Bell-structured porous metal structure>>
The porous metal structure having a bell structure of the present disclosure may be obtained by the manufacturing method of a porous metal structure having a bell structure described above. Therefore, for each configuration of the porous metal structure having a bell structure of the present disclosure, reference can be made to each configuration described above regarding the manufacturing method of a porous metal structure having a bell structure of the present disclosure. Similarly, for the manufacturing method of the porous metal structure having a bell structure described above, reference can be made to each configuration related to the porous metal structure having a bell structure described below.

本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、母材となる多孔質金属部分中に、運動可能な無機粒子が母材中の殻体に存在している。多孔質金属部分を構成する金属は、上記の多孔質金属構造体の製造方法において、用いることができる金属粉末から形成される金属であってもよく、無機粒子は、上記の多孔質金属構造体の製造方法において、用いることができる無機粒子であってもよい。In the porous metal structure having a bell structure of the present disclosure, movable inorganic particles are present in a shell in the porous metal portion serving as a base material. The metal constituting the porous metal portion may be a metal formed from a metal powder that can be used in the manufacturing method of the porous metal structure described above, and the inorganic particles may be inorganic particles that can be used in the manufacturing method of the porous metal structure described above.

1つの実施形態において、本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、無機粒子が非常に高い比重を有し、例えば6.0g/cm以上又は7.0g/cm以上の比重を有する。 In one embodiment, the porous metal structure having a bell structure of the present disclosure has inorganic particles having a very high specific gravity, for example, a specific gravity of 6.0 g/cm 3 or more, or 7.0 g/cm 3 or more.

本発明者らは、このような比重を有する無機粒子を用いた場合には、鈴構造の多孔質金属構造体が、非常に高い吸音性及び/又は制振性を有することを見出した。このような無機粒子としては、例えば、鉄、銅、タングステン、及びこれらの合金、並びにこれらの化合物を挙げることができる。また、このような多孔質金属構造体における母材となる多孔質金属部分は、上述の製造方法について言及した金属粉末の金属から構成できるが、特にアルミニウム系金属から構成することができる。The inventors have found that when inorganic particles having such a specific gravity are used, the bell-shaped porous metal structure has very high sound absorption and/or vibration damping properties. Examples of such inorganic particles include iron, copper, tungsten, and alloys and compounds of these. The porous metal portion that serves as the base material in such a porous metal structure can be made of the metal of the metal powder mentioned in the above-mentioned manufacturing method, and in particular can be made of an aluminum-based metal.

殻体形成材を最終的に除去して多孔質金属構造体を得る場合、無機粒子の平均粒径は、上記の多孔質金属構造体の製造方法において言及したとおりである。殻体形成材を多孔質金属構造体内に残留させてそのまま殻体として多孔質金属構造体を得る場合、殻体形成材及び無機粒子の大きさ等は、上記の多孔質金属構造体の製造方法において言及したとおりである。When the shell-forming material is finally removed to obtain a porous metal structure, the average particle size of the inorganic particles is as described above in the method for producing a porous metal structure. When the shell-forming material is left in the porous metal structure to obtain a porous metal structure as is as a shell, the sizes of the shell-forming material and the inorganic particles are as described above in the method for producing a porous metal structure.

本開示の多孔質金属構造体の鈴構造の殻体の平均直径は、50μm以上、100μm以上、300μm以上、500μm以上、700μm以上、1000μm以上、又は1500μm以上であってもよく、10000μm以下、8000μm以下、5000μm以下、3000μm以下、2000μm以下、1500μm以下、1000μm以下、800μm以下、又は500μm以下であってもよい。例えば、殻体の平均直径は、50μm以上10000μm以下、300μm以上3000μm以下、又は500μm以上1500μm以下であってもよい。本明細書において、殻体の平均直径は、多孔質金属構造体又は金属構造体の切断面において、光学顕微鏡(又は径が大きい場合にはノギス)を用いて、無作為に選択した最大100個の殻体の長軸を測定し、その個数基準の粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。図3に示すように、殻体(2)の輪郭は、必ずしも明確ではないため、当業者は殻体(2)の輪郭を適切な範囲で画定した後に、殻体の長軸を決定する。なお、本開示に関する測定値に関して、切断面に応じてその測定値にばらつきが生じる場合には、任意に選択した複数の切断面からその測定値を求めて平均化することとする。The average diameter of the shell of the bell structure of the porous metal structure of the present disclosure may be 50 μm or more, 100 μm or more, 300 μm or more, 500 μm or more, 700 μm or more, 1000 μm or more, or 1500 μm or more, or 10000 μm or less, 8000 μm or less, 5000 μm or less, 3000 μm or less, 2000 μm or less, 1500 μm or less, 1000 μm or less, 800 μm or less, or 500 μm or less. For example, the average diameter of the shell may be 50 μm or more and 10000 μm or less, 300 μm or more and 3000 μm or less, or 500 μm or more and 1500 μm or less. In this specification, the average diameter of the shell means the particle size at 50% of the cumulative particle size distribution based on the number of shells measured by measuring the major axis of up to 100 shells randomly selected on the cut surface of the porous metal structure or the metal structure using an optical microscope (or a vernier caliper if the diameter is large). As shown in Figure 3, the outline of the shell (2) is not necessarily clear, so a person skilled in the art determines the major axis of the shell after defining the outline of the shell (2) within an appropriate range. In addition, when the measured values related to the present disclosure vary depending on the cut surface, the measured values are determined from multiple cut surfaces selected at random and averaged.

殻体の平均直径は、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上、2.0倍以上、3.0倍以上、4.0倍以上、5.0倍以上であってもよく、20.0倍以下、10.0倍以下、8.0倍以下、6.0倍以下、5.0倍以下、又は3.0倍以下であってもよい。殻体の平均直径は、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上20.0倍以下、又は2.0倍以下10.0倍以下の範囲であってもよい。The average diameter of the shell may be 1.5 times or more, 2.0 times or more, 3.0 times or more, 4.0 times or more, 5.0 times or more, or 20.0 times or less, 10.0 times or less, 8.0 times or less, 6.0 times or less, 5.0 times or less, or 3.0 times or less, of the average particle size of the inorganic particles. The average diameter of the shell may be in the range of 1.5 times or more and 20.0 times or less, or 2.0 times or less and 10.0 times or less of the average particle size of the inorganic particles.

1つの実施形態において、本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、無機粒子の平均粒径が、100μm以上5000μm以下であり、かつ殻体の平均直径が、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下の範囲であり;無機粒子の平均粒径が、100μm以上1000μm以下であり、かつ殻体の平均直径が、無機粒子の平均粒径の2.0倍以上5.0倍以下の範囲である。In one embodiment, the porous metal structure having a bell structure of the present disclosure has an average particle size of the inorganic particles of 100 μm or more and 5000 μm or less, and an average diameter of the shell body in the range of 1.5 to 10.0 times the average particle size of the inorganic particles; an average particle size of the inorganic particles of 100 μm or more and 1000 μm or less, and an average diameter of the shell body in the range of 2.0 to 5.0 times the average particle size of the inorganic particles.

本開示の多孔質金属構造体の鈴構造は、殻体の直径に対する無機粒子の粒径の比(無機粒子の粒径/殻体の直径)が、0.1以上、0.2、0.3以上、又は0.5以上であってもよく、0.8以下、0.6以下、0.4以下、又は0.2以下であってもよい。例えば、この比は、0.1以上0.8以下、又は0.2以上0.6以下であってもよい。本開示の多孔質金属構造体の鈴構造の全てが上記範囲である必要はなく、本開示の多孔質金属構造体の鈴構造のうち、上記比の範囲に含まれる鈴構造が、個数基準で、10%以上、20%以上、30%以上、50%以上、又は80%以上であってもよく、95%以下、90%以下、85%以下、80%以下、又は70%以下であってもよい。本明細書において、粒径及び直径とは、光学顕微鏡(又は径が大きい場合にはノギス)を用いて測定した径を意味する。The bell structure of the porous metal structure of the present disclosure may have a ratio of the particle diameter of the inorganic particles to the diameter of the shell (particle diameter of the inorganic particles/diameter of the shell) of 0.1 or more, 0.2, 0.3 or more, or 0.5 or more, and may be 0.8 or less, 0.6 or less, 0.4 or less, or 0.2 or less. For example, this ratio may be 0.1 or more and 0.8 or less, or 0.2 or more and 0.6 or less. It is not necessary for all of the bell structures of the porous metal structure of the present disclosure to be in the above range, and the bell structures of the porous metal structure of the present disclosure that fall within the above ratio range may be 10% or more, 20% or more, 30% or more, 50% or more, or 80% or more, on a number basis, and may be 95% or less, 90% or less, 85% or less, 80% or less, or 70% or less. In this specification, particle diameter and diameter refer to diameters measured using an optical microscope (or a caliper if the diameter is large).

本開示の多孔質金属構造体の鈴構造の体積分率は、構造体の切断面の単位面積当たりの殻体の個数、その単位面積から計算した構造体の単位体積、及び殻体の平均直径から計算した球状と仮定した殻体の体積を用いて計算して、0.5体積%以上、1.0体積%以上、2.0体積%以上、3.0体積%以上、5.0体積%以上、10.0体積%以上、15.0体積%以上又は20.0体積%以上であってもよく、30.0体積%以下、20.0体積%以下、15.0体積%以下、10.0体積%以下又は5.0体積%以下であってもよい。この体積分率は、例えば0.5体積%以上30.0体積%以下、又は1.0体積%以上15.0体積%以下とすることができる。The volume fraction of the bell structure of the porous metal structure of the present disclosure may be 0.5 vol% or more, 1.0 vol% or more, 2.0 vol% or more, 3.0 vol% or more, 5.0 vol% or more, 10.0 vol% or more, 15.0 vol% or more, or 20.0 vol% or more, or 30.0 vol% or less, 20.0 vol% or less, 15.0 vol% or less, 10.0 vol% or less, or 5.0 vol% or less, calculated using the number of shells per unit area of the cut surface of the structure, the unit volume of the structure calculated from the unit area, and the volume of the shells assumed to be spherical calculated from the average diameter of the shells. This volume fraction may be, for example, 0.5 vol% or more and 30.0 vol% or less, or 1.0 vol% or more and 15.0 vol% or less.

殻体の平均直径と、無機粒子の平均粒径がこのような範囲である場合に、最終的に得られる多孔質金属構造体に振動が加えられた場合に、鈴構造中で無機粒子が殻体の壁面と衝突しやすく、その制振性が極めて高くなるため好ましい。When the average diameter of the shell and the average particle size of the inorganic particles are within such ranges, when the final porous metal structure is subjected to vibration, the inorganic particles are likely to collide with the wall surface of the shell in the bell structure, resulting in extremely high vibration damping properties, which is preferable.

本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、上記の実施形態を組み合わせた形態であることが好ましい。すなわち、本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、無機粒子が6.0g/cm以上又は7.0g/cm以上の比重を有し、かつ無機粒子の平均粒径が、100μm以上5000μm以下であり、殻体の平均直径が、無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下の範囲であることが好ましい。また、好ましい数値範囲については、上記の記載を参照することができる。 The bell-structured porous metal structure of the present disclosure is preferably a combination of the above-mentioned embodiments. That is, in the bell-structured porous metal structure of the present disclosure, the inorganic particles have a specific gravity of 6.0 g/ cm3 or more or 7.0 g/ cm3 or more, the average particle size of the inorganic particles is 100 μm or more and 5000 μm or less, and the average diameter of the shell is preferably in the range of 1.5 times or more and 10.0 times or less the average particle size of the inorganic particles. For the preferred numerical ranges, the above description can be referred to.

鈴構造を有する多孔質金属構造体が粒子状の形態である場合、その平均直径は、多孔質金属構造体を複数得る工程について記載したとおりであり、また多孔質部分の厚みについては、第1の複合体が金属粉末で包み込まれた形態で第2の複合体を製造する場合において、包み込む金属粉末の層の平均厚みについて記載したとおりである。鈴構造を有する多孔質金属構造体が粒子状の形態である場合に、その平均直径及び多孔質部分の厚みが、上述のような範囲であることによって、これを用いて金属構造体を製造した場合、溶融金属が殻体の内部にまで浸入しにくくなり、鈴構造が維持されることが分かった。When the porous metal structure having a bell structure is in the form of particles, its average diameter is as described for the process for obtaining a plurality of porous metal structures, and the thickness of the porous portion is as described for the average thickness of the layer of the enveloping metal powder when the second composite is produced in the form in which the first composite is enveloped in metal powder. When the porous metal structure having a bell structure is in the form of particles, it has been found that when the average diameter and the thickness of the porous portion are in the above-mentioned ranges, when a metal structure is produced using this, it becomes difficult for the molten metal to penetrate into the inside of the shell, and the bell structure is maintained.

《鈴構造を有する金属構造体》
本開示の鈴構造を有する金属構造体は、上記の鈴構造を有する金属構造体の製造方法によって得られるものであってもよい。したがって、本開示の鈴構造を有する金属構造体の各構成については、本開示の鈴構造を有する金属構造体の製造方法に関して上述した各構成を参照することができる。また、同様に、上記の鈴構造を有する金属構造体の製造方法についても、下記の鈴構造を有する金属構造体に関する各構成を参照することができる。
<<Metal structure having a bell structure>>
The metal structure having a bell structure of the present disclosure may be obtained by the above-mentioned method for manufacturing a metal structure having a bell structure. Therefore, for each configuration of the metal structure having a bell structure of the present disclosure, reference can be made to each configuration described above regarding the method for manufacturing a metal structure having a bell structure of the present disclosure. Similarly, for the method for manufacturing a metal structure having a bell structure, reference can be made to each configuration of the metal structure having a bell structure described below.

本開示の鈴構造を有する金属構造体は、中実の金属部分の内部に、上述のような鈴構造を有する多孔質金属構造体を含む。好ましくは、本開示の鈴構造を有する金属構造体は、鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数のドメイン部として含み、中実の金属部分をマトリクス部分として含む海島構造を有する。The metal structure having a bell structure of the present disclosure includes a porous metal structure having a bell structure as described above inside a solid metal portion. Preferably, the metal structure having a bell structure of the present disclosure has a sea-island structure that includes porous metal structures having a bell structure as multiple domain portions and includes a solid metal portion as a matrix portion.

本開示の金属構造体中に含まれる、鈴構造を有する多孔質金属構造体の平均直径は、例えば0.5mm以上、1.0mm以上、3.0mm以上、5.0mm以上、又は10mm以上であってもよく、100mm以下、50mm以下、30mm以下、20mm以下、10mm以下、又は5.0mm以下であってもよい。例えば、鈴構造を有する多孔質金属構造体の平均直径は、0.5mm以上100mm以下、又は1.0mm以上10mm以下であってもよい。本明細書において、金属構造体中に含まれる、鈴構造を有する多孔質金属構造体の平均直径は、金属構造体の切断面において、光学顕微鏡(又は径が大きい場合にはノギス)を用いて、無作為に選択した最大100個の多孔質金属構造体の長軸を測定し、その個数基準の粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。図11に示すように、多孔質金属構造体の輪郭は、必ずしも明確ではないため、当業者は殻体の輪郭を適切な範囲で画定した後に、殻体の長軸を決定する。The average diameter of the porous metal structure having a bell structure contained in the metal structure of the present disclosure may be, for example, 0.5 mm or more, 1.0 mm or more, 3.0 mm or more, 5.0 mm or more, or 10 mm or more, and may be 100 mm or less, 50 mm or less, 30 mm or less, 20 mm or less, 10 mm or less, or 5.0 mm or less. For example, the average diameter of the porous metal structure having a bell structure may be 0.5 mm or more and 100 mm or less, or 1.0 mm or more and 10 mm or less. In this specification, the average diameter of the porous metal structure having a bell structure contained in the metal structure means the particle size at 50% of the cumulative value in the particle size distribution based on the number of the porous metal structures, which are randomly selected at the cut surface of the metal structure and measured using an optical microscope (or a vernier caliper if the diameter is large). As shown in FIG. 11, the outline of the porous metal structure is not necessarily clear, so a person skilled in the art determines the long axis of the shell after defining the outline of the shell within an appropriate range.

金属構造体に対する、鈴構造を有する多孔質金属構造体の体積分率(鈴構造を有する多孔質金属構造体/金属構造体)は、金属構造体の切断面の単位面積当たりの多孔質金属構造体の個数、その単位面積から計算した金属構造体の単位体積、及び多孔質金属構造体の平均直径から計算した球状と仮定した多孔質金属構造体の体積を用いて計算して0.5体積%以上、1.0体積%以上、2.0体積%以上、3.0体積%以上、5.0体積%以上、10.0体積%以上、20.0体積%以上又は30.0体積%以上であってもよく、50.0体積%以下、30.0体積%以下、20.0体積%以下、10.0体積%以下又は5.0体積%以下であってもよい。この体積分率は、例えば0.5体積%以上50.0体積%以下、又は1.0体積%以上10.0体積%以下とすることができる。The volume fraction of the porous metal structure having a bell structure relative to the metal structure (porous metal structure having a bell structure/metal structure) may be 0.5 vol% or more, 1.0 vol% or more, 2.0 vol% or more, 3.0 vol% or more, 5.0 vol% or more, 10.0 vol% or more, 20.0 vol% or more, or 30.0 vol% or more, or 50.0 vol% or less, 30.0 vol% or less, 20.0 vol% or less, 10.0 vol% or less, or 5.0 vol% or less, calculated using the number of porous metal structures per unit area of the cut surface of the metal structure, the unit volume of the metal structure calculated from that unit area, and the volume of the porous metal structure assumed to be spherical calculated from the average diameter of the porous metal structure. This volume fraction may be, for example, 0.5 vol% or more and 50.0 vol% or less, or 1.0 vol% or more and 10.0 vol% or less.

本開示の鈴構造を有する多孔質金属構造体及び鈴構造を有する金属構造体は、その優れた吸音性、遮音性及び制振性並びに機械的強度を生かして各種用途に用いられる。例えば、自動車用部品、構造材及び防音材、航空機用部品、構造材及び防音材、電車用部品、構造材及び防音材、家電製品部品、家電製品匡体用構造材及び防音材、建築物の外壁用構造材及び防音材、内張材用構造材及び防音材、屋根材用構造材及び防音材、土木・建築工事用機械の材料、或いは高速道路、鉄道路線における防音壁用構造材及び防音材等に好適に用いられる。これらの中で、特に、自動車用部品として好適である。The porous metal structure having a bell structure and the metal structure having a bell structure of the present disclosure are used in various applications by taking advantage of their excellent sound absorption, sound insulation, vibration damping, and mechanical strength. For example, they are suitable for use as automobile parts, structural materials and soundproofing materials, aircraft parts, structural materials and soundproofing materials, train parts, structural materials and soundproofing materials, home appliance parts, structural materials and soundproofing materials for home appliance housings, structural materials and soundproofing materials for exterior walls of buildings, structural materials and soundproofing materials for lining materials, structural materials and soundproofing materials for roofing materials, materials for civil engineering and construction machinery, or structural materials and soundproofing materials for soundproof walls on highways and railway lines. Among these, they are particularly suitable as automobile parts.

本発明を以下の実施例でさらに具体的に説明をするが、本発明はこれによって限定されるものではない。The present invention will be further illustrated in the following examples, but is not limited thereto.

実験1.振動吸収についての鈴構造のモデル実験
鈴構造がどのように振動を吸収するかについて、モデルを組んで実験を行った。
Experiment 1. Model experiment of bell structure on vibration absorption We built a model and conducted an experiment on how the bell structure absorbs vibration.

図1は、内部粒子として直径0.2mm~0.6mmのジルコニア粒子を使用し、かつ直径1.0mmの球状の殻体を有する鈴構造を有する構造体に振動を与えた場合に、内部粒子がどのように運動するかについての概略図及び実験結果を示している。具体的には、図1は、与えた振動の振動数と振幅に応じて、内部粒子がどのような状態になるか、すなわち「a.静止状態」~「e.衝突運動」の5つの状態のいずれかになるのかが色分けして示している。 Figure 1 shows a schematic diagram and experimental results of how the internal particles move when vibrations are applied to a structure that uses zirconia particles with diameters of 0.2 mm to 0.6 mm as the internal particles and has a bell-like structure with a spherical shell with a diameter of 1.0 mm. Specifically, Figure 1 shows, using different colors, the state the internal particles will be in, i.e., one of five states from "a. stationary state" to "e. collision motion", depending on the frequency and amplitude of the vibrations applied.

図1に示されているように、内部粒子の直径及び振動振幅に関わらず、振動数が約10Hz程度までは、内部粒子は「a.静止状態」となった。この振動数を約10Hzから上げていくと、内部粒子は、殻体内で「b.往復運動」を開始し、その後、内部粒子は壁面を登ってから離れる「c.壁面から離れる運動」の状態に変わり、さらに振動数をあげていくと、壁面中を回転し続ける「d.連続回転運動」の状態になった。この運動状態b~dでは、内部粒子と壁面とが摩擦されることで、振動が吸収される。ジルコニア粒子の直径が0.4mm及び0.6mmの場合には、特定の振幅及び振動数の範囲で、内部粒子が壁面と衝突する「e.衝突運動」に変化した。驚くべきことに、内部粒子が殻体の壁面と衝突する場合の状態eでは、内部粒子が殻体中で摩擦運動をして状態b~dと比較して、1桁~2桁程度に制振性が高まることが分かった。As shown in Figure 1, regardless of the diameter and vibration amplitude of the internal particles, the internal particles were in a "static state" up to about 10 Hz. When the vibration frequency was increased from about 10 Hz, the internal particles started to move back and forth within the shell, then changed to a "movement away from the wall" where the internal particles climbed up the wall and moved away. When the vibration frequency was further increased, the internal particles moved to a "continuous rotational motion" where the internal particles continued to rotate within the wall. In these motion states b to d, the vibration was absorbed by friction between the internal particles and the wall. When the diameter of the zirconia particles was 0.4 mm and 0.6 mm, the internal particles changed to a "collision motion" where the internal particles collided with the wall within a certain range of amplitude and frequency. Surprisingly, in state e, where the internal particles collided with the wall of the shell, the internal particles moved by friction within the shell, and the vibration damping was found to be increased by one to two orders of magnitude compared to states b to d.

したがって、多孔質金属構造体の受ける振動が非常に小さい等の事情により内部粒子があまり動かない場合には、制振性は低く、内部粒子が殻体中で動く場合には、制振性が比較的高くなり、内部粒子が殻体の壁面と衝突する場合には、制振性が極めて高くなることが分かった。Therefore, it was found that when the internal particles do not move much because the vibrations received by the porous metal structure are very small, the vibration damping properties are low, when the internal particles move within the shell, the vibration damping properties are relatively high, and when the internal particles collide with the wall of the shell, the vibration damping properties are extremely high.

実験2.鈴構造を有する多孔質金属構造体と他の金属構造体との比較実験
〈製造例〉
鈴構造を有する多孔質金属構造体を図2に概略的に示すようにして製造した。
Experiment 2. Comparison experiment between porous metal structures having a bell structure and other metal structures (Manufacturing example)
A porous metal structure having a bell structure was fabricated as shown diagrammatically in FIG.

第1の工程として、炭素系殻体形成材と無機粒子とをバインダーで結着させて第1の複合体を形成した。具体的には、バインダーとして1グラムのグラニュー糖(日新製糖株式会社)を、加熱して溶解させた。また、バインダーを溶解した融液に、無機粒子として0.8グラム(3体積%)、1.6グラム(6体積%)、2.4グラム(9体積%)の球状ジルコニア粒子(平均粒径400μm、株式会社ニッカトー)をそれぞれ分散させた。そこに、炭素系殻体形成材として6グラムの粉末活性炭(30μm、株式会社ユー・イー・エス)を投入し、撹拌した。このようにして、ジルコニア粒子の表面に活性炭が付着した第1の複合体を形成した。In the first step, the carbon-based shell-forming material and inorganic particles were bound with a binder to form a first composite. Specifically, 1 gram of granulated sugar (Nissin Sugar Co., Ltd.) was heated and dissolved as a binder. In addition, 0.8 grams (3 volume%), 1.6 grams (6 volume%), and 2.4 grams (9 volume%) of spherical zirconia particles (average particle size 400 μm, Nikkato Co., Ltd.) were dispersed as inorganic particles in the molten liquid in which the binder was dissolved. 6 grams of powdered activated carbon (30 μm, U.S.A. Co., Ltd.) was added as a carbon-based shell-forming material and stirred. In this way, a first composite in which activated carbon was attached to the surface of the zirconia particles was formed.

第2の工程として、第1の複合体をコーティング材によってコーティングした。具体的には、第1の複合体をバインダーの融液から取り出して、アクリル樹脂、黒色顔料及び有機溶剤を含むコーティング材(ボデーペン、株式会社ソフト99コーポレーション)を、第1の複合体にスプレーすることによって、第1の複合体をコーティングした。ただし、このコーティング材の固形分重量は、第1の複合体に含まれる糖よりも非常に少なかった。In the second step, the first complex was coated with a coating material. Specifically, the first complex was taken out of the binder melt, and a coating material (Bodypen, Soft99 Corporation) containing acrylic resin, black pigment, and organic solvent was sprayed onto the first complex to coat the first complex. However, the solids weight of the coating material was much less than the sugar contained in the first complex.

第3の工程として、分級をおこなった。具体的には、ふるい分けによって分級を行い、長径xが、700μm~1200μm程度となる大きさの第1の複合体を回収した。As the third step, classification was performed. Specifically, classification was performed by sieving, and the first composite particles having a major axis x of about 700 μm to 1200 μm were collected.

第4の工程として、第1の複合体と金属粉末とを液体媒体と混練して第2の複合体を得た。具体的には、0.3~0.9グラムのエタノール、第1の複合体(それぞれ0.8グラム(3体積%)、1.6グラム(6体積%)、2.4グラム(9体積%))、並びに金属粉末として、Al粉末(平均粒径150μm、融点660℃、ヒカリ素材工業株式会社)(それぞれ5.6グラム(3体積%)、4.8グラム(6体積%)、4.0グラム(9体積%))及び1.6グラムのAl-12Si粉末(平均粒径150μm、融点577℃、ヒカリ素材工業株式会社)を加えて混練し、第2の複合体をスラリーの形態で得た。なお、ここで体積%は、実際に用いる第1の複合体の体積及び個数と、最終的に得られる多孔質金属構造体の体積から計算したものである。In the fourth step, the first composite and the metal powder were mixed with a liquid medium to obtain a second composite. Specifically, 0.3 to 0.9 grams of ethanol, the first composite (0.8 grams (3 volume %), 1.6 grams (6 volume %), and 2.4 grams (9 volume %), respectively), and Al powder (average particle size 150 μm, melting point 660° C., Hikari Material Industry Co., Ltd.) (5.6 grams (3 volume %), 4.8 grams (6 volume %), and 4.0 grams (9 volume %) as metal powder, and 1.6 grams of Al-12Si powder (average particle size 150 μm, melting point 577° C., Hikari Material Industry Co., Ltd.) were added and mixed to obtain a second composite in the form of a slurry. The volume percentage here was calculated from the volume and number of the first composite actually used and the volume of the porous metal structure finally obtained.

第5の工程として、第2の複合体から液体媒体を乾燥させて除去した。具体的には、スラリー形態の第2の複合体を、直方体状の溝を有するグラファイト製治具に投入し蓋をして錘を載せて、その後、100℃で30分間加熱することによって、エタノールを乾燥させて除去した。In the fifth step, the liquid medium was removed from the second composite by drying. Specifically, the second composite in the form of a slurry was placed in a graphite jig having a rectangular groove, the jig was covered with a lid and a weight was placed on it, and then the ethanol was dried and removed by heating at 100°C for 30 minutes.

第6の工程として、第2の複合体に含まれているバインダーを炭化した。具体的には、第2の複合体が入っている治具の溝に蓋をしたまま、窒素雰囲気中で、400℃で1時間加熱することによって、バインダーである糖及び微量のコーティング材を炭化した。In the sixth step, the binder contained in the second composite was carbonized. Specifically, the second composite was placed in a jig with the groove covered, and the jig was heated at 400°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere to carbonize the sugar binder and trace amounts of coating material.

第7の工程として、第2の複合体の金属粉末を焼結した。具体的には、第6の工程を経た第2の複合体を、真空中で、600℃で2時間加熱をした。In the seventh step, the metal powder of the second composite was sintered. Specifically, the second composite that had been subjected to the sixth step was heated in a vacuum at 600°C for two hours.

第8の工程として、第2の複合体に含まれている炭素系殻体形成材を除去した。具体的には、第7の工程を経た金属粉末が焼結された第2の複合体をグラファイト製治具から取り出して、空気中で、470℃で1時間加熱を行った。In the eighth step, the carbon-based shell-forming material contained in the second composite was removed. Specifically, the second composite in which the metal powder had been sintered in the seventh step was removed from the graphite jig and heated in air at 470°C for 1 hour.

これにより、多孔質金属部分がアルミニウム系金属で構成されており、かつジルコニア粒子を運動可能な内部粒子として含む、様々な量で鈴構造を有する実施例1(Ex.1)の多孔質金属構造体を得た。This resulted in the production of a porous metal structure of Example 1 (Ex. 1) having a bell structure in various amounts, in which the porous metal portion is composed of an aluminum-based metal and contains zirconia particles as movable internal particles.

〈比較用の構造体の調製〉
上記の製造方法に基づいて、ジルコニア粒子を含むものの殻体が形成されておらずジルコニア粒子が多孔質金属部分に固定されている多孔質金属構造体(比較例1、C.Ex.1);殻体が形成されているもののジルコニア粒子を含まない多孔質金属構造体(比較例2、C.Ex.2);内部粒子も殻体も有していない多孔質金属部分のみからなる多孔質金属構造体(比較例3、C.Ex.3);及び中実の金属構造体(比較例4、C.Ex.4)を準備し、これらの制振性能の比較を行った。なお、全ての例の金属部分を、ほぼ同じ組成のアルミニウム系金属から構成した。
Preparation of Comparative Structures
Based on the above manufacturing method, a porous metal structure containing zirconia particles but no shell is formed and the zirconia particles are fixed to the porous metal part (Comparative Example 1, C.Ex.1); a porous metal structure containing a shell but no zirconia particles (Comparative Example 2, C.Ex.2); a porous metal structure consisting only of a porous metal part having neither internal particles nor shell (Comparative Example 3, C.Ex.3); and a solid metal structure (Comparative Example 4, C.Ex.4) were prepared, and their vibration damping performance was compared. Note that the metal parts of all the examples were made of aluminum-based metals of almost the same composition.

〈SEM写真による観察結果〉
図3に、6体積%で鈴構造を含む実施例1、比較例1、比較例2、及び比較例3のSEM写真を示す。実施例1では、多孔質金属部分(3)に殻体(2)が形成されており、その内部に運動可能な内部粒子(1)が存在していることが分かる。一方、比較例1では内部粒子が運動可能とはなっておらず、比較例2では殻体が存在するものの内部粒子が存在しておらず、及び比較例3では、殻体も内部粒子も存在していないことが分かる。
Observation results from SEM photographs
3 shows SEM photographs of Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3, which contain 6 volume % bell structures. It can be seen that in Example 1, a shell (2) is formed in the porous metal portion (3), and movable internal particles (1) are present inside the shell. On the other hand, it can be seen that in Comparative Example 1, the internal particles are not movable, in Comparative Example 2, a shell is present but no internal particles are present, and in Comparative Example 3, neither a shell nor internal particles are present.

〈制振性能の評価〉
制振特性は、日本工業規格(JIS G0602-1993)を参考にして自作した制振特性試験機を用いて測定を行った。具体的には、中央加振法によって制振特性を評価した。FFTアナライザより発せられたランダム信号を、パワーアンプで増幅し加振器に送り、試験片に対してランダム加振を行った。試験片下部に取り付けたインピーダンスヘッドによって加えられた振動の加速度a(t)及び荷重f(t)を電圧の形で検出した。検出された電圧を、チャージ増幅機で増幅した後、FFTアナライザによって高速フーリエ変換を行い、加速度を周波数積分することで、速度V(f)及び機械インピーダンス(F(f)/V(f))を算出し、反共振点付近から半値幅法による損失係数(Loss Factor)の測定を行った。試験片(Sample)は、作製した金属構造体(i)の下部に、アルミ基材(j)をエポキシ系の接着剤を用いて接着させて調製した。図4にその評価装置及び試験片を模式的に示す。
<Evaluation of vibration control performance>
The vibration damping characteristics were measured using a vibration damping characteristic tester that was made in reference to the Japanese Industrial Standards (JIS G0602-1993). Specifically, the vibration damping characteristics were evaluated by the central excitation method. A random signal generated by an FFT analyzer was amplified by a power amplifier and sent to a vibrator, and random vibration was applied to the test piece. The acceleration a(t) and load f(t) of the vibration applied by an impedance head attached to the bottom of the test piece were detected in the form of a voltage. The detected voltage was amplified by a charge amplifier, and then a fast Fourier transform was performed by an FFT analyzer. The acceleration was frequency integrated to calculate the velocity V(f) and mechanical impedance (F(f)/V(f)), and the loss factor was measured by the half-width method from the vicinity of the anti-resonance point. The test piece (Sample) was prepared by bonding an aluminum substrate (j) to the bottom of the fabricated metal structure (i) using an epoxy adhesive. The evaluation device and test piece are shown in FIG. 4.

〈結果〉
評価結果を、図5に示す。この結果から分かるように、本開示に係る実施例1の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、非常に高い制振性能を有する。特に、実施例1と比較例3との比較では、損失係数ηが、実施例1(293Hzでη=0.03129)と比較例3(512Hzでη=0.00161)とで、約19倍の違いとなり、非常に高い制振性能が得られる事がわかった。
<result>
The evaluation results are shown in Fig. 5. As can be seen from these results, the porous metal structure having a bell structure of Example 1 according to the present disclosure has extremely high vibration-damping performance. In particular, in a comparison between Example 1 and Comparative Example 3, the loss factor η is about 19 times different between Example 1 (η = 0.03129 at 293 Hz) and Comparative Example 3 (η = 0.00161 at 512 Hz), and it was found that extremely high vibration-damping performance was obtained.

実験3.鈴構造の内部粒子を変更した実験
ジルコニア粒子を、銅粒子(平均粒径400μm、ヒカリ素材工業株式会社)、鉄粒子(平均粒径400μm、IKKショット株式会社)、及びガラス粒子(平均粒径400μm、アズワン株式会社)に変更したこと以外は、上記実験2と同様にして6体積%で鈴構造を有する多孔質金属構造体を得た。
Experiment 3. Experiment in which the internal particles of the bell structure were changed A porous metal structure having a bell structure at 6 volume % was obtained in the same manner as in Experiment 2 above, except that the zirconia particles were changed to copper particles (average particle size 400 μm, Hikari Materials Industry Co., Ltd.), iron particles (average particle size 400 μm, IKK Shot Corporation), and glass particles (average particle size 400 μm, AS ONE Corporation).

これらを実験2と同様にして制振性能を評価した。その評価結果を図6に示す。ガラス(Glass)、ジルコニア(Zr)、鉄(Fe)、及び銅(Cu)と、内部粒子の比重が大きくなるに従って、制振性能が向上することが分かった。特に、銅粒子を用いた場合(205Hzでη=0.06386)は、実験2の比較例3(512Hzでη=0.00161)に対して、約40倍の制振性能が得られる事がわかった。また、銅粒子を用いた場合には、制振ゴム(Rubber、株式会社内外ゴム、商品名ハネナイト)と比較しても、その約1/2程度の制振性能が得られることが分かった。The vibration-damping performance was evaluated in the same manner as in Experiment 2. The evaluation results are shown in Figure 6. It was found that the vibration-damping performance improves as the specific gravity of the internal particles increases, such as glass (Glass), zirconia (Zr), iron (Fe), and copper (Cu). In particular, it was found that when copper particles were used (η = 0.06386 at 205 Hz), approximately 40 times the vibration-damping performance was obtained compared to Comparative Example 3 of Experiment 2 (η = 0.00161 at 512 Hz). It was also found that when copper particles were used, approximately half the vibration-damping performance was obtained compared to vibration-damping rubber (Rubber, Naigai Rubber Co., Ltd., product name Hanenite).

実験4.鈴構造の量を変更した実験
ジルコニア粒子を銅粒子(平均粒径400μm、ヒカリ素材工業株式会社)に変更したこと以外は、上記実験2と同様にして鈴構造を有する多孔質金属構造体を得た。
Experiment 4. Experiment with changing the amount of bell structure A porous metal structure having a bell structure was obtained in the same manner as in Experiment 2 above, except that the zirconia particles were changed to copper particles (average particle size 400 μm, Hikari Materials Industry Co., Ltd.).

これらを実験2と同様にして制振性能を評価した。その評価結果を図7に示す。鈴構造の量を増やすことによって、制振性能が向上することが分かった。特に、第1の複合体を9体積%となるように製造した場合(223Hzでη=0.11275)は、実験2の比較例3(512Hzでη=0.00161)に対して、約70倍の制振性能が得られる事がわかった。また、驚くべきことに、この場合には、制振ゴム(内外ゴム株式会社、商品名ハネナイト)と比較しても、それに匹敵するの制振性能が得られることが分かった。These were evaluated for vibration-damping performance in the same manner as in Experiment 2. The evaluation results are shown in Figure 7. It was found that increasing the amount of bell structures improved vibration-damping performance. In particular, when the first composite was manufactured to be 9 volume % (η = 0.11275 at 223 Hz), it was found that vibration-damping performance was approximately 70 times higher than that of Comparative Example 3 in Experiment 2 (η = 0.00161 at 512 Hz). Surprisingly, in this case, it was found that vibration-damping performance comparable to that of vibration-damping rubber (Naigai Rubber Co., Ltd., product name Hanenite) was obtained.

実験5.鈴構造を有する金属構造体の製造例
鈴構造を有する金属構造体を図8に概略的に示すようにして製造した。
Experiment 5. Example of Manufacturing a Metal Structure Having a Bell Structure A metal structure having a bell structure was manufactured as shown in FIG.

第1の工程として、上記実験2の第1~第3の工程と同様に、金属粒子の表面に活性炭が付着した第1の複合体を得た。In the first step, a first composite having activated carbon attached to the surface of metal particles was obtained, similar to steps 1 to 3 of Experiment 2 above.

第3の工程として、6グラムのAl粉末(平均粒径150μm、融点660℃、ヒカリ素材工業株式会社)及び4グラムのAl-12Si粉末(平均粒径150μm、融点577℃、ヒカリ素材工業株式会社)をエタノール中で混練し、スラリーを形成した。In the third step, 6 grams of Al powder (average particle size 150 μm, melting point 660°C, Hikari Materials Industry Co., Ltd.) and 4 grams of Al-12Si powder (average particle size 150 μm, melting point 577°C, Hikari Materials Industry Co., Ltd.) were mixed in ethanol to form a slurry.

第4の工程として、たこ焼き器形状を有するグラファイト製治具、すなわち複数の半球状の穴を有する2つのグラファイト製治具の各穴に、第3の工程で得られたスラリーを入れた。In the fourth step, the slurry obtained in the third step was poured into each hole of a graphite jig having a takoyaki maker shape, i.e., two graphite jigs having multiple hemispherical holes.

第5の工程において、第2の工程で得られた第1の複合体を、第4の工程でスラリーを投入した穴に1つずつ投入し、第2の複合体を形成した。In the fifth step, the first composites obtained in the second step were poured one by one into the holes into which the slurry had been poured in the fourth step to form a second composite.

第6の工程において、この2つの治具を合体させて又は片方の治具を取り外して、実験2と同様にして、エタノールの乾燥、バインダーの炭化、580℃2時間での真空下での金属粉末の焼結、及び470℃での空気中での電気炉における炭素系殻体形成材の除去を行った。これにより、直径約3mmの球状の多孔質金属構造体粒子を複数個製造した。In the sixth step, the two jigs were combined or one of the jigs was removed, and the ethanol was dried, the binder was carbonized, the metal powder was sintered in a vacuum at 580°C for 2 hours, and the carbon-based shell-forming material was removed in an electric furnace in air at 470°C, in the same manner as in Experiment 2. This produced multiple spherical porous metal structure particles with a diameter of about 3 mm.

図9(a)に概略的に示すように、このようにして得られた多孔質金属構造体粒子(10)は、第5の工程の段階では、金属粉末であるAl合金粒(3)が最も外側に存在しており、無機粒子である金属ボール(1)がその中心に存在しており、炭素系殻体形成材(2a)及びバインダー(2b)が金属粉末と無機粒子との間に存在している。これが、第6の工程を経ることによって、図9(b)に概略的に示すように、炭素系殻体形成材及びバインダーが消失して、焼結した金属粉末の粒子に空洞(殻体、2)が生じて、そこの無機粒子(1)が運動可能な状態で存在できるようになる。9(a), the porous metal structure particle (10) thus obtained has, at the fifth step, the Al alloy grains (3) which are metal powder present on the outermost side, the metal balls (1) which are inorganic particles present in the center, and the carbon-based shell-forming material (2a) and the binder (2b) present between the metal powder and the inorganic particles. By going through the sixth step, as shown in FIG. 9(b), the carbon-based shell-forming material and the binder disappear, and a cavity (shell, 2) is created in the sintered metal powder particle, allowing the inorganic particles (1) to exist there in a movable state.

第7の工程において、溶融させるための金属として、11グラムのホワイトメタル(SnSbCu合金)をグラファイト治具の下部に入れて、ホワイトメタルの上に、上記の球状の多孔質金属構造体を109個投入した。ここに上部から圧力をかけながら、グラファイト治具が燃えないように窒素雰囲気下で、電気炉内で400℃で6分間加熱を行った。これにより、ホワイトメタルが溶融し、球状の多孔質金属構造体の間に含浸させた。最後に、電気炉から治具ごと取り出して冷却を行った。In the seventh step, 11 grams of white metal (SnSbCu alloy) was placed in the bottom of the graphite jig as the metal to be melted, and 109 of the above-mentioned spherical porous metal structures were placed on top of the white metal. While applying pressure from above, the jig was heated at 400°C for 6 minutes in an electric furnace in a nitrogen atmosphere to prevent the graphite jig from burning. This caused the white metal to melt and be impregnated between the spherical porous metal structures. Finally, the jig was removed from the electric furnace and cooled.

図10に球状の多孔質金属構造体の光学顕微鏡による外観及び断面写真を示す。断面写真は、球状の多孔質金属構造体を樹脂に埋め込んで、断面を研磨して観察した。 Figure 10 shows the appearance and cross-sectional photograph of the spherical porous metal structure taken with an optical microscope. The cross-sectional photograph was taken by embedding the spherical porous metal structure in resin and polishing the cross-section.

図11に、最終的に得られた鈴構造を有する金属構造体の光学顕微鏡による断面写真及びSEMによる断面の拡大写真を示す。Figure 11 shows an optical microscope photograph of a cross section of the final metal structure having a bell structure and an enlarged SEM photograph of the cross section.

この写真から明らかなように、鈴構造を有する多孔質金属部分(10)が複数のドメイン部として含まれており、かつ中実の金属部分(20)がマトリクス部分として含まれる、鈴構造を有する金属構造体が得られていることが分かる。驚くべきことに、溶融金属(20)は、多孔質金属構造体(10)の鈴構造の内部にまでは浸入せず、鈴構造を有する多孔質金属構造体(10)がそのままドメイン部として金属構造体に包含されることがわかった。As is clear from this photograph, a metal structure having a bell structure is obtained, in which the porous metal portion (10) having a bell structure is included as a plurality of domain portions, and the solid metal portion (20) is included as a matrix portion. Surprisingly, it was found that the molten metal (20) does not penetrate into the inside of the bell structure of the porous metal structure (10), and the porous metal structure (10) having a bell structure is directly included in the metal structure as a domain portion.

この金属構造体は、中実の金属部分が高い機械的強度をもたらし、鈴構造を有する多孔質金属部分が高い制振性能をもたらすことが分かった。It was found that this metal structure provides high mechanical strength in its solid metal portion, while the porous metal portion with a bell structure provides high vibration damping performance.

実験6.殻体形成材がそのまま殻体となる場合の鈴構造を有する多孔質金属構造体の実験
〈製造例〉
無機粒子を得るために、銅線を用意した。図12に概略的に示すように、第1の工程として、銅線を1.5mm又は0.75mmの長さに切断した。第2の工程として、アルミニウムのパイプに、切断をした銅線を入れた。第3の工程として、アルミニウムのパイプを2.5mm幅に切断をして、それにより端部を閉塞し、第1の複合体を得た。
Experiment 6. Experiment on a porous metal structure having a bell structure when the shell-forming material itself becomes the shell (Manufacturing example)
To obtain inorganic particles, a copper wire was prepared. As shown in FIG. 12, in the first step, the copper wire was cut to a length of 1.5 mm or 0.75 mm. In the second step, the cut copper wire was placed in an aluminum pipe. In the third step, the aluminum pipe was cut to a width of 2.5 mm, thereby blocking the ends, and a first composite was obtained.

以後は、第1の複合体を3体積%となるように、上記実験2の第4の工程以後と同様の工程を行って、鈴構造を有する多孔質金属構造体を得た。最終的に得られた多孔質金属構造体の鈴構造の断面を図13に示す。図13(a)は、長軸が1.5mmの長さの無機粒子を含む鈴構造の断面であり、図13(b)は、長軸が0.75mmの長さの無機粒子を含む鈴構造の断面である。Thereafter, the same steps as those in the fourth step and thereafter in Experiment 2 were carried out so that the first composite was 3 volume %, and a porous metal structure having a bell structure was obtained. A cross section of the bell structure of the finally obtained porous metal structure is shown in Figure 13. Figure 13(a) is a cross section of a bell structure containing inorganic particles with a long axis length of 1.5 mm, and Figure 13(b) is a cross section of a bell structure containing inorganic particles with a long axis length of 0.75 mm.

これらを実験2と同様にして制振性能を評価した。その評価結果を、実験4において製造した銅粒子を含む第1の複合体を3体積%となるように製造した構造体の結果と対比して、図14に示す。The vibration damping performance of these was evaluated in the same manner as in Experiment 2. The evaluation results are shown in Figure 14, in comparison with the results of the structure produced in Experiment 4 in which the first composite containing copper particles was produced at 3 volume %.

図14に示すように、筒状の鈴構造を有する多孔質金属構造体は、高い制振性能を有しており、特に、長軸が1.5mmの長さの無機粒子を含む鈴構造(1.5mm)は非常に高い制振性能を有していた。長軸が0.75mmの長さの無機粒子を含む鈴構造(0.75mm)についても周波数が高い領域においては、球状の鈴構造(Sphere)よりも高い制振性能を有していることが分かった。As shown in Figure 14, the porous metal structure with a cylindrical bell structure has high vibration-damping performance, and in particular, the bell structure (1.5 mm) containing inorganic particles with a long axis length of 1.5 mm had very high vibration-damping performance. It was also found that the bell structure (0.75 mm) containing inorganic particles with a long axis length of 0.75 mm had higher vibration-damping performance than the spherical bell structure (Sphere) in the high frequency range.

実験7.軟質の金属粉末を用いた多孔質金属構造体の実験
第2の複合体を得る際に用いたAl粉末(平均粒径150μm、融点660℃、ヒカリ素材工業株式会社)の代わりに、又はそのAl粉末に加えて、Sn(スズ)粉末(平均粒径150μm以下、株式会社高純度化学研究所)を用いて、多孔質金属構造体を製造した。
Experiment 7. Experiment on porous metal structure using soft metal powder Instead of or in addition to the Al powder (average particle size 150 μm, melting point 660 ° C., Hikari Material Industry Co., Ltd.) used in obtaining the second composite, a porous metal structure was manufactured using Sn (tin) powder (average particle size 150 μm or less, High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.).

得られた多孔質金属のブリネル硬さ(HBW)と、全金属粉末に対するSn粉末の質量比との関係を図15に示す。The relationship between the Brinell hardness (HBW) of the obtained porous metal and the mass ratio of Sn powder to the total metal powder is shown in Figure 15.

また、全ての金属粉末をSn粉末とした場合(Sn比=1.00)、金属粉末のうち67質量%をSn粉末とした場合(Sn比=0.67)、金属粉末のうち50質量%をSn粉末とした場合(Sn比=0.50)についての制振性能の結果を図16に示す。なお、ここでは、実験2において製造したのと同様に、ジルコニア粒子を含む第1の複合体を6体積%となるようにして、各多孔質金属構造体を製造した。 Figure 16 shows the results of vibration damping performance when all metal powders are Sn powder (Sn ratio = 1.00), when 67 mass% of the metal powders are Sn powder (Sn ratio = 0.67), and when 50 mass% of the metal powders are Sn powder (Sn ratio = 0.50). Note that here, as in Experiment 2, each porous metal structure was manufactured by adjusting the first composite containing zirconia particles to 6 volume %.

図16に示すように、金属粉末におけるSn粉末の割合が高ければ高いほど、制振性能が高くなることが分かった。As shown in Figure 16, it was found that the higher the proportion of Sn powder in the metal powder, the better the vibration damping performance.

a FFTアナライザ
b パワーアンプ
c 加振器
d インピーダンスヘッド
e チャージ増幅機
f パソコン
g ステレオマイクロスコープ
h ディスプレイ
i 金属構造体
j Al基材
1 内部粒子
2 殻体(空孔)
2a 炭素系殻体形成材
2b バインダー
3 多孔質金属部分
10 多孔質金属構造体
20 中実金属部分

a FFT analyzer b Power amplifier c Vibrator d Impedance head e Charge amplifier f Personal computer g Stereo microscope h Display i Metal structure j Al substrate 1 Internal particle 2 Shell (hole)
2a Carbon-based shell-forming material 2b Binder 3 Porous metal portion 10 Porous metal structure 20 Solid metal portion

Claims (15)

無機粒子と殻体形成材との第1の複合体を得ること、
前記第1の複合体と金属粉末との第2の複合体を得ること、
前記第2の複合体を加熱して前記金属粉末を焼結すること、及び
前記第2の複合体から前記殻体形成材を除去して焼結した金属粉末を殻体とし前記無機粒子を内部粒子とする鈴構造を形成すること
を含む、鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法。
Obtaining a first composite of inorganic particles and a shell-forming material;
Obtaining a second composite of the first composite and a metal powder;
heating the second composite to sinter the metal powder; and removing the shell-forming material from the second composite to form a bell structure having the sintered metal powder as a shell and the inorganic particles as internal particles.
前記第1の複合体を得る際に、前記無機粒子と前記殻体形成材とを結着させるためのバインダーをさらに添加する、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, further comprising adding a binder to bind the inorganic particles and the shell-forming material when obtaining the first composite. 前記殻体形成材が、炭素系殻体形成材であり、前記第2の複合体を酸素含有雰囲気中で加熱して、前記第2の複合体から前記炭素系殻体形成材を除去する、請求項1又は2に記載の製造方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the shell-forming material is a carbon-based shell-forming material, and the second composite is heated in an oxygen-containing atmosphere to remove the carbon-based shell-forming material from the second composite. 前記殻体形成材が、液体溶解性殻体形成材であり、前記第2の複合体から前記液体溶解性殻体形成材を液体に溶出させて除去する、請求項1に記載の製造方法。 The method of claim 1, wherein the shell-forming material is a liquid-soluble shell-forming material, and the liquid-soluble shell-forming material is removed from the second composite by dissolving it in a liquid. 無機粒子と殻体形成材との第1の複合体を得ること、
前記第1の複合体と金属粉末との第2の複合体を得ること、
前記第2の複合体を加熱して前記金属粉末を焼結すること、及び
前記殻体形成材をそのまま殻体とし前記無機粒子を内部粒子とする鈴構造を形成すること
を含む、鈴構造を有する多孔質金属構造体の製造方法。
Obtaining a first composite of inorganic particles and a shell-forming material;
Obtaining a second composite of the first composite and a metal powder;
heating the second composite to sinter the metal powder; and forming a bell structure in which the shell-forming material serves as a shell and the inorganic particles serve as internal particles.
前記殻体形成材が、筒状である、請求項5に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 5, wherein the shell-forming material is cylindrical. 前記無機粒子が、7.0g/cm以上の比重を有する無機粒子であり、前記金属粉末が、アルミニウム系金属粉末、スズ系金属粉末、又はこれらの組み合わせである、請求項1~6のいずれか一項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the inorganic particles are inorganic particles having a specific gravity of 7.0 g/cm3 or more, and the metal powder is an aluminum-based metal powder, a tin-based metal powder, or a combination thereof. 前記第1の複合体を前記金属粉末によって包み込んで第2の複合体を得ることによって、前記多孔質金属構造体を粒子の形態で得る、請求項1~7のいずれか一項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, in which the porous metal structure is obtained in the form of particles by enveloping the first composite with the metal powder to obtain a second composite. 請求項1~8のいずれか一項に記載の製造方法によって鈴構造を有する多孔質金属構造体を複数得ること、及び
前記複数の多孔質金属構造体を溶融金属に含浸させて冷却すること、
を含む、鈴構造を有する金属構造体の製造方法。
Obtaining a plurality of porous metal structures having a bell-shaped structure by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 8; and impregnating the plurality of porous metal structures with molten metal and cooling the same.
A method for producing a metal structure having a bell structure, comprising:
運動可能な無機粒子が殻体に存在している多孔質金属構造体であって、前記無機粒子の平均粒径が、100μm以上5000μm以下であり、前記殻体の平均直径が、前記無機粒子の平均粒径の1.5倍以上10.0倍以下の範囲である、鈴構造を有する多孔質金属構造体(前記殻体の内部に、中空シリカ粒子及びその残渣が残留しているものを除く) A porous metal structure having a bell structure in which movable inorganic particles are present in a shell, the inorganic particles having an average particle size of 100 μm or more and 5000 μm or less, and the shell having an average diameter in the range of 1.5 to 10.0 times the average particle size of the inorganic particles (excluding those in which hollow silica particles and their residues remain inside the shell) . 前記殻体が、筒状である、請求項10に記載の鈴構造を有する多孔質金属構造体。 The porous metal structure having a bell structure according to claim 10, wherein the shell is cylindrical. 前記多孔質金属構造体が、スズを含む、請求項10又は11に記載の多孔質金属構造体。 The porous metal structure according to claim 10 or 11, wherein the porous metal structure contains tin. 粒子の形態である、請求項10~12のいずれか一項に記載の多孔質金属構造体。 The porous metal structure according to any one of claims 10 to 12, which is in the form of particles. 請求項10~13のいずれか一項に記載の多孔質金属構造体を、中実の金属部分の内部に含む、金属構造体。 A metal structure comprising a porous metal structure according to any one of claims 10 to 13 inside a solid metal part. 前記多孔質金属構造体を複数のドメイン部として含み、かつ前記中実の金属部分をマトリクス部分として含む、海島構造を有する請求項14に記載の金属構造体。
The metal structure according to claim 14, having an islands-in-a-sea structure, comprising the porous metal structure as a plurality of domain portions and the solid metal portion as a matrix portion.
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