JPH06128063A - 多孔質材料への金属含浸方法 - Google Patents
多孔質材料への金属含浸方法Info
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- JPH06128063A JPH06128063A JP4115234A JP11523492A JPH06128063A JP H06128063 A JPH06128063 A JP H06128063A JP 4115234 A JP4115234 A JP 4115234A JP 11523492 A JP11523492 A JP 11523492A JP H06128063 A JPH06128063 A JP H06128063A
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- Japan
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- porous material
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- impregnated
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質材料の気孔内に十分な量の金属を含浸
させるための方法を提供する。 【構成】 溶融金属内に浸漬した多孔質材料中にこの溶
融金属を加圧下に含浸させた後に、この加圧状態を保持
したまま、前記含浸を行う際の溶融金属の温度より低い
温度であって、かつ、被含浸金属の融点からこの融点よ
り１２０℃高い温度までの範囲内で、金属が含浸された
多孔質材料を溶融金属中から引上げる多孔質材料への金
属含浸方法である。 【目的】 特別の前処理を施さなくても、また、多孔質
材料に対して濡れ性の低い金属を用いても、多孔質材料
中に極めて高い含浸率で金属が含浸した複合材料を製造
することができる。
させるための方法を提供する。 【構成】 溶融金属内に浸漬した多孔質材料中にこの溶
融金属を加圧下に含浸させた後に、この加圧状態を保持
したまま、前記含浸を行う際の溶融金属の温度より低い
温度であって、かつ、被含浸金属の融点からこの融点よ
り１２０℃高い温度までの範囲内で、金属が含浸された
多孔質材料を溶融金属中から引上げる多孔質材料への金
属含浸方法である。 【目的】 特別の前処理を施さなくても、また、多孔質
材料に対して濡れ性の低い金属を用いても、多孔質材料
中に極めて高い含浸率で金属が含浸した複合材料を製造
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の応用分野】本発明は、多孔質材料の気孔中に
金属を溶融含浸させて複合材料を製造する方法に関する
ものである。
金属を溶融含浸させて複合材料を製造する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、多孔質炭素材料や多孔質セラミッ
クスに金属を含浸させて得られる複合材料は、摺動集電
用材料、摺動材料等として注目を集めている。通常、こ
の様な複合材料を製造する際の含浸処理は、高圧容器に
金属と多孔質材料とを仕込んだ後、多孔質材料の脱気処
理を行いながら昇温して金属を溶融させ、溶融金属中に
多孔質材料を浸漬した状態で高圧容器内の圧力を上げて
一定時間加圧下に含浸処理し、次いで多孔質材料を溶融
金属から引上げて加圧状態を保持したまま降温する方法
が採られている。また、金属を溶融して含浸させる温度
は、金属の含浸を容易にするために、金属の流動性を上
げて粘度を下げることができるように、含浸させる金属
の融点よりもかなり高温に設定されるのが一般的であ
る。しかしながら、金属をこれら多孔質材料の気孔中に
十分に充填して含浸させることは必ずしも容易ではな
く、多孔質材料の表面につながっている気孔であるにも
かかわらず、金属が十分に含浸されない部分が少なから
ず発生しているのが現状である。
クスに金属を含浸させて得られる複合材料は、摺動集電
用材料、摺動材料等として注目を集めている。通常、こ
の様な複合材料を製造する際の含浸処理は、高圧容器に
金属と多孔質材料とを仕込んだ後、多孔質材料の脱気処
理を行いながら昇温して金属を溶融させ、溶融金属中に
多孔質材料を浸漬した状態で高圧容器内の圧力を上げて
一定時間加圧下に含浸処理し、次いで多孔質材料を溶融
金属から引上げて加圧状態を保持したまま降温する方法
が採られている。また、金属を溶融して含浸させる温度
は、金属の含浸を容易にするために、金属の流動性を上
げて粘度を下げることができるように、含浸させる金属
の融点よりもかなり高温に設定されるのが一般的であ
る。しかしながら、金属をこれら多孔質材料の気孔中に
十分に充填して含浸させることは必ずしも容易ではな
く、多孔質材料の表面につながっている気孔であるにも
かかわらず、金属が十分に含浸されない部分が少なから
ず発生しているのが現状である。
【０００３】そこで、従来においては、多孔質材料の気
孔中に金属を十分に含浸させる方法として、（１）多孔
質炭素材料に予め金属塩の溶液を含浸させ、熱処理して
溶剤を除去することにより、溶融金属の炭素材料に対す
る濡れ性を改善する方法（特開昭６１−１３６，６４４
号公報）や、（２）炭素材料に対する濡れ性の良好な合
金を用いる方法（特公昭５２−８２２号公報）等が提案
されている。しかしながら、（１）の方法では被含浸材
料に対する前処理工程が増加する、（２）の方法では使
用できる金属に制限がある等の問題があった。
孔中に金属を十分に含浸させる方法として、（１）多孔
質炭素材料に予め金属塩の溶液を含浸させ、熱処理して
溶剤を除去することにより、溶融金属の炭素材料に対す
る濡れ性を改善する方法（特開昭６１−１３６，６４４
号公報）や、（２）炭素材料に対する濡れ性の良好な合
金を用いる方法（特公昭５２−８２２号公報）等が提案
されている。しかしながら、（１）の方法では被含浸材
料に対する前処理工程が増加する、（２）の方法では使
用できる金属に制限がある等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、この様な問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、
金属含浸処理後に多孔質材料を溶融金属から引上げる際
における溶融金属の温度を調整することにより、この目
的を達成することができることを見出し、本発明を完成
した。従って、本発明の目的は、上述した問題がなく、
しかも、特別な処理を施すことなく多孔質材料の気孔中
に十分な量の金属を含浸させることができる多孔質材料
への金属含浸方法を提供することにある。
は、この様な問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、
金属含浸処理後に多孔質材料を溶融金属から引上げる際
における溶融金属の温度を調整することにより、この目
的を達成することができることを見出し、本発明を完成
した。従って、本発明の目的は、上述した問題がなく、
しかも、特別な処理を施すことなく多孔質材料の気孔中
に十分な量の金属を含浸させることができる多孔質材料
への金属含浸方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融金属内に
浸漬した多孔質材料中にこの溶融金属を加圧下に含浸さ
せた後に、この加圧状態を保持したまま、前記含浸を行
う際の溶融金属の温度より低い温度であって、かつ、被
含浸金属の融点からこの融点より１２０℃高い温度まで
の範囲内で、金属が含浸された多孔質材料を溶融金属中
から引上げる多孔質材料への金属含浸方法である。そし
て、その際に、多孔質材料として炭素材料又はセラミッ
クスを使用する多孔質材料への金属含浸方法である。
浸漬した多孔質材料中にこの溶融金属を加圧下に含浸さ
せた後に、この加圧状態を保持したまま、前記含浸を行
う際の溶融金属の温度より低い温度であって、かつ、被
含浸金属の融点からこの融点より１２０℃高い温度まで
の範囲内で、金属が含浸された多孔質材料を溶融金属中
から引上げる多孔質材料への金属含浸方法である。そし
て、その際に、多孔質材料として炭素材料又はセラミッ
クスを使用する多孔質材料への金属含浸方法である。
【０００６】以下に本発明の内容を更に詳述する。本発
明で使用する多孔質材料としては、含浸させる金属の融
点より１００〜４００℃高い温度で気孔を保持し変形し
ない様なものであればどの様なものでもよく、特に限定
するものではないが、多孔質の炭素材料、多孔質のセラ
ミックス等は高温安定性に優れているため適してしる。
ここでいう多孔質材料とは、材料マトリックス中に材料
表面部につながる空隙を有するものをいう。
明で使用する多孔質材料としては、含浸させる金属の融
点より１００〜４００℃高い温度で気孔を保持し変形し
ない様なものであればどの様なものでもよく、特に限定
するものではないが、多孔質の炭素材料、多孔質のセラ
ミックス等は高温安定性に優れているため適してしる。
ここでいう多孔質材料とは、材料マトリックス中に材料
表面部につながる空隙を有するものをいう。
【０００７】また、含浸させる金属についても、特に限
定されるものではないが、銅、銅系合金、鉛、鉛系合
金、アルミニウム、アルミニウム系合金、錫、錫系合
金、亜鉛、亜鉛系合金、鉄、鉄系合金等が使用できる。
これらは、使用目的に応じて、多孔質材料と組み合わせ
て用いればよい。
定されるものではないが、銅、銅系合金、鉛、鉛系合
金、アルミニウム、アルミニウム系合金、錫、錫系合
金、亜鉛、亜鉛系合金、鉄、鉄系合金等が使用できる。
これらは、使用目的に応じて、多孔質材料と組み合わせ
て用いればよい。
【０００８】金属を多孔質材料の気孔内に含浸させる方
法は、通常の方法でよく、例えば、高圧容器内に多孔質
材料と含浸金属とを装入し、高圧容器内の圧力を０．１
Ｔｏｒｒ程度以下に減圧して多孔質材料の気孔内のガス
を十分に脱気した後、これを溶融した金属中に浸漬し、
窒素ガス等の不活性ガスを用いて加圧状態に切り換えれ
ばよい。ここで、含浸用の金属は、高圧容器内に直接装
入して溶解させてもよく、また、高圧容器内部に金属溶
解用の別の容器を設けてその内部で溶解させてもよい。
法は、通常の方法でよく、例えば、高圧容器内に多孔質
材料と含浸金属とを装入し、高圧容器内の圧力を０．１
Ｔｏｒｒ程度以下に減圧して多孔質材料の気孔内のガス
を十分に脱気した後、これを溶融した金属中に浸漬し、
窒素ガス等の不活性ガスを用いて加圧状態に切り換えれ
ばよい。ここで、含浸用の金属は、高圧容器内に直接装
入して溶解させてもよく、また、高圧容器内部に金属溶
解用の別の容器を設けてその内部で溶解させてもよい。
【０００９】この含浸処理の際の温度は、金属の融点よ
り１００〜４００℃程度高い温度、好ましくは１５０〜
３００℃高い温度とするのが一般的である。これは、融
点より高くする温度が１００℃未満では溶融金属の粘度
が高くて流動性が悪く、多孔質材料の気孔中への金属の
含浸が困難になるからである。また、融点より高くする
温度が４００℃を越えると、通常は金属の蒸気圧が高く
なり、多孔質材料の脱気処理をしながら昇温して金属を
溶融する工程でこの含浸処理の温度に到達した際に、金
属の蒸発が起こり易くなり好ましくない。また、加圧す
る際の圧力は、毛細管現象の法則により溶融金属の表面
張力と多孔質材料の気孔径を用いて計算した値よりも高
い圧力であればよい。一般には、平均気孔径４μｍの多
孔質材料に例えば青銅合金（Ｃｕ：Ｓｎ＝５０：５０）
を含浸させる場合、前記圧力は５０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度
で十分である。
り１００〜４００℃程度高い温度、好ましくは１５０〜
３００℃高い温度とするのが一般的である。これは、融
点より高くする温度が１００℃未満では溶融金属の粘度
が高くて流動性が悪く、多孔質材料の気孔中への金属の
含浸が困難になるからである。また、融点より高くする
温度が４００℃を越えると、通常は金属の蒸気圧が高く
なり、多孔質材料の脱気処理をしながら昇温して金属を
溶融する工程でこの含浸処理の温度に到達した際に、金
属の蒸発が起こり易くなり好ましくない。また、加圧す
る際の圧力は、毛細管現象の法則により溶融金属の表面
張力と多孔質材料の気孔径を用いて計算した値よりも高
い圧力であればよい。一般には、平均気孔径４μｍの多
孔質材料に例えば青銅合金（Ｃｕ：Ｓｎ＝５０：５０）
を含浸させる場合、前記圧力は５０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度
で十分である。
【００１０】金属を含浸した多孔質材料を取り出し易く
するために、加圧状態で一定時間経過後にこの金属を含
浸した多孔質材料を溶融金属から引上げるが、本発明に
おいては、この引上げの際の温度を、含浸させる金属の
融点からこの融点より１２０℃高い温度までの範囲内、
好ましくは融点より１０℃高い温度からこの融点より１
００℃高い温度までの範囲内に低下させる。この金属を
含浸した多孔質材料を引上げる際の温度が融点を下回る
と、引上げた材料に金属が付着したり、最悪の場合には
含浸用金属の塊の中に金属が含浸された多孔質材料が取
り込まれて材料の回収が困難になる場合がある。また、
金属を含浸した多孔質材料を引上げる際の温度が融点よ
り１２０℃を越えて高い温度になると、金属の表面張力
と含浸された気孔内の金属に作用する重力とにより、せ
っかく含浸された金属が多孔質材料から抜け出る現象が
顕著になり、十分に金属を含浸した材料を得ることがで
きなくなる。
するために、加圧状態で一定時間経過後にこの金属を含
浸した多孔質材料を溶融金属から引上げるが、本発明に
おいては、この引上げの際の温度を、含浸させる金属の
融点からこの融点より１２０℃高い温度までの範囲内、
好ましくは融点より１０℃高い温度からこの融点より１
００℃高い温度までの範囲内に低下させる。この金属を
含浸した多孔質材料を引上げる際の温度が融点を下回る
と、引上げた材料に金属が付着したり、最悪の場合には
含浸用金属の塊の中に金属が含浸された多孔質材料が取
り込まれて材料の回収が困難になる場合がある。また、
金属を含浸した多孔質材料を引上げる際の温度が融点よ
り１２０℃を越えて高い温度になると、金属の表面張力
と含浸された気孔内の金属に作用する重力とにより、せ
っかく含浸された金属が多孔質材料から抜け出る現象が
顕著になり、十分に金属を含浸した材料を得ることがで
きなくなる。
【００１１】また、金属を含浸した多孔質材料を引上げ
た後でこの材料を保持する位置の温度については好まし
くは上記の温度範囲であり、この温度範囲を逸脱すると
本発明の効果が期待できなくなる場合があるので、この
圧力容器の温度を注意深く制御するのがよい。このた
め、温度制御には加熱装置を複数部分に分割した多ゾー
ン制御方式が好ましく、特に溶融金属から引上げた材料
を保持する部分の温度も併せて制御することが望まし
い。この後、高圧容器内の加圧状態を保持したまま冷却
し、金属が完全に凝固してから減圧して、十分に金属が
含浸された多孔質材料を得ることができる。
た後でこの材料を保持する位置の温度については好まし
くは上記の温度範囲であり、この温度範囲を逸脱すると
本発明の効果が期待できなくなる場合があるので、この
圧力容器の温度を注意深く制御するのがよい。このた
め、温度制御には加熱装置を複数部分に分割した多ゾー
ン制御方式が好ましく、特に溶融金属から引上げた材料
を保持する部分の温度も併せて制御することが望まし
い。この後、高圧容器内の加圧状態を保持したまま冷却
し、金属が完全に凝固してから減圧して、十分に金属が
含浸された多孔質材料を得ることができる。
【００１２】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明
を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例に
おいて、含浸率とは、全開気孔体積のうちで含浸された
金属が占める体積の割合をいい、多孔質材料の含浸前後
での嵩密度変化と金属の嵩密度を基に算出した値であ
る。また、多孔質材料の気孔率については、多孔質材料
を水中で十分煮沸し、アルキメデス法により算出した。
を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例に
おいて、含浸率とは、全開気孔体積のうちで含浸された
金属が占める体積の割合をいい、多孔質材料の含浸前後
での嵩密度変化と金属の嵩密度を基に算出した値であ
る。また、多孔質材料の気孔率については、多孔質材料
を水中で十分煮沸し、アルキメデス法により算出した。
【００１３】実施例１ 嵩密度１．２２ｇ／ｃｍ3 、平均気孔径４．６μｍ及び
気孔率４２％の多孔質炭素材料と、融点６９０℃の炭素
材料には濡れない青銅合金（Ｃｕ：Ｓｎ＝５０：５０）
を高圧容器内に装填し、０．１Ｔｏｒｒ下、８８０℃で
溶融させた後、この溶融金属中に多孔質材料を浸漬し、
次いで窒素ガスで５０ｋｇ／ｃｍ2 まで加圧して金属の
含浸処理を行った。引続き１時間そのままの状態に保持
した後、６９５〜８０２℃で多孔質炭素材料を引上げ
た。高圧容器内の圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持した
まま４００℃まで徐冷した後減圧し、炭素−金属複合材
料を作製した。この様にして得られた炭素−金属複合材
料についてその含浸率を測定し、材料引上げ温度と含浸
率との関係を調べた。結果を図１に示す。
気孔率４２％の多孔質炭素材料と、融点６９０℃の炭素
材料には濡れない青銅合金（Ｃｕ：Ｓｎ＝５０：５０）
を高圧容器内に装填し、０．１Ｔｏｒｒ下、８８０℃で
溶融させた後、この溶融金属中に多孔質材料を浸漬し、
次いで窒素ガスで５０ｋｇ／ｃｍ2 まで加圧して金属の
含浸処理を行った。引続き１時間そのままの状態に保持
した後、６９５〜８０２℃で多孔質炭素材料を引上げ
た。高圧容器内の圧力を５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持した
まま４００℃まで徐冷した後減圧し、炭素−金属複合材
料を作製した。この様にして得られた炭素−金属複合材
料についてその含浸率を測定し、材料引上げ温度と含浸
率との関係を調べた。結果を図１に示す。
【００１４】比較例１ 多孔質炭素材料の材料引上げ温度を８１５〜８３５℃と
した以外は、上記実施例１と同様の方法で炭素−金属複
合材料を調製し、その時の含浸率を測定し、材料引上げ
温度と含浸率との関係を調べた。結果を図１に示す。図
１から明らかなように、試料引上げ温度が８１０℃を超
えると、含浸率が急激に低下することが判明した。
した以外は、上記実施例１と同様の方法で炭素−金属複
合材料を調製し、その時の含浸率を測定し、材料引上げ
温度と含浸率との関係を調べた。結果を図１に示す。図
１から明らかなように、試料引上げ温度が８１０℃を超
えると、含浸率が急激に低下することが判明した。
【００１５】比較例２ 多孔質炭素材料を引上げる際の材料引上げ温度を６８０
℃とした以外は実施例１と同様の方法で炭素−金属複合
材料を調製した。この場合、含浸率は９２％に達したも
のの、多孔質炭素材料は金属塊に取り囲まれ、その取り
出しが困難であった。
℃とした以外は実施例１と同様の方法で炭素−金属複合
材料を調製した。この場合、含浸率は９２％に達したも
のの、多孔質炭素材料は金属塊に取り囲まれ、その取り
出しが困難であった。
【００１６】実施例２ 嵩密度１．５５ｇ／ｃｍ3 、平均気孔径４．２μｍ及び
気孔率２８％の多孔質炭素材料に、融点１，０８３℃の
炭素材料には濡れない銅を１，２００℃で含浸させ、
１，１００℃でこの多孔質炭素材料を引上げた以外は、
上記実施例１と同様の方法で炭素−金属複合材料を作製
した。この時の含浸率は９３％であった。
気孔率２８％の多孔質炭素材料に、融点１，０８３℃の
炭素材料には濡れない銅を１，２００℃で含浸させ、
１，１００℃でこの多孔質炭素材料を引上げた以外は、
上記実施例１と同様の方法で炭素−金属複合材料を作製
した。この時の含浸率は９３％であった。
【００１７】実施例３ 嵩密度１．３７ｇ／ｃｍ3 、平均気孔径８．５μｍ及び
気孔率３４％の多孔質炭素材料を用いた以外は、上記実
施例２と同様の方法で炭素−金属複合材料を作製した。
この時の含浸率は９３％であった。
気孔率３４％の多孔質炭素材料を用いた以外は、上記実
施例２と同様の方法で炭素−金属複合材料を作製した。
この時の含浸率は９３％であった。
【００１８】実施例４ 嵩密度３．２９ｇ／ｃｍ3 及び気孔率３３％の多孔質セ
ラミックス（ＴｉＣ）に融点８９０℃の青銅合金（Ｃ
ｕ：Ｓｎ＝８０：２０）を１，１００℃で含浸せしめ、
９５０℃でこの多孔質セラミックスを引上げた以外は、
上記実施例１と同様の方法で炭素−セラミックス複合材
料を作製した。この時の含浸率は９２％であった。
ラミックス（ＴｉＣ）に融点８９０℃の青銅合金（Ｃ
ｕ：Ｓｎ＝８０：２０）を１，１００℃で含浸せしめ、
９５０℃でこの多孔質セラミックスを引上げた以外は、
上記実施例１と同様の方法で炭素−セラミックス複合材
料を作製した。この時の含浸率は９２％であった。
【００１９】
【発明の効果】本発明方法によれば、特別の前処理を施
さなくても、また、多孔質材料に対して濡れ性の低い金
属を用いても、多孔質材料中に極めて高い含浸率で金属
が含浸した複合材料を製造することができる。
さなくても、また、多孔質材料に対して濡れ性の低い金
属を用いても、多孔質材料中に極めて高い含浸率で金属
が含浸した複合材料を製造することができる。
【図１】図１は、実施例１及び比較例１で得られた炭素
−金属複合材料における材料引上げ温度と含浸率との関
係を示すグラフ図である。
−金属複合材料における材料引上げ温度と含浸率との関
係を示すグラフ図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 溶融金属内に浸漬した多孔質材料中にこ
の溶融金属を加圧下に含浸させた後に、この加圧状態を
保持したまま、前記含浸を行う際の溶融金属の温度より
低い温度であって、かつ、被含浸金属の融点からこの融
点より１２０℃高い温度までの範囲内で、金属が含浸さ
れた多孔質材料を溶融金属中から引上げることを特徴と
する多孔質材料への金属含浸方法。 - 【請求項２】 多孔質材料が炭素材料又はセラミックス
である請求項１記載の金属含浸方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115234A JPH06128063A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 多孔質材料への金属含浸方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4115234A JPH06128063A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 多孔質材料への金属含浸方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128063A true JPH06128063A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=14657670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4115234A Withdrawn JPH06128063A (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 多孔質材料への金属含浸方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06128063A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004021075B4 (de) * | 2003-05-06 | 2011-05-05 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Halbleiterbauelement mit anisotrop thermisch leitender Radiatorbasis und Verfahren zu seiner Herstellung |
-
1992
- 1992-04-09 JP JP4115234A patent/JPH06128063A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004021075B4 (de) * | 2003-05-06 | 2011-05-05 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | Halbleiterbauelement mit anisotrop thermisch leitender Radiatorbasis und Verfahren zu seiner Herstellung |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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