JP2002239351A - 水素透過構造体およびその製造方法 - Google Patents
水素透過構造体およびその製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【課題】 厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を多孔質の
基材上にピンホールのない緻密な膜として形成する。 【解決手段】 水素透過構造体３は、多孔質の基材２
と、基材２と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加
してイオンプレーティング法で基材２の表面上に形成さ
れた厚みが１μｍ以下の水素透過性膜１とを備える。
基材上にピンホールのない緻密な膜として形成する。 【解決手段】 水素透過構造体３は、多孔質の基材２
と、基材２と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加
してイオンプレーティング法で基材２の表面上に形成さ
れた厚みが１μｍ以下の水素透過性膜１とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般的には、水
素透過構造体およびその製造方法に関し、より特定的に
は、多孔質の基材に水素透過性膜が形成された水素透過
構造体とその製造方法に関するものである。
素透過構造体およびその製造方法に関し、より特定的に
は、多孔質の基材に水素透過性膜が形成された水素透過
構造体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素ガスは燃料電池用の燃料等に用いら
れ、ガス体燃料の変成法などによって、工業的に製造さ
れる。たとえば、ガス体燃料の変成法によれば、水蒸気
を改質することによって水素ガスが製造されるが、改質
ガスには主成分としての水素以外に副成分として一酸化
炭素、二酸化炭素などが含まれている。この改質ガスを
たとえば燃料電池用の燃料にそのまま用いると電池の性
能が劣化する。そのため、水素ガス以外の副成分を除去
し、高純度の水素ガスを得るために改質ガスを精製する
必要がある。その精製法の１つとして、水素透過性膜が
水素のみを選択的に透過させる特性を利用した方法があ
る。
れ、ガス体燃料の変成法などによって、工業的に製造さ
れる。たとえば、ガス体燃料の変成法によれば、水蒸気
を改質することによって水素ガスが製造されるが、改質
ガスには主成分としての水素以外に副成分として一酸化
炭素、二酸化炭素などが含まれている。この改質ガスを
たとえば燃料電池用の燃料にそのまま用いると電池の性
能が劣化する。そのため、水素ガス以外の副成分を除去
し、高純度の水素ガスを得るために改質ガスを精製する
必要がある。その精製法の１つとして、水素透過性膜が
水素のみを選択的に透過させる特性を利用した方法があ
る。
【０００３】水素透過性膜の製造方法として、特開平１
１−２６７４７７号公報には、ピンホールのない水素透
過性膜を作製するために、ステンレス鋼製、またはアル
ミナ、窒化珪素などのセラミックス製の多孔質支持体の
表面にイオンプレーティング法によって厚みが０．１〜
２０μｍ程度のＰｄ膜、Ｎｂ膜などの水素透過性金属膜
を形成する方法が提案されている。
１−２６７４７７号公報には、ピンホールのない水素透
過性膜を作製するために、ステンレス鋼製、またはアル
ミナ、窒化珪素などのセラミックス製の多孔質支持体の
表面にイオンプレーティング法によって厚みが０．１〜
２０μｍ程度のＰｄ膜、Ｎｂ膜などの水素透過性金属膜
を形成する方法が提案されている。
【０００４】特開平１１−２８６７８５号公報には、多
孔質支持体の表面に無電解めっきまたはイオンプレーテ
ィング法によってＰｄ金属とＰｄと合金化する金属とを
交互に多層化した後、熱処理して水素透過性膜としてＰ
ｄ合金膜を形成した水素透過構造体が提案されている。
孔質支持体の表面に無電解めっきまたはイオンプレーテ
ィング法によってＰｄ金属とＰｄと合金化する金属とを
交互に多層化した後、熱処理して水素透過性膜としてＰ
ｄ合金膜を形成した水素透過構造体が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】水素透過性金属膜の水
素透過性能はその膜厚に反比例するので、水素透過量を
高めるためには水素透過性金属膜の厚みをできるだけ薄
くする必要がある。しかしながら、多孔質の窒化珪素基
材の表面にイオンプレーティング法によって厚みが１μ
ｍ以下の水素透過性金属膜を形成した場合、ピンホール
のない緻密な膜を形成することができなかった。このた
め、水素透過性能を十分に高めた水素透過性金属膜を作
製することができないという問題があった。
素透過性能はその膜厚に反比例するので、水素透過量を
高めるためには水素透過性金属膜の厚みをできるだけ薄
くする必要がある。しかしながら、多孔質の窒化珪素基
材の表面にイオンプレーティング法によって厚みが１μ
ｍ以下の水素透過性金属膜を形成した場合、ピンホール
のない緻密な膜を形成することができなかった。このた
め、水素透過性能を十分に高めた水素透過性金属膜を作
製することができないという問題があった。
【０００６】そこで、この発明の目的は、厚みが１μｍ
以下の水素透過性膜が多孔質の基材の表面にピンホール
のない緻密な膜として形成された水素透過構造体とその
製造方法を提供することである。
以下の水素透過性膜が多孔質の基材の表面にピンホール
のない緻密な膜として形成された水素透過構造体とその
製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、成膜方法
を種々検討した結果、多孔質の基材と蒸着原料との間に
電位差をパルス的に印加してイオンプレーティング法で
基材の表面に厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成す
ることにより、ピンホールがなく、緻密な水素透過性膜
を作製することができることを見出した。
を種々検討した結果、多孔質の基材と蒸着原料との間に
電位差をパルス的に印加してイオンプレーティング法で
基材の表面に厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成す
ることにより、ピンホールがなく、緻密な水素透過性膜
を作製することができることを見出した。
【０００８】この知見に基づいてなされた、この発明に
従った水素透過構造体の製造方法は、多孔質の基材を準
備する工程と、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス
的に印加してイオンプレーティング法で基材の表面の上
に厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成する工程とを
備える。
従った水素透過構造体の製造方法は、多孔質の基材を準
備する工程と、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス
的に印加してイオンプレーティング法で基材の表面の上
に厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成する工程とを
備える。
【０００９】このような方法に従えば、基材と蒸着原料
との間に電位差をパルス的に印加してイオンプレーティ
ング法で厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成するた
めに、この水素透過性膜にはピンホールがなく、緻密な
膜を形成することができる。これにより、水素透過性膜
の透過性能を向上させることができる。
との間に電位差をパルス的に印加してイオンプレーティ
ング法で厚みが１μｍ以下の水素透過性膜を形成するた
めに、この水素透過性膜にはピンホールがなく、緻密な
膜を形成することができる。これにより、水素透過性膜
の透過性能を向上させることができる。
【００１０】また好ましくは、電位差は１０００Ｖ以上
である。また好ましくは、水素透過性膜を形成する工程
は、パラジウム（Ｐｄ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル
（Ｔａ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群より選ばれ
た少なくとも１種の金属を含む水素透過性膜を形成する
ことを含む。
である。また好ましくは、水素透過性膜を形成する工程
は、パラジウム（Ｐｄ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル
（Ｔａ）およびバナジウム（Ｖ）からなる群より選ばれ
た少なくとも１種の金属を含む水素透過性膜を形成する
ことを含む。
【００１１】また好ましくは、基材を準備する工程は、
セラミックスまたは金属を含む基材を準備することを含
む。
セラミックスまたは金属を含む基材を準備することを含
む。
【００１２】この発明に従った水素透過構造体は、多孔
質の基材と、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的
に印加してイオンプレーティング法で基材の表面の上に
形成された厚みが１μｍ以下の水素透過性膜とを備え
る。
質の基材と、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的
に印加してイオンプレーティング法で基材の表面の上に
形成された厚みが１μｍ以下の水素透過性膜とを備え
る。
【００１３】このように構成された水素透過構造体で
は、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加し
てイオンプレーティング法で基材の表面上に厚みが１μ
ｍ以下の水素透過性膜を形成するため、この水素透過性
膜はピンホールのない緻密な膜となる。これにより、水
素透過性膜の透過性能を向上させることができる。
は、基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加し
てイオンプレーティング法で基材の表面上に厚みが１μ
ｍ以下の水素透過性膜を形成するため、この水素透過性
膜はピンホールのない緻密な膜となる。これにより、水
素透過性膜の透過性能を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に従った水素透
過構造体の模式的な断面図である。図１を参照して、こ
の発明に従った水素透過構造体３は、多孔質の基材２
と、基材２と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加
してイオンプレーティング法で基材２の表面の上に形成
された厚みが１μｍ以下の水素透過性膜１とを備える。
水素透過性膜１は、パラジウム、ニオブ、タンタルおよ
びバナジウムの少なくとも一種を含む。基材２は、窒化
珪素、アルミナ等のセラミックスまたは鉄合金等の金属
により構成される。
過構造体の模式的な断面図である。図１を参照して、こ
の発明に従った水素透過構造体３は、多孔質の基材２
と、基材２と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加
してイオンプレーティング法で基材２の表面の上に形成
された厚みが１μｍ以下の水素透過性膜１とを備える。
水素透過性膜１は、パラジウム、ニオブ、タンタルおよ
びバナジウムの少なくとも一種を含む。基材２は、窒化
珪素、アルミナ等のセラミックスまたは鉄合金等の金属
により構成される。
【００１５】基材２の表面には複数の孔７が形成されて
おり、この孔７の表面を埋込むように水素透過性膜１が
形成されている。水素透過性膜１は孔７内に入り込んで
いる。水素透過性膜１は、基材２の表面に沿うように形
成されている。
おり、この孔７の表面を埋込むように水素透過性膜１が
形成されている。水素透過性膜１は孔７内に入り込んで
いる。水素透過性膜１は、基材２の表面に沿うように形
成されている。
【００１６】図２は、従来の水素透過構造体の模式的な
断面図である。図２を参照して、従来の水素透過構造体
５は、多孔質の基材２と、基材２の表面に形成された水
素透過性膜４とを備える。水素透過性膜４では、孔７上
にピンホール６が形成されている。
断面図である。図２を参照して、従来の水素透過構造体
５は、多孔質の基材２と、基材２の表面に形成された水
素透過性膜４とを備える。水素透過性膜４では、孔７上
にピンホール６が形成されている。
【００１７】この発明に従った図１に示す水素透過性膜
１は、イオンプレーティング法を用いて多孔質の基材２
上にバイアス電圧をパルス的に印加することにより形成
される。基材２にバイアス電圧を印可するとは、基板と
蒸着原料としてのターゲットとの間に電位差を与えるこ
とをいう。すなわち、水素透過性膜１は、基材２と蒸着
原料としてのターゲットとの間に電位差をパルス的に印
加してイオンプレーティング法で製造される。これによ
り、水素透過性膜１にはピンホールが存在しない。イオ
ンプレーティング法には各種のものがあるが、本発明で
は、いずれのイオンプレーティング法でも適用できる。
特に好ましくは、アークイオンプレーティング法（アー
ク放電型イオンプレーティング法）が用いられる。
１は、イオンプレーティング法を用いて多孔質の基材２
上にバイアス電圧をパルス的に印加することにより形成
される。基材２にバイアス電圧を印可するとは、基板と
蒸着原料としてのターゲットとの間に電位差を与えるこ
とをいう。すなわち、水素透過性膜１は、基材２と蒸着
原料としてのターゲットとの間に電位差をパルス的に印
加してイオンプレーティング法で製造される。これによ
り、水素透過性膜１にはピンホールが存在しない。イオ
ンプレーティング法には各種のものがあるが、本発明で
は、いずれのイオンプレーティング法でも適用できる。
特に好ましくは、アークイオンプレーティング法（アー
ク放電型イオンプレーティング法）が用いられる。
【００１８】イオンプレーティング法を用いて多孔質の
基材２にバイアス電圧をパルス的に印加した場合、水素
透過性膜１は、基材２の表面の孔７内にも形成される。
この水素透過性膜１と基材２との密着性は高い。これに
より、水素含有ガスを精製する際に水素透過性膜１は基
材２から剥離することなく、さらに、ピンホールがなく
緻密に形成された状態を維持する。その結果、高純度の
水素が得られる。
基材２にバイアス電圧をパルス的に印加した場合、水素
透過性膜１は、基材２の表面の孔７内にも形成される。
この水素透過性膜１と基材２との密着性は高い。これに
より、水素含有ガスを精製する際に水素透過性膜１は基
材２から剥離することなく、さらに、ピンホールがなく
緻密に形成された状態を維持する。その結果、高純度の
水素が得られる。
【００１９】イオンプレーティング法を用いて多孔質の
基材２にバイアス電圧を連続的に印加した場合、あるバ
イアス電圧以上の条件では、蒸着原料から飛散した金属
粒子の基材２上への付着率が、スパッタリング率よりも
小さくなる。すなわち、単位時間当りに基材２の表面に
付着する金属粒子の数が、単位時間当りに基材２から飛
び出す金属粒子の数よりも小さくなる。その結果、基材
２上に水素透過性金属膜が形成されにくくなる。
基材２にバイアス電圧を連続的に印加した場合、あるバ
イアス電圧以上の条件では、蒸着原料から飛散した金属
粒子の基材２上への付着率が、スパッタリング率よりも
小さくなる。すなわち、単位時間当りに基材２の表面に
付着する金属粒子の数が、単位時間当りに基材２から飛
び出す金属粒子の数よりも小さくなる。その結果、基材
２上に水素透過性金属膜が形成されにくくなる。
【００２０】一方、バイアス電圧を印加せずに形成した
水素透過性金属膜と基材との間の密着性は低い。そのた
め、水素含有ガスを精製する際に、水素透過性金属膜が
基材から剥離する。連続的にバイアス電圧を印加した場
合には基材上への金属粒子の付着率がスパッタリング率
よりも小さくなるほど高いバイアス電圧を、パルス的に
基材に印加する。これにより、多孔質基材表面の孔（細
孔）内部まで金属粒子が侵入して細孔を封じる。その結
果、ピンホールのない緻密な水素透過性金属膜を形成す
ることができる。この水素透過性金属膜と基材との密着
性は高く、水素含有ガスを精製する際に、水素透過性金
属膜が基材から剥離しない。
水素透過性金属膜と基材との間の密着性は低い。そのた
め、水素含有ガスを精製する際に、水素透過性金属膜が
基材から剥離する。連続的にバイアス電圧を印加した場
合には基材上への金属粒子の付着率がスパッタリング率
よりも小さくなるほど高いバイアス電圧を、パルス的に
基材に印加する。これにより、多孔質基材表面の孔（細
孔）内部まで金属粒子が侵入して細孔を封じる。その結
果、ピンホールのない緻密な水素透過性金属膜を形成す
ることができる。この水素透過性金属膜と基材との密着
性は高く、水素含有ガスを精製する際に、水素透過性金
属膜が基材から剥離しない。
【００２１】図３および４は、この発明の作用を説明す
るための図である。図３を参照して、バイアス電圧をパ
ルス的に多孔質の基材２に印加すると、バイアス電圧が
印加されていない瞬間に、孔７の表面に金属粒子８が付
着する。この金属粒子８は、孔７の表面に沿っては形成
されない。次の瞬間に、図４で示すように、バイアス電
圧で加速された金属粒子８により図３で示す位置にあっ
た金属粒子８が孔７の内部に押し込まれる。この金属粒
子８の付着とスパッタリング（押し込み）との繰返しに
より、多孔質の基材２の表面にピンホールのない緻密な
水素透過性金属膜が形成される。つまり、水素透過性金
属膜の成膜と除去とが周期的に繰返される状態を保つこ
とが、多孔質の基材上への密着性の高い水素透過性金属
膜の形成に有効である。バイアス電圧をパルス的に印加
した場合には、金属粒子のスパッタリング率はバイアス
電圧を印加しない場合に比べて増加する。このためバイ
アス電圧をパルス的に印加した場合にはバイアス電圧を
印加しない場合に比べて水素透過性金属膜の成膜速度は
低下する。バイアス電圧を連続的に印加した場合の水素
透過性金属膜の成膜速度をＶｃ、バイアス電圧を印加し
ない場合の成膜速度をＶｎとすると、Ｖｃ／Ｖｎが０．
１以下となるようなバイアス電圧をパルス的に印加して
水素透過性金属膜を形成することが好ましい。さらに、
バイアス電圧は−１０００Ｖ以上であることが好まし
い。すなわち、基材と蒸着原料との間の電位差は１００
０Ｖ以上であることが好ましい。
るための図である。図３を参照して、バイアス電圧をパ
ルス的に多孔質の基材２に印加すると、バイアス電圧が
印加されていない瞬間に、孔７の表面に金属粒子８が付
着する。この金属粒子８は、孔７の表面に沿っては形成
されない。次の瞬間に、図４で示すように、バイアス電
圧で加速された金属粒子８により図３で示す位置にあっ
た金属粒子８が孔７の内部に押し込まれる。この金属粒
子８の付着とスパッタリング（押し込み）との繰返しに
より、多孔質の基材２の表面にピンホールのない緻密な
水素透過性金属膜が形成される。つまり、水素透過性金
属膜の成膜と除去とが周期的に繰返される状態を保つこ
とが、多孔質の基材上への密着性の高い水素透過性金属
膜の形成に有効である。バイアス電圧をパルス的に印加
した場合には、金属粒子のスパッタリング率はバイアス
電圧を印加しない場合に比べて増加する。このためバイ
アス電圧をパルス的に印加した場合にはバイアス電圧を
印加しない場合に比べて水素透過性金属膜の成膜速度は
低下する。バイアス電圧を連続的に印加した場合の水素
透過性金属膜の成膜速度をＶｃ、バイアス電圧を印加し
ない場合の成膜速度をＶｎとすると、Ｖｃ／Ｖｎが０．
１以下となるようなバイアス電圧をパルス的に印加して
水素透過性金属膜を形成することが好ましい。さらに、
バイアス電圧は−１０００Ｖ以上であることが好まし
い。すなわち、基材と蒸着原料との間の電位差は１００
０Ｖ以上であることが好ましい。
【００２２】イオンプレーティング法によりバイアス電
圧を印加しないで形成された水素透過性金属膜が表面に
形成されている多孔質の基材の断面構造を観察すると、
基材表面の孔の内部には水素透過性金属膜は形成されて
いない。一方、バイアス電圧を連続的に印加した場合に
は基材上にほとんど水素透過性金属膜が形成されないよ
うな高いバイアス電圧を、パルス的に印加して基材上に
水素透過性金属膜を形成すれば、基材表面の孔の内部ま
で水素透過性金属膜が形成される。孔の内部にまで水素
透過性金属膜が形成されることにより、多孔質基材と水
素透過性金属膜との密着性が向上し、水素含有ガスを精
製する際に水素透過性金属膜は基材から剥離することが
ない。
圧を印加しないで形成された水素透過性金属膜が表面に
形成されている多孔質の基材の断面構造を観察すると、
基材表面の孔の内部には水素透過性金属膜は形成されて
いない。一方、バイアス電圧を連続的に印加した場合に
は基材上にほとんど水素透過性金属膜が形成されないよ
うな高いバイアス電圧を、パルス的に印加して基材上に
水素透過性金属膜を形成すれば、基材表面の孔の内部ま
で水素透過性金属膜が形成される。孔の内部にまで水素
透過性金属膜が形成されることにより、多孔質基材と水
素透過性金属膜との密着性が向上し、水素含有ガスを精
製する際に水素透過性金属膜は基材から剥離することが
ない。
【００２３】水素透過性金属膜の水素透過性能はその膜
厚に比例し、たとえば厚さ１μｍの膜では厚さ１０μｍ
の膜に比べて水素透過量は１０倍となる。水素透過量が
１０倍になると、同じ水素透過量を得るために必要な膜
の面積は１／１０となる。このため水素透過性金属膜の
厚さが１／１０となれば、必要な膜の質量は１／１００
となる。水素透過性金属膜の厚さを１μｍ以下まで薄く
することにより、低コストで高性能かつコンパクトな水
素透過構造体を提供することが可能となる。
厚に比例し、たとえば厚さ１μｍの膜では厚さ１０μｍ
の膜に比べて水素透過量は１０倍となる。水素透過量が
１０倍になると、同じ水素透過量を得るために必要な膜
の面積は１／１０となる。このため水素透過性金属膜の
厚さが１／１０となれば、必要な膜の質量は１／１００
となる。水素透過性金属膜の厚さを１μｍ以下まで薄く
することにより、低コストで高性能かつコンパクトな水
素透過構造体を提供することが可能となる。
【００２４】
【実施例】（実施例１）平均細孔径が１．７μｍの多孔
質の窒化珪素焼結体を水素透過構造体の基材として準備
した。多孔体の窒化珪素基材の表面上に水素透過性膜を
形成する装置として、アークイオンプレーティング装置
を使用した。アークイオンプレーティング装置のチャン
バのターゲットに水素透過性膜の原料としてパラジウム
金属をセットし、基材とターゲットとの間の距離を３０
０ｍｍとした。アークイオンプレーティング装置のチャ
ンバ内の圧力を２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏ
ｒｒ）とした。その後、基材とターゲットとの間にパル
ス的に電位差を与えるために、バイアス電圧値を−１０
００Ｖ、バイアス電圧のパルス周波数を１００ｋＨｚ、
アーク電流値を８０Ａとして１０分間作動させた。これ
により、基材の表面に厚みが０．３μｍのパラジウム膜
を形成した。
質の窒化珪素焼結体を水素透過構造体の基材として準備
した。多孔体の窒化珪素基材の表面上に水素透過性膜を
形成する装置として、アークイオンプレーティング装置
を使用した。アークイオンプレーティング装置のチャン
バのターゲットに水素透過性膜の原料としてパラジウム
金属をセットし、基材とターゲットとの間の距離を３０
０ｍｍとした。アークイオンプレーティング装置のチャ
ンバ内の圧力を２．６６×１０-3Ｐａ（２×１０-5Ｔｏ
ｒｒ）とした。その後、基材とターゲットとの間にパル
ス的に電位差を与えるために、バイアス電圧値を−１０
００Ｖ、バイアス電圧のパルス周波数を１００ｋＨｚ、
アーク電流値を８０Ａとして１０分間作動させた。これ
により、基材の表面に厚みが０．３μｍのパラジウム膜
を形成した。
【００２５】このようにして形成されたパラジウム膜の
表面にはピンホールは観測されず、パラジウム膜は（１
１１）面に配向して成長していた。
表面にはピンホールは観測されず、パラジウム膜は（１
１１）面に配向して成長していた。
【００２６】上記のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を透過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を透過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００２７】（実施例２）実施例１と同様にして多孔質
の窒化珪素基材の表面上に水素透過性金属膜を形成する
ために、パルス的にバイアス電圧を与える際のパルス周
波数を１ｋＨｚとしたこと以外は、実施例１と同じ条件
でアークイオンプレーティング装置を１０分間作動させ
た。これにより、基材の表面上に厚みが０．３μｍのパ
ラジウム膜を形成した。
の窒化珪素基材の表面上に水素透過性金属膜を形成する
ために、パルス的にバイアス電圧を与える際のパルス周
波数を１ｋＨｚとしたこと以外は、実施例１と同じ条件
でアークイオンプレーティング装置を１０分間作動させ
た。これにより、基材の表面上に厚みが０．３μｍのパ
ラジウム膜を形成した。
【００２８】得られたパラジウム膜の表面にはピンホー
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
【００２９】上記のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性膜を通過するのを低減することがで
き、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性膜を通過するのを低減することがで
き、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００３０】（実施例３）平均細孔径が１．７μｍの多
孔質の窒化珪素焼結体を水素透過構造体の基材として準
備した。
孔質の窒化珪素焼結体を水素透過構造体の基材として準
備した。
【００３１】多孔質の窒化珪素基材の表面上に水素透過
性膜を形成する装置として、高周波励起イオンプレーテ
ィング装置を使用した。高周波励起イオンプレーティン
グ装置のチャンバ内のターゲットに水素透過性膜の原料
としてパラジウム金属をセットし、基材とターゲットの
間の距離を４００ｍｍとした。高周波励起イオンプレー
ティング装置のチャンバ内の圧力を１．３３×１０-4Ｐ
ａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）とした後、容器内の圧力が
６．６６×１０-2Ｐａ（５×１０-4Ｔｏｒｒ）となるよ
うにアルゴンガスをチャンバ内に導入した。基材とター
ゲットとの間にパルス的に電位差を与えるために、バイ
アス電圧値を−３０００Ｖ、パルス周波数を１０ｋＨ
ｚ、高周波出力値を２００Ｗとして１０分間作動させ
た。これによって、基材の表面上に厚みが０．３μｍの
パラジウム膜を形成した。
性膜を形成する装置として、高周波励起イオンプレーテ
ィング装置を使用した。高周波励起イオンプレーティン
グ装置のチャンバ内のターゲットに水素透過性膜の原料
としてパラジウム金属をセットし、基材とターゲットの
間の距離を４００ｍｍとした。高周波励起イオンプレー
ティング装置のチャンバ内の圧力を１．３３×１０-4Ｐ
ａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）とした後、容器内の圧力が
６．６６×１０-2Ｐａ（５×１０-4Ｔｏｒｒ）となるよ
うにアルゴンガスをチャンバ内に導入した。基材とター
ゲットとの間にパルス的に電位差を与えるために、バイ
アス電圧値を−３０００Ｖ、パルス周波数を１０ｋＨ
ｚ、高周波出力値を２００Ｗとして１０分間作動させ
た。これによって、基材の表面上に厚みが０．３μｍの
パラジウム膜を形成した。
【００３２】このように形成したパラジウム膜の表面に
はピンホールは観測されなかった。また、膜中パラジウ
ム結晶は（１１１）面に配向して成長していた。
はピンホールは観測されなかった。また、膜中パラジウ
ム結晶は（１１１）面に配向して成長していた。
【００３３】上記のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度が５００℃で水素含有ガスを精製した
ところ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、
ピンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以
外のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減するこ
とができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度が５００℃で水素含有ガスを精製した
ところ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、
ピンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以
外のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減するこ
とができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００３４】（実施例４）実施例１と同様にして多孔質
の窒化珪素基材表面上に水素透過性金属膜を形成するた
めに、ターゲットとして、パラジウム−銀合金（Ｐｄ−
Ａｇ合金（パラジウムが７５質量％、銀が２５質量
％））を用いたこと以外は実施例１と同じ条件でアーク
イオンプレーティング装置を１０分間作動させた。この
ようにして得られたパラジウム−銀合金膜の表面にはピ
ンホールは観測されなかった。また、膜中、パラジウム
−銀合金の結晶は（１１１）面に配向して成長してい
た。
の窒化珪素基材表面上に水素透過性金属膜を形成するた
めに、ターゲットとして、パラジウム−銀合金（Ｐｄ−
Ａｇ合金（パラジウムが７５質量％、銀が２５質量
％））を用いたこと以外は実施例１と同じ条件でアーク
イオンプレーティング装置を１０分間作動させた。この
ようにして得られたパラジウム−銀合金膜の表面にはピ
ンホールは観測されなかった。また、膜中、パラジウム
−銀合金の結晶は（１１１）面に配向して成長してい
た。
【００３５】上記のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム−銀合金膜が基材から剥離することは
なく、ピンホールのない緻密な状態が維持されたので、
水素以外のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減
することができ、高純度の水素ガスを得ることができ
た。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム−銀合金膜が基材から剥離することは
なく、ピンホールのない緻密な状態が維持されたので、
水素以外のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減
することができ、高純度の水素ガスを得ることができ
た。
【００３６】（実施例５）平均細孔径が３．２μｍの多
孔質のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を水素透過構造体の基材と
して準備した。
孔質のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を水素透過構造体の基材と
して準備した。
【００３７】このような多孔質のアルミナの表面上に、
実施例１と同様の装置を用いて厚さが０．５μｍのパラ
ジウム膜を形成した。
実施例１と同様の装置を用いて厚さが０．５μｍのパラ
ジウム膜を形成した。
【００３８】得られたパラジウム膜の表面にはピンホー
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
【００３９】上述のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００４０】（実施例６）平均細孔径が５μｍの多孔質
のステンレス鋼を水素透過構造体の基材として準備し
た。この基材の表面に実施例１と同様の装置を用いて厚
さが０．８μｍのパラジウム膜を形成した。
のステンレス鋼を水素透過構造体の基材として準備し
た。この基材の表面に実施例１と同様の装置を用いて厚
さが０．８μｍのパラジウム膜を形成した。
【００４１】得られたパラジウム膜の表面にはピンホー
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
【００４２】上述のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００４３】（実施例７）平均細孔径が０．３μｍの多
孔質の窒化珪素を水素透過構造体の基材として準備し
た。この基材の表面をアルミナ砥粒で研磨して、平坦化
した。研磨後の多孔質窒化珪素基材表面の表面粗さはＲ
ｍａｘで０．３μｍであった。
孔質の窒化珪素を水素透過構造体の基材として準備し
た。この基材の表面をアルミナ砥粒で研磨して、平坦化
した。研磨後の多孔質窒化珪素基材表面の表面粗さはＲ
ｍａｘで０．３μｍであった。
【００４４】この研磨した多孔質の窒化珪素基材の表面
に、実施例１と同様の装置を用いて厚さが０．１μｍの
パラジウム膜を形成した。
に、実施例１と同様の装置を用いて厚さが０．１μｍの
パラジウム膜を形成した。
【００４５】得られたパラジウム膜の表面にはピンホー
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
ルは観測されなかった。また、膜中、パラジウム結晶は
（１１１）面に配向して成長していた。
【００４６】上記のようにして製造された水素透過構造
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
体を用いて、温度５００℃で水素含有ガスを精製したと
ころ、パラジウム膜が基材から剥離することはなく、ピ
ンホールのない緻密な状態が維持されたので、水素以外
のガスが水素透過性金属膜を通過するのを低減すること
ができ、高純度の水素ガスを得ることができた。
【００４７】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【００４８】
【発明の効果】この発明に従えば、高性能でかつ耐久性
のあるコンパクトな水素透過構造体を低コストで作製す
ることができる。
のあるコンパクトな水素透過構造体を低コストで作製す
ることができる。
【図１】 この発明に従った水素透過構造体の模式的な
断面図である。
断面図である。
【図２】 従来の水素透過構造体の模式的な断面図であ
る。
る。
【図３】 この発明の作用を説明するための図である。
【図４】 この発明の作用を説明するための図である。
１ 水素透過性膜、２ 基材、３ 水素透過構造体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 伸之 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上村 卓 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 曽我部 浩一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 MA31 MC02X MC03X NA31 NA32 PB66 5H027 BA01 BA16
Claims (5)
- 【請求項１】 多孔質の基材を準備する工程と、 前記基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加し
てイオンプレーティング法で前記基材の表面の上に厚み
が１μｍ以下の水素透過性膜を形成する工程とを備え
た、水素透過構造体の製造方法。 - 【請求項２】 前記電位差は１０００Ｖ以上である、請
求項１に記載の水素透過構造体の製造方法。 - 【請求項３】 前記水素透過性膜を形成する工程は、パ
ラジウム、ニオブ、タンタルおよびバナジウムからなる
群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む前記水素透
過性膜を形成することを含む、請求項１または２に記載
の水素透過構造体の製造方法。 - 【請求項４】 前記基材を準備する工程は、セラミック
スまたは金属を含む前記基材を準備することを含む、請
求項１から３のいずれか１項に記載の水素透過構造体の
製造方法。 - 【請求項５】 多孔質の基材と、 前記基材と蒸着原料との間に電位差をパルス的に印加し
てイオンプレーティング法で前記基材の表面の上に形成
された厚みが１μｍ以下の水素透過性膜とを備えた、水
素透過構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039477A JP2002239351A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039477A JP2002239351A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002239351A true JP2002239351A (ja) | 2002-08-27 |
Family
ID=18902256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001039477A Withdrawn JP2002239351A (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水素透過構造体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002239351A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012192349A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス処理システム |
-
2001
- 2001-02-16 JP JP2001039477A patent/JP2002239351A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012192349A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガス処理システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080513 |