JP2005264274A - 金属間化合物系多孔質材料の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属間化合物の多孔質材料を効率良く製造する。
【解決手段】２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である製造方法。
【選択図】なし
【解決手段】２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明は、金属間化合物からなる多孔質材料及びその製造方法に関する。
タービンブレード等に用いられる耐熱合金は、金属間化合物をマトリックス金属に分散したサーメットであり、単一の金属間化合物を用いた部材はほとんど実用化されていない。
金属間化合物は、耐熱性、耐腐食性、耐薬品性等に優れていることは知られている。ところが、金属間化合物を合成するには長時間の外部加熱が必要となることから、特に製造コストの点で問題がある。
さらに、金属間化合物の用途開発が進められる中、金属間化合物の多孔質材料の必要性も高くなりつつあるが、そのような材料を効率的に提供できる技術は未だ開発されていない。
従って、本発明の主な目的は、金属間化合物からなる多孔質材料を効率的かつ確実に製造する方法を提供することにある。
本発明者は、従来技術の問題に鑑みて研究を重ねた結果、特定の方法により金属間化合物を製造することによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の多孔質材料及びその製造方法に係る。
１． 鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、
（１）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、
（２）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、
ことを特徴とする多孔質材料。
（１）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、
（２）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、
ことを特徴とする多孔質材料。
２． 当該材料表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている前記項１記載の多孔質材料。
３． 酸化物層が、当該金属間化合物を構成する元素を含む前記項１又は２に記載の多孔質材料。
４． 当該材料の相対密度が３０〜７０％である前記項１〜３のいずれかに記載の多孔質材料。
５． 金属間化合物が８０重量％以上含まれる前記項１〜４のいずれかに記載の多孔質材料。
６． ２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、ことを特徴とする製造方法。
７． 混合粉末が、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種の無機粉末とアルミニウム粉末とを含む前記項６記載の製造方法。
８． 混合粉末が、金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種の粉末（ただし、前記無機粉末及びアルミニウム粉末を除く。）をさらに含む前記項６又は７に記載の製造方法。
９． 燃焼合成反応に先立って、予め成形体表面に金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種を付与する前記項６〜８のいずれかに記載の製造方法。
１０．前記項６〜９のいずれかに記載の製造方法によって得られる多孔質材料。
１１．前記項１〜５のいずれかに記載の多孔質材料からなるヒーター。
１２．前記項１〜５のいずれかに記載の多孔質材料からなる高周波誘導加熱用ヒーター。
１３．前記項１１又は１２に記載のヒーターを水蒸気と接触させことによって、水素を含むガスを発生させることを特徴とする水素含有ガス製造方法。
本発明の多孔質材料は、特に金属間化合物が三次元網目構造骨格を形成するものであるため、多孔質でありながら優れた耐腐食性、耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性等を発揮することができる。このため、ヒーター、触媒担体等の各種用途に有利に用いることができる。
また、本発明の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
１）本発明の製造方法により得られる金属間化合物は、三次元網目状構造をもつ多孔質体が得られる。すなわち、従来技術では得られない特異な構造をもつ金属間化合物を得ることができる。
２）本発明の製造方法では、金属間化合物自体の合成からその多孔質化まで１工程で完了させることができる。
３）従来技術では、金属間化合物を合成する際には一般的に外部加熱が必要とされている。これに対し、本発明では燃焼合成反応時に発生する化学反応熱を有効に利用するため、着火を除いて外部加熱が不要であり、また短時間で反応が終了するため、経済性・生産性に優れている。この点、本発明方法は、工業的規模での生産に最適である。
４）本発明の製造方法によれば、燃焼合成時には約１５００℃以上という高温反応が起こる。これにより、混合粉末に含まれていた不純物が気化して系外に放出されることにより、得られる多孔質材料は比較的高純度である。
５）燃焼合成時の高温反応により、金属間化合物系多孔質材料を構成する化合物の一部は溶融して粒子が相互に融着接合される結果、なめらかな表面を有する気孔形状となり、気体又は液体との接触を大きくできる。このため、例えば熱伝達に優れたヒータとして好適に用いることができる。
６）一般的に多層の多孔質金属間化合物を作るには、単一相金属間化合物を作成した後に表面処理を実施したり、酸化物層と金属間化合物層からなる多層成形体を作成した後に焼結するなどの複数工程が必要となる。これに対し、本発明では表面部の一部又は全部が酸化物から構成され、内部が金属間化合物から構成される金属間化合物系多孔質材料（多層金属間化合物系多孔質材料）を一工程で製造することが可能である。すなわち、金属間化合物の合成から多層化までが一工程で実現できるため、経済性・生産性に優れていると言える。
１．多孔質材料
本発明の多孔質材料は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、
（１）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、
（２）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、
ことを特徴とする。
本発明の多孔質材料は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、
（１）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、
（２）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、
ことを特徴とする。
本発明の金属間化合物は、これらの成分を含む組み合わせであれば限定されず、公知の金属間化合物の組成も包含する。例えば、Ｎｉ−Ａｌ、Ｉｒ−Ａｌ、Ｃｏ−Ａｌ、Ｐｔ−Ａｌ等が挙げられる。これらの中でも、Ｎｉ−Ａｌ、Ｉｒ−Ａｌ等が特に好ましい。
本発明材料の相対密度は通常８０％以下の範囲内で用途、使用目的等に応じて適宜設定することができる。この相対密度は、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは３０〜６０％、最も好ましくは３０〜５５％とする。
本発明の多孔質材料は、好ましくは当該骨格表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている。特に、後記の本発明製造方法により作製した場合には、このような特異な構造をもつ多孔質材料をより確実に得ることができる。このような特異な構造を有する場合には、優れた耐熱性、耐薬品性等を発揮できる。このため、本発明材料をヒーター等に好適に用いることができる。
上記酸化物層は、当該金属間化合物を構成する元素を含む。例えば、上記骨格を構成する金属間化合物がＮｉ−Ａｌである場合には、一般的に酸化アルミニウムからなる酸化物層が形成される。酸化物の厚みは限定的でなく、一般的には１〜１００μｍ程度である。
本発明材料中の金属間化合物の含有量は、用途、金属間化合物の種類等よって異なるが、一般的には８０重量％以上、特に９０〜１００重量％とすればよい。
２．多孔質材料の製造方法
本発明の製造方法は、２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、ことを特徴とするものである。
本発明の製造方法は、２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、ことを特徴とするものである。
本発明で用いる混合粉末は、２種以上の無機粉末から構成されるが、これらの組み合わせは燃焼合成反応が進行する組み合わせであれば特に限定されない。無機粉末の種類は限定的でなく、目的とする製品や用途、所望の特性等に応じて適宜選択すれば良い。例えば、金属単体の粉末のほか、酸化物、炭化物、窒化物、塩類（硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等）、水酸化物等が挙げられる。
無機粉末及び混合粉末の平均粒径は、成形可能であれば特に限定されないが、通常は０．１〜２００μｍ程度の範囲内で使用すれば良い。
本発明では、特に、混合粉末が、鉄Ｆｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、ルテニウムＲｕ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、イリジウムＩｒ及び白金Ｐｔの少なくとも１種の無機粉末（無機粉末Ａ）と、アルミニウムＡｌの無機粉末（無機粉末Ｂ）とを含むことが好ましい。
無機粉末Ａと無機粉末Ｂとの混合割合は、用いる粉末の種類、最終製品の用途等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は無機粉末Ａ：無機粉末Ｂ（モル比）＝１：０．２〜５程度、好ましくは１：０．３〜３とすれば良い。
また、本発明では、必要に応じて、無機粉末Ａ及びＢ以外の無機粉末（無機粉末Ｃ）をさらに配合することもできる。例えば、金属（Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等の単体金属）、金属間化合物、酸化物セラミックス、ホウ化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス及びケイ化物セラミックスの少なくとも１種の無機粉末を含むことが望ましい。例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ハフニウム等も配合することができる。これらは１種又は２種以上を用いることができる。
無機粉末Ｃの配合割合は、無機粉末Ｃの種類、他の無機粉末等に応じて適宜決定できるが、通常は混合粉末中１〜５０重量％程度、好ましくは１０〜２０重量％とする。
本発明では、これら無機粉末を含む混合粉末を成形して成形体を作製する。成形方法は、公知のセラミックスの成形法に従って実施すれば良い。例えば、プレス成形、鋳込み成形、射出成形、静水圧成形等が挙げられる。成形圧等の成形条件は、用いる無機粉末の種類、最終製品の用途等に応じて適宜決定すれば良い。また、成形体の形状も限定的でなく、柱状体、筒状体（パイプ状）、球状体、直方体、板状体等のいずれであっても良い。
本発明では、燃焼合成反応に先立って、予め成形体表面に金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種を付与することができる。これにより、燃焼合成時に金属及び／又は金属間化合物及び／又はセラミックスが成形体表面に溶融付着し、表面改質を行うことができる。金属、金属間化合物、セラミックスとしては、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、クロム、バナジウム、銅、銀、金、白金、鉄、ニッケル、コバルト、ニッケルチタン、チタンアルミ、ニッケルアルミ、チタニア、シリカ、カルシア、マグネシア、アルミナ、クロミア、ヘマタイト、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、ケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ハフニウム等を挙げることができる。また、これらを付与する方法としては、例えば金属、金属間化合物、セラミックスの少なくとも１種の粉末を適当な溶媒に分散させた分散液又はペーストを塗付する方法のほか、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法等の方法が挙げられる。
次いで、上記成形体を燃焼合成反応に供する。燃焼合成反応自体の方法、操作条件等は、従来と燃焼合成法と同様にすれば良い。例えば、放電、レーザー照射、カーボンヒーター等による着火等により成形体を局部的に加熱することによって反応を開始させることができる。いったん反応が開始すれば、自発的な発熱により反応が進行し、最終的に目的とする多孔質材料を得ることができる。反応時間は、成形体の大きさ等にもよるが、通常は数秒〜数分程度である。
反応雰囲気は、１）大気中（空気中）又は酸化性雰囲気中（第一方法）、２）真空中又は不活性ガス雰囲気中の燃焼合成反応で製造する方法（第二方法）に大別される。
第一方法では、通常は大気中（空気中）又は酸化性雰囲気中とすれば良い。例えば、０．１気圧以上（好ましくは１気圧以上）の空気中で燃焼合成反応を好適に行うことができる。
また、第二方法では、真空中又は不活性ガス雰囲気中とすれば良い。例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを用いた不活性ガス雰囲気で燃焼合成反応を実施することができる。
本発明により得られる金属間化合物系多孔質材料は、第一方法及び第二方法の場合ともに三次元網目構造を有する。特に、上記多孔質材料中の気孔（連通孔）が貫通孔であることが好ましい。上記多孔質材料の相対密度は限定的でないが、通常３０〜７０％程度とすることが望ましい。相対密度又は気孔率は、成形体の密度、燃焼合成の反応温度、雰囲気圧力等によって制御することができる。また、上記気孔の気孔径は限定的ではないが、一般的には数十ミクロンである。特に気孔径が比較的均一であることが好ましい。
また、第一方法では、次の１）及び２）の特徴も兼ね備えた多孔質材料を得ることができる。すなわち、表面部は酸化物、内部は金属間化合物で構成される多層金属間化合物多孔質材料を得ることができる。
１）金属間化合物系多孔質材料の表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている。酸化物層の厚さ（深さ）は、限定的でなく、上記多孔質材料の用途、使用目的、大きさ等に応じて適宜決定すれば良い。上記厚さの調整は、前記雰囲気の気圧調整等によって制御することができる。
２）上記の酸化物層以外の部分に金属間化合物が含まれる。特に、本発明多孔質材料の内部は主として金属間化合物から構成されることが好ましい。
これに対し、第二方法による金属間化合物系多孔質材料は、表面部に酸化物を有しない金属間化合物から構成される。すなわち、第一方法による多孔質材料が酸化物と金属間化合物の多層から構成されるのに対し、第二方法による多孔質材料は実質的に金属間化合物の単層である。ただし、第二方法による多孔質材料は、本発明の効果を損なわない範囲内で他の成分が含まれていても良い。
本発明では、第一方法及び第二方法で得られる金属間化合物系多孔質材料自体の発明も包含する。上記のように、本発明多孔質材料の構成・構造は、用いる無機粉末の種類等によって適宜調節することが可能である。例えば、無機粉末としてニッケル粉末とアルミニウム粉末とを含む混合粉末を成形し、その成形体を空気中又は酸化性雰囲気中で燃焼合成反応させた場合には、表面に酸化アルミニウム（アルミナ）層が形成され、内部がニッケルアルミから構成される金属間化合物系多孔質材料を得ることができる。
また、本発明では、例えば多孔質材料の表面が酸化物層によって構成され、内部に進むに従って金属間化合物の割合が増加するという傾斜構造を有する金属間化合物系多孔質材料も包含される。
本発明の多孔質材料は、従来の多孔質材料が使用さるれ各種用途に幅広く使用することができる。例えば、発熱体（ダイオキシン類を含む有害ガス分解用発熱体、過熱水蒸気発生用発熱体等）、フィルター（ディーゼルパティキュレートフィルター等）、触媒又は触媒担体、センサー、生体材料（人工骨、人工歯根、人工関節等）、抗菌・防汚材料、気化器、放熱板又は熱交換器、電極材料、半導体ウェハー吸着板、吸着材、ガス放出用ベントホール、防振・防音材料、脱酸剤等に好適に用いることができる。
なお、上記多孔質材料は加工性が良好であり、上記のような各種の用途に応じて加工し、所望の形状とすることができる。加工方法は、例えば切削等の公知の加工方法（装置）によって実施することができる。
３．ヒーター及び水素含有ガス製造方法
本発明の多孔質材料は、特にヒーターとして好適に用いることができる。ヒーターとしての使用方法は限定的でなく、公知の金属ヒーター、カーボンヒーター等と同様の方法で用いることができる。例えば、本発明材料に直接通電することにより発熱させる方法、電場誘導加熱により発熱させる方法等がある。本発明では、電磁誘導加熱用ヒーター（特に高周波誘導加熱用ヒーター）として好適に使用できる。例えば、本発明多孔質材料の外側に螺旋状コイルを配置し、１〜１００ｋＷの電力で１０〜５００ｋＨｚの条件にて作動させることによって、本発明多孔質材料を効果的に発熱させることができる。
本発明の多孔質材料は、特にヒーターとして好適に用いることができる。ヒーターとしての使用方法は限定的でなく、公知の金属ヒーター、カーボンヒーター等と同様の方法で用いることができる。例えば、本発明材料に直接通電することにより発熱させる方法、電場誘導加熱により発熱させる方法等がある。本発明では、電磁誘導加熱用ヒーター（特に高周波誘導加熱用ヒーター）として好適に使用できる。例えば、本発明多孔質材料の外側に螺旋状コイルを配置し、１〜１００ｋＷの電力で１０〜５００ｋＨｚの条件にて作動させることによって、本発明多孔質材料を効果的に発熱させることができる。
特に、本発明多孔体は耐熱・耐食性に優れるため、高温過熱水蒸気中でも劣化が少ない。そのため、水蒸気加熱用ヒーターとして使用することができる。本発明材料を水蒸気加熱用ヒーターとして使用する場合には、水素含有ガスを効率的に製造することも可能である。すなわち、水素含有ガス製造用ヒーターとしても好適に用いることができる。通常用いられる金属ヒーターやカーボンヒーターを過熱水蒸気中で使用した場合、６００℃以上で劣化し、電気抵抗が変化してヒーターとしての安定性が損なわれるだけでなく、加熱できなくなる場合もある。本発明ヒーターは、８００℃以上の過熱水蒸気中でも劣化がほとんどなく長時間、安定して使用することができるなど優位性がある。
本発明材料を水素含有ガス製造用ヒーターとして使用する場合には、例えば本発明ヒーターを望ましくは６００℃以上に加熱し、水蒸気と接触させることにより、水蒸気の分解により生成した水素を含むガスを発生させることができる。詳細な原理は不明であるが、多孔質材料が発熱体として作用するだけなく、水蒸気が接触することで水素と酸素の分解を促進する作用を有すると考えられる。なお、発生する酸素は金属間化合物と反応吸収すると考えられ、得られるガスは水素を主成分としている。
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例の範囲に限定されるものではない。
実施例１
イリジウム粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、直径５０ｍｍで高さ１００ｍｍの円柱状成形体をプレス成形により製造した。次いで、空気中、黒鉛板上に置いた上記成形体の上部一端を放電により着火したところ、約２１００℃の高温燃焼波が伝播して燃焼合成反応が約１０秒で完了した。これにより、相対密度５０％の多孔質体が得られた。この多孔質体は、電子顕微鏡による観察から図１のような三次元網目構造を有していることが確認された。また、粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はイリジウムアルミニウム金属間化合物を含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてイリジウムアルミニウム金属間化合物からなることが判明した。なお、黒鉛板上に接した底面層は空気が遮断されたため、内部と同様のイリジウム−アルミニウム金属間化合物から構成されていることも確認できた。
イリジウム粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、直径５０ｍｍで高さ１００ｍｍの円柱状成形体をプレス成形により製造した。次いで、空気中、黒鉛板上に置いた上記成形体の上部一端を放電により着火したところ、約２１００℃の高温燃焼波が伝播して燃焼合成反応が約１０秒で完了した。これにより、相対密度５０％の多孔質体が得られた。この多孔質体は、電子顕微鏡による観察から図１のような三次元網目構造を有していることが確認された。また、粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はイリジウムアルミニウム金属間化合物を含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてイリジウムアルミニウム金属間化合物からなることが判明した。なお、黒鉛板上に接した底面層は空気が遮断されたため、内部と同様のイリジウム−アルミニウム金属間化合物から構成されていることも確認できた。
実施例２
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。空気中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が亀裂や反りなどなしに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はニッケルアルミ金属間化合物をわずかに含む主として酸化アルミニウムからなり、内部は主としてニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合し、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。空気中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が亀裂や反りなどなしに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はニッケルアルミ金属間化合物をわずかに含む主として酸化アルミニウムからなり、内部は主としてニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
実施例３
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合して、その混合粉末を金型に充填して直径２０ｍｍ×厚さ５ｍｍ〜２０ｍｍのペレットをプレス成形により製造した。得られたペレットの一端をアルゴン中にてＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、主としてＮｉＡｌと表せるニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合して、その混合粉末を金型に充填して直径２０ｍｍ×厚さ５ｍｍ〜２０ｍｍのペレットをプレス成形により製造した。得られたペレットの一端をアルゴン中にてＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、主としてＮｉＡｌと表せるニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
実施例４
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で０．７：０．３に混合して、直径２０ｍｍで高さ１００ｍｍの円柱状成形体をプレス成形により製造した。そのプレス成形体の一端を空気中にてＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約１０秒で完了した。これにより、相対密度が５０％の多孔質体が亀裂や変形など無しに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はニッケルアルミニウム金属間化合物をわずかに含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてＮｉＡｌとＮｉ3Ａｌとを含むニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることがわかった。
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で０．７：０．３に混合して、直径２０ｍｍで高さ１００ｍｍの円柱状成形体をプレス成形により製造した。そのプレス成形体の一端を空気中にてＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約１０秒で完了した。これにより、相対密度が５０％の多孔質体が亀裂や変形など無しに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はニッケルアルミニウム金属間化合物をわずかに含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてＮｉＡｌとＮｉ3Ａｌとを含むニッケルアルミニウム金属間化合物から構成されていることがわかった。
実施例５
コバルト粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：０．９に混合して、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。空気中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が亀裂や反りなど無しにほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はコバルトアルミニウム金属間化合物を含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてコバルトアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
コバルト粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：０．９に混合して、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。空気中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約５秒で完了した。これにより、相対密度が４５％の多孔質体が亀裂や反りなど無しにほぼ成形体と同形状品が得られた。粉末Ｘ線回折による分析の結果、表面層はコバルトアルミニウム金属間化合物を含む酸化アルミニウムからなり、内部は主としてコバルトアルミニウム金属間化合物から構成されていることが確認された。
実施例６
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合した後、さらにＣｕ粉末を１〜１０wt％加えた混合粉末原料を作成して、金型を用いて直径２０ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状にプレス成形した。この成形体を実施例１の条件で燃焼合成したところ、相対密度が４５％のＣｕを含む金属間化合物多孔質体が得られた。内部層について元素分布分析を行った結果、三次元網目構造を形成するニッケルアルミニウム骨格表面に、均一に微細なＣｕが分散分布していた。Ｃｕ粉末の替わりにＡｇ粉末又はＳｎ粉末を用いた混合粉末原料を用いても、同様の金属が分散された金属間化合物多孔質体となることがわかる。
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１に混合した後、さらにＣｕ粉末を１〜１０wt％加えた混合粉末原料を作成して、金型を用いて直径２０ｍｍ、高さ２５ｍｍの円柱状にプレス成形した。この成形体を実施例１の条件で燃焼合成したところ、相対密度が４５％のＣｕを含む金属間化合物多孔質体が得られた。内部層について元素分布分析を行った結果、三次元網目構造を形成するニッケルアルミニウム骨格表面に、均一に微細なＣｕが分散分布していた。Ｃｕ粉末の替わりにＡｇ粉末又はＳｎ粉末を用いた混合粉末原料を用いても、同様の金属が分散された金属間化合物多孔質体となることがわかる。
実施例７
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１で混合して、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。アルゴン中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約８秒で完了した。粉末Ｘ線回折による分析の結果、ニッケルアルミニウム金属間化合物から成っており、相対密度が５０％の多孔質体で亀裂や反りなどなしに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。
ニッケル粉末とアルミニウム粉末をモル比で１：１で混合して、その混合粉末を金型に充填して長さ１００ｍｍで１辺１５ｍｍの四角棒状にプレス成形した。アルゴン中で、そのプレス成形体の一端をＹＡＧレーザで着火したところ、燃焼波が進行して燃焼合成反応が約８秒で完了した。粉末Ｘ線回折による分析の結果、ニッケルアルミニウム金属間化合物から成っており、相対密度が５０％の多孔質体で亀裂や反りなどなしに、ほぼ成形体と同形状品が得られた。
実施例８
実施例２で得られた棒状金属間化合物多孔質体の両端に電極を取り付けて電流を流したところ、多孔質体が発熱して１３００℃まで昇温した。
実施例２で得られた棒状金属間化合物多孔質体の両端に電極を取り付けて電流を流したところ、多孔質体が発熱して１３００℃まで昇温した。
実施例９
実施例３で得られた金属間化合物多孔質ペレットの外側に螺旋状コイルを配置して１ｋＷの電力で２００Ｈｚ程度の高周波誘導加熱を行ったところ、多孔質体が１５００℃まで発熱した。
実施例３で得られた金属間化合物多孔質ペレットの外側に螺旋状コイルを配置して１ｋＷの電力で２００Ｈｚ程度の高周波誘導加熱を行ったところ、多孔質体が１５００℃まで発熱した。
実施例１０
実施例３で得られた金属間化合物多孔質ペレットを図２に示すように石英管中に複数個充填して、石英管の外側に螺旋状コイルを配置して５ｋＷの電力で２０kHz、２００ｋＨｚ又は４００ｋＨｚ程度の高周波誘導加熱を行ったところ、いずれの周波数でも多孔質体は１５００℃まで発熱した。
実施例３で得られた金属間化合物多孔質ペレットを図２に示すように石英管中に複数個充填して、石英管の外側に螺旋状コイルを配置して５ｋＷの電力で２０kHz、２００ｋＨｚ又は４００ｋＨｚ程度の高周波誘導加熱を行ったところ、いずれの周波数でも多孔質体は１５００℃まで発熱した。
実施例１１
実施例１０の装置に、石英管下部入口から１００℃の飽和水蒸気を導入した。その結果、発熱した金属間化合物多孔質ペレットの隙間を通る際に水蒸気が加熱され、石英管上部出口で１０００℃以上の高温過熱水蒸気が得られた。この高温過熱水蒸気を冷却した後に残るガスの成分分析を行ったところ、１０vol％以上のＯ2ガスと５０vol％以上のＨ2ガスが同定された。
実施例１０の装置に、石英管下部入口から１００℃の飽和水蒸気を導入した。その結果、発熱した金属間化合物多孔質ペレットの隙間を通る際に水蒸気が加熱され、石英管上部出口で１０００℃以上の高温過熱水蒸気が得られた。この高温過熱水蒸気を冷却した後に残るガスの成分分析を行ったところ、１０vol％以上のＯ2ガスと５０vol％以上のＨ2ガスが同定された。
実施例１２
実施例２で得られた２本の角柱棒状金属間化合物多孔質体を、Ｃｒ、Ｍｎ等の重金属イオンを含む水溶液中に入れた後、この多孔質体に直流電圧を付加すると、負極（−）側の金属間化合物多孔質体に重金属が析出した。このように、導電性の金属間化合物多孔質体を電極に用いた場合、重金属の電気析出が可能な材料となることがわかる。
実施例２で得られた２本の角柱棒状金属間化合物多孔質体を、Ｃｒ、Ｍｎ等の重金属イオンを含む水溶液中に入れた後、この多孔質体に直流電圧を付加すると、負極（−）側の金属間化合物多孔質体に重金属が析出した。このように、導電性の金属間化合物多孔質体を電極に用いた場合、重金属の電気析出が可能な材料となることがわかる。
Claims (13)
- 鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種とアルミニウムとの金属間化合物を含む材料であって、
（１）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、
（２）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、
ことを特徴とする多孔質材料。 - 当該材料表面の一部又は全部に酸化物層が形成されている請求項１記載の多孔質材料。
- 酸化物層が、当該金属間化合物を構成する元素を含む請求項１又は２に記載の多孔質材料。
- 当該材料の相対密度が３０〜７０％である請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質材料。
- 金属間化合物が８０重量％以上含まれる請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質材料。
- ２種以上の無機粉末からなる混合粉末を成形し、得られた成形体を燃焼合成反応させることにより多孔質材料を製造する方法であって、当該多孔質材料は、１）金属間化合物を含み、２）当該金属間化合物が三次元網目骨格構造を有し、３）当該材料の相対密度が８０％程度以下である、ことを特徴とする製造方法。
- 混合粉末が、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の少なくとも１種の無機粉末とアルミニウム粉末とを含む請求項６記載の製造方法。
- 混合粉末が、金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種の粉末（ただし、前記無機粉末及びアルミニウム粉末を除く。）をさらに含む請求項６又は７に記載の製造方法。
- 燃焼合成反応に先立って、予め成形体表面に金属、金属間化合物及びセラミックスの少なくとも１種を付与する請求項６〜８のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項６〜９のいずれかに記載の製造方法によって得られる多孔質材料。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質材料からなるヒーター。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質材料からなる高周波誘導加熱用ヒーター。
- 請求項１１又は１２に記載のヒーターを水蒸気と接触させことによって、水素を含むガスを発生させることを特徴とする水素含有ガス製造方法。
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