JP2013539744A

JP2013539744A - 白金及び白金合金からの蒸発速度の低下

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Publication number: JP2013539744A
Application number: JP2013533110A
Authority: JP
Inventors: ルーカスアネッテ; フランシスラプトンデイヴィッド; ギュープラーニコル; マンハートハラルト; ビッスィンガーマーク; ヤンチュウーヴェ; フォアベルクシュテファン
Original assignee: Heraeus Materials Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: EP2627610B1; DE102010047896A1; DE102010047896B4; CN103153885A; WO2012048811A1; EP2627610A1; TWI541209B; US20130186146A1; TW201221493A; JP5943925B2; KR20130129183A; CN103153885B

Abstract

本発明は、白金及び白金合金から、１，２００℃超の温度で酸化雰囲気下、蒸発速度を低下させるための方法に関し、当該方法は、以下の工程：Ａ）白金製又は白金合金製の部材を用意する工程、Ｂ）前記部材の外部表面に、連続細孔を有する可撓性テープを巻付ける工程、当該可撓性テープは、酸化物系セラミック及び／又はガラス形成剤を備えるものであり、Ｃ）１，２００℃超の稼働温度で使用する工程を有するものである。本発明はまた、白金若しくは白金合金の表面から蒸発若しくは昇華する貴金属酸化物を捕捉するための方法に関し、当該方法は、Ａ）白金又は白金合金製の部材を用意する工程、Ｂ）前記部材の外部表面に、連続細孔を有する可撓性テープを巻付ける工程、Ｃ）１，２００℃超の稼働温度で使用する工程を有するものである。本発明はさらに、相応して巻付けられた部材に関する。

Description

本発明は、高温（１，２００℃超）で、酸化雰囲気で用いられる白金及び白金合金からの蒸発速度低下に関する。

定義
白金とは、工業的に通常の割合で別の元素を含み得る白金材料と理解される。この別の元素とは特に、不可避の不純物である。

白金合金とは、白金を主成分とする合金であり、特に白金が８０％超のものと理解される。残分は好適にはロジウム及び／又はイリジウムである。

蒸発速度とは、材料損失が起こる速度であると理解される。この速度は、稼働時間あたりの質量損失によって表される。

技術的背景
白金製、及びＰｔＲｈ１０製の部材はガラス工業において、ガラスを溶融及び加工するために使用される。この際に部材の温度は、最大１７００℃に達することがある。ここで使用時間は、例えば供給系（Feedersystem）のためには、５００日超が保証されるべきである。１２００℃超の高温では、白金とロジウムが揮発性の酸化物に変わり、この酸化物が材料損失につながる。これらの部材はセラミックブロックにより機械的に支持され、断熱性に取り囲まれている。これは同時に一定の酸化保護をもたらすが、蒸発速度は著しい。材料損失は、温度とともに明らかに上昇する。このことは層厚の迅速な減少につながり、これにより部材の寿命が、大きく下がる。

出願人による実験室試験では、被覆されておらず、チャンバー炉内にそのまま置かれたＰｔＰｈ１０金属箔（ｄ＝０．８ｍｍ）について、１６５０℃で空気中において２０日間で、約４％の質量損失が観察された。温度を１６００℃に下げても、なお常に２０日間で２．４％という材料損失につながる。稼働時においてこのように高い蒸発速度は、比較的短い時間で部材が脱落することにつながる。

従来技術
WO 2002044115 A2、US7338714B2、及びEP1722008A2は、ガラス製造における被覆された金属部材に関し、ここで前記金属部材は、溶融ガラスが適用された側に、Ｈ₂不透性の層、又はＨ₂及びＯ₂不透性の層を有する。

ここで好適には、Ｈ₂不透性の層、又はＨ₂及びＯ₂不透性の層が、ガラス若しくはガラス混合物、部分的若しくは完全に再結晶された材料、又はセラミック材料を少なくとも１種含有する。

本発明の課題は、酸化雰囲気下で高温下において、Ｐｔ、Ｒｈ、又はＩｒのための捕捉系を提供することである。周囲のセラミック層は、できるだけ貴金属不含であるのが望ましい。

本発明のさらなる課題は、高温下（１２００℃超）で、酸化雰囲気での使用における、白金若しくは白金合金製の貴金属部材の寿命、ひいては使用時間の延長であり、好ましくは８０％超、寿命や使用時間が延長される。

本発明の説明
酸化を減少させるため、ひいては材料損失を減少させるために酸化保護系を開発したのだが、当該系は意外なことに、複雑な形状を有する非常に大きな部材の場合でも、問題なく施与することができる。融点の高いセラミック材料又は金属材料製の可撓性テープが、有利であることが判明した。

前記課題はそれぞれ、請求項１及び７に記載の部材によって、また請求項１０及び１２に記載の方法によって解決される。さらなる請求項により、本発明の別の実施態様、及び好ましい実施態様が得られる。

ここで前記テープは連続細孔を有し、内部表面積が大きいのが好ましい。テープの細孔内には、使用温度に調節された酸化物系セラミック及び／又はガラス形成剤が導入されている。ここで網目構造形成剤とも呼ばれるガラス形成剤は、ガラスの分子基礎構造を形成するものである。ガラス形成のためには、さらなる物質は必要ない。そこで、例えば石英ガラスは、唯一の構成成分としてＳｉＯ₂を有する。網目構造形成剤は例えば、以下の化合物である：二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、三酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）、五酸化リン（Ｐ₂Ｏ₅）、三酸化二ヒ素（砒石とも呼ばれる、Ａｓ₂Ｏ₃）、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）、五酸化二アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₅）。前記テープは、本発明の意味合いにおいて「含浸テープ」である。含浸テープは、懸濁液の含浸、滴下（Auftraeufeln）、又は刷毛塗り（Aufpinseln）によって得られる。このようなテープが巻付けられた部材では、部材表面が稼働温度で完全に濡れて、酸素の侵入が防止される可能性が生じる。長時間にわたる完全な濡れは、このようなテープを用いてのみ可能になると考えられる。これが、本発明の特別な利点である。蒸発速度は、テープ巻きされていない部材と比べて、好適には８０％超減少する。

非含浸テープは、連続細孔によって空気透過性であり、このため酸化雰囲気に対してほとんど、又は全く保護作用がない。熱膨張による部材への接着もまた、あまり充分ではない。しかしながら非含浸テープによって、蒸発保護にも拘わらず漏出する貴金属酸化物の捕捉が可能になる。また、まず含浸テープを巻付け、引き続きさらに非含浸テープを巻付けることも可能である。

含浸テープの利点は、以下の通りである：
・完成部材への、容易な取り付け
・容易な取り外し
・ＰｔＯ₂、及び同様の酸化物の収容、このような酸化物の収容に対する、周辺セラミックブロック材料の保護。これによって、酸化物損失中に含まれる貴金属を回収するため、セラミックブロックではなく、テープを容易にリサイクルに回すことができる。
・部材全体の完全な濡れ
・濡れ層の長時間にわたる安定性又は耐性
・蒸発損失の低減は、保護されていない材料と比べて８０％超
・ガラス形成剤が存在する場合、テープによってガラス形成剤が部材に固定される。
・部材を機械的に前処理する必要が無い（例えばサンドブラストによって）。

以下の実施例により、本発明を詳細に説明する。部と％の記載は、別記しない限り、本明細書のその他の箇所と同様に、質量に関するものである。

実施例
１．セラミック材料製（Ａｌ₂Ｏ₃＋２８％ＳｉＯ₂）の保護テープを、ＰｔＲｈ１０製金属箔（寸法：幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）に施与する。

前記テープ（厚さ５ｍｍ）を、Ａｌ₂Ｏ₃粉末（粒径＜２．５μｍ）と水から成る懸濁液（３０質量％Ａｌ₂Ｏ₃、及び７０質量％水）中に浸し、前記金属箔の周りに２層で巻付けた。この金属箔を、チャンバー炉内で２０日間、１６５０℃で空気中に保存した。

質量損失（ＰｔＲｈ１０金属箔）は、０．６％であった。

２．セラミック材料製（Ａｌ₂Ｏ₃＋２８％ＳｉＯ₂）の保護テープを、ＰｔＲｈ１０製金属箔に、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの寸法で施与する。

このテープ（厚さ５ｍｍ）を、２層で金属箔の周りに巻付けた。Ａｌ₂Ｏ₃粉末（粒径＜２．５μｍ）と水から成る懸濁液（３０質量％Ａｌ₂Ｏ₃、及び７０質量％水）を、前記テープに施与した。この金属箔を、チャンバー炉内で２０日間、１６５０℃で空気中に保存した。

質量損失（ＰｔＲｈ１０金属箔）は、０．９％であった。

３．セラミック材料製（Ａｌ₂Ｏ₃＋２８％ＳｉＯ₂）の保護テープを、ＰｔＲｈ１０製金属箔に、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの寸法で施与する。

前記テープ（厚さ５ｍｍ）を、Ｙ₂Ｏ₃を５％有するＺｒＯ₂粉末（粒径＜５．５μｍ）と水から成る懸濁液（４０質量％ＺｒＯ₂／Ｙ₂Ｏ₃、及び６０質量％水）中に浸し、金属泊の周りに２層で巻付けた。この金属箔を、チャンバー炉内で２０日間、１６５０℃で空気中に保存した。

質量損失（ＰｔＲｈ１０金属箔）は、１．１％であった。

４．セラミック材料製（Ａｌ₂Ｏ₃＋２８％ＳｉＯ₂）の保護テープを、ＰｔＲｈ１０製金属箔に、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの寸法で施与する。

前記テープ（厚さ５ｍｍ）を、ＳｉＯ₂粉末（粒径＜２μｍ）と水から成る懸濁液（３０質量％ＳｉＯ₂、及び７０質量％水）中に浸し、金属箔の周りに２層で巻付けた。この金属箔を、チャンバー炉内で２０日間、１６５０℃で空気中に保存した。

質量損失（ＰｔＲｈ１０金属箔）は、０．５％であった。

５．ＰｔＲｈ１０ネット若しくは不織布製の保護テープを、ＰｔＲｈ１０製金属箔に、幅１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの寸法で施与する。

このテープ（厚さ約５ｍｍ）を、金属箔の周りに巻付けた。ＳｉＯ₂粉末（粒径＜２．５μｍ）と水から成る懸濁液（３０質量％ＳｉＯ₂、及び７０質量％水）を、前記テープに刷毛塗りした。この金属箔を、チャンバー炉内で２０日間、１６５０℃で空気中に保存した。

質量損失（ＰｔＲｈ１０金属箔）は、０．９％であった。

Claims

１２００℃超の温度で酸化雰囲気内に存在する、白金製又は白金合金製の部材において、
前記部材には、連続細孔を有する可撓性テープが巻付けられており、
ここで前記テープが、
・ガラス形成剤、又は
・酸化物系セラミック及びガラス形成剤
を備えるものであることを特徴とする、前記部材。
前記テープが、融点の高い酸化物材料製である、請求項１に記載の部材。
前記テープが、Ａｌ₂Ｏ₃製である、請求項１に記載の部材。
前記テープが、貴金属ネット製、又は貴金属不織布製である、請求項１に記載の部材。
前記ネット又は不織布が、白金製、又は白金−ロジウム製である、請求項４に記載の部材。
前記ガラス形成剤が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、三酸化二ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）、五酸化ニリン（Ｐ₂Ｏ₅）、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）、及び五酸化二アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₅）から成る群に属する、請求項１に記載の部材。
前記酸化物系セラミックが、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ケイ酸ジルコニウム、ＳｉＯ₂・ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、ＨｆＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ、希土類金属酸化物から成る群に属する、請求項１に記載の部材。
白金又は白金合金の表面から蒸発若しくは昇華する貴金属酸化物を捕捉するための方法であって、以下の工程Ａ〜Ｃ：
Ａ：白金製又は白金合金製の部材を用意する工程、
Ｂ：前記部材の外部表面に、連続細孔を有する可撓性テープを巻付ける工程、
ここで前記テープは、ガラス形成剤を、又は酸化物系セラミックとガラス形成剤を備えるものであり、
Ｃ：１２００℃超の稼働温度で使用する工程
を有する、前記方法。
１２００℃超の温度で酸化雰囲気において用いられる白金及び白金合金からの蒸発速度を低下させるための方法であって、以下の工程Ａ〜Ｃ：
Ａ：白金製又は白金合金製の部材を用意する工程、
Ｂ：前記部材の外部表面に、連続細孔を有する可撓性テープを巻付ける工程、
当該テープは、
・ガラス形成剤、又は
・酸化物系セラミックとガラス形成剤
を備えるものであり、
Ｃ：１２００℃超の稼働温度で使用する工程
を有する、前記方法。
前記テープが、融点の高い酸化物材料製である、請求項８又は９に記載の方法。
前記融点の高い酸化物材料が、Ａｌ₂Ｏ₃、ムライト、酸化ハフニウム、酸化ランタン、ＺｒＯ₂、ケイ酸ジルコニウム、ＺｒＯ₂・ＳｉＯ₂、ＳｉＯ₂、希土類酸化物、及び上記酸化物の混合物から成る群に由来する、請求項１０に記載の方法。
前記テープが、Ａｌ₂Ｏ₃製である、請求項８又は９に記載の方法。
前記テープが、貴金属ネット製、又は貴金属不織布製である、請求項８又は９に記載の方法。
前記ネット又は不織布が、白金製、又は白金−ロジウム製である、請求項１３に記載の方法。
前記ガラス形成剤が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）、五酸化リン（Ｐ₂Ｏ₅）、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）、及び五酸化二アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₅）から成る群に属する、請求項８又は９に記載の方法。