JP6666248B2 - 電気化学セル用インターコネクタ又は端板としての粉末冶金成形品 - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セル用のインターコネクタ又は端板を形成するための粉末冶金法による成形品において、該成形品が少なくとも８０重量％のクロムを含有し、板状の基体及び成形品の一方又は両方の主面に形成された１つ又は複数のフローフィールドを有し、各主面が、それぞれ１つ又は複数のフローフィールドの領域に多数のノブ状又は尾根形状の隆起部及びそれらの間にある凹部を備えた構造物を有する成形品に関する。本発明は、更に、この種の粉末冶金成形品の製造方法に関する。

固体酸化物燃料電池（ソリッドオキサイドフューエルセル即ちＳＯＦＣ）並びに同様に構成される電気化学セル、例えば固体酸化物電解セル（ソリッドオキサイドエレクトロライザーセル即ちＳＯＥＣ）は、相対的に高い操作温度（例えば電解質支持型の電気化学セルでは、典型的には７００℃〜９００℃の範囲）用に設計されている。なかんずく、両側に形成された電極（アノード、カソード）を備える（例えば酸化イットリウム又は酸化スカンジウムが少量添加された酸化ジルコニウムをベースとする）セラミック固体電解板を有する電気化学セル（ＳＯＦＣ，ＳＯＥＣ）が知られている。しばしば電気化学セルは、平坦な個別セルとして形成され、積層体（英語：スタック）として上下に重ねて積層される。スタック内では、個々の電気化学セルへのプロセスガスの案内、隣接する電気化学セルのプロセスガスの分離並びにそれぞれ隣接する電気化学セル間の電気的接触が実現されなければならない。これらの機能を付与するために、スタックの個々の電気化学セル間にそれぞれインターコネクタが挿入され、スタック自体は一般に端板によって閉鎖されるが、この端板は片側だけに上述の機能を有するようにしてもよいが他側には相応する接続オプションを有するようにしてもよい。燃料電池用途では、プロセスガスの案内は、例えばアノード側の燃焼ガスの供給、カソード側の酸素（例えば空気）の供給並びにアノード側及びカソード側の発生ガスの排出を含んでいる。

インターコネクタ及び端板は、更に、電気化学セル（特に固体電解質）に適合した熱膨張率並びに高い耐腐食性を有する必要がある。これらの要求に基づきＣｒベース合金（即ち５０重量％以上のＣｒ含有量、特に８０重量％以上のＣｒ含有量、特許文献１参照）が実績をあげている。インターコネクタ及び端板の製造には、少なくとも相応する粉末バッチの圧縮成形及び焼結の工程を有する粉末冶金法による製造ルーチンが確立されている。その特徴は、なかんずく比較的低廉の製造コストにある。

用途に応じて、多数の電気化学セルとその間にあるインターコネクタ（及び場合によっては端面側に形成される端板）を含む電気化学系の体積分析による及び場合によっては重量分析による出力密度（即ち体積当たりの出力又は重量当たりの出力）が重要な基準となる。従来から知られている構造形式の粉末冶金法により形成されるインターコネクタは相対的に厚く形成され、例えば電解質支持型の電気化学セルでは、個々の電気化学セルの約１５倍の構造空間を必要とする。従来の粉末冶金製インターコネクタ及び端板の相対的に厚い形成はなかんずく次の要因によって生じる。
ａ）主面の一方又は両方に形成される構造物付きのフローフィールドの準備
ｂ）成形品の十分な安定性の付与
ｃ）成形品全体の均一な温度分布の達成
ｄ）プロセス上安全な製造ルーチンの準備

米国特許第５４０７７５８Ａ号明細書

従って、本発明の課題は、付属の電気化学系のできるだけ高い体積的及び重量的出力密度の達成に関してインターコネクタ及び端板を更に最適化し、これにより、インターコネクタ及び端板の部品コストを低く抑えることにある。

この課題は請求項１による粉末冶金成形品並びに請求項１５によるこのような成形品の製造方法により解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に提示されている。

本発明によれば電気化学セル用のインターコネクタ又は端板を形成する粉末冶金成形品が提供される。この成形品は少なくとも８０重量％のクロムを含有し、板状の基本形状及び成形品の一方又は両方の主面に形成された１つ又は複数のフローフィールドを有する。各主面は、１つ又は複数のフローフィールドの領域にそれぞれ成形品に形成され多数のノブ状又は尾根形状隆起部及びそれらの間にある凹部を備えた構造物を有する。成形品の主面に沿って測定された最大直径Ｄ_ｍａｘ（単位ｍｍ）と成形品のフローフィールドに沿って延び構造物に関わらないコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎ（単位ｍｍ）との比は、１４０≦Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎ≦３５０の範囲にある。

この範囲内では、成形品は、従来公知の粉末冶金インターコネクタ及び端板に比してその最大直径に関してより薄く形成される。これにより（多数の電気化学セル及びインターコネクタ並びに場合によっては端部側に設けられる端板から成る）付属の電気化学系に対してはより高い体積出力密度及び重量出力密度を得ることができる。もう一つの利点は、個々の成形品に生じる材料コストが低減されることにある。このようなコア領域の厚みの（即ち最大直径Ｄ_ｍａｘに比して）かなりの減少により、１つ又は複数のフローフィールドの構造物の相対的に大きな構造深さが維持される。これによりプロセスガスに対する相対的に大きな流れ横断面が提供されるので、同様にプロセスガスの案内に対して有利となる（何故ならチャネル長さに亘る圧力損失が小さくなるからである）。有利には、構造深さは０．５ｍｍ以上であり、その際、有利にはカソード側の主面の構造深さは、アノード側の主面の構造深さ（例えば０．５ｍｍ以上）よりも大きく（例えば０．８ｍｍ以上）される。請求項記載の比Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎの範囲値は、それゆえ、成形品の寸法比の規定のための極めて好適な値である。何故なら、この値は、成形品の外形及び絶対的な全体の大きさに無関係な固有値であり、粉末冶金製造時の成形品の安定性の理由（上記の要因ｂ）参照）及び製造技術上の枠組み条件（上記の要因ｄ）参照）からコア領域の厚さが成形品の大きさが増すにつれて増加することが判明しているからである。請求項記載の比Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎの範囲の最大値は、なお十分な安定性が得られ、成形品全体に亘って十分に均一な温度分布が保証される（上記の要因ｂ）及びｃ）参照）ように選ばれる。

成形品のできるだけ大きな安定性に関して注記すべきことは、従来はインターコネクタ及び端板の粉末冶金製造に対して、一般にクロム粉末又は比較的価格的に有利なアルミノテルミット法によって作られるクロム含有粉末が使用されていることである。アルミノテルミット法は、微細分布されたアルミニウム粉末から出発し、これが慎重に酸化クロムと混合される。続いてこの反応混合物が点火されることにより、酸化クロムが金属クロムに還元され、他方、金属アルミニウムはＡｌ_２Ｏ_３に酸化される。生じた反応生成物は溶融され、その際に液状クロムが沈殿し、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするスラグが液状クロム上を浮遊する。冷却及び固化後、スラグは純クロム金属から機械的に分離され、金属は塊に粉砕され、クロム金属粉末を得るために所望の粒径又は粒径分布に磨砕され、場合によっては更にふるい工程が行なわれる。このようにして得られた従来の成形品製造に使用される粉末は、−付加的な表面積拡大加工工程を実施しない限り−粗く角張っており、ほとんど内部気孔を有していない。このような粉末（場合によっては別の粉末、圧縮成形補助剤などとの組み合わせで）の使用は、もちろん、比較的高い圧縮成形密度を可能にする。しかし、圧縮成形されたグリーン品及び焼結された成形品の安定性は、このような粉末の使用時には比較的低いことが判明している。この原因は、個々の粒子間のごく僅かな絡み合い並びに相対的に不均一な残孔分布にある。このような粉末から作られる焼結成形品には個々に比較的大きな気孔が生じる。従って、本発明により規定される成形品は、上述の粉末では一般に十分な安定性をもっては製造できない。

成形品の粉末冶金製造工程においてクロム含有粉末の少なくとも一部が０．０５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ法表面積を有すれば、圧縮成形グリーン品並びに焼結成形品の顕著に高められた安定性が得られることが判明している。本願の枠内におけるＢＥＴ法表面積のデータは、規格（ＩＳＯ９２７７：１９９５、測定範囲：０．０１〜３００ｍ^２／ｇ；器具：Ｇｅｍｉｎｉ ＩＩ ２３７０、加熱温度：１３０℃、加熱時間：２時間、吸着剤：窒素、５点測定法による体積評価）によるＢＥＴ測定に基づく。このような粉末の使用は、特に高い安定性を示す本発明による成形品の製造を可能にする。従って、本発明は、請求項１５に記載の方法により製造可能な、特に請求項１５に記載の方法により製造された請求項１記載の粉末冶金成形品にも関する。本発明の発展例及び変形例に記載されているように、このようなクロム含有粉末は、従来の（アルミノテルミット法で製造された）粉末の表面積拡大処理工程によって、又は酸化クロム及び水酸化クロムから成る群の少なくとも１つの化合物を、所望により固体炭素源を添加して、少なくとも水素及び炭化水素の一時的作用下に還元して製造する製造方法（請求項１９参照）によって、製造される。このようにして製造された粉末は、スポンジ状の構造を有し、特に良好に緻密に（低い圧縮成形圧においてすら）圧縮成形可能であり、粒子間の良好な絡み合いが達成される。これにより成形品は、最大圧力に到達後、材料破損を生じることなく取り出される。更にグリーン品の高いグリーン強度及び焼結成形品の高い安定性が得られる。

粉末冶金成形品とは、上述の成形（即ち構造化を含む）において粉末の圧縮成形及び引き続く焼結により製造された部品のことを指し、また、これにはほかの処理工程、例えば圧縮成形工程後の予備焼結及び場合によっては予備焼結後（及び焼結工程前）の較正圧縮成形も行うことができる。この場合、上述の成形（即ち構造化を含む）過程における成形品は、モノリシックに形成され、粉末冶金法の製造の枠内で得られたミクロ構造を全面に有する。特に上述の成形は、専ら相応して形成された圧縮成形工具により得られ、以後の成形処理工程は行なわれない。粉末冶金による製造の枠内で得られるミクロ構造は、焼結工程が固体拡散により進行するにつれて、圧縮成形によって緻密化された粒子が、ますます太くなる焼結ネックにより互いに結合され、他方、粒子間の空洞がますます小さくなることにより生じる。「粉末冶金成形品」は、当業者にとっては冶金検査法（例えば横断面の研磨標本の形成及び走査型電子顕微鏡による検査）で認識される。粉末冶金成形品は、更に、付加物、パッキン及び／又はコーティングなどを施すことができる。

成形品の組成は、特に以下の範囲にある。
Ｃｒ含有量（Ｃｒ＝クロム）８８重量％以上及び以下９８重量％以下。
Ｆｅ含有量（Ｆｅ＝鉄） ２重量％以上及び１２重量％。
場合によって添加物、例えばＹ添加物（Ｙ＝イットリウム）（例えば０．０７重量％のＹ）。
これにより、高い耐腐食性及び好適には（例えばＹ_２Ｏ_３又はＳｃ_２Ｏ_３で）完全安定化された酸化ジルコニウム（特に電解質支持型の電気化学セルの場合）から形成される電解質の材料に対する熱膨張率の良好な適合性が達成される。一実施態様によれば（全金属含有量に対する）クロムの比率は９０重量％以上である。クロム含有量が増えるにつれて熱伝導率が高められ（均質な温度分布が達成可能であり）、熱膨張率は低下する（適応する電解質材料、例えば完全安定化された酸化ジルコニウム、への熱膨張率の適合性が向上する）。

成形品は、両主面にそれぞれ少なくとも１つのフローフィールドを有するインターコネクタにより、形成されると有利である。この場合、構造物は、例えば個々の溝の間に配置された、場合によってはその主延在方向に一回又は数回中断可能な（例えばウェブ、リブなどの形の）長い隆起物を備えた溝フィールドにより、形成することができる。そのほかに−当業者には周知のように−プロセスガスの案内に対しては別の形の構造物も適している。

本発明による成形品（インターコネクタ又は端板）は、固体酸化物をベースとする種々の形の電気化学セルに適している。成形品は、電解質支持型の電気化学セル用、特に燃料電池王、に形成されると有利である。電解質支持型のセルでは、電解質は、隣接する電極（及び場合によっては他の層）に対する支持部材を形成する。一実施態様によれば、成形品は、電解質として（例えばＹ_２Ｏ_３又はＳｃ_２Ｏ_３で）完全安定化された酸化ジルコニウムを備えた電解質支持型の電気化学セル（特に燃料電池）用に形成される。このような電解質は、高いイオン伝導性、従って高い出力能力、を特徴とするが、極めて破損しやすいので、特にその熱膨張率に対する良好な適合が必要である。このため、本発明に係る成形品は、比較的高いクロム含有量（及び有利な組成範囲）のものが特に好適である。主面の形状に関しては、基本的に種々の形状、例えば矩形、正方形、菱形、平行四辺形、円形、楕円形などが可能であり、場合によっては、主面内に１つ又は複数の開口を備えることもできる。主面は、平坦又はほぼ平坦に形成される（即ち、圧縮成形技術的に生じる傾斜又は波形のみを有する）。直径は、主面内に１つ又は複数の開口が形成されているかどうかとは無関係に、成形品の縁取り縁に基づいて測定される。また、１つの主面上に正確に１つのフローフィールドを設けるだけでなく複数の互いに区分されたフローフィールドを設けることもできる。厚さは、主面の延在方向に垂直に測定される。本発明によれば、１つの又は複数のフローフィールドの領域に、厚み方向に、構造物に影響されないコア領域、即ち一主面又は両主面から成形体に突出する凹部が及ばない領域、が残る。１つ又は複数のフローフィールドの領域におけるこのコア領域の厚みは、主面の平面に沿って変化させることができ、従って最小厚さが基準となる。場合によっては、成形品の最小厚さは、１つ又は複数のフローフィールドの外側の部分で薄くも厚くもすることができる。

材料コストの更なる減少並びに付属の電気化学系の体積的及び重量的出力密度の最適化に関しては、比Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎが１５０以上、特に１８０以上であると有利である。他方、均一な温度分布及び十分な安定性に関しては、比Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎが３００以下、特に２５０以下、であると有利である。

本発明の一実施態様によれば、成形品の両主面には正確に１つのフローフィールドが形成される。特にコア領域は、フローフィールドの互いに対向する両構造物の間に形成される。一実施態様によれば、フローフィールドを完全に又は部分的に囲む（そして、それぞれ隣接するフローフィールドの構造物からは自由な）端部領域がそれぞれの主面に設けられる。この端部領域には、プロセスガスの供給又は排出に役立つ１つ又は多数の（例えばスリット状の）貫通開口を付加的に設けることができる。プロセスガスの案内は、少なくとも部分的に、インターコネクタの延在面の外側において（例えば、外側を走る対応するチャネルに沿って）行なわれ、構造物はこの場合インターコネクタの各外側縁まで延びている。また両変形例を１つのインターコネクタに、例えば異なる周縁部に施すこともできる。

一実施態様によれば、成形品の両主面にそれぞれ１つのフローフィールドが形成され、互いに対向するフローフィールドの構造物は、主面に沿って互いにほぼ平行に延びる（例えば各構造物のウェブ、リブ、長く形成されたノブ、チャネル、溝などの）主延在方向を有する（並行流デザイン）。「ほぼ平行」とは、正確に平行な延長方向及びこれに代えて±１０°までの逸脱を有するほぼ平行な延長方向を意味する。並行流デザインは、なかんずく、成形品の圧縮成形工程時に、有利な材料の流れ及び均一な材料分布が得られるという利点を有する。特にこの点に関しては、一方の主面の凹部が他方の主面の隆起部に（又はその逆に）、正確に又は実質的に対向するように配置されると有利である。更に本発明による成形品は、一方のフローフィールドの構造物の主延在方向が、対向配置されたフローフィールドの構造物の主延在方向に対して垂直又は実質的に垂直（即ち±１０°までの逸脱）に、方向付けられる交差流デザインのインターコネクタとしても形成できる。更に、また互いに対向するフローフィールドの代替のオリエンテーション、例えば互いに対して斜めに走るオリエンテーション又は主面上で互いに交差するオリエンテーション、も可能である。更に、成形品の圧縮成形工程に関しては、凹部の縁部がそれぞれ傾斜し、凹部が底に向かってそれぞれ両側で先細になるように（そして、隆起部がそれに対応してその最高点に向かって両側で先細になる）ようにすれば、有利である。

一実施態様によれば、成形品は、４つの周辺側端（各主面に対する「周辺」）を有し、それぞれ２つの対向側端部は、互いに平行に延び、最長側端部の辺長Ｌ_ｍａｘと成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎとの比が１１０以上とされる。成形品の上述の形状は、特にスタック構造及び（４つの周辺面における）プロセスガスの案内に対して有利である。特に成形品は、矩形の、場合によっては正方形の、基本形状を有し、この実施態様の比が存在する。更に、材料コストの減少及び出力密度の最適化の観点からは、比が１１５以上、特に１５０以上、であると有利である。均一な温度分布及び十分な安定性の観点からは、逆に比が２２０以下であると有利である。更に、スタックの全出力の観点からは、全辺長が１５５ｍｍ以上、特に１７０ｍｍ以上、であると有利である。

一実施態様によれば、ｍｍ^２（平方ミリメートル）で表わした主面のサイズとｍｍ（ミリメートル）で表わした成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎの比は、１．３×１０^４以上である。この比は、主面の形状とは関係なく、成形品の有利な形状比を記述するための好適なパラメータであり、場合によっては、主面に設けられた（例えばプロセスガス案内用の）開口が主面のサイズに一緒に加えられている。材料コスト及びスタックの全出力に関しては、比が１．５×１０^４以上、特に２．０×１０^４以上、であると有利である。他方、均一な温度分布と十分な安定性の観点からは、比が３．５×１０^４以下であると有利である。一実施態様によれば、主面のサイズは、２４０ｃｍ^２（平方センチメートル）以上、好適には２８０ｃｍ^２以上、であり、また主面のサイズは、好適には５００ｃｍ^２（平方センチメートル）以下である。

一実施態様によれば、成形品の全重量（ｇ（グラム））と主面のサイズ（ｃｍ^２（平方センチメートル））との比は、１．１以下である。これによれば、高い重量的出力密度と低い材料使用量が達成可能である。この観点からは、比が１．０以下、特に０．９以下、であると有利であり、安定性の理由からは、比が０．７以上であると有利である。

一実施態様によれば、（主面の延在面に対し垂直に測定した）１つ又は複数のフローフィールドの領域における成形品の最大厚さは、２．３ｍｍ（ミリメートル）以下、特に２．１ｍｍ以下、である。プロセスガスに対する十分な流れ断面を提供するためには、最大厚さは、好適には１．６ｍｍ以上である。好適には、この限界値は、成形品全体の最大厚さにも適用される。

一実施態様によれば、成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎは、１．１ｍｍ（ミリメートル）以下、特に１．０ｍｍ以下、場合によっては０．９ｍｍ以下である。十分な安定性の観点からは、最小厚さが０．７ｍｍ以上であると有利である。一実施態様によれば、成形品の主面に沿って測定した最大直径は、２００ｍｍ以上である。スタックの最大全出力の観点からは、成形品の主面に沿って測定した最大直径は、２２０ｍｍ以上、特に２５０ｍｍ以上であり、安定性の理由からは、３２０ｍｍ以下の値が選ばれると有利である。

一実施態様によれば、コア領域において、空孔又は部分的に金属酸化物若しくは酸化物封入物で充填された気孔の表面積の比率Ｐは、これらが観察測定面内に完全にある限り、この測定面の全面積に対して８０％≦（１−Ｐ）≦９５％である（測定方法は上述参照）。Ｐは、Ｃｒ又は他の金属の金属酸化物が形成されていない材料では、（定量的画像分析により測定された）気孔率に相当するものとなろうが、本発明によれば、部分的に又は完全に金属酸化物により充填された（もともとの）孔であり得る。金属酸化物で充填された孔及び酸化物封入物は、少なくとも一部は、成形品を、粉末冶金製造工程の終了後に引き続く酸化プロセスに供して開放残気孔を最小限にすることにより、所期どおりに導入することができる。何故なら、生じたＣｒ２Ｏ３又はＣｒ及びＡｌの混合酸化物（米国特許出願公開第２０１０／０２３３５７６Ａ１号明細書参照）は、金属マトリックスよりも大きな体積を有するので、気孔は酸化プロセスの過程で閉鎖できるからである。この場合、すべての気孔が、成形品の核まで、酸化物で充填される必要はなく、少なくとも約０．２ｍｍ厚の端部層が閉じられればよい。成形品の表面上に生じる酸化物層は、特に引き続くプロセスにおいて、少なくとも電気的接触面の範囲内で、例えばサンドブラストプロセスにより、再び除去され、運転開始時に、電気化学セルとインターコネクタ又は端板との間のできるだけ最適な金属的接触が保証される。従って、成形品のミクロ構造の記述に際しては、大抵の場合、空孔、金属酸化物で部分的に充填された気孔及び酸化物封入物が統合される。部分的に金属酸化物で充填された孔では、その横断面は、（定量的画像分析の枠内で）部分的に充填された部分と空部分とが加算して計算される。本発明の文脈において「酸化物封入物」並びに「金属酸化物」の主成分はクロム酸化物であり、この場合クロム酸化物の含有量は、有利には、少なくとも９０重量％である。「酸化物封入物」及び「金属酸化物」は、しかし、存在する他の金属の金属酸化物並びにクロム及び／又は存在する金属の金属窒化物を含有することができる。

成形品の粉末冶金製造工程において、クロム含有粉末の少なくとも一部が０．０５ｍ^２／ｇ（平方メートル／グラム）以上のＢＥＴ法表面積を有すると、−上述のように−顕著に高められた安定性が得られ、粉末は極めて良好に圧縮成形される。特に０．０５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ表面を有するクロム含有粉末の比率は、成形品用の粉末バッチの（場合によっては元素状の及び／又は酸化物、窒化物、炭化物等の形で存在する）金属含有粉末中の全粉末量（例えば圧縮成形補助剤としてのワックスは、これに関しては加算されない）に基づいて、５重量％以上、好適には、１０重量％以上である。好適には、成形品用粉末バッチの全クロム成分はこのような０．０５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ法表面積を有するクロム含有粉末成分により調達される。成形品の製造には、特に請求項１５による製法工程が利用される。このような粉末の使用は、成形品の有利なミクロ構造からも認識することができ、その有利な特徴は以下に別の実施態様に関連して説明する。ミクロ構造は、微細に分布された極めて小さい気孔を特徴とする。これは、従来製造された成形品に比して、（特にコア領域における）部品厚さを減少するか及び／又は成形品を（その主面に関して）顕著に大きく形成することを可能にする。また、これによって、気孔充填物（例えば、所期の酸化によってもたらされた金属酸化物、特にクロム酸化物）の割合を著しく減少して成形品を気密に製造し又は、場合によっては、酸化プロセスを省略して製造し得る可能性が生じ、これにより、一方では、物理的特性をよりよく調整することを可能となり、他方では製造コストが低下する。０．０５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ法表面積を有する粉末は、一つには、表面積拡大処理工程を従来の（例えばアルミノテルミットプロセスで）製造されたクロム粉末又はクロム基粉末に対して実施することにより調達される。例えば表面積拡大は、このような従来の粉末を極めて微細に粉砕し、その後、凝集させ（例えばミキサ又はスプレーアグロメーションで）、続いてアニーリングプロセス（例えば、８００〜１，２００℃、約１時間）を施し、次いで篩分けすることにより得られる。ミクロ構造から認識できる成形品の特に良好な特性は、０．０５ｍ^２／ｇ以上のＢＥＴ法表面積を有する粉末を請求項１９に示した方法工程で製造するときに得られる。このような方法により（表面積拡大処理工程を実施せずに）特に０．２５ｍ^２／ｇ以上、特に０．５ｍ^２／ｇ以上までのＢＥＴ値を有する粉末が製造可能である。このように製造された粉末は、（個々の粒子の）スポンジ構造を有し、これにより良好に圧縮成形できる。特に、従来の粉末に比してより低い圧縮成形圧が可能となる。

一実施態様によれば、コア領域において、それぞれ１００μｍ^２（平方マイクロメートル）以上の表面積を有する空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の表面積比率は、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の全表面積に対して、６０％以下である。この面積は、ここで、成形品の厚み方向に沿ってコア領域に至る切断面に位置する測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって測定され、この場合の測定方法は、後で詳述する（「ミクロ構造を決定するための量的画像分析の記述」参照）。特に、表面積比率は、４０％以下、有利には１０％以下、更に有利には７％以下であり、より低い値は安定性に関して有利であり、特に、請求項１９により製造された粉末が部分的に使用されるとき、特にクロム成分が完全に請求項１９により製造された粉末で調達されるときに、達成される（例えば５％の表面積比率が達成される。）。

一実施態様によれば、コア領域において、それぞれ７０μｍ^２（平方マイクロメートル）以上の表面積を有する空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の表面積比率は、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の全表面積に対して７０％以下である（測定方法は上述）。特に表面積比率は、５０％以下、有利には２０％以下、更に有利には１７％以下であり、より低い値は、安定性に関して有利であり、特に、請求項１９により製造された粉末が少なくとも部分的に使用されるとき、特にクロム成分が完全に請求項１９により製造された粉末で調達されるときに、達成される（例えば１４％の表面積比率が達成される。）。

一実施態様によれば、コア領域においてそれぞれ５０μｍ^２（平方マイクロメートル）以上の表面積を有する空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の表面積比率は、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の全表面積に対して８０％以下である（測定方法は上述）。特に、表面積比率は６０％以下、有利には３０％以下、更に有利には２７％以下であり、より低い値は、安定性に関して有利であり、特に、請求項１９により製造された粉末が少なくとも部分的に使用されるとき、特にクロム成分が完全に請求項１９により製造された粉末で調達されるときに、達成される（例えば２４％の表面積比率が達成される。）。

一実施態様によれば、コア領域において、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の均一分布があり（ここで、空孔、部分的に充填された気孔及び酸化物封入物の比は、局所的に変化し得る。例えば、上述のように−空孔容積に対する金属酸化物充填物及び酸化物封入物の割合は、成形品の表面に向かって増大する。）、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔と酸化物封入物の平均距離λは、９μｍ以下であり、ここで、平均距離λは、次式
により算出される。ここで、２ａは気孔又は酸化物封入物の平均相当直径に相当する。２ａは、式
によって得られる。ここで、“２ａ_ｉ”は、完全に観察測定面内にある空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物のそれぞれの気孔又は酸化物封入物相当直径である。更に、Ｐは、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物が完全に観察測定面内にある限り、それらの表面積比率である（定量的画像分析による２ａ及びＰの算出のための測定方法は上述参照）。気孔又は酸化物封入物の場合、相当直径２ａ_ｉは、必ずしも円形ではない具体的な横断面形状とは無関係に、その横断面Ａから、式２ａ_ｉ＝（４Ａ／π）^０．５で算出される。特に、平均距離λは、７μｍ以下、好適には５μｍλであり、これより低い値は安定性に関して有利であり、特に請求項１９により製造された粉末が少なくとも部分的に使用されるとき、特にクロム成分が完全に請求項１９により製造された粉末で調達されるときに、達成される（例えばλ＝４μｍが達成、ここでλは典型的には２μｍ以上である）。従来のアルミノテルミット粉末では、典型的には平均距離λは１２．７μｍである。

コア領域のミクロ構造に関する上述の特徴は、好適には、それぞれの成形品のコア領域全体に一貫している。更に成形品全体に及べば有利である。

本発明は更に、場合によっては上述の一つ又は複数の実施態様及び変形例により形成することができる本発明による粉末冶金成形品の製造方法に関する。

この方法は以下の工程を有する。
Ａ）全金属含有量に関してクロム含有量が８０重量％以上であり、クロムを含む粉末成分の少なくとも一部がＢＥＴ法表面積０．０５ｍ^２／ｇ以上、特に０．０７ｍ^２／ｇ以上、好適には０．２５ｍ^２／ｇ以上、を有する粉末バッチを調達する。
Ｂ）この粉末バッチを（特に５００〜１，０００ＭＰａの範囲の圧縮成形圧で）圧粉体に圧縮成形し、
Ｃ）圧粉体を（有利には水素雰囲気下で）１，１００〜１，５００℃で焼結する。
成形品の全クロム成分は、請求項１９によって製造された粉末によって用意されると有利である。しかし、コストの理由から、特に請求項１９の方法により製造されたＢＥＴ法表面積０．０５ｍ^２／ｇ以上の粉末を、（例えばアルミノテルミット法により製造された）従来の粉末と混合することも有利に可能であり、これにより、同様に更に十分な安定性と良好な圧縮性が達成される。

本発明の一実施態様によれば、圧縮成形工程（工程Ｂ）と焼結工程（工程Ｃ）の間に５００〜１，０００℃で（好適には水素雰囲気下で）圧粉体の予備焼結が行なわれる。一実施態様によれば、粉末バッチには、圧縮成形の前に粉末バッチ量に関して０．１重量％〜５重量％の量の圧縮成形補助剤（例えばワックス）が添加される。

一実施態様によれば、焼結工程（工程Ｃ）後に得られた成形品は、酸素源（例えばＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２又はそれらの混合物、場合によってはほかの酸素源も可能である。）の存在下に（８００〜１，０５０℃の範囲の温度で）酸化され、続いて酸化層が成形品の表面の少なくとも一部から除去される。

一実施態様によれば、圧縮成形工程（工程Ｂ）は、成形品の製造中に実施される唯一の圧縮成形工程を形成する。従来の粉末では、要求される輪郭の精度を達成するには、通常２回の圧縮成形を必要とする。ＢＥＴ法表面積０．０５ｍ^２／ｇ以上を有するクロム含有粉末、特に請求項１９の方法により製造されたクロム含有粉末、を使用することにより、１回の圧縮成形工程と比較的低い圧縮成形圧ですでに輪郭の精緻な形成が達成可能である。更なる離縁は、比較的低廉な製造コストである。

一段階製造（即ち、圧縮成形工程１回のみ）の代わりに、粉末冶金法による製造の枠内で２回の圧縮成形工程を行うこともできる。後者の場合には、特に予備焼結工程と焼結工程（工程Ｃ）との間に、５００〜１，０００ＭＰａの範囲の圧縮成形圧で較正圧縮成形工程が実施される。これにより特に成形品内の密度比の均質化が達成される。

一実施態様によれば、上述の請求項１９による方法は、クロム含有粉末の製造に利用され、粉末バッチに少なくとも部分的に添加される。本発明による金属粉末は、酸化クロム及び水酸化クロムから成る群から選ばれる少なくとも１つの化合物の還元によって、所望により、固体炭素源を混合して、少なくとも一時的な水素及び炭化水素の作用下に、製造される。酸化クロム又は水酸化クロムとしては、好適には、粉末形状のＣｒ（ＩＩＩ）化合物、例えばＣｒ_２Ｏ_３、ＣｒＯＯＨ、Ｃｒ（ＯＨ）_３又はもちろん酸化クロム及び水酸化クロムの混合物が挙げられる。有利なクロム源は、Ｃｒ_２Ｏ_３（好適には顔料グレードのＣｒ_２Ｏ_３）である。

酸化クロム及び水酸化クロムから成る群から選ばれる化合物は、所望により、固体炭素源を混合して、１，１００℃≦Ｔ_Ｒ≦１，５５０℃の温度Ｔ_Ｒに、好適には１，２００℃≦Ｔ_Ｒ≦１，４５０℃の温度Ｔ_Ｒに加熱され、所望により、この温度に維持される。下側の温度範囲では、９０％の有利な還元率を得るためには極めてＴ_Ｒの極めて長い保持時間が必要であるのに対し、上側の温度範囲では、保持時間はごく短く選ばれるか全く省略することができる。反応の全圧力は、有利には０．９５〜２バールである。炭化水素はＣＨ_４が有利である。少なくとも加熱操作中に、炭化水素分圧を少なくとも一時的に５〜５００ミリバールとすると有利である。残余のガス雰囲気は、水素が有利である。

水素及び炭化水素の作用は、少なくとも８００℃〜１，０５０℃の温度範囲で起きるのが有利である。この温度範囲では、炭化水素分圧は５〜５００ミリバールの範囲が有利である。出発物質から形成される反応混合物は、有利には少なくとも４５分、特に有利には少なくとも６０分、この温度範囲に置かれる。この時間には、加熱工程及びこの温度範囲におけるあらゆる等温保持段階が含まれる。本発明による方法条件によって、有利にはＴ_Ｒ未満の温度で、水素の存在下に、炭化水素が、酸化クロム及び水酸化クロムから成る群から選ばれる少なくとも１つの化合物と部分的に反応して、炭化クロムを形成することが保証される。有利な炭化クロムは、Ｃｒ_３Ｏ_２、Ｃｒ_７Ｏ_３及びＣｒ_２３Ｏ_６である。上記炭化水素分圧で生じる少なくとも部分的な炭化クロムの形成は、粉末特性に有利に作用する。上述の方法条件により、更に、炭化クロムが反応混合物中に存在し又は新たに添加される酸化クロム及び／又は水酸化クロムとともにクロム（Ｃｒ）に変換されることが保証される。このとき、このプロセスはＴ_Ｒで支配的である。

炭化水素は、反応系にガス状で、好ましくは固体炭素源の混合なしに、添加することができる。有利には、この場合、酸化クロム及び水酸化クロムから成る群から選ばれる化合物が、Ｈ_２−ＣＨ_４ガス混合物の少なくとも一時的な作用下に、還元される。Ｈ_２／ＣＨ_４体積比は、有利には、１〜２００、特に有利には１．５〜２０の範囲に選ばれる。この場合、Ｈ_２−ＣＨ_４ガス混合物の作用は、有利には、少なくとも一時的に、Ｔ_Ｒへの加熱段階中に行なわれ、その際、粉末形状の形成への影響は、特に、８５０〜１，０００℃の温度範囲が極めて有利である。約１，２００℃の温度に達すると、雰囲気が、（ガス供給の領域で測定して）好適には−４０℃未満の露点の純水素雰囲気に切り替えられると有利である。Ｔ_Ｒが１，２００℃未満であると、純水素雰囲気への切り替えは、Ｔ_Ｒ到達時に行なわれると有利である。Ｔ_Ｒでの等温段階及び室内温度への冷却は、有利には水素雰囲気で行なわれる。特に冷却時には、−４０℃未満の露点の水素を使用して再酸化を回避すると有利である。

一実施態様によれば、固体炭素源が酸化クロム及び／又は水酸化クロムに混合される。この場合、クロム化合物中
の酸素１モル毎に、０．７５〜１．２５モル、好適には０．９０〜１．０５モル、の炭素が使用される。これは、クロム化合物との反応に供される炭素の量を意味する。特に有利な実施変形例では、Ｏ：Ｃの比は、約０．９８であり、やや化学量論以下である。固体炭素源は、好適には、カーボンブラック、活性炭、黒鉛、炭素遊離化合物又はこれらの混合物の群から選ばれる。炭素遊離化合物の例としては、例えばＣｒ_３Ｏ_２、Ｃｒ_７Ｏ_３及びＣｒ_２３Ｏ_６等の炭化クロム、が挙げられる。粉末混合物は、Ｈ_２含有雰囲気中でＴ_Ｒに加熱される。この場合、Ｈ_２圧力は、好適には、少なくとも８００°〜１，０５０℃の温度範囲で、５〜５００ミリバールのＣＨ_４分圧が生じるように調整される。Ｔ_Ｒでの等温段階及び室内温度への冷却は、同様に有利には、水素雰囲気中で行なわれる。このプロセス段階中に炭化水素の存在は必要ない。水素は、このプロセス段階中及び冷却段階中に、再酸化プロセスを阻止する。冷却段階中は、好適には、露点が−４０℃未満の水素雰囲気が使用される。

本発明のその他の利点及び合目的的性は、以下の実施例の記載に基づき添付の図を参照して明らかにされる。

図１は、並行流デザインのインターコネクタの平面図である。 図２は、図１に示したインターコネクタの切断横断面図である。 図３は、端板の切断横断面図である。 図４は、有利なミクロ構造を有するインターコネクタの走査電子顕微鏡画像である。 図５は、従来のミクロ構造を有するインターコネクタの走査電子顕微鏡画像である。

図１は、並行流デザインの（矩形に形成された）インターコネクタ２の主面４の平面図である。主面４は、４つの周辺側端８、１０、１６、１８により境界が定められている。インターコネクタ２は、図示の主面４に、インターコネクタ２内に形成された構造物５を備えたフローフィールド６を、正確に１つ有している。フローフィールド６には、互いに対向する２つの側面に端部領域１２がそれぞれ接しており、この端部領域は、周辺側端８又は１０まで延びている。端部領域１２には、それぞれプロセスガスの供給及び排出用のスリット状開口１４が設けられている。残りの２つの側面では、フローフィールド６は、それぞれ周辺側端１６、１８まで延びている。フローフィールド６は、多数の尾根形状の隆起部２０とその間にある凹部２２を有しており、これらは、互いにほぼ平行に主延在方向２４に沿ってインターコネクタ２の一方の周辺側端１６からそれに対向する周辺側端１８まで一直線に延びている（図１には概略的にのみ示している。）。尾根形状の隆起部２０の側面は、凹部２２に向かってそれぞれ傾斜している（図２参照）。図２は、図１に示したインターコネクタ２のフローフィールド６の範囲における（図１のＡ−Ａ切断線に沿う）横断面図である。対向する主面２６には、同様に構造物３０を備えたフローフィールド２８が正確に１つ形成されており、構造物は、多数の尾根形状隆起部３２及びその間にある凹部３４を有する。周辺側端８、１０には、同様に（図示しない）端部領域が接している。この場合、両主面４、２６の構造物５、３０の主延在方向２４は、互いに平行に延びており、主面４の凹部２２は、他方の主面２６の隆起部３２にそれぞれ対向配置されるか、その逆である（空隙上に配置されている）。

図２に示すように、使用時に例えば隣接する燃料電池のアノードに面する主面２６の構造深さＳ_Ａは、使用時に例えば隣接する燃料電池のカソードに面する図１の主面４の構造深さＳ_Ｋよりも小さい。主面４又は２６に沿って測定される最大直径Ｄ_ｍａｘは、図示のインターコネクタの形状では、図１に示すように２つの対向するコーナー間の距離に相当する。最長側端の辺長Ｌ_ｍａｘは、図１に同様に示されている。フローフィールド６、２８の範囲の構造物５、３０とは関係しないコア領域の厚みは、図示のインターコネクタ２では、主面４、２６に沿って一定であり、従って最小厚さｄ_ｍｉｎ（図２参照）に相当する。インターコネクタ２の最大厚さｄ_ｍａｘは、図示の実施形態では、フローフィールド６、２８の範囲では、主面４、２６の面に垂直な厚み方向に見て隆起部２０、３２の距離に相当し、フローフィールド６、２８の範囲に亘って一定である。

図３には、端板３６の切断横断面が示されている。図１、図２に関連して説明したように、端板は、（図示の実施形態では）使用時に隣接する燃料電池のカソードに向いている主面４にのみ、構造物５を備えたフローフィールド６を有する。従って図３には、対応する部分には、図１、図２で用いたのと同じ符号が使用され、図１、図２の説明が援用される。図１、図２とは異なり、フローフィールド６の範囲では、一方の側でのみ構造物５がコア領域に接しており、その結果、コア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎ及び端板３６の最大厚さｄ_ｍａｘは、それぞれ凹部２２又は隆起部２０から対向する主面２６まで厚さ方向に沿って測定される（図３参照）。

以下に、本発明によるインターコネクタの製造のための実施例を説明する。この場合、種々の形状のインターコネクタが作られるが、これらは、すべて、１４０≦Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎ≦３５０の範囲の比Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎを有し、同時に十分な安定性を示す。特に以下に示した寸法を有するインターコネクタが作られた。

（ＢＥＴ法表面積の大きいクロム粉末の取得）
レーザー屈折で測定された平均粒径ｄ_５０＝０．９μｍ（図３の粉末モルフォロジー参照）を有する顔料グレード（ランクセス社、バイオキシドＣＧＮ−Ｒ）のＣｒ_２Ｏ_３の５００ｇをＨ_２（７５体積％）−ＣＨ_４（２５体積％）（流量１５０Ｌ／ｈ、圧力約１バール）中で、８００℃に８０分間、加熱した。続いて、反応混合物をゆっくりと１，２００℃に加熱したが、その際反応混合物は、３２５分間、８００〜１，２００℃の温度範囲にあった。その後、反応混合物を、２０分掛けて、Ｔ_Ｒ（Ｔ_Ｒ＝１，４００℃）に加熱した。１，４００℃での保持時間は１８０分であった。１，２００℃からＴ_Ｒへの加熱及びＴ_Ｒでの保持は、露点が−４０℃未満の乾燥水素の供給下に行なわれ、圧力は約１バールであった。炉の冷却は、同様に、露点が−４０℃未満のＨ_２下で行なわれた。容易に粉末に解凝集可能な金属スポンジが得られた。

（粉末バッチ）
続いて、微細Ｃｒ粉末９５重量％（ＢＥＴ法表面積０．０５ｍ^２／ｇ以上、粒径画分４５〜２５０μｍの流動性の良い粉末に顆粒化され、例えば上述のクロム粉末取得方法により作られたもの）及びＦｅＹマスター合金（Ｙ：０．８重量％、粒径が１００μｍ未満の合金）５重量％からなる粉末バッチが作られる。粉末バッチには、圧縮成形補助剤（ワックス）１重量％が添加される。続いてこの混合物は、１５分以上、回転筒ミキサで混合される。

（１回圧縮成形の実施例）
この混合物を鋳型に充填し、５００〜１，０００ＭＰａの特定の圧縮成形圧（この場合は、例えば８００ＭＰａ）で圧縮成形して圧粉体を得た。続いて、圧縮材の脱ろうの目的で、圧粉体の予備焼結が５００〜１，０００℃（この場合は、例えば９００℃）で、２０分間（最高温度での時間）水素雰囲気下に、コンベア炉で行なわれた。予備焼結後に、更なる緻密化と合金形成の目的で、部品の高温焼結が１，１００℃〜１，４５０℃（この場合、例えば１，４５０℃）で１〜７時間（最高温度での時間、この場合、例えば７時間）水素雰囲気下に行なわれた。続いて部品の酸化が９５０℃で１０〜３０時間（この場合は、例えば２０時間）実施され、存在するおそれのある残留気孔をなくし、透過性を十分に小さくする。酸化部品の表面は、酸化層が全面的なサンドブラスト工程により除去される。

（２回圧縮成形の実施例）
２段階圧縮成形工程の利点及び詳細な説明は、例えば米国特許第８１７３０６３Ｂ２号明細書に記載されている。クロム粉末取得及び粉末バッチの製造は、上述の説明のように行なわれる。圧縮成形工程を含む圧粉体の製造及び予備焼結の工程は、１回圧縮成形の実施例と同様に行なわれる。予備焼結後、予備焼結された部品の較正圧縮成形が５００〜１，０００ＭＰａの特定圧縮成形圧（この場合は、例えば８００ＭＰａ）で行なわれた。続いて高温焼結、酸化並びにサンドブラス工程による加工が１回圧縮成形の実施例と同様に実施される。

圧縮成形工程時の圧縮成形圧に関して補足すれば、ＢＥＴ法表面積の大きい（特に０．０５ｍ^２／ｇ以上）粉末を使用した場合及び例えば請求項１９に記載の方法により製造可能なスポンジ状の粉末を使用した場合（特に上述のクロム粉末取得法参照）、圧縮成形性が顕著に改良され、相応して低い圧縮成形圧で十分である。これは、製造コストに関して、そして、圧縮成形工具の摩耗をできるだけ少なくすることに関して有利である。フローフィールドの領域の最大厚さが２．５ｍｍの場合及び従来のアルミノテルミット法で作られたクロム粉末の場合は、典型的には、９００ＭＰａを超える圧縮成形圧が使用されるのに対し、有利な粉末を使用した場合、最大厚さ２．５ｍｍ及び２．２ｍｍに対しては６００ＭＰａで十分である。フローフィールドの領域の最大厚さが２．０ｍｍ及び１．８ｍｍでは、有利な粉末を使用する場合、僅か５００ＭＰａの圧縮成形圧で十分である。

更に、成形品は、ＢＥＴ法表面積の大きい（特に０．０５ｍ^２／ｇ以上）粉末を使用した場合及び例えば請求項１９に記載の方法により製造可能な（特に上述のクロム粉末取得法参照）スポンジ状の粉末を使用した場合、以下に、図４及び５を参照して説明するように、特に有利なミクロ構造を有する。図４は、このような有利なミクロ構造を有するインターコネクタの横断面の走査電子顕微鏡画像である。これと比較するために、図５には（アルミノテルミット法で作られたクロム粉末を使用し）従来法で作られたインターコネクタの同寸法の相応する画像が示されている。空孔又は金属酸化物で部分的に充填された気孔並びに酸化物含有層は、これらの写真では、周囲の金属マトリックスよりも黒く示されている。図４及び５から明らかなように、有利なミクロ構造は、微細に分布された気孔パターンにより明らかである。特に（空孔又は金属酸化物で部分的に充填された）大きな気孔及び酸化物封入物成分は極めて小さい。特に−それぞれ観察された空孔又は金属酸化物で部分的に充填された気孔及び酸化物含有物の特定の最小寸法に基づいて−それらの面積比率は、有利なミクロ構造における空孔又は金属酸化物で部分的に充填された気孔及び酸化物含有物の全面積に対して、以下の表に示すように（以下に記載する定量的画像分析法による評価で）、従来法で作られたインターコネクタよりも明らかに小さい。

（ミクロ構造を測定するための定量的画像分析の記述）
定量的画像分析のために、成形品をダイヤモンドワイヤ鋸で主面に垂直に約２０ｍｍのエッジ長のセグメントに切断した。切断面は、フローフィールドを横切るものとした。切断箇所は、水洗いしてから乾燥された。乾燥された切断箇所は、エポキシ樹脂に包埋された。少なくとも８時間の硬化時間後に、試料の切断エッジが金属組織学的に調整された。即ち、後に部品強度に関する検査が行なわれるようにされた。調合は以下の工程を含む。
・粒度２４０、３２０、４００、８００、１，０００、１，２００、２，４００グリットの固く結合したＳｉＣペーパーによる１５０〜２４０Ｎでの粉砕
・９μｍのＡｌ_２Ｏ_３のラッピングペーパー（Ｌａｅｐｐｐａｐｉｅｒ）による微粉砕
・最初に粒度３μｍ、次に１μｍのダイヤモンドサスペンションによる研磨
・粒度０．０４μｍのダイヤモンドサスペンションでの最終研磨
・超音波浴中での試料の洗浄
・試料の乾燥

各標本について、研磨面から、異なる代表的な領域の５つの画像を用意した。その際、各範囲は、コア領域内に選ばれた。これは、後方散乱電子（ＢＳＥ）の検出に四分円検知器を用いる走査型電子顕微鏡（ツァイス社、「ウルトラ プラス ５５」）により実施した。励起電圧は、２０ｋＶであり、傾斜角は０°であった。画像の焦点を合わせ、解像度は、画像解析を補正するために、少なくとも１０２４×７６８ピクセルでなければならない。コントラストは、細孔及び存在するいかなる酸化物介在物の両方ともが、金属マトリクスから明確に目立つように−上述のように−総括的に評価できるように選ばれた。画像の倍率は、各画像が少なくとも１００個の気孔／酸化物封入物を含むように選定した。これから本実施例の場合、０．０４〜０．２５ｍｍ^２の画像面積が得られた。

定量的画像解析は、ライカ社の「ＱＷｉｎ」ソフトウエアを用いて実施した。「ＱＸＣｏｕｎｔ」モジュールを使用した。各画像解析は、以下のステップによる。

・気孔中の開放気孔及び場合によって部分的に金属酸化物で充填された気孔の体積並びに酸化物封入物（即ち、開放気孔体積を有しない）が一緒に“気孔／酸化物封入物”として検知されるようにグレイスケール閾値を設定する。 ・測定フレーム、ここでは全画像領域、を固定する。
・測定のオプション：相当直径による分類
・検出調整：暗黒物体、孔充填、エッジ粒子除去、オープン リコンストラクト
撮影時にも撮像の分析時にもフィルタ機能は使用されない。「気孔／酸化物封入物」（上記に規定）が後方散乱電子像で金属マトリックスよりも暗く現れるので、検出調整時に「暗黒物体」は、「気孔／酸化物封入物」（上記に規定）として規定しなければならない。例えば、金属酸化物による気孔体積の部分的な充填に基づき、このような気孔体積と金属酸化物充填との組合せは、対象物、従って（上記の気孔／酸化物封入物の面積の評価用の）「面」とは検知されない。これらの組合せ及びそれらの面を総合面として検出するため「孔充填」オプションが利用される。「エッジ粒子除去」オプションにより、画像面の縁範囲における不完全な「気孔／酸化物封入物」（上記に規定）は、評価に斟酌されない。

各５つの画像を個別に分析したのち、全５画像のデータの統計的評価が行なわれた。この評価には次のパラメータが利用された。
・気孔の表面積比（％）
・気孔／酸化物封入物（上記に規定）の密度（ｌ／ｍｍ^２）
・個々の気孔／酸化物封入物の相当直径（μｍ）
・個々の気孔／酸化物封入物の面積（μｍ^２）

２ インターコネクタ
４ 主面
５ 構造物
６ フローフィールド
８ 周辺側端
１０ 周辺側端
１２ 端部領域
１４ スリット状開口
１６ 周辺側端
１８ 周辺側端
２０ 隆起部
２２ 凹部
２４ 主延在方向
２６ 主面
２８ フローフィールド
３０ 構造物
３２ 隆起部
３４ 凹部
３６ 端板

Claims (18)

1. 電気化学セル用のインターコネクタ（２）又は端板（３６）を形成する粉末冶金成形品であって、
   該成形品が、
   ・少なくとも８０重量％のクロムを含有し、
   ・板状の基本形状及び成形品の一方又は両方の主面（４、２６）上に形成されたプロセスガスを案内するための１つ又は複数のフローフィールド（６、２８）を有し、
   ここで前記主面（４、２６）がフローフィールド（６、２８）の領域に、それぞれ成形品内において、成形品外部に向かって形成された多数のノブ状又は尾根形状の隆起部（２０、３２）とその間にある凹部（２２、３４）とを備えた構造物（５、３０）を有し、
   成形品の前記主面（４、２６）に沿って測定された最大直径Ｄ_ｍａｘが３２０ｍｍ以下であり、この最大直径Ｄ _ｍａｘ の、フローフィールド（６、２８）に沿って延在し、一主面又は両主面から成形体内部に突出する凹部が届かず、従って、構造物（５、３０）の形成に関与しない成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎ に対する比が１４０≦Ｄ_ｍａｘ／ｄ_ｍｉｎ≦３５０の範囲にあり、ｇ表示した成形品の全重量のｃｍ^２表示した主面のサイズに対する比が１．１（ｇ／ｃｍ ^２ ）以下であることを特徴とする成形品。
2. 成形品の両主面（４、２６）に、それぞれ正確に１つのフローフィールド（６、２８）が、フローフィールド（６、２８）を完全に又は部分的に囲む端部領域（１２）を有して又は有しないで、形成されることを特徴とする請求項１に記載の成形品。
3. 成形品の両主面（４、２６）にそれぞれフローフィールド（６，２８）が形成され、互いに対向するフローフィールド（６、２８）の構造物（５、３０）が主面（４、２６）に沿ってほぼ互いに平行にある主延在方向を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形品。
4. 成形品が４つの周辺側端（８、１０、１６、１８）を有し、そのうちそれぞれ互いに対向する２つの周辺側端（８、１０、１６，１８）が互いに平行にあり、最長周辺側端の辺長Ｌ_ｍａｘ の成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎ に対する比が１１０以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形品。
5. ｍｍ^２（平方ミリメートル）表示した主面（４、２６）の面積のｍｍ（ミリメートル）表示した成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎ に対する比が１．３×１０^４ （ｍｍ）以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形品。
6. フローフィールド（６、２８）の領域の成形品の最大厚さｄ_ｍａｘが２．３ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形品。
7. 成形品のコア領域の最小厚さｄ_ｍｉｎが１．１ｍｍ（ミリメートル）以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形品。
8. 成形品の主面（４、２６）に沿って測定された最大直径Ｄ_ｍａｘが２００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の成形品。
9. コア領域において、それぞれ１００μｍ ^２ （平方マイクロメートル）以上の面積を有する空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の表面積の、空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の全面積に対する比率が、成形品のコア領域を厚み方向に沿った切断面に置かれた測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって評価して、６０％以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形品。
10. コア領域において、それぞれ７０μｍ^２（平方マイクロメートル）以上の面積を有する空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の表面積の、空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の全面積に対する比率が、成形品のコア領域を厚み方向に沿った切断面に置かれた測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって評価して、７０％以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の成形品。
11. コア領域においてそれぞれ５０μｍ^２（平方マイクロメートル）以上の面積を有する空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の表面積の、空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の全面積に対する比率が、成形品のコア領域を厚み方向に沿った切断面に置かれた測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって評価して、８０％以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成形品。
12. コア領域において空孔及び部分的に金属酸化物で充填された気孔並びに酸化物封入物の表面積比率Ｐが、それらが完全に観察測定面内にある場合、この測定面の全面積に対して、成形品のコア領域を厚み方向に沿った切断面に置かれた測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって評価して、８０％≦（１−Ｐ）≦９５％であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の成形品。
13. コア領域に空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の均一分布があり、コア領域における空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔と酸化物封入物の平均距離λが９μｍ以下であり、平均距離λは、次式
    
    により算出され、ここで２ａは、気孔又は酸化物封入物の平均相当直径、Ｐは、完全に観察測定面内にある限り、空孔又は部分的に金属酸化物で充填された気孔及び酸化物封入物の表面積比率であり、値２ａ及びＰは、成形品のコア領域を厚み方向に沿った切断面に置かれた測定面の走査電子顕微鏡撮影による定量的画像分析によって評価されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成形品。
14. 次の工程Ａ）全金属含有量に基づいて８０重量％以上のクロム含有量を有し、クロム含有粉末の少なくとも一部のＢＥＴ法表面積が０．０５ｍ^２／ｇ以上である粉末バッチを準備する工程、
    Ｂ）この粉末バッチを圧粉体に圧縮成形する工程、Ｃ）圧粉体を１，１００から１，５００℃で焼結する工程を有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の粉末冶金成形品の製造方法。
15. 圧縮成形工程（工程Ｂ）と焼結工程（工程Ｃ）との間に、圧粉体の５００〜１，０００℃での予備焼結が行なわれることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 焼結工程（工程Ｃ）後に得られた成形品を酸素源の存在下に酸化し、続いて酸化層を成形品表面の少なくとも一部から除去することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 圧縮成形工程（工程Ｂ）が成形品の製造中に実施される唯一の圧縮成形工程を形成することを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 粉末バッチ準備工程（工程Ａ）の枠内で、ＢＥＴ法表面積が０．０５ｍ^２／ｇ以上でありクロム含有量が９０重量％以上であるクロム含有粉末が、酸化クロム及び水酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの化合物の還元により、固体炭素源を添加して又は添加なしに、水素及び炭化水素の少なくとも一時的作用下に製造され、少なくとも部分的に粉末バッチに添加されることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の方法。