JPH10500618A - 高温用途のための金属フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｆe₃Ａl相からＦeＡl相に対応する濃度範囲を有し、かつ約１．６以下のバブルポイントをもつ、鉄アルミニウムの合金組成物からなる焼結された金属粒子を含む改良耐腐食性を有する多孔質金属フィルターが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 高温用途のための金属フィルター 技術分野： 本発明は、流動体、すなわち液体又はガスから１以上の物質例えば微細な固形 物を除去するためのフィルター及び該フィルターの製造方法に関する。特に、本 発明は、高められた温度及び圧力の腐食環境等の悪条件下にて有用な金属フィル ター及びそのような金属フィルターの製造方法に関する。 背景技術： 金属フィルターが、種々の用途に長く使われた。例えば、焼結させた金属粒状 物、例えばステンレス鋼粉末から調製された多孔質のステンレス鋼フィルターは 、高い圧力降下が許容される種々のプロセス、及び比較的細かい濾過能力を機械 強度、高温耐性及び／又は薬品侵食耐性と組み合わせなければならない用途にお ける使用が見出されてきた。現在入手可能なステンレス鋼フィルターが多数の用 途に適用できる一方、それら及び他の現在入手可能なフィルターは、ある種の不 利な環境、例えば、イオウ含有化石燃料、例えば、酸性粗原料及び石炭の処理、 接触分解、汚染された炭化水素の濾過、スタック洗浄系等のための高温プロセス において、重大な欠点を有する。イオウ含有環境は、特に、通常のステンレス鋼 フィルター構造物に対して腐食性でありかつ破壊性である。 従来の金属フィルター、典型的には、オーステナイトステンレス鋼から調製さ れたフィルター、例えば３００シリーズは、比較的広い表面積及びパイプ又は容 器壁に相対したフィルター構造物の浸透性のために、イオウの存在下にて、高温 で急速に浸食する。腐食科学を熟知している熟練者は、鋼の組構造間のへイオウ の進入が、鉄サルフェート、鉄サルファイト、黄鉄鉱等の反応性生成物をもたら し、それらが、曝された鋼構造の分解を早めるということに気づいている。要約 すると、このようなフィル ターは、高温の、酸化環境、還元スルフィド化環境及び流動触媒分解用途におい て、長い作業耐用寿命を有さない。 化石燃料の処理のようなプロセスは典型的には高められた圧力並びに高温にて 行われるので、機器へのとても重大な損傷の、さらには突発故障の可能性がこの ようなプロセスでは常にある。フィルター構造物が高いレベルの緊張に曝される 特定の用途は、逆流またはジェットパルシング（jet pulsing）によりバックフ ァイヤ技術をフィルターの周期的なクリーニングのために利用するプロセスに存 在する。0.1〜20.0ポンド／平方インチ（psi）（7.0〜1410 g/cm²）、より典型 的には、0.1〜10psi（7.0〜705 g/cm²）の差圧が、フィルターの表面上に形成 された固形物を除去するバックファイヤープロセスを実行するために、順流及び 逆流にて用いられる。フィルターが連続的にイオウ存在下で高温にさらされる系 においてこのようなプロセスが実行されるときは、突発故障の可能性が高まる。 発明の開示： 本発明は、不利な化学環境例えば高いイオウレベルともに高温及び高圧になる 用途における、変質／腐食に対して優れた耐性を有する金属フィルターに向けら れている。本発明によって、ＦeＡl相からＦe₃Ａl相までに対応する濃度範囲を 有しかつ約1.6あるいはそれ未満のバブルポイントを有する鉄アルミニウム（iro n aluminide）の合金組成物から成る焼結された金属粒子を含む改良された耐腐 食性質を備えていている多孔質の金属フィルターが提供される。 本発明の目的は、このような用途のために要求される性質を有し、かつ、高い 差圧に耐えることができ、そして、特にはフィルターを洗浄しかつ系からフィル ター上に形成された固形物をパージするために、このようなフィルターが繰り返 し逆流（バックファイヤー）又はジェットパルシングに周期的に曝す過酷な条件 に耐えることができるフィルターを提供することである。 本発明に従って、多孔質の金属フィルターが提供され、そして特には、現在入 手可能な金属フィルターに関して上記した制限を実質的に克服する、継目のない 多孔質の金属フィルターが提供される。本発明に従うフィルターは、より長い操 業寿命及び均 一のバックファイヤー特性とともに実質的に均一の多孔性質を有し、このことは 、本発明のフィルターを、遭遇する悪環境が従来の金属フィルターの突発故障を 結果しうるところのガス濾過用途において特に望ましものとする。本発明に従う 金属フィルターは、種々の形態及び形状を有することができるが、好ましくは、 継目のない、中空又は円筒状の、多孔質の構造物（好ましくは、均一の直径、厚 さ及び多孔質の構造物）であり、以下に記すタイプの腐食耐性の焼結された金属 粒子、つまり鉄アルミニウム合金を含み、そこでは個々の合金粒子が互いに結合 している。多孔質の金属粒子は、好ましくは1.6又はそれ未満のバブルポイント 比を有する。 本発明の腐食耐性合金組成物は、Ｆe₃Ａl相からＦeＡl相を有している鉄アル ミニウム組成物に相当するが、好ましい合金組成物は、鉄、アルミニウム、クロ ム及びホウ素を含む。他の元素、例えばモリブデン、マグネシウム、ニオブ、ジ ルコニウム、チタン、バナジウム及びイットリウム、及び希土類元素は、異なる 合金性能特性を改良するために加えられることができる。本発明における使用に 適したいくつかの合金は、ＭcＫameyら米国特許第4,961,903号明細書において記 載されたタイプの合金である（この明細書は引用することにより本明細書の一部 である）。 製造に好ましい方法は、安定な、好ましくはチキソトロピーの鉄アルミニウム の懸濁物を形成するであろう。好ましい円筒状の、継目のない金属フィルターは 、得られたスラリーをセラミックコアに注いで、コアを回転させて粉末をコアの 内壁にかためることにより形成されうる。さらに加工した後、形成された管を乾 燥させ、場合により密度を高め、そして真空焼結する。それ後、焼結された管は 、Ｋoehler、米国特許第4,822,692号明細書の教示に従ってフィルターへと二次 加工される（この明細書は引用することにより本明細書の一部である）。 本発明の他の客体及び利点は、以下に示す詳細な説明より明らかとなろう。し かしながら、本発明の考え及び範囲内における種々の変更及び改変は詳細な説明 より明らかとなるので、詳細な説明及び特定の実施態様は説明のみのために示し たものであるということが理解されるべきである。 図面の簡単な説明： 図１は、２つの鉄アルミニウム合金から製造された孔質媒体の時間に対する重 量の増加を、クロムの有無で、高温で、Ｈ₂Ｓの還元性雰囲気に曝したのち比較 した図である。 図２は、時間に対して、２つの鉄アルミニウム多孔質媒体を横切っての圧降下 の増加を、クロムの有無にて、高温で、Ｈ₂Ｓの還元性雰囲気に曝したのち比較 した図である。 図３は、時間に対して、２つの鉄アルミニウムフィルター媒体の重量の増加を 、クロムの有無にて、ＳＯ₂含有の酸化雰囲気に曝したのち、流動接触分解系の それらをシュミレーションする条件下にて比較した図である。 図４は、時間に対して、２つの鉄アルミニウム金属媒体を横切っての圧降下の 増加を、クロムの有無にて、高温でＳＯ₂含有の酸化雰囲気に曝したのち、流動 層接触分解系のそれらをシュミレーションする条件下にて比較した図である。 発明の実施の態様： 本発明に従う金属フィルター、平らなシートフィルター及び特に好ましい継目 なし金属フィルターはともに、金属粒状物の安定化された懸濁物を用いて調製さ れる。安定化された懸濁物は、液媒体、金属粒状物、安定剤及び結合剤から成る 。別個の成分が安定剤及び結合剤として用いられ得るが、好ましくは、単一の成 分が金属粒状物の分散の安定化のため、及び懸濁物の乾燥後に、要求された「生 の」又は焼結されていない強度を提供するために粒子をお互いに結合させるよう に働く、すなわち、分散の安定剤として働く物質はまた、好ましくは、懸濁物の 乾燥後の生の強度を提供する結合剤である。本発明に最も適していると定められ た合金をここに記載する。その後、その調製方法を、詳細に述べる。 本プロセス系においての使用が示唆される合金は、公知の物質と比べて、増加 した室温延性、酸化及びイオウ含有環境に対する耐性、及び高温強度を有する。 したがって、この系の合金は、例えば接触分解プロセス及びスタックガス洗浄系 において適用できると思われる。 米国特許第4,961,903号明細書にＭcＫameyらによって記載されたタイプと同様 の複 合合金は、悪環境における使用のためにかなり適している。それらの合金は、ク ロム、及び選択された添加物、すなわちホウ素、モリブデン、ニオブ、ジルコニ ウム、バナジウム、炭素、イットリウムを持つこと以外は、Ｆe₃Ａlの組成をも つ。本発明の複合合金は、Ｆe₃Ａl相からＦeＡl相まで組成範囲の鉄アルミニウ ムを含む。本発明の組成物はまた、好ましくは他の元素を含む。例えば、この好 ましい改善された合金の組成範囲は、原子百分率で、23-56 Ａl、0.5-12.5 Ｃ r、5.0までのＭo、１までのＮb、0.5までのＺr、0.3までのＢ及び／又はＣ、0.5 までのＶ、0.1までのＹ、0.1までの希土類例えばＣe、残部のＦeである。より好 ましくは、合金の成分の濃度範囲は、原子百分率にて、合金の成分の濃縮範囲は 、24-55 Ａl、1-7.5 Ｃr、0-3 Ｍo、１までのＮb、0.5までのＺr、0.02-0.3 Ｂ 及び／又Ｃ、0.5までのＶ、0.1までのＹ、0.1までの希土類例えばＣe、残部のＦ eである。この合金の最適濃度範囲は、原子百分率で、26-52 Ａl、1.5-6 Ｃr、0 -2 Ｍo、１までのＮb、0.5までのＺr、0.02-0.3 Ｂ及び／又はＣ、0.5までのＶ 、0.1までのＹ、0.04までの希土類、例えばＣe、残部のＦeである。鉄／アルミ ニウムベースの組成物に対する添加物の全量は、約２〜約１４原子百分率の範囲 である。 これらの組成範囲内で合金は、少なくとも改変クロム−モリブテン鋼及びタイ プ３１６ステンレス鋼のそれに匹敵する、約１０％延びまでの室温延性及び６０ ０°Ｃでの極限強度を示した。本発明において使われる合金の耐酸化性は、タイ プ３１６ステンレス鋼のそれに比べて遥かに優れている。個々の添加剤を持つ合 金のテストは、室温及び６００°Ｃでともに、強度の改善が、モリブデン、ジル コニウム又はニオブの添加により得られることを示した。しかしながら、これら の同じ添加剤は、室温延性を減じる傾向がある。モリブデンは、クリープ破断寿 命の著しい増加（２００時間までの）を示し、このことは、いくつかのオーステ ナイトステンレス鋼と同等である。クロムの添加にみで、室温延性における実質 的な増加を生み出す。 本合金は、８００°Ｃ〜１０００°Ｃでの空気中における耐酸化性に関して、 タイプ３１６ステンレス鋼に比べて有利である。本発明のクロム含有鉄アルミニ ウム合金は、高温で改善された耐食性を示す。すなわち、本発明の鉄アルミニウ ム組成物は、約0.5〜約12.5原子百分率のクロム、好ましくは約1.0〜約7.5原子 百分率のクロム、最も好ましくは約1.5〜6.0原子百分率のクロムを含んでおり、 工業用途において遭 遇される多くの状況において用いられてとき、高温にて高い耐食性を示す。従っ て、水分の存在下にて、本発明のクロム含有鉄アルミニウム合金は、高温、典型 的には約８００°Ｆを超える温度にて、顕著な耐食性を示す。いくつかの合金は 、破砕片に対して酸化コーティング傾向を示す。ニオブ又はイットリウムが本合 金に含まれたときは、破砕は、十分に最小にされ、そして防がれることさえある 。８００°Ｃでのほぼ100時間の酸化の後、316ステンレス鋼の重量損失（約1.0 mg/cm²）は、試験片表面から酸化物スケールの破砕による。 対照的に、金属フィルターでの使用が示唆される合金は、その重量の約１／４の 重量損失を示す。 延性強度と耐食性との最良の妥協を与える優れた合金の示唆される鉄アルミニ ウム組成の範囲は、主成分の鉄、23-56原子百分率のアルミニウム、12.5原子百 分率までのクロム、及び約0.3〜約５原子百分率のモリブテン、ニオブ、ジルコ ニウム、ホウ素、炭素、バナジウム、イットリウム、希土類例えばセリウム及び それらの混合物から選ばれる添加剤からなる。特には、改善された鉄アルミニウ ムは、主として鉄からなる組成、すなわち、原子百分率で表して、23-56 Ａl、 12.5までのＣr、５までのＭo、１までのＮb、0.5までのＺr、0.02-0.3 Ｂ及び／ 又はＣ、0.5までのＶ、0.1までのＹ、約0.1までの希土類例えばＣe、及び残部の 鉄からなる組成によって提供される。好ましくは、本合金の組成の濃度範囲は、 原子百分率で、24-55のＡl、1-7.5のＣr、0-3のＭo、１までのＮb、0.5までのＺ r、0.02-0.3のＢ及び／又はＣ、0.5までのＶ、0.1までのＹ、0.1までの希土類例 えばＣe、及び残部のＦeである。この組成範囲内の好ましい合金の群は、主とし て、約26-50原子％のＡl、２-５原子％のＣr、２原子％までのＭo、１原子％ま でのＮb、0.2原子％までのＺr、0.3原子％までのＢ及び／又はＣ、0.05原子％ま でのイットリウム、0.2原子％までのＶ、0.1原子％までのＣe、及び残部の鉄か らなる。 特定の典型的な合金を、まず重量パーセントにて、ついで原子百分率にて以下に 示す。本発明においての使用に好ましい合金は、重量パーセントにて以下の通り である。 Ｆe,15.7 Ａl,4.3 Ｃr,1.9 Ｎb,0.01 Ｂ Ｆe,15.8 Ａl,2.2 Ｃr,2 Ｍo,0.01 Ｂ Ｆe,15.6 Ａl, 4 Ｍo,0.2 Ｚr,0.5 Ｃ Ｆe,14.5 Ａl,4.3 Ｃr,1.9 Ｎb,0.2 Ｚr,0.04 Ｂ Ｆe,15.9 Ａl,4.4 Ｃr,0.06 Ｙ Ｆe,15.1 Ａl,4.3 Ｃr,1.5 Ｎb,0.01 Ｂ,0.2 Ｍo Ｆe,17.1 Ａl,2.2 Ｃr,0.6 Ｎb， 0.2 Ｍo,0.2 Ｚr,0.01 Ｂ,0.06 Ｙ Ｆe,15.9 Ａl,5.5 Ｃr,0.2 Ｚr,0.05 Ｂ Ｆe,15.8 Ａl,2.2 Ｃr,1.0 Ｎb,0.01 Ｂ Ｆe,15.8 Ａl,5.4 Ｃr,1.0 Ｎb,0.01 Ｂ,0.2 Ｖ Ｆe,24.2 Ａl,2.3 Ｃr,2.2 Ｍo,0.01 Ｂ Ｆe,32.3 Ａl,2.5 Ｃr,2.3 Ｍo,0.01 Ｂ そして、対応する原子百分率においてそれぞれ以下の通りである。 Ｆe,28 Ａl,4 Ｃr,1 Ｎb,0.05 Ｂ, Ｆe,28 Ａl,2 Ｃr,1 Ｍo,0.05 Ｂ Ｆe,28 Ａl,2 Ｍo,0.1 Ｚr,0.2 Ｃ Ｆe,26 Ａl,4 Ｃr, 1 Ｎb,0.1 Ｚr,0.2 Ｂ Ｆe,28 Ａl,4 Ｃr,0.03 Ｙ Ｆe,27 Ａl,4 Ｃr,0.8 Ｎb,0.05 Ｂ,0.1 Ｍo Ｆe,30 Ａl,2 Ｃr,0.3 Ｎb,0.1 Ｍo, 0.1 Ｚr,0.05 Ｂ,0.03 Ｙ Ｆe,28 Ａl,5 Ｃr,0.1 Ｚr,0.2 Ｂ Ｆe,28 Ａl,2 Ｃr,0.5 Ｎb,0.05 Ｂ Ｆe,28 Ａl,5 Ｃr,0.5 Ｎb,0.05 Ｂ,0.2 Ｖ Ｆe,40 Ａl,2 Ｃr,1 Ｍo,0.05 Ｂ Ｆe,50 Ａl,2 Ｃr,1 Ｍo,0.05 Ｂ 本発明の好ましいフィルター構造製造物、つまり上記の定義した合金を用いる 継目なしフィルター構造物に話を移すと、焼結された金属孔質フィルター構造物 は、ある種の改変を条件として米国特許第4,822,692号明細書に従って生産され ることができる。本発明のプロセスにおいて、焼結ステップは、一般的に、約11 49〜約1316℃（約2100〜約2400°Ｆ）の範囲において実施される。典型的に、こ れは２段階プロ セスにてなされる。最初に、生の構造物を、約1173°Ｃ（約2145°Ｆ）で約１時 間、減圧下にて、予備的な「浸漬」に付する。この浸漬後すぐに、温度を、２０ 分間で約1229°Ｃ（2245°Ｆ）まで上昇させる。それ後、得られた焼結されたフ ィルターを冷却する。また、少しばかり大きな強度を得るためには、多孔性を犠 牲にするが、わずかに高い温度、たとえば約1243°Ｃ（2270°Ｆ）まで温度上昇 することが望まれうる。平らなシートフィルターはまた、米国特許第5,149,360 号明細書にＫoehlerらによって記載された方法（ただし、変更を以下に記す）に よって調製されうる（この明細書は引用することにより本明細書の一部である） 。 金属粒子の形は、一般的に重要ではない。粒子の形状は、不規則な、樹枝状、 針状又は球状であり得るが、不規則が好ましい。粒子サイズは、一般的に、約１ 〜約150μｍの間であるが、狭い粒子サイズ範囲が好ましい。米国標準スクリー ンサイズで、-100、+325の粒子サイズ（約40〜147μｍに対応する）が好ましい 。選択された粒子サイズは、得られるフィルターの多孔度に寄与する。たとえば 、公称粒子サイズ百分率は、44μｍ未満が1.5％未満、44μｍ〜53μｍが3.0 ％ 、53μｍ〜74μｍが26.1％、74μｍ〜104μｍが35.5％、104μｍ〜147μｍが33. 4％、147μm以上が0.5％である。より粗いフィルターは、より高い範囲（最高30 0μｍ）の粒子から作ることができる。 基本的に、本発明の主体のフィルターの調製において、有機又は無機の安定化 ／結合剤が、液媒体好ましくは水と、液媒体中にて安定化結合剤の必要濃度を提 供する量にて組み合わされる。金属粒状物と液媒体との重量比は、典型的には、 約０．５：１から好ましくは１：１である。 安定化／結合剤としては、ポリアクリル酸が好ましい（Ｂ.Ｆ.グッドリッチケ ミカルカンパニーから商品名ＣＡＲＢＯＰＯＬとして入手可能である）。以下で 論ずるように安定化/結合剤は好ましくは、混合物すなわち安定化/結合剤と液体 媒体の混合物の約０．１から２．０重量％から成る。好ましい安定化/結合剤は カルボポール９３４であり、これは媒体へ比較的高い粘度を提供する。例えば、 カルボポール９３４／水混合物においては、カルボポール９３４が０．３５重量 ％（水の重量を基準）から成るが粘度は２０°Ｃにおいて約７５０センチポイズ である。カルボポール９３４が混合物の０．９％（水の重量を基準）から成ると きには混合物の粘度は約１，２００セン チポイズである。カルボポール９３４と水の混合物は、その組合わせが実質的に 一定した粘度をもつ組成物を与えるので、すなわち、これらの成分の混合物は容 易に再現し得る粘度を組成物に与えるので、好ましい。 安定化懸濁体中で懸濁されるべき金属粒状物の最も大きい粒子の直径を基準に して、懸濁物に十分な安定性を与える安定化／結合剤−液媒体混合物の粘度値を きめることができる。本発明による安定化懸濁物の所望粘度は、懸濁物が、金属 粒状物を、懸濁状で保持しそれによって円筒状のセラミックの回転容器中で生じ る遠心力下に置かれる前は実質上均一に分散されたままに保持するような粘度で ある。安定化/結合剤−液体媒体混合物の所望粘度を知ると、混合物調製におい て使用されるべきこれらの成分の相対量をきめることができる。従って、使用さ れるべき液媒体と混合するときに、使用される成分の相対量に関して比較的安定 したバルク粘度(bulk viscosiry)と、懸濁物全体にわたって比較的一定した粘度 値をもつ懸濁物を生成する安定化／結合剤を使用することが望ましい。安定化／ 結合剤と液媒体（ここではときには担体とよぶ）との組合わせは好ましくは、安 定化／結合剤の均一分散が得られるまで混合される。次いで金属粒状物質を添加 し、安定化／結合剤−液媒体混合物と混合して、担体中で金属粒状物の均質安定 化分散体または懸濁物を提供する。金属粒状物と担体、すなわち、安定化懸濁物 の他成分との重量比は代表的には約５：１から約０．５：１、好ましくは約１： １である。この比は主として多孔質物品の所望の厚さと型あるいは容器の内容積 に依存する。 与えられた金属物品に必要とされる粒状金属粉の量は次の関係によってきめる ことができる： 粒状金属粉末必要量(重量)=Ｖａ・ｐ・Ｋ ここで、Ｖａ＝仕上りの継目なし多孔質金属物品の環状体容積、すなわち、構造 物の壁によって占有される容積； ｐ＝金属粒状粉末の見掛け密度；および、 Ｋ＝収縮係数。 収縮係数、Ｋ、は形成される構造物の壁厚さを焼結前後において測定すること によって経験的にきめられる。 分散金属粒状物の安定化懸濁物の粘度は好ましくはゲル度以下であり、従って 、処 理の容易さのため、その安定化懸濁物は注ぐことができる。しかし、比較的大き い粒子を用いるときにはゲル化した安定化懸濁物と高速回転が好ましいかもしれ ない。 いくつかの系については、安定化／結合剤を含む液媒体の中の金属粒状物懸濁 物は徹底的な混合を完了したのちに安定である。「安定」あるいは「安定化」と は、金属粒状物質が懸濁状にありかつ所望構造物の形成に悪い影響を及ぼす早さ の速度で沈降することがないことを意味する。すなわち、粒状物の沈降あるいは 水ひは回転開始前にはおこらない。 多くの応用については、安定化／結合剤を仕立てるのに追加成分を添加するこ とが好ましい。例えば、カルボポール９３４への中和用塩基、水酸化アンモニウ ム、の添加又はコロイドアルミナ（以下に記載）への中和用酸、例えば硝酸の添 加は、安定化懸濁物を中和し粘度を十分な実質的程度へと上げるのに役立つ。こ のような系はきわめてシクソトロープ性であり、すなわち、それらはかき乱され ないときには（低せん断条件では）きわめて高い見掛け粘度をもち、従って懸濁 粒状物の沈降が遅延される。はげしく撹拌されると低い有効粘度をもち、従って 金属粒状物の分散にきわめて有効である。これらの懸濁体はきわめて安定である ので、それらは使用時点より前以て、金属粒状物を沈降させることなく調製され うる。あるいはまた、懸濁体を仕立てる別の成分の添加を必要としない安定化／ 結合剤も使用してよい。カルボポール９３４は、好ましい安定化／結合剤であり 、中和剤を添加して使用してもよくあるいは添加せずに使用してもよい。例えば 腐触に敏感な金属流状物の場合には中和されたカルボポール９３４はその酸度が より低くなるので好ましい。その他の場合には、粘度増加剤を使って懸濁物を安 定化するのを助けることが好ましいかもしれない。 金属粒状物懸濁物を安定化するのに役立ちそしてまた液媒体が乾燥によって除 かれるるときに結合剤として作用する各種の増粘剤を使用してもよい。カルボポ ール（ポリアクリル酸）が特に望ましい。前記のとおり、カルボポール９３４が 特に好ましい。カルボポール９３４は約１，２５０，０００の分子量をもつ。そ れは約３，０００，０００の分子量をもつ。使用できる他の有機物質はカルボキ シメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、 ナトリウムカルボキシメチルセルロース、グアーガム、アルギン酸塩、メチルセ ルロース、およびイナゴビーンガムを含む。一般的には水を液媒体として使用す るときには焼結前または焼結中に実 質上完全に揮発し及び／または分解する水と相溶性の安定化／結合剤を用いても よい。 いくつかの無機物質もまたかなり効果的である。そのような物質の例は、珪酸 ナトリウム、珪酸カリウム、アルミン酸ナトリウム及びコロイドアルミナを含み 、コロイドアルミナが最も好ましい。 本発明の好まし方法を構成する実施態様を実施する際には、所望の形状の容器 又は型、好ましくは細長い、中空の、円筒状の容器に、少なくとも一部、好まし くは完全に、分散された金属粒子の安定化懸濁物を満たす。容器または型はプロ セスにおいて用いる焼結温度に耐え得るいかなる物質で形成してもよい。使用で きる物質の例は炭化珪素、窒化珪系、モリブデンおよび各種セラミックを含む。 しかし、金属粒状物の熱膨脹係数は容器または型よりも実質的に大きくなければ ならないこれは焼結工程中にぎっしり詰まった粒状物構造物のために良好な支持 を維持するのに必要である。金属粒状物より小さい熱膨脹係数をもつ容器または 鋳型は焼結工程を実施するときに乾燥金属粒状物構造物ほどに膨脹しない。その 結果、金属粒状物は鋳型壁中へ押し入る傾向があり、それによって焼結が完了す るまで構造体の形状とぎっしり詰った性質を維持する。好ましくは、金属粒状物 の熱膨脹係数は容器または型の少なくとも約1.5倍である。例えば好ましいセラ ミック容器又は型については、以下で論ずるとおり、熱膨脹係数は一般には約１ ．０×１０^-6から約４．０×１０^-6インチ／インチ／°F)の範囲内にある。好ま しい金属粒状物については、熱膨脹係数は実質的にステンレス鉱ＳＳ３１６（５ ００°Ｃ毎に約１％）に相当する。 上記のとおり、セラミツクチューブは型または容器としての用途に好ましい構 造体である。公差の小さい円筒状セラミック・チューブが利用でき、それはきわ めて均質の継目なし多孔質金属円筒状物品を製造させる。その上、セラミック・ チューブは焼結プロセスによって悪い影響を受けることがなく、形成される金属 物品は焼結段階の結果セラミック物質へ付着することがない。従って、容器は再 使用できる。セラミツクチューブの組成物のいくつかの例は次のとおりである： （ａ）完全密度(full density)まで押出した９９．８％のＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ） ； （ｂ）完全密度まで押出した９６．０％のＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）； （ｃ）完全密度まで押出した８５％ムライトと１５．０％ガラス； （ｄ）完全密度まで押出した１００％ムライト； （ｅ）スリップ鋳造を行ない８０％密度まで等方プレスした８０％のＡｌ₂Ｏ₃と ２０％のＳｉＯ₂。 上記(c)によって規定されるセラミックの組成物は本発明による用途に最も好 ましいものである。この物質のセラミックチューブは比較的長い長さにわたって 良好な寸法公差を示す。例えば、この組成のセラミックチューブは線フィートあ たり約０．０５ｃｍ（０．０２０インチ）より大きくない変動でかつの壁の厚さ の変動が約０．０１２ｃｍ（０．００５インチ）より大きくない２．５４から１ ５．２ｃｍ（１から６インチ）の直径をもつチューブで、標準反り（曲）公差に て、利用できる、すなわち、内径対外径の同心性は０．０１２ｃｍ（０．００５ インチ）より大きくない。セラミックチューブの壁の厚さが増すにつれて、直径 公差はさらにきつくなる。これらのきつい公差をもつセラミツクチューブを使っ て形成される多孔質物品は比較的きつい公差をもつ。 分散金属粒状物の安定化懸濁物を容器へ添加する前に、容器の一端は好ましく は例えばゴム栓あるいは他の適当手段で以て封鎖される。添加されるべき分散金 属粒子の安定化懸濁物の量は好ましくは容器を実質上完全に充満させるのに必要 な量である。充満された容器が好ましく、なぜならば、金属粒子のより均質な分 布を与えより均質な多孔質構造をもたらすからである。さらに、完全に充満され た容器は始動を助け、なぜならば、重心の中心と円筒の長軸とより一層一致する からである。安定化懸濁物を容器へ添加後、容器を密封し、容器をその長軸の周 りで回転させ得る構造の上に、好ましくは容器を実質上水平位置において、とり つける。例えば、クラウシング旋盤のような機械旋盤あるいはスピンドルを使用 してよい。容器あるいは型を十分な高速で何転させて、形成される構造物の内壁 において約１００Ｇに等しいかそれより大きく、より好ましくは約１１０Ｇ、最 も好ましくは約１１５Ｇの重力に等しい遠心加速度を与えて適切な圧縮を与える 。これは所要の均質孔質特性をもつ本発明による物品を提供するのに適切な圧縮 を得るために必要な最小の力を与えることが実験的に得られた。「適切な圧縮」 とは、外的機械力を適用することなく、例えば、型または容器中に挿入され膨張 されて、形成される構造物を型内壁へと押しつける袋(bladder)のような静的機 械手段による追加的な力を適用することなしに達成できる最大量の圧縮を意味す る。要求される回転速度は形成される物品の直径と逆に変化する。例えば２イ ンチの直径の孔性物品については回転速度は約２，０００rpmである。直径１イ ンチの物品については、回転速度は約３，０００rpmである。直径半インチの物 品については、回転速度は約４，０００rpmである。 段階的／傾斜的(graded)付きの多孔構造、例えば構造物の外壁近傍で大粒径を もち従って大きい細孔をもち内壁近傍において小粒径をもち従って小さい細孔を もつ細孔径の移り変り、をもつ多孔質金属構造体を組立ることが望ましいかもし れない。本発明による方法を使用してこの種の構造体を提供する１つの方式にお いては広い粒径分布の金属粒状物を安定化懸濁物の中へ導入し、次いで容器をは じめは低い回転速度で回転し、それによって型内面上で小粒より大粒の多いパー センテージで沈積させ、続いて、構造体が形成されるにつれて回転速度を上げて 、小粒径または微細の粒子がさきに分布された大粒子上に分布されるようにし、 従って沈積される構造物の最終部分また内部部分が大粒よりも多くの小粒から成 り、アウトサイドーイン(outside-in)構造をもつ段階的の細孔構造体が形成され るようになる。回転の最終速度は、少くとも１００Ｇの遠心加速を提供し所望の 均質細孔特性をもつ本発明による物品を提供する所望の圧縮水準を得るよう、十 分に大きくなければならない。この方式で操作するときは、懸濁物中の金属粒状 物の濃度は、より低い方が好ましい。 本発明によって期待される段階的構造体の他の製造方法は特定回転速度におい て容器内部に第一の安定化懸濁物を沈積させ、上澄を除き、このように沈積した 物質を乾燥し、そして、第一の安定化懸濁液と異なる粒径分布すなわちより微細 の(またはより粗い)粒子をもつ金属粒状物を含む別の安定化懸濁物を導入し、そ してこの手順を繰り返す、ことから成る。孔サイズが異なる所望数の層をもつ構 造体はこの方式で製造することができる。さらに、大きい方から小さい方への細 孔サイズの段階づけは内から外または外から内へを基準とするいずれでもあり得 る。実際に、異なる孔サイズの層を交互様式で、例えば構造体の外側の微細孔層 、より大きい孔の中間層、および微細孔物質の内側層を提供することも本発明の 領域内にある。上記で論じたとおり、各々の安定化懸濁物の場合の最終回転速度 は、各々の特定層についてそれが乾燥される前に少くとも約１００Ｇの遠心加速 を与えるよう十分に大きくなければならない。 容器は一般的には３分から５分間所望rpmにおいて回転させ、その後それを止 める。より長時間を使ってよいが必要性は見出されなかった。好ましくは、容器 を唐突 に止めないで遅くさせ、より好ましくは、それの慣性がなくなるまで回転させる 。容器を次に回転体から外し、上澄液を除き、そして形成された構造物を容器中 で、好ましくは水平位置においたままで乾燥して、構造体に“生”強度または非 焼結強度を与える。乾燥は約３７°Ｃ（１００°Ｆ）から約９９°Ｃ（２１０° Ｆ）の対流乾燥器中で約３０分間から約５時間またはそれより長く実施するのが 好ましい。 容器を次に真空炉あるいは還元雰囲気炉、最も好ましくは真空炉のような炉の 中に置いて揮発物質を除きかつ金属粒状物の個々の粒子を相互に融着させる。焼 結は、高温化での金属粒状物の大きいクリーブ速度に起因する変形を回避するた めに、構造体を垂直位置に置いて最もよく実施される。 焼結段階自体は好ましくは一つの粒子から別の粒子への金属原子の固体状態拡 散を促進して焼結結合を形成させるのに十分に高い温度において実施される。こ れは典型的には、約１１４９から約１３１６°Ｃ（約２１００から２４００°Ｆ ）の範囲の温度に相当する、好ましくは、約１１７３°Ｃ（２１４５°Ｆ）から 約１２４３°Ｃ（２２７０°Ｆ）の範囲の温度が用いられる。特に好ましくは約 １２２６°Ｃ（２２４０°Ｆ）から約１２３２°Ｃ（２２５０°Ｆ）の温度であ る。約０．２〜約２時間の加熱時間が適当であり、約３／４時間が好ましい。好 ましくは焼結時間は減圧又は純水素又は多の還元雰囲気下で行なわれる。 焼結段階は、固形状態の拡散の程度を適当な多孔度の保存と釣り合わせるため に注意深く制御されなければならない。言い換えると、もしあまりに高温でまた はあまりに長い時間焼結されると、フィルターの得られる強度は高められ得るが 多孔度は著しく減少しうる。 それゆえ、本発明の焼結条件の選択は、得られる継目なし金属フィルターの所望 の選択された多孔度を維持するために重要である。 ある場合には乾燥された構造物に中実の金属部材を、代表的にはその構造体の 各端において与え、それらをその場で焼結し、金属粒状物の個々の粒子を相互に 融着させかつ中実の金属部材を金属粒状物の隣接粒子へ融着させて中実の、閉鎖 細孔の、さらには多孔質の端末取付部材、例えば端末キャップを構造体に与える 。例えば、完全なフィルター要素が端末キャップ及び／又は他の連結具を容器又 は型の末端に回転前に挿入（配置）することにより提供される。あるいはまた、 構造物を乾燥したのちにた だし焼結の前に取付部材を挿入することができる。例えば乾燥構造物はねぢ切り 取付け具をその中へねぢ込むことができるのに十分な生強度（焼結前）をもつこ とが見出された。その後の焼結段階中に、金属粒状物は個々の粒子と中実金属部 材との間で結合を形成し、それによって、その後の乾燥工作を必要とすることな く完成されたフィルター要素を形成する。螺旋状補強スプリングのような内部支 持部材もまた容器または型の中に置いて形成構造物体中へ組込むとができる。 焼結段階が完了すると、得られる構造体を冷却し、次いで炉から取出す。冷却 すると、継目なし多孔質金属構造体は金属粒状物の個々の金属粒子間の焼結結合 の形成によって容器あるいは型から容易に取出される。 セラミックチューブを使用する利点は離型剤例えば炭素離型剤を使う必要なし に網目なし構造体が型へ結合するのを妨げることである。このような剥離剤の使 用は焼結構造体を汚染するかもしれず、除去が困難である。従って、本発明の物 品を剥離剤または何らかの他のコーティング物質を使用せずににつくることはき わめて好ましい。 上述の方法によって形成される円筒状構造物をロール巻鋳造、伸ばし、熔接し 、ろう接し、そして／または必要ならば再焼結してよい。中実の部材を構造物へ 熔接することによって取付る場合には多孔質構造物の熔接は多孔質構造物の均一 でかつ歪のない性質に基づいて改善されることが観察された。 本発明による多孔質金属は代表的には約１／２から約６インチ、好ましくは約 ２から約３インチ（約５．１から約７．６ｃｍ）の範囲の公称直径と、約０．０ ０５から約１インチ（約０．０１３から約２．５ｃｍ）、より好ましくは約０． ００５から約０．６４インチ（約０．０１３から約１．６ｃｍ）の範囲の壁の厚 さとをもつ。つくられたままで、円筒状構造物の長さは代表的には約１インチ（ 約２．５ｃｍ）あるはさらに１インチ以下から約４８インチ（１２２ｃｍ）ある はさらに約４８インチ（１２２ｃｍ）以上の範囲にある。つくられた構造物は任 意の所望の長さへ切断してもよい。代表的にはつくられたままの構造物の長さ対 直径（Ｌ／Ｄ比）は約１００：１未満であり、さらに代表的には約１：１から１ ００：１の範囲にある。 本発明こよる多孔質金属物品は代表的にはベーター＝１００（以下で定義され る）における約１から約１００、好ましくは約５から約４０マイクロメートルの Ｆ２レーティング(rating)をもつ。本発明による焼結構造物は、その形成構造物 の均質性と当 業において従来知られている焼結金属構造物の中に代表的に存在する密度変動が 比較的無いことに基づいて、この一般的タイプのその他の焼結構造物に関して与 えられた効率において比較的大きい空隙容積をもつ。 孔径測定を実施するのに用いるＦ２テストはオクラホマ州大学（ＯＳＵ）にお いて１０９７代に開発されたＦ２テストの改良版である。ＯＳＵテストにおいて は、適切なテスト流体中の人工的汚染物の懸濁物をテストフィルター中を通過さ せ、その間にテスト下のフィルターの上流と下流において流体を連続的に試料採 取する。試料は自動粒子計数器により５種または５種以上の予め選んだ粒子直径 について分析し、上流の計数と下流の計数との比は自動的に記録される。ここで 用いるこの比は工業においてベータ比（β）として知られている。 試験した５種または５種より多くの直径の各々についてのベーター比を縦軸と して、指軸としての粒子直径に対して、通常はグラフ上でプロットし、その中で は縦軸が対数尺度であり、横軸はｌｏｇ²尺度である。それらの点の間で滑らか な曲線を次にひく。テストされた範囲内のすべての直径についてのベーター比を 次にこの曲線から読みとることができる。特定粒子径における効率は次式によっ てベーター比から計算される： 効率、％＝１００（１−１／ベーター） 例として、もしベーター＝１００であれば効率＝９９％である。 特記しないかぎり、ここで提示される実施例において引用される除去レーティ ングはベーター＝１００における粒子直径である。従って、引用される除去レー ティングにおける効巻は９９％である。 改良Ｆ２テストにおいては、１８から２０マイクロメートルの範囲における本 発明の金属フィルター効率がＡＣ微細テスト・ダスト、ＡＣスパーク・プラグ・ カンパニーによって供給される天然の珪素質ダスト、の懸濁物をテスト汚染物と して使用して測定される。使用の前に、このダストの水中懸濁物をその分散体が 安定であるまで混合した。テスト流速はフィルターの面積１平方フィートあたり １０リットル／分であった。 以下の実施例において言及されるバブルポイントテストは、試験されるべき適 切に末端キャップを取り付けた多孔質円筒状金属物品で周囲温度にて行った。物 品は、フ ィッメックスＢ（Ａshland Ｃhemical Ｃompanyから手に入る190プルーフの変成 エチルアルコール）の液浴中に浸漬した。浴中に置く前に、その円筒状構造物の 一端を封鎖した。他端は、液が構造物の内部に入るのを防ぐが、適当な供給源よ り与圧された乾燥空気が連絡できるような方法にて封鎖した。その後、圧を構造 物の内部に適用した。第一又は最初の空気泡が円筒の外部表面上に現れるのに要 する圧力を記録した。 ついで、圧力を、外部表面積の１平方フィート当たり毎分20,000立方センチメ ートルの流速で空気が構造物を通って流れるまで上昇させた。それから、この圧 力を記録した。以下に示すすべての実施例について、この点において、テストさ れた円筒の外部表面上の泡の分布が全く均一であることが観察された。 この流速における圧力を記録した後、空気の流速を外部表面積の１平方フィー ト当たり毎分60,000立方センチメートルの空気量に上昇させ、その圧力を再び記 録した。再び、圧力を、外部表面積の１平方フィート当たり毎分90,000立方セン チメートルの空気量の流速を提供するまで上昇させ、この流速を維持するのに必 要な圧力を記録した。 これらの特定の流速、すなわち20,000、60,000及び90,000の流速を維持するの に必要な圧力と、最初の泡を形成するのに要求される圧力との比は、形成された 構造物中の孔径の均質度の尺度である。すなわち、この比が1.0に近ければ近い ほど、孔径がより均質でありかつ孔径分布はより狭い。本発明は、約1.5、より 正確には、以下の実施例で示すごとく、90,000cm³／分／ft²の流速を達成する。 以下の手順は、この比に及ぼす構造物自身の圧力降下の影響を除くために用い た。20,000、40,000及び60,000の特定の空気流速のおのおのにおけるクリーン（ clean）圧力降下（すなわち、細孔が濡れないで得られた空気中の圧力を測定し た。この得られた圧力降下を、それらの比を計算する前に、構造物をフィルメッ クスＢに浸漬したときの対応する流速で測定された圧力降下から差し引いた。こ のようにして、構造物それ自体の圧力降下への寄与は除去される。 実施例において行われる一般的手順： 以下の実施例における多孔質物品は、以上及び以下に一般的に記載された方法を 用いて調製した。以下の実施例において別の手順がとられる場合は、以下に示す 一般的手 順からのそのような偏りは特定の実施例に関して記載する。 製造手順： 実施例１Ａ（中空継目なしフィルター） 最初に、水１リットル当たり５．６ｇのカルボポール９３４を含むカルボポール ９３４溶液を調製した。この溶液は、28％のＮＨ₄ＯＨで増粘することにより、 およそ5000cpsの粘性を生じた。 -100,+325の鉄アルミニウム（Ｆe₃Ａl）粉末（アメテックコーポレーションか ら入手可能で、２％のＣrを含有し、ＦＡＳとして知られている）の適当量（９ ００ｇ）を、７００ｍｌの増粘されたカルボポール９３４に加え、１．５分間振 とうして均質な懸濁物を作った。 振とう粉末スラリーを、5.956cm（2.345インチ）内径×61cm（24インチ）長の 寸法を有しかつ一端が封鎖されているセラミックコア中へ注いだ。セラミックコ アにこのスラリーを入れた後、セラミックコアの他端を封鎖した。セラミックコ アは、スピニングマシーン（回転機）の中心間に水平に配置しそして固定した。 懸濁された粉末が適当に堆積しかつぎっしり詰められるように、セラミックコア を、約３分間、内壁において約１００Ｇの遠心加速度を提供する速度にて回転さ せた。 この最初の回転の後、セラミックコアを、スピナーから取り外し、円筒の両端 から封鎖を取り除いた。上澄みの大部分を、セラミックコアから排水させた。 セラミックコアを回転機に再び据え付け、さらに、約４分間、３０００〜３２５ ０ｒｐｍで回転させたのち、残った上澄み液を除いた、つまり、適用した遠心力 により残った上澄み液は排水された。ついで、セラミックコアを回転機から取り 出し、１２時間、６５℃（１５０°Ｆ）にて、空気対流乾燥器中で乾燥させた。 乾燥後、直径３．１７ｃｍ（１．２５インチ）の中空鉄コアを、鉄アルミニウ ム粉末のぎっしり詰まった管を含んでいるセラミックコアの中央に挿入した。-1 00メッシュのセラミック粉末、特には板状のアルミナ粉末を、ついで、鉄アルミ ニウム粉末と中空コアの間の間隙に注いだ。その後、全組立品を振動テーブルの 上に置き、板状アルミナを高密度化するために、さらなる沈降の印が起こらなく なるまでコアを振動 させた。 高密度化ステップについで、セラミックコアを炉の中に配置し、管を１２２９ ℃（２２４５°Ｆ）で２０分間真空焼結し、６．０３ｃｍ（２．３７５インチ） 外径×６０．６ｃｍ（２３．８７５インチ）長の焼結された継目なし管が得られ た。 -100,+325の鉄アルミニウム球状粉末から上記した方法で製造された管は、テ ストに於いて、次の結果を示した。 実施例１Ｂ（中空継目なしフィルター） 実施例１Ａに従って、水の１リットル当たりカルボポール９３４を５．６ｇ含有 するカルボポール９３４溶液を調製した。この溶液は、28 ％のＮＨ₄ＯＨで増 粘することにより、およそ5000cpsの粘性を生じた。 -100,+325の鉄アルミニウム（Ｆe₃Ａl）粉末（アメテックコーポレーションか ら入手可能で、２％のＣrを含有し、ＦＡＳとして知られている）の適当量（９ ００ｇ）を、７００ｍｌの増粘されたカルボポール９３４に加え、１．５分間振 とうして均質な懸濁物を作った。 振とう粉末スラリーを、5.956cm（2.345インチ）内径×61cm（24インチ）長の 寸法を有しかつ一端が封鎖されているセラミックコア中へ注いだ。セラミックコ アにこのスラリーを入れた後、セラミックコアの他端を封鎖した。セラミックコ アは、回転機の中心間に水平に配置しそして固定した。懸濁された粉末が適当に 堆積しかつぎっしり詰められるように、セラミックコアを、約３分間、内壁にお いて約１００Ｇの遠心加速度を提供する速度にて回転させた。 この最初の回転の後、セラミックコアを、スピナーから取り外し、円筒の両端 から封鎖を取り除いた。上澄みの大部分を、セラミックコアから排水させた。セ ラミックコアを回転機に再び据え付け、さらに、約４分間、３０００〜３２５０ ｒｐｍで回転させたのち、残った上澄み液を除いた、つまり、適用した遠心力に より残った上澄み液は排水された。ついで、セラミックコアを回転機から取り出 し、１２時間、６５℃（１５０°Ｆ）にて、空気対流乾燥器中で乾燥させた。 乾燥後、あるゴム管を内径の中をそして他のゴム管を外径の上に挿入すること により、セラミック型と乾燥金属粒状物の複合構造物を等圧圧縮用に調製した。 両方のゴム管の長さは、複合セラミック／金属粒状構造物の端から張り出すのに 十分な、１．５インチから０．３インチ（３．８〜７．６ｃｍ）とした。両方の ゴム管の端は、各々の端で、外径ゴム管上バンドクランプにより、内径ゴム管に 対して外径ゴム管を締め付けることにより密封した。各端の内径ゴム管は金属パ イプの部分で支持され、バンドクランプよって提供される締め付けを、内側のゴ ム管及び外側のゴム管を互いに有効に封鎖しかつ空気のしっかりした封鎖を提供 するのに十分なものとしている。 それから、調製された管は、水で満たされた圧力容器中に置かれ、封鎖された 。この容器は、35,000プサイグ（2380大気圧）で３分間加圧され、セラミック型 の内部の隔壁に対して金属粉の圧縮を提供した。その後この容器を大気に通気し 、開口した。ついで、調製された管を容器から取り出し、内側及び外側のゴム管 を複合セラミック／金属粒状構造物から除いた。 等圧圧縮段階い続いて、複合セラミック／金属粒状構造物を炉中に配置し、そ して管を２２７０°Ｆ（１２４３℃）にて２０分間真空焼結した。得られた焼結 管は、10,000psiの引張強さを示した。 高密度化段階について、セラミックコアを炉中に置き、そして管を１２２９℃ （２２４５°Ｆ）にて２０分間真空焼結し、外径6.03cm（2.375インチ）×長さ6 0.6 cm（23.875インチ）の焼結継目なし管が得られた。 -100,+325の鉄アルミニウム球状粉末から上記した方法で製造された管は、テ ストに於いて、次の結果を示した。 実施例２（平らなシートフィルター） 本発明に従った平らなシートフィルターは、以下に示す例外を除いて、米国特許 第5,149,360号明細書に記載の実施例に示された方法により調製した。 焼結手順は、真空焼結オーブン中に試料を置き、かつ５×10^-5torrまで減圧する ことを含む。約１時間の後、この系を、Ｎ₂を吹き込むことにより、25.4センチ メートル（10インチ）Ｈgの圧力にした。系をポンプで５×10^-5torrまで減圧し そしてＮ₂を吹き込む手順を再び繰り返し、系中の酸素分圧を減少させた。系を 再びポンプで５×10_-5torrまで減圧しそして温度を２０００°Ｆまで、２００° Ｆ／時間の速度で上昇させた。それから系を、２２６０°Ｆまで５０°Ｆ／時間 の速度にて昇温した。この系を、後者の温度にて、５×10^-5torrの圧力で５時間 保持した。この真空度は、この系を８００°Ｆまで冷却する間維持していた。そ の後、８００°Ｆにて、系にＮ₂を吹き込み、ついで、冷却ファンを入れ、系を 周囲温度まで冷却した。表３に記載した特性を有する試料が製造された。 実施例３−還元及び酸化雰囲気に対する合金組成物の暴露 Ｆe₃Ａl相に対応して、約２８〜約３０原子百分率のアルミニウム及び残部の 鉄を含むアルミニウム合金組成物が調製される。同じ鉄アルミニウム組成物を含 んでいる他の合金組成物も用いられる、ただし、鉄の幾分かを２％クロムに置換 した。用いられた特定の組成を表７に列挙する。 各合金組成物の試料を、表６に記載の条件及びガス雰囲気を用いて、還元性雰 囲気及び酸化雰囲気に暴露した。各合金試料の重量は、還元または酸化雰囲気に 曝す前後にて測定した。合金組成物から形成されたフィルター媒体の各試料を横 切っての圧力降下の測定は、還元または酸化雰囲気に曝す前後にて測定した。 結果を、図１〜４に示す。 種々の合金試料を、一定の高められた温度にて、還元雰囲気及び酸化雰囲気に 、それぞれ、２８日間曝した。酸化雰囲気において用いた条件は、流動接触分解 系における１年間の精製装置使用をシミュレーションするために設計された。こ のことは、温度を１３５０°Ｆに維持し、そして２８日のサイクルの終わりに４ 回、８時間１４５０°Ｆに温度を上げること及びそのサイクルの終わりに３０分 間１５００°Ｆに温度をあげることを含む。数サイクルにわたって酸化雰囲気に 曝される加熱の全期間は、１５７日であった。 図１は、クロムが入っていない合金組成物が還元雰囲気に曝されている間に約 ０．２％重量、重量が増したこと、及びクロム含有合金組成物が還元雰囲気に曝 されて結果、重量増加を示さなかったことを示している。この結果は、還元雰囲 気でのこの合金組成物のいくらかの反応性を示唆する。 図２に表されたグラフは、クロムを含有しない鉄アルミニウム合金組成物から 形成された媒体を横切っての圧力降下が、同じ還元雰囲気に曝したクロム含有合 金組成物のそれと比べて、平均して約４％増加していることを示している。従っ て、クロムを含有しない媒体の耐用年数は、より制限された液流速及びより高い 圧力降下の結果として減少する。 図３は、クロム含有及びクロム非含有の合金がともに、流動接触分解系の条件 をシュミレーションする酸化雰囲気に曝さらされた期間にわたって重量増加する ことを示 している。しかしながら、このグラフから明らかに示されるように、重量増加及 び故に腐食効果は、クロムを含んでいない鉄合金において著しく大きい。 図３と同様に図４は、２％のクロムを含有する合金組成物と比べての、クロム を含有しない鉄アルミニウムから調製されたフィルター媒体を横切っての圧力降 下の著しい増加を示している。 これらの結果が示すように、本発明に従ったクロム含有鉄アルミニウム組成物 は、クロム非含有の鉄アルミニウム組成物と比べて、特に高められた温度にてよ り大きい化学不活性又は耐腐食性を示す。 産業上の応用： 本発明は、好ましくは円筒形状の、多孔質の、好ましくは継目なしの焼結された 鉄アルミニウム粉末金属フィルター、及び該フィルターの製造方法である。本発 明によれば、フィルターは、高温酸化環境、例えば、高イオウ含量石油の分解操 作、還元イオウ化環境、及び流動接触分解用途でさえ、長い運転寿命を有する。 このような環境はまた、イオウ含有酸性原油及び石炭、接触分解、汚染された炭 化水素濾過、及びとスタック洗浄統のための高温プロセスを含む。さらに、本発 明のフィルターは、フィルターを洗浄する及びフィルター上に形成された固形物 をパージするために、繰り返しの逆流（バックファイヤ）またはジェットパルシ ングに耐えることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年４月１９日 【補正内容】 実施例２（平らなシートフィルター） 本発明に従った平らなシートフィルターは、以下に示す例外を除いて、米国特許 第5,149,360号明細書に記載の実施例に示された方法により調製した。 焼結手順は、真空焼結オーブン中に試料を置き、かつ５×10^-5torrまで減圧する ことを含む。約１時間の後、この系を、Ｎ₂を吹き込むことにより、25.4センチ メートル（10インチ）Ｈgの圧力にした。系をポンプで５×10^-5torrまで減圧し そしてＮ₂を吹き込む手順を再び繰り返し、系中の酸素分圧を減少させた。系を 再びポンプで５×10_-5torrまで減圧しそして温度を２０００°Ｆまで、２００° Ｆ／時間の速度で上昇させた。それから系を、２２６０°Ｆまで５０°Ｆ／時間 の速度にて昇温した。この系を、後者の温度にて、５×10^-5torrの圧力で５時間 保持した。この真空度は、この系を８００°Ｆまで冷却する間維持していた。そ の後、８００°Ｆにて、系にＮ₂を吹き込み、ついで、冷却ファンを入れ、系を 周囲温度まで冷却した。表５に記載した特性を有する試料が製造された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ハーレイ， ジョン， エル. アメリカ合衆国 ニュー ヨーク州 コー トランド ディア ラン 3515

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｆe₃Ａl相からＦeＡl相に対応する濃度範囲を有しかつ１．６以下のバブル ポイントを有する鉄アルミニウムの合金組成物からなる焼結金属粒子を含む改良 された耐腐食性を有する多孔質金属フィルター。 ２．クロム、ホウ素、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、炭素及 びイットリウムからなる群より選ばれる少なくとも２つの添加剤をさらに含む、 請求項１に記載の多孔質金属フィルター。 ３．前記合金が、鉄、及び原子百分率で23-56％のＡl、12.5％以下のＣr、5.0％ 以下のＭo、１％以下のＮb、0.5％以下のＺr、0.5以下のＶ、0.1％以下のＹ、0. 3％以下Ｂ及びＣの少なくとも一つ、及び0.1％以下の希土類金属からなる請求項 ２に記載の多孔質金属フィルター。 ４．選択された添加剤の全量が、約２〜約１４原子百分率の範囲である請求項２ に記載の多孔質金属フィルター。 ５．Ｃr、Ｍo、Ｎb、Ｖ及びＹの全量が、原子百分率で約２〜約１４％の間であ る請求項３に記載の多孔質金属フィルター。 ６．実質的に均質な多孔質構造を有する請求項１に記載の多孔質金属フィルター 。 ７．横断面での孔サイズ勾配を含む請求項１に記載の多孔質金属フィルター。。 ８．実質的に均質な直径及び厚さを有する環状壁を規定する管状形状を有する請 求項１に記載の多孔質金属フィルター。 ９．前記壁が連続性でかつ継目がない請求項８に記載の多孔質金属フィルター。 10．継目なし管状フィルターが、90,000cc/分/ft²の流速にて、1.57以下のバブ ルポイントを有する請求項９に記載の多孔質金属フィルター。 11．鉄、及び原子百分率で23-56％のＡl、12.5％以下のＣr、2.0％以下のＭo、 １％以下のＮb、0.5％以下のＺr、0.5以下のＶ、0.1％以下のＹ、0.3％以下のＢ 及びＣの少なくとも一つ、0.1％以下の希土類金属からなる焼結金属粒子の継目 なし管（ここで、Ｃr、Ｍｏ、Ｎb、Ｖ及びＹの全量は原子百分率で２〜１４％の 間である）を含む多孔質金属フィルターであって、該フィルターが、90,000cc/ 分/ft²の流速にて1.57以下バブルポイントを有するフィルター。 12．以下の段階を含む、ガス濾過プロセスのための、増強された耐腐食性を有す る金属フィルターの製造方法： a) Ｆe₃Ａl相からＦeＡl相に対応する濃度範囲を有する鉄アルミニウムか らなる合金から形成されれる金属粒子を選択する段階、 b) 安定化剤を含む液媒体を含む担体中に分散された金属粒子の安定化懸濁 物を形成する段階、 c) 安定化懸濁物をフィルターの型に導入する段階、 d) 金属粒子を実質的に均質な厚みの層へと堆積させるために、制御された 方法にて液媒体を除く段階、 e) 堆積した層を乾燥する段階、 f) 型に適合した多孔質構造物を形成するための方法にて、堆積層を焼結し て金属粒子を溶融する段階、及び g) 成形された多孔質フィルターをフィルターの型から取り出す段階。 13．前記合金がさらに、クロム、ホウ素、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、 バナジウム、炭素及びイットリウムからなる群より選ばれる少なくとも２つの添 加剤を含む請求項１２に記載の方法。 14．さらに、焼結の間減圧を適用する段階を含む請求項１２に記載の方法。 15．前記焼結が還元性雰囲気中で行われる請求項１２に記載の方法。 16．前記焼結が、純粋水素雰囲気中で行われる請求項１２に記載の方法。 17．前記安定化剤がまた結合剤として働く請求項１２に記載の方法。 18．前記安定化剤が、約1,250,000〜3,000,000の分子量を有する請求項１７に記 載の方法。 19．前記安定化剤が、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、カルボキ シエチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ナトリウムカルボキシメチルセル ロース、グアーゴム、アルギナート、メチルセルロース及びイナゴビーンガムか らなる群より選ばれる請求項１７に記載の方法。 20．前記安定化剤がポリアクリル酸である請求項１７に記載の方法。 21．さらに、安定化懸濁液の粘性を実質的に増加させるために、前記安定化剤に 対する中和塩基を添加する段階を含む請求項１９に記載の方法。 22．前記中和塩基が水酸化アンモニウムである請求項２１に記載の方法。。 23．前記安定化剤が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、アルミン酸ナトリウ ム又はコロイドアルミナである請求項１７に記載の方法。 24．前記安定化剤がコロイドアルミナである請求項１７に記載の方法。 25．焼結が、約２１００°Ｆ〜約２４００°Ｆの範囲の温度で実施される請求項 １ ２に記載の方法。 26．さらに、予備的に、堆積された層を、焼結温度に近い温度に約１時間浸漬す る段階を含む請求項１２に記載の方法。 27．前記浸漬温度が、約１１７３°Ｃ（２１４５°Ｆ）である請求項２６に記載 の方法。 28．さらに、焼結を完全にするために、予備的な浸漬段階の後、約２２４５°Ｆ に温度を傾斜的にあげる段階を含む請求項２６に記載の方法。 29．前記焼結段階を、約０．２〜２．０時間かけて実施する請求項１２に記載の 方法。 30．前記焼結段階を、約０．２〜２．０時間かけて実施する請求項１２に記載の 方法。 31．前記焼結段階を、約０．３時間かけて実施する請求項２８に記載の方法。 32．前記焼結段階を、約０．７５時間かけて実施する請求項１２に記載の方法。 33．前記液媒体が、水の中のポリアクリル酸約０．１重量％〜約２．０重量％で ある請求項１２に記載の方法。 34．金属粒子と担体との重量比が、約５：１〜０．５：１である請求項１２に記 載の方法。 35．金属粒子のサイズが、約４４μｍ〜約１４９μｍの範囲である請求項１２に 記載の方法。 36．金属粒子と担体との重量比が約１：１であり、かつ、粒子サイズ分布が、重 量百分率で、４４μｍ未満：１．５％末満、４４μｍ〜５３μｍ：３．０％、５ ３μｍ〜７４μｍ：２６．１％、７４μｍ〜１０４μｍ：３５．５％、１０４μ ｍ〜１４７μｍ：３３．４％及び１４７μｍ超：０．５％である請求項１２に記 載の方法。 37．金属粒子と担体との重量比が約１：１である請求項３３に記載の方法。 38．さらに、セラミック、窒化ケイ素、モリブデン及び炭化ケイ素からなる群よ り選ばれた物質からフィルターの型を形成する段階を含む請求項１２に記載の方 法。 39．前記フィルターの型が、約1.0ｘ10^-6〜約4.0ｘ10^-6インチ／インチ／°Ｆの 熱膨張係数を有するセラミックから形成される請求項３８に記載の方法。 40．さらなる段階である、堆積した金属粒子を含んでいる型をデカンテーション する段階、約３０００〜３２５０ｒｐｍで型を回転させる段階、ついでデカンテ ーションしそして低い加熱レベルにて壁を乾燥する段階、によって液媒体を除く 請求項１２に記載の方法。 41．さらに、フィルターの型内にセラミック粉末を加えかつ堆積層を振とうする ことにより、堆積層を高密度化する段階を含む請求項１２に記載の方法。 42．以下の段階を含む、バックファイア濾過プロセスのための、増強された耐腐 食性を有する金属フィルターの製造方法： a)鉄、及び原子百分率で23-56％のＡl、12.5％以下のＣr、5.0％以下のＭo 、１％以下のＮb、0.5％以下のＺr、0.5以下のＶ、0.1％以下のＹ、0.3％以下の Ｂ及びＣの少なくとも一つ、0.1％以下の希土類金属からなる金属粒子（ここで 、Ｃr、Ｍo、Ｎb、Ｖ及びＹの全量は原子百分率で２〜１４％の間である）を選 択する段階、 b)実質的に一定の粘性を有する液懸濁媒体のための安定化剤を選択する段階 、 c)選択された安定化剤を含む液媒体中に金属粒子の安定化懸濁物を形成する 段階、 d)安定化懸濁物を管状フィルター容器に導入する段階、 e)フィルター容器の内壁上に実質的に均質な厚さの層に金属粒子を堆積させ る段階、 f)制御された方法にて、フィルター容器から液媒体を除く段階、 g)堆積した層を乾燥する段階、 h)アルミナ粉末で堆積層を高密度化する段階、 i)管状フィルター容器の内壁の形状に合った高密度化堆積層から多孔質フィ ルターを形成するために堆積層を焼結して金属粒子を溶融させる段階、そして g)フィルター容器から成形された多孔質フィルターを取り除く段階。 43．さらに、そこから形成されたフィルターを用いる行程を含む請求項１１に記 載の方法。 44．請求項１に記載のフィルターを用いる方法。 45．請求項１２に記載の方法により形成されたフィルター。 46．前記フィルターが平らなシートフィルターである請求項１に記載の多孔質金 属フィルター。