钛粉末烧结体制造技术

提供过滤器和、固体高分子型水电解槽中的供电体、固体高分子型燃料电池中的集电体、进而提供液体的分散板，特别是适用于喷墨打印机用油墨分散板等的多孔质体。烧结用气体雾化法制造的由钛或者钛合金构成的球状粉末，形成板状的多孔质的钛粉末烧结体。通过无加压充填及无加压烧结可以得到３５～５５％的空隙率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及过滤器或固体高分子型水电解槽的供电体、固体高分子型燃料电池的集电体，进而涉及液体的分散板，特别是喷墨打印机用油墨分散板等使用的多孔质的钛粉末烧结体。
技术介绍
作为化学工业、高分子工业、药品工业等使用的过滤器之一采用金属粉末烧结体。作为其中的金属，一般是黄铜系、不锈钢系，最近，也使用钛系。钛与不锈钢比较，在腐蚀性及耐酸性等显著优良，但其反面，成型性极差。因此，钛系的烧结过滤器的制法，一般是采用金属模冲压成型成形性比较良好的氢化脱氢钛粉末，然后烧结的制法，在日本第238302/1995号专利公开公报也记载了使用与氢化脱氢钛粉末同样成形性比较优良的海绵钛的粉末的制法。这样的钛系烧结过滤器，开始使用于例如气相色谱装置的载气导入部用过滤器和、作为液体调味品等的食品制造用或、液体颜料用的高耐腐蚀性过滤器等方面。可是，在各领域常使用的过滤器中，根据各个使用的目的要求最大细孔径。最大细孔径是表示过滤器可以除去粒子的大小的指标，可以认为即使细孔的形状不同，如果最大细孔径相同，则能除去相同直径的粒子。另外，若是相同最大细孔径的过滤器，则要求压力损失比较小的过滤器。例如作为上述的气相色谱装置的载气导入部用过滤器，被要求的是具有腐蚀性优良的同时，特别是最大细孔径在70μm以下，且压力损失小的过滤器。可是，对于使用氢化脱氢钛粉末或海绵钛粉末制造的钛烧结过滤器，将最大细孔径作成70μm以下时，有不能将压力损失抑制小的限制。作为使用氢化脱氢钛粉末或海绵钛粉末的钛烧结过滤器的另一个问题，由于非常硬、脆，没有弹性，所以若作得薄则容易裂，难以制作大面积的产品。另外，由于在室温下弯曲加工是困难的，所以不能进行弯曲加工的产品成型，对于平板以外的产品存在着制造成本高的问题。例如，作为钛烧结过滤器，有时要求直径40mm多孔质体(曲率半径20)左右的圆筒形状的，但由于不能在室温下将平板状的钛烧结体弯曲加工成圆筒状，所以需要进行如日本专利第2791737号公报记载的，称为CIP的冷轧静水压冲压成型，不能避免制造成本高的问题。此外，说到氢化脱氢钛粉末或海绵钛粉末，与不锈钢粉末比较，成型性都差。为此，成型成薄的平板以外的形状也是困难的。因此，不用弯曲加工而直接成型圆筒形状的过滤器也是困难的。即，在冲压成型氢化脱氢钛粉末或海绵钛粉末制造圆筒状的烧结体时，由于在高度方向的冲压力不能有效地作用，在高度方向的中央部的成型是困难的，所以即使可以制造高度低的环，但不能制造高度高的圆筒体。若代替冲压使用称为CIP的冷轧静水压冲压时，也可制造高度高的圆筒体，但制造成本高，作为烧结过滤器的制造方法是不适宜的。在此，可考虑将环堆叠在中心轴方向进行焊接，但与冲压成型不锈钢粉末制造的烧结过滤器比较，不用待言是相当高价的。另外，日本专利第2791737号公报记载了将不锈钢粉末冷轧静水压冲压制造圆筒状的烧结过滤器的方法。使用氢化脱氢钛粉末或海绵钛粉末的钛烧结过滤器的另一个问题，存在反向清洗性低的问题。即，对于这些钛烧结过滤器，气孔的大小及形状是无规则分布着。该种过滤器可反复反向清洗地长期使用，但是若气孔的大小及形状是无规则时，即使进行反向清洗也不能充分除去被捕捉的固形成份。为此，存在反向清洗再生性低的问题。在日本专利第2791737号公报记载着对于不锈钢系的，为了提高金属粉末烧结过滤器的反向清洗再生性，从过滤器的表面向里面增加气孔径的方案。具体的，在通过预烧结得到的多孔质体的表面上涂敷将微细粉末分散在粘结剂树脂溶液中的浆液后，进行正式烧结，在多孔质体的表面上形成微孔的被膜。按照这种该多层构造，由于处理液中几乎所有的固形成份被形成微孔的被膜捕捉，在基层内部的气孔中不捕捉固形分，所以蓄积在被膜的固形成份可通过反向清洗容易除去。可是另一方面存在着以下的问题。不锈钢比钛的腐蚀性差。另外，在此使用的不锈钢粉末是由水雾化法制造的不定形粒子构成，包括被膜，气孔的大小及形状是无规则的。此外，被膜不像基层那样受到冲压成型，所以在基层以上微孔的大小及形状是无规则的。因此，反向清洗后在被膜上也残留固形物，得不到期待程度的反向清洗再生性。另外，不受冲压成型的被膜和受冲压成型的基层的空隙率有很大的不同，所以担心处理液的流通性降低。粉末烧结体也应用在使用高分子电解质膜制造氢及氧的水电解电池的供电体上。若具体地说明该水电解电池时，在高分子电解质膜的两面上接合催化剂层，构成的膜电极接合体的两面配置供电体，构成单元，将该单元进行多个叠层，一般采用在其两端侧设置电极的结构。在此的供电体由多孔质的导电板构成，与邻接的膜电极接合体密切地接触配置。作为供电体使用多孔质的导电板，是根据需要通过电流，为了水电解反应需要供给水，需要快速地排出由水电解反应生成的气体等而确定的。另外，使用高分子电解质膜的燃料电池的构造也与水电解槽完全相同，在膜电极接合体的两面侧配置着多孔质的导电板。燃料电池时，由于将氢作为燃料得到电力，所以将该多孔质导电板称为集电板。对于这样的固体高分子型水电解槽的供电体或固体高分子型燃料电池的集电体上所使用的多孔质的导电板，也需要在氧化性氛围下使用的特性，所以研究钛材料，在钛材料中，特别是因为烧结体表面平滑，难以损伤邻接的膜电极接合体和容易得到适当的空隙率等所以引起了注意。作为钛烧结体构成的多孔质导电板，日本专利公开第302891/1999号公报也提出了有将海绵钛的破碎粉末或通过氢化脱氢粉碎海绵钛制造的粉末进行烧结的钛粉末烧结板和、压缩成型钛纤维后烧结的钛纤维烧结板，在钛纤维烧结板的表面上进而形成金属钛的等离子体喷镀层。可是，对于由这些以往的钛烧结体构成的多孔质导电板存在以下问题。钛粉末烧结体，虽然有表面平滑，不损伤邻接的膜电极接合体的优点，但由于冲压成型性差容易裂，所以有不能制造薄型且大面积的产品的致命的限制。另一方面，钛纤维烧结板的成型性优良，可制造薄型且大面积的产品，但在表面上有锐角的起伏，纤维间的间隔也大。为此，在与邻接的膜电极接合体压接时，损伤膜电极接合体的危险性高。另外，存在着与膜电极接合体的接触电阻增加的问题。对于这些，日本第302891/1999号专利技术专利公开公报提出的钛纤维烧结板是通过在钛纤维烧结板的表面上形成金属钛的等离子体喷镀层，消除了在钛纤维烧结板的表面的锐角起伏或大的纤维间隔的问题，可以说成型性及与膜电极接合体的接触性两方面都优良的。可是，在等离子体喷镀中消耗多余的成本，对于钛纤维烧结板和其表面的等离子体喷镀层，由于空隙率及钛材的形状不同，所以在两者的接合界面上电阻增大，作为多孔质导电板的电阻高到表观的空隙率以上。其结果，例如在以1～3A/cm2的高电流密度使用的水电解电池中，产生大的损失电压。另外，当然这样的损失电压即使在燃料电池也是不能容易允许的。进而，在接合界面上的空隙率的大变化，可能对通液性和通气性上也有坏影响。另一方面，作为大型的喷墨打印机用油墨分散板，例如要求厚度是2mm以下，面积200mm×100mm以上的大面积且薄的多孔质板。对于该多孔质板，在其性质上，也要求空隙率的不均匀度要小。作为这样的油墨分散板，使用由不锈钢的不定形粉末构成的烧结板。另外，作为最近的趋势，开始要求比不锈钢粉末的烧结板更优良的耐腐蚀性多孔质板，对此，考虑使用比不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛粉末烧结体，其是由球状气体雾化钛粉末烧结后形成的板状的多孔质体构成的，该多孔质体的空隙率是３５～５５％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大西隆，小笠原忠司，渡边宗敏，加藤雅通，
申请(专利权)人：株式会社大阪钛技术，
类型：发明
国别省市：JP[日本]