專利名稱：鈦粉末燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾器或固體高分子型水電解槽的供電體、固體高分子型燃料電池的集電體，進而涉及液體的分散板，特別是噴墨打印機用油墨分散板等使用的多孔質(zhì)的鈦粉末燒結(jié)體。
背景技術(shù)：
作為化學工業(yè)、高分子工業(yè)、藥品工業(yè)等使用的過濾器之一采用金屬粉末燒結(jié)體。作為其中的金屬，一般是黃銅系、不銹鋼系，最近，也使用鈦系。
鈦與不銹鋼比較，在腐蝕性及耐酸性等顯著優(yōu)良，但其反面，成型性極差。因此，鈦系的燒結(jié)過濾器的制法，一般是采用金屬模沖壓成型成形性比較良好的氫化脫氫鈦粉末，然后燒結(jié)的制法，在日本第238302/1995號專利公開公報也記載了使用與氫化脫氫鈦粉末同樣成形性比較優(yōu)良的海綿鈦的粉末的制法。
這樣的鈦系燒結(jié)過濾器，開始使用于例如氣相色譜裝置的載氣導入部用過濾器和、作為液體調(diào)味品等的食品制造用或、液體顏料用的高耐腐蝕性過濾器等方面。
可是，在各領(lǐng)域常使用的過濾器中，根據(jù)各個使用的目的要求最大細孔徑。最大細孔徑是表示過濾器可以除去粒子的大小的指標，可以認為即使細孔的形狀不同，如果最大細孔徑相同，則能除去相同直徑的粒子。另外，若是相同最大細孔徑的過濾器，則要求壓力損失比較小的過濾器。例如作為上述的氣相色譜裝置的載氣導入部用過濾器，被要求的是具有腐蝕性優(yōu)良的同時，特別是最大細孔徑在70μm以下，且壓力損失小的過濾器。
可是，對于使用氫化脫氫鈦粉末或海綿鈦粉末制造的鈦燒結(jié)過濾器，將最大細孔徑作成70μm以下時，有不能將壓力損失抑制小的限制。
作為使用氫化脫氫鈦粉末或海綿鈦粉末的鈦燒結(jié)過濾器的另一個問題，由于非常硬、脆，沒有彈性，所以若作得薄則容易裂，難以制作大面積的產(chǎn)品。另外，由于在室溫下彎曲加工是困難的，所以不能進行彎曲加工的產(chǎn)品成型，對于平板以外的產(chǎn)品存在著制造成本高的問題。
例如，作為鈦燒結(jié)過濾器，有時要求直徑40mm多孔質(zhì)體(曲率半徑20)左右的圓筒形狀的，但由于不能在室溫下將平板狀的鈦燒結(jié)體彎曲加工成圓筒狀，所以需要進行如日本專利第2791737號公報記載的，稱為CIP的冷軋靜水壓沖壓成型，不能避免制造成本高的問題。
此外，說到氫化脫氫鈦粉末或海綿鈦粉末，與不銹鋼粉末比較，成型性都差。為此，成型成薄的平板以外的形狀也是困難的。因此，不用彎曲加工而直接成型圓筒形狀的過濾器也是困難的。
即，在沖壓成型氫化脫氫鈦粉末或海綿鈦粉末制造圓筒狀的燒結(jié)體時，由于在高度方向的沖壓力不能有效地作用，在高度方向的中央部的成型是困難的，所以即使可以制造高度低的環(huán)，但不能制造高度高的圓筒體。若代替沖壓使用稱為CIP的冷軋靜水壓沖壓時，也可制造高度高的圓筒體，但制造成本高，作為燒結(jié)過濾器的制造方法是不適宜的。在此，可考慮將環(huán)堆疊在中心軸方向進行焊接，但與沖壓成型不銹鋼粉末制造的燒結(jié)過濾器比較，不用待言是相當高價的。
另外，日本專利第2791737號公報記載了將不銹鋼粉末冷軋靜水壓沖壓制造圓筒狀的燒結(jié)過濾器的方法。
使用氫化脫氫鈦粉末或海綿鈦粉末的鈦燒結(jié)過濾器的另一個問題，存在反向清洗性低的問題。即，對于這些鈦燒結(jié)過濾器，氣孔的大小及形狀是無規(guī)則分布著。該種過濾器可反復反向清洗地長期使用，但是若氣孔的大小及形狀是無規(guī)則時，即使進行反向清洗也不能充分除去被捕捉的固形成份。為此，存在反向清洗再生性低的問題。
在日本專利第2791737號公報記載著對于不銹鋼系的，為了提高金屬粉末燒結(jié)過濾器的反向清洗再生性，從過濾器的表面向里面增加氣孔徑的方案。具體的，在通過預(yù)燒結(jié)得到的多孔質(zhì)體的表面上涂敷將微細粉末分散在粘結(jié)劑樹脂溶液中的漿液后，進行正式燒結(jié)，在多孔質(zhì)體的表面上形成微孔的被膜。
按照這種該多層構(gòu)造，由于處理液中幾乎所有的固形成份被形成微孔的被膜捕捉，在基層內(nèi)部的氣孔中不捕捉固形分，所以蓄積在被膜的固形成份可通過反向清洗容易除去?？墒橇硪环矫娲嬖谥韵碌膯栴}。
不銹鋼比鈦的腐蝕性差。另外，在此使用的不銹鋼粉末是由水霧化法制造的不定形粒子構(gòu)成，包括被膜，氣孔的大小及形狀是無規(guī)則的。此外，被膜不像基層那樣受到?jīng)_壓成型，所以在基層以上微孔的大小及形狀是無規(guī)則的。因此，反向清洗后在被膜上也殘留固形物，得不到期待程度的反向清洗再生性。另外，不受沖壓成型的被膜和受沖壓成型的基層的空隙率有很大的不同，所以擔心處理液的流通性降低。
粉末燒結(jié)體也應(yīng)用在使用高分子電解質(zhì)膜制造氫及氧的水電解電池的供電體上。若具體地說明該水電解電池時，在高分子電解質(zhì)膜的兩面上接合催化劑層，構(gòu)成的膜電極接合體的兩面配置供電體，構(gòu)成單元，將該單元進行多個疊層，一般采用在其兩端側(cè)設(shè)置電極的結(jié)構(gòu)。
在此的供電體由多孔質(zhì)的導電板構(gòu)成，與鄰接的膜電極接合體密切地接觸配置。作為供電體使用多孔質(zhì)的導電板，是根據(jù)需要通過電流，為了水電解反應(yīng)需要供給水，需要快速地排出由水電解反應(yīng)生成的氣體等而確定的。
另外，使用高分子電解質(zhì)膜的燃料電池的構(gòu)造也與水電解槽完全相同，在膜電極接合體的兩面?zhèn)扰渲弥嗫踪|(zhì)的導電板。燃料電池時，由于將氫作為燃料得到電力，所以將該多孔質(zhì)導電板稱為集電板。
對于這樣的固體高分子型水電解槽的供電體或固體高分子型燃料電池的集電體上所使用的多孔質(zhì)的導電板，也需要在氧化性氛圍下使用的特性，所以研究鈦材料，在鈦材料中，特別是因為燒結(jié)體表面平滑，難以損傷鄰接的膜電極接合體和容易得到適當?shù)目障堵实人砸鹆俗⒁狻?br> 作為鈦燒結(jié)體構(gòu)成的多孔質(zhì)導電板，日本專利公開第302891/1999號公報也提出了有將海綿鈦的破碎粉末或通過氫化脫氫粉碎海綿鈦制造的粉末進行燒結(jié)的鈦粉末燒結(jié)板和、壓縮成型鈦纖維后燒結(jié)的鈦纖維燒結(jié)板，在鈦纖維燒結(jié)板的表面上進而形成金屬鈦的等離子體噴鍍層。
可是，對于由這些以往的鈦燒結(jié)體構(gòu)成的多孔質(zhì)導電板存在以下問題。
鈦粉末燒結(jié)體，雖然有表面平滑，不損傷鄰接的膜電極接合體的優(yōu)點，但由于沖壓成型性差容易裂，所以有不能制造薄型且大面積的產(chǎn)品的致命的限制。另一方面，鈦纖維燒結(jié)板的成型性優(yōu)良，可制造薄型且大面積的產(chǎn)品，但在表面上有銳角的起伏，纖維間的間隔也大。為此，在與鄰接的膜電極接合體壓接時，損傷膜電極接合體的危險性高。另外，存在著與膜電極接合體的接觸電阻增加的問題。
對于這些，日本第302891/1999號發(fā)明專利公開公報提出的鈦纖維燒結(jié)板是通過在鈦纖維燒結(jié)板的表面上形成金屬鈦的等離子體噴鍍層，消除了在鈦纖維燒結(jié)板的表面的銳角起伏或大的纖維間隔的問題，可以說成型性及與膜電極接合體的接觸性兩方面都優(yōu)良的。
可是，在等離子體噴鍍中消耗多余的成本，對于鈦纖維燒結(jié)板和其表面的等離子體噴鍍層，由于空隙率及鈦材的形狀不同，所以在兩者的接合界面上電阻增大，作為多孔質(zhì)導電板的電阻高到表觀的空隙率以上。其結(jié)果，例如在以1～3A/cm2的高電流密度使用的水電解電池中，產(chǎn)生大的損失電壓。另外，當然這樣的損失電壓即使在燃料電池也是不能容易允許的。
進而，在接合界面上的空隙率的大變化，可能對通液性和通氣性上也有壞影響。
另一方面，作為大型的噴墨打印機用油墨分散板，例如要求厚度是2mm以下，面積200mm×100mm以上的大面積且薄的多孔質(zhì)板。對于該多孔質(zhì)板，在其性質(zhì)上，也要求空隙率的不均勻度要小。作為這樣的油墨分散板，使用由不銹鋼的不定形粉末構(gòu)成的燒結(jié)板。
另外，作為最近的趨勢，開始要求比不銹鋼粉末的燒結(jié)板更優(yōu)良的耐腐蝕性多孔質(zhì)板，對此，考慮使用比不銹鋼粉末耐腐蝕性更優(yōu)良的鈦粉末。
鈦比不銹鋼耐腐蝕性及耐酸性等顯著優(yōu)良，但其反面，成型性極差。為此，鈦系的燒結(jié)板一般制法，是通過將成型性比較良好的氫化脫氫鈦粉末進行模具沖壓成型后，進行燒結(jié)得到的。使用與氫化脫氫鈦粉末同樣成型性比較良好的海綿鈦粉末的制法也記載在日本第238302/1995號發(fā)明專利公開公報中。
在日本第170107/1996號發(fā)明專利公開公報中記載了與這些不同的，通過HIP制造空隙率均勻的金屬粉末燒結(jié)板的方法。
可是，本發(fā)明人等，以制造空隙率均勻、厚度2mm以下，面積200mm×100mm以上的大面積的薄的分散板為目的，將氫化脫氫鈦粉末和海綿鈦粉末用模具沖壓成型后在要燒結(jié)的時候，由于過于薄所以沖壓后完全裂開，不能制造分散板。
另外，雖然用HIP法嘗試制造上述分散板，但是困難的。這是因為，從HIP中保持燒結(jié)體形狀的包覆體不能分離燒結(jié)后的多孔質(zhì)板的緣故。此外，包覆體的材質(zhì)選擇也是困難的，制造成本非常高。
本發(fā)明鑒于以上的事實，其第一個目的在于提供鈦粉末燒結(jié)體，可使用在燒結(jié)鈦過濾器，顯示了耐腐蝕性優(yōu)良，最大細孔徑小，而且壓力損失小的性能。
本發(fā)明的第二個目的在于提供彎曲加工性優(yōu)良的鈦粉末燒結(jié)體。
本發(fā)明的第三個目的在于提供筒狀多孔質(zhì)體，盡管使用鈦粉末但是制造成本低，使用在粉末燒結(jié)過濾器，其反向清洗再生性優(yōu)良。
本發(fā)明的第四個目的在于提供金屬燒結(jié)過濾器，具有優(yōu)良的耐腐蝕性及反向清洗再生性。
本發(fā)明的第五個目的在于提供多孔質(zhì)導電板，成型性不用說是優(yōu)良的，即使不進行等離子噴鍍這樣的涂層，表面的平滑性也優(yōu)良，進而，制造容易，經(jīng)濟性也優(yōu)良。
本發(fā)明的第六個目的在于提供高耐腐蝕性多孔板，可以經(jīng)濟地滿足大型噴墨打印機分散板所要求的空隙率是均勻的、薄形的條件。

發(fā)明內(nèi)容
以往的鈦粉末燒結(jié)體過濾器，作為鈦粉末是使用氫化脫氫鈦粉末和海綿鈦粉末。這是由于構(gòu)成粉末的粒子是不定形，所以沖壓成型性優(yōu)良是其主要理由。另外，粒子是不定形時，只是將粉末充填到成型模內(nèi)時則氣孔徑不均勻，所以需要沖壓成型使氣孔徑均勻，從此點上看沖壓成型是不可缺少的。
可是這樣的鈦粉末燒結(jié)體，其加工性如前所述的是相當?shù)夭?。另外由于?gòu)成氫化脫氫鈦粉末和海綿鈦粉末的粒子是不定形的，所以通過沖壓成型可以氣孔徑比較小的級別上均勻化，其沖壓成型性也是比較良好的。可是成型高度高的圓筒狀形狀是困難的，作為過濾器使用時的反向清洗再生也很差。另外，即使沖壓成型，氣孔徑的均勻性依然是不充分的，在沒有進行沖壓成型的被膜，如前所述氣孔徑的不均勻性是顯著的。
為了解決上述的問題，本發(fā)明人等著眼于球狀氣體霧化鈦粉末。所說的球狀霧化鈦粉末是指用球狀霧化法制造的鈦或者鈦合金的粉末，每個粒子是鈦或者鈦合金的熔融飛沫的飛散中凝固的，所以形成表面光滑的球形。另外粒徑是平均100μm以下的非常微細的，通過篩分很容易地區(qū)分粒度。
這樣的球狀氣體霧化鈦粉末的流動性非常優(yōu)良，粒子間的接觸性也好，所以充填到燒結(jié)容器內(nèi)，不用加壓也可以得到均勻且充分的充填密度。而且，通過燒結(jié)不用沖壓就可以制造機械強度高的多孔質(zhì)體，而且，在制造的多孔質(zhì)體中，相鄰的球狀粒子間是點狀的融合，其融合點是均勻分布的，所以在多孔質(zhì)體的板厚比較薄時，可以得到優(yōu)良的彎曲特性。另外，不用沖壓成型，可以制造包括圓筒形狀的任意形狀、大小的燒結(jié)體，在制造的燒結(jié)體中，確保充分的機械強度的同時，確保均勻的氣孔徑，氣孔形狀也是圍繞球體的圓滑的。此外，通過改變粉末的粒徑，即通過對使用粉末的粒徑的調(diào)整，在空隙率一定下，在廣的范圍可控制氣孔徑。作為多孔質(zhì)體的空隙率，在不加壓下就可得到適合過濾器的35～55％。
本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體就是根據(jù)這樣的見解而完成的，其特征是由燒結(jié)球狀氣體霧化鈦粉末，形成的板狀的多孔質(zhì)體構(gòu)成，該多孔質(zhì)體的空隙率是35～55％。
使用該鈦粉末燒結(jié)體的燒結(jié)鈦過濾器可將最大細孔徑控制在3～70μm的范圍，且可抑制壓力損失使其變小。另外，上述多孔質(zhì)體的空隙率在后面詳細地說明，但制造上不限定于35～55％。特別是適合于各用途，同時又容易得到的空隙率是35～55％。
本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體，通過將上述多孔質(zhì)體的板厚作成500μm以下，可得到可向圓筒狀彎曲加工的優(yōu)良的彎曲特性。若上述多孔質(zhì)體的板厚超過500μm時，在室溫下不能進行彎曲加工。另外，不使用球狀氣體霧化鈦粉末，而使用氫化脫氫鈦粉末和海綿鈦粉末等的不定形粉末時，即使板厚在500μm以下，在無加壓成型下不能使氣孔徑均勻化。進而，由于粒子之間的融合點不均勻地分散，所以部分地強度不足，不能進行在室溫下的彎曲加工。
該板厚，從在室溫下的彎曲加工性的觀點看，特別優(yōu)選的是100μm以下。對于板厚的下限，從室溫下的彎曲加工性的觀點看，優(yōu)選的是越薄越好，但粒徑/板厚的比過于大時，例如對于一層粒子，其空隙率比作為金屬粉末燒結(jié)過濾器優(yōu)選的35～55％的范圍變大。因此，板厚，優(yōu)選的是所使用的粉末的平均粒徑的3倍以上的。
鈦粉末燒結(jié)體的形狀基本上是平板，但在此之外，例如也可以成形為彎曲板等，另外，當然也可以將平板彎曲加工成半圓形狀或U字狀、波形狀等使用，當然也可以彎曲成圓筒形狀使用，對成型階段或使用階段的形狀沒有限制。
另外，本發(fā)明的筒狀多孔質(zhì)體是上述鈦粉末燒結(jié)體，而且是將球狀氣體霧化鈦粉末直接燒結(jié)成筒狀體形成的，例如，通過使用筒狀的鈦粉末燒結(jié)過濾器，可不沖壓而價廉地提供高度高、反向清洗再生性優(yōu)良的產(chǎn)品。
另外，本發(fā)明的金屬燒結(jié)過濾器是上述鈦粉末燒結(jié)體，且是從鈦多孔質(zhì)體的一個表面向另一個表面，氣孔徑階段地增大，反向清洗再生性優(yōu)良，雖然氣孔徑增大也可得到均勻的空隙率。
即，球狀氣體霧化鈦粉末的粒徑影響氣孔徑。通過使從過濾器的一個面向另一個面所使用的粉末的粒徑階段地變大，可階段地增加氣孔徑，將氣孔徑階段地增大的多個多孔質(zhì)層重合，可得到疊層構(gòu)造。在改變球狀粉末的粒徑時，只要是不加壓空隙率基本上一定，所以也可不變空隙率條件下變化氣孔徑。但是，若變更燒結(jié)溫度時，通過變化粒子間的接觸面積，可控制氣孔徑，也可控制空隙率。
在圖1(a)所示的現(xiàn)有例中，作為鈦粉末使用氫化脫氫鈦粉末和海綿鈦粉末等的、由不定形鈦粒子1構(gòu)成的粉末，通過使用越向表層越細的粒，則越向表層細氣孔徑越縮小。沖壓成型性比較良好，通過沖壓成型空隙率可以均勻化，但是該均勻化尚不充分。另外，形成在鈦粒子1間的氣孔2的形狀不是光滑的，所以除去固形成份是困難的。
相對于此，在圖1(b)所示的本發(fā)明例中，作為鈦粉末是使用氣體霧化法制造的由球狀的鈦粒子1構(gòu)成的粉末，由于使用越向表層越細的粒，則越向表層細氣孔徑越縮小，但是空隙率即使不加壓也是一定的。另外，形成在鈦粒子1間的氣孔2的形狀是因球面光滑地形成的，所以可容易地從氣孔2除去固形成份。
本發(fā)明人等使用具有這些特征的球狀氣體霧化鈦粉末，試驗地制造燒結(jié)板，該板假想為固體高分子型水電解槽上的供電體和固體高分子型燃料電池上的集電體，進行特性等的評價，其結(jié)果明確了以下的事實。
球狀氣體霧化鈦粉末流動性優(yōu)良，投入到燒結(jié)容器中時即使不加壓也可充填充分的密度。而且，燒結(jié)它時，①即使是薄型大面積時也可確保充分的機械強度。②不用特別的操作就可簡單地得到作為供電體和集電體的良好的空隙率，③表面平滑性高，即使不進行等離子噴鍍等的涂層，相鄰的膜電極接合體密切地接合而且不用擔心膜電極接合體受到損傷。因此，可以避免由于接合界面的電阻增大引起的電壓損失，且可避免對通液性和通氣性產(chǎn)生壞的影響。
也就是，使用球狀氣體霧化鈦粉末的燒結(jié)體，在制造過程中不用加壓，在制造后也不進行表面涂層，作為固體高分子型水電解槽上的供電體或者固體高分子型燃料電池上的集電體，顯示了在性能及經(jīng)濟性兩方面上極其優(yōu)良的適合性。
本發(fā)明的多孔質(zhì)導電板就是基于這些見解而開發(fā)的，是上述的燒結(jié)體，而且可以用于固體高分子型水電解槽上的供電體或者固體高分子型燃料電池上的集電體。
以往的鈦粉末燒結(jié)板，如上所述，制造噴墨打印機用油墨分散板所要求的大面積且薄的燒結(jié)板是困難的。進而，本發(fā)明人等試驗了在燒結(jié)前對氫化脫氫鈦粉末不進行模具沖壓，燒結(jié)時也是無加壓的燒結(jié)，但是得不到分散板所要求的均勻的空隙率。
為了解決這些問題，本發(fā)明人等再次著眼于球狀氣體霧化鈦粉末。結(jié)果弄清楚了球狀氣體霧化鈦粉末的流動性非常好，粒子間的接觸良好，所以通過充填到燒結(jié)容器內(nèi)，由此，即使薄板的情況下，不用加壓就可以得到均勻且充分的充填密度。而且，通過燒結(jié)，在不沖壓成型下就可制造機械強度高的薄板狀的多孔質(zhì)體，而且制造的薄板，相鄰的球狀粒子是點狀熔合，該熔合點是均勻分布，所以板面內(nèi)的空隙率的不均度小。
本發(fā)明的高耐腐蝕性多孔板，是基于這些見解而完成的，其由上述鈦粉末燒結(jié)體構(gòu)成，而且多孔質(zhì)體的板厚T(mm)對面積S(mm2)的比率T/S控制在1/10000以下。
該比率T/S超過1/10000時，不使用球狀氣體霧化鈦粉末，通過HIP可以制造空隙率均勻性優(yōu)良的多孔板。但是該制造成本是非常高。本發(fā)明的耐腐蝕性多孔板的定義在于，不用說HIP，連沖壓成型也不使用地可以極其廉價地提供空隙率均勻的薄板。
關(guān)于板面內(nèi)的空隙率的不均勻度最好是在標準偏差3％以下。比其均勻性差的可以通過不定形粉末和沖壓成型組合方法來制造。對于該標準偏差下限，空隙率的不均勻度越小越好，對此沒有特別的限制。在本發(fā)明中可以是3％以下，1％以下也是可能的。
使用于本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體的球狀氣體霧化鈦粉末，在市場上銷售著按照粒徑范圍所區(qū)分的3種類。也就是45μm以下的細粒、45～150μm的粗粒、150μm以上更粗粒3種類，細粒的平均粒徑是大約25μm、粗粒的平均粒徑大約是80μm。
作為球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑最好是150μm以下的范圍。該平均粒徑超過150μm時，各個粒子間的熔合點的間隔過于寬大，所以彎曲加工時產(chǎn)生裂紋的可能性高。例如在板厚為500μm附近成型的鈦粉末燒結(jié)體時的空隙率，作為金屬粉末燒結(jié)過濾器優(yōu)選地是大于35～55％的范圍。板厚和各個粒子間的熔合點的關(guān)系，在板厚范圍內(nèi)希望是2點以上。對于平均粒徑的下限，粒徑越小加工性越有提高的傾向，所以對于下限沒有特別的規(guī)定。
多孔質(zhì)的板厚，也就是本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體的厚度，從上述的彎曲加工性考慮是500μm以下，考慮室溫下的彎曲加工性時最好是100μm以下。
對于空隙率，作為球狀氣體霧化鈦粉末可使用市售品。而且充填時和燒結(jié)時即使不用加壓也可以得到35～55％的空隙率。按照本發(fā)明人等的調(diào)查，該空隙率是作為金屬粉末燒結(jié)過濾器的優(yōu)選值。
使用于本發(fā)明的筒狀多孔質(zhì)體的球狀氣體霧化鈦粉末的粒徑?jīng)]有特別的限制，使用上述市售品沒有任何的問題，但是在氣體霧化法中，工業(yè)上高收率生產(chǎn)極端的細粒是困難的。另外，在粗粒的情況時，制造薄型的多孔質(zhì)體時，由于相對于多孔質(zhì)厚度鈦粉末的接觸面積減少，所以擔心強度不足。這是由于將粗粒使用于薄型多孔質(zhì)體的制造時，鈦粉末的接觸點數(shù)減少的緣故。另外，為了彌補這些，將鈦粉末間的接觸面積增大，試圖提高其強度時，則得不到35～55％的空隙率。因此，平均粒徑優(yōu)選的是10～150μm。
對于筒狀多孔質(zhì)體的空隙率，作為球狀氣體霧化鈦粉使用市售品，而且充填時和燒結(jié)時即使不用加壓也可以得到35～55％的空隙率。按照本發(fā)明人等的調(diào)查，該空隙率是作為金屬粉末燒結(jié)過濾器的優(yōu)選值。
該空隙率，可通過燒結(jié)溫度的調(diào)節(jié)、粒徑的選擇、加壓等進行嚴密的控制。一般的傾向，提高燒結(jié)溫度時，則粒子間的接觸面積增大氣孔徑變小，所以空隙率下降。同樣，粒徑變小時，如果燒結(jié)溫度是相同的則提高了燒結(jié)性，其結(jié)果，氣孔徑變小所以空隙率有下降傾向。充填時或燒結(jié)時若進行加壓，則空隙率下降。
對于氣孔徑，與空隙率相同，通過燒結(jié)溫度的調(diào)節(jié)、粒徑的選擇等可以控制。對于本發(fā)明的筒狀多孔質(zhì)，由于球狀氣體霧化鈦粉末的優(yōu)良的流動性，所以可不進行沖壓使氣孔徑均勻化。若粒徑整齊時，可進一步促進該均勻化。不管怎樣，根據(jù)原料粉末的規(guī)格實質(zhì)決定產(chǎn)品規(guī)格，這使制造變得簡單。
筒狀多孔質(zhì)體的形狀、尺寸根據(jù)制造的過濾器等的產(chǎn)品的形狀、尺寸適宜地決定，在不進行沖壓的自然充填時，取決于燒結(jié)容器的內(nèi)部形狀。
另外，在上述的專利第2791737號公報中，也記載著球狀氣體霧化鈦粉末的使用，但該球狀粉末的使用，不是用于形成圓筒狀的基體部，是用于基體部的表面形成被覆的微細粉末層，基體部是通過將不定形粉末冷軋靜水壓沖壓成圓筒形狀后通過燒結(jié)制造的。
在本發(fā)明的金屬燒結(jié)過濾器中氣孔徑是重要的。作為該氣孔徑，優(yōu)選的是在3～70μm的范圍選擇。即，作為高耐腐蝕性燒結(jié)過濾器，從過濾性看，優(yōu)選的是氣孔徑是70μm以下的，但若要得到3μm的氣孔徑，需要使用平均粒徑10μm以下的球狀氣體霧化鈦粉末，制造成本變高。
對于空隙率，作為球狀氣體霧化鈦粉末使用市售品，且在充填時或燒結(jié)時不進行加壓，也可得到35～55％的空隙率。按照本發(fā)明者們的調(diào)查，該空隙率是作為金屬粉末燒結(jié)過濾器的優(yōu)選值。
對于球狀氣體霧化鈦粉末的粒徑范圍沒有特別限制，使用上述的市售品級的沒有任何問題，但是使用氣體霧化法以高收率且工業(yè)生產(chǎn)極細的細粒是困難的。另外，在粗粒時，制造薄型的多孔質(zhì)體時，由于對于多孔質(zhì)體厚度的鈦粉末的接觸面積變小，所以擔心強度不足。因此，粒徑，優(yōu)選的是以平均從10～150μm的范圍內(nèi)，根據(jù)要求的氣孔徑進行選擇。
本發(fā)明的多孔質(zhì)導電板所使用的球狀氣體霧化鈦粉末的粒徑?jīng)]有特別限制，使用上述的市售品級的沒有任何問題，但是使用氣體霧化法以高收率且工業(yè)生產(chǎn)極細的細粒是困難的。另外，在粗粒時，制造薄型的多孔質(zhì)體時，由于對于多孔質(zhì)體厚度的鈦粉末間的接觸點數(shù)變小，所以擔心強度不足。因此，粒徑優(yōu)選的是以平均10～150μm。
對于多孔質(zhì)導電板的空隙率，作為球狀氣體霧化鈦粉末使用市售品，而且在充填和燒結(jié)時不用加壓就可得到35～55％的空隙率。根據(jù)本發(fā)明人等的調(diào)查，該空隙率，對于由鈦粉末燒結(jié)體構(gòu)成的多孔質(zhì)導電板來說，從電氣、機械的特性等面看是合適的。另外，通過在充填時和燒結(jié)時的加壓或者選擇燒結(jié)條件也可以將空隙率調(diào)整到35％以下。
該空隙率可以根據(jù)燒結(jié)溫度的調(diào)節(jié)、粒徑的選擇、加壓等進行控制。一般的傾向，燒結(jié)溫度增高，由于接觸面積增大，所以空隙率下降。同樣粒徑變小時由于接觸面積增大空隙率下降。另外，在充填時和燒結(jié)時的加壓，空隙率下降。相對于多孔質(zhì)導電板的板厚粒徑增大時，空隙率有增大的傾向。通過這些的組合可以將空隙率任意控制在比較寬的范圍內(nèi)。另外，空隙率的極端的下降或增大成為反應(yīng)中的水和氣體的接受供給率的惡化或多孔質(zhì)導電板的強度不足的原因。
多孔質(zhì)導電板的尺寸是根據(jù)要制造的供電體和集電體的尺寸適宜地選擇。
用于本發(fā)明的耐腐蝕性多孔板的球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑D最好是150μm以下。超過150μm時由于孔徑變大難以得到分散效果。對于平均粒徑D的下限，因為越小越好，所以不進行特別的限制。
作為多孔板的板厚T，為了減少壓力損失優(yōu)選的是2mm以下，更優(yōu)選的是1mm以下。
空隙率優(yōu)選的是35～55％。這是由于在低于35％時會引起分散性惡化和壓力損失增大的問題。對于上限，在使用球狀粒子時，從幾何學上考慮一般55％作為上限。
本發(fā)明的高耐腐蝕性多孔板特別適用于要求面積大且薄、有均勻空隙率及高耐腐蝕性的噴墨打印機用油墨分散板，可以大大地降低該分散板的制造成本。


圖1表示金屬燒結(jié)過濾器的現(xiàn)有例及本發(fā)明例中的構(gòu)造不同的模式圖，(a)是現(xiàn)有例，(b)是本發(fā)明例。
圖2是本發(fā)明的一個實施方式，用氣體霧化法制造海綿鈦的球狀粉粒體作為原料，在無加壓下燒結(jié)的鈦燒結(jié)過濾器的電子顯微鏡照片。
圖3是用氫化脫氫法粉碎海綿鈦的不定形粉末作為原料，在無加壓下燒結(jié)的鈦燒結(jié)過濾器的電子顯微鏡照片。
圖4是對本發(fā)明實施例3和比較例4～6中流通流體的流量和壓力損失的關(guān)系作比較的圖表。
圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式的鈦粉末燒結(jié)體的模式圖。
圖6是表示本發(fā)明的第3的實施方式的筒狀多孔質(zhì)體的制造方法的說明圖中，表示球狀氣體霧化鈦粉末的充填形態(tài)的斷面圖。
圖7是表示本發(fā)明的第4的實施方式的金屬燒結(jié)過濾器的模式斷面圖。
圖8是表示本發(fā)明的第5的實施方式的筒狀多孔質(zhì)體的制造方法說明圖中，表示球狀氣體霧化鈦粉末的充填形態(tài)的一個例子的斷面圖。
圖9是表示球狀氣體霧化鈦粉末的充填形態(tài)的其他例子的斷面圖。
圖10是表示球狀氣體霧化鈦粉末的充填形態(tài)的再一個例子的斷面圖。
圖11是表示本發(fā)明的第6的實施方式的高耐腐蝕性多孔板的模式圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。
本發(fā)明的實施中的鈦或者鈦合金粉末原料是使用將海綿鈦通過氣體霧化法得到的平均粒徑150μm以下的球狀粒子(以下簡稱為球狀鈦粉末)。用氣體霧化法得到的球狀粒子由于是鈦的溶解飛沫在飛散中凝固的粉末，所以與海綿鈦的粉碎粉末和氫化脫氫粉末的不定形粉末比較，粉末的表面是極其光滑的。
使用上述球狀粉末制造過濾器時，為了得到需要的過濾性能，最好通過篩分將粉末粒徑作成一致的。而且，是將粉末粒徑齊整的球狀鈦粉末在無加壓下充填到燒結(jié)容器內(nèi)。用無加壓充填了的燒結(jié)原料的空隙率，可通過粒度調(diào)整將其調(diào)整到35～55％的范圍內(nèi)。對燒結(jié)前的球狀鈦粉末進行振動時，則空隙率在35～55％的范圍內(nèi)變小。但是不會減少到35％以下的范圍。另外，在加壓充填時，一般空隙率可以到35％以下。
燒結(jié)上述無加壓下充填到燒結(jié)容器的球狀鈦粉末時，只是球狀粒子的接觸部熔解后結(jié)合的，但是可以充分確保過濾器所要求的機械強度。或者，在比鈦熔點很低的溫度域下燒結(jié)時，由于是在保持燒結(jié)前的球狀粒子的形狀下進行燒結(jié)，所以燒結(jié)體的空隙率與燒結(jié)前的空隙率沒有變化，燒結(jié)后的空隙率在35～55％的范圍內(nèi)。此外，只要是在低溫域下燒結(jié)，即使加上一些壓力，也可以得到空隙率在35～55％的范圍內(nèi)的燒結(jié)體。
用氣體霧化法得到的球狀鈦粉末可以工業(yè)上制造出平均粒徑10～150μm的小粉末，所以使用該球狀鈦粉末可以制造最大細孔徑為3～70μm的球狀鈦過濾器。也就是，可以高生產(chǎn)性地制造出網(wǎng)孔細的壓力損失小的過濾器。此外，球狀鈦粉末其平均粒徑超出10～150μm的范圍，即低于10μm，大于150μm時，則不能得到最大細孔徑為3～70μm的燒結(jié)體。
另一方面，使用旋轉(zhuǎn)電極法也可以制造球狀粉末，但是得到的球狀粉末的平均粒度一般是400μm以上，所以在工業(yè)上收率良好地生產(chǎn)平均粒度150μm以下，甚至30μm以下的球狀粉末是困難的。
上述最大細孔徑可以用水銀壓入法測定。所說的水銀壓入法是將試樣加入在水銀中，漸漸地提高水銀的壓力。于是，越是加壓水銀越能進入小徑的孔，所以可以判斷多孔質(zhì)孔的大小的值。也就是，最大細孔徑小的，是孔小的多孔質(zhì)體，這樣可以得到連微小雜質(zhì)都可以除去的性能優(yōu)良的過濾器。
本發(fā)明的實施方式中，為了燒結(jié)時不減少球狀鈦粉末原料的空隙率，將燒結(jié)體的空隙率維持與球狀鈦粉末原料的空隙率相等，所以對充填到筒狀容器內(nèi)的球狀鈦粉末原料最好是不要加壓，在比鈦熔點相當?shù)偷臒Y(jié)溫度650～1200℃的溫度域內(nèi)進行燒結(jié)。燒結(jié)溫度低于650℃時，不能充分地進行燒結(jié)，超過1200℃燒結(jié)時，即使沒有加壓，燒結(jié)部分不是停留在各粒子間的接觸部，而是在粒子間互相熔合，其結(jié)果不能保持球狀粒子的形狀，發(fā)生變形收縮，空隙率降低，壓力損失增大。
本發(fā)明的實施方式中，其特征是不進行引起粉末變形的沖壓成型，所以可以像刮刀葉片法或擠出法那樣通過將適當?shù)恼辰Y(jié)劑與球狀鈦粉末混合得到的未燒結(jié)體，使用未燒結(jié)體進行粘結(jié)劑的脫脂及真空燒結(jié)后也可以得到燒結(jié)鈦過濾器。
實施例1從海綿鈦原料制造顆粒，將其在Ar氣體氛圍氣中用電磁感應(yīng)溶解使其氣體霧化。將得到的氣體霧化粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑10μm的球狀粉末。將該粉末在無加壓下充填到內(nèi)部尺寸一邊是100mm的正方形，高度3mm的高密度的氧化鋁制的容器中，在真空度7×10-3Pa，1000℃下保持15分鐘，進行無加壓燒結(jié)，制造鈦燒結(jié)過濾器。
實施例2用與實施例1相同的方法制作鈦燒結(jié)過濾器時，將氣體霧化了的粉末加在振動篩中進行分級得到平均粒徑29μm的球狀粉末。在與上述相同的條件下燒結(jié)該粉末，制作鈦燒結(jié)過濾器。
實施例3
用與實施例1相同的方法制作鈦燒結(jié)過濾器時，將氣體霧化了的粉末加在振動篩中進行分級得到平均粒徑124μm的球狀粉末。在與上述相同的條件下燒結(jié)該粉末，制作鈦燒結(jié)過濾器。圖2表示其鈦燒結(jié)過濾器的電子顯微鏡照片。從照片表明，鈦燒結(jié)過濾器的粒子是保持球狀粒子，空隙多。
實施例4用與實施例1相同的方法制作鈦燒結(jié)過濾器時，將氣體霧化了的粉末加在振動篩中進行分級得到平均粒徑140μm的球狀粉末。與實施例1相同地在不加壓下將該粉末充填到容器中后，使用振動裝置對于容器給予100次的振動。此時，預(yù)先余量地充填粉末以使容器內(nèi)的粉末高度達到3mm。而且在與實施例1相同的條件下制作鈦燒結(jié)過濾器。
實施例5用與實施例1相同的方法制作鈦燒結(jié)過濾器時，將氣體霧化了的粉末加在振動篩中進行分級得到平均粒徑148μm的球狀粉末。在不加壓下將該粉末與實施例1相同地充填到容器中后，使用振動裝置對于容器給予100次的振動。此時，預(yù)先余量地充填粉末以使容器內(nèi)的粉末高度達到3mm。而且在與實施例1相同的條件下燒結(jié)，制作鈦燒結(jié)過濾器。
上述實施例3、4及5中，調(diào)整原料的平均粒徑及加壓時的壓力，以使燒結(jié)得到的燒結(jié)過濾器的最大細孔直徑達到47～68μm。將燒結(jié)過濾器的最大細孔直徑作成47～68μm是為了滿足作為用于相色譜裝置的燒結(jié)過濾器，所要求的最大細孔直徑70μm以下的條件的。若是相同最大細孔直徑的燒結(jié)過濾器，希望耐腐蝕性更優(yōu)良、壓力損失更小的過濾器，所以制作與以下記載的比較例1、2、4～6互相相同形狀的過濾器，在流量1L/min/cm2的條件下比較壓力損失。
比較例1從海綿鈦原料作成顆粒，將其在Ar氣體氛圍中一邊電磁感應(yīng)熔解一邊進行氣體霧化。將得到的鈦粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑212μm的球狀粉末。將該粉末在充填到內(nèi)部尺寸一邊是100mm正方形的高密度石墨制的容器，加以800kg/cm2的壓力，在真空度7×10-3Pa，1660℃下保持15分鐘，進行加壓燒結(jié)，制造厚度3mm鈦燒結(jié)過濾器。
比較例2與比較例1相同的方法制作鈦燒結(jié)體時，將氣體霧化了的粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑246μm的球狀粉末。將該粉末充填到內(nèi)部尺寸一邊是100mm正方形的高密度的石墨制的容器后，加以1200kg/cm2的壓力，在真空度7×10-3Pa，1660℃下保持15分鐘，進行加壓燒結(jié)，制造厚度3mm鈦燒結(jié)過濾器。
比較例3將圓柱體鈦錠用等離子旋轉(zhuǎn)電極法進行粉末化的粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑450μm的球狀粉末。將該粉末與實施例1相同地，無加壓地充填到內(nèi)部尺寸一邊是100mm的正方形，高度3mm的高密度的氧化鋁制的容器后，在真空度7×10-3Pa，1000℃下保持15分鐘，進行無加壓燒結(jié)，制造鈦燒結(jié)過濾器。
比較例4將市售的水霧化法得到的不銹鋼粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑147μm的不定形粉末。將該粉末與比較例3相同的條件下燒結(jié)，制造燒結(jié)過濾器。
比較例5將用氫化脫氫法粉碎海綿鈦得到的粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑102μm的不定形粉末。將該粉末與比較例3相同的條件下燒結(jié)，制造鈦燒結(jié)過濾器。在圖3中表示了該鈦燒結(jié)過濾器的電子顯微鏡照片。燒結(jié)體是由不定形粒子構(gòu)成的。
比較例6將用機械破碎法粉碎海綿鈦得到的粉末加在振動篩上分級，得到平均粒徑103μm的不定形粉末。將該粉末與比較例3相同的條件下燒結(jié)，制造燒結(jié)過濾器。
在表1中表示了上述實施例1～5及比較例1～6的原料粉末的性狀的比較。另外，在表2中表示了得到的燒結(jié)過濾器性狀(空隙率、最大細孔徑、粒徑、壓力損失)。另外，燒結(jié)過濾器的粒徑，只是對在燒結(jié)后也可以維持球狀粒子形狀的本發(fā)明的實施例1～4及比較例3進行了測定。壓力損失是表示流通流體的流量是1升/min/cm2時的壓力損失。
表1

表2

此外，構(gòu)成鈦燒結(jié)過濾器的球狀粒子的平均粒徑可以按照以下的方法測定。首先，在顯微鏡觀察時的長方形視野上畫一條對角線，在對角線上的球狀粒子中，選擇可以看到輪廓50％以上的所有粒子，測定直徑。從測定的直徑中按照直徑大小順序選擇10個算出平均值，在不同的位置重復10次這樣的測定，進而將算出的10個平均值平均，求出球狀粒子的平均直徑。從表1和表2可以看出用該法求出的鈦燒結(jié)過濾器的球狀粒徑是與原料粉末的平均粒徑幾乎是相同的。
上述實施例是以海綿鈦作為原料的，但可將鈦碎屑或鈦錠作為原料。另外，在制造鈦合金的燒結(jié)過濾器時，對于原料使用所希望的鈦合金錠。
上述表1、表2所示的實施例3、4及比較例1、2、4、5、6任何一個都是通過調(diào)節(jié)原料粒徑、燒結(jié)壓力進行燒結(jié)，使得燒結(jié)過濾器的最大細孔直徑達到(48±1)μm的。從該比較試驗的結(jié)果表明，即使將相同氣體霧化法的球狀鈦粉末作為原料，粉末的平均粒徑是181μm以下在不加壓下燒結(jié)的實施例2、3和粉末的平均粒徑是200μm以上在加壓后燒結(jié)的比較例1、2，在壓力損失上有顯著的差異，本發(fā)明的實施的燒結(jié)過濾器的壓力損失小。
又表明，對比較例4～6的氣體霧化法以外的水霧化法、氫化脫氫法及機械破碎的不定形粉末不加壓下燒結(jié)得到的燒結(jié)過濾器，任何一個的壓力損失都大。進而，比較例4的不銹鋼制燒結(jié)過濾器，存在著耐腐蝕性問題。另外，在圖4中表示了實施例3和比較例4、5、6的流通流體的流量和流體壓力損失的關(guān)系。任何一個都與流量的增加成正比例，壓力損失也變大，而本發(fā)明的實施方式的實施例3的壓力損失最小。
圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式的鈦粉末燒結(jié)體的模式斷面圖。
在不加壓下將具有規(guī)定的平均粒徑的球狀氣體霧化鈦粉末11充填到由高密度氧化鋁組成的盤狀的燒結(jié)容器內(nèi)后，通過在不加壓下真空燒結(jié)該球狀氣體霧化鈦粉末11制造薄板狀的多孔質(zhì)燒結(jié)體10。
其中，燒結(jié)體10的板厚T是500μm以下。鄰接的球狀粒子之間點狀地接觸融合，板厚在500μm以下的條件下可發(fā)揮優(yōu)良的彎曲特性。即，使用球狀氣體霧化鈦粉末的鈦粉末燒結(jié)體，通過鄰接的球狀粒子之間點狀地接觸融合的部位均勻地分布在整個燒結(jié)體，彎曲應(yīng)力沒有局部的集中，彎曲特性優(yōu)良。
燒結(jié)溫度，優(yōu)選的是選擇比鈦的熔點相當?shù)偷牡蜏?50～1200℃的范圍內(nèi)。在燒結(jié)溫度低于比650℃時，不能進行充分的燒結(jié)。若超過1200℃時，即使在不加壓時，燒結(jié)部分也不停留在各個粒子間的接觸部，由于粒子之間互熔，有不能確保適當?shù)目障堵始皻饪讖降奈ｋU。通過在該溫度范圍內(nèi)變更燒結(jié)溫度，可控制空隙率及氣孔徑。另外，也可控制彎曲特性。
作為本發(fā)明的實施例及比較例，使用上述的球狀氣體霧化鈦粉末的市售品，即粒徑范圍45μm以下的細粒(平均粒徑25μm)和45～150μm的粗粒(平均粒徑80μm)，制造150mm×150mm的各種板厚的薄板狀鈦粉末燒結(jié)體。
另外，作為現(xiàn)有例子，使用氫化脫氫鈦粉末的市售品(平均粒徑25μm)，在成型上使用沖壓，制造相同尺寸的薄板狀鈦粉末燒結(jié)體。
調(diào)查將制造的薄板狀鈦粉末燒結(jié)體卷繞在外徑40mm(曲率半徑20mm)的圓柱體時的燒結(jié)體的破損狀況，進行彎曲特性的比較。結(jié)果如表3所示。
表3

從表3可以看出，作為鈦粉末使用球狀氣體霧化鈦粉末，且板厚500μm以下時，與粒徑無關(guān)地(無論細?；蛘叽至r)得到優(yōu)良的彎曲特性。
圖6是表示本發(fā)明的第3實施方式的筒狀多孔質(zhì)體的制造方法的說明圖，是表示球狀氣體霧化鈦粉末的充填方式的斷面圖。
高密度氧化鋁制的燒結(jié)容器20具有如下部分，即，圓柱形狀的內(nèi)模21、在內(nèi)模21的外側(cè)空出規(guī)定的間隙配置的圓筒形狀的外模22、配置在外模22的更外側(cè)而固定外模22的圓筒形狀的固定模23和為了在內(nèi)模21和外模22間形成環(huán)狀的空間25，在該空間的最下部配置的環(huán)狀的墊片24。
內(nèi)模21為了便于卸下傾斜地被分割成2部分，與環(huán)狀的墊片24一起插入到外模22內(nèi)。外模22也是為了便于卸下在周周方向分割成2部分，用外側(cè)的固定模23固定成合體狀態(tài)。
組裝燒結(jié)容器20，在內(nèi)模21和外模22間的墊片24上形成環(huán)狀的間隙25。在該環(huán)狀的間隙25中在不加壓下充填規(guī)定粒徑的球狀氣體霧化鈦粉末30。接著，在不加壓下對燒結(jié)容器20內(nèi)的球狀氣體霧化鈦粉末30進行真空燒結(jié)。
由此，制造圓筒形狀的鈦粉末燒結(jié)過濾器。該過濾器，由于粒子之間的接觸狀態(tài)良好，且形成在粒子間的氣孔的大小均勻化，所以即使在不加壓下也可確保充分的機械強度和均勻的氣孔徑。其結(jié)果，可廉價地制造高度高的過濾器。在不改變充填率下，通過減小粒徑可以縮小氣孔徑。另外，通過使粒徑的大小齊整可進一步提高氣孔徑的均勻性。進而，由于氣孔的形狀圓滑，所以很少有堵塞，反向清洗的再生性優(yōu)良。
燒結(jié)溫度最好是在比鈦熔點溫度低很多的650℃～1200℃。燒結(jié)溫度低于650℃時，則不能進行充分的燒結(jié)。超過1200℃時，即使在無加壓下，接觸部分不停留在各個粒子間的接觸部，由于粒子間互相熔合，則有不能確保適當?shù)目障堵始皻饪讖降奈ｋU性。
對于燒結(jié)溫度，如前所述，可以通過變更燒結(jié)溫度控制空隙率及氣孔徑。因此根據(jù)粒徑，最適宜的燒結(jié)溫度是不同的。例如，對于粒徑范圍為45～150μm的粗粒最好是850～1200℃。燒結(jié)溫度低于850℃時，則有可能不能充分地燒結(jié)。另一方面粒徑范圍是45μm的細粒時，即使在比較低溫也可以得到充分的燒結(jié)性，所以希望的燒結(jié)溫度是650～850℃。
作為本發(fā)明的實施例是用上述的方法制造高度250mm、外徑60mm、內(nèi)徑56mm、壁厚2mm的圓筒狀鈦粉末燒結(jié)過濾器。適用的球狀氣體霧化鈦粉末，其粒徑范圍是45～150μm，燒結(jié)爐內(nèi)的環(huán)境是真空，燒結(jié)溫度是1100℃，燒結(jié)時間是30分鐘。在高度方向的5點調(diào)查了制造的過濾器的空隙率及氣孔徑。
作為比較例，使用氫化脫氫鈦粉末的市售品(粒徑范圍為45～150μm)，并用沖壓成型，制造同樣的圓筒形狀的鈦粉末燒結(jié)過濾器。在高度方向的5點調(diào)查了制造的過濾器的空隙率及氣孔徑。
在表4及表5中表示了各個的調(diào)查結(jié)果。在實施例中，盡管沒有沖壓，但是在高度方向是均勻地分布，可是在比較例中，盡管進行了沖壓成型，由于鈦粉末的充填不均勻，所以空隙率及氣孔徑都有很大的不均勻。
表4

表5

比較兩者的反向清洗的再生性。也就是將平均粒徑10μm的氧化硅珠以10mg/L地配合在水中的溶液，通過各個過濾器，過濾干燥后的重量增加量作為定量，而后，再以空氣壓力為5kgf/cm2進行反向清洗一定時間，干燥后，測定過濾器使用前后的重量變化，評價反向清洗的再生性。在實施例中，通過反向清洗可以除去94％，而比較例只能除去78％。
此外，在上述實施例中，是直接制造了圓筒形狀的產(chǎn)品，但是可以分別地制造半圓筒形狀的產(chǎn)品，而后將它們焊接構(gòu)成圓筒形狀。另外，不限于圓筒形狀，也可以是方筒形等。
圖7表示了本發(fā)明第4實施方式的金屬燒結(jié)過濾器的模式斷面圖。
將具有規(guī)定平均粒徑的球狀氣體霧化鈦粉末無加壓地充填到高密度氧化鋁制的燒結(jié)容器內(nèi)后，將該球狀氣體霧化鈦粉末在無加壓下通過真空燒結(jié)，制造第1板狀多孔質(zhì)體41。
使用比用于第1板狀多孔質(zhì)體41的球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑大的球狀氣體霧化鈦粉末，同樣地制造第2板狀多孔質(zhì)體42。為了得到與第1板狀多孔質(zhì)體41相同的空隙率，調(diào)整燒結(jié)溫度。
使用比用于第2板狀多孔質(zhì)體42的球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑大的球狀氣體霧化鈦粉末，同樣地制造第3板狀多孔質(zhì)體43。為了得到與第1板狀多孔質(zhì)體41及第2板狀多孔質(zhì)體42相同的空隙率，調(diào)整燒結(jié)溫度。
疊置所制造的3枚板狀多孔質(zhì)體41、42、43，通過燒結(jié)制造3層構(gòu)造的燒結(jié)過濾器40。在所制造的燒結(jié)過濾器40中，用于使用的粉末粒徑是不同的，所以沿著板狀多孔質(zhì)體41、42、43的順序氣孔徑增大。對于空隙率由于都是無加壓充填，所以幾乎是相同的。各多孔質(zhì)體上的氣孔沒有大的不均勻性。形狀也光滑和齊整。
作為過濾器的性能，是設(shè)計成將處理液順序地通過板狀多孔質(zhì)體41、42、43，在氣孔徑最小的板狀多孔質(zhì)體41中捕捉處理液中的幾乎所有固形成份，所以可以得到優(yōu)良的反向清洗再生性。也就是，固形物是不分散在板狀多孔質(zhì)體42、43上，由于板狀多孔質(zhì)體41上的氣孔的形狀光滑和齊整，所以可以圓滑地除去捕捉在氣孔中的固形成份。
各燒結(jié)時的燒結(jié)溫度，最好選擇比鈦熔點相當?shù)偷臏囟?50～1200℃的范圍內(nèi)。燒結(jié)溫度低于650℃時，不能充分地進行燒結(jié)，超過1200℃燒結(jié)時，即使沒有加壓，燒結(jié)部分不停留在各粒子間的接觸部，而是粒子間互相熔合，有不能確保適當?shù)目障堵始皻饪讖降奈ｋU性。在該溫度范圍內(nèi)，如前所述，通過變更燒結(jié)溫度可以控制空隙率及氣孔徑。
作為本發(fā)明的實施例，用上述方法制成3層構(gòu)造的鈦燒結(jié)過濾器。各層的厚度是1mm(合計3mm)。使用于各層的球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑是20μm、60μm、100μm，各層最大的氣孔徑是6μm、22μm、37μm。另外，空隙率各層都是45％。
作為比較例，使用氫化脫氫粉末的市售品，制作同樣的鈦燒結(jié)過濾器。在制作3枚的板狀多孔質(zhì)體時，為了成型和氣孔徑的均勻化是需要加壓的?？障堵矢鲗又惺遣痪鶆虻模謩e是55％、48％、37％。
比較兩者的反向清洗的再生性。也就是將平均粒徑10μm的氧化硅珠以10mg/L地配合在水中的溶液，通過各個過濾器，過濾干燥后的重量增加量作為定量，而后，再以空氣壓力為5kgf/cm2進行反向清洗一定時間，干燥后，測定過濾器使用前后的重量變化，評價反向清洗的再生性。在實施例中，通過反向清洗可以除去97％，而比較例只能除去83％。
在上述實施例中，是預(yù)先制作氣孔徑不同的多孔質(zhì)體后進行疊層，但是也可以將粒徑不同的鈦粒子充填成層狀進行燒結(jié)也可以得到同樣的構(gòu)造。順便說一下，圖1(b)所示的疊層構(gòu)造是用后者的方法制作的。
圖8～10是表示本發(fā)明的第5實施方式的多孔質(zhì)導電板的制作方法說明圖，表示了球狀氣體霧化鈦粉末的充填形態(tài)的斷面圖。
首先，如圖8所示，將規(guī)定粒徑的球狀氣體霧化鈦粉末50無加壓地充填到高密度的氧化鋁制的燒結(jié)容器60內(nèi)。燒結(jié)容器60的內(nèi)形是對應(yīng)于應(yīng)制作的多孔質(zhì)導電板的形狀的薄板形狀。接著，將充填到燒結(jié)容器60內(nèi)的球狀氣體霧化鈦粉末在無加壓下真空燒結(jié)。
燒結(jié)溫度最好是在比鈦熔點相當?shù)偷?50～1200℃。燒結(jié)溫度低于650℃時，不能充分地進行燒結(jié)。超過1200℃時，即使在無加壓下，燒結(jié)部分不停留在各個粒子間的接觸部，而是粒子間相互熔合，所以有不能確保適當空隙率的危險。
作為本發(fā)明的實施例，用這樣的方法制作具有50mm見方1mm厚、0.5mm厚、0.2mm厚的3種類的多孔質(zhì)導電板。
球狀氣體霧化鈦粉末是上述的市售品，1mm厚及0.5mm厚的是使用粗粒(45～150μm)、0.2mm厚的是使用細粒(45μm以下)。真空燒結(jié)的真空度是7×10-3Pa，對于粗粒的燒結(jié)溫度是1000℃，對于細粒的燒結(jié)溫度是800℃。另外，溫度的保持時間，粗粒、細粒都是大約15分鐘。制作出的多孔質(zhì)導電板的空隙率都是在45％左右。
用4端子法測定制造的多孔質(zhì)導電板的電阻時，對于1mm厚度的是10mΩ、0.5mm厚度的是15mΩ，對于0.2mm厚度的，由于使用細粒所以是12mΩ。關(guān)于性狀，通過球狀氣體霧化鈦粉末沿著燒結(jié)容器的底部上面整齊排列，使表面平坦化。另外，由于球狀氣體霧化鈦粉末的流動性良好，所以在整個多孔質(zhì)導電板上可得到比較均勻的空隙率。
為了進行比較，將氫化脫氫鈦粉末的市售品(粒徑范圍50～150μm、平均粒徑100μm)進行燒結(jié)，制造50mm見方×1mm厚、0.5mm厚的多孔質(zhì)導電板。為了得到45％的空隙率，需要進行沖壓成型。電阻是與實施例相同的，但強度不充分。這可推斷由于使用不規(guī)則形狀粒子，鈦粉末之間的結(jié)合不均勻的原因而造成的。在整個多孔質(zhì)導電板上出現(xiàn)了空隙率的不均勻。
另一方面，鈦纖維燒結(jié)板的市售品(厚度0.8mm)的空隙率大到60％，電阻是30mΩ的高電阻。雖然強度是充分的，但在表面存在著與膜電極接合體不能壓接程度的微細尖粒。在該鈦纖維燒結(jié)體的一側(cè)表面上，在氬氣體中，將上述市售的球狀氣體霧化鈦粉末用等離子噴鍍成0.2mm厚，將整個厚度作成1mm。全體的空隙率成為45％，表面雖然平坦，但電阻依然大到20mΩ，是實施例的2倍。
上述實施例中，對于粗粒的燒結(jié)溫度約是1000℃，將該燒結(jié)溫度作成1100℃時，空隙率可降低到約40％。另外，將燒結(jié)溫度作成900℃時，空隙率增大到約50％。任何一個多孔質(zhì)導電板都是高強度，表面的平滑性優(yōu)良，且低電阻。
作為進一步提高表面的平滑性的方法，例如有將球狀氣體霧化鈦粉末一邊振動一邊充填到規(guī)定尺寸的燒結(jié)容器中的方法。通過振動充填，如圖9所示，不僅提高與燒結(jié)容器60的底部上面接觸的表面的平滑性，也可提高開口側(cè)的表面的平滑性，使空隙率更均勻化。另外，如圖10所示，燒結(jié)容器60是由縱向內(nèi)側(cè)的板狀空間構(gòu)成也是有效的。內(nèi)側(cè)的板狀空間成為縱向時，充填了的球狀氣體霧化鈦粉末50從兩側(cè)的側(cè)面受到由于自重的板厚方向的荷載，提高兩表面的平滑性。任何的方法都是增大充填率時減少空隙率，也可以并用兩者。
作為成型的方法，除了自然充填、真空燒結(jié)外，也可將球狀氣體霧化鈦粉末混合在粘結(jié)劑內(nèi)的物料，用刮刀法、注射成型法、沖壓成型法成型為未燒結(jié)體后，除去粘結(jié)劑進行燒結(jié)。延壓燒結(jié)后的多孔質(zhì)導電板，或延壓未燒結(jié)體，可進行表面更平滑和空隙率的調(diào)整。另外，減小球狀氣體霧化鈦粉末的粒度分布對表面平滑化也是有效的。
圖11是表示本發(fā)明的第6實施方式的高耐腐蝕性多孔板的模式斷面圖。
將具有規(guī)定平均粒徑的球狀氣體霧化鈦粉末71在無加壓下充填到高密度氧化鋁制的盤狀燒結(jié)容器內(nèi)后，通過將球狀氣體霧化鈦粉末71在無加壓下真空燒結(jié)，制造大面積薄的高耐腐蝕性多孔板70。
其中，多孔板10的板厚T是其面積S的1/10000以下。也就是T/S≤1/10000以下。相鄰球狀粒子間是點狀接觸、熔合的，在粒子間形成的氣孔72的大小是均勻的，所以提高了空隙率的均勻性，該均勻性是粒徑越整齊越高，標準偏差滿足3％以下。
燒結(jié)溫度最好選擇在比鈦熔點相當?shù)偷臏囟?50～1200℃的范圍。燒結(jié)溫度低于650℃時，不能充分地進行燒結(jié)，超過1200℃燒結(jié)時，即使沒有加壓，燒結(jié)部分不是停留在各粒子間的接觸部，而是粒子間互相熔合，有不能確保適當?shù)目障堵始皻饪讖降奈ｋU。在該溫度范圍內(nèi)，通過變更燒結(jié)溫度可以控制空隙率。
作為本發(fā)明的實施例，使用上述的球狀氣體霧化鈦粉末的市售品，也就是粒徑范圍45μm以下的細粒(平均粒徑25μm)和、45～150μm以下的粗粒(平均粒徑80μm)，制造200mm×200mm，厚度2mm的多孔板。T/S＝1/20000。作為燒結(jié)容器使用高密度氧化鋁容器，在該容器內(nèi)無加壓下充填球狀氣體霧化鈦粉末粉末后，在無加壓下真空燒結(jié)，燒結(jié)的條件，對于細粒是800℃×1小時、對于粗粒是1000℃×1小時。
作為比較例1，使用氫化脫氫鈦粉末的市售品(平均粒徑25μm)，燒結(jié)溫度是800℃，其他的條件與上述的實施例相同。
在制造了的多孔板的面板上的5點(A～E)測定空隙率。測定點是對200mm見方的燒結(jié)體上畫出對角線，將其6等分的5點?？障堵剩峭ㄟ^測定以各測定點為中心的5個20mm見方樣品的厚度、面積、質(zhì)量求出體積密度，用下式計算出的。在表6中表示了各點的空隙率、平均值及標準偏差。
空隙率(％)＝(1-體積密度/鈦的真密度)×100表6

從表6可以看出，通過使用球狀氣體霧化鈦粉末，即使在板厚2mm以下的薄板也可以制造空隙率是均勻的多孔板。
嘗試用HIP法將比較例1所使用的粉末燒結(jié)成同樣的形狀?？墒窃贖IP中，由于不能從鉭制的包覆體，不裂開地分離多孔板，所以不可能制造200mm見方×2mm厚的多孔板。用HIP可制造的最小厚度是200mm見方×5mm厚(T/S＝1/8000)的多孔板。
另外，也試驗了將比較例1所使用的粉末在金屬模沖壓成型后，通過燒結(jié)制作同樣的燒結(jié)體，但是由于過于薄在沖壓成型后產(chǎn)生裂紋，連進燒結(jié)工序都無法進行。按照本方法可以制作的最小厚度為200mm見方×5mm厚(T/S＝1/8000)的多孔板。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如以上所說明的那樣，本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體可以提供過濾性能優(yōu)良的鈦燒結(jié)過濾器，其是保持原料的球狀粉末的平均粒徑及空隙率，構(gòu)成最大細孔徑為70μm以下的小的鈦燒結(jié)過濾器、壓力損失小。
而且，本發(fā)明的鈦粉末燒結(jié)體，通過使用球狀氣體霧化鈦粉末，且板厚限制在500μm以下，可以賦予高彎曲特性，所以可以不使用CIP非常廉價地制作成例如所謂圓筒狀或波形的立體形狀的過濾元件、分散元件等。
另外，本發(fā)明的圓筒狀多孔質(zhì)體在不加壓下可以制作高度高的產(chǎn)品，盡管不加壓，但是在高度方向具有優(yōu)良的質(zhì)量均勻性。由此，可以高質(zhì)量且經(jīng)濟地制作各種尺寸的圓筒狀鈦粉末燒結(jié)過濾器。另外，可對該過濾器賦予優(yōu)良的反向清洗再生性。
本發(fā)明的高耐腐蝕性金屬燒結(jié)過濾器由于使用鈦粉末，所以耐腐蝕性優(yōu)良。從一個表面向另一個表面，氣孔徑是階段地增大，在各階段上的氣孔的大小是齊整，形狀也光滑，所以反向清洗再生性優(yōu)良。另外，從一個表面向另一個表面，空隙率可具有一定的齊整度，所以可以回避對通液性的不良影響。因為制作簡單，所以可將成本控制在很低。
本發(fā)明的多孔質(zhì)導電板是由球狀氣體霧化鈦粉末的燒結(jié)體構(gòu)成的，成型性好，所以可簡單地制作薄型大面積的產(chǎn)品。不需要等離子噴鍍那樣的涂層，也可得到優(yōu)良的表面的平滑性，所以，不會產(chǎn)生電阻的增大，可改善對膜電極接合體的保護性及接觸性，經(jīng)濟性也優(yōu)良。所以，可以廉價地提供高性能的供電體和集電體。
另外，本發(fā)明的高耐腐蝕性多孔板，可以對用HIP不能制作的薄板，連沖壓都不用經(jīng)濟地制造，而且空隙率的均勻性比沖壓品高，因此，可以非常廉價地制造空隙率均勻的薄板多孔板，例如適用于噴墨打印機用油墨分散板，可以經(jīng)濟地提供質(zhì)量高的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種高耐腐蝕性金屬過濾器，其是由球狀氣體霧化鈦粉末燒結(jié)后形成的板狀的多孔質(zhì)體構(gòu)成的，從該多孔質(zhì)體的一個表面到另一個表面，氣孔徑是階段地增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐腐蝕性金屬過濾器，其中所述氣孔徑是3～70μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐腐蝕性金屬過濾器，其中從所述多孔質(zhì)體的一個表面到另一個表面空隙率幾乎是一定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐腐蝕性金屬過濾器，其中所述多孔質(zhì)體的空隙率是35～55％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐腐蝕性金屬過濾器，其是通過無加壓充填及無加壓燒結(jié)而制造的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耐腐蝕性金屬過濾器，其中所述球狀氣體霧化鈦粉末的平均粒徑是10～150μm。
全文摘要
提供過濾器和、固體高分子型水電解槽中的供電體、固體高分子型燃料電池中的集電體、進而提供液體的分散板，特別是適用于噴墨打印機用油墨分散板等的多孔質(zhì)體。燒結(jié)用氣體霧化法制造的由鈦或者鈦合金構(gòu)成的球狀粉末，形成板狀的多孔質(zhì)的鈦粉末燒結(jié)體。通過無加壓充填及無加壓燒結(jié)可以得到35～55％的空隙率。
文檔編號B22F5/00GK1846835SQ20061007648
公開日2006年10月18日 申請日期2002年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者大西隆, 小笠原忠司, 渡邊宗敏, 加藤雅通 申請人:住友鈦株式會社