(57)【要約】【課題】安価な材料を用い、低価格な水素透過合金膜を提供する。【解決手段】Ｔｉを１０〜４０ａｔ％含有し、残部がＦｅからなる水素透過合金膜とする。該水素透過合金膜の膜厚は、１〜５０μｍであることが好ましい。また、該水素透過合金膜の両表面に、膜厚０．０１〜１μｍのＰｄ膜を被覆することが好ましい。  該水素透過合金膜は、高価な貴金属を使用しておらず、安価な材料を用いているので、低価格である。さらに、該水素透過合金膜は、燃料電池の燃料として用いる水素ガスを精製・分離する装置への適用が可能な程度の水素透過性能を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉを１０〜４０ａｔ％含有し、残部がＦｅからなることを特徴とする水素透過合金膜。
【請求項２】
膜厚が１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の水素透過合金膜。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素透過合金膜の両表面に、膜厚０．０１〜１μｍのＰｄ膜を被覆してなることを特徴とする水素透過膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含む混合ガスから水素を選択的に透過・分離する水素透過合金膜および水素透過膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を選択的に透過・分離する水素透過合金膜は、半導体用シリコン製造等に用いる水素ガスを製造する高純度水素精製装置において使用されているが、近年、燃料電池の燃料として用いる水素ガスを精製・分離する装置への適用も考えられている。水素透過合金膜としては、純Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ、Ｐｄ−ＹなどのＰｄ合金が知られている。
【０００３】
しかしながら、Ｐｄは貴金属であり、材料コストが高いという問題がある。そのため、Ｐｄに代わる材料として、例えば特許文献１（特開平Ｈ１１−２７６８６６号公報）ではＮｂ、Ｔａ、Ｖからなる合金が提案されているが、材料コストの低減には不十分であった。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７６８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、安価な材料を用い、低価格な水素透過合金膜および水素透過膜を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る水素透過合金膜は、Ｔｉを１０〜４０ａｔ％含有し、残部がＦｅからなることを特徴とする。
【０００７】
前記合金膜の膜厚は、１〜５０μｍであることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る水素透過膜は、水素透過合金膜の両表面に、膜厚０．０１〜１μｍのＰｄ膜を被覆してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る水素透過合金膜は、高価な貴金属を使用しておらず、安価な材料を用いているので、低価格である。
【００１０】
さらに、本発明に係る水素透過合金膜は、燃料電池の燃料として用いる水素ガスを精製・分離する装置への適用が可能な程度の水素透過性能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、前述の課題を解決するために鋭意研究開発を進め、所定量のＴｉを含有し、残部がＦｅからなる合金が水素透過性能を有することを見出し、本発明に至った。
【００１２】
本発明に係る水素透過合金膜は、Ｔｉを１０〜４０ａｔ％含有し、残部がＦｅからなる。
【００１３】
Ｔｉが１０ａｔ％よりも少ないと水素透過性能が不十分となってしまう。一方、Ｔｉが４０ａｔ％よりも多いと水素脆化してしまい、機械的強度が不足し、膜が破損してしまうおそれがある。
【００１４】
本発明に係る水素透過合金膜の膜厚は、１〜５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
膜厚が１μｍよりも薄いと機械的強度が不足し、水素透過合金膜としての使用時に膜が破損してしまうおそれがある。一方、膜厚が５０μｍを超えると、単位時間当たりに透過できる水素ガスの量が少なくなってしまう。
【００１６】
また、本発明に係る水素透過合金膜の両表面には、厚さ０．０１〜１μｍのＰｄ膜を被覆することが好ましい。
【００１７】
Ｐｄ膜は水素ガス分子を解離して水素原子として合金膜中へ溶解させるとともに、反対表面では水素原子を水素ガス分子として再結合させるための触媒層として働く。また、Ｐｄ膜は水素透過合金膜が酸化して劣化するのを防止する。Ｐｄ膜の厚さが０．０１μｍより薄いと酸化防止効果が不十分である。一方、Ｐｄ膜の厚さが１μｍよりも厚くても酸化防止効果に影響は少なく、材料コストが高くなるだけである。
【００１８】
本発明に係る水素透過合金膜の製造にはスパッタリング法を用いることができる。具体的には、ＦｅとＴｉのターゲット材を用いて、直流スパッタリング法により同時にスパッタリングを行って製造することができる。基板には、ガラスを用いることが好ましく、スパッタリング時のターゲット基板間距離は３０〜２００ｍｍが好ましい。スパッタリングガスには、アルゴン等を用いることができ、スパッタリングガス圧は０．１〜１０Ｐａが好ましい。なお、ターゲットには、ＦｅとＴｉの合金を用いることもできる。
【実施例】
【００１９】
（実施例１）
スパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ社製ＳＢＨ２３０６ＲＤＥ）にＰｄ、Ｆｅ、Ｔｉの３つのターゲットを取り付け、また、該装置内の基板ホルダーに５６×７６ｍｍのクラウンガラス板を取り付けた。そして、該装置内を５×１０-4Ｐａ以下まで真空排気したのち、Ａｒガスを該装置内に導入して、Ａｒガス圧を１Ｐａにするとともに、ＰｄターゲットにＤＣ１．０Ａのスパッタ電流を投入して、まずＰｄを０．０５μｍ成膜した。
【００２０】
続いてＦｅターゲットとＴｉターゲットにそれぞれ１．２Ａ、１．３Ａのスパッタ電流を同時に投入して、Ｆｅ−Ｔｉ合金膜を５μｍ成膜した。続いて、再びＰｄターゲットにＤＣ１．０Ａのスパッタ電流を投入してＰｄを０．０５μｍ成膜した。
【００２１】
前記成膜後、大気中において、クラウンガラス板から形成した膜を剥離して水素透過膜を得た。得られた水素透過膜中のＦｅ−Ｔｉ合金膜の厚さを表面粗さ形状測定機（東京精密（株）サーフコム５７０Ａ）で測定したところ、４．８μｍであった。また、得られた水素透過膜中のＦｅ−Ｔｉ合金膜の組成をＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析：Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy）で分析した結果、Ｔｉが３３ａｔ％含有され、残部がＦｅからなる合金であった。さらに、得られた水素透過膜中のＦｅ−Ｔｉ合金膜の結晶構造をＸ線回折（ＸＲＤ）法で分析した結果、アモルファス構造であった。
【００２２】
また、作製した水素透過膜を図１に示す水素透過測定装置の直径８ｍｍの本体部１に取り付け、水素ガスの温度を３００℃とし、取り付けた水素透過膜２の左右の水素ガスの圧力差を０．１ＭＰａとして、透過水素流量をマスフローメーター（日本アエラ（株）ＦＭ−３９０）で測定した。該透過水素流量を、単位面積（１ｍ2）の水素透過膜を単位時間（１ｍｉｎ）当たりに透過する水素量に換算し、さらに標準状態での体積に換算した値（ＮＬ／（ｍｉｎ・ｍ2））で評価した。測定結果を表１に示す。
【００２３】
（実施例２〜４、比較例１、２）
ＦｅとＴｉの組成を変更した以外は実施例１と同様にして、実施例２〜４、比較例１、２の水素透過膜を作製し、水素透過膜および該透過膜中の水素透過合金膜について、実施例１と同様の分析および測定を行った。分析および測定結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、本発明の範囲に属する実施例１〜４の水素透過膜は破損や崩壊することなく２８．３〜９９．５ＮＬ／ｍｉｎの水素ガスを透過した。したがって、本発明に係る水素透過合金膜は、水素ガスの精製・分離に用いることができると考えられる。
【００２６】
これに対し、Ｔｉの含有量が１ａｔ％と本発明の下限値である１０ａｔ％を下回っている比較例１の水素透過膜を用いた場合には、該水素透過膜を透過する水素ガスを検出できなかった。また、Ｔｉの含有量が５４ａｔ％と本発明の上限値である４０ａｔ％を上回っている比較例２の水素透過膜を用いた場合には、水素ガスを導入すると割れてしまった。水素脆化したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の評価に用いた水素透過測定装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  本体部
２  水素透過膜
３  多孔質支持体
４  電気炉
５  マスフローメーター
６  背圧調整弁
【図１】
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