| 研究概要 |
5族金属(V,Nb,Ta)は高い水素透過能を有し、かつ比較的安価であり水素製造装置用分離膜材料として期待されている。ただし、酸化に弱いため水素透過性貴金属であるPdの極薄膜で表面を保護しなければならないが、水素製造に必要な高温では下地5族金属とPdが反応すると共に、Pd膜が多孔質化し保護性能が消失する。本研究の目的は4族金属(Ti,Zr,Hf)の炭化物・窒化物を中間層として挿入することにより、Pd被覆5族金属水素透過膜に高温安定性を付与することにある。
昨年度までに、Pd膜とTa基板の間に4族金属窒化物であるHfNを中間層として挿入すると、水素透過能を保持したままPd膜の高温安定性が飛躍的に高まることを見出した。一方、研究代表者らはNbについて、Pdとの間に中間層としてNb_2C層を挿入するとPd層の高温安定性が向上することを既に報告している。Pd-HfN-Ta系の高温安定性はPd-Nb_2C-Nb系に比べてもはるかに優れていた。しかし、Ta基板上に炭化物を形成した場合(すなわちPd-Ta_2C-Ta系)については十分な評価は行っていなかった。そこで今年度は、Pd-HfN-Ta系とPd-Ta_2C-Ta系の高温安定性を慎重に比較した。Pd-Ta_2C-Ta系はPd-Nb_2CTNb系に比べると優れた安定性を有していたものの、600～700℃で1時間加熱すると全面的に多孔質化しTaが露出した。一方、Pd-HfN-Ta系ではプリスタのような局所的なPd膜の損傷は見られたものの、10時間以上加熱しても多孔質化には至らなかった。また、水素の透過についてもPd-HfN-Ta系の方が良好であった。Ta_2C層はTaを炭化水素ガス中で加熱することで形成でき施工面では有利であるが、過酷な条件下ではHfN層の方が中間層として優れた性能を発揮すると結論した。現在、論文発表に向け準備を進めている。
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