CN103055798A

CN103055798A - 一种吸气剂

Info

Publication number: CN103055798A
Application number: CN2013100147590A
Authority: CN
Inventors: 张红
Original assignee: BEIJING LIANCHUANG HONGYE VACUUM TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING LIANCHUANG HONGYE VACUUM TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：15wt%～70wt%的第一吸气颗粒；15wt%～70wt%的第二吸气颗粒；5wt％～15wt%的助烧剂；所述第一吸气颗粒为三元合金，所述三元合金中的两种金属为Zr和V；所述第二吸气颗粒为第四副族的金属单质或金属化合物。在本发明中，氢原子在所述三元合金中富V相中具有较高的扩散速度，且三元合金具有较低的激活温度；所述第二吸气颗粒具有较大吸氢量，具有平稳的吸气性能和较高的吸气速率；而且，所述助烧剂与第二吸气颗粒形成β相固溶体，使吸气剂颗粒之间的结合力上升，提高了吸气剂的稳定性。因此，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的牢固性和吸气性能。

Description

一种吸气剂

技术领域

本发明涉及吸气设备技术领域，尤其涉及一种吸气剂。

背景技术

吸气剂，也称消气剂，是用来获得、维持真空以及纯化气体等，能有效地吸着某些气体分子的材料的统称，有粉状、碟状、带状、管状、环状、杯状等多种形状。

吸气剂能够通过物理或化学作用与活性气体分子进行反应或者发生吸附，从而有效提高装置内的真空度。吸气剂大量应用于真空电子器件中，为器件创造了良好的工作环境，稳定了器件的特性参量，对器件的性能及使用寿命有重要的影响：一是吸气剂能够短时间内提高真空器件的真空度（达10^-4帕以上），在器件的排气封离后和老炼过程中消除残余的和重新释放的气体，有利于缩短排气时间；再者，吸气剂在器件的储存和工作期间能够维持一定的真空度；另外吸收器件在启动和反常工作时的突发性放气，有效地保护阴极等敏感元件。吸气剂是提高真空度的有效手段之一。

现有技术中，常用作吸气剂的材料有钡、锶、镁、钙、钛、锆、铪、钒、钡铝合金或过渡金属与铝或稀土元素的合金或化合物，其中，Ba-Al、Ti-V、Zr-Al等二元合金、Ba-Al-Ni、Zr-V-Fe、Ti-Zr-V等三元合金常用来制备吸气剂。这类材料一般具有很高的活性、低饱和蒸汽压以及大比表面积，对电真空中的残余活性气体如H₂、O₂、N₂、CO和烃类物质等具很强的吸附或吸收能力。

目前应用比较广泛的吸气剂主要是Zr-Al吸气剂、Zr-C吸气剂、Zr-V-Fe吸气剂和Ti-Mo吸气剂等。这些吸气剂的吸气剂激活温度较高且单一，温度范围在500~900℃，对于高精度微电子器件的使用具有一定的局限性；经高温激活的吸气剂出现吸气速率剧烈下降的情况，不能长时间保持稳定的吸气速率，吸气剂片结合力较差，容易在使用中出现掉粉的现象，对真空元件如X射线管、红外传感器、陀螺仪等的使用性能产生危害。影响真空元件长时间的使用。

发明内容

本发明提供的目的在于提供一种吸气剂，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的吸气性能和稳定性。

本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：

15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；

15wt%~70wt%的第二吸气颗粒；

5wt%~15wt%的助烧剂；

所述第一吸气颗粒为三元合金颗粒，所述三元合金中的两种金属为Zr和V；

所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物。

优选的，包括20wt%~65wt%的第一吸气颗粒。

优选的，所述三元合金中的第三金属为Mn、Fe、Cu或Ni。

优选的，所述第一吸气颗粒的粒径为20μm~200μm。

优选的，包括20wt%~60wt%的第二吸气颗粒。

优选的，所述第二吸气颗粒的材质为Ti、Zr、ZrH₂和TiH₂中的一种或多种。

优选的，所述第二吸气颗粒的粒径为20μm~100μm。

优选的，包括8wt%~12wt%的助烧剂。

优选的，所述助烧剂的材质为Mo、V和Nb中的一种或多种。

优选的，所述助烧剂的粒径为20μm~100μm。

本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；15wt%~70wt％的第二吸气颗粒；5wt％~15wt%的助烧剂；所述第一吸气颗粒为三元合金，所述三元合金中的两种金属为Zr和V；所述第二吸气颗粒为第四副族的金属单质或金属化合物。在本发明中，所述第一吸气颗粒为三元合金，其中三元合金中的两种金属为Zr和V，氢原子在合金中富V相中具有较高的扩散速度，且三元合金具有较低的激活温度；同时，第二吸气颗粒为第四副族金属单质或化合物，其具有较大吸氢量，对于维持平稳的吸气性能有重要的作用，且第四副族金属单质或化合物的吸气速率会随着激活温度的升而大幅提高，对于耐高温的真空元件可以采取高温激活的方式获得较高的吸气速率；而且，本发明提供的吸气剂包括助烧剂，所述助烧剂容易与第二吸气颗粒形成β相固溶体，使吸气剂颗粒之间的结合力上升，提高了吸气剂的稳定性。因此，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的牢固性和较高的吸气性能。实验结果表明，本发明提供的吸气剂为宽程激活吸气剂，能够在较低的温度下激活，如180℃，激活时间为60min~120min，在低温180℃烘烤激活后，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现平稳的吸气性能；在高温600℃以上激活时，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现短时间内高的吸气速率和吸气量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的吸附剂的结构示意图；

图2为本发明实施例和比较例提供的吸气剂在180℃激活后的吸气性能图；

图3为本发明实施例和比较例提供的吸气剂在600℃激活后的吸气性能图。

具体实施方式

本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：

15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；

15wt%~70wt%的第二吸气颗粒；

5wt%~15wt%的助烧剂；

本发明提供的吸气剂包括第一吸气颗粒、第二吸气颗粒和助烧剂，在本发明中，所述第一吸气颗粒为三元合金颗粒，所述三元合金中的两种金属为Zr和V，其具有较低的激活温度，在300℃~350℃之间；且氢原子在三元合金的富V相中具有较高的扩散速度；在本发明中，所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物，其具有较大的吸氢量，能够维持平稳的吸气性能，而且，所述第二吸气颗粒的吸气速率会随着激活温度的升高而提高，对于耐高温的真空元件可以采用高温激活的方式获得较高的吸气速率；另外，在本发明中，所述助烧剂会与第二吸气颗粒形成β相固溶体，提高了吸气颗粒之间的结合力，从而提高了吸气剂的稳定性。因此，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的稳定性和较高的吸气性能。

参见图1，图1为本发明实施例得到的吸气剂的结构示意图，其中1为第一吸气颗粒，2为第二吸气颗粒，3为助烧剂。

本发明提供的吸气剂包括15wt%~70wt%的第一吸气颗粒，优选为20wt%~65wt%，更优选为25wt%~60wt%，所述第一吸气颗粒为三元合金颗粒，所述三元合金中的两种金属为Zr和V。在本发明中，所述第一吸气颗粒的粒径优选为20μm~200μm，更优选为50μm~100μm；在所述三元合金中，第三金属优选为Mn、Fe、Ni或Co，更优选为Mn；在本发明中，所述三元合金中Zr的质量分数优选为60wt%~80wt%，更优选为65wt%~75wt%；所述三元合金中V的质量分数优选为10wt%~35wt%，更优选为15wt%~30wt%；所述三元合金中第三金属的质量分数优选为1wt%~10wt%，更优选为3wt%~8wt%；在所述三元合金中，三种金属的质量分数总和为100%。本发明对所述三元合金的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的合金的制备方法即可，在本发明中，所述三元合金颗粒优选按照以下方法制备：

将包含三元合金中金属进行熔炼，得到三元合金铸锭；

将所述三元合金铸锭进行破碎，得到三元合金颗粒。

本发明优选将包含三元合金中金属进行熔炼，得到三元合金的铸锭。本发明对所述熔炼的设备没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的熔炼金属的设备即可；本发明优选将符合上述质量比的金属置于真空电弧炉中进行熔炼；在本发明中，所述熔炼的温度优选为2000℃~2400℃，更优选为2150℃~2300℃；优选将上述金属熔炼3次~5次，除去其中的杂质，得到合金铸锭；每次熔炼的时间优选为20s~30s，更优选为23s~28s；

得到三元合金铸锭后，本发明优选将所述三元合金铸锭进行破碎，得到三元合金颗粒；本发明优选在氩气气氛保护的条件下，将所述三元合金铸锭进行破碎；本发明对所述破碎的方法没有特俗的限制，采用本领域技术人员熟知的破碎的技术方案即可；本发明优选先将得到的三元合金铸锭进行粗碎；然后再进行球磨制粉，得到三元合金颗粒；在本发明中，所述粗碎的设备优选为颚式破碎机，所述球磨的设备优选为球磨机。

本发明提供的吸气剂包括15wt%~70wt%的第二吸气颗粒，优选为20wt%~60wt%，更优选为25wt%~55wt%，在本发明中，所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物，优选为Ti、Zr、ZrH₂和TiH₂中的一种或多种，更优选为Ti。在本发明中，所述第二吸气颗粒具有较大的吸氢量，对于维持平稳的吸气性能有重要的作用，且第二吸气颗粒随着激活温度的升高，其吸气速率会有大幅提高，对于耐高温的真空元件可以采取高温激活的方式获得较高的吸气速率。在本发明中，所述第二吸气颗粒的粒径优选为20μm~100μm，更优选为50μm~90μm，最优选为60μm~80μm；当所述第二吸气颗粒的材质为Ti时，所述第二吸气颗粒中Ti的含量优选大于99%。

本发明提供的吸气剂包括5wt％~15wt%的助烧剂，优选为8wt％~12wt%。在本发明中，所述助烧剂能够与所述第二吸气颗粒形成β相固溶体，使吸气剂颗粒之间的结合力上升，防止使用过程中掉粉的情况产生。在本发明中，所述助烧剂优选为Mo粉、V粉和Nb粉中的一种或多种；当所述助烧剂为Mo粉、V粉和Nb粉中的多种时，本发明对所述Mo粉、V粉和Nb粉的质量比没有特殊的限制，可以采取任意质量比的Mo粉、V粉和Nb粉作为助烧剂。在本发明中，所述助烧剂的粒径优选为20μm~100μm，更优选为50μm~90μm，最优选为60μm~80μm。

实验结果表明，本发明提供的吸气剂为宽程激活吸气剂，在低温180℃烘烤激活后，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现平稳的吸气性能；在高温600℃以上激活时，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现短时间内高的吸气速率和吸气量。

本发明对所述吸气剂的制备方法没有特殊的限制，优选按照以下方法制备：

提供三元合金颗粒；

将所述三元合金颗粒、第二吸气颗粒和助烧剂混合后压制成型，得到坯体，所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物；

将所述配坯体进行烧结，得到吸气剂。

本发明提供三元合金颗粒，本发明对所述三元合金颗粒的制备方法没有特殊的限制，优选采用上述技术方案所述的方法制备得到三元合金颗粒；

得到三元合金颗粒后，本发明将所述三元合金颗粒与上述技术方案所述的第二吸气颗粒和助烧剂混合，得到混合料；在本发明中，所述三元合金颗粒与所述第二吸气颗粒和助烧剂的质量比与上述技术方案所述的吸气剂中各组分的含量一致。在本发明中，所述三元合金颗粒与上述技术方案所述的第二吸气颗粒和助烧剂混合的时间优选为4小时~8小时，更优选为5小时~7小时；

得到混合料后，本发明将所述混合料压制成型，得到坯体。本发明对所述压制成型的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的压制成型的技术方案即可，本发明可以根据所述吸气剂的形状进行压制成型，得到不同形状的坯体，在本发明中，所述坯体的形状优选为片状、环状或块状。

得到坯体后，本发明将所述坯体进行烧结，得到吸气剂。本发明优选将所述坯体置于真空烧结炉中进行烧结，所述烧结的温度优选为450℃~1000℃，更优选为500℃~950℃，最优选为550℃~900℃；所述烧结的时间优选为5min~30min，更优选为10min~25min，最优选为10min~20min。本发明采用烧结工艺制备吸气剂，使得到的吸气剂具有多孔结构，有效地提高了吸气剂的比表面积，从而提高了吸气活性面积和吸气速率，更进一步提高的吸气剂的吸气性能。

本发明采用的制备方法采用压制和烧结的制备工艺，提高了吸气剂的比表面积，形成了较大的有效吸气面积，提高了吸气剂的吸气速率；而且提高了吸气剂结合力，实现了强机械振动的情况下不掉粉，同时降低了吸气剂的激活温度，实现了在低激活温度180℃烘烤下实现激活平稳吸气，在高激活温度下快速吸气的要求，既能够很好的避免在激活过程中对器件的损伤，又可应用于对吸气镀铝要求较高的真空器件中。同时采用粉末压制的方法提高比表面积和孔隙率，提高了吸气剂的吸气速率和吸气量。

本发明提供的吸气剂能够应用在微电子机械系统（MEMS）、平板显示器（OLED/MND/LCD）、太阳能绝热板等真空度要求高、对激活条件要求严格的环境中。

本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；15wt%~70wt%的第二吸气颗粒；5wt%~15wt%的助烧剂；所述第一吸气颗粒为三元合金颗粒，所述三元合金中的两种金属为Zr和V；所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物。在本发明中，所述第一吸气颗粒为三元合金，其中三元合金中的两种金属为Zr和V，氢原子在合金中富V相中具有较高的扩散速度，且三元合金具有较低的激活温度；同时，第二吸气颗粒为第四副族金属单质或化合物，其具有较大吸氢量，对于维持平稳的吸气性能有重要的作用，且第二吸气颗粒的吸气速率会随着激活温度的升而大幅提高，对于耐高温的真空元件可以采取高温激活的方式获得较高的吸气速率；而且，本发明提供的吸气剂包括助烧剂，所述助烧剂容易与第二吸气颗粒形成β相固溶体，使吸气剂颗粒之间的结合力上升，提高了吸气剂的稳定性。因此，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的牢固性和较高的吸气性能。实验结果表明，本发明提供的吸气剂为宽程激活吸气剂，能够在较低的温度下激活，如180℃，激活时间为60min~120min，在低温180℃烘烤激活后，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现平稳的吸气性能；在高温600℃以上激活时，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现短时间内高的吸气速率和吸气量。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的吸气剂进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

使用真空电弧炉熔炼Zr-V-Mn合金，其中Zr的质量分数为80%，V的质量分数为10%，Mn的质量分数为10％，在氩气保护下将得到的Zr-V-Mn合金进行破碎至颗粒直径在50μm~100μm，将得到的粒径为50μm~100μm的Zr-V-Mn合金颗粒与粒径为50μm~100μm的Ti粉和粒径为50μm~100μm助烧剂Mo粉按照质量比为4.5:4.5:1的比例配料，混料4小时，将得到的混合物压制成型，然后放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为670℃，烧结时间为10min，得到吸气剂。

本发明检测得到的吸气剂的结构，结果表明，本实施例得到的吸气剂呈现多孔结构；

本发明研究了得到的吸气剂的吸气性能，将得到的吸气剂在180℃低温和600℃高温下分别激活，测试了激活后的吸气剂的吸气性能，结果表明，本发明提供的吸气剂能够在低激活温度180℃烘烤下实现激活平稳吸气，在高激活温度下快速吸气的要求，既能够很好的避免在激活过程中对器件的损伤，又可应用于对吸气镀铝要求较高的真空器件中；激活后的吸气性能如图2和图3所示，图2为本发明实施例和比较例得到的吸气剂在180℃激活后的吸气性能图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别为本发明实施例3、实施例2实施例1和比较例得到的吸气剂在180℃激活后的吸气性能曲线；图3为本发明实施例和比较例得到的吸气剂在600℃激活后的吸气性能图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别为本发明实施例3、实施例2实施例1和比较例得到的吸气剂在600℃激活后的吸气性能曲线，由图2和图3可以看出，本发明提供的吸气剂具有较宽的激活温度，激活后具有较高的吸附容量和吸气速率。

实施例2

使用真空电弧炉熔炼Zr-V-Mn合金，其中Zr的质量分数为60%，V的质量分数为35%，Mn的质量分数为5%，在氩气保护下将得到的Zr-V-Mn合金进行破碎至颗粒直径在50μm~100μm，将得到的Zr-V-Mn合金颗粒与粒径为50μm~80μm的Ti粉和粒径为50μm~80μm助烧剂Nb粉按照质量比为4:5:1的比例配料，混料5小时，将得到的混合物压制成型，然后放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为770℃，烧结时间为15min，得到吸气剂。

实施例3

使用真空电弧炉熔炼Zr-V-Mn合金，其中Zr的质量分数为79%，V的质量分数为20%，Mn的质量分数为1％，在氩气保护下将得到的Zr-V-Mn合金进行破碎至颗粒直径在50μm~100μm，将得到的Zr-V-Mn合金颗粒与粒径为50μm~80μm的Ti粉和粒径为50μm~80μm助烧剂V粉按照质量比为4.5:4.5:1的比例配料，混料4小时，将得到的混合物压制成型，然后放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为570℃，烧结时间为10min，得到吸气剂。

比较例

使用真空电弧炉熔炼Zr-V-Mn合金，其中Zr的质量分数为70%，V的质量分数为24.6%，Mn的质量分数为5.4％，在氩气保护下将得到的Zr-V-Mn合金进行破碎至颗粒直径在50μm~100μm，将得到的Zr-V-Mn合金颗粒压制成型，然后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为870℃，烧结时间为10min，得到吸气剂。

本发明检测得到的吸气剂的结构，结果表明，本比较例得到的吸气剂呈现多孔结构；

本发明研究了得到的吸气剂的吸气性能，将得到的吸气剂在180℃低温和600℃高温下分别激活，测试了激活后的吸气剂的吸气性能，结果如图2和图3所示，图2为本发明实施例和比较例得到的吸气剂在180℃激活后的吸气性能图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别为本发明实施例3、实施例2实施例1和比较例得到的吸气剂在180℃激活后的吸气性能曲线；图3为本发明实施例和比较例得到的吸气剂在600℃激活后的吸气性能图，其中曲线1、曲线2、曲线3和曲线4分别为本发明实施例3、实施例2实施例1和比较例得到的吸气剂在600℃激活后的吸气性能曲线，通过比较实施例和比较例得到的吸气剂的吸气性能可以看出，本发明提供的吸气剂具有较宽的激活温度，激活后具有较高的吸附容量和吸气速率。

由以上实施例可知，本发明提供了一种吸气剂，包括以下组分：15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；15wt%~70wt%的第二吸气颗粒；5wt％~15wt%的助烧剂；所述第一吸气颗粒为三元合金颗粒，所述三元合金中的两种金属为Zr和V；所述第二吸气颗粒的材质为第四副族的金属单质或金属化合物。在本发明中，所述第一吸气颗粒为三元合金，其中三元合金中的两种金属为Zr和V，氢原子在合金中富V相中具有较高的扩散速度，且三元合金具有较低的激活温度；同时，第二吸气颗粒为第四副族的金属单质或金属化合物，其具有较大吸氢量，对于维持平稳的吸气性能有重要的作用，且第四副族金属单质或化合物的吸气速率会随着激活温度的升而大幅提高，对于耐高温的真空元件可以采取高温激活的方式获得较高的吸气速率；而且，本发明提供的吸气剂包括助烧剂，所述助烧剂容易与第二吸气颗粒形成β相固溶体，使吸气剂颗粒之间的结合力上升，提高了吸气剂的稳定性。因此，本发明提供的吸气剂具有宽程激活的性能，且具有较高的牢固性和较高的吸气性能。实验结果表明，本发明提供的吸气剂为宽程激活吸气剂，能够在较低的温度下激活，如180℃，激活时间为60min~120min，在低温180℃烘烤激活后，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现平稳的吸气性能；在高温600℃以上激活时，对H₂、CO、O₂、N₂、CO₂等活性气体呈现短时间内高的吸气速率和吸气量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种吸气剂，包括以下组分：

15wt%~70wt%的第一吸气颗粒；

15wt%~70wt%的第二吸气颗粒；

5wt%~15wt%的助烧剂；

2.根据权利要求1所述的吸气剂，其特征在于，包括20wt%~65wt%的第一吸气颗粒。

3.根据权利要求1~2任意一项所述的吸气剂，其特征在于，所述三元合金中的第三金属为Mn、Fe、Cu或Ni。

4.根据权利要求1~2任意一项所述的吸气剂，其特征在于，所述第一吸气颗粒的粒径为20μm~200μm。

5.根据权利要求1所述的吸气剂，其特征在于，包括20wt%~60wt%的第二吸气颗粒。

6.根据权利要求1或5任意一项所述的吸气剂，其特征在于，所述第二吸气颗粒的材质为Ti、Zr、ZrH₂和TiH₂中的一种或多种。

7.根据权利要求1或5任意一项所述的吸气剂，其特征在于，所述第二吸气颗粒的粒径为20μm~100μm。

8.根据权利要求1所述的吸气剂，其特征在于，包括8wt％~12wt%的助烧剂。

9.根据权利要求1或8所述的吸气剂，其特征在于，所述助烧剂的材质为Mo、V和Nb中的一种或多种。

10.根据权利要求1或8所述的吸气剂，其特征在于，所述助烧剂的粒径为20μm~100μm。