CN114160786A - 一种混合粉末型吸气剂及其制备方法 - Google Patents

一种混合粉末型吸气剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合粉末型吸气剂及其制备方法。该吸气剂由混合粉末经自动连续压制法制备而成，所述混合粉末是以金属钛粉为主的二元或多元吸气材料，所述钛粉占混合粉末总重量的百分比为50％≤mTi≤100％，所述钛粉由氢化脱氢钛粉和雾化法制备的球形钛粉组成，所述钛粉中氢化脱氢钛粉的质量百分比为5％≤m氢化脱氢Ti≤95％。将混合粉末通过自动连续压制设备批量制成压制坯；再通过真空烧结设备真空烧结得到最终吸气剂。本发明的吸气剂采用兼具成形性和流动性的吸气材料粉体通过粉末冶金技术制备而成，吸气性能优异。本发明采用自动连续压制技术，批量化生产吸气剂，制备出的吸气剂一致性强，生产效率高，满足了工业化需求。

Description

一种混合粉末型吸气剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混合粉末型吸气剂及其制备方法，具体而言，利用一种兼具成型性和流动性的吸气材料粉体通过粉末冶金技术实现批量化制备电子真空器件，满足工业生产需求，属于电子真空器件领域以及粉末冶金制备技术领域。
背景技术
吸气剂广泛应用于电子真空器件中，依靠其在密闭环境中实现获取、提高腔体内真空度，可吸收残余活性气体以及对惰性气体提纯等特点，愈加得到电子真空领域的重视。该领域对吸气剂的需求也日益增加。现有制备吸气剂的技术普遍采用传统模压法压制而成，该方法多选用成型性较好的吸气材料粉体，产品一致性强，产品性能较好，但此方法的生产效率低，无法满足当今社会对吸气剂工业化生产的需求；此外自动连续压制吸气剂，多选用流动性好的吸气材料粉体，能够实现连续生产、生产效率高，但此粉体成型性差、压制坯结合力弱，压制坯合格率低，产品性能低、一致性差。
发明内容
本发明是基于上述现有技术而完成的，其目的在于提供一种混合粉末型吸气剂，该吸气剂利用兼具成型性和流动性的吸气材料粉体通过粉末冶金技术制备而成，性能优异。
本发明的另一个目的在于提供一种所述混合粉末型吸气剂的制备方法，采用自动连续压制技术，批量化生产吸气剂，基于前述特性的混合粉末型吸气材料粉体，制备出的吸气剂一致性强，生产效率高，产品性能优异，满足了工业化需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种混合粉末型吸气剂，该吸气剂由混合粉末经自动连续压制法制备，所述混合粉末是以金属钛粉为主的二元或多元吸气材料，所述钛粉占混合粉末总重量的百分比mTi为50％≤mTi≤100％，所述钛粉由氢化脱氢钛粉和雾化法制备的球形钛粉组成，所述钛粉中氢化脱氢钛粉的质量百分比m氢化脱氢Ti为5％≤m氢化脱氢Ti≤95％。
优选地，所述钛粉中氢化脱氢钛粉的质量百分比m氢化脱氢Ti为20％≤m氢化脱氢Ti≤80％。
在本发明的混合粉末型吸气剂中，所述混合粉末中所采用的钛粉为成形性好的氢化脱氢钛粉(松装密度低、粉末不规则程度大)、以及雾化法制备的流动性好的球形钛粉(松装密度大、粉末规则程度大)混合而成的钛粉。将这两种不同属性的钛粉按照一定质量的混合比混合来作为主要成分，与其他吸气材料混合而获得混合粉末，采用自动连续压制法对该混合粉末进行压制，再进行真空烧结，从而获得本发明的混合粉末型吸气剂。
进一步地，所述氢化脱氢钛粉的松装密度ρ为0.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3，优选为0.70g/cm3≤ρ≤1.70g/cm3。当氢化脱氢钛粉的松装密度超出给定范围，将降低压制坯的成形性。
进一步地，所述球形钛粉的松装密度ρ为0.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3，优选为1.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3。当球形钛粉的松装密度超出给定范围，将降低压制坯的流动性。
进一步地，所述氢化脱氢钛粉的粒度分布D50范围为10μm≤D50≤100μm。所述球形钛粉的粒度分布D50范围为10μm≤D50≤100μm。当氢化脱氢钛粉和球形钛粉的粒度分布超出给定范围，将降低最终吸气剂的吸气性能。
一种所述混合粉末型吸气剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氢化脱氢钛粉、球形钛粉与其他成分的吸气材料在惰性气氛保护中充分混合均匀，利用自动连续压制设备进行批量化压制，制成压制坯，压制压力P可设定为500kg≤P≤6000kg，生产速度A设定为100件/h≤A≤3000件/h；
(2)再通过真空烧结设备进行真空烧结制成最终成品吸气剂，真空烧结设备的真空度≤2×10-3Pa；烧结温度T为750℃≤T≤950℃；升温速率s为1℃/min≤s≤15℃/min，保温时间t为2min≤t≤30min，自然冷却降温。
本发明的有益效果：
(1)本发明的吸气剂采用兼具成型性和流动性的吸气材料粉体通过粉末冶金技术制备而成，性能优异。
(2)本发明采用自动连续压制技术，批量化生产吸气剂，基于前述特性的混合粉末型吸气材料粉体，制备出的吸气剂一致性强，生产效率高，产品性能优异，满足了工业化需求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中，原材料中的氢化脱氢钛粉、雾化球形钛粉均采购于陕西凤翔钛粉钛材有限公司，钼粉采购于成都虹波实业股份有限公司。吸气性能的激活与测试方法为：采用高频感应加热设备，型号为LHDZ-20KVA，将吸气剂在真空环境中加热激活至680℃，并保温15min；待吸气剂冷却后，腔室内持续通入H2，每分钟记录腔体内压强的变化，直至2h结束，最后通过计算腔体内的压强差得出吸气性能。
本发明中所述的自动连续压制法的具体实现过程是：首先将混合粉末填满料盒，料盒底部与压制母模紧密贴合，粉体自动传输填满母模后，多余粉体由料盒回收，上压头施加设定压力，单个压制坯完成。
以下对比例中所使用的传统模压设备采用型号为769YP-15A的粉末压片机，下压头嵌入母模中固定不动，母模中填入定量的粉，手动给压机加压，压力传递给上压头，最终在给定压力下将粉压实，最后再脱模取出压制坯。
实施例1
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取氢化脱氢(成型性好)钛粉的松装密度ρ＝1.08g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、选取雾化球形(流动性好)钛粉的松装密度ρ＝2.65g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
4、称取氢化脱氢钛粉m＝0.2kg、雾化球形钛粉m＝0.8kg，两种不同属性的钛粉混合比(m氢化脱氢Ti：m雾化球形Ti)＝20％：80％(质量百分比)。
5、将0.2kg氢化脱氢钛粉、0.8kg雾化球形钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
6、利用自动连续压制设备，型号为HK-SF005，持续压制1h，产量300件，生产效率300件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率100％。
7、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
8、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为2020Pa.mL。
实施例2
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取氢化脱氢(成型性好)的钛粉的松装密度ρ＝1.08g/cm3，粒度分布D50＝80μm；
3、选取雾化球形(流动性好)的钛粉的松装密度ρ＝2.65g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
4、称取氢化脱氢钛粉m＝0.5kg，雾化球形钛粉m＝0.5kg，两种不同属性的钛粉混合比(m氢化脱氢Ti：m雾化球形Ti)＝50％：50％(质量百分比)。
5、将0.5kg氢化脱氢钛粉、0.5kg雾化球形钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
6、利用自动连续压制设备持续压制1h，产量300件，生产效率300件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率100％。
7、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
8、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为2022Pa.mL。
实施例3
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取氢化脱氢(成型性好)的钛粉的松装密度ρ＝1.08g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、选取雾化球形(流动性好)的钛粉的松装密度ρ＝2.65g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
4、称取氢化脱氢钛粉m＝0.8kg，雾化球形钛粉m＝0.2kg，两种不同属性的钛粉混合比(m氢化脱氢Ti：m雾化球形Ti)＝80％：20％(质量百分比)。
5、将0.8kg氢化脱氢钛粉、0.2kg雾化球形钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
6、利用自动连续压制设备持续压制1h，产量300件，生产效率300件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率100％。
7、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
8、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为2019Pa.mL。
对比例1
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取氢化脱氢(成型性好)的钛粉的松装密度ρ＝1.08g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、全部称取氢化脱氢钛粉m＝1kg。
4、将1kg氢化脱氢钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
5、利用传统模压设备持续压制1h，产量50件，生产效率50件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率100％。
6、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
7、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为1765Pa.mL。
对比例2
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取雾化球形(流动性好)的钛粉的松装密度ρ＝2.65g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、全部称取雾化球形钛粉m＝1kg。
4、将1kg雾化球形钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
5、利用传统模压设备持续压制1h，产量50件，生产效率50件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率60％。
6、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
7、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为1256Pa.mL。
对比例3
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取氢化脱氢(成型性好)的钛粉的松装密度ρ＝1.08g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、全部称取氢化脱氢钛粉m＝1kg。
4、将1kg氢化脱氢钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
5、利用自动连续压制设备持续压制1h，产量300件，生产效率46件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率23％。
6、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
7、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为1637Pa.mL。
对比例4
1、吸气材料体系选择Ti-Mo二元合金，钛粉、钼粉的纯度均为99.995％。钛粉总重量mTi＝1kg、钼粉重量mMo＝0.1kg。
2、选取雾化球形(流动性好)的钛粉的松装密度ρ＝2.65g/cm3，粒度分布D50＝80μm。
3、全部称取雾化球形钛粉m＝1kg。
4、将1kg雾化球形钛粉以及0.1kg钼粉，在充足Ar气环境下的密闭混料罐中，充分混合96h至混合均匀。
5、利用自动连续压制设备持续压制1h，产量300件，生产效率300件/h，压制压力5000kg，压制坯的合格率16％。
6、使用真空烧结炉，整个烧结过程真空度P≤2×10-3Pa，升温速率s＝5℃/min，最高温度T＝800℃，保温时间t＝20min，自然冷却。
7、制得的吸气剂经固定工艺激活后测试吸气剂的吸气性能120分钟，最终吸气剂的吸气总量为1120Pa.mL。
表1
Figure BDA0003374569580000071
从上表实施例1～3可以看出，利用本发明所提供的混合粉末型吸气材料粉体，采用自动连续压制设备，制得的吸气剂生产效率高、合格率好，最终吸气剂一致性强、性能(前120分钟吸气总量)优异。
从上表对比例1～2可以看出，对比例1的结果说明，采用氢化脱氢钛粉与钼粉的混合粉体通过传统模压设备压制，生产效率低，合格率高，最终吸气剂的性能一般；对比例2的结果说明，采用雾化球形钛粉与钼粉的混合粉体通过传统模压设备压制，生产效率低，压制坯的合格率低，出现这种现象的原因在于此种属性粉体的成型性差，压制坯结合强度低，在触碰压制坯时会造成压制坯的表观损坏，且最终吸气剂性能很差。
从上表对比例3～4可以看出，对比例3的结果说明，采用氢化脱氢钛粉与钼粉的混合粉体通过自动压制设备，生产效率低，压制坯合格率低，最终吸气剂的性能一般，出现这种现象的原因在于此种属性粉体流动性差，无法实现连续压制；对比例4的结果说明，采用雾化球形钛粉与钼粉的混合粉体通过自动连续压制设备，生产效率高，但压制坯的合格率低，出现此种现象的原因在于此种属性的粉体成型性差，压制坯结合强度低，在触碰压制坯时会造成压制坯的表观损坏，且最终吸气剂的性能差。
从上述的描述中可以看出，本发明实现了如下技术效果：
本发明采用的混合型吸气材料粉体兼具成型性和流动性，使用该种混合型吸气材料粉体通过自动连续压制设备能够实现吸气剂的批量化生产，生产效率高，最终吸气剂一致性强、性能优异。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种混合粉末型吸气剂，其特征在于，该吸气剂由混合粉末经自动连续压制法制备而成，所述混合粉末是以金属钛粉为主的二元或多元吸气材料，所述钛粉占混合粉末总重量的百分比mTi为50％≤mTi≤100％，所述钛粉由氢化脱氢钛粉和雾化法制备的球形钛粉组成，所述钛粉中氢化脱氢钛粉的质量百分比m氢化脱氢Ti为5％≤m氢化脱氢Ti≤95％。
2.根据权利要求1所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述钛粉中氢化脱氢钛粉的质量百分比m氢化脱氢Ti为20％≤m氢化脱氢Ti≤80％。
3.根据权利要求1所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述氢化脱氢钛粉的松装密度ρ为0.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3。
4.根据权利要求3所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述氢化脱氢钛粉的松装密度ρ为0.70g/cm3≤ρ≤1.70g/cm3。
5.根据权利要求1所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述球形钛粉的松装密度ρ为0.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3。
6.根据权利要求5所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述球形钛粉的松装密度ρ为1.70g/cm3≤ρ≤2.70g/cm3。
7.根据权利要求1所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述氢化脱氢钛粉的粒度分布D50范围为10μm≤D50≤100μm。
8.根据权利要求1所述的混合粉末型吸气剂，其特征在于，所述球形钛粉的粒度分布D50范围为10μm≤D50≤100μm。
9.一种权利要求1～8中任一项所述的混合粉末型吸气剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将氢化脱氢钛粉、球形钛粉与其他成分的吸气材料在惰性气氛保护中充分混合均匀，利用自动连续压制设备进行批量化压制，制成压制坯，压制压力P可设定为500kg≤P≤6000kg，生产速度A设定为100件/h≤A≤3000件/h；
(2)再通过真空烧结设备进行真空烧结制成最终成品吸气剂，真空烧结设备的真空度≤2×10-3Pa；烧结温度T为750℃≤T≤950℃；升温速率s为1℃/min≤s15℃/min，保温时间t为2min≤t≤30min，自然冷却降温。
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