DE3003114A1 - Verfahren zum sorbieren von wasser, wasserdampf und anderen gasen unter verwendung einer nicht-verdampfbaren ternaeren getter-legierung - Google Patents
Verfahren zum sorbieren von wasser, wasserdampf und anderen gasen unter verwendung einer nicht-verdampfbaren ternaeren getter-legierungInfo
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Description
β -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sortieren von Wasser, Wasserdampf und anderen Gasen unter Verwendung einer
nicht-verdampfbaren ternären Getter-Legierung, sie betrifft
insbesondere eine nicht-verdampfbare ternäre Getter-Legierung und deren Verwendung zum Sorbieren von Wasser, Wasserdampf
und anderen Gasen..
Sogenannte Getter oder Sorptionsmittel sind an sich bekannt
und in zahlreichen Patentschriften beschrieben., beispielsweise in den US-Patentschriften 3 203 901 und 4 071 335.
In einem Artikel der Zeitschrift "Electrochemical Technology", Band 4, Nr. 5 - 6, Mai/Juni 1966, Seiten 211 bis
215, haben A.Pebler und A.Gulbransen auch die Verwendung der intermetallischen Verbindung Zr V~ zum Sorbieren von
Wasserstoff beschrieben, dieses in Form eines Pulvers vorliegende Material ist jedoch pyrophor.
Ternäre Legierungen von Zr, V und Fe wurden von D.Shattiel,
I. Jacob und D. Davidov in 11J. Less-Common Metals", 5_3 (1977),
Seiten 117 bis 131, bereits beschrieben in bezug auf die reversible Speicherung von Wasserstoff bei Atmosphärendruck
und höheren Drucken. Derartige Legierungen haben die Zusammensetzung Zr(Fe V, )„, worin Οέχέΐ.
Nicht-verdanpfbare ternäre Getter-Legierungen sind auch bereits
beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 370 208 beschrieben worden, in der insbesondere die Legierung
auf Zirkoniumbasis Zr-Ti-Ni und deren Brauchbarkeit
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beschrieben ist, wenn es erwünscht ist, Feuchtigkeit oder Wasserdampf sowie andere Gase stöchiometrisch zu sorbieren,
ohne Wasserstoff freizusetzen.
Der Wunsch, ein Getter-Material zur Verfügung zu haben, das in der Lage ist, Wasser zu sorbieren, ohne Wasserstoff
freizusetzen, ist besonders ausgeprägt in der KernenergiegewinnungsIndustrie,
da es sich beider Brennstab-Umhüllung, die am häufigsten verwendet wird, um ein Material auf Basis
von Zirkonium handelt, bei dem in Gegenwart von Wasserstoff und/oder Wasser eine Rißbildung auftritt. Wasser wird hauptsächlich
aus den gesinterten Brennstoffpellets einer keramischen Natur, in der Regel UO9, die innerhalb des Brennstoffelementes
enthalten sind, freigesetzt. Obgleich diese Brennstoffpellets einer Wärmebehandlung unterzogen werden,
um Wasserdampf daraus zu entfernen, setzen sie während ihrer Verwendung in einem Kernreaktor noch Wasserdampf
frei.
Die Anwesenheit von Wasserdampf ist auch in anderen Fällen unerwünscht, beispielsweise innerhalb der Gehäuse von Glühfädenlampen,
wobei der Wasserdampf an dem bekannten "Wasserzyklus" teilnimmt, der eine kontinuierliche Übertragung
von Wolfram von dem Faden auf die Wände der Lampe mit einer nachfolgenden Schwärzung oder Verdunkelung des Glases und
eine vorzeitige Erosion des Fadens und damit eine Zerstörung der Lampe zurFoIge hat.
Auch in Hochdruck-Entladungslampen ist es erforderlich, einen
niedrigen Gehalt an Wasserstoff und anderen Gasen in-
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t V-
■ι
nerhalb ihres Mantels aufrechtzuerhalten.
Die beispielsweise aus der obengenannten britischen Patentschrift bekannte ternäre Legierung Zr-Ti-Ni muß bei einer
Temperatur von 350 C oder mehr verwendet werden, um sicherzustellen,
daß während des Sorbierens von Wasser und Wasserdampf keine Wasserstoff-Freisetzung stattfindet. Diese
Temperatur entspricht etwa derjenigen, bei welcher die Getter-Einrichtung vorliegt, wenn sie beispielsweise in
Siedewasserreaktoren oder Druckwasserreaktoren (11BWR"-
oder "PWR"-Reaktoren) verwendet wird. Während der Anlaufphasen eines neuen Reaktors und auch dann, wenn der Reaktor
bei geringer Belastung läuft, kann die Temperatur beträchtlich niedriger als 350 C sein. Deshalb besteht während
dieser Arbeitsperiode die Gefahr einer schädlichen Freisetzung von Wasserstoff.
Es wäre daher sehr zweckmäßig, ein Getter-Material zur Verfügung zu haben, das in der Lage ist, bei Temperaturen von
weniger als 350 C Wasser ι
Wasserstoff freizusetzen.
Wasserstoff freizusetzen.
weniger als 350 C Wasser und Wasserdampf zu sorbieren, ohne
Es wäre ferner vorteilhaft, ein Getter-Material zur Verfügung zu haben, das eine ausreichend hohe Sorptionsgeschwindigkeit
aufweist, um so so schnell wie möglich das gesamte Wasser und den gesamten Wasserdampf innerhalb der Umgebung,
in der das Getter-Material verwendet wird, zu sorbieren.
Bei anderen traditionellen Getter-Einrichtungs-Anwendungen, beispielsweise in bestimmten Elektronenröhren, ist es möglich,
den Getter bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur
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zu aktivieren und dann den Getter bei einer vorgegebenen niedrigeren Temperatur zum Sorbieren von bestimmten Gasen
zu verwenden.
Insbesondere kann ein Getter erforderlich sein, der in der Lage ist, bei Umgebungstemperaturen zu arbeiten, da es möglicherweise
nicht möglich ist, Energie zuzuführen, um den Getter kontinuierlich bei höheren Temperaturen arbeiten zu
lassen,oder die Vorrichtung ist nicht in der Lage, diese
höheren Temperaturen auszuhalten.
Die Aktivierung dieser Getter erfolgt durch eine thermische
Behandlung für eine bestimmte Zeitspanne. Normalerweise erfolgt diese thermische Behandlung bei Temperaturen zwischen
700 und 1000 C für eine Zeitspanne von mehreren 10 Sekunden
bis zu mehreren Minuten. Das Aktivierungsverfahren ermöglicht, daß die oberflächenpassivierten Schichten des Gettermaterials
in die einzelnen Teilchen des Materials diffundieren unter Bildung einer sauberen Oberfläche, die Gas
sorbieren kann.
Wenn es jedoch erwünscht ist, den bekannten Getter bei niedrigeren
Temperaturen zu aktivieren, so wird die für diese Diffusion erforderliche Zeit übermäßig lang und liegt in
der Größenordnung von mehreren Stunden. Dennoch ist es in einigen Fällen unerwünscht oder sogar unmöglich, die Getter-Einrichtungtemperaturen
in der Größenordnung von 700 bis 1000 C erreichen zu lassen, so dal
die Getter-Einrichtung zu aktivieren.
bis 1000 C erreichen zu lassen, so daß es schwierig ist,
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher hauptsächlich darin, ein nicht-verdampfbares Getter-Material
und ein Verfahren zu entwickeln, die für eine große Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet werden können, von
denen einige der hauptsächlichen Anwendungszwecke vorstehend angegeben worden sirdund die mindestens gleichwertige
und vorzugsweise verbesserte Eigenschaften in bezug auf diejenigen aufweisen, wie sie bisher auf diesen
verschiedenen Anwendungsgebieten eingesetzt werden.
Ein Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, eine Getter-Legierung anzugeben, die in der Lage ist, bei verhältnismäßig
tiefen Temperaturen von weniger als 350 C Wasser und Wasserdampf stöchiometrisch zu sorbieren, ohne Wasserstoff
freizusetzen, und die auch in der Lage ist, andere Gase mit höheren Sorptionsgeschwindigkeiten zu sorbieren.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Getter-
Legierung und ein Verfahren zu deren Verwendung anzugeben, die bei ihren traditionellen Verwendungen bei verhältnismäßig
tiefen Temperaturen und selbst bei Raumtemperatur nach einer Aktivierung bei hoher Temperatur aktiver
sind als die bisher bekannten Getter-Legierungen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Getter-Legierung
zu entwickeln, die bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von weniger
als 700 C, innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne in der Größenordnung von einigen wenigen Minu-
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ten aktiviert werden kann und die bei Raumtemperatur für die GasSorption verwendet werden kann.
Ein anderes Ziel der Erfindung besteht schließlich darin, eine Getter-Legierung anzugeben, die in Form eines Pulvers
leicht· gehandhabt werden kann.
Es wurde nun überraschend gefunden - und das ist das Hauptcharakteristikum
der vorliegenden Erfindung -, daß die obengenannten Ziele erfindungsgemäß erreicht werden können
durch Verwendung einer ternären Zr-V-Fe-Legierung, deren
Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes
in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes
in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte
wie folgt definiert sind:
(a) 75 % Zr - 20 % V - 5 % Fe
(b) 45 % Zr - 20 % V - 35 % Fe
(c) 45 % Zr - 50 % V - 5 % Fe
Es wurde ferner gefunden, daß diese ternären Legierungen besonders vorteilhafte Eigenschaften zwischen 200 und 350 C
aufweisen, wenn sie für die stöchiometrische Sorption von Wasser und Wasserdampf ohne Freisetzung von Wasserstoff
verwendet werden. Die gleichen Legierungen können auch in einem breiteren Temperaturbereich als Getter für die Sorption
von anderen Gasen, wie H~, CO, C0„ und dgl., verwendet
werden.
Ferner können die erfxndungsgemäßenLegierungen innerhalb
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-H-
kurzer Zeitspannen bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen aktiviert werden, so daß sie als Getter bei Raumtemperatur
eingesetzt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist eine nicht-verdampfbare Getter-Legierung,
die in einem Verfahren zum Sorbieren von Gas aus einem geschlossenem Behälter verwendet werden kann,
das die folgenden Stufen umfaßt:
Einführung einer nicht-verdampfbaren ternären Getter-Legierung
in den Behälter, deren Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in
Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären
Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:
(a) 75 % Zr - 20 % V - 5 % Fe
(b) 45 % Zr - 20 % V - 35 % Fe
(c) 45 % Zr - 50 % V - 5 % Fe
wobei diese Legierungen zwischen 200 und 350 C Wasserdampf
sorbieren können, ohne H„ freizusetzen, und in einem breiten
Temperaturbereich für die Sorption von anderen Gasen verwendet werden können. Sie können auch innerhalb kurzer
Zeitspannen bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen aktiviert werden, so daß sie als Getter bei Raumtemperatur eingesetzt
werden können.
Das Gewichtsverhältnis zwischen den drei Komponenten der
erfindungsgemäßen ternären Legierung kann innerhalb breiter
Grenzen variieren. Die Auswahl der Mengenanteile der
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verschiedenen Komponenten der Legierung wird jedoch vorzugsweise unter Beachtung mehrerer Bedingungen getroffen.
Vor allem sollte der Zr-Gehalt der ternären Legierung weder
zu hoch noch zu niedrig sein, da sonst die Legierung während der Sorption von Wasser Wasserstoff freisetzt und ausserdem
zu plastisch werden könnte, was zu Schwierigkeiten bei ihrer Umwandlung in ein feines Pulver führt.
Der Vanadingehalt sollte ebenfalls nicht zu niedrig sein, da sonst die ternäre Legierung nicht die gewünschten Gassorptionseigenschaften
besitzt. Der Vanadingehalt in Gew,-%, bezogen auf das Eisen, sollte vorzugsweise 75 bis 85
Gew.-% betragen.
Typische Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen ternären
Legierung sind folgende:
Zr 45 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 47 bis 70 Gew.-%
V 20 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 24 bis 45 Gew.-%
Fe 5 bis 35 Gew.-%? vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%.
Die Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes
in Gew.-%^ ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes
in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms liegt innerhalb eines Polygons, dessen Eckpunkte
wie folgt definiert sind:
(a) 75 Ζ Zr - 20 % V - 5 % Fe
(b) 45 % Zr - 20 % V - 35 % Fe
(c) 45 % Zr - 50 % V - 5 % Fe
und vorzugsweise liegt sie innerhalb des Polygons, dessen
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Eckpunkte wie folgt definiert sind:
(d) 70 % Zr - 25 % V - 5 % Fe
(e) 70 % Zr - 24 % V - 6 % Fe
(f) 66 % Zr - 24 % V - 10 % Fe
(g) 47 % Zr - 43 % V - 10 % Fe (h) 47 % Zr - 45 % V - 8 % Fe
(i) 50 % Zr - 45 % V - 5 % Fe
wie aus Fig. 16 der beiliegenden Zeichnung ersichtlich.
Insbesondere wurden praktische Versuche mit erfindungsgemäßen ternären Zr-V-Fe-Legierungen mit den nachfolgend
(in Gew.-%) angegebenen Zusammensetzungen durchgeführt:
(a) Zr 47,2 %-V 43,3 % - Fe 9,5 %
(b) Zr 60 % - V 32,8 % - Fe 7,2 %
(c) Zr 70 % - V 24,6 % - Fe 5,4 %
Diese Legierungen können nach den Angaben in der am gleichen Tage unter der Bezeichnung "Nicht-verdampfbare ternäre
Getter-Legierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung" eingereichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin
(Akten-Nr. 23 528) hergestellt werden. So kann beispielsweise die obige Legierung
(b) hergestellt werden aus 30 g Zr-Schwamm mit einer handelsüblichen
Reinheit, bezogen von der Fa. Ugine-Kuhlman (Frankreich), der zu kleinen Stücken zerbrochen und an
der Luft bei Atmosphärendruck bei Raumtemperatur mit 20 g Stücken (Klumpen) einer V-Fe-Legierung, die nominell 82 °L
V enthält, bezogen von der Fa. Murex, Großbritannien,ge-
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mischt werden. Die Mischung wird in einen kalten Kupfer-Schmelztiegel-Vakuumofen
eingeführt, wie von A. Barosi in dem Artikel "Gettering Activities of some Single Phases
Present in the Zr-Al Alloy System", Residual Gases in Electron Tubes, Ed. T.A. Giorgi und P. della Porta, Academic
Press, 1972, Seiten 221 bis 235,beschrieben. Der Vakuumofen wird unter Verwendung einer Turbomolekularpumpe
auf etwa lcT Torr evakuiert und der HF-Induktionsheizgenerator
wird eingeschaltet.
Innerhalb weniger Minuten wird eine Temperatur von etwa 1250 C erreicht und die Mischung wird zu einer geschmolzenen
Masse. Der Generator wird ausgeschaltet und die Legierung wird auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Der Legierungsblock
wird dann zu kleinen Stücken (Klumpen)zerbrochen und mehrmals umgeschmolzen, um eine gleichmäßige
und einheitliche Legierungsbildung sicherzustellen. Es sei darauf hingewiesen, daß in einem großtechnischem Herstellungsverfahren
eine einzige geringfügig verlängerte Erhitzungsstufe ausreichen würde, um eine gleichmäßige Legierungsbildung
sicherzustellen. Die Mehrfacherhitzungsstufe in diesem Beispiel wird nur durchgeführt aus Gründen
der wissenschaftlichen Gründlichkeit. Nach der Schlußabkühlungsstufe
hat der Block ein Gewicht von 49,5 g. Ein Teil des Blockes wird in einer Kugelmühle unter Argon gemahlen,
bis die Teilchengröße weniger als 125 um beträgt.
Die erfindungsgemäße ternäre Legierung wird als Getter-Material
in Form eines feinen Pulvers verwendet, das vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen 1 und 500 um, insbesondere
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ie fol, Gesamtzusammensetzung: 60 % Zr - 32,8 % V - 7,2 % Fe.
zwischen 25 und 125 um hat. Die Legierung hat die folgende
Das Pulver kann zu Pellets gepreßt werden, die entweder mit oder ohne einen Behälter verwendet werden können, oder
es kann an einem Träger befestigt werden, wie in der italienischen Patentschrift 746 551 beschrieben. Alternativ
kann das Pulver unter Verwendung von chemischen Bindemitteln aufgebracht und anschließend gesintert werden.
Nachfolgend werden einige Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen
ternären Legierung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, welche die Eigenschaften der Getter-Legierungen
erläutern, anhand ihrer Vorteile gegenüber anderen bekannten Getter-Materialien beschrieben.
An erster Stelle wird auf die Verwendung der ternären Getter-Legierung
als Getter, der für die Verwendung zum Sorbieren von Wasserdampf ohne Freisetzung von Wasserstoff
ο bei Betriebstemperaturen von weniger als 350 C bestimmt ist,
verwiesen. Diese ist typisch für die Anwendung in Kernreaktoren.
Die Versuche wurden mit den oben angegebenen drei erfindungsgemäßen
Zr-V-Fe-Legierungen (a), (b) und (c) durchgeführt, die mit der bekannten ternären Zr-Ti-Ni-Legierung
(vgl. die britische Patentschrift 1 370 208) mit einem
Gewichtsverhältnis zwischen den Komponenten von 82: 9:5 sowie mit der bekannten Legierung Zr „Ni (vgl. US-Patentschrift
4 071 335) verglichen wurden.
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Die verschiedenen miteinander verglichenen Getter-Legierungen
wurden auf die gleiche Weise verwendet wie in der US-Patentschrift
4 071 375 beschrieben und erläutert und zur Bestimmung der Wassersorptionseigenschaften der Getter-Materialien
wurde die ία Fig. 2 dieser US-Patentschrift beschriebene
und erläuterte Vorrichtung verwendet. Während der Messungen war der Wasserdampfdruck in dem System derjenige
von 0 C·, d.h. er betrug etwa 4,6 Torr. Die Wassersorptionseigenschaften der miteinander verglichenen Legierungen
wurden bei den nominellen Temperaturen 200 C, 250 C, 300 C und 350 C untersucht. Bei jeder dieser Temperaturen
wurden mit den verschiedenen Getter-Legierungen die folgenden Messungen durchgeführt:
-Gewichtszunahme der Getter-Legierung in mg pro g Legierung als Funktion der Zeit in Minuten (vgl. Fig. 1 bis 4);
- Wasserstoffpartialdruck in dem System in Torr als Funk-
-tion der Gewichtszunahme der Getter-Legierung pro g Legierung
(vgl. die Fig. 5 bis8).
Es sei darauf hingewiesen, daß in den in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Diagrammen die drei erfindungsgemäßen ternären
Legierungen durch die Buchstaben (a), (b) und (c), die bekannte Zr-Ti-Ni-Legierung durch den Buchstaben (d)
und die Legierung Zr „Ni durch den Buchstaben (e) gekennzeichnet
sind.
Die Diagramme der Fig. 1 bis 4 zeigen die Sorptionsgeschwindigkeit
und das Sorptionsvermögen der Getter-Legierung. Aus diesen Diagrammen ist die Überlegenheit der erfindungsgemäßen
ternären Legierungen gegenüber den Vergleichs legierungen bei niedrigen Temperaturen von weniger als 350 C
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ersichtlich. Während beispielsweise die Zr„Ni-Legierung bei
200 C keine Sorption von Wasser zeigt und die Sorption von Wasser der Zr-Ti-Ni-Legierung extrem niedrig ist, zeigen
die erfindungsgemäßen Zr-V-Fe-Legierungen nicht nur eine
hohe Sorptionsgeschwindigkeit, sondern auch ein sehr viel
höheres Sorptionsvermögen.
Ähnliche Erwägungen gelten für die bei Temperaturen von
25O°C und 300°C durchgeführten Versuche.
Aus dem bei 350 C durchgeführten Versuch ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Legierungen (a), (b) und (c)
noch eine höhere Sorptionsgeschwindigkeit aufweisen als die Vergleichs legierungen (d) und (e), wobei die bekannte
Zr-Ti-Ni-Legierung (d) ein höheres Sorptionsvermögen aufweist.
Die Diagramme der Fig. 5 bis 8 (die zu diesem Diagramm führenden Messungen wurden gleichzeitig mit denjenigen durchgeführt,
die zu den Fi. 1 bis 4 führten) demonstrieren die Fähigkeit der Getter-Legierung, während der Sorption von
Wasser oder Wasserdampf Wasserstoff zurückzuhalten. Diese Diagramme zeigen nämlich den Wasserstoffpartialdruck innerhalb
des Systems als Funktion der Gewichtszunahme der Getter-Legierung und damit die Freisetzung von Wasserstoff,
wenn die Legierung immer mehr Wasser sorbiert.
Bei den niedrigeren Temperaturen (200°C, 25O°C, 300°C)
setzen die erfindungsgemäßen ternären Legierungen erst Wasserstoff frei, nachdem sie eine bestimmte Menge Wasser sorbiert
haben, während die bekannten Legierungen schon sehr
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viel früher Wasserstoff freisetzen. Wie ersichtlich, enthält das Diagramm der Fig. 5 (200 C) keine Kurve, die sich
auf die Legierung Zr^Ni bezieht, da diese Legierung bei dieser Temperatur kein Wasser sorbiert.
Selbst bei der Temperatur von 350 C (Fig. 8) weisen die erfindungsgemäßen
ternären Legierungen noch ein besseres Verhalten auf als'die Vergleichslegierungen, mindestens bis
sie einen bestimmten Sorptionsgrad erreicht haben.
Bis zu diesem Punkt wurde daher die Überlegenheit der erfindungsgemäßen
ternären Zr-V-Fe-Legierungen gegenüber den bekannten Getter-Legierungen, was ihre Fähigkeit, Wasser
und Wasserdampf bei Temperaturen von weniger als 350 C zu
sorbieren, ohne Wasserstoff freizusetzen, anbetrifft, demonstriert. Wie weiter oben angegeben, ist diese Eigenschaft
besonders wichtig bei der Verwendung der Getter-Legierungen in Kernreaktoren.
Die Fig. 9 bis 12 der beiliegenden Zeichnungen zeigen die Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen ternären Getter-Legierungen,
wenn sie als Getter auf traditionelle Weise, d.h. nach der Aktivierung innerhalb kurzer Zeitspannen bei
einer verhältnismäßig hohen Temperatur, verwendet werden.
In den praktischen Versuchen wurden die beiden oben mit den Buchstaben (a) und (c) bezeichneten erfindungsgemäßen
ternären Legierungen mit zwei bekannten Legierungen, nämlieh
mit der Zr-Ti-Ni-Legierung (d) (Britische Patentschrift 1 370 208) und einer bekannten binären Zr-Al-Le-
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gierung, mit dem Buchstaben (f) bezeichnet (US-Patentschrift
3 203 901) verglichen.
Vor ihrer Verwendung wurden alle Getter-Legierungen einer Wärmebehandlung unterworfen zur. Aktivierung bei einer Temperatur
von 900 C für eine Zeitspanne von 30 Sekunden un-
-3 ter Vakuum bei einem Druck von 10 Torr. Es wurde die
Sorptionsgeschwindigkeit V als Funktion der Gasmenge Q ■ gemessen, die bei einer Temperatur von 400 C (Fig. 9 und
10) und bei Raumtemperatur (25°C) (Fig. 11 und 12) sorbiert wurde. Die sorbierten Gase waren H_ (Fig. 9 und 11)
- 6 bzw. CO (Fig. 10 und 12) bei einem Druck von 3 χ 10 Torr.
Die Versuche ergaben ein Verhalten der erfindungsgemäßen
ternären Legierungen,das wesentlich besser war als dasjenige
der bekannten Zr-Ti-Ni-Legierung und praktisch gleich war wie dasjenige der Legierung 84 % Zr - 16 % Al.
Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen ternären Legierungen
besteht darin, daß sie innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraumes von 1 bis 10 Minuten bei einer
ο verhältnismäßig niedrigen Temperatur von 350 bis 450 C
aktivierbar sind für ihre aufeinanderfolgende Verwendung für die Sorption von Gasen, wie H„ und CO, bei Umgebungstemperaturen«
Es wurden Vergleichsversuche durchgeführt zwischen den erfindungsgemäßen
ternären Legierungen (a) und (c) und der bekannten ternären Zr-Ti-Ni-Legierung (d), in denen die
Getter-Legierungen bei einer Temperatur von 400 C aktiviert
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und dann bei Umgebungstemperatur (25 C) verwendet wurden zuin Sorbieren von Wasserstoff und CO.
In einem Falle wurde dde Aktivierung zwei Minuten lang bei
400 C durchgeführt und in einem anderen Falle wurden die Legierungen noch bei der gleichen Temperatur von 400 C aktiviert,
nach-dem sie eine Nacht lang bei einer Temperatur von 300 + 50 C gehalten worden waren, um die bei verschiedenen
Typen von Elektroneneinrichtungen, wie z.B. Vakuumlampen und Dewars für Infrarot-Detektoren^angewendeten
Entgasungsbedingungen, die den Getter bereits aktivieren können, zu simulieren.
Im ersten Falle wurden die Getter-Legierungen deshalb für
-5 die Sorption von Wasserstoff bei einem Druck von 3 χ 10 Torr verwendet und die Sorptionskurven sind in dem Diagramm
der Fig. 13 dargestellt. Im zweiten Falle wurden die Getter-Legierungen für die Sorption von Wasserstoff
und CO bei einem Druck von 3 χ 10 Torr verwendet und die Sοrptionskurven sind jeweils in den Diagrammen der
Fig. 14 und 15 dargestellt. Aus diesen Diagrammen ergibt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Getter-Legierungen.
Aus den vorstehenden Angaben ergeben sich die mit den erfindungsgemäßen
ternären Getter-Legierungen erzielbaren Vorteile und der breite Bereich der Verwendungsmöglichkeiten
dieser Legierungen.
Allgemein ergibt sich aus den vorstehenden Angaben, daß
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das erfindungsgemäße Verfahren für die stöchiometrische Sorption
von Sauerstoff und Wasserstoff für Wasser und Wasserdampf im wesentlichen darin besteht, daß man das Wasser mit
der ternären Zr-V-Fe-Getter-Legierung in Kontakt bringt, wobei der Wasserpartialdruck weniger als 100 Torr beträgt,
die Getter-Legierung eine Temperatur zwischen 200 und 350 C hat, die Getter-Legierung in der Lage ist, bis zu 4 Gew.-%
Wasser zu sortieren und die Teilchengröße der Getter-Legierung 1 bis 500 um beträgt.
Dabei muß berücksichtigt werden, daß Wasser und Wasserdampf mit einem Edelgas, wie z.B. Helium,gemischt werden können,
wie dies in Brennstoffelementen eines Kernreaktors der Fall ist.
Andererseits besteht das erfindungsgemäße Verfahren zum Sorbieren
von verschiedenen Gasen, wie beispielsweise H , CO, C0„,aus einem geschlossenen Behälter im allgemeinen darin,
daß in den Behälter eine ternäre Zr-V-Fe-Getter-Legierung eingeführt wird, der Behälter bis auf einen Druck von weniger
als 10 Torr evakuiert wird, die ternäre Legierung für eine Zeitspanne von mehr als 20 Sekunden auf eine Temperatur
von mehr als 700 C erhitzt wird und danach die Temperatur bis auf einen Wert zwischen 400 und 25 C herabgesetzt
wird.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf
bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen näher
beschrieben, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese
in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung
verlassen wird. 030036/0575
Claims (8)
- Anmelder: S.A.E.S. Getters S.p.A.
Via Gallarate 215/217Mailand / ItalienVerfahren zum Sorbieren vonWasser, Wasserdampf und anderen Gasen unter Verwendung einer nichtverdampfbaren ternären Getter-LegierungPatentansprüche(l.r Verfahren zum Sorbieren von Gas aus einem geschlossenen Behälter, gekennze ichnet durch die folgenden Stufen:(A) Einführung einer nicht-verdampfbaren ternären Getter-Legierung in den Behälter, deren Zusammensetzung in Gew,-% beim Auftragen· ihres Zr-Gehaltes in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:(a) 75 % Zr - 20%V - 5 % Fe 030036/0575nachträglichgeändert-a -(b) 45 % Zr - 20 % V - 35 % Fe
• (c) 45 % Zr - 50 % V - 5 % Fe,(B) Evakuieren des Behälters bis auf einen Druck von weni-"-2
ger als 10 Torr,(C) Aktivieren der Getter-Legierung durch Erhitzen der ternären Legierung auf eine Temperatur von mehr als 70O0C und(D) Herabsetzung der Temperatur auf einen Wert zwischen 400 und 250C. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der ternären Legierung innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:(d) 70 % Zr - 25 % V - 5 % Fe(e) 70 % Zr - 24 % V - 6 % Fe(f) 66 % Zr - 24 % V - 10 % Fe(g) 47 % Zr - 43 % V - 10 % Fe(h) 47 % Zr - 43 % V - 8 % Fe (i) 50 % Zr - 45 % V - 5 % Fe
- 3. Verfahren zum Sorbieren von Gas aus einem geschlossenen Behälter, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:(A) Einführen einer nicht-verdampfbaren ternären Getter-Legierung in den Behälter, deren Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons030036/0575" BAD ORiGiMAL_ ο „30031Ηliegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:(a) 75 % Zr - 20 ■% V - 5 % Fe(b) 45 % Zr- 20 % V - 35 % Fe(c) 45 % Zr - 50 % V - 5 % Fe,(B) Evakuieren des Behälters bis auf einen Druck von weni--2
ger als 10 Torr,(C) Aktivieren der Getter-Legierung durch Erhitzen der ternären Legierung auf eine Temperatur von nicht mehr als 450 C für einen Zeitraum zwischen 1 und 10 Minuten und(D) Herabsetzung der Temperatur auf einen Wert zwischen 400 und 25°C. - 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Behälter eine nicht-verdampfbare ternäre Getter-Legierung eingeführt wird, deren Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:(d) 70 % Zr - 25 % V - 5 % Fe(e) 70 % Zr - 24 % V - 6 % Fe(f) 66 % Zr - 24 % V - 10 % Fe(g) 47 % Zr - 43 % V - 10 % Fe (h) 47 % Zr - M % V - 8 % Fe (i) 50 % Zr - 45 % V - 5 % Fe
- 5. Verfahren zum Sorbieren sowohl von Sauerstoff als auch030036/057BBAD ORIGINALvon Wasserstoff aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem nicht-verdampfbaren Getter-Metall in Kontakt gebracht wird, das im wesentlichen besteht aus einer ternären Legierung, deren Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes in Gew.-7OJ ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:
(a) 75 7 Zr - 20 7 V - 5 7
laFe (b) 45 7
/OZr - 20 7
laV - 35 7
laFe (c) 45 7
laZr - 50 7
laV - 5 7
IoFe - 6. Verfahren zum Sorbieren sowohl von Sauerstoff als auch von Wasserstoff aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem nicht-verdampfbaren Getter-Metall in Kontakt gebracht wird, das im wesentlichen besteht aus einer ternären Legierung, deren Zusammensetzung in Gew.-% beim Auftragen ihres Zr-Gehaltes in Gew.-%, ihres V-Gehaltes in Gew.-% und ihres Fe-Gehaltes in Gew.-% in Form eines ternären Zusammensetzungsdiagramms innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte wie folgt definiert sind:nachträglich
geändert(d) 70 7 Zr - 25 7
laV - 5 7
/OFe (e) 70 7
laZr - 24 7
laV - 6 7
/OFe (f) 66 7a Zr - 24 7 V - 10 7 Fe (g) 47 7
/OZr - 43 7
/OV - 10 7 Fe (h) 47 % Zr - i& 7 V - 8 7 Fe (i) 50 % Zr - 45 7 V - 5 7
/oFe - 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,030036/0575BAD ORIGINAL30031Hdaß das Getter-Metall auf eine Temperatur zwischen 250 und 35O°C erhitzt wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Getter-Legierung eine Teilchengröße
von weniger als 500 iim aufweist.030036/0575BiJD. ORIGINAL
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