KR20070085509A - 수소 흡착을 위한 비-증발성 게터 합금 - Google Patents

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Abstract

상대적으로 낮은 온도에서 활성화될 수 있고 수소를 효과적으로 흡착할 수 있는 비-증발성 게터 합금에 관한 것이다.

Description

수소 흡착을 위한 비-증발성 게터 합금{NON-EVAPORABLE GETTER ALLOYS FOR HYDROGEN SORPTION}
본 발명은 수소 흡착을 위한 비-증발성 게터 합금에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비교적 낮은 온도에서 양호한 수소 흡착 특성을 가지는 비-증발성 게터 합금에 관한 것이다.
산업 및 연구 분야의 많은 용도에서는, 정확한 작업을 위해 밀폐된 컨테이너내에 수소가 없는 환경이 유지될 것을 요구하며; 그러한 컨테이너 내부의 공간은 고진공 조건으로 유지되거나 또는 주어진 가스(또는 가스 혼합물) 분위기로 충진될 것이다. 수소가 해로운 산업 분야의 예를 들면, 단열을 위한 배기형 재킷(evacuated jackets)(예를 들어, "보온병"으로도 알려져 있는 단열 용기, 또는 태양열 수집기; solar collectors); 몇몇 타입의 램프; 또는 X-선 발생관이 있으며, 상기 배기형 재킷에서는 높은 열 전도도 때문에 수소 가스가 해로우며, 상기 램프에서는 충진 가스내에 수소가 존재하면 물리적 작동 파라미터(예를 들어, 조명 전압; lighting voltage)의 진동이 발생하기 때문에 해롭다. 이러한 장치들을 제조하기 위한 프로세스는 컨테이너를 배기하는 단계 및 원하는 가스로 충진하는 단계(생략될 수도 있다)를 포함하나, 고진공 또는 수소가 없는 가스를 생산하는 경우 에는 항상 시스템으로 수소를 재-유입시키는 메카니즘이 존재하며; 이러한 메카니즘들은 주로 컨테이너 벽의 가스 배출(degassing) 및 외부 분위기로부터 컨테이너로 벽을 가로지른 수소의 침입이며, 그에 따라 상기 장치들의 정확한 작동에 문제를 일으킨다. 동일한 메카니즘으로 인해, 수소는 또한 연구 분야에서 채용되는 입자 가속과 같은 고진공(UHV) 시스템내의 잔류 압력에 주로 기여한다.
이러한 수소 트레이스(trace)의 제거를 위해, 비-증발성 게터 물질(소위 당업계에서 NEGs라고도 한다) 즉, 물, 수소 및 탄소 산화물과 같은 기타 가스들과 수소의 분자를 화학적으로 고정(fix)할 수 있는 물질을 이용하는 것이 공지되어 있다. 일반적으로, 게터 물질은 Ⅲ, Ⅳ 및 Ⅴ 전이족(transition group) 금속 또는 그러한 금속의 다른 원소와의 합금, 일반적으로는 전이 금속 또는 알루미늄이다. 가장 널리 이용되는 게터 물질은 티탄-계 및, 특히, 지르코늄-계 합금이다. 배기된 공간으로부터 또는 불활성 가스들로부터 가스를 흡착하기 위한 이러한 물질들 및 그들의 용도는 공지되어 있고 많은 특허에 기재되어 있으며, 그러한 특허의 예를 들면, US 3,203,901 (지르코늄-알루미늄 합금), US 4,071,335 (지르코늄-니켈 합금), US 4,306,887 (지르코늄-철 합금), US 4,312,669 (지르코늄-바나듐-철 합금), US 4,668,424 (하나 이상의 다른 금속이 선택적으로 첨가된 지르코늄-니켈-희토류 합금), US 4,839,085 (지르코늄-바나듐-E 합금, 이때 E 는 Fe, Ni, Mn 및 Al 중에서 선택된 원소이다), 그리고 US 5,961,750 (지르코늄-코발트-희토류 합금)가 있다.
특히, 수소 흡착과 관련하여, 이트륨 또는 이트륨을 포함하는 고체 혼합물의 이용이 공지되어 있다. 미국 특허 3,953,755 에는 방전 램프 내부에서 이러한 원소(다른 금속으로 이루어진 얇은 층에 의해 보호된다)를 이용하는 것이 개시되어 있다. 특허 GB 1,248,184 에는 여러 용도에서 수소를 흡착하기 위해 이트륨의 고체 혼합물 또는 금속간 화합물을 이용하는 것이 개시되어 있다. 이러한 특허에서는, 그 특허에 따른 조성물의 게터 특성이 순수 이트륨의 게터 특성과 본질적으로 동일하도록, 이트륨이 게터의 기능을 달성할 수 있는 충분한 품질의 독립 상(phase) 형태로 존재할 필요가 있다. 이러한 특징은 또한 이트륨이 상기 특허에 나열된 많은 금속들(지르코늄, 티탄, 니오븀, 하프늄, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 및 바나듐)과 화합물 및 합금을 형성하지 못하는 한편, 이트륨이 다른 금속(알루미늄, 베릴륨, 코발트, 구리, 철, 마그네슘, 니켈, 망간 및 아연)과 함께 금속간 화합물만을 형성하고 합금을 형성하지 않으며, 조성물에서 이트륨 원소가 금속간 화합물 형태로 결합될 수 있는 양을 초과하도록 이트륨 양(quantity)이 결정되며, 그에 따라 그 중의 적어도 일부가 순수 금속 형태로 잔류한다는 사실에 기인한 것이다. 마지막으로, 특허출원 제 WO 03/029502 에는 이트륨이 부화된(rich) 이트륨-바나듐 및 이트륨-주석 조성물이 개시되어 있으며; 또한 이 경우에, 물질의 수소 흡착 특성이 본질적으로 순수 이트륨의 수소 흡착 특성과 같다. 이러한 마지막 두 특허에서 이트륨에 첨가된 금속의 기능은 주로 게터에 의한 수소 흡착을 강화하는 것이다.
NEG 물질은 다른 가스들에 대한 흡착 거동과 상이한 수소에 대한 흡착 거동을 나타낸다. 대부분의 가스들에서 이러한 합금들에 의한 화학적 흡착이 비가역적 인 것에 반해, NEGs에 의한 수소 흡착은 온도를 함수로 하는 가역적인 평형 프로세스이며: 수소는 비교적 낮은 온도(물질의 화학적 소정에 따라, 200-400℃ 이하이다)에서 효과적으로 흡착되고, 높은 온도에서 방출된다. 일반적으로, 수소 흡착에서의 이러한 물질의 평형 특성은 그래프에서 곡선으로 표시되며, 그러한 곡선은, 상이한 온도에서, NEG 물질의 수소 농도를 함수로 하여 합금에 대한 수소의 평형 압력을 나타낸다.
기능 달성을 위한 NEGs의 다른 특성은, 일반적으로, 물질 조성에 따라 몇 분 내지 몇 시간 동안 약 300℃ 내지 약 900℃ 사이에서 변화될 수 있는 온도에서 NEGs에 대해 초기 열 활성화 처리를 할 필요가 있다는 것이다.
수소 흡착을 위해 NEGs 물질을 이용하는 것의 이점은 낮은 수소 평형 압력 및 낮은 활성화 온도에 있다.
앞에서 인용한 NEG 물질들 중에서 최적의 수소 흡착 특성을 나타내는 것은 지르코늄-알루미늄 합금, 지르코늄-코발트-희토류 합금 및 이트륨이다. 이러한 물지들 중에서, 지르코늄-알루미늄 합금은 활성화 온도가 높으며; 과도하게 길지 않은 시간내에 이들 합금을 양호하게 활성화하기 위해서는 700℃ 이상의 온도에서 이들을 활성화시킬 필요가 있으며; 이러한 특징으로 인해, 수소가 제거되어야 하는 챔버가 유리 벽을 포함하는 경우, 예를 들어 보온병 또는 일부 램프의 경우와 같은 용도에는 이들이 적합하지 않다. 약 600℃ 이상의 비교적 높은 온도에서 유지되는 경우에, 이트륨 및 특허 GB 1,248,184의 조성물(전술한 바와 같이, 순수 이트륨과 기능적으로 동일하다)만이 양호하게 작용하였다. 지르코늄-코발트-희토류 합금은 낮은 활성화 및 작동 온도를 필요로 하나, 이트륨 보다는 나쁜 수소 흡착 특성(특히 평형 압력)을 가진다.
본 발명의 목적은 수소 흡착을 위한 비-증발성 게터 합금을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 공지된 NEG 물질과 관련하여 보다 개선된 활성화 온도 및 수소 평형 압력 특성들이 조합된 게터 합금을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 비-증발성 게터 합금으로 달성되는데, 상기 게터 합금은, 중량%로, 50% 내지 80% 지르코늄, 1% 내지 20% 이트륨 및 5% 내지 45%의 알루미늄, 철, 크롬, 망간 및 바나듐으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다.
도 1 은 본 발명에 따른 NEG 합금의 가능한 조성 범위를 나타내는 3원계 그래프이다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명의 합금을 이용하여 제조된 비-증발성 게터 장치의 일부 예시적 실시예를 도시한 도면들이다.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 두 개의 바람직한 합금의 x-레이 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5, 도 6 및 도 7 은 본 발명의 일부 합금 및 일부 비교 합금의 수소 흡착 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명을 실시하는데 있어서 유용한 합금은, 도 1 의 중량 백분율로 도시된 3원계 그래프에 표시하면, 이하의 점들에 의해 형성되는 다각형의 내부에 위치된다: 즉,
a) Zr 54% - Y 1% - M 45%
b) Zr 50% - Y 5% - M 45%
c) Zr 50% - Y 20% - M 30%
d) Zr 75% - Y 20% - M 5%
e) Zr 80% - Y 15% - M 5%
f) Zr 80% - Y 1% - M 19%
이때, M은 알루미늄, 철, 크롬, 망간, 바나듐 또는 이들 원소의 혼합물 중에서 선택된 원소를 의미한다.
본 발명의 제 1 의 바람직한 합금은, 도 1 에서 지점(g)으로 표시된, Zr 69% - Y 10% - Fe 21%의 중량% 조성을 가지며; 본 발명의 제 2 의 바람직한 합금은 , 도 1 에서 지점(h)으로 표시된, Zr 61% - Y 20% - Fe 19%의 중량% 조성을 가진다. 본 발명의 합금은, 로(furnace)내에서의 용융에 의해, 원하는 최종 조성에 대응하는 상호 비율을 가지는 성분 금속의 분말 또는 피스(piece)로부터 준비될 수 있다. 불활성 가스, 예를 들어 3 x 104 Pascal(Pa) 압력의 아르곤을 이용하는 아아크(arc) 용융 기술이 바람직하며; 또는 유도로(induction furnace)내에서, 진공 또는 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 금속 분야에서 일반적인 기타 합금 제조 기술도 이용될 수 있을 것이다. 용융은 약 1000℃ 이상의 온도를 필요로 한다.
이트륨이 다른 성분과 단지 기계적으로 혼합되어 독립된 상으로 존재하는 전술한 특허 GB 1,248,184 및 특허출원 WO 03/029502의 조성물과 달리, 본 발명의 물질은 실험예를 참조하여 이하에서 설명하는 바와 같이 도 3 및 도 4 의 X-레이 회절 스펙트럼에 의해 확인될 수 있는 실질적으로 진정한 합금이다.
본 발명의 합금을 이용하는 게터 장치로서, 컨테이너내에 또는 지지부상에 게터 물질 단독으로 이루어진 펠릿(pellet) 형태 또는 게터 물질과 함께 제조된 펠릿 형태를 가지는 게터 장치를 제조하기 위해, 일반적으로 입자 크기가 250 마이크로미터(㎛) 미만인 그리고 바람직하게는 40 내지 125 ㎛인 분말 형태의 합금을 이용하는 것이 바람직하다. 입자 크기가 클수록 물질의 비표면적(단위 중량당 표면적)이 과다하게 감소되고, 결과적으로, 특히 약 200℃ 미만의 온도에서 가스 흡착 특성이 감소되며; 몇몇 용도에서 필요하기도 하고 이용될 수도 있겠지만, 입자 크기가 40 ㎛ 미만이 되면 게터 장치의 제조 단계중에 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 합금을 이용하여 제조될 수 있는 게터 장치의 형상은 매우 다양할 것이며, 그러한 형상은 금속 지지부상에 위치되거나 게터 합금 분말만으로 이루어진 펠릿을 포함할 것이다. 양자의 경우에, 분말은 압축(compression) 또는 소결에 의해 압밀될(compacted) 수 있다. 압축된 분말만으로 이루어진 펠릿은 예를 들어 보온병의 단열재에 적용될 수 있을 것이다. 분말들이 지지(support)되는 경우에, 일반적으로 스틸, 니켈 또는 니켈-계 합금이 지지 물질로서 이용된다. 지지부는 단지 스트립(strip) 형태일 수 있고, 냉간 압연 또는 여러 가지 기술에 의한 부착(deposition) 후의 소결에 의해 상기 스트립의 표면상에 합금 분말이 접착(adhere)될 수 있으며; 그러한 스트립으로부터 얻어진 게터 장치를 램프내에 사용할 수 있다. 지지부는 또한 다양한 형상을 가지는 실제 컨테이너로서 형성될 수 있으며, 이때 가스 유동은 통과하나 분말은 통과하지 못하는 다공성 격벽을 구비한 컨테이너를 가지는 몇몇 장치에서 압축 없이 또는 압축에 의해 분말이 도입될 수 있다. 이러한 몇 가지 가능성이 도 2a 내지 2d 에 도시되어 있으며; 도 2a 는 NEG 합금의 압축 분말만으로 제조된 펠릿(20)을 도시하며; 도 2b 는 NEG 합금의 분말이 위치되는 금속 스트립(31)으로 형성된 NEG 장치(30)를 도시하며, 도 2c 는 NEGs 합금의 분말(43)을 내부에 가지고 상부 개구부(42)를 가지는 금속 컨테이너(41)로 형성된 NEG 장치(40)를 단면 도시하며; 도 2d 는 상부 개구부가 다공성 격벽(53)에 의해 폐쇄되고 NEG 합금의 분말(52)을 내부에 가지는 금속 컨테이너(51)로 구성되는 NEG 장치(50)를 단면 도시한다.
본 발명의 NEG 합금은 500℃에서 몇 분 또는 약 300℃에서 1시간 또는 2시간 동안 처리함으로써 활성화될 수 있으며, 이러한 조건은 지르코늄-알루미늄 합금에서 통상적으로 요구되는 조건들 보다 완화된(softer) 조건이며; 또한, 이트륨 원소를 포함하는 종래의 조성물 또는 이트륨을 이용하는 경우 보다 낮은 온도에서 양호한 수소 흡착 특성을 나타낸다.
이하에서는, 예를 참고하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이러한 비-제한적인 예들은 본 발명을 어떻게 실시하는가에 대한 것이고 또 본 발명의 실 시를 위한 최적 모드를 소위 당업자에게 설명하기 위한 일부 실시예들에 관한 것이다.
예 1
본 예는 본 발명의 몇 가지 합금의 제조에 관한 것이다.
일련의 합금들은, 분말 형태의 성분 원자들로부터 시작하여, 이하의 표에 기재된 바와 같은 원하는 비율로 분말들을 계량하여 제조되며, 상기 표에는 여러 샘플들에서 M 원소의 본질 및 각 원소의 중량이 그램(gram)으로 기재되어 있다:
Figure 112007039183702-PCT00001
분말들은 혼합되고 3 x 104 Pa의 아르곤 분위기하에 있는 아아크로의 수냉된 구리 도가니내로 주입된다(소위, "콜드-어쓰(cold-earth)"라고 하는 기술). 용융중에 혼합물이 가열되는 온도는 약 2000℃이며, 그 온도에서 약 5분간 유지된다. 준비 단계가 큰 온도 구배 조건하에서 이루어지기 때문에, 합금 균질성을 개선하기 위해 잉곳(ingot) 용융을 수차례 반복한다. 4 번의 용융 후에 냉각에 의해 얻어진 잉곳을 밀링가공하고 최종 분말을 마지막으로 체로 걸러내어, 입자 크기가 40 내지 105 ㎛ 인 부분들을 회수한다.
샘플 번호 1 및 2 의 조성은 도 1 의 3원계 그래프의 지점(g 및 h)에 각각 대응한다. 이러한 두 샘플의 분말의 일부를 이용하여 샘플 1 및 2 각각에 대해 도 3 및 도 4 에 도시된 X-레이 회절계 스펙트럼을 얻는다.
샘플 1 및 2 의 나머지 분말들, 및 기타 샘플의 분말들을 이용하여, 각 샘플에 대한 몇 개의 펠릿을 준비하고, 그러한 펠릿들은 후속 테스트에서 이용되며: 상기 펠릿들은 120 mg의 각 샘플의 분말을 2000 kg/cm2의 압력으로 압축함으로써 얻어진다.
예 2(비교)
본 예는 지르코늄, 코발트 및 미슈(misch)-금속(미슈-금속은 란탄과 희토류의 상업적 혼합물이다)으로 이루어진 합금의 샘플 준비에 관한 것이며; 이러한 합금의 준비 및 그 특성은 미국 특허 제 5,961,750에 개시되어 있다.
80.8 g의 지르코늄, 14.2 g의 코발트 및 5.0 g의 미슈-금속을 계량하며, 이때 상기 미슈-금속은 약 50 중량% 세륨, 30 중량% 란탄, 15 중량% 네오디움 및 나머지 5 중량%의 희토류로 이루어진다. 예 1 의 과정을 반복하여 동일한 펠릿 세트를 준비한다. 이하에서, 이러한 샘플을 샘플 10 이라 한다.
예 3(비교)
본 예는 예 1 의 샘플 1 과 동일한 전체 중량% 조성을 가지나 합금 분말의 형태를 가지는 지르코늄 및 철의 합금 분말과 이트륨 분말의 혼합물을 준비하는 것에 관한 것이다.
지르코늄-철 합금이 예 1 에서와 유사하게 얻어지며, 모두 분말 형태인 69 g의 지르코늄과 21 g의 철로부터 시작하여, 그 분말들을 용융시키고, 응고시킨 후에, 얻어진 잉곳을 밀링가공하고 체로 걸러서 입자 크기가 40 내지 105 ㎛인 부분(fraction)을 회수한다. 이어서, 동일한 입자 크기를 가지는 분말화된 이트륨 10 g을 상기 분말에 첨가하며; 이러한 분말 혼합물을 이용하여 예 1에 기재된 바와 같은 동일한 펠릿 세트를 준비한다. 이하에서, 이러한 샘플을 샘플 11 이라 한다.
예 4
각 샘플 1, 샘플 2, 샘플 10 및 샘플 11 의 펠릿에 대해 수소 흡착 테스트를 실시한다. 모든 펠릿들은 500℃ 에서 10 분간 활성화된다. ASTM F 798-82 표준에 기재된 절차에 따라 400℃의 테스트 온도 및 4 x 10-3 Pa의 수소 압력에서 흡착 테스트를 실시하였고; 이러한 테스트는 "동적 조건(dynamic conditions)"하에서 실시되었다고 할 수 있는데, 이는 테스트 중인 펠릿에 걸쳐 수소 압력을 일정하게 하기 위해 테스트 챔버에 가변적 수소 유동이 공급되고 피드백 시스템에 의해 조정되기 때문이다. 이러한 테스트들의 결과를 도 5에 흡착 속도(S)로서 도식적으로 나타냈으며, 그러한 흡착 속도는, 가스의 큐빅 센티미터 곱하기 흡착 압력(Pascal)을 합금의 그램으로 나눈 것(cc x Pa/g)으로 측정된 흡착된 수소의 양(Q)을 함수로 하여, 흡착된 가스의 큐빅 센티미터를 시간(초)으로 나누고 다시 합금의 그램으로 나눈 것(cc/s x g)으로 측정되며; 샘플의 넘버링에 대응하여 곡선에 넘버링을 부여하였다(두꺼운 선은 본 발명의 샘플에 대한 것이고, 얇은 선은 비교예 10 및 11 에 대한 것이다).
예 5
예 1 에 기재된 바에 따라 준비된 샘플 1 의 다른 펠릿의 수소 평형 농도를 측정하였다.
테스트 중에 낮은 배압(background pressure)을 유지하는데 도움이 되는 액체 질소 트랩(trap)을 통해 펌핑 장치에 연결된 유리 전구(bulb)로서 측정 시스템을 구성하며; 샘플은 무선-주파수에 의한 유도 코일에 의해 전구 외부에서 가열된다. 잔류 압력이 1 x 10-4 Pa 이 될 때까지 시스템을 배기한다. 펌핑중에, 무선 주파수를 이용하여 700℃ 에서 1시간 동안 가열하여 샘플을 활성화시킨다. 활성화 프로세스의 말기에, 샘플이 600℃가 되게 하고 전구를 펌핑 장치로부터 격리시킨다. 측정된 양의 수소를 전구내로 도입하고 커패시턴스 마노미터(capacitance manometer)를 이용하여 압력 변화를 측정하며; 시스템이 안정화되었을 때의 압력 값은 이러한 조건하에서의 평형 압력을 제공한다. 이러한 과정을 몇 차례 반복하며, 이때 각각의 반복 중에 서로 다른 양의 수소가 시스템내로 도입된다. 평형 압력의 측정으로부터, 그리고 시스템의 부피 및 합금 중량을 알고 있는 상태에서, 여러 측정 조건하에서 합금에 의해 흡착된 수소의 농도가 얻어진다. 헥토파스칼(hPa) 단위로 측정된 평형 압력(P)의 값을 도 6(곡선 1)의 그래프에 도시하였으며, 그 값은 가스의 큐빅 센티미터 곱하기 흡착 압력을 합금의 그램으로 나눈 것(cc x hPa/g)으로 측정된 흡착 수소 농도(C)를 함수로 한다.
비교를 위해, 수소 흡착에 특히 적합하다고 소위 당업계에서 인정하는 두 물질 즉, 샘플 10(곡선 10)의 조성에 대응하는 조성의 지르코늄-코발트-미슈금속 합금과 미국 특허 3,203,901(곡선 Zr-Al)의 지르코늄-알루미늄 합금의 수소 평형 압력과 관련된 두 곡선을 도 6 의 그래프에 도시하였으며; 곡선 10 및 곡선 Zr-Al은 샘플 1에 대해 전술한 바와 같은 조건에서 공지된 합금을 이용하여 과거에 실시되었던 수 많은 실험 테스트로부터의 데이터를 평균하여 얻어진 라인의 일부이다.
예 6
샘플 1 그리고 샘플 3 내지 샘플 11 모두에 대해 일련의 수소 흡착 테스트를 실시하였다. 이러한 일련의 테스트는 소위 "정적인 조건"하에서 실시되었다고 할 수 있는데, 이는, 수소를 연속적으로 공급하지 않고, 두 번의 투여 사이에서 챔버를 절연시키면서, 수소를 측정 챔버내로 투여량(dosing) 단위로 공급하기 때문이며; 측정 시스템 및 과정은 C. Boffito 등이 Less-Common Metals(1984), vol. 104 page 149에 기재한 논문 "The properties of some zirconium-based gettering alloys for hydrogen isotope storage and purification"에 구체적으로 기재되어 있다.
테스트는 이하의 조건에서 실시되었다:
- 각 투여량에서 초기 수소 압력 = 1 x 10-1 hPa;
- 게터 온도 = 400℃
- 게터 활성화는 없음.
이러한 테스트의 결과를 도 7 에 곡선으로 도시하였으며, 그 결과는 흡착된 수소의 양(Q)(cc x hPa로 표시됨)을 함수로 한 각 샘플에 대한 수소 펌핑 속도(S)(cc/s로 표시됨)를 나타내고; 곡선의 넘버링은 샘플의 넘버링에 대응한다.
전술한 실험 테스트의 결과에 대해 이하에서 설명한다.
도 3 및 도 4 에 도시된 회절패턴(diffractogram)은 10중량% 및 20중량%의 이트륨을 각각 포함하는 Zr-Y-Fe 합금에 관한 것이며; 그 회절패턴은 반사 각도(2θ)의 함수로서 피크의 강도(I, 임의 단위, 옹스트롬 유닛(a.u.))를 나타내며; 각각 약 28.3°, 31.2°, 32.3°, 및 42.6°의 2θ 각도에 해당하는 스펙트럼내의 수직 라인들은 순수 이트륨의 피크들의 상대적 강도 및 위치를 나타낸다. 양 회절패턴내의 주요 피크는 이트륨의 주요 피크와 일치하지 않으며; 또한, 10 중량%의 이트륨을 포함하는 합금의 경우에, 순수 이트륨의 피크에 대응하는 위치에 피크가 본질적으로 없으며, 그에 따라 이러한 경우에 이트륨이 지르코늄 및 철과 완전히 합금화되어 존재한다는 것을 확인할 수 있으며, 반면에 이트륨이 20%인 조성물의 경우에, 이트륨에 기인하는 것으로 생각되는 "쇼울더(shoulder)"가 주요 피크와 관련하여 관찰되었다.
도 5 의 그래프로부터, 본 발명의 합금이, 이러한 가스의 흡착에 특히 적합하다고 간주되는 종래 기술의 지르코늄-코발트-미슈금속 합금의 수소 흡착 특성과 적어도 동일한 수소 흡착 특성을 가진다는 것을 확인하였으며; 또한 본 발명의 합금이 예 3 의 순수 이트륨 및 Zr-Fe 합금의 혼합물(곡선 11)과 관련하여 수소 흡착에 있어서 명백하게 우수하다는 것을 확인할 수 있으며, 또한 본 발명의 조성물에서 이트륨이 실질적이고 진정한 합금을 형성한다는 것을 확인할 수 있었다(특히, 공칭적으로(norminally) 동일한 조성을 가지는, 샘플 1 및 샘플 11의 수소 흡착 특성과 비교할 때 특히 의미가 있다).
도 7 의 그래프는 유사한 결과를 나타낸다: 즉, 본 발명의 모든 조성(곡선 1 및 곡선 3 내지 곡선 9)이 소위 당업계에서 수소 흡착을 위해 널리 이용되는 예 2의 합금에 대한 수소 흡착 특성(곡선 10) 뿐만 아니라 예 3 의 혼합물에 대한 수소 흡착 특성(곡선 11) 보다 양호한 수소 흡착 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
마지막으로, 도 6 의 곡선 1은, 소위 당업계에서 수소 흡착을 위해 널리 이용하는 공지된 합금에 대한 유사한 그래프와 비교하여, 샘플 1의 펠릿의 수소 평형 압력의 변화 트렌드를 나타낸다. 다시, 이러한 그래프는, 동일한 활성화 온도(700℃) 및 테스트 온도(600℃)에서, 본 발명의 합금이 비교 합금 보다 약 10 배 정도로 상당히 낮은 수소 평형 압력을 나타낸다는 것을 보여 준다.
본 발명의 합금은 공지된 합금 보다 낮은 수소 평형 압력 값, 활성화 온도 및 작동 온도를 가지며; 동시에, 본 발명의 합금 이트륨 보다 낮은 활성화 온도 및 작동 온도를 가지며; 이는, 종래 물질과 달리, 본 경우에 이트륨이 기타 원소와 실질적으로 진정한 합금을 형성한다는 사실에 기인할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 비-증발성 게터 합금으로서,
    중량%로 도시된 3원계 그래프에 표시되는 이하의 지점들에 의해 형성되는 다각형의 내부에 위치되는 조성을 가지며:
    a) Zr 54% - Y 1% - M 45%
    b) Zr 50% - Y 5% - M 45%
    c) Zr 50% - Y 20% - M 30%
    d) Zr 75% - Y 20% - M 5%
    e) Zr 80% - Y 15% - M 5%
    f) Zr 80% - Y 1% - M 19%
    이때, M은 알루미늄, 철, 크롬, 망간, 바나듐 또는 이들 원소의 혼합물 중에서 선택된 원소를 의미하는 비-증발성 게터 합금.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 M 이 철인 비-증발성 게터 합금.
  3. 제 2 항에 있어서, Zr 69% - Y 10% - Fe 21%의 중량% 조성을 가지는 비-증발성 게터 합금.
  4. 제 2 항에 있어서, Zr 61% - Y 20% - Fe 19%의 중량% 조성을 가지는 비-증발 성 게터 합금.
  5. 제 2 항에 있어서, Zr 65% - Y 15% - Fe 20%의 중량% 조성을 가지는 비-증발성 게터 합금.
  6. 입자 크기가 250 ㎛ 미만인 제 1 항에 따른 합금들 중 하나를 포함하는 비-증발성 게터 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 분말의 입자 크기가 40 내지 125 ㎛ 인 비-증발성 게터 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 게터 합금만의 압축 분말로 이루어진 펠릿으로 구성된 비-증발성 게터 장치(20).
  9. 제 5 항에 있어서, 금속 스트립(31)상에 지지되고 냉간 압연 또는 부착 후의 소결에 의해 상기 스트립에 접착(adhere)되는 게터 합금의 분말(32)로 구성되는 비-증발성 게터 장치(30).
  10. 제 5 항에 있어서, 게터 합금(43)의 분말이 내부에 위치되고 상부 개구부(42)를 가지는 컨테이너(41)로 구성되는 비-증발성 게터 장치(40).
  11. 제 5 항에 있어서, 게터 합금(52)의 분말이 내부에 위치되고 다공성 격벽(53)에 의해 폐쇄되는 상부 개구부를 가지는 컨테이너(51)로 구성되는 비-증발성 게터 장치(40).
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