[发明专利]高温暴露于活性气体后能够低温再活化的非蒸散型吸气剂组合物

说明书

技术领域

本发明涉及包含非蒸散型吸气剂合金的组合物，该组合物在由于在第一温度下暴露于活性气体而失去其功能之后，能够通过在低于第一温度的第二温度下的热处理而再活化。

背景技术

非蒸散型吸气剂合金（也称为NEG合金）能够可逆地吸附氢气以及不可逆地吸附气体例如氧气、水、碳氧化物、碳氢化合物以及氮气（就某些合金而言）。

这些合金用在需要在密封系统中维持真空的许多工业应用中。这些应用的示例为：粒子加速器、X射线发生管、由阴极射线管或CRT构成的显示器、场发射型平板显示器（称为FED）、用于热绝缘的真空套（例如在保温瓶（热水瓶）中使用的真空套）、用于石油开采和运输的杜瓦瓶和杜瓦管、高强度放电灯的真空套以及真空隔离玻璃。

NEG合金也可以用于当微量的上述气体存在于其他气体（通常为惰性气体或氮气）中时将上述气体移除。一个示例是在充气灯，具体地在几百帕（hPa）至几十百帕范围内的压力下填充有惰性气体的荧光灯中的使用，其中NEG合金具有移除微量的氧气、水蒸气、氢气以及其他气体的功能以保持用于正常灯工作的适当洁净气氛；另一示例为等离子显示器中的使用，其中NEG合金的功能与在荧光灯中所执行的功能基本类似；另一示例为使用NEG合金来移除微量气态杂质以净化用在半导体领域中的气体（例如惰性气体和氮气）。

这些合金通常具有锆和/或钛作为主要成分，并且包含选自过渡金属、稀土或铝中的一种或更多种附加元素。

NEG合金的工作原理为合金表面上的金属原子与吸收的气体之间的反应，由此在该表面上形成金属的氧化物层、氮化物层或碳化物层。当表面覆盖完成时，合金对于进一步吸收不起作用；可以通过在至少等于且优选地高于工作温度的温度下的再活化处理足够长时间以使吸收的层扩散到合金体中并且再次创建洁净且活性的表面来恢复合金的功能。吸气剂合金的活化温度定义为合金得到至少部分活性表面并且在几十秒之内开始活性气体的吸附所必需的最小温度。

非蒸散型吸气剂合金可以分为两个主要分组。需要高于450℃的活化温度的NEG合金通常称为“高活化温度合金”或简称为“高温吸气剂合金”，而需要低于450℃的活化温度的NEG合金称作“低活化温度合金”或简称为“低温吸气剂合金”。由于“活化温度”的定义，低温吸气剂合金也可以通过使用高于450℃的温度来活化，在这些条件下其特征在于：相对于高温吸气剂合金所需的时间，低温吸气剂合金在非常短的时间内活化；例如，根据所施加的高温，低温吸气剂合金可以在作为用于高温合金的时间的三分之一至三十分之一的时间内活化。

作为高温吸气剂合金的示例，美国专利第3,203,901号公开了Zr-Al合金并且美国专利第4,071,335号公开了Zr-Ni合金。

另一方面，作为低温吸气剂合金的示例，美国专利第4,312,669号公开了Zr-V-Fe合金，美国专利第4,668,424号公开了可选地添加有一种或更多种其他过渡金属的锆-镍-混合稀土金属合金；美国专利第4,839,085号公开了Zr-V-E合金，其中E为选自铁、镍、锰以及铝元素中的元素或其混合；美国专利第5,180,568号公开了金属间化合物Zr-M'-M''，其中M'和M''（彼此相同或不同）选自Cr、Mn、Fe、Co以及Ni；美国专利第5,961,750号公开了Zr-Co-A合金，其中A为选自钇、镧、稀土中的元素或其混合；美国专利第6,521,014号公开了锆-钒-铁-锰-混合稀土金属合金；以及美国专利第7,727,308号公开了Zr-Y-M组合物，其中M选自Al、Fe、Cr、Mn、V。

NEG合金单独使用或以与第二组分（通常为能够对由该合金形成的体给予特定特征（例如更高的机械强度）的金属）的混合物的形式使用。最常见的具有金属的混合物为如分别在专利GB2,077,487和US3,926,832中描述的包含Zr-V-Fe或Zr-Al合金以及锆或钛的组合物，而美国专利第5,976,723号描述了包含铝和分子式为Zr1-x-Tix-M'-M''的NEG合金，其中M'和M''为选自Cr、Mn、Fe、Co以及Ni中的金属，并且x包含在0与1之间。