[发明专利]特别适用于氢和氮吸附的非蒸发性吸气剂合金

说明书

本发明涉及具有增加的氢和氮容量的新吸气剂合金，涉及用所述合金吸附氢的方法并且涉及采用所述合金来移除氢的氢敏装置。

本发明的主题的合金对于需要吸附显著量氢和氮的所有应用都是特别有用的，即使在高温下使用也是如此。因为在高温下使用合金使得合金对其他气体杂质例如H₂O、O₂、CO、CO₂的能力最大，所以在高温下使用吸气剂合金是重要的，但是同时，在高温下使用现有技术水平的合金对其移除氢的能力有负面影响，并且在一些情况下合金自身可成为氢污染源。此外，由于N₂公知的低化学反应性，所以用已知吸气剂合金进行的N₂移除通常是可忽略的或令人不满意的。

在这些新吸附材料最引人关注的应用中，有太阳能收集器，特别是接收管(所述系统不可分割的部分)，照明灯、真空泵和气体纯化。

虽然在这些应用中，使用吸气剂合金进行氢移除是已知的，但是目前开发和使用的解决方案并不适于满足设定了越来越严格的限制和约束的持续技术发展所强加的要求。

特别地，在聚光式太阳能(Concentrating Solar Power，通常用英文首字母缩写词CSP来表示)的领域中，氢和氮的存在是有害的。另外，在新一代的聚光器中，氢和氮存在的问题与太阳能收集器随后的效率下降是特别相关的。其中需要有效移除氢的另一个领域是照明灯，特别是高压放电灯和低压汞灯，在其中不仅氢(即使是低水平的氢)的存在，而且氮的存在都使灯性能显著降低。在涉及用于氢和残余氮吸附的不同材料的EP 1704576中可发现关于劣化现象的更多信息。

在这个特定的应用领域中，相对于常规NEG合金，不仅在高温下有效吸附氢的材料容量是特别重要的，而且对一些灯而言，材料的低活化温度对于其他气体物质的吸附也是特别重要的。

可得益于使用能够在高温下吸附氢的吸气剂合金的另一个应用领域是吸气剂泵。该类型的泵在多个专利例如US 5324172和US 6149392以及国际专利公开WO 2010/105944(都是以本申请人的名义申请的)中都有所描述。能够在高温下使用泵的吸气剂材料提高了其在对其他气体的吸附容量方面的性能。

得益于能够在高温下吸附氢和氮的吸气剂材料的优点的另一个应用领域为半导体工业中使用的气体纯化。事实上，特别是当要求高流动性时，通常高于几升/分钟时，吸气剂材料必须在高温下工作以具有足够容量以移除气体污染物例如N₂、H₂O、O₂、CH₄、CO、CO₂。显然，因为该条件不利于同时进行氢和氮吸附，所以实施了用温度梯度来操作纯化系统的布置。通常，使包含吸气剂材料的柱体下部冷却，或者不管怎样使其在比上部低的温度下工作，从而有利于氢吸附。US 5238469中描述了该类型的布置。

EP 0869195和国际专利公开WO 2010/105945中公开了用于氢移除的最有效解决方案中的两个，二者均以本申请人的名义申请。第一个解决方案利用锆-钴-RE合金，其中RE最大可为10％并且选自钇、镧和其他稀土元素。特别地，特别有利的是本申请人以名称St销售的合金，其具有以下重量百分比：80.8％Zr-14.2％Co和5％RE。相反地，第二解决方案使用钇基合金，从而也使在高于200℃的温度下氢的可移除量最大化，但是关于要求真空条件的许多应用的需要，其不可逆气体吸附的性质基本受到了限制。

US 4360445中描述了一个特别的解决方案，其可用于快速吸收氢和其他不期望的气体，例如CO、N₂和O₂，但是其中所公开的经氧稳定的锆-钒-铁合金仅可成功地用于特定的温度范围(即，-196℃至200℃)，限制了其可能的应用领域。

因此，必须以双重可能含义来预计和评价根据本发明的合金对氢和氮的改进特征，即在较低(室内)温度下使用合金以及在较高温度(200℃或更高)下使用合金时，对H₂的总容量(在低的氢平衡压力情况下)增加，同时保留先前存在的性能。对于最引人注意的根据本发明的合金，当其在较高温度下工作时，应考虑到这两种性质并与针对N₂出乎意料的改善吸附性能关联起来。