[发明专利]特别适用于氢气和一氧化碳吸附的非蒸散型吸气剂合金

说明书

本发明涉及具有增加的氢气和一氧化碳吸附速率的新型吸气剂合金，涉及一种用于利用所述合金吸附氢气的方法，以及涉及采用所述合金来去除氢气的氢气敏感装置。

作为本发明的主题的合金特别适用于所有需要对于大量氢气和一氧化碳具有高吸附速率的应用。

在这些新型吸气剂合金对其最具吸引力的应用中，有照明灯、真空泵和气体净化。

虽然在这些应用中使用吸气剂材料以用于去除氢气是已知的，但是目前开发和使用的方案不适于满足设置有越来越严格的限制和约束的持续技术发展所施加的要求。

在照明灯中，尤其对于高压放电灯和低压汞灯，不仅氢气(即使是低水平的氢气)的存在显著降低装置性能，而且其他气体污染物的存在也显著降低装置性能。在涉及用于氢气和残余一氧化碳吸附的不同材料的EP 1704576中可以找到关于该劣化现象的更多信息。

对于常规NEG合金，在这种特定的应用领域中，不仅在高温下有效地吸附氢气的材料容量是特别重要的，而且对于一些灯而言，该材料对于其他气体种类吸附的高吸附速率和低活化温度也是特别重要的。

可以受益于使用能够在高温下吸附氢气的吸气剂合金的另一应用领域是吸气泵的应用领域。在多个专利如US 5324172和US 6149392以及国际专利公开WO 2010/105944(都以本申请人名义申请)中，描述了这种类型的泵。能够在高温下使用泵的吸气剂材料提高了泵在对其他气体的吸附容量方面的性能，但是在这种情况下，为了获得更好的装置性能，高吸附速率是与容量同样的主要问题。

受益于吸气剂材料能够以高吸附速率吸附氢气和一氧化碳的优点的另一应用领域是在半导体工业中使用的气体的净化。实际上，特别是在要求高流量的情况下(通常高于数升/分钟)，吸气剂材料必须快速吸附气体物质以便于去除气体污染物如N₂、H₂O、O₂、CH₄、CO、CO₂。

在EP 0869195和国际专利公开WO 2010/105945(两者都以本申请人的名义申请)中公开了用于去除氢气的最有效的解决方案中的两个解决方案。第一个解决方案利用锆-钴-RE合金，其中RE最大可以为10％并且选自钇、镧和其他稀土元素，具体地，具有以下重量百分比的合金尤其受到关注：Zr 80.8％-Co 14.2％以及RE 5％。相对地，第二个解决方案利用钇基合金以便于在高于200℃的温度下同样使氢气的可去除量最大化，但是对于需要真空条件的许多应用的需求，其不可逆的气体吸附的性质基本上受限。

在US 4360445中描述了用于快速吸收氢气和其他不期望气体如CO、N₂和O₂的特定解决方案，但是其中所公开的氧气稳定化的锆-钒-铁金属间化合物仅可以成功地用于特定的温度范围内(即-196℃至200℃)，其需要大量的氧气降低每克的吸附容量和吸附速率，即限制了其可能的应用领域。

作为替代方案，US 4839035公开了适于去除氢气和一氧化碳的非蒸散型吸气剂合金，其专注于在锆-钒-铝体系中所选的富Zr组合物。即使这些合金似乎在便于制造工艺中的一些步骤中是有效的，但是在暴露于H₂及CO的情况下的吸收速率不足以用在许多应用中，例如不足以用在高真空系统的吸气泵中。国际专利公开号WO 2013/175340(以本申请人的名义)描述了一些稳定的吸气剂合金，其含有锆、钒和钛(即不需要大量的氧气以获得金属间化合物)并且对于几种气体污染物具有改进的吸附容量。然而，WO 2013/175340未提及对于氢气以及同时对于其他气体物质即一氧化碳获得改进的吸附速率的方式。

因此根据本发明的合金的对氢气和一氧化碳的改进特性必须以双重可能的意义来预计和评价，即对H₂的增加的吸附速率和具有低的氢气平衡压强。对于根据本发明的最具吸引力的合金，应当考虑到该性质并且将该性质与对于其他气体物质以及尤其对于CO的出乎意料的改进的吸附性能相关联。而且，这些合金示出较低的活化温度和较低的颗粒损失以及较高的脆性和对氢循环的耐受性。

因此本发明的目的是提供一种吸气装置，其基于使用能够克服现有技术缺点的新型非蒸散型吸气剂材料。这些目的通过包含四元非蒸散型吸气剂合金的粉末的吸气装置来实现，所述非蒸散型吸气剂合金包含锆、钒、钛和铝作为组成元素，并且具有可以在以下原子百分比范围内变化的所述元素的原子百分比组成：

a.锆，38％至44.8％

b.钒，14％至29％