[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

描述了特别适用于氢气和一氧化碳吸附的基于三元合金的粉末的具有提高的吸附速率的吸气装置，所述合金具有包含锆、钒和铝作为主要构成元素的组成。

本发明涉及在低的操作温度下具有增加的氢气和一氧化碳吸附性能的新吸气剂合金，涉及一种利用所述合金吸附氢气的方法，以及涉及采用所述合金用于去除氢气的吸气装置。

作为本发明的主题的合金特别适用于所有需要与现有技术中对于显著大量氢气和一氧化碳二者具有高吸附速率的吸气剂合金通常所需的热活化温度不相符的制造或操作条件的应用。

在这些新型吸附合金的最具吸引力的应用中，有真空隔热板、真空泵和气体净化器。

虽然在这些应用中使用去除氢气用的吸气剂材料是已知的，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。

在真空隔热板的领域中的某些特定应用，例如热瓶、油气管道、收集太阳能的板、真空玻璃中，要求吸气剂合金在温度处于室温(RT)至300℃的范围内时有效地吸附氢气和一氧化碳。

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真空泵中的吸气剂抽吸元件的应用领域。在多个不同专利文件如US 5324172和US 6149392以及国际专利公开WO 2010/105944(都是本申请人的名下的申请)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；在这种情况下主要问题是获得在RT至300℃的范围内的温度下操作时的高吸附速率以及容量以获得更好的装置性能。

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(两者都是本申请人的名下的申请)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-稀土元素(RE)合金，其中RE最大可以为10％并且选自钇、镧等稀土元素。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基于钇的合金以便在高于200℃的温度下使氢气的可去除量最大化，然而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特性基本上有限。

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℃)，其需要大量的氧并因此降低了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-第三元素体系中选择的富Zr组合物，其中第三元素可以选自镍、铬、锰、铁和/或铝，实施例中最后公开的优选设定为第四元素。即使这些合金似乎在使制造工艺中的一些步骤简单化的方面是有效的，但是在暴露于H₂和CO时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。此外，US 4839035公开的非蒸散型吸气剂合金在制造包含其的吸气元件时需要烧结过程，导致了进一步限制：排除了在真空绝缘领域中的大多数应用，特别是其在热瓶中的用途。