[发明专利]高孔隙率、非挥发性吸气材料的生产工艺及制得的产品

说明书

本发明涉及获取高孔隙率、非挥发性吸气材料的工艺以及按此工艺而获得的吸气材料。

尤其是涉及获取具有极高孔隙率和吸气率的非挥发性吸气剂的工艺及其产品。

非挥发性吸气材料(本领域称为NEG材料)广泛应用于真空防护领域。例如，用于热隔离或灯炮内，或用于惰性气体的提纯。最常见的NEG材料是金属如Zr,Ti,Nb,Ta,V或它们加上一种或多种其它元素而形成的合金。例如重量百分组成为Zr 84％-Al 16％的合金，该合金由米兰SAES吸气剂公司生产并销售，名为St101^R，以及由该公司生产并销售的重量百分组成为Zr 70％-V 24.6％-Fe 5.4％的合金，名为St707。

这些材料通过对诸如Co、CO₂、H₂O、O₂、H₂等活性气体的表面化学吸附而起作用。除了H₂分解为H原子并扩散到材料中，甚至在低温下也是如此，对于其他气体来说，化学吸附在大约200～500℃的温度范围内是一种基本在材料表面发生的现象，温度范围取决于NEG材料。在较高温度下，化学吸附的物质会向材料内部扩散。

无论对哪种活性气体，NEG材料的表面在吸附现象中均有重要作用。因此，材料大的比表面积(每单位重量的表面积)及气体对NEG材料晶粒表面的易接近性是获得最好性能的很重要的参数。这些性能可通过将NEG材料以粉末的形式应用而得以保证，但是这种解决方法不能实际应用。NEG材料在实际应用中需要制成固体组件；吸气固件是由粉末制得的，粉末可能被压制成片状，然后进行烧结使之获得必要的机械强度；粉末可能被填装入敞口容器中并压制；最后，粉末可能冷轧在一载体上。无论应用于生产吸气固体的工艺如何，压制和/或热烧结工序导致比表面积相对于原始形态的粉末有所降低；且气体对于大部分内部吸气材料颗粒的接近受到阻碍；结果降低了其吸附能力，尤其是吸气率降低。

为了克服这些缺陷，专利申请DE-A-2,204,714公开了一种制备基于金属锆的多孔NEG吸气固件的方法。按照此种方法，在锆粉中加入石墨粉和一种有机组分(例如氨基甲酸铵)；有机组分的重量可达锆与石墨的总重。在热烧结处理过程中，有机组分蒸发掉，这样就留下一种由锆和石墨组成的多孔结构，其中石墨是锆的抗烧结添加剂，这样可防止比表面积过于降低。

在上述专利申请中所引证的仅仅是元素组分的应用而不是合金的应用，并且除了提及了以粉末颗粒形态加入的有机组分具有的颗粒大小为毫米范围外，没有提及组分的颗粒大小。由于有机组分的颗粒尺寸，最终的吸气材料具有高孔隙体积与吸气固件儿何体积比的结构；但是，按该专利申请中公开的工艺而获得的孔隙率的分布没有达到气体对大多数内部NEG材料晶粒表面的易接近性为最佳的程度。而且按照该专利申请提出的工艺制备出的材料没有很好的机械性能。

专利GB-2,077,487公开了一种多孔NEG材料，此种材料是由金属吸气材料，如Ti,Zr与前面所提到的St707合金做为抗烧结添加剂的混合粉末制得的。按此专利所述，金属组分的颗粒尺寸大约低于125μm，而St707合金的颗粒尺寸大约低于400μm，但大于金属组分的尺寸。专利说明书指出选择这两种材料的这种颗粒度比可防止热处理过程中金属的过烧，过烧可导致比表面积降低进而导致吸气材料吸气量的降低。此专利未指明有机组分的应用。

最后，专利US-A-4,428,856公开了一种多孔、非挥发性吸气材料，该材料包括，以重量计，50～98％的Ti,1.5-30％的选自Nb,Ta,Mo和W的一种高熔点金属，和0.5-20％的氢化钛；在此专利中指出了锆粉易燃烧并且可引起爆炸，因此该专利的一个目的就是提供一种避免使用锆的吸气材料组合物。

现有技术中多孔NEG材料的孔隙率及比表面积的性能虽然比传统NEG材料有所提高，但仍然不能满足特殊应用，如小体积吸气泵，此种泵需要吸气材料具有高性能。

本发明的目的是提供一种制备与现有技术相比具有高的孔隙平和吸气率以及良好机械强度的非挥发性吸气材料的工艺。

按照本发明，通过应用制备具有提高了的孔隙率和吸气率的非挥发性吸气材料的工艺，此目的以及其他目的得以实现，制备工艺包括以下步骤：A)制备下列物质的混合物：

ⅰ)颗粒度低于大约70μm的金属吸气元素粉末；

ⅱ)颗粒度低于大约40μm的一种或多种吸气合金粉末；

ⅲ)一种室温下为固态的，具有通过仅露于空气中或在随后的

热处理过程中可升华或分解为气体产物而不留下残余物质