專利名稱：鈦基非蒸散型吸氣材料的制備工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以鈦為基的非蒸散型吸氣材料，涉及獲得高孔隙度和大比表面積的非蒸散型吸氣材料的制備工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，需要的真空條件越來(lái)越高。目前，廣泛地用于建立和維持高真空條件的電真空材料主要是非蒸散型吸氣材料。非蒸散型吸氣材料主要作用是吸收掉真空電子器件尤其是封離真空管在機(jī)械排氣之中或之后所保留的殘余氣體，提高管內(nèi)的真空度，以保證良好的真空狀態(tài)，延長(zhǎng)使用壽命，提高器件的可靠性。非蒸散吸氣材料主要是以下列元素為基，如鋯、鈦、鉭、鎳以及它們的合金等，這些合金可能包括其它附加元素，如鋁、鐵、石墨等。鋯基非蒸散型吸氣材料主要是由鋯或者鋯合金和其它活性金屬間化合物按照一定的成分比例制成，如Zr-Al、Zr-V-Fe和Zr-C等。它們對(duì)空氣和大多數(shù)其它氣體都具有較高的活性，能夠吸收除惰性氣體之外的多種氣體，包括O2、CO2、CO、N2、H2O和H2等。但是每一種材料都有其應(yīng)用的局限性，如Zr-Al室溫性能差，機(jī)械性能差；Zr-V-Fe直接壓制使用，其形狀和強(qiáng)度都受到一定限制；Zr-C激活溫度高，而且存在掉粉現(xiàn)象?，F(xiàn)選擇以鈦為基的非蒸散吸氣材料，要求其在室溫下工作，激活溫度適中，強(qiáng)度高，形狀靈活，并且對(duì)活性氣體具有高的吸氣速率和大的吸氣量。高溫下吸氣的非蒸散吸氣劑其吸氣速率取決于占優(yōu)勢(shì)的體擴(kuò)散或晶界擴(kuò)散，而在較低溫度下使用的非蒸散吸氣劑主要靠表面起吸氣作用，可見(jiàn)在室溫下吸氣材料的孔隙度和比表面積是影響材料吸氣性能的重要參數(shù)。因此在不改變吸氣劑外形尺寸的前提下增大材料本身的比表面積，可以有效地促進(jìn)氣體表面擴(kuò)散反應(yīng)，從而提高吸氣性能，這也是本發(fā)明的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)制備具有高的孔隙度和大的比表面積的鈦基非蒸散型吸氣材料的工藝方法。
為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種制備多孔非蒸散型吸氣材料的工藝方法，包括下述步驟(1)金屬粉末混合物包括第一種元素為金屬吸氣元素Ti和第二種元素Mo；
(2)將兩種金屬粉末按吸氣材料的成分要求進(jìn)行配料；(3)將配好的粉末混合物在惰性氣體Ar氣保護(hù)下，在球磨罐中進(jìn)行機(jī)械混料，時(shí)間不少于20小時(shí)；(4)將混好的粉末在1500～3000kg/cm2的壓力下進(jìn)行加工成型，然后在700～1000℃溫度下燒結(jié)5～30分鐘。
本發(fā)明采用活性元素鈦?zhàn)鳛榛w元素，因?yàn)殁佔(zhàn)鳛樽畛Ｓ玫奈鼩獠牧现?，活性很好，并且激活溫度比鋯低。第二種元素作為抗燒結(jié)元素，用于防止活性材料在燒結(jié)時(shí)聚集長(zhǎng)大，并且也抑制粉末燒結(jié)體的明顯收縮，保證高的孔隙率和大的比表面積。同時(shí)，第二種元素于基體元素鈦中適量固溶，從而達(dá)到提高機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，不降低吸氣性能。
其中，在所述步驟(1)中，以氫化鈣還原相應(yīng)金屬氧化物制備得到起始金屬粉末，而且鈦粉的平均顆粒尺寸為37μm和125μm之間，鉬粉的平均顆粒尺寸為25μm和74μm之間。
其中，在所述步驟(1)或(2)中，金屬吸氣元素和第二種元素的體積之比根據(jù)非蒸散型吸氣材料要求，比例在10∶1和5∶1之間，具體重量之比根據(jù)材料而定。
其中，在所述步驟(3)中，在球磨罐中，先后放入金屬粉末和磨球，抽真空到10-2～10-4Pa之間，然后充惰性氣體Ar氣至3MP～6MP之間進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)行不少于20小時(shí)的機(jī)械混料。所用的磨球材質(zhì)為硬質(zhì)合金或瑪瑙；磨球和金屬粉末的球料重量之比在1∶3～1∶10之間，根據(jù)金屬粉末混合的比例而定，并且每一次球磨過(guò)程中磨球的材質(zhì)和大小要均勻一致。
其中，在所述步驟(4)中，加工成型工藝為模具成型，粉末混合物所受的壓力為1500～3000kg/cm2的，壓結(jié)物在700～1000℃溫度下燒結(jié)5～30分鐘。
本發(fā)明制備工藝方法簡(jiǎn)單，可以通過(guò)不同的模具設(shè)計(jì)，制成滿足應(yīng)用要求的不同形狀；采用本發(fā)明制備工藝制成的鈦基非蒸散型吸氣材料具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能顯著地增加本身的孔隙度和比表面積，增強(qiáng)了氣體到達(dá)吸氣劑內(nèi)部顆粒的通道，從而顯著地提高了吸氣性能。


圖1為采用本發(fā)明制備工藝方法制成的鈦基非蒸散型吸氣材料的斷口微觀形貌。
圖2為根據(jù)實(shí)施例一發(fā)明的鈦基非蒸散型吸氣材料的吸氣速率隨吸氣量變化的特征曲線。
圖3為根據(jù)實(shí)施例二發(fā)明的鈦基非蒸散型吸氣材料的吸氣速率隨吸氣量變化的特征曲線。
圖4為根據(jù)實(shí)施例三發(fā)明的鈦基非蒸散型吸氣材料的吸氣速率隨吸氣量變化的特征曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的鈦基非蒸散型吸氣材料的制備工藝方法的具體實(shí)施方式
及優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例一使用的金屬粉末采用氫化鈣還原相應(yīng)金屬氧化物制備得到，并且第一種元素鈦的平均顆粒尺寸為37μm，第二種元素為Mo，并且其顆粒的平均尺寸為25μm。將兩種金屬粉末按照鈦基非蒸散型吸氣材料的要求配料，其體積比為10∶1，則對(duì)應(yīng)的重量比為9∶2。接著在球磨罐中，先后放入金屬粉末混合物和磨球，在惰性氣體Ar氣的保護(hù)下，進(jìn)行24小時(shí)的機(jī)械混料。所用的磨球材質(zhì)為瑪瑙；磨球和金屬粉末的球料重量之比為1∶3。將彌散分布的金屬粉末混合物在合適模具下，在1500kg/cm2的壓力下壓制成型。然后將壓結(jié)物進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000℃，時(shí)間5分鐘。最終獲得采用本發(fā)明工藝制備的多孔鈦基非蒸散型吸氣材料，具有很高的吸氣速率和較大的吸氣量，如圖2所示。
實(shí)施例二使用的金屬粉末采用氫化鈣還原相應(yīng)金屬氧化物制備得到，并且第一種元素鈦的平均顆粒尺寸為61μm，第二種元素為Mo，并且其平均顆粒尺寸為44μm。將兩種金屬粉末按照鈦基非蒸散型吸氣材料的要求配料，其體積比為8∶1，則對(duì)應(yīng)的重量比為7∶2。接著在球磨罐中，先后放入金屬粉末混合物和磨球，在惰性氣體Ar氣的保護(hù)下，進(jìn)行24小時(shí)的機(jī)械混料。所用的磨球材質(zhì)為硬質(zhì)合金；磨球和金屬粉末的球料重量之比為1∶5。將彌散分布的金屬粉末混合物在合適模具下，在2200kg/cm2的壓力下壓制成型。然后將壓結(jié)物進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850℃，時(shí)間15分鐘。最終獲得采用本發(fā)明工藝制備的多孔鈦基非蒸散型吸氣材料，具有高的吸氣速率和大的吸氣量，如圖3所示。
實(shí)施例三使用的金屬粉末采用氫化鈣還原相應(yīng)金屬氧化物制備得到，并且第一種元素鈦的平均顆粒尺寸為125μm，第二種元素Mo，并且其平均顆粒尺寸為74μm。將兩種金屬粉末按照鈦基非蒸散型吸氣材料的要求配料，其體積比為5∶1，則對(duì)應(yīng)的重量比為11∶5。接著在球磨罐中，先后放入金屬粉末混合物和磨球，在惰性氣體Ar氣的保護(hù)下，進(jìn)行22小時(shí)的機(jī)械混料.所用的磨球材質(zhì)為瑪瑙；磨球和金屬粉末的球料重量之比為1∶10。將彌散分布的金屬粉末混合物在合適模具下，在3000kg/cm2的壓力下壓制成型。然后將壓結(jié)物進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)溫度為700℃，時(shí)間30分鐘。最終獲得采用本發(fā)明工藝制備的多孔鈦基非蒸散型吸氣材料，具有高的吸氣速率和大的吸氣量，如圖4所示。
對(duì)此吸氣材料進(jìn)行掃描電鏡微觀組織形貌觀察，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行吸氣性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2、3、4.同時(shí)采用常用的BET技術(shù)，以氬氣作為試驗(yàn)氣體，測(cè)得此鈦基非蒸散型吸氣材料的比表面積高達(dá)4000cm2/g。由圖1可以看出，利用本發(fā)明工藝制備的多孔鈦基非蒸散型吸氣材料具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，顆粒之間相互粘結(jié)，具有較高的孔隙度和較大的比表面積。從圖2、3、4的吸氣性能特征曲線也可以看出，采用本發(fā)明工藝制備的多孔鈦基非蒸散型吸氣材料激活溫度適中，在500℃～600℃激活條件下具有較高的吸氣速率和較大的吸氣量，并且趨勢(shì)平緩，性能穩(wěn)定。
綜上所述，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，可以通過(guò)不同的模具設(shè)計(jì)，制成滿足應(yīng)用要求的不同形狀；采用本發(fā)明制備工藝制成的鈦基非蒸散型吸氣材料具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能顯著地增加本身的孔隙度和比表面積，激活溫度適中，吸氣性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種鈦基非蒸散型吸氣材料的制備工藝方法，包括下述步驟(1)金屬粉末混合物包括第一種元素為金屬吸氣元素Ti和第二種元素Mo；(2)將兩種金屬粉末按吸氣材料的成分要求進(jìn)行配料；(3)將配好的粉末混合物在惰性氣體Ar氣保護(hù)下，在球磨罐中進(jìn)行機(jī)械混料，時(shí)間不少于20小時(shí)；(4)將混好的粉末在1500～3000kg/cm2的壓力下壓制成型，然后在700～1000℃溫度下燒結(jié)5～30分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基非蒸散型吸氣材料制備工藝方法，其特征在于在所述步驟(1)中，以氫化鈣還原相應(yīng)金屬氧化物制備得到起始金屬粉末，而且鈦粉的平均顆粒尺寸為37μm和125μm之間，另一種粉末Mo的平均顆粒尺寸為25μm和74μm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦基非蒸散型吸氣材料制備工藝方法，其特征在于金屬吸氣元素和第二種元素的體積之比根據(jù)非蒸散型吸氣材料要求，比例在10∶1和5∶1之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基非蒸散型吸氣材料制備工藝方法，其特征在于在所述步驟(3)中，在球磨罐中，先后放入金屬粉末和磨球，抽真空到10-2～10-4Pa之間，然后充惰性氣體Ar氣至3MP～6MP之間進(jìn)行保護(hù)，進(jìn)行不少于20小時(shí)的機(jī)械混料.所用的磨球材質(zhì)為硬質(zhì)合金或瑪瑙；磨球和金屬粉末的球料重量之比在1∶3～1∶10之間，根據(jù)金屬粉末混合的比例而定，并且每一次球磨過(guò)程中磨球的材質(zhì)和大小要均勻一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦基非蒸散型吸氣材料制備工藝方法，其特征在于在所述步驟(4)中，加工成型工藝為模具成型，粉末混合物所受的壓力為1500～3000kg/cm2，壓結(jié)物在700～1000℃溫度下燒結(jié)5～30分鐘。
全文摘要
一種制備鈦基多孔非蒸散型吸氣材料的工藝方法，該制備工藝包括(1)材料包括第一種元素為金屬吸氣元素Ti和第二種元素Mo；(2)將兩種金屬粉末按吸氣材料的成分要求進(jìn)行配料；(3)將配好的粉末混合物在惰性氣體Ar氣保護(hù)下，在球磨罐上進(jìn)行機(jī)械混料，時(shí)間不少于20小時(shí)；(4)將混好的粉末在1500～3000kg/cm
文檔編號(hào)B01J20/02GK1959916SQ200510117228
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者尉秀英, 秦光榮, 張艷, 熊玉華, 杜軍, 毛昌輝, 王磊, 汪淵 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院