本發(fā)明屬于吸氣劑材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑接制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著電子技術(shù)和真空技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電子材料和真空材料的使用性能也不斷提出更高的要求,而吸氣材料的更新進(jìn)步則成為促進(jìn)其發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。吸氣材料是指在一定條件下,對(duì)氣體具有特殊活性的材料。由于它具有優(yōu)良的使用性能,使其在電子真空技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)著不可替代的重要地位。吸氣劑根據(jù)吸氣機(jī)理可分為蒸散型吸氣劑和非蒸散型吸氣劑，蒸散型吸氣劑是一種在蒸散時(shí)和蒸散成膜后能吸氣的吸氣劑，但是使用器件受到限制。非蒸散型吸氣劑由金屬如Zr、Ti、Nb、Ta、V及它們的合金組成,這些合金還可以含一些添加元素,如Al、Ni或Fe等。非蒸散型吸氣劑中含有能與氣體之間發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)及溶解氣體的活性金屬元素，還含有防止在燒結(jié)時(shí)活性金屬元素聚集的抗燒結(jié)元素。目前吸氣劑的傳統(tǒng)制備工藝又涂覆型、機(jī)械壓制型和粉末注塑型，其中涂覆型是將吸氣粉末漿料逐層涂覆到帶有絕緣層的加熱絲上，制備形成的吸氣劑的尺寸穩(wěn)定性差，且孔隙率低，比表面積小，吸氣速率低，機(jī)械壓制型也只能用于外加熱型元件，使用領(lǐng)域受到很大限制，粉末注塑型需要在制備工程中添加含量較高的聚乙烯、聚丙烯等粘結(jié)劑，而且需要經(jīng)過(guò)混煉、制粒、注塑、化學(xué)脫脂、熱脫脂、真空燒結(jié)等步驟，工序繁多，成本較高，且過(guò)多的粘結(jié)劑的存在會(huì)降低吸氣粉末的活性。因此開(kāi)發(fā)一種工序簡(jiǎn)單可操作的吸氣元件顯得十分必要。中國(guó)專利CN100488865C公開(kāi)的納米吸氣劑制備方法，將化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的碳納米管的表面涂覆一層Ti、Zr、V、Fe、Al金屬一級(jí)他們的混合物，制備得到比表面積大、物理儲(chǔ)氣性能優(yōu)異的納米吸氣劑。但是該方法制備的納米吸氣劑的制備方法復(fù)雜，產(chǎn)量低，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明將碳納米管與納米吸氣粉末作為原料，結(jié)合叔丁醇的特性，利用低溫冷凍、低溫真空除醇得到多孔材料，再經(jīng)燒結(jié)得到多孔的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑及其制備方法，將叔丁醇作為成孔劑與吸氣材料復(fù)合，經(jīng)低溫成型、低溫真空脫醇和高溫?zé)Y(jié)后得到多孔吸氣劑。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑為多孔非蒸散型吸氣劑，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑包括多壁碳納米管和吸氣粉末，所述吸氣粉末的粒徑為10-50nm，所述吸氣粉末由Ti、Zr、V、Fe、Nb、Mn、Al、Mo、Ni、LA、Ce、Pr、Nd中的一種或者多種構(gòu)成，所述多孔非蒸散型吸氣劑的多孔結(jié)構(gòu)由叔丁醇低溫凍干低溫真空脫醇形成。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-5％。本發(fā)明還提供一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的制備方法，包括以下步驟：(1)漿料配置：將吸氣粉末與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料；(2)低溫成型：將步驟(1)制備的吸氣粉末漿料注入到預(yù)制模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-50～-5℃下經(jīng)快速冷凍處理5-30min，形成坯材；(3)低溫真空脫醇：將步驟(2)制備的坯材放入真空箱中，在低于1000Pa的真空度下，在-50～20℃下進(jìn)行脫醇處理2-20h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材；(4)真空燒結(jié)：將步驟(3)制備的經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在低于10-2Pa的真空度下，在800-1200℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，吸氣粉末由Ti、Zr、V、Fe、Nb、Mn、Al、Mo、Ni、LA、Ce、Pr、Nd中的一種或者多種構(gòu)成。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，碳納米管的管徑為20-100nm，碳納米管的比表面積不低于150m2/g。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述含碳納米管的叔丁醇基溶劑中包括多壁碳納米管、叔丁醇和粘結(jié)劑，其中叔丁醇基溶劑中的組分，按質(zhì)量百分比計(jì)，叔丁醇80-99.5％，多壁碳納米管0.1-0.5％，其余為粘結(jié)劑。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述含碳納米管的叔丁醇基溶劑的制備方法為將酸改性處理的多壁碳納米管分散于叔丁醇中，混合均勻，加入粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為50-90％。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，預(yù)制模具的形狀為圓盤形、球形或者長(zhǎng)方形。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的表面積大于1.3m2/g，孔隙率大于55％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明采用低溫成型工藝制備吸氣劑，利用叔丁醇的高熔點(diǎn)的特性，將碳納米管與吸氣粉末均勻的分散于叔丁醇中，將叔丁醇低溫固化后，再低溫真空除去固化的叔丁醇，使經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材中形成由粘結(jié)劑、碳納米管與吸氣粉末形成的多孔材料，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)激活，得到基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，該基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑以多壁碳納米管作為骨架，表面附著吸氣金屬粉末，制備得到吸氣劑的表面積活性大，孔隙度大且均勻，吸氣速率高、吸氣容量大，而且激活溫度低，使用性好。(2)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，制備效率大幅度提高，成本降低，產(chǎn)品的尺寸和一致性好，可有效降低傳統(tǒng)制備工藝中粘結(jié)劑含量，減少了粘結(jié)劑在制備過(guò)程中對(duì)吸氣粉末的毒化作用，提高了吸氣劑的活性。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.1％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于85％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Zr、V、Fe粉末按照70:24.6:5.6比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為81.5％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的圓盤形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-10℃下經(jīng)快速冷凍處理20min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在100Pa的真空度下，在-10℃下進(jìn)行脫醇處理10h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在10-3Pa的真空度下，在1000℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％。實(shí)施例2：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.5％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于90％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Mo粉末按照90:10比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為75％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的球形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-20℃下經(jīng)快速冷凍處理25min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在10Pa的真空度下，在-10℃下進(jìn)行脫醇處理12h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在10-4Pa的真空度下，在890℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。實(shí)施例3：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.3％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于88％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Zr、Nb、Ce粉末按照80:15:5比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為78％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的長(zhǎng)方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-30℃下經(jīng)快速冷凍處理30min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在150Pa的真空度下，在-15℃下進(jìn)行脫醇處理18h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在5×10-4Pa的真空度下，在930℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％。實(shí)施例4：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.2％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于80％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Mn、Al、Nd粉末按照50:30:10:10比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為50％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的球形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-50℃下經(jīng)快速冷凍處理5min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在50Pa的真空度下，在-50℃下進(jìn)行脫醇處理2h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在10-3Pa的真空度下，在1200℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％。實(shí)施例5：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.1％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于99.5％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的LA、Pr粉末按照50:50比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為90％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的長(zhǎng)方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-5℃下經(jīng)快速冷凍處理30min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在50Pa的真空度下，在20℃下進(jìn)行脫醇處理20h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在3×10-4Pa的真空度下，在800℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％。實(shí)施例6：(1)漿料配置：按質(zhì)量百分比計(jì)，將0.35％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于92％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結(jié)劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Nb、Ni、Ce粉末按照60:5:15:20比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質(zhì)量百分比為65％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預(yù)制的圓盤形、球形或者長(zhǎng)方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進(jìn)低溫烘箱中，在-30℃下經(jīng)快速冷凍處理15min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在500Pa的真空度下，在-25℃下進(jìn)行脫醇處理10h，得到經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結(jié)：將經(jīng)脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結(jié)爐中，在3×10-3Pa的真空度下，在1000℃下進(jìn)行真空燒結(jié)，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％。對(duì)比例1：采用相同比例的吸氣粉末作為原料，經(jīng)傳統(tǒng)工藝制備得到的吸氣劑。對(duì)比例2：采用相同比例的吸氣粉末和碳納米管作為原料，經(jīng)傳統(tǒng)工藝制備得到的吸氣劑。經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-6制備的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑以及現(xiàn)有技術(shù)的的比表面積、孔隙率、吸氣速率和吸氣量的結(jié)果如下所示：實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6比表面積(m2/g)1.62.01.92.12.32.2孔隙率(％)596762646163相對(duì)對(duì)比例1的吸氣速率提高率(％)20.218.319.720.920.119.7相對(duì)對(duì)比例1的吸氣量提高率(％)23.421.021.522.823.023.1相對(duì)對(duì)比例2的吸氣速率提高率(％)181617.51717.218.5相對(duì)對(duì)比例2的吸氣量提高率(％)201919.521.021.521.0由上表可見(jiàn)，本發(fā)明制備的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的比表面積大、孔隙率高、吸氣速率和吸氣量都顯著提升。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3