专利名称：钛基非蒸散型吸气材料的制备工艺方法
技术领域：
本发明涉及以钛为基的非蒸散型吸气材料，涉及获得高孔隙度和大比表面积的非蒸散型吸气材料的制备工艺方法。
背景技术：
随着科学技术的迅速发展，需要的真空条件越来越高。目前，广泛地用于建立和维持高真空条件的电真空材料主要是非蒸散型吸气材料。非蒸散型吸气材料主要作用是吸收掉真空电子器件尤其是封离真空管在机械排气之中或之后所保留的残余气体，提高管内的真空度，以保证良好的真空状态，延长使用寿命，提高器件的可靠性。非蒸散吸气材料主要是以下列元素为基，如锆、钛、钽、镍以及它们的合金等，这些合金可能包括其它附加元素，如铝、铁、石墨等。锆基非蒸散型吸气材料主要是由锆或者锆合金和其它活性金属间化合物按照一定的成分比例制成，如Zr-Al、Zr-V-Fe和Zr-C等。它们对空气和大多数其它气体都具有较高的活性，能够吸收除惰性气体之外的多种气体，包括O2、CO2、CO、N2、H2O和H2等。但是每一种材料都有其应用的局限性，如Zr-Al室温性能差，机械性能差；Zr-V-Fe直接压制使用，其形状和强度都受到一定限制；Zr-C激活温度高，而且存在掉粉现象。现选择以钛为基的非蒸散吸气材料，要求其在室温下工作，激活温度适中，强度高，形状灵活，并且对活性气体具有高的吸气速率和大的吸气量。高温下吸气的非蒸散吸气剂其吸气速率取决于占优势的体扩散或晶界扩散，而在较低温度下使用的非蒸散吸气剂主要靠表面起吸气作用，可见在室温下吸气材料的孔隙度和比表面积是影响材料吸气性能的重要参数。因此在不改变吸气剂外形尺寸的前提下增大材料本身的比表面积，可以有效地促进气体表面扩散反应，从而提高吸气性能，这也是本发明的关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产制备具有高的孔隙度和大的比表面积的钛基非蒸散型吸气材料的工艺方法。
为实现此目的，本发明采取以下技术方案一种制备多孔非蒸散型吸气材料的工艺方法，包括下述步骤(1)金属粉末混合物包括第一种元素为金属吸气元素Ti和第二种元素Mo；
(2)将两种金属粉末按吸气材料的成分要求进行配料；(3)将配好的粉末混合物在惰性气体Ar气保护下，在球磨罐中进行机械混料，时间不少于20小时；(4)将混好的粉末在1500～3000kg/cm2的压力下进行加工成型，然后在700～1000℃温度下烧结5～30分钟。
本发明采用活性元素钛作为基体元素，因为钛作为最常用的吸气材料之一，活性很好，并且激活温度比锆低。第二种元素作为抗烧结元素，用于防止活性材料在烧结时聚集长大，并且也抑制粉末烧结体的明显收缩，保证高的孔隙率和大的比表面积。同时，第二种元素于基体元素钛中适量固溶，从而达到提高机械强度的同时，不降低吸气性能。
其中，在所述步骤(1)中，以氢化钙还原相应金属氧化物制备得到起始金属粉末，而且钛粉的平均颗粒尺寸为37μm和125μm之间，钼粉的平均颗粒尺寸为25μm和74μm之间。
其中，在所述步骤(1)或(2)中，金属吸气元素和第二种元素的体积之比根据非蒸散型吸气材料要求，比例在10∶1和5∶1之间，具体重量之比根据材料而定。
其中，在所述步骤(3)中，在球磨罐中，先后放入金属粉末和磨球，抽真空到10-2～10-4Pa之间，然后充惰性气体Ar气至3MP～6MP之间进行保护，进行不少于20小时的机械混料。所用的磨球材质为硬质合金或玛瑙；磨球和金属粉末的球料重量之比在1∶3～1∶10之间，根据金属粉末混合的比例而定，并且每一次球磨过程中磨球的材质和大小要均匀一致。
其中，在所述步骤(4)中，加工成型工艺为模具成型，粉末混合物所受的压力为1500～3000kg/cm2的，压结物在700～1000℃温度下烧结5～30分钟。
本发明制备工艺方法简单，可以通过不同的模具设计，制成满足应用要求的不同形状；采用本发明制备工艺制成的钛基非蒸散型吸气材料具有多孔网状结构，能显著地增加本身的孔隙度和比表面积，增强了气体到达吸气剂内部颗粒的通道，从而显著地提高了吸气性能。
图1为采用本发明制备工艺方法制成的钛基非蒸散型吸气材料的断口微观形貌。
图2为根据实施例一发明的钛基非蒸散型吸气材料的吸气速率随吸气量变化的特征曲线。
图3为根据实施例二发明的钛基非蒸散型吸气材料的吸气速率随吸气量变化的特征曲线。
图4为根据实施例三发明的钛基非蒸散型吸气材料的吸气速率随吸气量变化的特征曲线。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明的钛基非蒸散型吸气材料的制备工艺方法的具体实施方式
及优点作进一步描述。
实施例一使用的金属粉末采用氢化钙还原相应金属氧化物制备得到，并且第一种元素钛的平均颗粒尺寸为37μm，第二种元素为Mo，并且其颗粒的平均尺寸为25μm。将两种金属粉末按照钛基非蒸散型吸气材料的要求配料，其体积比为10∶1，则对应的重量比为9∶2。接着在球磨罐中，先后放入金属粉末混合物和磨球，在惰性气体Ar气的保护下，进行24小时的机械混料。所用的磨球材质为玛瑙；磨球和金属粉末的球料重量之比为1∶3。将弥散分布的金属粉末混合物在合适模具下，在1500kg/cm2的压力下压制成型。然后将压结物进行真空烧结，烧结温度为1000℃，时间5分钟。最终获得采用本发明工艺制备的多孔钛基非蒸散型吸气材料，具有很高的吸气速率和较大的吸气量，如图2所示。
实施例二使用的金属粉末采用氢化钙还原相应金属氧化物制备得到，并且第一种元素钛的平均颗粒尺寸为61μm，第二种元素为Mo，并且其平均颗粒尺寸为44μm。将两种金属粉末按照钛基非蒸散型吸气材料的要求配料，其体积比为8∶1，则对应的重量比为7∶2。接着在球磨罐中，先后放入金属粉末混合物和磨球，在惰性气体Ar气的保护下，进行24小时的机械混料。所用的磨球材质为硬质合金；磨球和金属粉末的球料重量之比为1∶5。将弥散分布的金属粉末混合物在合适模具下，在2200kg/cm2的压力下压制成型。然后将压结物进行真空烧结，烧结温度为850℃，时间15分钟。最终获得采用本发明工艺制备的多孔钛基非蒸散型吸气材料，具有高的吸气速率和大的吸气量，如图3所示。
实施例三使用的金属粉末采用氢化钙还原相应金属氧化物制备得到，并且第一种元素钛的平均颗粒尺寸为125μm，第二种元素Mo，并且其平均颗粒尺寸为74μm。将两种金属粉末按照钛基非蒸散型吸气材料的要求配料，其体积比为5∶1，则对应的重量比为11∶5。接着在球磨罐中，先后放入金属粉末混合物和磨球，在惰性气体Ar气的保护下，进行22小时的机械混料.所用的磨球材质为玛瑙；磨球和金属粉末的球料重量之比为1∶10。将弥散分布的金属粉末混合物在合适模具下，在3000kg/cm2的压力下压制成型。然后将压结物进行真空烧结，烧结温度为700℃，时间30分钟。最终获得采用本发明工艺制备的多孔钛基非蒸散型吸气材料，具有高的吸气速率和大的吸气量，如图4所示。
对此吸气材料进行扫描电镜微观组织形貌观察，并按照国家标准进行吸气性能测试，结果见图1和图2、3、4.同时采用常用的BET技术，以氩气作为试验气体，测得此钛基非蒸散型吸气材料的比表面积高达4000cm2/g。由图1可以看出，利用本发明工艺制备的多孔钛基非蒸散型吸气材料具有多孔网状结构，颗粒之间相互粘结，具有较高的孔隙度和较大的比表面积。从图2、3、4的吸气性能特征曲线也可以看出，采用本发明工艺制备的多孔钛基非蒸散型吸气材料激活温度适中，在500℃～600℃激活条件下具有较高的吸气速率和较大的吸气量，并且趋势平缓，性能稳定。
综上所述，本发明制备工艺简单，可以通过不同的模具设计，制成满足应用要求的不同形状；采用本发明制备工艺制成的钛基非蒸散型吸气材料具有多孔网状结构，能显著地增加本身的孔隙度和比表面积，激活温度适中，吸气性能优良。
权利要求
1.一种钛基非蒸散型吸气材料的制备工艺方法，包括下述步骤(1)金属粉末混合物包括第一种元素为金属吸气元素Ti和第二种元素Mo；(2)将两种金属粉末按吸气材料的成分要求进行配料；(3)将配好的粉末混合物在惰性气体Ar气保护下，在球磨罐中进行机械混料，时间不少于20小时；(4)将混好的粉末在1500～3000kg/cm2的压力下压制成型，然后在700～1000℃温度下烧结5～30分钟。
2.根据权利要求1所述的钛基非蒸散型吸气材料制备工艺方法，其特征在于在所述步骤(1)中，以氢化钙还原相应金属氧化物制备得到起始金属粉末，而且钛粉的平均颗粒尺寸为37μm和125μm之间，另一种粉末Mo的平均颗粒尺寸为25μm和74μm之间。
3.根据权利要求1或2所述的钛基非蒸散型吸气材料制备工艺方法，其特征在于金属吸气元素和第二种元素的体积之比根据非蒸散型吸气材料要求，比例在10∶1和5∶1之间。
4.根据权利要求1所述的钛基非蒸散型吸气材料制备工艺方法，其特征在于在所述步骤(3)中，在球磨罐中，先后放入金属粉末和磨球，抽真空到10-2～10-4Pa之间，然后充惰性气体Ar气至3MP～6MP之间进行保护，进行不少于20小时的机械混料.所用的磨球材质为硬质合金或玛瑙；磨球和金属粉末的球料重量之比在1∶3～1∶10之间，根据金属粉末混合的比例而定，并且每一次球磨过程中磨球的材质和大小要均匀一致。
5.根据权利要求1所述的钛基非蒸散型吸气材料制备工艺方法，其特征在于在所述步骤(4)中，加工成型工艺为模具成型，粉末混合物所受的压力为1500～3000kg/cm2，压结物在700～1000℃温度下烧结5～30分钟。
全文摘要
一种制备钛基多孔非蒸散型吸气材料的工艺方法，该制备工艺包括(1)材料包括第一种元素为金属吸气元素Ti和第二种元素Mo；(2)将两种金属粉末按吸气材料的成分要求进行配料；(3)将配好的粉末混合物在惰性气体Ar气保护下，在球磨罐上进行机械混料，时间不少于20小时；(4)将混好的粉末在1500～3000kg/cm
文档编号B01J20/02GK1959916SQ200510117228
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月1日 优先权日2005年11月1日
发明者尉秀英, 秦光荣, 张艳, 熊玉华, 杜军, 毛昌辉, 王磊, 汪渊 申请人:北京有色金属研究总院