本发明属于吸气剂材料技术领域，具体涉及一种高孔隙的钛基吸气元件的批量化制备方法。
背景技术：
随着电子技术和真空技术的飞速发展,人们对电子材料和真空材料的使用性能也不断提出更高的要求,而吸气材料的更新进步则成为促进其发展的关键技术之一。吸气材料是指在一定条件下,对某些(某种)气体具有特殊活性的材料。由于它具有优良的使用性能,使其在电子真空技术等领域内占据着不可替代的重要地位。并且由于使用环境条件的恶劣,使用性能要求的严格,改进现有吸气材料、研制新型吸气材料成为广大科学工作者关注和研究的对象。
钛基非蒸散型吸气剂因具有良好的吸气性能、高的结合强度、较低的制造成本,因此特别适用于贮氢设备、粒子加速器、等离子体熔合器以及一些需维持真空度的排气封离设备中,是现有吸气材料中无可替代的新型吸气剂。钛钼吸气剂和钛锆钒吸气剂是钛基非蒸散型吸气剂的研究热点，选用ⅣB族的元素钛作为基体,同时加入熔点高、蒸气压低、自身结合强度高的抗烧结元素钼、锆、钒等，由于钼是钛的强β相稳定元素,它的加入大幅度降低了钛的α→β相变温度,使得合金不但具有高的孔隙率,而且具有较高的吸氢比以及很低的氢离解平衡压，具有较好的吸气性能、较低的激活温度。但是目前，对钛钼合金和钛锆钒合金作为吸气剂的研究还处于起步阶段，钛基非蒸散型吸气剂的综合性能和批量生产能力与国外相比仍有较大差距。因此研究高孔隙度的钛基吸气元件的批量化生产具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种高孔隙的钛基吸气元件的批量化制备方法，采用吸气粉末、碳酸氢铵和有机粘结剂作为原料，将化学脱脂和真空脱脂相结合，将注射成型技术与金属支撑体相结合，制备得到吸气元件的孔隙率高，不低于50％，表面积大，激活温度低，吸气速率高，吸气容量大，制备成本低，可工业化批量生产，批量生产的产品稳定性好，经济价值高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高孔隙的钛基吸气元件的批量化制备方法，包括以下步骤：
(1)在氩气保护条件下，将钛粉与钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物，按照重量比为7-9:1-3混合10-24h至均匀，得到钛基的原料；
(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)制备的钛基的原料与碳酸氢铵混合均匀，加入有机粘结剂，形成注射喂料，其中钛基的原料的体积分数为30-70％；
(3)将步骤(2)制备的注射喂料沉积于改性的金属丝上，经冷等静压成型，卸压脱模取出，形成坯件；
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将步骤(3)制备的坯件置于50-80℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理4-12h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将步骤(4)制备的化学脱脂坯件在真空烧结炉内进行高温烧结，降温出炉后得到孔隙率高于50％的高孔隙的钛基吸气元件。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中钛粉的粒径为25-45μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中混合物中钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的体积比为1:1:1:1，混合物的平均粒径为45μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中碳酸氢铵的粒径为20-25μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中惰性气体为氩气，所述钛基的原料、碳酸氢铵与有机粘结剂的质量比为1-19:1：1-19，所述混合均匀的方式为总共混合2h，每0.5h停歇5min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为40-85％，高密度聚乙烯的质量百分比为5-20％，聚丙烯的质量百分比为5-20％，余量为硬脂酸。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中改性的金属丝为表面沉积一层致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝，所述致密耐高温绝缘层为玻璃粉与硝酸镁的混合物，厚度为50-300μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中冷等静压成型的压力为100-190MPa，时间为10-30s。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(5)中高温烧结的真空度＜7×10-4Pa，烧结温度为900-930℃，保温时间为15-30min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备工艺简单，将化学脱脂和真空脱脂相结合，将注射成型技术与金属支撑体相结合，通过改变喂料的粘度和金属支撑体的形态，控制吸气元件的形状、孔隙率和强度，且通过精确控制注射成型过程，可以保证吸气元件的稳定性、高效性，实现大批量生产。
(2)本发明制备的高孔隙的钛基吸气元件采用吸气粉末、碳酸氢铵和有机粘结剂作为原料，通过调整吸气粉末、碳酸氢铵和有机粘结剂的比例，操控气体吸收元件的孔隙率及强度，通过碳酸氢铵和有机粘结剂两种成孔剂，结合化学脱脂与真空热脱脂相结合，可以有效脱除产品中的有机粘结剂，避免了残余碳对吸气性能的影响并起到造孔作用。
(3)本发明制备的高孔隙的钛基吸气元件先经低温预处理，再经高温烧结处理，这种处理方法可极大的提高吸气元件的制备效率，降低生产成本，提高吸气元件的尺寸精度和抑制性，可有效减小粘结剂和碳酸氢铵的用量，提高了吸气元件的活性。
(4)本发明制备的高孔隙的钛基吸气元件的孔隙率高，不低于50％，表面积大，激活温度低，吸气速率高，吸气容量大，制备成本低，可工业化批量生产，批量生产的产品稳定性好，经济价值高。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为9:1，将粒径为25μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合24h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将19份的钛基的原料与1份的粒径为20μm碳酸氢铵混合均匀，加入19份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为70％，高密度聚乙烯的质量百分比为10％，聚丙烯的质量百分比为10％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为50μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在190Mpa压力下冷等静压10s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于75℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理5h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在930℃进行高温烧结15min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
实施例2：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为7:3，将粒径为45μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合24h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将4份的钛基的原料与1份的粒径为25μm碳酸氢铵混合均匀，加入1份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为70％，高密度聚乙烯的质量百分比为10％，聚丙烯的质量百分比为10％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为300μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在130Mpa压力下冷等静压30s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于77℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理5h，取出冷却，得到化学脱脂坯件。
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在20℃进行高温烧结20min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
实施例3：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为4:1，将粒径为30μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合24h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将1份的钛基的原料与1份的粒径为23μm碳酸氢铵混合均匀，加入1份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为40％，高密度聚乙烯的质量百分比为20％，聚丙烯的质量百分比为20％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为300μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在100Mpa压力下冷等静压20s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于78℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理5h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在900℃进行高温烧结30min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
实施例4：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为7:2，将粒径为30μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合15h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将5份的钛基的原料与1份的粒径为20μm碳酸氢铵混合均匀，加入5份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为60％，高密度聚乙烯的质量百分比为15％，聚丙烯的质量百分比为10％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为250μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在150Mpa压力下冷等静压25s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于65℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理8h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在910℃进行高温烧结20min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
实施例5：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为8:1，将粒径为45μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合10h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将10份的钛基的原料与1份的粒径为20μm碳酸氢铵混合均匀，加入5份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为75％，高密度聚乙烯的质量百分比为5％，聚丙烯的质量百分比为10％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为300μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在190Mpa压力下冷等静压15s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于70℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理4h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在900℃进行高温烧结30min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
实施例6：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为9:2，将粒径为25μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合18h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将10份的钛基的原料与1份的粒径为25μm碳酸氢铵混合均匀，加入5份的有机粘结剂，总共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有机粘结剂为石蜡、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蜡的质量百分比为75％，高密度聚乙烯的质量百分比为10％，聚丙烯的质量百分比为5％，余量为硬脂酸。
(3)将注射喂料沉积于表面沉积一层厚度为150μm的玻璃粉与硝酸镁致密耐高温绝缘层的Mo合金金属丝上，经在190Mpa压力下冷等静压15s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(4)在真空度＜5Pa的真空状态下，将坯件置于60℃的三氯乙烯中进行化学脱脂处理12h，取出冷却，得到化学脱脂坯件；
(5)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在930℃进行高温烧结20min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
对比例：
(1)在氩气保护条件下，按照重量比为9:1，将粒径为25μm钛粉与平均粒径为45μm的体积比为1:1:1:1的钼粉、锆钒铁粉、锆铝粉和锆镍粉的混合物混合24h至均匀，得到钛基的原料。
(2)在氩气保护下，按重量份计，将19份的钛基的原料与19份的石蜡，总共混合2h，每0.5h停歇5min，经在190Mpa压力下冷等静压10s成型，卸压脱模取出，形成坯件。
(3)将化学脱脂坯件置于真空度＜7×10-4Pa的真空烧结炉内，在930℃进行高温烧结15min，降温出炉后得到高孔隙的钛基吸气元件。
经检测，实施例1-6制备的高孔隙的钛基吸气元件的孔隙率以及经700℃激活后的吸气效率的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的高孔隙的钛基吸气元件的孔隙率高，吸气效率好。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。