本发明涉及一种厚膜吸气材料的制备方法，属于电真空吸气元件制备技术领域。
背景技术：
吸气材料是保障电真空或密封器件真空品质及理想工作环境的特殊功能材料，通过吸收残余活性气体或器件长期使用过程中释放出来的活性气体，避免真空品质随时间的下降，还能减小气体与精密元件反应导致的污染或功能丧失，减小活动部件振动阻尼，降低内腔热耗散等。实践证明，要获得高性能，长寿命的电真空器件，必须有高质量的吸气元件作为保证。
吸气材料主要分为蒸散型和非蒸散型。蒸散型吸气材料通过采用高温蒸发或蒸散并沉积在真空器壁上的薄膜来吸收活性气体，又称扩散型或闪烧型，它通常以钡、锶、钙、镁及其合金为主，由于其蒸散性质会带来电极间漏电、设备不可返修、真空器件制造设计难度大等问题，因此应用领域通常有限制；非蒸散型吸气材料无需蒸散，而是通过加热、通电或降低气体分压等激活方式获得活性表面来吸收气体，它通常为钛、锆、铪、钇等金属及其与铝、稀土元素或铁、钴、锰等过渡族金属元素组成的合金，可以被制成块状、带状、体状和膜状，其优点是可反复循环激活、形状尺寸灵活、使用寿命长及器件可返修，空间占有率小，因此应用范围越来越广，目前已普遍用于超高真空系统、电光源、太阳能集热设备、惰性气体纯化、溅射离子泵、吸气剂泵、各种显示器及电真空器件，用来提高器件的可靠性、稳定性与工作寿命。
随着现代高精电子设备向微、小型化趋势发展，非蒸散型吸气材料正在从块体材料向薄膜材料发展。块体吸气材料相对具有较大的体积，激活温度范围宽，吸气容量大，结构灵活多样，但一般需要单独的空间进行装配；薄膜吸气材料是运用气相沉积法将吸气组元或合金沉积在真空容器壁或各种形状的固态衬底上形成几百纳米至几微米的薄膜，薄膜可以制备成各种图案或尺寸，沉积精度高，但是吸气容量小，因此主要应用在微机电系统(mems)器件领域中。而对于真空空间相对较小的小型化器件，块体吸气材料没有足够的空间供装配，薄膜吸气材料在吸气速率和吸气容量方面又无法满足杂气的吸收要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种非蒸散型厚膜吸气材料的制备方法。用该方法制备的厚膜吸气材料，既具备优良的吸气性能，又能满足小型器件空间的装配需求。
本发明运用不同的方法高效率制备出非蒸散型厚膜吸气材料，可以灵活方便地调控各种工艺参数，克服块体吸气材料和薄膜吸气材料的劣势，有效地同时解决装配空间和吸气容量不能兼容的问题，制备出性能优良、与器件结合强度良好、满足器件使用要求的厚膜吸气材料。
为实现所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种非蒸散型厚膜吸气材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将非蒸散型吸气材料粉末与有机粘结剂均匀混合，得到厚膜浆料；同时将低熔点玻璃粉或焊料与硝棉溶液混合均匀，得到低熔点玻璃粉浆料或焊料浆料；
(2)在器件基材上均匀涂覆一层低熔点玻璃粉浆料或焊料浆料；
(3)采用浇铸、印刷、喷涂、刷涂或刮刀等涂层工艺将厚膜浆料在低熔点玻璃粉或焊料涂层表面沉积，得到吸气材料膜；
(4)将涂覆吸气材料膜的基材进行真空烧结，制备得到非蒸散型厚膜吸气材料。
在步骤(1)中，采用的非蒸散型吸气材料可以为锆钒铁、锆铝、锆+锆钒铁、钛钒或钛钼中的任一材料。其中，锆+锆钒铁优选为70～90wt％锆+30～10wt％锆钒铁。
所述有机粘结剂为松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁脂的混合液，按质量百分比计，松油醇为83wt％，乙基纤维素为7wt％，邻苯二甲酸二丁脂为10wt％。
所述的厚膜浆料中，按质量百分比计，非蒸散型吸气材料粉末为50～75wt％，有机粘结剂为25～50wt％。
所述低熔点玻璃粉可以是熔点为400℃～700℃的玻璃粉，焊料是ag-cu或者cu-ti；优选的，ag-cu焊料中ag与cu的重量比为60:40，cu-ti焊料中cu与ti的重量比为76:24。
低熔点玻璃粉浆料或焊料浆料中，按质量百分比计，低熔点玻璃粉或焊料为75～85％，硝棉溶液占15～25％；其中硝棉溶液的浓度优选为5～10wt％。
在步骤(2)中，所述器件基材是不锈钢、可伐合金、陶瓷或锗片等。
在步骤(2)中，所述的低熔点玻璃粉或焊料涂层的厚度为40微米～1毫米。
在步骤(3)中，所述吸气材料膜的厚度为100微米～2毫米。优选的，吸气材料膜的厚度≥低熔点玻璃粉或焊料涂层的厚度。
在步骤(4)中，选择的烧结温度取决于采用低熔点玻璃粉或焊料的熔点温度；优选地，在400℃～950℃条件下真空烧结，烧结时间为30分钟～1小时。
本发明非蒸散型厚膜吸气材料的制备方法包括将非蒸散型吸气材料粉末和有机粘结剂均匀混合，同时将低熔点玻璃粉或焊料与硝棉充分调匀；先在器件基材上按照一定形状均匀涂覆一层厚度为40微米～1毫米的低熔点玻璃粉或焊料浆料，再在其表面沉积出所需形状的厚度为100微米～2毫米的吸气材料膜；将涂覆吸气材料的基材在400℃～950℃条件下真空烧结30分钟～1小时，制备出非蒸散型厚膜吸气材料。
本发明的优点：
本发明的厚膜吸气材料克服了块体吸气材料和薄膜吸气材料的劣势，有效地同时解决了装配空间和吸气容量不能兼容的问题。
本发明采用了一种由底层焊接层和活性吸气材料层组成的复合非蒸散型吸气材料厚膜结构，能够对吸气材料灵活选择，从而可以满足器件对激活温度和吸气性能的不同需求，也可以根据器件的空间特点和对吸气容量的要求，选择100微米～2毫米的不同膜厚；而且采用双层结构提高了非蒸散型厚膜吸气材料在器件基底上的附着强度，提高了器件的可靠性，制作方法灵活多样，工艺操作简单方便。
具体实施方式
本发明非蒸散型厚膜吸气材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂按照50～75wt％：25～50wt％比例均匀混合，得到具有一定流动性和粘度的厚膜浆料，同时将低熔点玻璃粉或焊料与硝棉充分调匀，硝棉溶液的浓度为9wt％；采用的非蒸散吸气材料粉末可以为锆钒铁、锆铝、锆+锆钒铁、钛钒、钛钼中的任一材料。有机粘结剂为松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁脂的混合液，三者的比例为83wt％：7wt％：10wt％。低熔点玻璃粉可以是熔点在400℃～700℃的玻璃粉，焊料为ag-cu或者cu-ti。
(2)在器件基材上按照一定形状均匀涂覆一层低熔点玻璃粉或焊料浆料；器件基材可以是不锈钢、可伐合金、陶瓷或锗片。
(3)将厚膜浆料采用浇铸、印刷、喷涂、刷涂、刮刀等任一涂层工艺在低熔点玻璃粉或焊料表面沉积出所需形状和厚度的厚膜吸气材料；膜的厚度为100微米～2毫米。
(4)将涂覆吸气材料的基材在400℃～950℃条件下真空烧结，选择的烧结温度取决于选择的低熔点玻璃粉和焊料的温度，烧结时间为30分钟～1小时，制备出非蒸散型厚膜吸气材料。
实施例1
将锆钒铁吸气材料粉末与比例为83wt％：7wt％：10wt％的松油醇、乙基纤维素和邻苯二甲酸二丁脂组成的有机粘结剂按照重量比6:4均匀混合搅拌4小时，同时采用硝棉溶液(浓度为9wt％，以下同)将熔点为400℃的玻璃粉按照重量比15:85调成浆料；在不锈钢基底上需要涂覆吸气材料的位置放置1毫米厚的长方形掩膜板，均匀涂覆一层1毫米低熔点玻璃粉，然后选用刮涂的方式将吸气材料浆料填充在膜板内，吸气材料膜的厚度为1毫米；将涂覆吸气材料的基材在真空条件下烧结400℃，1小时，制备出非蒸散型厚膜吸气材料。
将制备出的非蒸散型厚膜吸气材料在350℃温度下保温30分钟进行吸气剂的激活，吸气性能测试结果见表1所示。
实施例2
其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同的是选择锆(85wt％)+锆钒铁(15wt％)吸气材料粉末与有机粘结剂按照重量比1:1的比例混合均匀，采用硝棉溶液将cu-ti焊料(重量比为76:24)按照重量比25:75调成浆料，在陶瓷基底上需要涂覆吸气材料的位置放置50微米厚的圆形掩膜板，均匀涂覆50微米厚的一层焊料，选用丝网印刷的方式在陶瓷基底焊料上印刷出圆形厚度为100微米的厚膜吸气材料；将涂覆吸气材料的基材在真空条件下烧结920℃，30分钟，制备出非蒸散型厚膜吸气材料。
将制备出的非蒸散型厚膜吸气材料在350℃温度下保温30分钟进行吸气剂的激活，吸气性能测试结果见表1所示。
实施例3
其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同的是选择钛钼吸气材料粉末与有机粘结剂按照重量比3:1的比例混合均匀，采用硝棉溶液将ag-cu焊料按照重量比20:80调成浆料，在可伐合金基底上需要涂覆吸气材料的位置放置1毫米厚的长方形掩膜板，均匀涂覆1毫米厚的一层焊料，选用刷涂的方式在可伐合金基底焊料上刷出长方形厚度为2毫米的厚膜吸气材料；将涂覆吸气材料的基材在真空条件下烧结850℃，30分钟，制备出非蒸散型厚膜吸气材料。
将制备出的非蒸散型厚膜吸气材料在500℃温度下保温30分钟进行吸气剂的激活，吸气性能测试结果见表1所示。
表1厚膜吸气性能与薄膜吸气性能对比
由以上实施例可以看到，本发明采用了一种由底层焊接层和吸气材料层组成的复合双层结构，改善了吸气性能，同时提高了非蒸散型厚膜吸气材料在器件基底上的附着强度，提高了器件的可靠性。
上述实施例中仅仅举出本发明非蒸散型厚膜吸气材料的制备方法中部分的实施例，在本发明的技术方案中：非蒸散型吸气材料与有机粘结剂的选择，非蒸散型吸气材料粉末与有机粘结剂的质量比，低熔点玻璃粉或焊料与硝棉溶液的质量比，涂覆低熔点玻璃粉浆料或焊料浆料层的厚度，吸气材料膜的厚度等在限定范围内可自由选择，此处不再一一列举，故以上的说明所包含的技术方案应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。