本發(fā)明屬于吸氣劑材料技術領域，具體涉及一種高孔隙的鈦基吸氣元件的批量化制備方法。

背景技術：

隨著電子技術和真空技術的飛速發(fā)展,人們對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步則成為促進其發(fā)展的關鍵技術之一。吸氣材料是指在一定條件下,對某些(某種)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等領域內占據著不可替代的重要地位。并且由于使用環(huán)境條件的惡劣,使用性能要求的嚴格,改進現(xiàn)有吸氣材料、研制新型吸氣材料成為廣大科學工作者關注和研究的對象。

鈦基非蒸散型吸氣劑因具有良好的吸氣性能、高的結合強度、較低的制造成本,因此特別適用于貯氫設備、粒子加速器、等離子體熔合器以及一些需維持真空度的排氣封離設備中,是現(xiàn)有吸氣材料中無可替代的新型吸氣劑。鈦鉬吸氣劑和鈦鋯釩吸氣劑是鈦基非蒸散型吸氣劑的研究熱點，選用ⅣB族的元素鈦作為基體,同時加入熔點高、蒸氣壓低、自身結合強度高的抗燒結元素鉬、鋯、釩等，由于鉬是鈦的強β相穩(wěn)定元素,它的加入大幅度降低了鈦的α→β相變溫度,使得合金不但具有高的孔隙率,而且具有較高的吸氫比以及很低的氫離解平衡壓，具有較好的吸氣性能、較低的激活溫度。但是目前，對鈦鉬合金和鈦鋯釩合金作為吸氣劑的研究還處于起步階段，鈦基非蒸散型吸氣劑的綜合性能和批量生產能力與國外相比仍有較大差距。因此研究高孔隙度的鈦基吸氣元件的批量化生產具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高孔隙的鈦基吸氣元件的批量化制備方法，采用吸氣粉末、碳酸氫銨和有機粘結劑作為原料，將化學脫脂和真空脫脂相結合，將注射成型技術與金屬支撐體相結合，制備得到吸氣元件的孔隙率高，不低于50％，表面積大，激活溫度低，吸氣速率高，吸氣容量大，制備成本低，可工業(yè)化批量生產，批量生產的產品穩(wěn)定性好，經濟價值高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：

一種高孔隙的鈦基吸氣元件的批量化制備方法，包括以下步驟：

(1)在氬氣保護條件下，將鈦粉與鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物，按照重量比為7-9:1-3混合10-24h至均勻，得到鈦基的原料；

(2)在惰性氣體保護下，將步驟(1)制備的鈦基的原料與碳酸氫銨混合均勻，加入有機粘結劑，形成注射喂料，其中鈦基的原料的體積分數為30-70％；

(3)將步驟(2)制備的注射喂料沉積于改性的金屬絲上，經冷等靜壓成型，卸壓脫模取出，形成坯件；

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將步驟(3)制備的坯件置于50-80℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理4-12h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將步驟(4)制備的化學脫脂坯件在真空燒結爐內進行高溫燒結，降溫出爐后得到孔隙率高于50％的高孔隙的鈦基吸氣元件。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中鈦粉的粒徑為25-45μm。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中混合物中鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的體積比為1:1:1:1，混合物的平均粒徑為45μm。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中碳酸氫銨的粒徑為20-25μm。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中惰性氣體為氬氣，所述鈦基的原料、碳酸氫銨與有機粘結劑的質量比為1-19:1：1-19，所述混合均勻的方式為總共混合2h，每0.5h停歇5min。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為40-85％，高密度聚乙烯的質量百分比為5-20％，聚丙烯的質量百分比為5-20％，余量為硬脂酸。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中改性的金屬絲為表面沉積一層致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲，所述致密耐高溫絕緣層為玻璃粉與硝酸鎂的混合物，厚度為50-300μm。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中冷等靜壓成型的壓力為100-190MPa，時間為10-30s。

作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(5)中高溫燒結的真空度＜7×10^-4Pa，燒結溫度為900-930℃，保溫時間為15-30min。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備工藝簡單，將化學脫脂和真空脫脂相結合，將注射成型技術與金屬支撐體相結合，通過改變喂料的粘度和金屬支撐體的形態(tài)，控制吸氣元件的形狀、孔隙率和強度，且通過精確控制注射成型過程，可以保證吸氣元件的穩(wěn)定性、高效性，實現(xiàn)大批量生產。

(2)本發(fā)明制備的高孔隙的鈦基吸氣元件采用吸氣粉末、碳酸氫銨和有機粘結劑作為原料，通過調整吸氣粉末、碳酸氫銨和有機粘結劑的比例，操控氣體吸收元件的孔隙率及強度，通過碳酸氫銨和有機粘結劑兩種成孔劑，結合化學脫脂與真空熱脫脂相結合，可以有效脫除產品中的有機粘結劑，避免了殘余碳對吸氣性能的影響并起到造孔作用。

(3)本發(fā)明制備的高孔隙的鈦基吸氣元件先經低溫預處理，再經高溫燒結處理，這種處理方法可極大的提高吸氣元件的制備效率，降低生產成本，提高吸氣元件的尺寸精度和抑制性，可有效減小粘結劑和碳酸氫銨的用量，提高了吸氣元件的活性。

(4)本發(fā)明制備的高孔隙的鈦基吸氣元件的孔隙率高，不低于50％，表面積大，激活溫度低，吸氣速率高，吸氣容量大，制備成本低，可工業(yè)化批量生產，批量生產的產品穩(wěn)定性好，經濟價值高。

具體實施方式

下面將結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為9:1，將粒徑為25μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合24h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將19份的鈦基的原料與1份的粒徑為20μm碳酸氫銨混合均勻，加入19份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為70％，高密度聚乙烯的質量百分比為10％，聚丙烯的質量百分比為10％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為50μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在190Mpa壓力下冷等靜壓10s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于75℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理5h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在930℃進行高溫燒結15min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

實施例2：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為7:3，將粒徑為45μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合24h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將4份的鈦基的原料與1份的粒徑為25μm碳酸氫銨混合均勻，加入1份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為70％，高密度聚乙烯的質量百分比為10％，聚丙烯的質量百分比為10％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為300μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在130Mpa壓力下冷等靜壓30s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于77℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理5h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件。

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在20℃進行高溫燒結20min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

實施例3：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為4:1，將粒徑為30μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合24h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將1份的鈦基的原料與1份的粒徑為23μm碳酸氫銨混合均勻，加入1份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為40％，高密度聚乙烯的質量百分比為20％，聚丙烯的質量百分比為20％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為300μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在100Mpa壓力下冷等靜壓20s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于78℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理5h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在900℃進行高溫燒結30min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

實施例4：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為7:2，將粒徑為30μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合15h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將5份的鈦基的原料與1份的粒徑為20μm碳酸氫銨混合均勻，加入5份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為60％，高密度聚乙烯的質量百分比為15％，聚丙烯的質量百分比為10％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為250μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在150Mpa壓力下冷等靜壓25s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于65℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理8h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在910℃進行高溫燒結20min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

實施例5：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為8:1，將粒徑為45μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合10h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將10份的鈦基的原料與1份的粒徑為20μm碳酸氫銨混合均勻，加入5份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為75％，高密度聚乙烯的質量百分比為5％，聚丙烯的質量百分比為10％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為300μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在190Mpa壓力下冷等靜壓15s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于70℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理4h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在900℃進行高溫燒結30min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

實施例6：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為9:2，將粒徑為25μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合18h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將10份的鈦基的原料與1份的粒徑為25μm碳酸氫銨混合均勻，加入5份的有機粘結劑，總共混合2h，每0.5h停歇5min，形成注射喂料，有機粘結劑為石蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸的混合物，其中石蠟的質量百分比為75％，高密度聚乙烯的質量百分比為10％，聚丙烯的質量百分比為5％，余量為硬脂酸。

(3)將注射喂料沉積于表面沉積一層厚度為150μm的玻璃粉與硝酸鎂致密耐高溫絕緣層的Mo合金金屬絲上，經在190Mpa壓力下冷等靜壓15s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(4)在真空度＜5Pa的真空狀態(tài)下，將坯件置于60℃的三氯乙烯中進行化學脫脂處理12h，取出冷卻，得到化學脫脂坯件；

(5)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在930℃進行高溫燒結20min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

對比例：

(1)在氬氣保護條件下，按照重量比為9:1，將粒徑為25μm鈦粉與平均粒徑為45μm的體積比為1:1:1:1的鉬粉、鋯釩鐵粉、鋯鋁粉和鋯鎳粉的混合物混合24h至均勻，得到鈦基的原料。

(2)在氬氣保護下，按重量份計，將19份的鈦基的原料與19份的石蠟，總共混合2h，每0.5h停歇5min，經在190Mpa壓力下冷等靜壓10s成型，卸壓脫模取出，形成坯件。

(3)將化學脫脂坯件置于真空度＜7×10^-4Pa的真空燒結爐內，在930℃進行高溫燒結15min，降溫出爐后得到高孔隙的鈦基吸氣元件。

經檢測，實施例1-6制備的高孔隙的鈦基吸氣元件的孔隙率以及經700℃激活后的吸氣效率的結果如下所示：

由上表可見，本發(fā)明制備的高孔隙的鈦基吸氣元件的孔隙率高，吸氣效率好。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。