特别适用于氢气和一氧化碳吸附的非蒸散型吸气剂合金制造技术

本发明专利技术涉及一种特别适用于氢气和一氧化碳吸附的非蒸散型吸气剂合金，描述了特别适用于氢气和一氧化碳吸附的基于三元合金的粉末的具有提高的吸附速率的吸气装置，所述合金具有包含锆、钒和铝作为主要构成元素的组成。钒和铝作为主要构成元素的组成。

【技术实现步骤摘要】
特别适用于氢气和一氧化碳吸附的非蒸散型吸气剂合金
[0001]本申请是名为“特别适用于氢气和一氧化碳吸附的非蒸散型吸气剂合金”、申请号为201780020127.1的中国专利申请的分案申请，专利申请201780020127.1是根据专利合作条约于2017年5月25日提交的国际申请(PCT/EP2017/062707)进入中国国家阶段的国家申请。


[0002]本专利技术涉及在低的操作温度下具有增加的氢气和一氧化碳吸附性能的新吸气剂合金，涉及一种利用所述合金吸附氢气的方法，以及涉及采用所述合金用于去除氢气的吸气装置。

技术介绍

[0003]作为本专利技术的主题的合金特别适用于所有需要与现有技术中对于显著大量氢气和一氧化碳二者具有高吸附速率的吸气剂合金通常所需的热活化温度不相符的制造或操作条件的应用。
[0004]在这些新型吸附合金的最具吸引力的应用中，有真空隔热板、真空泵和气体净化器。
[0005]虽然在这些应用中使用去除氢气用的吸气剂材料是已知的，但是目前开发和使用的方案不适于满足设置有越来越严格的限制和约束的持续技术发展所施加的要求。
[0006]在真空隔热板的领域中的某些特定应用，例如热瓶、油气管道、收集太阳能的板、真空玻璃中，要求吸气剂合金在温度处于室温(RT)至300℃的范围内时有效地吸附氢气和一氧化碳。
[0007]可以受益于使用能够在高温下吸附氢气的吸气剂合金的另一应用领域是真空泵中的吸气剂抽吸元件的应用领域。在多个不同专利文件如US 5324172和US 6149392以及国际专利公开WO 2010/105944(都是本申请人的名下的申请)中，描述了这种类型的泵。能够在高温下使用泵的吸气剂材料提高了泵在对其他气体的吸附容量方面的性能；在这种情况下主要问题是获得在RT至300℃的范围内的温度下操作时的高吸附速率以及容量以获得更好的装置性能。
[0008]受益于吸气剂材料能够以高吸附速率吸附氢气和一氧化碳的优点的另一应用领域是在半导体工业中使用的气体的净化。实际上，特别是在要求高流量的情况下(通常高于数升/分钟)，吸气剂材料必须快速吸附气体物质以去除气体污染物如N2、H2O、O2、CH4、CO、CO2。
[0009]在EP 0869195和国际专利公开WO 2010/105945(两者都是本申请人的名下的申请)中公开了用于去除氢气的最有效的解决方案中的两个解决方案。第一个解决方案利用锆
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钴
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稀土元素(RE)合金，其中RE最大可以为10％并且选自钇、镧等稀土元素。具体地，具有以下重量百分比的合金尤其受到关注：Zr 80.8％
‑
Co 14.2％以及RE 5％。相对地，第二个解决方案利用基于钇的合金以便在高于200℃的温度下使氢气的可去除量最大化，然而
对于需要真空条件的许多应用的需求，其不可逆的气体吸附的特性基本上有限。
[0010]在US 4360445中描述了用于快速吸收氢气和其他不期望气体如CO、N2和O2的特定解决方案，但是其中所公开的氧气稳定化的锆
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钒
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铁金属间化合物仅可以成功地用于特定的温度范围内(即
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196℃至200℃)，其需要大量的氧并因此降低了每克的吸附容量和吸附速率，即限制了其可能的应用领域。
[0011]作为替代方案，US 4839035公开了适于去除氢气和一氧化碳的非蒸散型吸气剂合金，其专注于在锆
‑
钒
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第三元素体系中选择的富Zr组合物，其中第三元素可以选自镍、铬、锰、铁和/或铝，实施例中最后公开的优选设定为第四元素。即使这些合金似乎在使制造工艺中的一些步骤简单化的方面是有效的，但是在暴露于H2和CO时的吸收速率不足以用在许多应用中，例如不足以用在高真空系统的吸气泵中。此外，US 4839035公开的非蒸散型吸气剂合金在制造包含其的吸气元件时需要烧结过程，导致了进一步限制：排除了在真空绝缘领域中的大多数应用，特别是其在热瓶中的用途。

技术实现思路

[0012]因此，根据本专利技术的合金的对氢气和一氧化碳的改进特性必须以双重可能的意义来预计和评价，即当所述吸气剂合金的操作温度在RT至300℃的范围内时对H2的增加的吸附速率和低的氢气平衡压强。对于根据本专利技术的最具吸引力的合金，应当考虑该特性并且将该特性与对于其他气体物质以及特别对于CO的出乎意料的改进的吸附性能相关联。此外，这些合金示出较低的活化温度和较低的颗粒损失以及较高的脆性和对氢气循环的耐性。
[0013]因此，本专利技术的目的是提供一种适合用于吸气装置并能够克服现有技术的缺点的吸气剂合金。这些目的通过三元非蒸散型吸气剂合金(优选为粉末的形式)来实现，其具有以下原子百分比组成：
[0014]a.钒，18％至40％；
[0015]b.铝，5％至25％；
[0016]c.锆，其量使所述合金配平至100％；
[0017]即，其中原子百分比相对于合金计算。
[0018]任选地，非蒸散型吸气剂合金组合物还可以包含相对于总的合金组成小于3％的总原子浓度的一种或更多种金属作为附加的组成元素。具体地，这些一种或更多种金属可以以优选0.1％至2％的总原子百分比选自铁、铬、锰、钴和镍。与现有技术相反，本专利技术人发现这些一种或更多种金属可以优选以低于铝原子百分比含量的10％的量包含在合金组合物中。
[0019]事实上，本专利技术人出乎意料地发现，当铝的量选自5％至25％的范围时，Zr
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V
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Al体系中的三元合金具有改进的H2和CO吸附速率。与US 4839035不同，选择铝代替镍、铬、锰和铁的列表中的其他金属作为三元合金组合物中的第三元素。更具体地，本专利技术人发现，当以显著量(大于5％原子百分比)而不是作为微量组分向三元体系Zr
‑
V
‑
X中(其中X＝Ni、Cr、Mn或Fe，以小于7％原子百分比的量)添加铝时，可以发现基于锆和钒的合金的吸气性能的最佳改善。事实上，在那些公开的组合物中，当铝与另一种主要的第三元素结合使用时，显然其浓度应显著地低于5％原子百分比，本专利技术人发现其为本专利技术的最小量。
[0020]在另一方面，本专利技术人发现，可以用以获得克服现有技术合金的缺点的最佳结果的重要技术特性为原子比Zr/V，其应为1至2.5。事实上，当所述比在上述范围内时，专利技术人发现合金的吸附性能不会像现有合金通常发生的那样受到烧结过程的危害。此外，当所述比为1.5至2时，也使吸附性能在最大氢气和一氧化碳吸附容量和吸附速度方面尤其得到优化。
[0021]此外，在合金组合物中可以存在少量的其他化学元素的杂质，只要其相对于总的合金组成的总百分比(意指所有这些化学元素的原子百分比含量的总和)小于1％即可。
[0022]根据本专利技术的一些非限制性实施方案的以下详细描述，根据本专利技术的合金和装置的这些和其他优点和特征对本领域技术人员将是清楚的。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非蒸散型吸气剂合金，包含：a.钒，18原子％至40原子％；b.铝，5原子％至25原子％；c.锆，其量使所述合金配平至100原子％。2.根据权利要求1所述的吸气剂合金，还包含选自铁、铬、锰、钴或镍的一种或更多种附加元素。3.根据权利要求2所述的吸气剂合金，其中所述一种或更多种附加元素的量低于所述合金中的铝原子百分比含量的10％。4.根据权利要求1所述的吸气剂合金，其中原子比Zr/V为1至2.5。5.根据权利要求2所述的吸气剂合金，其中相对于所述合金，所述一种或更多种附加元素的量为0.1％至3％，优选为0.1％至2％。6.根据前述权利要求中任一项所述的吸气剂合金，还包含相对于所述合金低于1原子％的量的杂质。7.根据前述权利要求中任一项所述的吸气剂合金，其特征在于为粉末的形式。8.根据权利要求7所述的吸气剂合金，其中所述粉末的粒径小于500μm，优选小于300μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山德罗，
申请(专利权)人：工程吸气公司，
类型：发明
国别省市：