Нераспыляемый газопоглотитель и способ его изготовления

 

1. Нераспыляемый газопоглотитель , содержащий титан и гидрид титана, отличающийся тем, что, с целью улучшения сорбционных и механических свойств и расширения температурного диапазона использования , в него дополнительно введен тугоплавкий металл У-У1 групп периодической системы при следующем количественном соотношении компонентов , мас.%: Титан50-98 Гидрид титана .0,5-20 Тугоплавкий металл1,5-30 причем размер частиц компонентов составляет 1 мкм - 100 мкм. 2. Способ изготовления нераспыляемого газопоглотителя, включающий смешивание и прессование порошков, отличающийся тем, что готовят смесь порошков титана и гидрида титана с насыпным весом 0,7в Г, 3 г/см, смешивают ее с порошком тугоплавкого металла, прессуют при давлении 800-3500 кгс/см, а затем спекают в вакууме при давлении менее 10 мм рт.ст. и температуре 8001000 С в течение 15-60 мин.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Х Н

РЕСПУБЛИК

Э р H 01 3 7/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

МИ Ц 1 1.,, (21) 3345651/18-21 (22) 02.11.81 (46) 30.05.84. Бюл. N 20 (72) М.Ф. Боярина (53) 621.385.032. 14(088,8) (56) 1. Патент СССР В 640685, кл. Н 01 3 7/18, 1973.

2. Патент ГДР ш 25974,кл. 21 g 13/31 (прототип). (54) НЕРАСПЫЛЯЕИЫИ ГАЗОПОГЛОТИТЕЛЬ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ. (57) 1. Нераспыляемый газопоглотитель, содержащий титан и гидрид титана, отличающийся тем, что, с целью улучшения сорбционных и механических свойств и расширения температурного диапазона использования, в него дополнительно введен тугоплавкий металл У-У1 групп периодической системы при следующем

SU.„1095265 А количественном соотношении компонентов, мас.7:

Титан 50-98

Гидрид титана 0,5-20

Тугоплавкий металл 1,5-30, причем размер частиц компонентов составляет 1 мкм — 100 мкм, 2. Способ изготовления нераспыляемого газопоглотителя, включающий смешивание и прессование порошков, отличающийся тем, что готовят смесь порошков титана и гидрида титана с насыпным весом 0,71;3 г/см, смешивают ее с порошком тугоплавкого металла, прессуют при давлении 800-3500 кгс/см, а затем спекают в вакууме при давлении менее .

10 мм рт.ст. и температуре 8004

1000 С в течение 15-60 мин.

1095265

Изобретение относитя к средствам для создания или поддержания требуемого вакуума, например при помощи гаэопоглощения, в частности к составам нераспыляемых газопоглотителей и способам их изготовления, и может

:быть использовано в машиностроении, приборостроении и радиотехнике, преимущественно, в электронной промышленности, в газоразрядных, полупро водниковых и электровакуумных приборах.

Известен нераспыляемый газопоглотитель, представляющий собой спеченную смесь цирконий — алюминиевого

1сплава и циркониевого порошка 1.1 .

Однако технологический процесс изготовления такого газопоглотителя характеризуется повышенной взрыво- и пожароопасностью всего технологического процесса его изготовления, что . обусловлено применением циркония, а также использованием в составе цирконий — алюминиевого сплава.

Кроме того, известный газопоглотитель характеризуется низкой механической прочностью иэ-за плохой прессуемости, обусловленной наличием в составе сплава.

Известен также нераспыляемый газопоглотитель, содержащий титан и гидрид титана 52 .

Известный гаэопоглотитель в своем составе содержит, вес.7:

Титан (или сплав титана с ванадием) 30-70

Сплав бария с алюминием 5-50

Гидрид титана 10-25

В процессе обработки газопоглоти-, теля внутри прибора при 800-900 С происходит выделение водорода из гидрида титана вследствие его термической диссоциации с образованием чисто-. го титана и водорода, определенный уровень которого в приборе улучшает работу катода. Одновременно в процессе обработки при указанных температурах происходит испарение бария и образование налетов в приборе со всеми вытекающими последствиями: возникновением таких видов брака как утечки, паразитные емкости, высокочастотные потери, термотоки и т.п.

После обработки предлагаемый поглотитель представляет собой смесь чистого титана и сплава бария с алюминием.

Такой гаэопоглотитель имеет недостаточную механическую прочность

5 и ограниченный температурный диапазон применения, так как использование его при температурах превышаюо

Э щих 500-600 С интенсифицирует распыление бария.

Сорбционные характеристики такого газопоглотителя также не улучшаются сравнительно с чистым титаном, так как барий интенсивно поглощает газы лишь в виде тонкого конденсирован15 ного слоя, полученного испарением в вакууме, барий же в виде компактного металла, да еще в сплаве с алюминием, каким он входит в состав газопоглотителя, незначительно участвует в поглощении.

Известен также способ изготовления газопоглотителя, включающий смешивание и прессование порошков (23.

Однако отсутствие операции спекания в вакууме, не может обеспечить необходимых требований, предъявляемых к гаэопоглотителям, так как по- . глотитель, не прошедший предварительной термической обработки в вакууме (спекания), обладает недостаточной механической прочностью, значительным газоотделением при его обработке в процессе откачки и заниженными сорбционными характеристи35 ками, вследствие расходования запаса сорбционной емкости на поглощение газов в процессе обработки в приборе.

Цел ью и з об рет е ния явля е тс я улучшениее сорбционных н механических свойств газопоглотителей, расширение температурного диапазона их использования, 45

Поставленная цель достигается тем, что в нераспыляемый газопоглотитель, содержащий титан и гидрид титана, дополнительно введен тугоплавкий металл У-У1 групп периодической системы пру следующем количественном соотношении компонентов, мас. :

Титан 50-98

Гидрид титана 0,50-20

Тугоплавкий металл 1,5-30 причем размер частиц компонентов газопоглотителя составляет 1 — 100 мкм.

1095265

Наличие в составе газопоглотителя гидрида титана позволяет повысить механическую прочность гаэопоглотителя за счет улучшения условий его спекаемости, так как при нагревании гидрид титана разлагается с выделением атомарного водорода, который восстанавливает присутствующие на поверхности спекаемых частиц окисные пленки.

При условии, что в составе газопоглотителя гидрид титана присутствует в количестве меньшем 0,5 вес.Х, его механическая прочность снижается

Кроме того, согласно способу из готовления нераспыляемого газопоглотителя, включающего смешивание и прессование порошков, смесь порошков титана и гидрида титана с насыпным весом

0,7-1,3 г/см смешивают с порошком тугоплавкого металла, прессуют при давлении 800-3500 кгс/см, спекают в вакууме при давлении менее

Д о 10

10 мм рт.ст. и температуре 800-1000 С в течение 15-60 мин, Тугоплавкий металл способствует повышению прочности и пористости газопоглотителя, препятствуя спека15 нию активных частиц газопоглотителя между собой, что в свою очередь позволяет увеличить его сорбционную. способность.

Кроме того, присутствие тугоплавко20 го металла позволяет повысить температуру спекания, а следовательно, расширить температурный диапазон применения газопоглотителя, что обеспечивает возможность размещения его в мощных лампах и установки вблизи разогретых узлов с сильным газоотделением.

Присутствие в составе газопоглоти- теля титана в количестве меньшем

50 вес.Х обуславливает снижение его

30 сорбционных свойств, а увеличение количества титана более 98 вес.Х приводит к снижению пористости и механической прочности за счет плохой сцепляемости между собой однородных частиц порошков, а также к снижению максимально допустимой температуры работы газопоглотителя за счет:, уменьошения количества тугоплавкой составляющей.

В табл. 1 и 2 представлены сорбционные характеристики гаэопоглотителей разных составов, изготовленных по различной технологии.

45 из-за недостаточного количества выделяющегося атомарного водорода для восстановления окисных пленок, а присутствие гидрида титана в количестве большем 20 вес..Х приводит к повышению газоотделения, а следовательно, увеличению трудоемкости и увеличению технологического цикла изготовления газопоглотителя.

Если в составе газопоглотителя количество тугоплавкого металла составляет менее 1,5 вес.Х, происходит оплавление частиц при спекании, что приводит к снижению сорбционных свойств, увеличение количества тугоплавкого металла более 30 вес.Х также приводит к снижению сорбционных свойств эа счет черезмерного снижения количества активных составляющих.

В том случае, когда размер. частиц компонентов составляет менее 1 мкм, прессуемость и механическая прочность газопоглотителя снижаются эа счет того, что более мелкие фракции порошков характеризуются преобладанием сферических форм частиц за счет уменьшения количества дендритных форм.

Увеличение размера зерен более

100 мкм приводит к уменьшению актив" ной поверхности получаемых изделий и ухудшению прессуемости, а следова". тельно, и механической прочности, за счет контактирования преимущественно однородных частиц, в частности чистого титана и титана, образующегося при разложении гидрида титана.

Кроме того, использование более крупных фракций порошков приводит к снижению сорбционных свойств за счет невозможности получения требуемой пористости и удельной поверхности газопоглотителя.

Минимальное значение насыпного веса порошков титана и гидрида титана 0,7 г/см обусловлено тем, что порошки с малым насыпным весом характеризуются большим количеством частиц, образующих конгломераты, .что ухудшает прессуемость порошка и не позволяет получать прессованные изделия с однородными свойствами.

Кроме того, механическая прочность газопоглотителей,.полученных из такого порошка, снижается за счет осыпания мелких частиц.

Порошки с насыпным весом, большим 1,3 г/см 4, характеризуются вы10952б5 сокой загрязненностью окислами, сопровождаемой значительным снижением механических свойств и сорбционной емкости газопоглотителей, а также увеличением технологического 5 цикла, их изготовления, обусловленным повышенным газоотделением.

Давление прессования менее

800 кгс/см является недостаточным для обеспечения требуемой механической прочности, что обусловлено большим количеством в составе газопоглотителя однородных частиц, а повышение давления более 3500 кгс/см приводит . к потере требуемой пористости и снижению сорбционных свойств газопоглотителя.

Необходимость спекания газопоглотителя при давлении, не превышающем

10 мм рт.ст., обусловлена тем, что

9 в процессе спекания происходит формирование физико-химических свойств газопоглотителя, которое сопровождается разложением гидрида титана, диссоциацией и восстановлением окисных пленок одновременно со спеканием по контактным поверхностям, при этом одновременно происходит поглощение газопоглотителем газа из окружающего

30 объема, что в случае превышения указанного давления приводит к снижению сорбционной емкости. о

При 800 С начинается рекристаллизация частиц титана, что является необходимым условием надежного спека- > ния частиц между собой, а в случае о повышения температуры более 1000 С имеет место оплавление частиц и начало распыления титана.

Увеличение времени спекания более

60 мин приводит к снижению сорбционной емкости газопоглотителей, вследствие протекания одновременно со спеканием процесса сорбции газов из окружающей среды, а уменьшение времени спекания менее 15 мин приводит к снижению механической прочности изготавливаемых газопоглотителей ввиду того, что не успевает пройти процесс собирательной рекристаллизации между частицами, обуславливающей увеличение контактной поверхности частиц и упрочнение спекаемого тела.

Изготовлены газопоглотители с раз-SS личным процентным содержанием компонентов, обследованы их сорбционные характеристики.

Для изготовления газопоглотителей используют порошки титана и гидрида титана с насыпным весом 1,1 г/см .

Смесь порошков заданного состава с помощью специальной стальной прессформы прес;обуются в виде таблеток диаметром 8 мм с двух сторон никелевой перфорированной ленты (таблетки на ленте). Давление прессования составляет 2100 кгс/см ° Спрессованные газопоглотители спекаются в вакууме с помощью токов высокой частоты при 900950 С 30 мин, Сорбционная способность полученных газопоглотителей разных составов обследуется методом постоянного объема по сорбции воздуха в диапазоне темпе ратур 20 — 700 С с выдержкой при о каждой температуре 10 мин. Газопоглотители, изготовленные по предлагаемому способу имеют высокие сорбцион"

Ф ные и механические характеристики (табл. 1).

Данный способ опробован при изготовлении газопоглотителей состава

80Х титана + 10X гидрида титана + 107 молибдена в виде таблеток диаметром

8 мм с применением различных режимов и порошков с разными насыпными весами, а также с исключением их технологического процесса операции прессования. Спекание газопоглотителей производится в вакууме при давлении

1 ° 10 мм рт.ст. Сорбционная способность гаэопоглотителей оценивается методом постоянного объема по сорбции воздуха в диапазоне температур

20 — 700 С (табл. 2).

Использование газопоглотителей предлагаемого состава и способа их изготовления позволяет исключить пожа-. роопасность и взрывоопасность технологического процесса их изготовления, повысить безопасность труда, повысить качество и надежность приборов с применением газопоглотителей за счет обеспечения возможности более рационалвного их размещения внутри прибора, расширить диапазон применения газопоглотителей эа счет установки как в приборах с малыми нагрузками на электродах, так и в мощных генераторных приборах с большими нагрузками на электродах.

Предлагаемые гаэопоглотители эффективно можно использовать в мощных генераторных и модуляторных приборах, сосах, а такке в качестве химического насоса при раздельной откачке приборов.

Таблица 1

Вес активного

" Сорбция воздуха

Газопоглотитель, вес.Х

3 о

Эффективная емкость (лмкм) при температурах С, за !О мин вещества, мг

200 300 . 400

20 100

50% титана

+ 20X гидрида

58

372 титана + 30X молибдена

366

10

80% титана

+ 10X. гидрида

10

342

13 22 титана + 10X молибдена

63

14 31

379

98% титана

+ 0,5% гидрида

340

10 27

10 титана + 1 5Х молибдена

356

13 30

57

Продолжение табл.

Сорбция воздуха

Газопоглотитель вес.Х мкм лмкм лмкм лмкм

ИГ

500 600 700

50Х титана

+ 20% гидрида

1,41

171 0,46 531

240

120

77 титана + 30% молибдена

156 О, 43 476

1,30

200

120

80Х титана + 10X гидрида

178 0,52 407

1,19

119

110

77 титана + 10X молибдена

218 0,57 436

130

84

1,18

98Х титана

+ 0,5 гидрида

139

1,49

210 0,62 508

159

89 титана + 1,5% молибдена

182 . P 51 422

100

1,18

140

7 1095265 Газопоглотители указанного состава могут быть использованы в качестве, активного вещества в сорбционных наЭффективная емкость (лмкм) о при температурах С, за 10 мин

1 ) Всего от 20, Всего от 20 до 500 С до 700 С

1095265

Таблица 2

Насыпной

Вес активного

Сорбция воздуха

Режим спекания

Размер частиц

Эффективная емкость (лмкм) о при температуре, С эа 10 мин темпе- время, ратура мин

ОС. вещества, мг порошвес порошка, r/cN3 ка, 20 100

200

481

1-20 О, 7 3500

10-40 1, 1 2100

379

463

800

40" 100 1, 3

10-40 1, 1

470

16

16 не прессов.

Продолжение табл. 2

Сорбция воздуха

Всего от 20 до 500 С

Всего от 20 до 700 С

Эффективная емкость.(лмкм) при температуре, С эа 10 мин о лмкм лмкм

НР лмкм лмкм

НГ

700

600

300 400 500

268

218

1,18

351

1,80

384

1,92

Составитель Г.Жукова

Редактор Н.Горват Техред Л.Коцюбняк Корректор В. Иванова

Заказ 3609/35 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Давление прессова ния, кгс/см

72 137

63 84

60 235

136 140

800 45

900 30

1000 15

950 . 60

160 200

98 130

260 260

260 240

15 13

14 12

13 11

0,56 628

0,57 436

0,73 871

0,82 904