[发明专利]兼具吸放氢和杂质气体吸附功能的元件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种兼具吸放氢和杂质气体吸附功能的元件及其制备方法。该元件使用钛、锆、钼的合金作为吸放氢合金，使用钛、锆、锰、铁的合金作为杂质气体吸附合金，由吸放氢合金材料与杂质气体吸附合金材料形成的坯体烧结而成。该元件用于伪火花开关的吸放氢除杂气。制备方法包括：(1)将锆和钛熔炼得到吸放氢合金铸锭；(2)将钛、锆、锰和铁熔炼得到杂质气体吸附合金铸锭；(3)将两种合金铸锭进行破碎制粉，将两种合金粉末、高纯钼粉和润滑剂按照目标成分比例进行配比，对混合粉末进行球磨和筛分，并采用气流磨将合金颗粒研磨成粉体；(4)在氩气保护气氛下，将粉体制成元件坯体；(5)将元件坯体放入保护气体或者真空环境烧结制成元件。

技术领域

本发明涉及一种兼具吸放氢和杂质气体吸附功能的元件及其制备方法，该元件可用于伪火花开关的吸放氢除杂气。

背景技术

伪火花开关是自上世纪八十年代以来脉冲功率技术领域最重要的发展成果。伪火花开关可用来产生高重复频率的陡波头大脉冲电流，其特点是尺寸小、启动快、峰值电流大，放电电流上升陡大、放电抖动时间小、电极烧蚀小因而寿命长、介质强度恢复快，因此是理想的快速闭合关。

伪火花开关由一个空心阴极和一个平板阳极构成，两极间用绝缘材料分隔，间隙中充入氢气，氢气压力调节到发生自击穿时气压的95％左右，用氢存储器调节腔室压力。由于空心阴极效应，电子在空心阴极中增加极快，可产生抖动时间极小的伪火花放电。氢存储器由若干环形储氢材料元件及加热电阻丝构成，当开关工作时，储氢材料在电阻丝加热下快速放出氢气，保证伪火花开关正常工作。可见储氢材料是伪火花开关的关键材料之一，其可逆吸放氢容量、吸放氢速率以及循环寿命等特性都直接决定伪火花开关的工作性能。此外，伪火花开关工作过程中由于电荷转移的电流提升，带来腔体内的不同组件释放的杂质气体大幅度增加，这些杂质气体会恶化开关工作环境，导致开关性能下降甚至失效，因此需要腔室内同时具有吸收杂质气体功能的元件。

目前国内已有的储氢元件技术主要是直接用TiHx和ZrVFe混合烧结制成，在工况条件下储氢容量低，且力学性能较差，在反复吸放氢过程中容易掉落粉末或产生碎裂，额外增加故障因素；另外ZrVFe合金在200-600℃范围有较大吸氢量，在伪火花开关应用范围内会大量吸氢，且没有明显的吸氢平台，吸放氢可逆性较差，不仅导致杂质气体吸附容量以及吸附速率不高，而且会导致储氢材料可逆吸放氢容量降低。国际上则多采用TiHx、Mo以及ZrVFe混合烧结的工艺，由于采用的TiHx纯度较高，TiMo合金空冷条件下可以生成β相，所以可以显著提高烧结体的抗粉化性能和机械性能。但是由于Ti-H吸氢温度-压力坪台偏高和ZrVFe吸氢特性，很难得到进一步提升。

综上所述，目前迫切需要开发一种新的兼具吸放氢和吸附杂质气体功能的元件，打破传统技术瓶颈，实现高性能吸放氢及除杂气元件的应用，特别是高温工作的伪火花开关用的吸放氢除杂元件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具吸放氢和杂质气体吸附功能的元件，该元件可以在伪火花开关工作的温度、压力及环境条件下迅速可控地吸收和放出氢气并同时大量吸附杂质气体的元件。

本发明的另一目的在于提供一种所述元件的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种兼具吸放氢和杂质气体吸附功能的元件，该元件使用钛、锆、钼的合金作为吸放氢合金，使用钛、锆、锰、铁的合金作为杂质气体吸附合金，由吸放氢合金材料与杂质气体吸附合金材料形成的坯体烧结而成，所述吸放氢合金中含有原子百分比65％-85％的钛、10％-30％的锆和5％-25％的钼；所述杂质气体吸附合金中含有原子百分比35-55％的钛、5％-20％的锆、30％-50％的锰和5％-25％的铁。

优选地，所述坯体中，吸放氢合金的质量百分比为80％-95％，杂质气体吸附合金的质量百分比为5％-20％。