[发明专利]一种高可靠大容量吸氢泵及其制备方法

说明书

本发明是一种高可靠的大容量吸氢泵，其特征是：1)采用非蒸散型吸气合金作为有效吸气材料；2)由非蒸散型吸气合金制作的吸气元件整体是非均匀的，具有三明治结构。其表面除了具有数微米、数十微米的小孔隙，还有大于100微米的大孔隙，中间层只有数微米、数十微米的小孔隙；3)由非蒸散型吸气合金制作的吸气元件经氮化处理。优点在于：通过吸气元件的三明治结构和氮化处理，可以加大芯部吸气合金吸附和扩散氢气的机率，提高吸气元件芯部的利用率，使得采用较厚的吸气元件成为可能，从而提高吸氢泵的可靠性和吸氢容量。通过本发明，可满足需要大量吸氢的领域对吸气剂泵提出的大容量、高可靠的要求。

技术领域

本发明是一种高可靠大容量吸氢泵及其制备方法，属于电真空技术领域。

背景技术

氢原子钟是在实际应用中除极短测量时间间隔之外最为稳定的时间频率标准，其在国家授时、大地测量、射电天文、卫星导航等领域起重要作用。氢原子钟是利用氢原子的两个超精细磁能级之间的跃迁来工作的时频基准，其中的氢原子束源、态选择磁铁以及储存泡、谐振腔工作于10- 4 Pa 的高真空环境。早期的氢原子钟使用钛泵来吸收氢气和维持高真空，其体积大、重量重、长期运行后还有可能出现严重的打火甚至短路的现象。目前氢原子钟的真空维持系统普遍采用的是吸气剂泵和微型钛溅射离子泵组成的复合泵。其采用吸气剂泵作为主泵来吸收氢气，对于非蒸散型吸气剂泵无法抽除的其他气体依靠微型是微型钛溅射离子泵来抽除。

吸气剂泵由吸气剂发展而来。吸气剂按工作原理分为蒸散型吸气剂和非蒸散型吸气剂两大类，吸气剂泵一般由非蒸散型吸气剂加上必要的加持组件、壳体组装而成，根据需要有时会在其内部加入加热组件。

非蒸散型吸气剂一般将锆、铪、钛、钇材料或其与钒、铁、锰、钴、铝、钼、稀土组成的二元或多元合金的粉末压制或烧结成型制成非蒸散型吸气剂。使用时，将非蒸散型吸气剂在真空中加热(激活)，使其表面的氧化层向内部扩散，暴露出新鲜表面。激活后的非蒸散型吸气剂主要通过表面吸附和内部扩散两种机制吸收气体。非蒸散型吸气剂对任何气体均可产生一定机率的表面吸附，但在常温下仅对H2具有良好的内部扩散。氢气扩散进入吸气合金内部会引起合金的晶格膨胀。

晶格膨胀在一般应用领域时，没有太大的影响。然而在氢原子钟领域，由于氢气是其主要吸收的气体，大量的氢气会造成晶格严重膨胀，直至引起整个非蒸散型吸气剂的开裂、粉化。为避免大量吸收氢气而引起的可靠性降低，通常做法是加大非蒸散型吸气剂的用量，降低其单位重量中的氢浓度。然而在航天领域对零部件的重量和体积都很敏感，需要提高单位体积和单位重量的吸氢容量，同时需要提高其可靠性。

发明内容

本发明提出的是一种采用非蒸散型吸气合金的吸剂泵系统，其目的在于针对需要大量吸氢的领域对吸气剂泵进行优化，解决传统吸气剂泵大量吸氢时吸氢容量不高，吸气合金表面易开裂、粉化等问题，从而提供一种高可靠的大容量吸氢泵。

本发明的技术解决方案：

一种高可靠的大容量吸氢泵，其特征是所述吸氢泵采用非蒸散型吸气合金作为有效吸气材料制备吸气元件，所述吸气元件为三明治结构，表面有数微米、数十微米的小孔隙，大于100微米的大孔隙，中间层只有数微米、数十微米的小孔隙；由非蒸散型吸气合金制作的吸气元件经氮化处理，得到成品吸气元件。

所述非蒸散型吸气合金是锆、铪、钛、钇材料或他们之间或他们中的一种或几种与钒、铁、锰、钴、铝、钼、稀土组成的二元或多元合金。

制备方法包括以下步骤：

1）采用平均粒径为5-30微米的1#非蒸散型吸气合金与平均粒径为100-200微米的2#非蒸散型吸气合金均匀混合，制得A混合粉；

2）采用平均粒径为5-30微米的3#非蒸散型吸气合金，为B混合粉；

3）在模具中分别平铺A混合粉/B混合粉/A混合粉，施加压力后再真空中高温烧结，制得片状吸气元件；