НЕРАСПЫЛЯЕМЫЙ ЛЕНТОЧНЫЙ ГАЗОПОГЛОТИТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C22C14/00 B22F3/11 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и касается получения ленточных газопоглотителей (геттеров), в частности с низкой температурой активирования, используемых для создания и поддержания высокого вакуума в различных вакуумных устройствах, например в электровакуумных приборах, ускорителях, электрофизических установках специального назначения.

Известен нераспыляемый ленточный газопоглотитель и способ его получения прокаткой порошков с последующим спеканием (а.с. СССР N 1715496, кл. В 22 F 3/18, приоритет 06.02.89 г.). Газопоглотитель представляет собой 3-слойную ленту, причем наружные слои выполнены из порошка газопоглотителя, а внутренний несущий слой из порошка пластичного металла. Способ предназначен для прокатки весьма нетехнологичных и хрупких, а также пожароопасных порошковых сплавов на основе циркония и отличается значительной сложностью, а получаемое таким образом изделие не достигает высокой степени сорбционной активности.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является нераспыляемый ленточный газопоглотитель и способ его получения (патент РФ N 1750256, кл. С 22 С 14/00, приоритет 12.02.90 г.). Газопоглотитель выполнен из порошкового сплава на титановой основе, содержащего мас. ванадий 20-35, кальций 0,1-0,5, титан-остальное, с использованием прокатки порошков. Но произвольно выбранные параметры пористости изделия и параметры прокатываемого порошкового сплава не обеспечивают необходимый для использования в высоковакуумной технике уровень сорбционной активности геттера.

Изделие получают путем прокатки в ленту порошкового сплава указанного выше состава с последующим спеканием ленты. Однако произвольно выбранная пористость известного газопоглотителя не обеспечивает необходимого для использования в высоковакуумной технике уровень сорбции геттера.

Известный способ получения газопоглотителя с произвольно выбранными техническими параметрами порошкового сплава не обеспечивает получения изделий с необходимым уровнем сорбционных свойств.

Задача, решаемая изобретением в части изделия, увеличение скорости сорбции газопоглотителя, в части способа получения изделия улучшение качества получаемого газопоглотителя.

Поставленная задача решается следующим образом. В нераспыляемом ленточном газопоглотителе, изготовленном из порошкового сплава следующего состава, мас. ванадий 20-35, кальций 0,1-0,5, титан остальное, пористость газопоглотителя составляет от 25 до 65% Кроме того, с целью увеличения активной поверхности газопоглотителя и создания на его основе сорбционных насосов с более высокой быстротой откачки ленточный газопоглотитель сформирован в виде спирали.

В способе получения нераспыляемого ленточного газопоглотителя из порошкового материала, включающем прокатку в ленту порошкового сплава следующего состава, мас. ванадий 20-35, кальций 0,1-0,5, титан остальное, и последующее спекание ленты, в качестве исходного материала перед прокаткой используют порошковый сплав с насыпной плотностью от 0,7 до 1,5 г/см³.

Сущность изобретения заключается в следующем. Нераспыляемый ленточный газопоглотитель с низкой температурой активирования выполняют из порошкового сплава на титановой основе, содержащий мас. ванадий 20-35, кальций 0,1-0,5, титан остальное, обладающего при низкой пожароопасности весьма высокой технологичностью. Однако для получения высокой сорбционной активности при комнатной температуре ленточный газопоглотитель должен быть выполнен из материала, пористость которого составляет от25 до 65%
Обоснование оптимальности выбранного опытным путем интервала значений пористости заключается в следующем. Изделие пористостью менее 25% в связи с низкой реальной поверхностью, непосредственно контактирующей с газовым потоком, обладает малой быстротой откачки водорода, не превышающей 2,0 м³/м²с при комнатной температуре. Пористость более 65% приводит к резкому снижению механических свойств газопоглотителя и связанному с этим осыпанию порошка, категорически недопустимому в высоковакуумных системах, таких как оптические преобразователи, гироскопы и т.п.

Придание же ленточному газопоглотителю формы спирали обеспечивает значительное увеличение его активной площади, чем самым сорбционной активности элемента.

Характер работы газопоглотителя заключается в том, что после активирования его помещают в вакуумную систему, где он сорбирует активные газы (H₂, CO, N, CO₂). Газопоглотители, выполненные в соответствии с данным изобретением, обладают повышенными сорбционными характеристиками во всем диапазоне рабочих температур от 20 до 200^oС и позволяют создавать средства высоковакуумной откачки с предельным давлением ниже 10^-10 Па.

Опытным путем установлено, что для получения газопоглотителя с указанными свойствами в качестве исходного материала перед прокаткой следует использовать порошковый сплав указанного выше состава с насыпной плотностью в пределах 0,7-1,5 г/см³, что определяется удельным весом данного порошкового материала, формой и размером его частиц, при этом, как частный случай, содержание частиц размером менее 50 мкм может составлять 30-70% мас. При выходе за пределы указанного интервалы значений насыпной плотности снижаются технологические и сорбционные свойства получаемых геттерных элементов. Увеличение насыпной плотности до уровня более 1,5 г/см³ приводит к значительному уменьшению пористости готовых элементов, вследствие чего скорость сорбции по водороду резко снижается до уровня менее 2,0 м³/м²c. При уменьшении насыпной плотности порошков до уровня менее 0,7 г/см³ снижается механическая прочность изделия (σ_в<1 кг/мм²),, что вызывает осыпание кромок ленты газопоглотителя, недопустимое при его использовании.

Таким образом, способ получения газопоглотителей путем прокатки порошкового сплава указанного выше состава в сочетании с регламентированным выбором насыпной плотности материала и последующего спекания ленты обеспечивает получение изделия с оптимальными параметрами пористости и высоким уровнем технических свойств.

Технологический передел сплава указанного состава в геттерный элемент исключает самовоспламенение и поэтому не требует специальной противопожарной защиты.

Пример 1. Порошок сплава, содержащего мас. ванадий 28,45, кальций 0,31, титан 71,24, рассеяли до остаточного содержания частиц размером менее 50 мкм в количестве 57 мас. При этом его насыпная плотность составила 1,17 г/см³. Полученный порошок прокатали в валках диаметром 100 мм при скорости 1,5 м/мин. Получили ленту толщиной 0,5 мм и шириной 30 мм, при выходе из валков ее разрезали на пластины длиной 200 мм, которые спекали при 850^oС в вакууме. Пористость спеченной пластины составила 43% а предел прочности при растяжении 2,1 кг/мм². Перед испытанием пластины активировали при 350^oС 15 мин. Испытания сорбционной активности проводили на специальном вакуумном стенде по методу постоянного потока при давлениях (10^-3-10^-6 Па) над поверхностью геттера при комнатной температуре. Начальная быстрота откачки по водороду составила 4,0 м³/м²с.

Пример 2. Порошок сплава содержащего мас. ванадий 27,18, кальций 0,21, титан 72,61, рассеяли до остаточного содержания частиц размером менее 50 мкм в количестве 48 мас. При этом его насыпная плотность составила 0,98 г/см³. Получали ленту толщиной 0,5 мм, шириной 30 мм, которую при выходе из валков смотали в рулон с внутренним диаметром 80 мм. Общая длина ленты составила 2,96 м. Спекание рулона произвели при 850^oС в вакууме. Получили геттерный элемент в виде спирали, активная площадь которого значительно превысила площадь единичного элемента, полученного в примере 1. Пористость ленты в спирали составила 38,5% а ее начальная быстрота откачки по водороду, измеренная по методике, описанной в примере 1, составила 3,3 м³/м²с.

Использование изобретения позволит не менее чем в 1,5 раза увеличить быстроту откачки водорода и других активных газов при существенном увеличении надежности конструкции сорбционных насосов.

Нераспыляемый ленточный газопоглотитель и способ его получения. Газопоглотитель изготовлен из порошкового сплава, содержащего, мас.%: ванадий 20-35, кальций 0,1-0,5, титан - остальное. Пористость газопоглотителя составляет от 25 до 65%. Ленточный газопоглотитель может быть сформирован в виде спирали. Получают газопоглотитель прокаткой порошкового сплава в ленту с последующим спеканием. Насыпная плотность порошкового сплава составляет 0,7-1,5 г/см³. 2 с. и 1 з.п. ф-лы.

1. Нераспыляемый ленточный газопоглотитель, выполненный из порошкового сплава, содержащего 20 35 маc. ванадия, 0,1 0,5 мас. кальция, титан - остальное, отличающийся тем, что пористость газопоглотителя составляет 25 - 65%
2. Газопоглотитель по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде спирали. 3. Способ получения нераспыляемого ленточного газопоглотителя из порошкового материала, включающий прокатку в ленту порошкового сплава, содержащего 20 35 маc. ванадия, 0,1 0,5 мас. кальция, титан остальное, и последующее спекание ленты, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют порошковый сплав с насыпной плотностью 0,7 1,5 г/см³.