一種Li-B基吸氣材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Li-B基吸氣材料，屬于吸氣材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明所述的Li-B基吸氣材料，以質(zhì)量百分比計包括下述組分：Li30-70%、B20-50%、Mg和/或Al0.3-6%、C0.01-18%；各組分質(zhì)量百分之和為100%。本發(fā)明所述的Li-B基吸氣材料的使用溫度可以超過200℃，在高溫下使用時，能正常、高效的吸氣。本發(fā)明所述Li-B基吸氣材料不但適用于真空電子【技術(shù)領(lǐng)域】，而且還能用于一些對吸氣材料有特殊要求的新興【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】—種L1-B基吸氣材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種L1-B基吸氣材料，屬于吸氣材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]真空電工器件在長時間使用后真空度會降低，為了長期保持真空容器中的真空度，為了防止容器材料微漏和材料放氣對真空的影響，在容器中放入吸氣材料是行之有效的方法。最為廣泛使用的吸氣劑有蒸散型吸氣材料和非蒸散型吸氣材料。蒸散型吸氣劑主要以鋇基合金為主，即吸氣合金封入容器后，加熱使合金蒸鍍在真空容器的內(nèi)表面上得到合金膜，合金膜的新鮮表面對氣體有很好的吸氣作用；此方法對加熱方式，容器形狀與性能有特殊的要求，因此限制其應(yīng)用范圍。非蒸散型吸氣劑主要是以鈦、鋯、釩與其它元素組成合金粉末燒結(jié)體，在經(jīng)過加熱活化后，多孔的粉末燒結(jié)塊可以在比較寬的溫區(qū)內(nèi)，比較復(fù)雜的情況下獲得很好的應(yīng)用。因此非蒸散型吸氣劑有很好的進(jìn)展。判斷吸氣材料的主要技術(shù)指標(biāo)有吸氣量、吸氣速率、活化溫度、使用溫度范圍、壓力極限、熱穩(wěn)定性。除開惰性氣體之外，最難吸附的氣體是氫氣，所以通常以氫氣的吸附能力作為考核指標(biāo)。在低于200°C，高真空范圍內(nèi)使用的非蒸散吸氣劑已有成熟的商品供應(yīng)；在高于200°C，一般非蒸散吸氣劑的吸氣能力明顯降低，其原因在于，氫與活性金屬形成化合物在高溫下容易分解。
[0003]鋯釩鐵(Zr-24.6V_5.4Fe)是在非蒸散型吸氣劑中激活溫度低，使用溫度較高的吸氣劑。它可以在溫度高達(dá)500°C時仍有較大的吸氣能力，但此種材料必須經(jīng)過高于500°C的溫度下進(jìn)行活化處理才能保證其使用效果。
[0004]吸氣劑的熱穩(wěn)定性取決于活性成分氫化物的穩(wěn)定性。相對于T1、Zr、V的氫化物，LiH具有更高的穩(wěn)定性，Iatm下要到850°C才能分解，因此以LiH為目標(biāo)產(chǎn)物的吸氣劑，有可能有更高的熱穩(wěn)定性。已有開發(fā)L1-(Ag，Cu)的吸氣劑的報導(dǎo)，它能吸收除惰性氣體之外的所有氣體，也具有較好的高溫穩(wěn)定性，然而由于合金中鋰含量不超過7%導(dǎo)致材料的吸氣總量受到了限制。
[0005]金屬鋰的熔點低，只有180.5°C，要制成多孔高溫固體材料須與其它元素化合。但此時材料的活性成分的質(zhì)量比大大降低，材料的吸氣容量難以保證。鋰硼合金是近年開發(fā)的熱電池負(fù)極材料，它具有鋰含量高，表觀熔點高的特征，而且合成狀態(tài)的錠子具有一定的孔隙率，滿足吸氣材料的一些基本要求。Szwarc R.在1985年注意到這一點，申請了一項專利，將熱電池陽極材料鋰硼合金、鋰硅合金、鋰鋁合金用作惰性氣體的凈化劑，可以在100-200°C范圍內(nèi)去除水氣、氮氣與氧氣。用作熱電池陽極材料的鋰硼合金中，鋰的含量為54-78wt%,其物相組成為Li7B6與純鋰。在此發(fā)明之后，未見相關(guān)產(chǎn)品與應(yīng)用的報導(dǎo)，也未見任何后續(xù)的研究報導(dǎo)。原因在于當(dāng)時鋰硼合金的研究還處于初級階段，材料的合成技術(shù)不成熟，材料的穩(wěn)定性尚不能滿足熱電池負(fù)極材料的要求。因此更難將合金在延伸領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。二十多年后，鋰硼合金的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究都有很大的進(jìn)展，本發(fā)明就是在新的基礎(chǔ)上考慮鋰硼基合金在吸氣領(lǐng)域的應(yīng)用問題。
[0006]使用單純的鋰-硼合金作為吸氣劑，其主要問題在于:①過去鋰硼合金的合成控制比較困難，所合成的材料結(jié)構(gòu)與性能不穩(wěn)定。作為吸氣劑時，則其孔隙率與活性成分的分布會有很大的波動。②合金表面活性大，易與空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，只能在惰性氣體與真空中保存，其應(yīng)用領(lǐng)域受到很大的限制。③超過200°C，金屬鋰相將熔化，吸氣劑表面的孔洞容易堵塞，材料將失去吸氣性能。
[0007]除開以往真空電子技術(shù)要求以外，一些新興【技術(shù)領(lǐng)域】對吸氣材料有特殊要求:
[0008]例如，熱電池是一種特殊的化學(xué)電源。它以堿金屬的鹵化物為電解質(zhì)，室溫下鹵化物鹽不導(dǎo)電，電池有很長的貯存期，一旦加熱激活，熔鹽有很高的離子密度，電池可以在短時間內(nèi)將電放完。通常，熱電池的工作溫度在500-600°C，此時電池中的殘余水分與吸附的氣體使電池內(nèi)部的氣壓高達(dá)IMPa以上。在高氣壓下要有足夠厚的金屬外殼，它影響電池總體比容量的提高，高氣壓使隔熱材料的性能降低，它降低了熱電池保溫的時間，間接影響了電池的放電壽命。電池廠商的試驗表明降低電池內(nèi)部的氣壓可以有效提高熱電池的放電壽命。鋰離子動力電池在高功率充放電時也會有微量氣體產(chǎn)生，氣體積累后其包裝會產(chǎn)生鼓脹現(xiàn)象，保證單電池內(nèi)處于低氣壓狀態(tài)十分重要。
[0009]例如，太陽能真空熱管技術(shù)需要在100-300°C范圍內(nèi)長期保持真空，在高于200°C時，保證太陽能真空熱管的真空度也十分重要。
[0010]例如，作為動力使用的高功率鋰離子電池在長時間使用情況下，總有微量氣體產(chǎn)生(主要為氫氣，有機(jī)氣體等)，氣體累積后會使電池密閉包裝產(chǎn)生鼓脹現(xiàn)象，一旦包裝破損，將使電池失效并產(chǎn)生危險。因此在 高功率鋰離子電池使用過程中如何避免鼓脹現(xiàn)象，也十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種在使用溫度超過200°C時，能正常、高效吸氣的L1-B基吸氣材料。
[0012]本發(fā)明一種L1-B基吸氣材料，以質(zhì)量百分比計包括下述組分:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種L1-B基吸氣材料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計包括下述組分:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計包括下述組分:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于，以質(zhì)量百分比計包括下述組分:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于:所述L1-B基吸氣材料的物相包括LiB化合物相、LiBC化合物相以及Li與金屬Mg、Al中的至少一種形成的固溶體相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于:所述L1-B基吸氣材料的結(jié)構(gòu)為:在Li與Mg和/或Al形成的固溶體中鑲嵌由化合物L(fēng)iB和LiBC構(gòu)成的骨架，在所述骨架周邊的固溶體中均勻分布有孔隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種L1-B基吸氣材料，其制備方法是 按設(shè)計的合金組分配取原料，在保護(hù)氣氛中加熱到350-370°C，攪拌均勻，隨爐冷卻，得到L1-B基預(yù)合金，將L1-B基預(yù)合金在相對濕度≤2%的空氣中加工成吸氣元件所需形狀后，于保護(hù)氣氛或真空環(huán)境中加熱至600-700°C，保溫5-30min，得到L1-B基吸氣材料；所述原料為鋰錠、硼粉、碳粉、碳化硼粉、鎂粉和/或鋁粉；鋰錠的純度≥ 99%，鎂粉的純度≥ 99%，鎂粉的粒度為-80目，鋁粉的純度> 99%，鋁粉的粒度為-200目，硼粉的粒度為-200目、純度≥95%，碳化硼粉的粒度為-200目、純度≥98%;碳粉的粒度為-200目、純度≥99。9%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于:所述保護(hù)氣氛為氬氣氣氛。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種L1-B基吸氣材料，其特征在于:所述L1-B基吸氣材料在室溫下、在相對濕 度< 2%的空氣中放置0.5-4小時，表面形成鈍化膜。
【文檔編號】C22C24/00GK103526093SQ201310532352
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】劉志堅, 歐振德, 曹二斌, 黃海鋒, 文佑才, 高建新 申請人:中南大學(xué)