vip用吸氣劑的發(fā)展及其對vip性能和使用壽命的影響分析

1、I 1VIP 用吸氣劑的發(fā)展及其對 VIP 性能和使用壽命的影響分析鐘翔 ,方偉（南京善工真空電子有限公司，江蘇南京 210049）Development of getters for VIP and their influence on performance and service life of VIPZhong Xiang,Fang WeiNANJING THANKO VACUUM ELECTRONICS CO. LTD., N

2、anjing 210016, P.R. ChinaCorresponding author: Telephone: +86 25 8443 8843, E-mail: tech@thanko.comAbstract: This paper introduces the development of getters in VIP,from the desorption of H2O to H2, N2, O2 and other rea

3、ctive gases. These getters can be effectively combined to absorb gases released from the core material in VIP and the amount of gases permeated through the barrier film. Without high temperature activation, the getters c

4、an maintain the internal vacuum to ensure the performance and service life of VIP.Keywords: getter, getters, desiccant, hydrogen absorption, vacuum insulation, without activation，Maintain the vacuum， Residual gas . 摘要

5、：本文介紹了 VIP 板領(lǐng)域中從僅吸 H2O 的干燥劑發(fā)展到吸附 H2，N2，O2及其他活性氣體的不同吸氣劑，針對 VIP 板中芯材放出氣體及滲透過阻隔膜的氣體種類數(shù)量，這些吸氣劑可以進行有效組合，不需要高溫激活，維持了內(nèi)部 壓強，保證了 VIP 的性能和使用壽命。關(guān)鍵詞：吸氣劑，干燥劑，吸氫，真空絕熱，不需激活,維持真空，殘余氣體1 應(yīng)用領(lǐng)域及要求真空絕熱板的組成可分為三大部分：芯材、阻隔 膜、吸氣劑（或干燥劑）。依據(jù) GB/T 43

6、14-2000《吸氣劑術(shù)語》中定義，吸 氣劑 getter 是指，在一定條件下，能有效地吸著某 些 （某種）氣體或蒸汽，以獲得、維持真空以及純化氣體 等的材料、制劑或裝置。吸氣材料 gettering material 指，在一定條件下，對 某些（某種）氣體具有特殊活性的材料。實際使用中， 可以依據(jù)材料的組分，稱呼為“吸氣金屬”、“吸氣合 金”等。在南京玻璃纖維研究院等單位目前正在聯(lián)合編制的 真空絕熱板國標(biāo)草案中，對真空絕熱板的導(dǎo)熱系

7、數(shù)定義 為經(jīng)過老煉后小于 0.010 W/（M.k）。超過此標(biāo)準(zhǔn)的板 不能再稱為“真空絕熱板”。這就對芯材料的放氣種類 及數(shù)量、阻隔膜的透氣率，以及吸氣劑的性能都提出了 一個高的要求。上海海事大學(xué)闞安康等建立了針對不同多孔介質(zhì)芯 材的 VIP 使用壽命進行數(shù)值分析和預(yù)測，提出板內(nèi)真 空度高低是衡量 VIP 絕熱性能和使用壽命的重要指 標(biāo)，并從芯材的角度入手，減少芯材及隔氣結(jié)構(gòu)放氣從 而延長 VIP 使用壽命。而 VIP 的熱量傳遞主要由

8、芯材的導(dǎo)熱、VIP 內(nèi)部殘 留氣體的導(dǎo)熱，對流傳熱和輻射傳熱 4 部分組成，芯材 的選擇對于 VIP 的隔熱效果和使用壽命有很大影響， 在真空狀態(tài)下，纖維的導(dǎo)熱系數(shù)最低，隔熱效果最好， 但對真空度的敏感度最高，超過 100Pa 時，VIP 的導(dǎo)熱 系數(shù)迅速增加，因此選用合適的吸氣材料，對其使用壽 命有重要影響。目前做作 VIP 的芯材主要分為三類：①短切絲玻 璃纖維（絲徑：6~11μm，長度 8~12mm）；②玻璃棉 （絲徑：0.5~

9、4μm，長度 1~8mm）；③二氧化硅粉 末。通常情況下，這三種芯材制作的 VIP 板，所表現(xiàn) 的導(dǎo)熱系數(shù)初始值是不同的。圖 1 幾種典型芯材的初始導(dǎo)熱系數(shù)從圖 1 中可以看出導(dǎo)熱系數(shù)的初始值：短切絲玻璃 纖維 1.5~2.5 mW/mK；玻璃棉 2.5~3.5 mW/mK；二氧 化硅 4.0~6.0mW/mK。短切絲在低壓強下有最低的導(dǎo)熱 系數(shù)表現(xiàn)，玻璃棉其次，二氧化硅最高。但是隨著真空 壓強變大，導(dǎo)熱系數(shù)的上升變化規(guī)律是：二氧化硅變

10、化 最緩慢，短切絲變化最快。所以既要低的導(dǎo)熱系數(shù)，又 要長久的真空性能，短切絲配合適合的吸氣劑組合的 VIP 板是一種非常合適的選擇。I 3其他吸氫材料比較常用的還有 CuO，Co3O4等， 他們配合干燥劑的使用，也能達到吸著 H2 的目的。2.3 對 N2，O2等活性氣體有較大吸氣量的廣譜吸 氣劑以上常用干燥劑及吸氫劑可以滿足 VIP 內(nèi)部對 H2O 和 H2的吸附作用。但是 VIP 封接后內(nèi)部芯材的放 氣以及外界氣體通過阻隔膜滲入的

11、氣體還有 N2， O2,CO2等等。對這類氣體有較大的吸附能力的材料之一是鋇鋰 合金，合金由兩種金屬元素組成：鋇和鋰。鋇是應(yīng)用最 廣泛的吸氣材料之一。它的化學(xué)活性很大，在元素周期 表第二主族堿土金屬中是最為活潑的。僅次于第一主族 的鋰鈉鉀銫銣。（第二主族的鐳和第一主族的鈁有放射 性不考慮），鋇的晶體類型是體心立方。另一種金屬元 素鋰可與大量無機試劑和有機試劑發(fā)生反應(yīng)，與水的反 應(yīng)非常劇烈。它是唯一能生成穩(wěn)定得足以熔融而不分解 的氫化物的

12、堿金屬。鋰與氧、氮、硫等均能化合，是唯 一的與氮在室溫下反應(yīng)，生成氮化鋰（Li3N）的堿金 屬。其晶體類型也是體心立方。鋇和鋰可以形成二元 BaLi4合金。該合金是密 排六方晶格結(jié)構(gòu)，特點是比較硬和脆，容易制粉，這點 在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中十分有利?；钚詺怏w容易向合金 的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的內(nèi)部擴散，最終與鋇和鋰元素發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，生成更為牢固的化合物。BaLi4合金的氫平衡壓強 較高，在 VIP 中單獨使用，會產(chǎn)生大量 H2，因此該合 金必須與吸

13、氫劑和干燥劑配合使用。3 幾種典型復(fù)合吸氣劑或干燥劑本公司目前制造的無需 VIP 制造方激活的復(fù)合吸 氣劑和干燥劑主要有： 3.1 干燥劑 3.1.1 普通干燥劑，主成份是 CaO, 主要吸附 H2O 和 CO2。 3.1.2 高比表面積干燥劑，主成份是高比表面積的 CaO,，吸 H2O 速率較快，且吸附后表面不易板結(jié)，不 易阻擋氣體分子與深層的吸氣材料接觸后被吸附。圖 3 普通 CaO 與 高比表面積 CaO 吸水速率比較 試驗條件：

14、24H/25℃/90%相對濕度，圖中， TK105：普通 CaO,TK205:高比表面積 CaO。3.2 復(fù)合吸氣劑 3.2.1 鋇鋰類復(fù)合吸氣劑如圖 4 所示，該產(chǎn)品為充填在金屬容器中的鋇鋰 合金、鋯釩鐵合金與氧化鈣組成的復(fù)合吸氣劑，其中主 吸氣成份鋇鋰合金的吸氣種類最多，吸氣容量最大，而 輔助的鋯釩鐵吸氣劑以吸 H2為主，也能吸附 O2，CO 等活性氣體，與鋇鋰合金起到了互補的作用。這里裝填 的是預(yù)先激活好的鋯釩鐵吸氣劑，克服了 V

15、IP 產(chǎn)線無 法達到其激活溫度的困難，即用戶無需自己激活。在上 層的覆蓋的氧化鈣作為吸收水分子干燥劑，同時，在 VIP 產(chǎn)線吸氣劑短時間內(nèi)暴露空氣時，起到阻隔氣體的 作用。圖 4 鋇鋰類復(fù)合吸氣劑示意圖3.2.2 非鋇鋰類復(fù)合吸氣劑 本產(chǎn)品為高比表面積的 CaO 與吸氣材料的復(fù)合組 成的吸氣劑。復(fù)合吸氣劑中不含鋇鋰合金，適用于不采 用鋇鋰作吸氣劑的 VIP?？梢晕?H2，N2，O2等氣 體，目前已在數(shù)家 VIP 生產(chǎn)廠家得到應(yīng)用，測試