本發明屬于吸氣劑材料
技術領域：
，具體涉及一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑接制備方法。
背景技術：
：隨著電子技術和真空技術的飛速發展，人們對電子材料和真空材料的使用性能也不斷提出更高的要求,而吸氣材料的更新進步則成為促進其發展的關鍵技術之一。吸氣材料是指在一定條件下,對氣體具有特殊活性的材料。由于它具有優良的使用性能,使其在電子真空技術等領域內占據著不可替代的重要地位。吸氣劑根據吸氣機理可分為蒸散型吸氣劑和非蒸散型吸氣劑，蒸散型吸氣劑是一種在蒸散時和蒸散成膜后能吸氣的吸氣劑，但是使用器件受到限制。非蒸散型吸氣劑由金屬如Zr、Ti、Nb、Ta、V及它們的合金組成,這些合金還可以含一些添加元素,如Al、Ni或Fe等。非蒸散型吸氣劑中含有能與氣體之間發生表面化學反應及溶解氣體的活性金屬元素，還含有防止在燒結時活性金屬元素聚集的抗燒結元素。目前吸氣劑的傳統制備工藝又涂覆型、機械壓制型和粉末注塑型，其中涂覆型是將吸氣粉末漿料逐層涂覆到帶有絕緣層的加熱絲上，制備形成的吸氣劑的尺寸穩定性差，且孔隙率低，比表面積小，吸氣速率低，機械壓制型也只能用于外加熱型元件，使用領域受到很大限制，粉末注塑型需要在制備工程中添加含量較高的聚乙烯、聚丙烯等粘結劑，而且需要經過混煉、制粒、注塑、化學脫脂、熱脫脂、真空燒結等步驟，工序繁多，成本較高，且過多的粘結劑的存在會降低吸氣粉末的活性。因此開發一種工序簡單可操作的吸氣元件顯得十分必要。中國專利CN100488865C公開的納米吸氣劑制備方法，將化學氣相沉積生長的碳納米管的表面涂覆一層Ti、Zr、V、Fe、Al金屬一級他們的混合物，制備得到比表面積大、物理儲氣性能優異的納米吸氣劑。但是該方法制備的納米吸氣劑的制備方法復雜，產量低，不適合工業化生產。本發明將碳納米管與納米吸氣粉末作為原料，結合叔丁醇的特性，利用低溫冷凍、低溫真空除醇得到多孔材料，再經燒結得到多孔的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑。技術實現要素：本發明要解決的技術問題是提供一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑及其制備方法，將叔丁醇作為成孔劑與吸氣材料復合，經低溫成型、低溫真空脫醇和高溫燒結后得到多孔吸氣劑。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑為多孔非蒸散型吸氣劑，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑包括多壁碳納米管和吸氣粉末，所述吸氣粉末的粒徑為10-50nm，所述吸氣粉末由Ti、Zr、V、Fe、Nb、Mn、Al、Mo、Ni、LA、Ce、Pr、Nd中的一種或者多種構成，所述多孔非蒸散型吸氣劑的多孔結構由叔丁醇低溫凍干低溫真空脫醇形成。作為上述技術方案的優選，所述基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑中多壁碳納米管的質量分數為1-5％。本發明還提供一種基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的制備方法，包括以下步驟：(1)漿料配置：將吸氣粉末與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料；(2)低溫成型：將步驟(1)制備的吸氣粉末漿料注入到預制模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-50～-5℃下經快速冷凍處理5-30min，形成坯材；(3)低溫真空脫醇：將步驟(2)制備的坯材放入真空箱中，在低于1000Pa的真空度下，在-50～20℃下進行脫醇處理2-20h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材；(4)真空燒結：將步驟(3)制備的經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在低于10-2Pa的真空度下，在800-1200℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，吸氣粉末由Ti、Zr、V、Fe、Nb、Mn、Al、Mo、Ni、LA、Ce、Pr、Nd中的一種或者多種構成。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，碳納米管的管徑為20-100nm，碳納米管的比表面積不低于150m2/g。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，所述含碳納米管的叔丁醇基溶劑中包括多壁碳納米管、叔丁醇和粘結劑，其中叔丁醇基溶劑中的組分，按質量百分比計，叔丁醇80-99.5％，多壁碳納米管0.1-0.5％，其余為粘結劑。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，所述含碳納米管的叔丁醇基溶劑的制備方法為將酸改性處理的多壁碳納米管分散于叔丁醇中，混合均勻，加入粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑。作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為50-90％。作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，預制模具的形狀為圓盤形、球形或者長方形。作為上述技術方案的優選，所述步驟(4)中，基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的表面積大于1.3m2/g，孔隙率大于55％。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：(1)本發明采用低溫成型工藝制備吸氣劑，利用叔丁醇的高熔點的特性，將碳納米管與吸氣粉末均勻的分散于叔丁醇中，將叔丁醇低溫固化后，再低溫真空除去固化的叔丁醇，使經脫醇處理的吸氣劑元件坯材中形成由粘結劑、碳納米管與吸氣粉末形成的多孔材料，再經高溫燒結激活，得到基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，該基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑以多壁碳納米管作為骨架，表面附著吸氣金屬粉末，制備得到吸氣劑的表面積活性大，孔隙度大且均勻，吸氣速率高、吸氣容量大，而且激活溫度低，使用性好。(2)本發明的制備方法簡單，制備效率大幅度提高，成本降低，產品的尺寸和一致性好，可有效降低傳統制備工藝中粘結劑含量，減少了粘結劑在制備過程中對吸氣粉末的毒化作用，提高了吸氣劑的活性。具體實施方式下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。實施例1：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.1％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于85％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Zr、V、Fe粉末按照70:24.6:5.6比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為81.5％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的圓盤形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-10℃下經快速冷凍處理20min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在100Pa的真空度下，在-10℃下進行脫醇處理10h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在10-3Pa的真空度下，在1000℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為1％。實施例2：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.5％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于90％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Mo粉末按照90:10比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為75％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的球形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-20℃下經快速冷凍處理25min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在10Pa的真空度下，在-10℃下進行脫醇處理12h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在10-4Pa的真空度下，在890℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為5％。實施例3：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.3％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于88％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Zr、Nb、Ce粉末按照80:15:5比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為78％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的長方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-30℃下經快速冷凍處理30min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在150Pa的真空度下，在-15℃下進行脫醇處理18h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在5×10-4Pa的真空度下，在930℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為3％。實施例4：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.2％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于80％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Mn、Al、Nd粉末按照50:30:10:10比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為50％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的球形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-50℃下經快速冷凍處理5min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在50Pa的真空度下，在-50℃下進行脫醇處理2h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在10-3Pa的真空度下，在1200℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為1.5％。實施例5：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.1％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于99.5％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的LA、Pr粉末按照50:50比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為90％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的長方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-5℃下經快速冷凍處理30min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在50Pa的真空度下，在20℃下進行脫醇處理20h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在3×10-4Pa的真空度下，在800℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為2％。實施例6：(1)漿料配置：按質量百分比計，將0.35％的酸改性處理的管徑為20-100nm的多壁碳納米管分散于92％的叔丁醇中，混合均勻，加入余量的Pb玻璃粉粘結劑，攪拌均勻，去除氣泡，得到含碳納米管的叔丁醇基溶劑，將粒徑為10-50nm的Ti、Nb、Ni、Ce粉末按照60:5:15:20比例混合，與含碳納米管的叔丁醇基溶劑混合，形成吸氣粉末漿料，吸氣粉末漿料中吸氣粉末所占的質量百分比為65％。(2)低溫成型：將吸氣粉末漿料注入到預制的圓盤形、球形或者長方形模具中，將注入模具后的吸氣元件坯材連同模具一同放進低溫烘箱中，在-30℃下經快速冷凍處理15min，形成坯材。(3)低溫真空脫醇：將坯材放入真空箱中，在500Pa的真空度下，在-25℃下進行脫醇處理10h，得到經脫醇處理的吸氣劑元件坯材。(4)真空燒結：將經脫醇處理的吸氣劑元件坯材放入真空燒結爐中，在3×10-3Pa的真空度下，在1000℃下進行真空燒結，制得基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑，其中多壁碳納米管的質量分數為2.5％。對比例1：采用相同比例的吸氣粉末作為原料，經傳統工藝制備得到的吸氣劑。對比例2：采用相同比例的吸氣粉末和碳納米管作為原料，經傳統工藝制備得到的吸氣劑。經檢測，實施例1-6制備的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑以及現有技術的的比表面積、孔隙率、吸氣速率和吸氣量的結果如下所示：實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5實施例6比表面積(m2/g)1.62.01.92.12.32.2孔隙率(％)596762646163相對對比例1的吸氣速率提高率(％)20.218.319.720.920.119.7相對對比例1的吸氣量提高率(％)23.421.021.522.823.023.1相對對比例2的吸氣速率提高率(％)181617.51717.218.5相對對比例2的吸氣量提高率(％)201919.521.021.521.0由上表可見，本發明制備的基于碳納米管的非蒸散型吸氣劑的比表面積大、孔隙率高、吸氣速率和吸氣量都顯著提升。上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術領域：
中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3