无需激活Ti基吸氢材料的制备与性能研究
发布时间：2021-11-29 14:28
真空工作腔内的残余氢气会对功率放大器造成严重危害。在器件内部预置吸氢材料是解决这一问题的有效技术途径。由于该类器件内部通常有低熔点的焊料,从而要求吸氢材料在使用时应避免高温激活处理程序。本文以吸氢量较大的钛箔作为基体材料,经酸洗处理后,采用磁控溅射工艺在其表面沉积一层钯膜,制备使用前免激活的Pd/Ti吸氢材料。采用SEM和XRD表征了 Pd膜的微观形貌和晶体结构,通过XPS分析了 Pd膜表面和材料内部的元素价态,通过ToF-SIMS对材料内部元素的深度分布进行了分析,利用定容法对材料的吸氢性能进行了测试。研究工作的主要内容如下:（1）采用酸洗的预处理方式对Ti箔表面氧化层进行了去除。探究了酸洗时间对钛箔表面粗糙度的影响。在酸洗成分为1wt%HF+5wt%HN03+94wt%H2O的酸洗液中进行酸洗处理2 min可有效去除钛箔表面的氧化层,钛箔表面的吸氢活性得以恢复。（2）通过调控磁控溅射工艺参数,包括溅射气压、溅射时间、溅射功率、衬底温度等,对Pd膜的微观形貌进行了优化。在背底真空为2.0×10-4 Pa、溅射气压为0.2 Pa、溅射功率为150 W、溅射时间为150 s的条件下,制备...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１吸氢材料的ＰＣＴ曲线的示意图??
?１绪论???Ｉ?ｆ＼??／?／?Ｒｅｓｏｒｐｔｉｏｎ?＼?．??ｉ?＼?＼?＼??ｉ?ｉ?１??義?ｉ?？??ｉ?藝?？???ｉ?｜?Ｉ?ｉ??０?０．２５?０．５?０．７５?１．０??图１．２吸放氢Ｐ－Ｃ－Ｔ平台滞后曲线［ｌ８】??１．２．３吸氢材料的动力学特性??吸氢材料的吸放氢动力学特性也是衡量材料吸氢性能的重要指标。动力学特性主??要研究材料在吸放氢过程中的反应速率问题，这主要由吸氢材料的自身特性及特定吸??氢温度下的吸氢机理等因素决定的基于吸氢材料的吸氢反应动力学，主要由以??下几个过程来对吸氢过程的反应速率进行控制［２１］：??（１）氢的吸附与解离。氢分子首先在吸氢材料表面被物理吸附，氢分子会解离形??成氢原子，被吸氢材料化学吸附。材料表面的催化活性决定了这一过程的反应速率。??（２）氢的扩散。活性氢原子进一步在材料内部扩散，该过程的反应速率由较多因??素控制，包括材料表面钝化层的厚度、金属的晶粒尺寸、致密度以及氢在金属和氢化??物层中的扩散系数等。??（３）?ａ－＞ｐ相变。吸氢过程进一步进行，氢的浓度继续增加并高于金属氢化物（３相??对应的氢浓度时，ａ相逐渐转变为卩相。此过程中，Ｐ相形成过程的反应速率由氢化??物Ｐ相的形核速度和生长速率决定。??此外，吸氢材料在实际应用中的吸放氢过程十分复杂，过程中往往伴随热量的吸??收和释放，因此测试温度是材料的吸氢动力学性能的影响因素之一。??１．３．１吸氧材料无需激活的设计思路与研究进展??在科研与生产实践中，部分需要长效无氢环境的电真空器件对温度调节有严格要??求［１（）］。传统吸氢材料由于在使用前需要高温激
?１绪论???表１．１金属钛的吸氢平台压与温度的关系［３７】??温度（°ｃ）?吸氢平台压（Ｐａ）??２５?１〇－＇６??４２７?１３２??４７７?９０２??５７８?１９９６１??金属钛在吸氢过程中会发生相变，钛－氢体系相图如图１．３所示。图中ａ相固溶体??的晶体结构是密排六方结构，Ｐ相固溶体的晶体结构是体心立方结构。氢在ａ－Ｔｉ中的??室温溶解度很低，约为０．１２％，随着温度的升高，氢在钛中的溶解度逐渐变大，温度??升高到共析转变温度时溶解度达到最大值。在约６００°Ｃ后氢的溶解度随温度的升高而??逐渐降低。氢在ａ相中的溶解度比氢在Ｐ相中的溶解度小［３８］。反应生成的氢化物相??主要有Ｓ相（ＦＣＣ）氢化物和ｓ相（四方晶系）氢化物。在具有ＣａＦ２型ＦＣＣ结构的Ｓ??相氢化物中，氢原子位于四面体间隙中，只有少数位于八面体间隙中。在一定的氢浓??度范围内，Ｓ相氢化物与ａ相和ｐ相固溶体共存。在室温下，在氢浓度对应为５７％到??６４％的Ｓ相单相区，相应的氢／钛原子比为１．５－１．９４。随着温度的升高，Ｓ单相范围变??大。在较窄的低温、高氢浓度范围内，ｓ相为四方晶系氢化物。当温度达到临界温度??或氢浓度低于６４％左右时，会发生ｓ—Ｓ的快速可逆相变。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??０?５?１０?２０３０１００??１８００－ｊ????＿＿＿＿＿＿????１?１????ｕ??１５００－?、、、：、、、??＼Ｌ?／??Ｐ?１２００－?、、、、?－、＇、、?／??３?９００?｛＾ｌ）?７９７?°Ｃ?＇＇?？？?丫??Ｉ??卜挪?／?ｍ〇ｃ??／６８?３９?、、?Ｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]密封可伐外壳的气氛氢逸散行为研究[J]. 董一鸣,申忠科,梁正苗. 电子与封装. 2017(10)
[2]GaAs PHEMT低噪声放大器氢效应机理分析[J]. 林丽艳,李用兵. 半导体技术. 2016(02)
[3]Pd包覆TiZrNiCo的抗毒化及动力学性能[J]. 潘昌盛,郭秀梅,王树茂,刘晶,刘晓鹏,蒋利军. 中国有色金属学报. 2015(02)
[4]磁控溅射Pd膜对Zr70Fe5.4V24.6合金吸/放氢性能的影响[J]. 张眯,胡锐,张铁邦,张云龙,薛祥义,寇宏超,李金山. 稀有金属材料与工程. 2015(01)
[5]T/R组件核心技术最新发展综述（一）[J]. 吴礼群,孙再吉. 中国电子科学研究院学报. 2012(01)
[6]Zr57V36Fe7合金的微结构及活化与吸氢性能[J]. 杨晓伟,李金山,王旭峰,张铁邦,胡锐,薛祥义,周廉. 稀有金属材料与工程. 2010(11)
[7]氢对金属封装密封元器件可靠性的影响[J]. 汪悦,张素娟. 电子产品可靠性与环境试验. 2009(06)
[8]钛及钛合金的酸洗技术[J]. 郑锋,程挺宇,张巧云. 稀有金属与硬质合金. 2009(03)
[9]TiZrV吸气剂激活过程的XPS分析[J]. 褚永俊,熊玉华,杜军,尉秀英,秦光荣. 真空科学与技术学报. 2009(02)
[10]国外氢分离及净化用钯膜的研究进展[J]. 谈萍,葛渊,汤慧萍,朱纪磊,康新婷,汪强兵. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
博士论文
[1]Zr基吸气剂薄膜的制备与性能研究[D]. 徐瑶华.北京有色金属研究总院 2016
[2]镁基纳米复合储氢材料的制备及其储氢性能研究[D]. 刘雅娜.上海交通大学 2015
[3]抗氢致歧化ZrCo系贮氚合金研制及歧化机制研究[D]. 张光辉.中国科学技术大学 2015
[4]Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究[D]. 杭州明.浙江大学 2010
硕士论文
[1]Zr-Co-Ce吸气剂薄膜的制备与性能研究[D]. 吴华亭.北京有色金属研究总院 2018
[2]锆镍基储氢合金的表面改性及抗毒化性能研究[D]. 向富乐.北京有色金属研究总院 2018
[3]Pd/多孔TiAl合金复合透氢膜制备与性能研究[D]. 武治锋.中南大学 2008
[4]在TiAl载体上制备钯膜的研究[D]. 陈慕容.中南大学 2008
[5]Ti-Cr-V系储氢合金的微结构及储氢特性研究[D]. 刘剑.浙江大学 2005
本文编号：3526670
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１吸氢材料的ＰＣＴ曲线的示意图??
?１绪论???Ｉ?ｆ＼??／?／?Ｒｅｓｏｒｐｔｉｏｎ?＼?．??ｉ?＼?＼?＼??ｉ?ｉ?１??義?ｉ?？??ｉ?藝?？???ｉ?｜?Ｉ?ｉ??０?０．２５?０．５?０．７５?１．０??图１．２吸放氢Ｐ－Ｃ－Ｔ平台滞后曲线［ｌ８】??１．２．３吸氢材料的动力学特性??吸氢材料的吸放氢动力学特性也是衡量材料吸氢性能的重要指标。动力学特性主??要研究材料在吸放氢过程中的反应速率问题，这主要由吸氢材料的自身特性及特定吸??氢温度下的吸氢机理等因素决定的基于吸氢材料的吸氢反应动力学，主要由以??下几个过程来对吸氢过程的反应速率进行控制［２１］：??（１）氢的吸附与解离。氢分子首先在吸氢材料表面被物理吸附，氢分子会解离形??成氢原子，被吸氢材料化学吸附。材料表面的催化活性决定了这一过程的反应速率。??（２）氢的扩散。活性氢原子进一步在材料内部扩散，该过程的反应速率由较多因??素控制，包括材料表面钝化层的厚度、金属的晶粒尺寸、致密度以及氢在金属和氢化??物层中的扩散系数等。??（３）?ａ－＞ｐ相变。吸氢过程进一步进行，氢的浓度继续增加并高于金属氢化物（３相??对应的氢浓度时，ａ相逐渐转变为卩相。此过程中，Ｐ相形成过程的反应速率由氢化??物Ｐ相的形核速度和生长速率决定。??此外，吸氢材料在实际应用中的吸放氢过程十分复杂，过程中往往伴随热量的吸??收和释放，因此测试温度是材料的吸氢动力学性能的影响因素之一。??１．３．１吸氧材料无需激活的设计思路与研究进展??在科研与生产实践中，部分需要长效无氢环境的电真空器件对温度调节有严格要??求［１（）］。传统吸氢材料由于在使用前需要高温激
?１绪论???表１．１金属钛的吸氢平台压与温度的关系［３７】??温度（°ｃ）?吸氢平台压（Ｐａ）??２５?１〇－＇６??４２７?１３２??４７７?９０２??５７８?１９９６１??金属钛在吸氢过程中会发生相变，钛－氢体系相图如图１．３所示。图中ａ相固溶体??的晶体结构是密排六方结构，Ｐ相固溶体的晶体结构是体心立方结构。氢在ａ－Ｔｉ中的??室温溶解度很低，约为０．１２％，随着温度的升高，氢在钛中的溶解度逐渐变大，温度??升高到共析转变温度时溶解度达到最大值。在约６００°Ｃ后氢的溶解度随温度的升高而??逐渐降低。氢在ａ相中的溶解度比氢在Ｐ相中的溶解度小［３８］。反应生成的氢化物相??主要有Ｓ相（ＦＣＣ）氢化物和ｓ相（四方晶系）氢化物。在具有ＣａＦ２型ＦＣＣ结构的Ｓ??相氢化物中，氢原子位于四面体间隙中，只有少数位于八面体间隙中。在一定的氢浓??度范围内，Ｓ相氢化物与ａ相和ｐ相固溶体共存。在室温下，在氢浓度对应为５７％到??６４％的Ｓ相单相区，相应的氢／钛原子比为１．５－１．９４。随着温度的升高，Ｓ单相范围变??大。在较窄的低温、高氢浓度范围内，ｓ相为四方晶系氢化物。当温度达到临界温度??或氢浓度低于６４％左右时，会发生ｓ—Ｓ的快速可逆相变。??Ｗｅｉｇｈｔ?Ｐｅｒｃｅｎｔ?Ｈｙｄｒｏｇｅｎ??０?５?１０?２０３０１００??１８００－ｊ????＿＿＿＿＿＿????１?１????ｕ??１５００－?、、、：、、、??＼Ｌ?／??Ｐ?１２００－?、、、、?－、＇、、?／??３?９００?｛＾ｌ）?７９７?°Ｃ?＇＇?？？?丫??Ｉ??卜挪?／?ｍ〇ｃ??／６８?３９?、、?Ｌ
【参考文献】：
期刊论文
[1]密封可伐外壳的气氛氢逸散行为研究[J]. 董一鸣,申忠科,梁正苗. 电子与封装. 2017(10)
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[3]Pd包覆TiZrNiCo的抗毒化及动力学性能[J]. 潘昌盛,郭秀梅,王树茂,刘晶,刘晓鹏,蒋利军. 中国有色金属学报. 2015(02)
[4]磁控溅射Pd膜对Zr70Fe5.4V24.6合金吸/放氢性能的影响[J]. 张眯,胡锐,张铁邦,张云龙,薛祥义,寇宏超,李金山. 稀有金属材料与工程. 2015(01)
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[6]Zr57V36Fe7合金的微结构及活化与吸氢性能[J]. 杨晓伟,李金山,王旭峰,张铁邦,胡锐,薛祥义,周廉. 稀有金属材料与工程. 2010(11)
[7]氢对金属封装密封元器件可靠性的影响[J]. 汪悦,张素娟. 电子产品可靠性与环境试验. 2009(06)
[8]钛及钛合金的酸洗技术[J]. 郑锋,程挺宇,张巧云. 稀有金属与硬质合金. 2009(03)
[9]TiZrV吸气剂激活过程的XPS分析[J]. 褚永俊,熊玉华,杜军,尉秀英,秦光荣. 真空科学与技术学报. 2009(02)
[10]国外氢分离及净化用钯膜的研究进展[J]. 谈萍,葛渊,汤慧萍,朱纪磊,康新婷,汪强兵. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
博士论文
[1]Zr基吸气剂薄膜的制备与性能研究[D]. 徐瑶华.北京有色金属研究总院 2016
[2]镁基纳米复合储氢材料的制备及其储氢性能研究[D]. 刘雅娜.上海交通大学 2015
[3]抗氢致歧化ZrCo系贮氚合金研制及歧化机制研究[D]. 张光辉.中国科学技术大学 2015
[4]Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究[D]. 杭州明.浙江大学 2010
硕士论文
[1]Zr-Co-Ce吸气剂薄膜的制备与性能研究[D]. 吴华亭.北京有色金属研究总院 2018
[2]锆镍基储氢合金的表面改性及抗毒化性能研究[D]. 向富乐.北京有色金属研究总院 2018
[3]Pd/多孔TiAl合金复合透氢膜制备与性能研究[D]. 武治锋.中南大学 2008
[4]在TiAl载体上制备钯膜的研究[D]. 陈慕容.中南大学 2008
[5]Ti-Cr-V系储氢合金的微结构及储氢特性研究[D]. 刘剑.浙江大学 2005
本文编号：3526670
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