什么是消气材料?

[拼音]：xiaoqi cailiao

[外文]：getter materials

在真空器件中通过物理和化学作用能有效地吸收活性气体的功能材料，简称消气剂，又称吸气剂或收气剂。在真空器件中，消气剂能维持并提高真空度，使器件性能稳定，工作可靠，使用寿命延长。19世纪末，磷首先作为消气剂应用于白炽灯中。消气剂随着电真空器件的发展，逐步发展为蒸散型和非蒸散型两类。蒸散型消气剂主要靠金属的蒸散和蒸散后形成的薄膜表面吸气，以元素周期表中 ⅡA族金属(钡、锶、镁、钙)及其合金为主。非蒸散型消气剂主要靠表面吸着和体内扩散吸气，以元素周期表中ⅣB族金属（钛、锆、铪）、钍、 稀土金属及其合金为主。20世纪70年代，中国对这两类消气剂作广泛的研究，并生产出多种产品。

主要用于显像管、接收放大管、示波管、功率管、摄像管等。早期使用的消气剂材料有钡镁、钡钽、钡钍、钡钛、钡铝等合金。钡铝消气剂(BaAl4)容易获得大面积吸气薄膜，在20～200℃之间能有效吸收各种活性气体，吸气能力强，化学稳定性好，因而使用广泛。钡铝合金属于吸热消气剂，需要连续供给热量（一般用高频感应加热到1100～1200℃）来维持合金中钡的蒸散。随后发展起来的放热消气剂，是在BaAl4合金粉中加入50％镍粉制成的。加入镍粉可使消气剂蒸散时的加热温度下降到800～850℃。在显像管中，为了改善钡膜的分布，增大钡膜的孔隙度和表面积，又发展出了掺气消气剂。在各种掺气消气剂中以掺氮消气剂（在放热消气剂中加入 Fe4N、Ge3N4等放氮材料）效果较好。在彩色显像管中还使用延迟掺氮消气剂，陶瓷垫片消气剂和锶铝、钙铝以及复合型消气剂等。

最常用的是锆铝合金消气剂，标称成分为Zr－16Al。锆铝合金中含有 Zr5Al3、、Zr3Al2、Zr2Al等多种金属间化合物相。这些相的活性高，扩散活化能低，经表面吸着的气体易于向体内扩散，因而具有较大的吸气速率和吸气容量。这种消气剂的最佳吸气温度在400℃左右，能有效地吸收CO、N2、H2、O2、CO2和水蒸气等气体，但不吸收惰性气体。合金吸氢是可逆的，即高温下把氢再释放出去。

非蒸散型消气剂在制造、贮存和使用过程中，表面常形成一层钝化膜，会影响材料的吸气性能。为消除表面钝化层的影响，消气剂必须在真空或惰性气氛中进行加热激活。锆铝合金消气剂常用的激活规范为：真空度高于3×10-5托，温度850～900℃，时间15秒至1分钟。

锆铝合金消气剂是由熔炼的锆铝合金铸锭再加工成粉末、涂覆压结带或环型消气剂器件等产品形式，应用于各类电子管、特种灯泡及其他真空器件。锆铝合金制成的消气剂泵可获得超高真空，用于超高真空炉、高能加速、核聚变等装置。锆铝合金制成的惰性气体净化器应用于激光器、半导体的生产中。该合金还应用于电容器、碱金属释放器等多种生产领域中。

锆石墨消气剂为室温条件下使用的非蒸散型体消气剂，是由锆粉和石墨粉混合在高真空中经高温烧结制成的多孔烧结体。锆石墨消气剂的孔隙度高（50％左右），比表面大，结合强度好。在室温下能有效吸收CO、N2、H2、O2、CO2、CH4、水蒸气和金属铯原子等，不吸收惰性气体，吸氢是可逆的。这种消气剂也必须激活使用，常用的激活规范为:真空度高于3×10-5托，温度850～950℃，时间10分钟。这种消气剂可以多次激活使用。

锆石墨消气剂可制成间接加热的环型、柱型、片型和直接通电加热的热子型器件，应用于不能或不宜蒸散钡膜的电子管及其他真空器件，特别适用于导d、卫星、雷达等控制系统中需要长期贮存的电真空器件。中国生产锆铝、锆石墨消气剂吸气特性曲线见图1、图2。

释汞消气剂是用固态钛汞齐 (Ti3Hg)和锆铝消气剂复合制成的。主要用于荧光灯和充汞灯中。用这种材料取代传统的充液汞方法，可以减少汞对人体的危害和对环境的污染，提高灯管质量和延长灯管寿命。释汞消气剂装入灯管后用高频感应加热使钛汞齐分解，产生汞蒸气，同时消气剂被激活而吸收管内残余气体和释汞中放出的气体，维持管内洁净气氛。