吸气剂的种类和吸气机理

soft · 发表于 2010-10-19 21:00:45

在MEMS真空封装工艺中，保持密封真空度的一种有效方法是在密封腔体中封入吸气剂。使用吸气剂后，腔体中的真空度能保持更长的时间。吸气剂也叫消气剂,在电真空器件和真空科技领域它是指一种能吸收和固定气氛的材料。其主要作用是：（a）提高密封腔体内的真空度，缩短排气时间；（b）吸除管内剩余气体以及器件在工作时处于高温状态下各部件所放出的气体；（c）吸除器件启动和反常工作时的突发性放气，以保证器件内良好的真空状态，延长使用寿命，提高器件可靠性。

吸气剂可分为两大类，即蒸散型吸气剂和非蒸散型（NEGs）吸气剂。前者是指用蒸发的方法，把吸气材料沉积在真空器件壁上形成一种膜，用作吸附各种气体，其中吸气性能最好并被广泛应用的是钡类吸气剂。非蒸散型吸气剂是指进行清洁处理或“激活”后，形状不变，即不释放消气物质，而本身直接吸收气体的吸气剂。这类吸气剂的吸气性能逊于蒸散型吸气剂，主要应用于不适合蒸散出吸气物质的电真空管、光电子真空器件和真空封装MEMS器件等。也可与蒸散型吸气剂组合使用。

一般来说，非蒸散吸气材料由金属如Zr，Ti，Nb，Ta，V及它们的合金组成，这些合金还可以含一些添加元素，如Al，Ni，或Fe等。根据吸气剂的吸气机理，合金成分主要由以下两部分组成：（a）活性元素：吸气剂的吸气能力主要取决于气体与吸气金属材料之间表面反应的强弱及金属溶解气体的能力，活性金属锆对H2，O2，CO，CO2，H2，N2等气体均能产生很强的化学吸附和较大的溶解能力，因此，选择Zr为活性元素。（b）抗烧结元素：抗烧结物质的加入可以防止烧结时活性元素的聚集长大，并能抑制粉末烧结体的明显收缩，以达到在烧结体外形尺寸不增加的情况下，实际表面积大大增加，从而达到提高吸气能力的目的。锆与铝、钒、镍、铁等金属能形成多种金属间化合物，其中Zr-Al16和Zr-V-Fe合金具有良好的吸氢性能，并在氢及其同位素控制方面得到了广泛的应用。

吸气剂对不同的气体具有不同的吸气性能。与吸气剂材料发生作用的气体主要可分为四类，第一类气体是氢气和它的同位素，它们能被吸气剂吸收，也能被释放，是一个可逆性的吸气过程。第二类气体是其它类气体，如CO、CO2、O2和N2，它们被吸气剂吸收以后不能再释放。第三类气体性能是上述两类气体性能的组合，它们一部分可以被吸气剂材料永久性地吸收，另一部分可以重新释放，例如水和碳氢化合物。第四类气体的含量比较少，它们不能被吸气剂材料吸收，如惰性气体。氢气与吸气剂合金不能形成稳定的化合物，但它能迅速地扩散到吸气剂颗粒内部，形成一种固溶体。同时由于氢原子与吸气剂合金的作用力相对来说比较弱，所以在低温下被吸气剂吸收的氢气在高温下能被释放。

吸气剂的种类和吸气机理

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