轻量化氢原子钟Zr-V-Fe-Cr吸氢合金的研究

随着天文技术的发展,小型化天文卫星成为天文领域的研究热点。作为天文卫星核心部件的氢原子钟,轻量化也势在必行。目前,氢原子钟使用的吸附泵为多孔钛材料,它的氢容量小,体积大,激活温度高,无法满足氢原子钟小型化、轻量化的要求。研究了具有大储氢容量的Zr-V-Fe-Cr新型吸氢合金,并利用X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、储氢性能测试平台等进行了测试。结果表明,新型合金Zr-V-Fe-Cr的吸氢容量高于多孔钛,且吸氢性能满足使用要求。为氢原子钟的氢源系统轻量化提供了新的选择,有望应用于下一代轻量化氢原子钟。

MEMS芯片器件用非蒸散型吸气剂的研究状况

随着"物联网"时代的来临及智能芯片推出,在全世界范围内掀起了MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)芯片器件发展浪潮。高端的MEMS芯片器件需要在其内部安置吸气剂以维持器件的真空度,它是保证芯片器件长寿命和高灵敏性的关键材料,对于芯片器件的安全性具有重要意义。本文分别从薄膜吸气剂和块体吸气剂两方面,介绍了非蒸散型吸气剂的发展过程,分析了国内外Zr基、Ti基合金非蒸散型吸气剂的合金化改性、激活工艺、吸气性能、制备工艺等方面研究进程,如薄膜吸气剂主要通过物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition,PVD),调整工艺参数,形成有序疏松多孔状纳米晶结构组织,以达到高吸气量、低激活温度的目的,工艺侧重提高薄膜的孔隙率和比表面积;块体吸气剂主要通过粉末冶金烧结而成,吸气后材料表层逐渐粉化暴露出新鲜吸气表面,达到不断吸气的目的。总结了目前薄膜吸气剂和块体吸气剂存在的问题,如:块体吸气剂在应用过程中会发生脱粉现象,严重影响MEMS器件的寿命和灵敏性,目前学者对影响块体吸气剂掉粉问题的前期工艺研究比较少,急需进行改善。最后,本文对非蒸散型吸气剂未来的研究方向进行了展望。

快淬速度和Ce添加对Zr-Ti-V快淬带吸气性能的影响

对于MEMS(Micro-electro-mechanical Systems)芯片器件,特别是单兵作战用的红外热辐射仪等传感器,吸气材料的吸气动力学、吸气热力学等参数对其MEMS芯片的稳定性、安全性、灵敏性和寿命至关重要。以Zr0.9Ti0.1V2为基体合金,采用快速凝固法和稀土元素Ce合金化法,研究了不同快淬速度和Ce元素的添加对快淬带的微观组织结构和相结构的影响,模拟MEMS器件真空封装工艺条件和真空封装后腔体的环境,测试了Zr0.9-xTi0.1V2Cex(x=0,0.025、0.05、0.075、0.1)合金快淬带的吸气性能等参数。结果表明,较高的快淬速度和适量Ce的添加能够有效地细化晶粒和减少Zr0.9-xTi0.1V2Cex快淬带中氧化物相Zr3V3O的生成提高吸气材料在制备过程中的抗氧化性。当Ce的含量为0.05时,快淬带具有较好的吸氢性能,可使模拟MEMS器件工作环境的压力达到1×10-3 Pa以下。Ce的加入使PCT(压力-组分-温度)曲线的平台更为平坦宽化,固溶氢气的稳定性提高,吸氢量增大。Zr0.85Ti0.1V2Ce0.05快淬带具有较大的焓变值,与H结合能力强,更易吸氢。根据Van’t Hoff关系外推出快淬带室温下的平台压力在10-14~10-13 Pa之间,提高了器件的稳定性。Zr0.85Ti0.1V2Ce0.05快淬带优良的性能能够满足MEMS器件的应用。