在真空器件中通過物理和化學作用能有效地吸收活性氣體的功能材料,簡稱消氣劑,又稱吸氣劑或收氣劑。在真空器件中,消氣劑能維持並提高真空度,使器件性能穩定,工作可靠,使用壽命延長。19世紀末,磷首先作為消氣劑應用於白熾燈中。消氣劑隨著電真空器件的發展,逐步發展為蒸散型和非蒸散型兩類。蒸散型消氣劑主要靠金屬的蒸散和蒸散後形成的薄膜表面吸氣,以元素週期表中 ⅡA族金屬(鋇、鍶、鎂、鈣)及其合金為主。非蒸散型消氣劑主要靠表面吸著和體內擴散吸氣,以元素週期表中ⅣB族金屬屬(鈦、鋯、鉿)、釷、稀土金屬及其合金為主。20世紀70年代,中國對這兩類消氣劑作廣泛的研究,並生產出多種產品。

  蒸散型消氣劑 主要用於顯像管、接收放大管、示波管、功率管、攝像管等。早期使用的消氣劑材料有鋇鎂、鋇鉭、鋇釷、鋇鈦、鋇鋁等合金。鋇鋁消氣劑(BaAl4)容易獲得大面積吸氣薄膜,在20~200℃之間能有效吸收各種活性氣體,吸氣能力強,化學穩定性好,因而使用廣泛。鋇鋁合金屬於吸熱消氣劑,需要連續供給熱量(一般用高頻感應加熱到1100~1200℃)來維持合金中鋇的蒸散。隨後發展起來的放熱消氣劑,是在BaAl4合金粉中加入50%鎳粉制成的。加入鎳粉可使消氣劑蒸散時的加熱溫度下降到800~850℃。在顯像管中,為瞭改善鋇膜的分佈,增大鋇膜的孔隙度和表面積,又發展出瞭摻氣消氣劑。在各種摻氣消氣劑中以摻氮消氣劑(在放熱消氣劑中加入 Fe4N、Ge3N4等放氮材料)效果較好。在彩色顯像管中還使用延遲摻氮消氣劑,陶瓷墊片消氣劑和鍶鋁、鈣鋁以及復合型消氣劑等。

  非蒸散型消氣劑 最常用的是鋯鋁合金消氣劑,標稱成分為Zr-16Al。鋯鋁合金中含有 Zr5Al3、、Zr3Al2Zr2Al等多種金屬間化合物相。這些相的活性高,擴散活化能低,經表面吸著的氣體易於向體內擴散,因而具有較大的吸氣速率和吸氣容量。這種消氣劑的最佳吸氣溫度在400℃左右,能有效地吸收CO、N2H2O2CO2和水蒸氣等氣體,但不吸收惰性氣體。合金吸氫是可逆的,即高溫下把氫再釋放出去。

  非蒸散型消氣劑在制造、貯存和使用過程中,表面常形成一層鈍化膜,會影響材料的吸氣性能。為消除表面鈍化層的影響,消氣劑必須在真空或惰性氣氛中進行加熱激活。鋯鋁合金消氣劑常用的激活規范為:真空度高於3×10-5托,溫度850~900℃,時間15秒至1分鐘。

  鋯鋁合金消氣劑是由熔煉的鋯鋁合金鑄錠再加工成粉末、塗覆壓結帶或環型消氣劑器件等產品形式,應用於各類電子管、特種燈泡及其他真空器件。鋯鋁合金制成的消氣劑泵可獲得超高真空,用於超高真空爐、高能加速器、核聚變等裝置。鋯鋁合金制成的惰性氣體凈化器應用於激光器、半導體的生產中。該合金還應用於電容器、堿金屬釋放器等多種生產領域中。

  鋯石墨消氣劑為室溫條件下使用的非蒸散型體消氣劑,是由鋯粉和石墨粉混合在高真空中經高溫燒結制成的多孔燒結體。鋯石墨消氣劑的孔隙度高(50%左右),比表面大,結合強度好。在室溫下能有效吸收CO、N2H2O2CO2CH4、水蒸氣和金屬銫原子等,不吸收惰性氣體,吸氫是可逆的。這種消氣劑也必須激活使用,常用的激活規范為:真空度高於3×10-5托,溫度850~950℃,時間10分鐘。這種消氣劑可以多次激活使用。

  鋯石墨消氣劑可制成間接加熱的環型、柱型、片型和直接通電加熱的熱子型器件,應用於不能或不宜蒸散鋇膜的電子管及其他真空器件,特別適用於導彈、衛星、雷達等控制系統中需要長期貯存的電真空器件。中國生產鋯鋁、鋯石墨消氣劑吸氣特性曲線見圖1、圖2。

  釋汞消氣劑是用固態鈦汞齊(Ti3Hg)和鋯鋁消氣劑復合制成的。主要用於熒光燈和充汞燈中。用這種材料取代傳統的充液汞方法,可以減少汞對人體的危害和對環境的污染,提高燈管質量和延長燈管壽命。釋汞消氣劑裝入燈管後用高頻感應加熱使鈦汞齊分解,產生汞蒸氣,同時消氣劑被激活而吸收管內殘餘氣體和釋汞中放出的氣體,維持管內潔凈氣氛。