Aleaciones getter no evaporables particularmente adecuadas para la sorción de hidrógeno y nitrógeno.

Dispositivo getter que contiene polvos de aleación getter no evaporable con una elevada eficiencia de sorción de gases,

particularmente de hidrógeno y nitrógeno, en el que dichos polvos de aleación comprenden, como elementos compositivos, circonio, vanadio y titanio, y presentan una composición atómica porcentual de dichos elementos que puede variar dentro de los siguientes intervalos:

a. circonio: entre el 42% y el 85%;

b. vanadio: entre el 8% y el 50%;

c. titanio: entre el 5% y el 30%;

expresándose dichos intervalos de porcentaje atómico con respecto a la suma de circonio, vanadio y titanio en la aleación getter no evaporable, que puede comprender, además, como elementos compositivos, uno o más metales seleccionados dentro del grupo que comprende hierro, cromo, manganeso, cobalto, níquel y aluminio, caracterizado porque pueden estar presentes otros elementos químicos en la composición de aleación únicamente si su porcentaje total es menor del 1% con respecto al total de la composición de aleación.

Aleaciones getter no evaporables particularmente adecuadas para la sorción de hidrógeno y nitrógeno

La presente invención se refiere a nuevas aleaciones getter con una mayor capacidad de hidrógeno y nitrógeno, a un procedimiento para la sorción de hidrógeno con dichas aleaciones y a dispositivos sensibles al hidrógeno que utilizan dichas aleaciones para la eliminación del hidrógeno.

Las aleaciones objetivo de la presente invención son particularmente útiles para todas las aplicaciones que requieren la sorción de cantidades significativas de hidrógeno y nitrógeno, incluso si se utilizan a temperaturas elevadas. La utilización de aleaciones getter a temperaturas elevadas es importante, ya que esto maximiza la capacidad de las aleaciones frente a las otras impurezas gaseosas, tales como H2O, O2, CO, CO2, pero, al mismo tiempo, la utilización de las aleaciones en el estado de la técnica a temperaturas elevadas afecta negativamente a su capacidad de eliminación de hidrógeno, y en algunos casos la propia aleación puede convertirse en una fuente de contaminación por hidrógeno. Además, habitual mente, la eliminación de N2 con las aleaciones getter conocidas es despreciable o insatisfactoria debido a la bien conocida baja reactividad química de este gas.

Entre las aplicaciones más interesantes de estos nuevos materiales de sorción se encuentran los colectores solares, con mención especial de los tubos de recepción, que son una parte integral de dichos sistemas, las lámparas de iluminación, las bombas de vacío y la purificación de gases.

La utilización de materiales getter para la eliminación de hidrógeno en estas aplicaciones es conocida, pero las soluciones que se desarrollan y se utilizan actualmente no son adecuadas para satisfacer los requisitos exigidos por los continuos avances tecnológicos, que establecen límites y restricciones cada vez más rígidos.

En particular, en el campo de la energía solar por concentración (que se indica habitualmente con la sigla inglesa CSP), resulta perjudicial la presencia de hidrógeno y nitrógeno. También en la nueva generación de concentradores son particularmente importantes los problemas derivados de la presencia de hidrógeno y nitrógeno, con la consiguiente disminución de la eficiencia del colector solar. Otro campo en el que resulta necesaria una eliminación eficaz del hidrógeno es en las lámparas de iluminación, con mención particular de las lámparas de descarga de alta presión y las lámparas de mercurio de baja presión, en las que la presencia no solo de hidrógeno, incluso en cantidades bajas, sino también de nitrógeno, disminuye significativamente el rendimiento de la lámpara. En el documento EP 174576 se puede encontrar más información sobre los fenómenos de degradación con respecto a un material diferente para la sorción de hidrógeno y nitrógeno residual.

En este campo de aplicación concreto, no solo es importante la capacidad del material para sorber eficazmente el hidrógeno a temperaturas elevadas, sino también, en algunas lámparas, la baja temperatura de activación del material en lo que respecta a la sorción de otras especies gaseosas con respecto a las aleaciones NEG convencionales.

Otro campo de aplicación que puede beneficiarse de la utilización de aleaciones getter, capaces de sorber hidrógeno a temperaturas elevadas, es el de las bombas getter. Este tipo de bombas se describe en diversas patentes, tales como US 5324172 y US 6149392, así como en la publicación de patente internacional WO 21/15944, todas ellas a nombre del presente solicitante. La posibilidad de utilizar el material getter de la bomba a una temperatura elevada aumenta su rendimiento en términos de capacidad de sorción de otros gases.

Otro campo de aplicación que se beneficia de las ventajas de un material getter capaz de sorber hidrógeno y nitrógeno a temperatura elevada es la purificación de los gases utilizados en la industria de los semiconductores. De hecho, particularmente cuando se requieren caudales elevados, típicamente mayores de unos l/min, el material getter tiene que trabajar a temperaturas elevadas a fin de tener capacidad suficiente para eliminar contaminantes gaseosos, tales como N2, H2O, O2, CH4, CO, CO2. Es evidente que esta condición resulta al mismo tiempo desfavorable para la sorción de hidrógeno y nitrógeno, por lo que se han aplicado disposiciones para hacer funcionar el sistema de purificación con un gradiente de temperatura. Típicamente, la parte inferior del cartucho que contiene el material getter se enfría o se deja trabajar de cualquier otro modo a una temperatura menor que la parte superior, a fin de favorecer la sorción del hidrógeno. Este tipo de disposición se describe en el documento US 5238469.

Dos de las soluciones más eficientes para la eliminación de hidrógeno se describen en el documento EP 869195 y en la publicación de patente internacional WO 21/15945, ambos a nombre del presente solicitante. La primera solución utiliza aleaciones de circonio-cobalto-RE (de "rare earths", tierras raras), donde RE puede estar presente en un porcentaje máximo del 1% y se selecciona entre itrio, lantano y otras tierras raras. En particular, se ha apreciado especialmente una aleación que presenta los siguientes porcentajes en peso: Zr 8,8%, Co 14,2% y RE 5%, comercializada por el solicitante con el nombre St 787®. En cambio, la segunda solución utiliza aleaciones a base de itrio a fin de maximizar la cantidad extraíble de hidrógeno también a temperaturas superiores a 2°C, pero sus propiedades de sorción irreversible de gases están esencialmente limitadas para las necesidades de muchas aplicaciones que requieren condiciones de vacío.

Una solución particular útil para sorber rápidamente con un material getter el hidrógeno y otros gases no deseados, tales como CO, N2 y O2, se describe en el documento US 436445, pero la aleación de clrconlo-vanadlo-hlerro estabilizada con oxígeno que se da a conocer en el mismo solo puede utilizarse con éxito en un determinado intervalo de temperatura (es decir, de -196°C a 2°C), lo que limita su campo de posibles aplicaciones.

Por consiguiente, las características mejoradas frente al hidrógeno y el nitrógeno de las aleaciones según la presente invención deben entenderse y evaluarse en un doble significado, esto es, una capacidad total aumentada para el H2 (con una presión de equilibrio de hidrógeno baja) manteniendo a la vez las propiedades anteriores, presentes cuando las aleaciones se utilizan a baja temperatura (ambiente) y también cuando se utilizan a temperatura elevada (2°C o mayor). En las aleaciones más interesantes según la presente invención, estas dos propiedades deben considerarse y asociarse con un rendimiento de sorción inesperadamente mejorado con respecto a N2 cuando trabajan a temperatura elevada.

Por consiguiente, un objeto de la presente invención consiste en dar a conocer dispositivos getter basados en la utilización de un nuevo material getter no evaporable, capaz de superar las desventajas de la técnica anterior, en particular, un material capaz de tener una presión de equilibrio de H2 menor a temperatura elevada y, al mismo tiempo, mejores propiedades de sorción con respecto a N2. Además, la composición efectiva de estos materiales se puede seleccionar dentro del intervalo reivindicado a fin de tener diferentes propiedades de sorción relativa de H2 con respecto a N2, lo que permite una optimización eficaz de la condición de vacío según el gas que se pretende eliminar y, por consiguiente, en una gran variedad de posibles sistemas o dispositivos.

Estos objetivos se alcanzan mediante un dispositivo getter que contiene polvos de una aleación getter no evaporable, en el que dicha aleación getter no evaporable comprende, como elementos compositivos, circonio, vanadio y titanio, y presenta una composición atómica porcentual de dichos elementos que puede vahar dentro de los siguientes intervalos de porcentaje atómico:

a. circonio: entre el 42% y el 85%;

b. vanadio: entre el 8% y el 5%;

c. titanio: entre el 5% y el 3%;

expresándose dichos intervalos de porcentaje atómico con respecto a la suma de circonio, vanadio y titanio en la aleación getter no evaporable.

Opcionalmente, la composición de aleación getter no evaporable puede comprender, además, como elementos compositivos, uno o más metales seleccionados dentro del grupo que comprende hierro, cromo, manganeso, cobalto, níquel y aluminio en un porcentaje atómico total preferentemente comprendido entre el ,1% y el 7%, más preferentemente entre el ,1% y el 5%, aunque, para el aluminio, se puede aceptar una cantidad de hasta el 12% o mayor, preferentemente igual o menor al 1%. Además, en la composición... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo getter que contiene polvos de aleación getter no evaporable con una elevada eficiencia de sorción de gases, particularmente de hidrógeno y nitrógeno, en el que dichos polvos de aleación comprenden, como elementos compositivos, circonio, vanadio y titanio, y presentan una composición atómica porcentual de dichos elementos que puede variar dentro de los siguientes intervalos:

a. circonio: entre el 42% y el 85%;

b. vanadio: entre el 8% y el 5%;

c. titanio: entre el 5% y el 3%;

expresándose dichos intervalos de porcentaje atómico con respecto a la suma de circonio, vanadio y titanio en la aleación getter no evaporable, que puede comprender, además, como elementos compositivos, uno o más metales seleccionados dentro del grupo que comprende hierro, cromo, manganeso, cobalto, níquel y aluminio, caracterizado porque pueden estar presentes otros elementos químicos en la composición de aleación únicamente si su porcentaje total es menor del 1% con respecto al total de la composición de aleación.

2. Dispositivo getter, según la reivindicación 1, en el que el porcentaje atómico de vanadio está comprendido entre el

3% y el 47%.

3. Dispositivo getter, según la reivindicación 2, en el que el porcentaje atómico de vanadio está comprendido entre el

37% y el 47%.

4. Dispositivo getter, según la reivindicación 1, en el que el porcentaje atómico de vanadio está comprendido entre el

28% y el 3%.

5. Dispositivo getter, según la reivindicación 1, en el que el porcentaje atómico de vanadio está comprendido entre el

8% y el 23%.

6. Dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha aleación comprende en su composición, además, uno o más elementos adicionales seleccionados dentro del grupo que comprende hierro, cromo, manganeso, cobalto o níquel en una composición atómica porcentual comprendida entre el ,1% y el 7%, más preferentemente entre el ,1% y el 5% con respecto a la composición total de aleación.

7. Dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha aleación comprende en su composición, además, aluminio como elemento adicional en una composición atómica porcentual comprendida entre el ,1% y el 12%, más preferentemente entre el ,1% y el 1% con respecto a la composición total de aleación.

8. Dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dichos polvos de aleación getter se mezclan con polvos metálicos, seleccionándose preferentemente dichos polvos metálicos entre titanio y circonio, o mezclas de los mismos.

9. Dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos polvos de aleación tienen un tamaño de partículas menor de 5 pm, preferentemente menor de 3 pm.

1. Utilización de un dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la eliminación de hidrógeno y nitrógeno.

11. Dispositivo sensible al hidrógeno, que contiene un dispositivo getter, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.