TiZrV吸气剂激活过程的XPS实验结果和讨论

2009-05-06 褚永俊北京有色金属研究总院先进电子材料研究所

用X射线光电子能谱仪(XPS) 对TiZrV 合金吸气剂的激活过程进行了监测,研究了吸气剂表面Ti 、Zr、V、O、C元素的化学价态随温度的变化。实验结果表明:暴露过大气的TiZrV 吸气剂表面的Ti 、Zr 和V 主要以氧化态的形态存在。当吸气剂置于高真空激活时,钒的氧化物在较低的温度(250 ℃～300 ℃) 开始被还原,钛的氧化物在稍高于钒的温度(300℃) 也开始被还原,400℃时表面已经有大量的金属钛的存在,而Zr 的氧化物在(100 ℃～400 ℃) 激活过程中,则没有明显的变化。

图1 所示为不同激活温度下的Ti2 p 图谱,以Ti2 p3/ 2为特征峰,按照Shirley 法减去背景常数后,

图1 　TiZrV 吸气剂激活过程中的各个Ti2 p XPS 演变

Ti2 p 峰可以分解为几个不同的峰,这些峰对应着Ti不同价态的氧化物,Ti4 + 对应的结合能为458.8eV～458.4eV ,Ti2 + 对应的结合能为455.2eV～455eV ,而Ti 金属态对应的结合能为454eV。由图1 可以看出,在250 ℃时,TiZrV 合金的表面Ti 大部分还是以TiO2 的形态存在,随着温度的升高,TiO2 逐渐转变为TiO ,温度再升高时,TiO 转变为金属Ti ,当温度升至400 ℃的过程中,金属Ti 的峰面积不断增大,表明TiZrV 吸气剂的表面Ti 的含量在不断增加。

图2 TiZrV 薄膜吸气剂激活过程中的各个Ti2 p XPS 演变

图2 为TiZrV 吸气剂薄膜的不同激活温度下的Ti2 p 图谱,从图中可以看出,200 ℃时就已经有大量的Ti 被还原,基本上与TiZrV 块体的400 ℃激活效果相当,当激活温度为240 ℃时,表面的氧化态的Ti基本上已经消失。由此可以看出,TiZrV 薄膜在相对较低温度就能去除掉Ti 的氧化膜。

图3 为不同激活温度下的V2 p 谱,以V2 p3/ 2为特征峰,图中呈现出几个基本峰,分别对应于不同的Vn + 离子态,V4 + 对应的结合能为515eV～514.7eV ,V1 + 对应的结合能为513.5eV～513eV ,而V 金属态对应的结合能为512.5eV～512.2eV。由图可知:随着温度的升高,峰值中心结合能向低能方向移动,且其面积不断增大,表明峰值中心的结合能所对应价态的氧化钒所占的比例增大,而其他价态的氧化钒所占的比重减小。

在温度为250 ℃时,样品的V2 p3/ 2峰值中心处的结合能为51617eV ,说明元素钒在表面主要以VO2形式为主,钒在表面被氧化得很严重,但在结合能为513.1eV 位置还出现了一个峰,对应于V ,可见钒此温度下已经开始了还原过程。随着温度的升高和时间的延长,当温度为350 ℃左右时,低能区V2 p 峰的