利用锡锑合金的低温泵及其使用方法

专利名称：利用锡锑合金的低温泵及其使用方法利用锡锑合金的低温泵及其使用方法相关申请本申请主张2008年4月4日申请的美国临时申请第61/123，037号的优先权权利。将上述申请的全部教示以引用的方式并入本文中。背景技术：目前可用的低温真空泵(低温泵)一般都遵循共同的设计概念。通常操作范围在 4至2 的低温数组是主要的泵表面。此表面由较高温度的辐射屏蔽所包围，后者经常操作 于60至130K的温度范围。辐射屏蔽保护较低温度的数组免受辐射热。辐射屏蔽一般包含 封闭的壳罩，但留有开口，在此把前置数组定位于主要泵表面和要抽空的工作腔室之间。在操作期间，例如水气的高沸点气体凝结于前置数组上。低沸点气体通过数组而 进入辐射屏蔽里的空间并凝结于较低温度的数组上。也可以在此空间里提供涂覆以吸附剂 (例如木炭)的表面或操作于较冷数组的温度或以下的分子筛，以移除极低沸点气体(例如 氢)。由于气体因此凝结和/或吸附于泵表面上，工作腔室里便产生了真空。在闭路循环的低温冷却器所冷却的系统，冷却器是典型的二阶段致冷器，其具有 延伸经过辐射屏蔽后方或侧面的冷指(cold finger)。高压氦冷媒一般是从压缩机组件经 过高压管线而传递到致冷器。通往冷却器里的位移器驱动马达的电力也经常透过压缩机或 控制器组件来传递。辐射屏蔽是在致冷器的第一阶段的最冷末端处连结于热槽或冷站。屏蔽以免受 辐射热的方式包围着第二阶段低温板。前置数组经由附接于辐射屏蔽或者如美国专利第 4，356，701号所揭示地经由热支柱(thermal strut)，而由第一阶段热槽所冷却。低温冷却器的最冷的第二阶段的最冷末端是在冷指的尖端。主要泵表面或低温板 在第二阶段的此最冷末端处连结于热槽。此低温板可以是单纯的金属板或杯，或者它可以 是排列和连结于第二阶段热槽周围的金属挡板数组。此第二阶段低温板也支持着低温吸附 剂。对于用来制造最可靠和最高效率的低温泵的复杂科技的某方面来说，已有许多努 力投注在选择用于低温致冷器(例如Gifford-McMahon、Stirling、脉冲管等低温致冷器) 的再生性热交换器的材料。一般偏好再生性热交换器在低温展现高的体积热容量。然而 如图1所示，大部分的金属体积热容量随着温度下降低于7 而展现急剧减少；相对而言， 氦的体积热容量在25K以下急剧增加，尖峰在大约10K。图1所示锡、锑、氦、铅的比热数 值得自参考数据，如揭示于物质的热物理性质比热金属性元素和合金(Thermophysical Properties of Matter :Specific Heat :Metallic Elements and Alloys,Y. S. Touloukian 和E. H. Buyco，第4册)以及比热非金属性液体和气体(Specific Heat =Nonmetallic Liquids and Gases, Y. S. Touloukian 和 Τ· Makita,第 6 册)(IFI/Plenum，纽约，1970 年)， 其所有教示的内容并于此以为参考。图1所示二种或更多种金属的混合物的比热数值则是 依据所示混合物的组成百分比来调整纯金属的已知比热数值而计算得出。低温致冷器典型 使用铅(Pb)做为第二阶段再生性热交换器的构件，此乃因为铅在低温具有比较高的体积 热容量。然而，铅是可以伤害神经系统的有毒金属，特别是对幼小儿童，并且引发血液和脑 部异常。长期暴露于铅或其盐类(特别是可溶性盐类或强氧化剂1 )可以导致肾脏病变 和类似疝气的腹绞痛。因此，现在产品中使用铅已遭到禁止、限制或非所欲。其它再生性材料也有缺点。举例而言，包含稀土元素的金属间化合物极为昂贵。此 外，金属间的化合材料要比金属化合物更硬、更脆，因此难以制成低温致冷器的再生性热交 换器所需的几何形状。这些材料表现也比较差，此乃因为当它们在致冷器的正常操作期间 暴露于重复的机械冲击时会轻易地解构成粉末。铋是具有高体积热容量的另一种金属，但 是它非常贵且脆，难以制成再生器材料所需的球形。铋也会像金属间化合物一样解构成粉 末，并且额外缺点是铋粉末是高度易燃和极易与铝和空气反应。铝是建构低温致冷器所常 见的材料，因此当致冷器于空气中拆解时，粉末可能就会起反应。所以，需要较不危险和不昂贵的高体积热容量的再生性热交换器材料，其不会于 操作期间而有随着时间劣化的倾向，并且能够形成所需的几何形状。发明内容在一个实施方式中，本发明包含一种低温致冷器，其包括锡锑(Sn-Sb)合金构成 的再生性热交换器材料，其在至少一个冷却阶段中与工作气体热接触。在特定实施方式中， 低温致冷器是吉福麦特-麦克马洪致冷器(Gifford-McMahon)低温致冷器。于另一特定实 施方式中，低温致冷器是脉冲管低温致冷器。于又一特定实施方式中，低温致冷器是斯特林 (Stirling)低温致冷器。于又一实施方式中，工作气体是氦。于某些实施方式中，冷却阶 段包含至少二层再生性热交换器材料。于特定的实施方式中，至少一层包含锡锑(Sn-Sb) 合金，以及至少一层包含至少一种稀土元素。于其它特定实施方式中，至少一层包含锡锑 (Sn-Sb)合金，以及至少一层包含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合 物。于再一实施方式中，至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，以及至少一层包含稀土元素的固 溶体合金。于特定实施方式中，Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑，最好大约9. 6重 量％的锑，更好大约6. 7重量％的锑。于另一特定实施方式中，Sn-Sb合金包括最少大约0. 5 重量％的锑。于另一实施方式中，Sn-Sb合金包含实质球形的锡锑合金颗粒，其直径范围在 大约0. 01毫米和大约3毫米之间。于低温致冷器的另一实施方式中，冷却阶段进一步包含与工作气体直接热接触的 冷站。于特定实施方式中，冷站实质上由铜所组成。于低温致冷器的另一实施方式中，再生性热交换器材料包含Sn-Sb-M合金。M可以 包含至少一种选自以下所构成的群组中的元素:Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、 K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Cd、Ti、Al、Ce、Dy、Au、P、Pr、Yb 及 Zn,从大约 0. 01 重量％至大 约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及从大约50重量％至大约99. 5 重量％的Sn。于某些实施方式中，冷却阶段包含至少二层再生性热交换器材料。于特定的 是实施方式中，至少一层包含Sn-Sb-M合金，以及至少一层包含至少一种稀土元素。于其它 特定是实施方式中，至少一层包含Sn-Sb-M合金，以及至少一层包含一种或多种稀土元素 与非稀土金属的稀土性金属间化合物。于再一实施方式中，至少一层包含Sn-Sb-M合金，以 及至少一层包含稀土元素的固溶体合金。于特定实施方式中，Sn-Sb-M合金包含实质球形 的Sn-Sb-M颗粒，其直径范围在大约0. 01毫米和大约3毫米之间。于另一实施方式中，本发明包含的低温泵包括低温致冷器，其包含至少一个冷却 阶段(该冷却阶段包含适于做为低温冷媒的工作气体)，以及包含与至少一个冷却阶段热 接触的至少一个冷站、与工作气体热接触的再生性热交换器材料(该再生性热交换器材料 包含锡锑(Sn-Sb)合金)，以及适于凝结或吸附气体、连结于至少一个冷站的至少一个低温 板。于特定实施方式中，Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑，最好大约9.6重量％的锑， 更好大约6. 7重量％的锑。于另一特定实施方式中，Sn-Sb合金包括最少大约0. 5重量％ 的锑。于特定实施方式中，低温致冷器是Gifford-McMahon低温致冷器。于另一特定实施 方式中，低温致冷器是脉冲管低温致冷器。于又一特定实施方式中，低温致冷器是Mirling 低温致冷器。于某些实施方式，工作气体是氦。于另一实施方式，低温泵包括再生性热交换 器材料，其包含Sn-Sb-M合金。M可以包含至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、 Ag、Ge、Cu、La, Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Cd、Ti、Al、Ce、Dy、Au、P、 I^rJb及Si，从大约0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％ 的Sb及从大约50重量％至大约99. 5重量％的Sn。于另一实施方式，本发明包含的低温泵包括Gifford-McMahon低温致冷器，其在 具有第一和第二同轴阶段的低温致冷器里包含往复式位移器，该位移器驱动成往复运动， 而交替压缩和膨胀适于做为低温冷媒的工作气体，以及在位移器里包含与工作气体热接触 的再生性热交换器材料，该再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金，以及包含适于凝 结或吸附气体、连结于第二同轴阶段的至少一个低温板。于特定实施方式，Sn-Sb合金包括 最多大约43重量％的锑，最好大约9. 6重量％的锑，更好大约6. 7重量％的锑。于另一特 定实施方式，Sn-Sb合金包括最少大约0. 5重量％的锑。于包括Gifford-McMahon低温致冷器的低温泵的另一实施方式，再生性热交换器 材料包含Sn-Sb-M合金。M可以包含至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、Ag、Ge、 Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Cd、Ti、Al、Ce、Dy、Au、P、Pr、Yb 及 Zn，从大约0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及 从大约50重量％至大约99. 5重量％的Sn。于再一实施方式，本发明包含的低温泵包括脉冲管低温致冷器，其包含缓冲槽 (其建构成包含适于做为低温冷媒的工作气体量)、与缓冲槽的第一热交换区域流体连通、 与第一热交换区域的脉冲管(其建构成沿着脉冲管传送气压波)流体连通、与脉冲管的第 二热交换区域流体连通、与第二热交换区域的腔穴(其包含与工作气体热接触的再生性热 交换器材料，该再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金)流体连通、适于产生气压波的 气压源、适于凝结或吸附气体、连结于第二热交换区域的至少一个低温板。于特定实施方 式，低温泵进一步包含限流孔，其与缓冲槽和第一热交换区域流体连通。于另一特定实施方 式，限流孔进一步包含可调式开口。于又一特定实施方式，气压源是往复式位移器，该位移 器驱动成往复运动，而交替压缩和膨胀工作气体。于某些实施方式，工作气体是氦。于另一 特定实施方式，再生性热交换器材料包含至少二层。于又一特定实施方式，低温泵包含与 工作气体直接热接触的冷站。于特定实施方式，冷站实质上由铜所组成。于又一特定实施 方式，Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑，最好大约9. 6重量％的锑，更好大约6. 7重 量％的锑。于另一特定实施方式，Sn-Sb合金包括最少大约0.5重量％的锑。于另一实施 方式，再生性热交换器材料包含Sn-Sb-M合金。M可以包含至少一种选自以下所构成的群组巾白勺7 :Bi、Ag、Ge、Cu、La, Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh, Sm、Se、S、Y、Fe、In、Cd、Ti、Al、Ce、Dy、Au、P、Pr、Yb及Si，从大约0.01重量％至大约40重量％的1从大约0. 1重量％至 大约43重量％的Sb及从大约50重量％至大约99. 5重量％的Sn。于又一实施方式，本发明包含一种低温致冷器包括锡镓(Sn-Ga)合金构成的再生 性热交换器材料，其在至少一个冷却阶段中与工作气体热接触。于特定实施方式，低温致冷 器是GifTord-McMahon低温致冷器。于另一特定实施方式，低温致冷器是脉冲管低温致冷 器。于又一特定实施方式，低温致冷器是Mirling低温致冷器。于某些实施方式，工作气 体是氦。于某些实施方式，冷却阶段包含至少二层再生性热交换器材料。于特定的实施方 式，至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，以及至少一层包含至少一种稀土元素。于其它特定实 施方式，至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，以及至少一层包含一种或多种稀土元素与非稀 土金属的稀土性金属间化合物。于再一实施方式，至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，以及至 少一层包含稀土元素的固溶体合金。于特定实施方式，Sn-fei合金包括最多大约3.9重量％ 的镓。于再一实施方式，本发明包含在低温操作低温泵的方法。本方法包括在低温泵的 积冷单元里往复式移动位移器。位移器壳罩着包含锡锑合金的再生性热交换器材料。工作 气体在压力下引入积冷单元，然后通过位移器而膨胀，由此冷却气体，此转而冷却再生性热 交换器材料。于特定实施方式，该工作气体是氦。于另一实施方式，本发明包含在低温操作低温泵的方法，其包括提供至少一个冷 却阶段，该冷却阶段包含适于做为低温冷媒的工作气体，以及包含与至少一个冷却阶段热 接触的至少一个冷站，而再生性热交换器材料则与工作气体热接触，该再生性热交换器材 料包含锡锑(Sn-Sb)合金。本方法进一步包含使气体凝结或吸附在连结于至少一个冷站的 至少一个低温板上。于再一实施方式，包含锡锑合金的再生性热交换器材料并未包含于移动的位移器 中，而是于固定床中，其中压力脉冲通过工作气体而跨越再生性热交换器材料。于特定实施 方式，工作气体是氦。本发明有利之处在于提供较不危险和较不昂贵的再生性热交换器材料，其包含具 有高体积热容量的锡锑(Sn-Sb)合金，于操作期间没有随着时间而劣化的倾向，并且能够 形成低温致冷器所需的几何形状。包含本发明的再生性热交换器材料以做为无铅低温致冷 器一部份的低温真空泵，乃提供用于半导体制备和其它电子产品制备洁净的真空环境。图1是几种金属、二种或更多种金属的组合以及氦气的体积比热数值对温度的函 数图。图2是三层再生性热交换器材料的截面图以及对应的相对温度分布。图3是装有本发明再生性热交换器材料的Gifford-McMahon低温致冷器的实施方 式截面图。图4是包含装有本发明再生性热交换器材料的Gifford-McMahon低温致冷器的低 温泵的实施方式截面图。图5是包含装有本发明再生性热交换器材料的脉冲管低温致冷器的低温泵的实施方式截面图。图6是装有本发明再生性热交换器材料的分离式Mirling低温致冷器的实施方 式截面图。图7是装有本发明再生性热交换器材料的整合式Mirling低温致冷器的实施方 式截面图。图8是包含装有本发明再生性热交换器材料的分离式Mirling低温致冷器的低 温泵的实施方式截面图。图9是包含装有本发明再生性热交换器材料的整合式Mirling低温致冷器的低 温泵的实施方式截面图。图10是施加于包含由95重量％的Sn、5重量％的Sb组成的再生性热交换器材料 和相较于由铅(Pb)组成的再生性热交换器材料的低温致冷器第二阶段的热负载(瓦)对 第二阶段温度(Kelvin度数)的函数图。发明详述从下面本发明的范例性实施方式的更特定叙述会更清楚前面所言，该等实施方式 乃示范于所附的附图中，其中类似的参考数字在不同图中是指相同的部份。附图未必按照 比例绘制，而是强调示范本发明的实施方式。金属性锡(Sn)对人体一般是无毒性的，即使长时间摄取少量浓度也是这样的，而 元素性锡几乎不会影响人体健康。因此，锡是铅的环境上合理替代品，以做为应用于低温泵 中的低温致冷器的再生性热交换器材料，而不显著折衷如图1所示的体积热容量。锡在正常压力和温度下具有二种同素异形体灰色α锡和白色β锡。低于平衡 的13.2°C，它以α锡存在，其具有类似硅和锗的立方晶体结构。灰锡的金属性质很差；其 是无光泽的灰脆性材料。当温热高于平衡的13. 2°C，锡变成白锡或β锡，其是具有正方晶 系结构的延展性金属。α锡会在锡延展性是很重要的应用中造成不欲的效应，并且此转变 导致转变的材料粉末化，此乃因为转变带来体积变化所产生的应力而造成。长时间维持在 13.2°C以下，β锡也会缓慢转变为α锡。形成α锡的育成时间范围可以从数月到超过一 年。此转变涉及孕育时间，其中α相孕核于表面，以及涉及成长阶段，其中α相随着时间 长成β相。结果可以是白锡的金属性表面被可轻易擦掉的灰色粉末所覆盖。此过程已知 为锡病或锡害。由灰锡或α锡所做成的再生性热交换器材料不适合应用于低温循环，这是因为 低温泵的低温表面乃操作于4至70K(-269°C至_203°C )的范围并且于室温和冷操作范围 之间循环，以便规律的维持和再生。转变成灰锡乃通过添加足量锑(Sb)以形成锡和锑的合 金而避免。包含铅和铋当中足量的一或多者或者包含其足量组合的锡合金也可避免转变成 α锡。可以包含添加元素以增强性质(例如体积热容量和延展性)和使导热率减到最小， 只要最少量的抑制性元素包含于合金中即可。这些合金元素包含但不限于h、Ag、Au、Cd、 Ti、Ni、Bi、Ge、Cu、Mg、Mn、Pd、Pt、K、Rh、Se、S、Y、Fe、Al、P、Yb、Zn 及稀土元素。因此，于本发明的特定实施方式，操作低温致冷器的再生性热交换器材料包含锡 锑(Sn-Sb)合金。再生性热交换器材料一般可以包括多个相，各相具有不同的组成比例和 杂质相(例如氧化物、碳化物)。于一个实施方式中，Sn-Sb合金可以包含最多高达大约9.6重量％的Sb的固溶率，13而最少浓度则大约0. 5重量％的Sb。组成可以包含高达大约43重量％的Sb。于其它特定实施方式，操作低温致冷器的再生性热交换器材料包含锡镓(Sn-Ga) 合金。于一个实施方式中，Sn-Ga合金可以包含最多高达大约3. 9重量％的( 固溶率。于特定的实施方式，再生性热交换器材料可以是遵循一般式Sn-Sb-M的三元合 金，其中M是选自以下所构成的群组的元素:Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、 Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、h、Al、Ce、Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb，Er，Ho, Gd 及 Zn。于特定的实施方 式中，Sn-Sb-M合金材料可以包含从大约0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重 量％至大约43重量％的Sb及从大约50重量％至大约99. 5重量％的Sn。本发明的再生性热交换器材料最好包括实质均勻直径的球体，以便于堆积装有再 生性热交换器材料的积冷单元中使沿着操作媒介(冷媒，例如氦气(He))的流动方向的压 力下降减到最少，以及增加操作媒介和再生性热交换器材料之间的热交换效率，并且在积 冷单元里维持固定的热交换速率。再生性热交换器材料的尺寸是对致冷器的冷却功能和热传特性有重大影响的因 素。于一个实施方式中，实质球形的再生性热交换器材料的直径范围是在大约0.01毫米和 大约3毫米之间的范围内。于图2所示的额外实施方式，再生性热交换器200可以包含材料层210、220、230， 其具有不同的体积热容量以适于再生器个别位置的温度，亦即适合在再生器末端210的高 温TH、在中间部份220的较低的中温T1、在另一末端230的低温IV。本发明的再生性热交换 器材料会包含于至少一层中。于特定的实施方式，至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，以及至 少一层包含至少一种稀土元素。适合的稀土元素举例而言包括Sc、La、Ce、ft·、Nd、Rn、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。于其它特定实施方式，至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金， 以及至少一层包含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。适合的稀 土性金属间化合物举例而言包括HoCu2、Er3Ni^PrCu2, GdRh, GdErRh, EuTe。于再一个实施 方式中，至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，以及至少一层包含稀土元素的固溶体合金。适合 的稀土元素固溶体合金举例而言包括Er-Pr、La-Ce, Ce-Pr, Gd-Tb, Dy-Ho, Er-La, Ho-Er, Nd-Sm、Nd-Y 及 Gd-Y。本发明的低温致冷器如此建构成包括多个冷却阶段，并且将合金材料填充于致冷 器的最终冷却阶段的至少部份的再生性热交换器中。举例而言，在二阶段膨胀型致冷器的 情形，本发明的再生性热交换器材料填充于配置在第二冷却阶段的再生器低温末端。在三 阶段膨胀型致冷器的情形，本发明的再生性热交换器材料填充于配置在第三阶段的积冷单 元低温末端。另一方面，三阶段致冷器的其它二阶段的积冷单元乃操作于比第三阶段依序 更高的温度，也可以最佳化地填充在特定积冷单元的操作温度具有高体积比热的其它再生 器材料。三阶段致冷器也可以包含本发明的材料于部分的第二和/或第三阶段，此视各阶 段的操作温度和提供所需冷却的热容量而定。本发明的再生性热交换器材料可以类似地使 用于多于三阶段的系统。本发明的低温致冷器包含Gifford-McMahon型低温致冷器、脉冲管低温致冷器、 Stirling型低温致冷器。本发明Gifford-McMahon低温致冷器的一种实施方式显示于图 3。现参见图3,Gifford-McMahon低温致冷器100包含壳罩105，其进一步包含大直径的第 一阶段位移器110和小直径的第二阶段位移器115，第二阶段位移器115同轴连结于第一阶段位移器110。第一阶段位移器110由位移器驱动马达120所驱动，并且连结于第二阶段位 移器115，而沿着它在缸筒105中自由地往复移动，如双向箭头131、132、133所指。第一阶段位移器110容纳了第一阶段再生性热交换器材料150。于一个实施方式 中，第一阶段再生性热交换器材料150可以包含铜或不锈钢筛或其等效物。于第二阶段位移器115，低温侧包含由本发明再生性热交换器材料所做成的第二 阶段再生性热交换器材料170以用于极度低温。于本发明的特定实施方式，操作低温致冷 器的再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金。于本发明的其它特定实施方式，再生性 热交换器材料可以是遵循一般式Sn-Sb-M的三元合金，其中M是选自以下所构成的群组的 TtM :Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Au、 Cd、Ti、P、Pr、Yb及Si。第二阶段再生性热交换器材料170通过筛网或类似者而包含于第 二阶段位移器115里。于特定的实施方式，第一阶段再生性热交换器材料150和第二阶段 再生性热交换器材料170可以包含至少二层材料，而有不同的体积热容量以适于再生器个 别位置的温度。第一膨胀腔室180提供于第一阶段位移器110和第二阶段位移器115之间。第二 膨胀腔室185提供于第二阶段位移器115底下。第一阶段冷站160提供于第一膨胀腔室 180周围；此外，比第一阶段冷站160还冷的第二阶段冷站190提供于第二膨胀腔室185周 围。提供视需要可选用的加热源195和196分别与第二阶段冷站190和第一阶段冷站160 接触，以于操作和规律维护期间来温热第二和第一阶段。第二阶段冷站190的操作温度大 约IOK至大约25K，因此它是真空泵表面，以用于极低温下凝结或者在这些冷温度下由其它 材料吸附的气体。于一个实施方式中，因为氦气和高导热率的第二阶段冷站190之间没有 阻障，所以氦气和第二阶段冷站190之间有直接的热接触。于另一实施方式，第一阶段冷站 160和第二阶段冷站190其中一者或二者包含铜，以便氦气和个别冷站之间有更大程度的 热接触。低温泵的低温致冷器的工作气体冷媒流动是循环性的。于Gifford-McMahon低温 致冷器的最基本形式，如图3所示，压缩气体源(亦即压缩机)经由进入阀A连结于缸筒 105的第一末端。排放管在线的排出阀B则从第一末端通到压缩机的低压入口。包含再生 器的位移器位于缸筒105的第二末端、排出阀B关闭且进入阀A打开时，缸筒105便填充了 压缩气体。进入阀A仍然打开时，位移器移动到第一末端以迫使压缩气体经过再生器到第 二末端，而气体通过再生器时便冷却了。当进入阀A关闭且排出阀B打开时，气体膨胀到低 压释放管线并且进一步冷却。结果在第二末端跨越缸筒壁的温度梯度造成热从负载流动进 入缸筒里的气体。排出阀B打开且进入阀A关闭时，位移器然后便移动到第二末端，使气体 经过再生器而位移回去，而再生器把热退回给冷气体，因此冷却了再生器，如此就完成了循 环。为了产生用于低温泵所需的低温，输入的气体必须在膨胀之前先冷却。再生器从 输入气体抽取热、储存热、然后把热释放于排放流。再生器是逆向流动热交换器，而氦气以 交替方向通过。再生器包括高表面积、高比热、低导热率的材料。所以，如果氦的温度比较 高，则再生器会从氦接收热。如果氦的温度比较低，再生器会释放热至氦。再者，可以增加第二阶段致冷，如图3所示，以达到IOK以下的温度。于图3的装 置，氦经由阀A进入致冷器而经由阀B离开。位移器驱动马达120分别于第一阶段和第二阶段驱动位移器110和115。第一阶段位移器110包含第一阶段再生器150，而第二阶段 位移器115包含第二阶段再生器170。热是由第一阶段热负载112和第二阶段热负载117 所抽出。可视需要选择性提供加热源195和196来接触第二和第一阶段，以于操作和规 律维护期间分别温热第二和第一阶段。Gifford-McMahon低温致冷器的基本操作描述于 新的低温气体膨胀循环(New Low-Temperature Gas Expansion Cycle，H. 0. McMahon 禾口 W. Ε. Gifford，低温工程会议纪录，低温工程的进展，第5册第1部第3M-372页，科罗拉多 州Boulder, 1959年)以及美国专利第2，906，101和2，966，035号，此等所有教示的内容并 于此以为参考。包含Gifford-McMahon低温致冷器的低温泵的一个实施方式显示于图4。现参见 图4，Gifford-McMahon低温泵300包含具有真空容器凸缘330的真空容器320，且包含辐 射屏蔽325、连结于辐射屏蔽325的前置低温板数组340、连结于第二阶段冷站190的低温 板数组350，第二阶段冷站190则连结于低温致冷器105的第二阶段位移器115。于第二阶 段位移器115里，低温侧包含由本发明再生性热交换器材料所做成的第二阶段再生性热交 换器材料170(未显示)以用于极度低温。低温致冷器105的驱动马达120、工作气体进入 管线A和排放管线B、第一阶段冷站160也显示于图4。Gifford-McMahon低温泵的构件和 操作描述于美国专利第4，918，930号，其所有教示的内容并于此以为参考。于Gifford-McMahon低温泵的特定实施方式，第一阶段再生性热交换器材料(未 显示于图4)和第二阶段再生性热交换器材料(未显示于图4)可以包含如上所述的至少 二层，而具有不同的体积热容量以适合再生器里个别位置的温度。于本发明的其它特定实 施方式，操作低温致冷器的再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金或锡镓(Sn-Ga)合 金。于本发明的其它特定实施方式，再生性热交换器材料可以是遵循一般式Sn-Sb-M的三 元合金，其中M是选自以下所构成的群组的元素Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、 K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Au、Cd、Ti、P、Pr、Yb 及 Zn。于Gifford-McMahon低温泵的特定实施方式，工作气体(例如氦)和高导热率的 第二阶段冷站190之间没有阻障，所以氦气和第二阶段冷站190之间有直接的热接触。于 另一实施方式，第一阶段冷站160和第二阶段冷站190其中一者或二者包含铜，以便氦气和 个别冷站之间有更大程度的热接触。低温泵可以包含脉冲管致冷器。脉冲管致冷器是再生性致冷器，其中压力波来回 行经缓冲槽、脉冲管、包含再生性热交换器材料的区段。压力波产生振荡气体柱，此称为气 体活塞，其功能在于做为可压缩的位移器，以来回移动工作气体经过再生性热交换器材料。 于此过程，脉冲管的末端被冷却而产生冷站区域，脉冲管的另一末端则被加热而产生热站 区域，在此热从致冷器逸散出去。压力波可以是由通过高压和低压气体管线连结于脉冲管 致冷器的压缩机所产生，或者是由例如声波源和活塞的振荡器所产生，因此脉冲管致冷器 在冷末端没有移动部份。某些脉冲管致冷器在脉冲管和缓冲槽之间包含孔，以做为能够适 当调整气体运动和压力波时相的流动阻力。脉冲管致冷器可以是单一阶段或者可以包含多 重阶段。脉冲管致冷器的基本操作描述于脉冲管致冷器做为有效且可靠的低温冷却器的 发展(Development of the Pulse Tube Refrigerator as an Efficient and Reliable Cryocooler, R. Radebaugh,致冷机构会议纪录，第96册，伦敦，1999/2000年)，其所有教示 的内容并于此以为参考。16包含脉冲管低温致冷器的低温泵的一种实施方式显示于图5。现参见图5，脉冲管 低温泵400包含具有真空凸缘430的真空容器420，其包含辐射屏蔽425、前置低温板数组 440、低温板数组450。脉冲管致冷器405包含连结于阀组件455的高压气体入口 A，阀组件 455则与第一阶段脉冲管致冷器组件410流体连通、缓冲槽500、第二阶段脉冲管致冷器组 件510、低压气体出口 B。第一阶段脉冲管致冷器组件410包含第一阶段热交换器150，其连 结于第一阶段冷站460，再与第一阶段脉冲管470、第一阶段热站480、第一阶段限流孔490 流体连通。第二阶段脉冲管致冷器组件510包含第二阶段热交换器170，其连结于第二阶段 冷站560，再与第二阶段脉冲管570、第二阶段热站580、第二阶段限流孔590流体连通。脉 冲管低温泵的构件和操作乃描述于美国专利第7，201，004号，其所有教示的内容并于此以 为参考。于图5所示的低温泵实施方式，第一再生性热交换器材料150可以包含铜筛或其 等效物。于脉冲管低温泵的特定实施方式，第一阶段再生性热交换器材料150和第二阶段 再生性热交换器材料170可以包含如上所述的至少二层，而具有不同的体积热容量以适合 再生器里个别位置的温度。于本发明的其它特定实施方式，操作脉冲管致冷器的再生性热 交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金或锡镓(Sn-Ga)合金。于本发明的其它特定实施方式，再 生性热交换器材料可以是遵循一般式Sn-Sb-M的三元合金，其中M是选自以下所构成的群:Bi、Ag、Ge、Cu、La, Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、 Au、Cd、Ti、P、Pr、Yb 及 Zn。于脉冲管低温泵的特定实施方式，因为工作气体(例如氦)和高导热率的第二阶 段冷站560之间没有阻障，所以氦气和第二阶段冷站560之间有直接的热接触。于另一实 施方式，第一阶段冷站460和第二阶段冷站560其中一者或二者包含铜，以便氦气和个别冷 站之间有较大程度的热接触。低温泵可以包含Mirling低温致冷器。二阶段Mirling低温致冷器的一实施方 式显示于图6。现参见图6，Mirling低温致冷器600包含压力波源610、压力波转移管线 620、壳罩625，壳罩625进一步包含大直径的第一阶段位移器630和小直径的第二阶段位移 器640，第二阶段位移器640同轴连结于第一阶段位移器630。于Mirling低温致冷器的特定实施方式，第一阶段再生性热交换器材料150和第 二阶段再生性热交换器材料170可以包含如上所述的至少二层，而具有不同的体积热容量 以适合再生器里个别位置的温度。第一阶段位移器630容纳第一阶段再生性热交换器材料 150。于一个实施方式，第一阶段再生性热交换器材料150可以包含铜或不锈钢筛或其等效 物。于第二阶段位移器640，低温侧包含由本发明再生性热交换器材料所做成的第二 阶段再生性热交换器材料170，其包含锡锑(Sn-Sb)合金以用于极度低温。第一阶段冷站160提供于第一阶段位移器630远离压力波源610的末端，而比第 一阶段冷站160更冷的第二阶段冷站190则提供于第二阶段位移器640远离第一阶段冷站 160的末端。第二阶段冷站190的操作温度大约IOK至大约25K，因此它是真空泵表面，以 用于极低温下凝结或者在这些冷温度下由其它材料吸附的气体。热从第一阶段热负载112 和第二阶段热负载117抽取。于Mirling低温致冷器的另一实施方式，压力波源610可以 是活塞或声波源。于Mirling低温致冷器的又一实施方式，如图7所示，压力波源610整合于壳罩625，因此不需要压力波转移管线620。现参见图7，所有显示的项目已事先描述于 图6。包含二阶段Mirling低温致冷器的低温泵的一种实施方式显示于图8。现参见图 8，低温泵700包含连结于压力波转移管线620的压力波源610、具有真空容器凸缘330的真 空容器320，真空容器320包含辐射屏蔽325、连结于辐射屏蔽325的前置低温板数组340、 连结于第二阶段冷站190的低温板数组350，第二阶段冷站190则连结于低温致冷器105的 第二阶段位移器115。于第二阶段位移器115里，低温侧包含由本发明再生性热交换器材料 所做成的第二阶段再生性热交换器材料170(未显示)，其包含锡锑(Sn-Sb)合金以用于极 度低温。于包含Mirling低温致冷器之低温泵的另一个实施方式，压力波源610可以是活 塞或声波源。于Mirling低温致冷器的又一个实施方式，如图9所示，压力波源610整合 于真空容器320，因此就不需要压力波转移管线620。现参见图9，所有显示的项目已事先描 述于图8。实施例直径0. 28毫米、呈圆形丸粒形式的再生性热交换器材料组成为95重量％的Sn 和5重量％的Sb，是于标准的二阶段Gifford-McMahon致冷器中测试。均勻尺寸和组成的 Sn-Sb再生性材料乃包含于Gifford-McMahon致冷器100的第二阶段位移器115的热交换 器170，如图3所示。第二阶段建构成氦工作气体冷媒和铜热站190之间有直接的热接触， 如图3所示。测试条件包括第一阶段不同的温度设定以及位移器驱动马达120不同的往复 速率，如图3所示。改变对第一阶段的热负载来控制第一阶段的温度设定以维持所需温度。 逐渐增加对第二阶段的热负载，并且监测第二阶段的温度。图10显示施加于由95重量％ 的Sn、5重量％的Sb所组成的再生性热交换器材料相较于由铅(Pb)组成的再生性热交换 器材料的标准Gifford-McMahon致冷器第二阶段的热负载(瓦)对第二阶段温度(Kelvin 度)的函数图，其中位移器操作于每分钟72转(rpm)的马达速度。在此所引述的所有专利、公告申请和参考文献的教示的内容并于此以为参考。等效者虽然本发明已参考其实施方式而做了特别的显示和描述，但是熟悉此类技术者将 会了解到可以就形式和细节做出各式各样的改变，而不偏离所附权利要求限定的本发明 保护范围。权利要求1.一种低温致冷器，其包括在至少一个冷却阶段中与工作气体热接触的再生性热交换 器材料，其包含锡锑(Sn-Sb)合金。2.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是Gifford-McMahon低温致冷ο3.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是脉冲管低温致冷器。4.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是Mirling低温致冷器。5.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该工作气体是氦。6.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该至少一个冷却阶段包含至少二层再生性热 交换器材料。7.如权利要求6所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一 层包含至少一种稀土元素。8.如权利要求6所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一 层包含一或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。9.如权利要求6所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一 层包含稀土元素的固溶体合金。10.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑。11.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb合金包括最多大约9.6重量％的铺。12.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb合金包括最多大约6.7重量％的铺。13.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb合金包括最少大约0.5重量％的铺。14.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb合金包含实质球形的锡锑合金颗粒。15.如权利要求14所述的低温致冷器，其中该实质球形Sn-Sb合金颗粒的直径范围是 在大约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。16.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该至少一个冷却阶段进一步包含与工作气 体直接热接触的冷站。17.如权利要求16所述的低温致冷器，其中该冷站实质上由铜所组成。18.如权利要求1所述的低温致冷器，其中该再生性热交换器材料包括Sn-Sb-M合金， 其中M是至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、 Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb 及 Zn。19.如权利要求18所述的低温致冷器，其中该工作气体是氦。20.如权利要求18所述的低温致冷器，其中该至少一个冷却阶段包含至少二层再生性 热交换器材料。21.如权利要求20所述的低温致冷器，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层 包含至少一种稀土元素。22.如权利要求20所述的低温致冷器，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层 包含一或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。23.如权利要求20所述的低温致冷器，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层 包含稀土元素的固溶体合金。24.如权利要求18所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb-M合金材料包括从大约0.01重 量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及从大约50重量％至 大约99. 5重量％的Sn。25.如权利要求M所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb-M合金包含实质球形的Sn-Sb-M 合金颗粒。26.如权利要求25所述的低温致冷器，其中该实质球形Sn-Sb-M合金颗粒的直径范围 是在大约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。27.如权利要求18所述的低温致冷器，其中至少一个冷却阶段进一步包含与工作气体 直接热接触的冷站。28.如权利要求27所述的低温致冷器，其中该冷站实质上由铜所组成。29.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含至少一个冷却阶段，其包含适于做为低温冷媒的工作气体，以及包含与至少一个冷却 阶段热接触的至少一个冷站；再生性热交换器材料，其与工作气体热接触，该再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb) 合金；以及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于至少一个冷站。30.如权利要求四所述的低温泵，其中该低温致冷器是Gifford-McMahon低温致冷器。31.如权利要求四所述的低温泵，其中该低温致冷器是脉冲管低温致冷器。32.如权利要求四所述的低温泵，其中该低温致冷器是Mirling低温致冷器。33.如权利要求四所述的低温泵，其中该工作气体是氦。34.如权利要求四所述的低温泵，其中该至少一个冷却阶段包含至少二层再生性热交 换器材料。35.如权利要求34所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含至少一种稀土元素。36.如权利要求34所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。37.如权利要求34所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含稀土元素的固溶体合金。38.如权利要求四所述的低温泵，其中该至少一个冷却阶段包含与工作气体直接热接 触的冷站。39.如权利要求38所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜所 组成。40.如权利要求四所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑。41.如权利要求四所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约9.6重量％的锑。42.如权利要求四所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约6.7重量％的锑。43.如权利要求四所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最少大约0.5重量％的锑。44.如权利要求四所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包含实质球形的锡锑合金颗粒。45.如权利要求44所述的低温泵，其中该实质球形Sn-Sb合金颗粒的直径范围是在大 约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。46.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含至少一个冷却阶段，其包含适于做为低温冷媒的工作气体，以及包含与至少一个冷却 阶段热接触的至少一个冷站；再生性热交换器材料，其与工作气体热接触，该再生性热交换器材料包含Sn-Sb-M合 金，其中M是至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、 Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb 及 Zn ；以及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于至少一个冷站。47.如权利要求46所述的低温泵，其中该工作气体是氦。48.如权利要求46所述的低温泵，其中该至少一个冷却阶段包含至少二层再生性热交 换器材料。49.如权利要求48所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 至少一种稀土元素。50.如权利要求48所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。51.如权利要求48所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 稀土元素的固溶体合金。52.如权利要求46所述的低温泵，其中该至少一个冷却阶段包含与工作气体直接热接 触的冷站。53.如权利要求52所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜所 组成。54.如权利要求46所述的再生性热交换器材料，其中该Sn-Sb-M合金材料包括从大约 0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及从大约50 重量％至大约99. 5重量％的Sn。55.如权利要求M所述的再生性热交换器材料，其中该Sn-Sb-M合金包含实质球形的 Sn-Sb-M合金颗粒。56.如权利要求55所述的再生性热交换材料，其中该实质球形Sn-Sb-M合金颗粒的直 径范围是在大约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。57.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含于积冷单元里的往复式位移器，其具有第一和第二同轴阶段，该位移器驱动成往复运 动，而交替压缩和膨胀适于做为低温冷媒的工作气体；于位移器里的再生性热交换器材料，其与工作气体热接触，该再生性热交换器材料包 含锡锑(Sn-Sb)合金；以及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于第二同轴阶段。58.如权利要求57所述的低温泵，其中该工作气体是氦。59.如权利要求57所述的低温泵，其中该再生性热交换器材料包含至少二层再生性热 交换器材料。60.如权利要求59所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层包含至少一种稀土元素。61.如权利要求59所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含一或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。62.如权利要求59所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含稀土元素的固溶体合金。63.如权利要求57所述的低温泵，其中该第二同轴阶段包含与工作气体直接热接触的 冷站。64.如权利要求63所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜所 组成。65.如权利要求57所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑。66.如权利要求57所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约9.6重量％的锑。67.如权利要求57所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约6.7重量％的锑。68.如权利要求57所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最少大约0.5重量％的锑。69.如权利要求57所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包含实质球形的锡锑合金颗粒。70.如权利要求69所述的低温泵，其中该实质球形Sn-Sb合金颗粒的直径范围是在大 约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。71.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含于积冷单元里的往复式位移器，其具有第一和第二同轴阶段，该位移器驱动成往复运 动，而交替压缩和膨胀适于做为低温冷媒的工作气体；于位移器里的再生性热交换器材料，其与工作气体热接触，该再生性热交换器材料包 含Sn-Sb-M合金，其中M是至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、Ag、Ge、Cu、La、 Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb RZn-M 及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于第二同轴阶段。72.如权利要求71所述的低温泵，其中该工作气体是氦。73.如权利要求71所述的低温泵，其中该再生性热交换器材料包含至少二层再生性热 交换器材料。74.如权利要求73所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 至少一种稀土元素。75.如权利要求73所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。76.如权利要求73所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包含 稀土元素的固溶体合金。77.如权利要求71所述的低温泵，其中该第二同轴阶段包含与工作气体直接热接触的 冷站。78.如权利要求77所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜所 组成。79.如权利要求71所述的再生性热交换器材料，其中该Sn-Sb-M合金材料包括从大约 0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及从大约50重量％至大约99. 5重量％的Sn。80.如权利要求79所述的低温泵致冷器，其中该Sn-Sb-M合金包含实质球形的 Sn-Sb-M合金颗粒。81.如权利要求80所述的低温致冷器，其中该实质球形Sn-Sb-M合金颗粒的直径范围 是在大约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。82.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含缓冲槽，其建构成包含适于做为低温冷媒的工作气体量；第一热交换区域，其与缓冲槽流体连通；脉冲管，其与第一热交换区域流体连通，而建构成沿着脉冲管传送气压波；第二热交换区域，其与脉冲管流体连通；腔穴，其与第二热交换区域流体连通，该腔穴包含与工作气体热接触的再生性热交换 器材料，该再生性热交换器材料包含锡锑(Sn-Sb)合金；气压源，其适于产生气压波；以及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于第二热交换区域。83.如权利要求82所述的低温泵，其进一步包含限流孔，其与缓冲槽流体连通且与第 一热交换区域流体连通。84.如权利要求82所述的低温泵，其中该限流孔进一步包含可调式开口。85.如权利要求82所述的低温泵，其中该气压源是往复式活塞，该活塞驱动成往复运 动，而交替压缩和膨胀工作气体。86.如权利要求82所述的低温泵，其中该工作气体是氦。87.如权利要求82所述的低温泵，其中该再生性热交换器材料包含至少二层再生性热 交换器材料。88.如权利要求87所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含至少一种稀土元素。89.如权利要求87所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。90.如权利要求87所述的低温泵，其中至少一层包含锡锑(Sn-Sb)合金，并且至少一层 包含稀土元素的固溶体合金。91.如权利要求82所述的低温泵，其中该第二热交换区域包含与工作气体直接热接触 的冷站。92.如权利要求91所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜所 组成。93.如权利要求82所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约43重量％的锑。94.如权利要求82所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约9.6重量％的锑。95.如权利要求82所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最多大约6.7重量％的锑。96.如权利要求82所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包括最少大约0.5重量％的锑。97.如权利要求82所述的低温泵，其中该Sn-Sb合金包含实质球形的锡锑合金颗粒。98.如权利要求97所述的低温泵，其中该实质球形Sn-Sb合金颗粒的直径范围是在大 约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。99.一种低温泵，其包括低温致冷器，该致冷器包含缓冲槽，其建构成包含适于做为低温冷媒的工作气体量；第一热交换区域，其与缓冲槽流体连通；脉冲管，其与第一热交换区域流体连通，而建构成沿着脉冲管传送气压波；第二热交换区域，其与脉冲管流体连通；腔穴，其与第二热交换区域流体连通，该腔穴包含与工作气体热接触的再生性热交换 器材料，该再生性热交换器材料包含Sn-Sb-M合金，其中M是至少一种选自以下所构成的群 MrP^TtM :Bi、Ag、Ge、Cu、La, Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh, Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、 Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb R Zn ；气压源，其适于产生气压波；以及至少一个低温板，其适于凝结或吸附气体、连结于第二热交换区域。100.如权利要求99所述的低温泵，其进一步包含限流孔，其与缓冲槽流体连通和与第 一热交换区域流体连通。101.如权利要求99所述的低温泵，其中该限流孔进一步包含可调式开口。102.如权利要求99所述的低温泵，其中该气压源是往复式活塞，该活塞驱动成往复运 动，而交替压缩和膨胀工作气体。103.如权利要求99所述的低温泵，其中该工作气体是氦。104.如权利要求99所述的低温泵，其中该再生性热交换器材料包含至少二层再生性 热交换器材料。105.如权利要求104所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包 含至少一种稀土元素。106.如权利要求104所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包 含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。107.如权利要求104所述的低温泵，其中至少一层包含Sn-Sb-M合金，并且至少一层包 含稀土元素的固溶体合金。108.如权利要求99所述的低温泵，其中该第二热交换区域包含与工作气体直接热接 触的冷站。109.如权利要求108所述的低温泵，其中该与工作气体直接热接触的冷站实质上由铜 所组成。110.如权利要求99所述的再生性热交换器材料，其中该Sn-Sb-M合金材料包括从大约 0. 01重量％至大约40重量％的M、从大约0. 1重量％至大约43重量％的Sb及从大约50 重量％至大约99. 5重量％的Sn。111.如权利要求110所述的低温致冷器，其中该Sn-Sb-M合金包含实质球形的 Sn-Sb-M合金颗粒。112.如权利要求111所述的低温致冷器，其中该实质球形Sn-Sb-M合金颗粒的直径范 围是在大约0. 01毫米和大约3毫米之间的范围内。113.—种在低温操作低温泵的方法，其包括在低温泵的积冷单元里往复式移动位移器，该位移器壳罩着包含锡锑(Sn-Sb)合金的 再生性热交换器材料；在压力下将工作气体引入积冷单元，由此往复移动位移器和降低气压而膨胀并冷却气 体，此转而冷却再生性热交换器材料。114.如权利要求113所述的方法，其中该工作气体是氦。115.一种在低温操作低温泵的致冷器，其包括用于提供往复运动的机构，其驱动低温泵的积冷单元里的位移器，该位移器壳罩着包 含锡锑(Sn-Sb)合金的再生性热交换器材料；用于在压力下将工作气体引入积冷单元的机构；以及用于工作气体和再生性热交换器材料之间交换热的机构。116.如权利要求115所述的方法，其中该工作气体是氦。117.一种在低温操作低温泵的方法，其包括提供至少一个冷却阶段，其包含适于做为低温冷媒的工作气体、与至少一个冷却阶段 的至少一个冷站热接触、与工作气体热接触的再生性热交换器材料，该再生性热交换器材 料包含锡锑(Sn-Sb)合金；以及使气体凝结或吸附在连结于至少一个冷站的至少一个低温板上。118.如权利要求117所述的方法，其中该工作气体是氦。119.一种低温致冷器，其包括在至少一个冷却阶段中与工作气体热接触的再生性热交 换器材料，其包含锡镓(Sn-Ga)合金。120.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是Gifford-McMahon低温 致冷器。121.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是脉冲管低温致冷器。122.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该低温致冷器是Mirling低温致冷器。123.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该工作气体是氦。124.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该至少一个冷却阶段包含至少二层再生 性热交换器材料。125.如权利要求IM所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，并且至 少一层包含至少一种稀土元素。126.如权利要求IM所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，并且至 少一层包含一种或多种稀土元素与非稀土金属的稀土性金属间化合物。127.如权利要求IM所述的低温致冷器，其中至少一层包含锡镓(Sn-Ga)合金，并且至 少一层包含稀土元素的固溶体合金。128.如权利要求119所述的低温致冷器，其中该Sn-Ga合金包括最多大约3.9重量％ 的镓。全文摘要一种低温致冷器包含在至少一个冷却阶段中与工作气体热接触的再生性热交换器材料，其包含锡锑(Sn-Sb)合金或锡镓(Sn-Ga)合金。该再生性热交换器材料可以包含Sn-Sb-M合金，其中M包含至少一种选自以下所构成的群组中的元素Bi、Ag、Ge、Cu、La、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、K、Rh、Sm、Se、S、Y、Fe、In、Al、Ce、Dy、Cd、Ti、Au、P、Pr、Yb及Zn。该低温致冷器可以包含吉福麦特-麦克马洪致冷器(Gifford-McMahon refrigerator)、脉冲管致冷器或斯特林致冷器(Stirling refrigerator)。低温泵包含适于凝结或吸附气体的低温板和低温致冷器。文档编号F04B39/06GK102046975SQ200980120523 公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月3日 优先权日2008年4月4日发明者杜琳·J.·波尔-迪法兹奥 申请人:布鲁克机械公司