Техника высокого вакуума. Лабораторный практикум doc
жүктеу/скачать 6.33 Mb. Pdf көрінісі
|
| а
б Рис. 2. Конструкции твердофазных испарителей: а – прямонакальный; б – косвенного накала. 1 – биметаллический испаритель; 2 – испаряемый геттерный материал; 3 – нагреватель. Простейший прямонакальный испаритель представлен на рис. 2,а. Испаритель такого типа представляет собой отрезок («шпильку») биметаллической проволоки с молибденовым керном (сердечником) диаметром d = 0,3-2 мм, на который осажден слой титана толщиной δ = 0,5d (рабочий ток испарителей до 200 А, температура геттера – до 1150 °С). В геттерных насосах устанавливается от одной до шести таких прямых или U-образных шпилек, содержащих от 1 до 17 г распыляемого титана. Скорость испарения регулируется подводимой мощностью; максимальный ресурс одной шпильки 600 ч. 74 Прямонакальные испарители отличаются предельной простотой конструкции и схемы электропитания. Их недостатки - ограниченный ресурс и относительно малый коэффициент использования геттера. Несколько больший коэффициент использования геттера имеют испарители косвенного накала (рис. 2,б). Такой испаритель выполняется в виде сферической Тi оболочки диаметром порядка 30 мм, во внутренней полости которой установлен проволочный вольфрамовый нагреватель. Скорость испарения Ti варьируется от 3·10 –3 до 0,15 мг/с (начальная масса титана 35 г, максимальная потребляемая мощность 750 Вт). Толщина оболочки обычно не превышает 5 мм, что лимитирует общую массу геттера и ресурс испарителя. Коэффициент использования геттера ограничен местными прогарами оболочки. Максимальное давление газа при включении титановых испарителей рассматриваемых типов не должно превышать 10 –4 мм рт. ст. При более высоких давлениях на поверхности испарителя образуются слои химических соединений титана с откачиваемыми газами, резко снижающие скорость испарения и ухудшающие сорбционные характеристики насоса. При создании высокопроизводительных геттерных насосов преимущественное применение получили электронно-лучевые и дуговые испарители титана. Электронно-лучевой испаритель представляет собой электронную пушку с вольфрамовым катодом и испаряемую мишень-анод, помещенные в поперечное магнитное поле (рис. 3). Рис. 3. Схема электронно-лучевого испарителя проволочного титана: 1 – тигель испарителя, 2 – испаряемый металл, 3 – электронный луч, 4 – электронная пушка, 5 – магнитная система. 75 Между пушкой и мишенью приложено ускоряющее напряжение в несколько киловольт. В зависимости от размера мишени и мощности электронного пучка максимальная скорость испарения титана может достигать ~25 мг/с. Наличие поперечного магнитного поля, поворачивающего пучок электронов примерно на 270°, позволяет разместить электронную пушку вне зоны распыления титана. В дуговых испарителях (рис. 4) источником распыляемого геттера служит катодное пятно дуги постоянного тока. Плотность тока в пятне достигает 10 6 – 10 7 А/см 2 . Дуга горит в парах испаряемого титана, что позволяет поддерживать ее горение вплоть до давлений 10 –8 – 10 –9 мм рт. ст. Катодное пятно хаотично перемещается по поверхности испарения охлаждаемого водой катода, вследствие чего титан испаряется равномерно, и катод имеет сравнительно низкую температуру. Возбуждение дуги производится кратковременным замыканием катода с анодом (стенками насоса) подвижным молибденовым электродом или другим способом. Рис. 4. Конструкция дугового испарителя. 1 – подвижный молибденовый электрод; 2 – испаряемый геттерный материал; 3 – экран; 4 – медная подложка, 5 – дуга. Конструктивно катод представляет собой экранированный диск из титана, лежащий на изолированной от корпуса и охлаждаемой водой медной подложке. Экран изолирован от катода и корпуса насоса (находится под нулевым потенциалом). Он служит для предотвращения попадания катодного пятна на боковые поверхности титанового диска. Давление запуска насоса не должно превышать 5·10 –2 мм рт. ст., иначе возможно образование неподвижных анодных пятен, способных проплавить стенку насоса. 76 Во время работы дугового испарителя в откачиваемой камере могут наблюдаться значительные (более чем на порядок) колебания давления. Это связано с тем, что откачиваемые за счет диссоциации в дуговом разряде углеводороды адсорбируются на поверхности пленки титана и в дальнейшем за счет его каталитических свойств образуют молекулы СН 4 . Поскольку дуговой разряд является источником теплового и УФ излучения образованные молекулы СН 4 десорбируются обратно в газовую среду, тем самым, повышая давление в камере. Таким образом, дуговые геттерные насосы рекомендуется эксплуатировать в режиме циклического включения испарителей. В промежутках между распылением остаточное давление достигает значений 10 –8 – 10 –9 мм рт. ст. Из-за ограничения минимальной величины скорости испарения дуговые испарители целесообразно использовать в вакуумных системах с большими газовыми нагрузками. В процессе эксплуатации геттерных насосов необходима периодическая чистка корпуса насоса от пленок титана. Необходимая периодичность чистки определяется режимом работы насоса, рабочим давлением, количеством напусков атмосферного воздуха и т.д. Рекомендуется чистить насос после испарения трех- четырех блоков испарителей. Наиболее частым видом отказа геттерного насоса является замыкание электродной системы по изоляторам в результате запыления их титаном. Частота отказов выше, если насос в основном работает при высоких впускных давлениях. Следует отметить, что геттерные насосы представляют собой удобные вспомогательные откачивающие устройства, позволяющие эффективно устранять неожиданные выбросы газа в систему, например, вследствие интенсивного газовыделения из какого-либо элемента установки. К недостаткам этих насосов, препятствующим их применению в качестве основных насосов для получения сверхвысокого вакуума, остается трудность обеспечения максимальной активации поглотителей, а также плохая воспроизводимость скорости откачки. Кроме того, насосы этого типа не способны откачать инертные газы и углеводороды. |