Техника высокого вакуума. Лабораторный практикум doc
жүктеу/скачать 6.33 Mb. Pdf көрінісі
|
| RT
E o e P k D 2 - × d = , (1) где k – постоянная, зависящая от природы системы «газ – металл»; Е о – энергия активации процесса диффузии. При повышении температуры возрастает интенсивность колебаний частиц твердого тела, и осевшие на поверхности молекулы газа могут выделиться в свободное пространство. Освободившиеся участки поверхности твердого тела могут быть снова заняты газом, диффундирующим из объема твердого тела. Ясно, что обезгаживание следует вести при повышенных температурах, чтобы ускорить процессы десорбции и диффузии. Однако в некоторых случаях при повышенных температурах процессы могут осложняться за счет химического взаимодействия газов с твердым телом. На практике бывает довольно трудно различить, за счет какого процесса поглощается или выделяется газ. Более легко различима физическая адсорбция (десорбция), при которой газ поглощается или выделяется практически мгновенно. В общем случае для распознавания природы поглощения газа основываются на форме кривых зависимости количества выделившегося газа от времени при изотермическом обезгаживании. Если газовыделение обусловлено в основном диффузией газа из объема твердого материала, то скорость выделения газа приблизительно пропорциональна 2 1 / - t , (где τ – время обезгаживания). Скорость выделения хемосорбированного газа пропорциональна 1 - t , а образующегося при поверхностной термической диссоциации – 2 - t . Количество физически адсорбированного газа считают эквивалентным мономолекулярному слою: 0,3 - 0,5 л·мм рт. ст./см 2 . Этот газ удаляется за 2-3 минуты при нагреве до 200 - 300 °С. Величина истинной поверхности, участвующей в физической адсорбции, может в сотни раз превышать геометрическую поверхность твердого тела. 91 Повышение температуры отжига всегда ускоряет обезгаживание металлов и улучшает очистку поверхности. Однако при выборе температуры обезгаживания следует учитывать и возможность нежелательных структурных изменений металлов, приводящих к рекристаллизации и к снижению прочности, нарушению формоустойчивости деталей. Температура обезгаживания должна быть, по возможности, более высокой, по крайней мере, выше рабочей температуры деталей в приборах. Эта температура ограничивается иногда испарением материала (испарение считается заметным, если давление паров над металлом превышает 10 –2 мм рт. ст.). Максимальные температуры обезгаживания для наиболее распространенных металлов следующие: для вольфрама – 1800 °С, для молибдена – 950 °С, для меди – 500 °С, для никеля – 750-950 °С, для железа – 1000 °С. Известны следующие способы нагрева материалов при обезгаживании: - в электрических и газовых печах; - за счет непосредственного пропускания электрического тока через деталь; - токами высокой частоты; - путем бомбардировки деталей положительными ионами или электронами в вакууме (в последнем случае возможно разрушение химических соединений, находящихся на поверхности). Методом прогрева в печи возможно обезгаживание всего прибора целиком. При этом происходит обезгаживание вспомогательных металлических деталей, которые в готовом приборе при его работе не нагреваются до высокой температуры. Прогрев или прокаливание непосредственным пропусканием электрического тока удобно применять к деталям, которые используются как нагревательные элементы в готовом изделии (например, катоды, нити накаливания и т.п.). В частности, режим прокаливания катода для его обезгаживания всегда должен удовлетворять также и требованиям его температурной обработки для получения надлежащих эмиссионных свойств. Во всяком случае в процессе откачки катод должен хотя бы некоторое время выдерживаться при температуре более высокой по сравнению с его рабочей температурой. 92 Прокаливанию токами высокой частоты в процессе откачки подвергаются наиболее ответственные металлические детали электровакуумного прибора. При этом катушка (индуктор), по которой течет ток высокой частоты, располагается снаружи (в воздушной атмосфере), а нагреваемая металлическая деталь – внутри вакуумной системы (обычно стеклянной). В детали, расположенной внутри катушки, наводятся токи Фуко, за счет их протекания происходит разогревание. При прокаливании электронной бомбардировкой используется кинетическая энергия электронов, эмитируемых накаленным катодом и устремляющихся под действием электрического поля к положительно заряженному (по отношению к катоду) электроду. При достижении электронами поверхности положительного электрода их кинетическая энергия превращается в теплоту, которая и повышает температуру электрода. Очевидно, температура прокаливания, достигаемая методом электронной бомбардировки, тем выше, чем выше положительный потенциал прокаливаемого электрода и чем больше электронный ток катода. Электронная бомбардировка является единственным эффективным методом обезгаживания внутренних электродов (например, сеток). При пользовании методом электронной бомбардировки необходимо соблюдать такой режим, чтобы насос успевал откачивать выделяющиеся газы, иначе давление в приборе может возрасти до величины, достаточной для образования дугового разряда через газы (между катодом и прокаливаемым электродом); даже, если нет опасности возникновения дуги, то все же нельзя допускать такого повышения давления, при котором может происходить заметная ионная бомбардировка катода, приводящая к его распылению или к снижению эмиссии. При использовании данных методов обезгаживания необходимо придерживаться следующих общих правил: - температуру прокаливаемой детали повышать постепенно; - максимальную температуру прокаливания устанавливать, по возможности, более высокой, учитывая свойства данного металла в отношении скорости испарения и точки плавления, а также близость к стеклу; - при прокаливании делать кратковременные перерывы для удаления выделяющихся газов, которые не только опасны с точки 93 зрения возникновения дугового разряда в откачиваемом приборе, но и сильно снижают скорость обезгаживания. При обезгаживании методом ионной бомбардировки в откачанный до высокого вакуума прибор впускается некоторое количество газа, не действующего химически на накаленный катод и являющегося для ионной бомбардировки достаточно удовлетворительным; например, можно пользоваться смесью водорода с аргоном при давлении 10–20 мм рт. ст. В атмосфере впущенного в откачанный прибор газа возбуждается разряд, и образующимися при этом ионами газа, ударяющимися под действием электрического поля об электроды прибора, последние доводятся до высокой температуры. Получающийся при соприкосновении с накаленным катодом активный (одноатомный) водород является весьма эффективным восстановителем и, воздействуя на нагретые ионной бомбардировкой электроды, очищает их поверхность от окислов. Ударами ионов выбиваются также молекулы других газов, адсорбированные на поверхности бомбардируемых электродов и со стенок стекла. Использованные для ионной бомбардировки газы удаляются насосом: при этом необходимо иметь в виду, что если для ионной бомбардировки были использованы только инертные газы, то они почти не адсорбируются электродами при ионной бомбардировке; водород же может оказаться сам поглощенным в некотором количестве; поэтому при откачке прибора после ионной бомбардировки необходимо подвергать электроды некоторому дополнительному прокаливанию, но уже в вакууме. Способ обезгаживания ионной бомбардировкой применяется при откачке больших электровакуумных приборов (мощных генераторных ламп, рентгеновских трубок и т.п.), в которых для электронной бомбардировки необходимо прикладывать к электродам весьма высокие напряжения; ионная же бомбардировка требует сравнительно низких напряжений. жүктеу/скачать 6.33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|