Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 20
Текст из файла (страница 20)
На крышке монтируются все внутренние узлы насоса: анод, катод, испарители и нагреватель. Патрубок в крышке насоса предназначен для предварительной Рис. 2-11. Геттврно-ионный насос с примонвкальными нспарптелимтт нз титаново-молибденовой проволоки. т-- анод; 2 — прннонака н нно иепарнтели. 2 — катол, Š— корпус: У вЂ” каркас ллн нонтзма злектронншГ океан, о — металлакерамнчеекип токоввол; 2 — цоколь, а — патрувок прелварительнон откачки; Р— елаиец-заглушка. откачки. Корпус насоса снаружи охлаждается проточной водой. Анод выполнен в виде беличьего колеса и представляет собой два стальных кольца, по образующим которых натянута вольфрамовая проволока диаметром 0,1 — 0,2 мм с шагом 6 мвс Катод изготовлен из вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм, один конец катода заземлен.
По периферии насоса натянута вольфрамовая проволока диаметром 1,5 мм, предназначенная для прогрева насоса при его обезгаживании. Испарители имеют форму шпилек и выполнены из титапо-молибденовой проволоки диаметром 2 мм; запас титана в обоих испарителях составляет около 7 г. Скорость испарения составляет 5 †!5 мг/ч и контролируется по току и напряжению на испарителе. При поддержании постоянной мощности нагрева скорость испарения не меняется в течение сотен часов и сохраняетсл постоянной вплоть до использования 80% титана. Химически активные газы поглощаются пленкой титана, непрерывно папыляемой на внутреннюю поверхность водоохлаждаемого корпуса насоса. Ионизация инертных газов и углеводородов осуществляется за счет их соударения с электронами, эмитируемыми накаленным вольфрамовым катодом. «Прозрачная» для электронов анодпая сетка, находящаяся под положительным потенциалом ! 000 — 1 200 а, увеличивает длину пробега электронов, а следовательно, и эффективность ианизации инертных газов и углеводородов, Скорость откачки воздуха в диапазоне давлений 10 е — 10 ' мм рт.
сг, длл насоса ГИН-05 составляет 400 л/сек. Подключение небольшого паромасляного диффузионного насоса увеличивает скорость откачки на 25 †30% . Характерно, что проведенный прп этом массспектрометрический анализ остаточных газов показывает отсутствие в рабочем объеме следов рабочей жидкости или продуктов ее крекинга, что, по-видимому, объясняется термическим разложением паров рабочей жидкости в геттсрно-ионном насосе с последующим поглощением продуктов разложения. Средняя скорость откачки водорода свежеиспаренным титаном составляет 3 — 5 л/ггк см', а его «емкость» для смеси газов, обычно присутствующих в системах, около 1О-в л мм рт. ст.
Следовательно, по сути дела пег принципиальных ограничений по увеличению скорости откачки и срока службы насосов этого типа, так как 102 для этого требуется только увеличение активной поверхности насоса н запаса титана в нем. Значительное увеличение запаса титана мо,кет быть получено при использовании в качестве испарителей ти. тановых цилиндров, разогреваемых за счет лучистой энергии вольфрамовых подогревателей, Разновидностью геттсрно-ионных насосов является так называемый орбитрон (рис. 2-12).
Источником электронов в этом насосе являются две вольфрамовые нити накала !. Па оси водоохлаждаемого заземленного кор- 2 пуса 2, являющегося катодом, расположен анод 4 в виде вольфрамового стержня. На этом стержне укреплены цилиндры 3 и б, изготовленные из титана.
3 Между анодом 4 и заземленным корпусом 2 приложено высокое напряжение величиной до 10 кв, в результате чего создается электрическое поле, которое захватывает эмиттируемые нитями нака- з ла электроны и заставляет их двигаться по элептическим орбитам, Вследствие большой длины свободного пробега электронов (достигающей нескольких сотен метров) электроны эффективно понизиру1от молекулы остаточ- р 2 Г2 г Рнс. 2-12, Геттерно-ван- ных газов и, обладая значитель нмй насос типа орбиной энергией, бомбардируют ти- тров тан, поддерживая его при температуре сублимации.
Пленка титана, непрерывно напыляемая на водоохлаждаемый корпус насоса, адсорбирует активные газы, а инертные газы удаляются в результате ионной откачки. Насос достаточно прост по конструкции и обладает постоянной скоростью откачки в диапазоне высокого вакуума, так как испарение титана определяется не концентрацией ионов, а регулируемой электронной эмиссией.
103 Недостатками геттерно-ионных насосов являются до. статочно узкий диапазон, в котором скорость откачки не зависит от давления, а также высокая селективность при откачке смеси газов. Так, например, скорость откачки аргона примерно в 600 раз меньше скорости откачки водорода, Эта особенность насоса может быть полезно использована для определения течей до 10-' л дк/сек за счет обдувания объекта проверки аргоном.
Недостатком геттерно-ионных насосов является также и то, что откачиваемые газы ие удаляются из объема насоса, а остаются в связанном состоянии на его внутренних стенках. Наличие на стенках насоса газовых пленок создает условия для возникновения многочисленных объемных реакций, в результате которых ранее сорбированные газы в определенных условиях могут вновь выделяться и повышать давление в системе. На практике часто именно эти процессы определяют конечный вакуум геттерно-ионных насосов.
Основными компонентами остаточных газов являются водород, метан и аргон, Замена титана хромом позволяет снизить давление аргона. Комбинированное испарение титана и хрома дает возможность получить более низкие давления, чем при испарении каждого из них в отдельности. Предельный вакуум, создаваемый с помощью геттерно-ионных насосов, может быть значительно улучшен, если проводить напыление титана на поверхность, имеющую температуру жидкого азота.
Такого рода насосы, называемые азотитами, обладают удельной сорбциеи, примерно в 5 раз выше, чем сорбция титаном, нанесенным на поверхность, находящуюся при комнатной температуре. Откачка азотитами по сравнению с сорбцией титаном на тепловой поверхности не приводит к выделению в объем посторонних газов, например метана, Предельный вакуум, получаемый с помощью азотитов, достигает 2 1Ог м мд рт.
сг. Параметром, ограничивающим применение насоса в области высоких давлений, является количество молекул титана, испаряемого в единицу времени. Когда оно менее чем в 1О раз превышает количество поступающих в объем молекул водорода, давление в объеме быстро возрастает — азотит «захлебывается». Низкая испаряемость титана требует .применения мощных высокотемпературных испарителей. Использо- 104 ванне таких испарителей в насосах с глубоким охлаждением напыляемой пленки приводит к сильному увеличению расхода жидкого азота. Кроме того, титан дорог; в связи с этим были предприняты попытки отыскания недорогих рабочих веществ для насосов с сорбционной активностью, близкой к титану, но с более низкой температурой испарения.
Исследования показали, что высокой сорбционной активностью по отношению к остаточным газам и в том числе к водороду обладают напыленные пленки церия, лантана, молибдена и нержавеющей стали. Было установлено, что сорбциопные свойства пленок молибдена и нержавеющей стали прн температуре — 196' С практически близки к сорбционным свойствам иодидного титана. Вместе с тем оба эти металла легкодоступны и имеют значительно меньшую стоимость по сравнению с титаном, что делает их перспективными для использования в охлаждаемых геттерно-ионных насосах.
Кроме того, нержавеющая сталь имеет более низкую температуру начала заметного испарения и требует меньшей мощности для испарения, чем титан. Для повышения сорбционной емкости пленок при обычных температурах нержавеющая сталь может применяться совместно с небольшим количеством иодидного или технического титана (около 10%). Пленки (налеты), получающиеся в результате распыления материала, нз которого изготовлена вакуумная установка, при конденсации на охлаждаемых поверхностях также могут понижать давление в откачнваемом объеме.
Магнитно-электроразрядиые насосы с холодными катодами В магнитна-электроразрядпых насосах используется откачивающее действие газового разряда в магнитном поле (разряд Пеииинга), Простейший магнитно-электроразрядный насос (рис. 2-13) состоит из двух плоских катодпых пластин /, изготовленных из технического титана. Между катод- ными пластинами расположен анод 2 в виде кольца или рамки.
Корпус насоса изготовлен из нержавеющей не- магнитной стали и помещен между полюсами постоянного магнита с напряженностью поля в несколько сотен эрстед. Между катодами н анодом прикладывается на- 1ОЭ пряжеяие от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт. В результате совместных действий электрического и магнигного полей между электродами возникает самостоятельный электрический разряд, который не прекращается даже прн очень низких давлениях, Образующиеся в разрядном промежутке 5 положительные ионы, ударяясь о катодные пластины, вызывают распыление материала последних. Частицы г катодного материала (котог рым чаще всегоявляетсятнтан), оседая на поверхности анода и стенках насоса, образуют слой активного металла, который поглощает возникающие при разряде возбужденные и иопнзованные молекулы и атомы остаточных газов.
Инертссые газы и метан поглощаются путем внедрения ионов в поверхность катодных пластин, а также за счет адсорбции их распыляемыми слоями катодного материала. При постоянных анодиом напряжении и напря>кенности магнитного поля, а также одинаковой геометрии электродов разрядный ток насоса представляет собой линейную функцию давления. Таким образом, по величине разрядного тока можно судить о степени достигнутого разрежения. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
