Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Диапазоны рабочих давлений промышленных и лабораторных образцов насосов, работающих на принципах фикизо-химической откачки, показаны на рис. 5.1. й 5.2. Ионная откачка ц,=-йт1 1г1, (5.1) где д — электрический заряд иона. Обратный поток нейтральных молекул зависит от проводимости насоса У и разности давлений на входе р„и выходе р., насоса: Овбр = (1(рмвх — р„) (5.2) Эффективная производительность насоса определяется разностью прямого и обратного потоков: ам Р не. 5.2.
Схема ионной откачки 116 Для передачи молекулам импульса скорости в направлении насоса предварительного разрежения можно использовать силу воздействия постоянного электрического поля, если нейтральные молекулы газа предварительно превратить в заряженные частицы. Для ионизации газа можно использовать а-, (5- и у-излучение. Наиболее эффективным является р-излучение, осуществляемое за счет электронной бомбардировки. Эффективность ионизацин электронами средних энергий (см.
рис. 3.4), прошедшими разность потенциалов 100 В, в зависимости от рода газа составляет от 3 до 25 пар ионов на пути 1 м при давлении 1 Па. С понижением давления наблюдается пропорциональное уменьшение количества образовавшихся ионов. На рис. 5.2. показана схема работы ионного насоса. Газ, поступающий в насос, ионизируется в пространстве ионизации 1, а затем с помощью ускоряющих электродов 2, к которым приложена разность потенциалов У (В), направляется к выходному патрубку насоса, Здесь ионы нейтрализуются и откачиваются насосом предварительного разрежения. В таком насосе существует прямой поток откачиваемого газа Яь определяемый ионным током 1+ в цепи ускоряющих электродов 2: а быстрота откачки насоса Рвх гтРвх Х Рвх При К=Р х)рвх= 1 быстрота действия насоса максимальна: 5,„= — '" .При 5„=0 максимальныйкоэффициенткомпрессии: ЧРвх К =1+ — '", Таким образом, уравнение (5.3) можно записать мвх гг еще в таком виде 5„= З„,х — (1(К вЂ” 1).
(5.4) Откачная характеристика (5.4) аналогична откачной характеристике молекулярного насоса (см, рис. 4.22). Однако из-за трудности обеспечения эффективной ионизации газа при низких давлениях и малой проводимости насоса для обратного потока газа удельные энергетические затраты на единицу быстроты откачки ионых насосов пока еще слишком велики, что препятствует их промышленному применению. $ 5.3. Хемосорбционная откачка Хемосорбционная откачка осуществляется путем поглощения активных газов на поверхности металлов.
Показателем активности газа является его теплота адсорбции на данном металле. Наибольшее распространение для хемосорбциониой откачки получили следующие металлы: Т1, Хг, Та, Ва, Мо, %, Н1, Ег. Теплота адсорбции Я, прн малых степенях заполнения поверхности сильно зависит от рода газа; например, для Т1 поглощающего все газы, кроме инертных, имеем: Газ..........
Нх СО 1чх Ох СОх Аг Кг Хе 0в, кдж1моль..... 19,3 419 356 813 461 8,38 16,8 33,5 Для увеличения поверхности металла при его взаимодействии с откачиваемыми газами используется распыление металла, сопровождающееся нанесением тонких пленок на электроды или корпус насоса. Возможность непрерывного обновления напыленной пленки величивает срок службы насоса. апыление происходит при давлениях паров вещества, больших давления насыщенного пара над поверхностью напыления, когда на единице поверхности в единицу времени конденсируется большее число молекул, чем испаряется. Скорость конденсации из газовой фазы можно рассчитать по уравнениям (2.9) и (2.11).
Рассмотрим особенности процесса конденсации молекул, испаряемых нз бесконечно малых источников на плоскую подложку в высоком вакууме. Скорость конденсации при этом бСгк=6, Сг г:,1Р 117 а) Рис. 8.З. Схема процесса напылении иа плоскую поверхность ил рав. личных источников: о — точечного, б — плоского Если молекула испаряется из точечного источника, то бР определяется согласно (2.13), а ба=05 соилу/Ят, где /? — расстояние от источника до площадки 65 на подложке (рис. 5.3, а). При этом выражение для скорости конденсации Йб«я= = б, сову 65/(4п)(е). Поток молекул, попадающих на площадку 65, расположенную на кратчайшем расстоянии 1 от источника, б бкг =Он б5/(4"1е) (5 5) Тогда отношение толщин пленок конденсата, нанесенных за одинаковый промежуток времени на участки поверхности, отстоящие от источника на 1 и Р, з Из (5.6) следует, что при р=1 толщины слоев конденсата в центре и на краю подложки будут отличаться в 2,6 раза, Для допускаемой неравномерностн толщины покрытия, равной 5%, минимальное расстояние между источником и подложкой должно быть 3,6р.
1!ри конденсации молекул, вылетающих из бесконечно малого плоского источника О (рнс. 5.3, б), вероятность вылета определяется из (2.14). Тогда, аналогично (5.5) и (5.6), получим 4!б«г б«65/(п/е); бб«4= бн созе уб5/(и/?х). Отношение толщин конденсата при нанесении из плоского источника й /й К4/14=) !+(р/1)е)х (5.7) При р=1 толщины пленки в центре и на краю подложки будут отличаться в четыре раза. При получении пленки с неравномерностью толщины 5% необходимо располагать подложку на расстоянии 6,3р от источника. Плоский источник дает большую, чем точечный, скорость нанесения покрытия (в четыре раза при у=О), но неравномерность покрытия при этом возрастает.
Неравномерные покрытия, равнодоступные молекулам откачи. ваемого газа, хуже используют запас активного вещества в насосе. Быстрота поглощения газа пленкой 5о зависит от ее материала, рода газа н температуры пленки. Для 1 см' титановой периодически напыляемой пленки 5о для Не и Уз при ?7 К соответственно равны 26 10 ' и 7 10', а при 293 К вЂ” 15 10 ' и 1 10 ' м'/(с см'). 118 Поглощение газов пленками может носить поверхностный или объемный характер.
При поверхностном поглощении ддя небольших степеней покрытия количество сорбированного газа прямо пропорционально времени сорбцнн. Объемное поглощение происходит за счет диффузии газов в пленку, и количество поглощенного газа иа начальном участке сорбционной кривой пропорционально корню квадратному из времени сорбции. Поверхностный характер сорбции наблюдается обычно при низких температурах, объемный — при высоких. Титановая пленка при температурах выше 150 К водород поглощает объемно. Коэффициент диффузии водорода при температуре 220 К составляет 10 м смт/с, а при 300 К вЂ” 2 1О и сме/с. При поверхностном поглощении водорода на титановых пленках при Т=?? К за счет каталитических реакций со свободным углеродом, растворенным в пленке, происходит образование и выделение метана СН4.
Такие газы, как Ыь Оь СО и СОь начинают поглощаться объемно титаном только при температурах более 1000 К, Поглощение воды сопровождается выделением водорода, Сорбционные характеристики пленок сильно зависят от условий их образования. Пленка, осажденная при низкой температуре, имеет пористую структуру, что приводит к значительному повышению скоростей поглощения газов. й 5.4.
Конструкции испарительных насосов Конструкция испарительного насоса в основном определяется типом испарнтеля. Испарители бывают прямонакальные, подогревные, электронно-лучевые и дуговые. В качестве нрял4онакального нспарителя (рис. 5.4, а) используется биметаллическая проволока с молибденовым керном, на который иодидным способом осажден слой титана. Подогревный испаритель (рис.
5.4, б) представляет собой сферическую оболочку из активного материала, внутри которой вставлен проволочный нагреватель. Для титана максимальная рабочая температура таких испарителей составляет 1150'С, что обеспечивает максимальную скорость испарения 1 мг/с. Электронно-лучевой иснаритель (рис. 5.5, а) представляет собой электронную пушку с вольфрамовым катодом 1, помещенную в поперечное магнитное поле. Магнитное поле позволяет разместить пушку вие зоны нанесения активного материала. Между пушкой и мишенью прикладывается ускоряющее напряжение в несколько тысяч вольт, Максимальная скорость испарения из жидкой фазы может достигать 30 мг/с. В дуговых испарителях (рис.
5.5, б) активный материал распыляется в катодном пятне дуги постоянного тока. Катодное пятно хаотически перемещается по поверхности охлаждаемого водой ка1гэ Мс Ть Мо .1' и н — г 1гт „1н,э Р и с. 5.4. Конструкции электро- термических нспарителей: а — праыонавальный; б — подогревный Рнс. о.й. Конструкции электронноиониых испарителей: влентронно.лучевой, б — дуговой М О =урт ~тг рг 2дгчГ„ 120 тода из титана.
Плотность тока в пятне достигает 10' А/см'. Дуга горит в парах испаряемого материала, что позволяет поддерживать разряд даже в условиях сверхвысокого вакуума. Возбуждение дуги происходит, например, при коротком замыкании подвижного электрода. Питание дуги осуществляется от источника постоянного тока с 1/=30...50 В и 1=100... 180 А. Максимальное давление запуска не превышает 10 Па. При больших давлениях анодное пятно становится неподвижным и может расплавить стенку насоса. Скорость испарения в дуговых испарителях может достигать 20 мг/с. В насосах испарительного типа, не имеющих устройств для ионной откачки, предельное давление составляет обычно 10 ' Па. Охлаждение активной пленки до температуры жидкого азота снижает предельное давление до 10-" Па.
Верхний предел рабочих давлений, равный 10-' Па, лимитируется образованием вовремя работы испарителя оксидов, нитридов и карбидов на поверхности активного материала, что приводит к уменьшению скорости испарения. Максимальная быстрота действия насосов такого типа при откачке водорода достигает 2 10б л/с, Применение испарительных насосов неэффективно при откачке продуктов органического происхождения и инертных газов. Испарительный насос (рис, 5.6) состоит иэ корпуса 4, в котором размещается испаритель 5.
Атомы актив-г ного металла, вылетающие из испарителя, конденсируются на экранах 2 и обеспечивают откачку химически 4 активных газов. Экран 3 защищает б откачиваемый объект, присоединяемый к насосу через фланец 1, от проникновения паров испаряемого материала. Экраны 2 для повышения быст- Р не. йа. Испарительный на- РОТЫ ОтКаЧКИ МОГУТ ОХЛажДатЬСЯ сос жидким азотом. в 5.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
