Геттерные насосы с нераспыляемым геттером
Невозобновляемые пористые геттеры используются во встроенных насосах с небольшим сроком службы.
Одним из процессов, предшествующих хемосорбции, является адсорбция газа. Поэтому при прочих равных условиях скорость откачки геттерных насосов определяется величиной активной поверхности газопоглотителя. Прямая зависимость скорости откачки геттеров от их поверхности привела к созданию высокопористых нераспыляемых геттеров. Реальная поверхность высокопористых геттеров на несколько порядков
превышает геометрическую, что
позволяет получать большие скорости откачки при малых габаритах рабочего элемента насоса. Другим путем повышения скорости откачки является увеличение скорости диффузии сорбированного газа или его соединений в глубь материала газопоглотителя. Эта возможность реализуется у нераспыляемых геттеров повышением их температуры (рис. 6.1).
Типичный сорбирующий элемент изготовляется путем спекания в вакууме свободно насыпанного титанового или циркониевого по
рошка (монометаллический элемент), смесей 84 % Zr + 16 % Al или 70 %Ti + 30 %V (бинарные элементы) и 70 % Zr + 24,6 % V + + 5,4 % Fe (тройной элемент) при температуре 900-1200 °С. Пористость получаемых элементов 38-72 %, а отношение реальной поверхности к геометрической составляет 100-700.
По конструкции они могут быть кольцевого (роторного) танового элемента составляют: по
водороду — до 3 л/(с-см2), по другим активным газам — до 1 л/(с-см2). Один рабочий элемент имеет площадь геометрической поверхности до 60 см2. Активация производится при температуре 350-650 °С в течение 3-30 мин. На первом этапе этого процесса, при температурах ниже 400 °С, превалирует десорбция газов, адсорбированных поверхностью газопоглотителя. Сорбционная емкость одного элемента составляет 30 л-Торр (1 Торр = 1,3-102 Па). Это реально обеспечивает около года непрерывной работы насоса при газовой нагрузке 10-6 л-Торр/с и больше 5 лет — при нагрузке 10-7 л-Торр/с.
(рис. 6.2), панельного или патронного типов, агрегатируемые по модульному принципу. Модульная структура позволяет изменять сорбционную емкость в широком диапазоне, создавать требуемую конфигурацию, легко заменять модули. Иногда газопоглотители выполняются в виде покрытий на подложках из нержавеющей стали или модулей из гофрированных лент с покрытием Газопоглотители часто армированы нихромовой проволокой и являются прямонакальными или нагреваются путем прямого пропускания тока через материал геттера.
Удельные скорости откачки ти-
Скорость поглощения геттером активных газов зависит от газового потока и мало изменяется от давления. Это определяет большую эффективность геттера при получении высокого и сверхвысокого вакуума. В чистых системах, где поток активных газов меньше 1-10-5 л-Па/с, газопоглотитель позволяет поддерживать давление ~10-5 Па в течение многих недель непрерывной работы при комнатной температуре.
Достоинства: отсутствие электромагнитных полей и вибраций при работе; большая удельная скорость откачки, получение высокого и сверхвысокого вакуума без загрязнения откачиваемого объекта углеводородами («безмасляная» откачка); возможность создания остаточной атмосферы с заданными параметрами; низкая стоимость; сохраняют работоспособность в условиях динамических нагрузок, тепловых, электромагнитных и корпускулярных излучений.
Недостатки: постепенное ухудшение откачных характеристик из-за накопления необратимо сорбированных газов, остаточная атмосфера сильно меняется в сравнении с первичной и определяется в основном метаном и аргоном; получение сверхвысокого вакуума невозможно без применения комбинированных средств откачки (по метану и инертным газам).
Основные области применения: получение сверхвысокого вакуума при обеспечении физических экспериментов; очистка инертных газов; сверхчистые аналитические технологии; производство радиоламп, электронно-лучевых и двухкатодных рентгеновских трубок, плоских кинескопов и дисплеев. Возможно использование геттера и в качестве генератора водорода. Невосприимчивость геттера по отношению к инертным газам можно использовать для их очистки, а также для проведения высокочувствительных испытаний на герметичность.
Обозначения: единых обозначений не существует, есть фирменные названия у каждого производителя: «Эмитрон» ПНЭ-3 в виде полого цилиндра, РФ, ST’707(CapaciTorr) фирмы SAES Getters — тройной элемент 70 % Zr + 24,6 % V + 5,4 % Fe на носителе из константановой ленты, свернутой в виде звезды.
Основные производители в России и СНГ. Производятся в опытном порядке (Российский научный центр «Курчатовский институт», Обнинский институт ядерных исследований).
За рубежом основным производителем является компания SAES Getters S.p.A. (Милан, Италия) (рис. 6.3).