Общая характеристика электрофизических средств откачки

Все электрофизические средства откачки (ЭСО) являются накопительными, т.е. откачиваемые газы поглощаются в насосе откачными элементами путем физической и химической сорбции (в виде химических соединений и замуровывания). Эффективность сорбции зависит от природы сорбента и рода газа. Предельное остаточное давление, создаваемое ЭСО, составляет 10^-1.. ,10^-13 Па.

Основной механизм электрофизической откачки — хемосорбция активных газов. Инертные газы поглощаются только в ионизированном состоянии или путем «замуровывания». Таким образом, основные процессы, происходящие при электрофизической откачке, можно разделить на три группы:

• 1. Сорбция: физическая — в основном для инертных газов; химическая (с образованием химических соединений — нитридов, оксидов, гидридов, карбидов и пр.) — для активных газов. Эти соединения имеют низкие давления паров.

• 2. Ионная откачка — поглощение ионизированных молекул с образованием химических соединений или захватом ионов кристаллической решеткой геттера в электрическом поле.

• 3. «Замуровывание » атомов — процесс, характерный в основном для инертных газов, — происходит за счет покрытия сорбированных атомов газа слоем распыляемого геттера.

Основные требования к газопоглотителям:

а) универсальность поглощения по отношению к максимальному числу газов;

б) максимальная поглотительная способность (объем удерживаемых газов);

в) малое давление пара поглотителя и продуктов реакции;

г) термическая устойчивость и высокая химическая активность;

д) легкая регенерация.

По отношению к восьми основным газам, составляющим остаточную атмосферу (О₂, N₂, Н₂, СО, СО₂, С₂Н₂, С₂Н4, СН4), универсальными веществами-поглотителями являются Ва, Са, Мо, Nb, Та, Ti, W, V, Fe, Zr, Сг, а также Sc, Y, Er и Gd (последние четыре достаточно дорогостоящи, поэтому используются достаточно редко). Наиболее универсальным поглотителем является титан и его сплавы с цирконием и ванадием.

Поглощающая поверхность может быть выполнена в виде пористой структуры (элемента, панели), однократно или многократно наносимой пленки поглотителя, а также путем ее постоянного возобновления (распыления). Однако распыление требует значительных затрат энергии и предполагает наличие элементов с высокой температурой или большой разностью потенциалов.

Введем понятие геттер (газопоглотитель) — вещество, способное поглощать и удерживать поглощенные газы (кроме инертных) и пары в вакуумном объеме, связывая их за счет хемосорбции. Различают геттеры испаряющиеся (P, Mg, Ba, Ca, Sr) и не испаряющиеся (Ta, Zr, Ti, Th).

Сорбционная активность молекул газов в порядке убывания следующая: О₂ ^ С₂Н₂ ^ С₂Н4 ^ СО ^ Н₂ ^ N2. Быстрота откачки электрофизических насосов обычно дается по азоту как по наименее активному газу. Геттерная откачка формирует характерный для каждого материала состав остаточных газов (например, для титана характерен синтез паров воды и метана). Поверхность геттера может быть периодически и непрерывно возобновляемой или не возобновляемой. За исключением водорода, геттер поглощает активные газы необратимо, поэтому срок службы рабочего элемента насоса определяется его сорбционной емкостью. В металлостеклокерамических электровакуумных приборах с бариевым геттером