СПОСОБ ОТКАЧКИ И НАПОЛНЕНИЯ ПРИБОРА ГАЗОМ Российский патент 2002 года по МПК H01J9/38 

Способ относится к технологии изготовления газонаполненных приборов, в частности водородных тиратронов, плазменно-пучковых СВЧ-приборов, гироскопов и лазеров.

Известен способ наполнения приборов газом, содержащий предварительное насыщение элементов (газопоглотителей) прибора газом с последующим встраиванием этих элементов в прибор и откачку прибора (Фогельсон Т.Б., Бреусова Л.Н., Вагин Л.Н. Импульсные водородные тиратроны. М.: Советское радио, 1974. - 212 с.)
Недостатком способа является невозможность прогрева встраиваемых элементов в процессе откачки до температуры обезгаживания прибора, т.к. газ удаляется из газопоглотителя при нагреве в процессе откачки. Плохое обезгаживание при низких температурах ухудшает качество прибора.

Известен также способ откачки и наполнения прибора газом, содержащий откачку прибора с прогревом, наполнение известного объема газом и последующий дозированный напуск очищенного газа в прибор (Розбери Ф. Справочник по вакуумной технике и технологии. М., Энергия, 1972. с.80.) (прототип). Недостатком способа является большая трудоемкость операции напуска газа в прибор, содержащий несколько газопоглотителей, при больших количествах напускаемого газа, а также ухудшение обезгаженности прибора, т.к. он отсекается от вакуумной системы при напуске газа.

Целью изобретения является снижение трудоемкости операции наполнения прибора с несколькими газопоглотителями рабочим газом и повышение качества прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе откачки и наполнения прибора газом, содержащим откачку и прогрев прибора, включающего несколько газопоглотителей, напуск газа в прибор и его герметизацию, в начале откачки и наполнения прибора газом в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, в процессе откачки и прогрева выдерживают до стабилизации давления в приборе на уровне Р_с и герметизируют прибор, причем значение стационарного давления газа Р_с и температуру газопоглотителей выбирают из условия установления термодинамического равновесия газопоглотитель - газ в приборе при заданных концентрациях газа в газопоглотителях или заданном общем количестве поглощенного в приборе газа.

В начале откачки в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, равному

где c_j - заданная концентрация газа в j-ом поглотителе;
S - энтропийный параметр взаимодействия газа с газопоглотителем;
Н - энтальпийный параметр взаимодействия газа с газопоглотителем;
R - универсальная газовая постоянная;
T_j - заданная температура j-го газопоглотителя,
а температуру остальных газопоглотителей выбирают согласно условию

где Т_i - температура i-го газопоглотителя;
с_i - заданная концентрация газа в i-ом газопоглотителе.

В начале откачки в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, равному

где G - общее количество поглощенного газа в приборе;
n - общее количество материала газопоглотителей в приборе;
Т_n - общая температура прибора с газопоглотителями в процессе откачки и наполнения прибора газом,
а температуру газопоглотителей согласно условию (1) устанавливают после герметизации прибора и выдерживают до стабилизации давления.

Способ осуществляют следующим образом. Откачивают прибор с двумя титановыми газопоглотителями общим количеством n моль, которые необходимо насытить общим количеством водорода G моль с концентрацией водорода соответственно c_g и c_р. Прибор 1, содержащий газопоглотитель 2 и газопоглотитель 3, соединяют с откачной системой 4 с помощью штенгеля 5 ( см. чертеж). Натекателем 6 устанавливают в системе стационарный поток водорода Q, при этом давление водорода в сечении напуска 7 (и ниже него в приборе при отсутствии поглощения в нем) будет равно

где S_c - быстрота откачки в сечении напуска газа, постоянная величина для данной вакуумной системы.

Затем прибор нагревают в печи 8 до температуры Т_n= 900 К. В процессе выдержки при этой температуре газопоглотители 2 и 3 поглощают водород и давление в сечении напуска газа 7 и в приборе уменьшается (становится меньше стационарного давления Р_с). После установления термодинамического равновесия в системе титан - водород давление в приборе, равное равновесному давлению водорода над титаном Р_n, сравняется со стационарным давлением Р_c.

Равновесное давление водорода над титаном Р_n равно

где - равновесная концентрация водорода в титане; G, n - общее количество поглощенного газа в приборе и общее количество материала газопоглотителей (титана) в приборе; S, Н - энтропийный и энтальпийный параметры взаимодействия газа с газопоглотителями; Т_n - температура прибора с газопоглотителями в процессе откачки; R - универсальная газовая постоянная (см. Фром.Е.,Гебхард Е. Газы и углерод в металлах. М.: Металлургия,1980,с.386).

Таким образом, давление Р_c определяется из равенства Р_c=Р_n и равно

После стабилизации давления в сечении 7 и в приборе на уровне Р_c прибор герметизируют. Для перекачки водорода, например, из газопоглотителя 2 в газопоглотитель 3 с помощью встроенных или внешних местных нагревателей (на чертеже не показаны) устанавливают температуру газопоглотителя 2 и газопоглотителя 3 соответственно равную Т_p и T_g (T_p>T_g). После выдержки в приборе установится равновесное давление, определяемое из выражений


Приравнивая правые части равенств (2) и (3), получим:

где Т_p, T_g - температуры газопоглотителей 2 и 3; c_p, c_g - заданные концентрации газа в газопоглотителях 2 и 3. Если в приборе имеется несколько газопоглотителей, то их температуру выбирают аналогичным образом.

Способ может быть осуществлен также следующим образом. После соединения прибора с откачной системой в сечении напуска 7 и в приборе с помощью натекателя 6 устанавливают стационарное давление

Затем в процессе откачки и прогрева прибора устанавливают температуру газопоглотителя 2, равную T_g, а температуру Т_p газопоглотителя 3 - равную значению, определяемому по формуле (4).

После выдержки в этом режиме до стабилизации давления в сечении напуска газа 7 и в приборе на уровне Р_c концентрации водорода в газопоглотителях 2 и 3 будут равны соответственно c_p и c_g. Затем прибор герметизируют.

Совмещение общего прогрева прибора при откачке с операцией наполнения прибора газом позволяет снизить трудоемкость процесса откачки и наполнения прибора газом при большом количестве напускаемого газа. Общий прогрев прибора вместе с поглотителями и обработка его очищенным водородом в процессе откачки улучшает обезгаженность прибора, что повышает его качество.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в технологии изготовления газонаполненных приборов, в частности водородных тиратронов, плазменно-пучковых СВЧ-приборов, гироскопов и лазеров. Сущность изобретения состоит в том, что способ откачки и наполнения прибора газом содержит откачку и прогрев прибора, включающего несколько газопоглотителей, напуск газа в прибор и его герметизацию, и отличается тем, что в начале откачки и наполнения прибора газом в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, в процессе откачки и прогрева выдерживают до стабилизации давления в приборе на уровне Р_с и герметизируют прибор, причем значение стационарного давления газа Р_с и температуру газопоглотителей выбирают из условия установления термодинамического равновесия поглотитель - газ в приборе при заданных концентрациях газа в газопоглотителях или заданном общем количестве поглощенного в приборе газа. Совмещение общего прогрева прибора при откачке с операцией наполнения прибора газом обеспечивает снижение трудоемкости процесса откачки и наполнения прибора газом при большом количестве напускаемого газа, что является техническим результатом предложенного способа. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ откачки и наполнения прибора газом, содержащий откачку и прогрев прибора, включающего несколько газопоглотителей, напуск газа в прибор и его герметизацию, отличающийся тем, что в начале откачки и наполнения прибора газом в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, в процессе откачки и прогрева выдерживают до стабилизации давления в приборе на уровне Р_с и герметизируют прибор, причем значение стационарного давления газа Р_с и температуру газопоглотителей выбирают из условия установления термодинамического равновесия поглотитель - газ в приборе при заданных концентрациях газа в газопоглотителях или заданном общем количестве поглощенного в приборе газа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в начале откачки и наполнения прибора газом в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, равному

где с_j - заданная концентрация газа в j-ом поглотителе;
S - энтропийный параметр взаимодействия газа с газопоглотителем;
Н - энтальпийный параметр взаимодействия газа с газопоглотителем;
R - универсальная газовая постоянная;
T_j - заданная температура j-ого газопоглотителя, а температуру остальных газопоглотителей выбирают согласно условию

где Т_i - температура i-ого газопоглотителя;
с_i - заданная концентрация газа в i-ом газопоглотителе. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в начале откачки и наполнения прибора газом в откачной системе устанавливают стационарный поток газа, соответствующий стационарному давлению Р_с газа в приборе, равному

где G - общее количество поглощенного газа в приборе;
n - общее количество материала газопоглотителей в приборе;
Т_n - общая температура прибора с газопоглотителями в процессе откачки и наполнения прибора газом,
а температуру газопоглотителей согласно условию (1) устанавливают после герметизации прибора и выдерживают до стабилизации давления.