Нераспыляемый газопоглотитель Советский патент 1985 года по МПК H01J7/18 

I1141

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к нераспьшяемым геттерам, и может найти применение как эффективное средство для создания и поддержания высокого вакуума в раз- 5 личных установках, в том числе в установках термоядерного синтеза.

Известны газопоглотители, представляюшзне собой спеченную или спрессованную смесь порошков на основе ме-Ю таллов из группы Zn, Ti, Th, Та, Hf, Mb, V CO Эти газопоглотители обладают высокоразвитой поверхностью и сравнительно большой сорбционной способностью к активным газам. Одна- 15 ко эти газопоглотители подвержены отравлению водяным паром, присутствующим в низко- и высоковакуумных системах.

Наиболее близким по техническому 20 решению является нераспыпяемый газопоглотитель, в котором активный материал заключен в защитную оболочку, селективно пропускающую водород L2j.

Недостатки известной конструкции 25 заключаются в следующем

-относительно большая толщина стенки оболочки, выполняющей Фоль конструктивного элемента, что снижает скорость откачки;30

-ограниченный спектр откачиваемых газов - практически откачивается один водород,

-малая скорость обезгаживания (регенерации) газопоглотителя, что j приводит к увеличению энергозатрат

на этой операции.

Целью изобретения является увеличение скорости откачки газопоглотителя по водороду, расширение спектра 4о откачиваемых газов и ускорение процесса регенерации.

Цель достигается тем, что в нераспыляемом газопоглотителе, содержащем активный материал, помещенный в за- 45 щитную оболочку из материала, проницаемого для водорода, защитная оболочка выполнена из слоя палладия, соприкасающегося с поверхностью активного материала по всему микрорелье-50 фу, причем минимальная толщина слоя палладия составляет один мономолекулярный слой, а максимальная толщина слоя определяется из соотношения

2RT

К

ui

fTS

202

где К - константа, определяемая процессом диффузии для данной системы твердое тело-гаэ, с. ;

Р - максимальное давление водорода в стационарном потоке. Па;

Е - теплота диффузии, Дж-кмоль; .Т - рабочая температура палладиевого слоя в момент откачки. К;

S - удельная скорость откачки

газопоглотителя по водороду,

М3..с-1.м2 .

R- универсальная газовая постоянная, Лж-К кмоль .

На фиг. 1 представлена конструкция нераспыляемого газопоглотителя, состоящая из металлической ленты 1, слоев активного материала 2 и тонких пленок палладия. Обезгаживания и нагрев гaзoпo лoт,итeля осуществляются прямым пропусканием тока через металлическую подложку 3. На фиг. 2 изображены зависимости скорости откачки по водороду и давления от температуры.

Пределы толщин слоя палладия .определены исходя из требований обеспечить увеличение скорости откачки, расширение спектра откачиваемых газов и ускорение процесса регенерации, а также из эксплуатационных требований к газопоглотителю в каждом конкретном случае.

Положительный.эффект от использования газопоглотителя наблюдается при -условии сплошности палладиевого покрытия, т.е. его толщина должна быть не менее одного молекулярного слоя.

Толщина слоя палладия зависит от конкретных эксплуатационных требований и определяется по приведенному вьшге соотношению.

Так, по требуемой скорости откачки и рабочей температуре можно определить необходимую толщину слоя палладия.

Долговечность газопоглотителя определяется в основном скоростью испарения палладиевого-покрытия, т.е. рабочей температурой.

Ниже приводится пример реализации конструкции нераспыляемого газопоглотителя.

На ленту из нержавеющей стали толщиной 0,15 мм и шириной 14 мм

31

наносш с двух сторон методом плазменного напыления порошок титана. Слои имеют толщину 0,15 мм и обладают отношением фактической поверхности к геометрической около 300. Затем в вакууме при давлении инертного газа, например гелия, Па с двух сторон напылением с резистивпого источника наносят пленку палладия толщиной м. Активирование газопоглотителя заключается в прогреве его при температуре 1000 К в течение 30 мин при давлении не хуже ЫО- Па.

На фиг. 2 показаны графики зави- . симостей меясду удельной скоростью откачки по водороду (SHp и давлением водорода (PHj) для титанового и цирконийапюминиевого нераспыляемых геттеров (газопоглотителей) с тонким палладиевым покрытием и без него при различны:: температурах геттеров. По оси абсцисс отложены значения давления водорода (РН, Па) над поверхностью геттера, а по оси юрдинат значение удельной скорости откачки водорода (Зц , л.с . см). Кривая 4 есть зависимость S ц (.(Рц) для цирконийалюминиевого нераспыляемого геттера с.тонким палладиевым покрытием в диапазоне температур от. 20 до 500°С. Кривые 5 и 6 - аналогичные зависимости для. титанового нерас пыляемого геттера с тонким палладиевым покрытием при температурах соот

204

ветственно 20 и 400С. Для сравнения кривая 7 изображает зависимость для цирконийалюминиевого нераспьшяемого геттера без папладиевого покрытия при

температуре 400 С.

Физические процессы, сопровождаюрще работу газопоглотителя с тонким палладиевым покрытием, не могут быть объяснены как следствие простого

экранирования нераспыляемого геттера избирательной к водороду оболочкой. Такая оболочка толщиной уже в несколь.ко микрон, во-первых, уменьшала бы активность газопоглотителя по водороДУ (хотя бы при комнатной температуре), и во-вторых, она бы препятствовала сорбции других газов (СН, СО, С02), чего в эксперименте не наблюдалось. Объяснение эффекта действия

тонкого папладиевого покрытия связано с состоянием поверхности слоя палладия на границе ее контактов с материалом нераспыляемого геттера и наличием самого нераспьшяемого геттера .

вблизи этой границы.

Положительный эффект, достигаемый от использования изобретений, состоит в увеличении скорости откачки газопоглотителя по водороду; расширении по сравнению с прототипом спектра откачиваемых газов; стойкости к воздействию водяного пара; ускорении процесса регенерации с одновременным

сокращением энергозатрат на него.

N

«u :5

НЕРАСПЫЛЯЕМЫЙ ГАЗОПОГЛОТИ;ТЕЛЬ, содержащий активный материал, помещенный в защитную об.олочку из материала, проницаемого для водорода, .отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости откачки газопоглотителя по водороду, расширения спектра откачиваемых газов и ускорения процесса регенерации, защитная оболочка выполнена из слоя палладия, соприкасающегося с поверхностью активного материала по всему микрорельефу, минимальная толщина слоя составляет один мономолекулярный слой, а максимальная толщина определяется из соотношения oi YFS где К - константа, определяемая процессом диффузии в системе твердое тело - газ, с кг м ; . Р - максимальное давление водорода в стационарном потоке, Па;. (Л Е - теплота диффузии, Дж.кмоль ; R- универсальная газовая постоянная, кмоль ; Т- рабочая температура газопоглотителя, К; 5 - удельная скорость откачки по водороду, . ;о ю