Способ откачки газов и электродуговой испарительный насос Советский патент 1988 года по МПК H01J41/20 

Изобретение относится к технике получения вакуума и может быть использовано в вакуумных насосах, принцип действия которых основан на сорбции газов пленкой материала геттера. Целью изобретения является увеличение эффективности откачки путем расширения диапазона рабочих давлений насоса. Предложенный способ состоит в следукицем. Откачку газов начинают с давления (10 - 13,3) Па. При поджигании дуги она горит в режиме анодных пятен. Анодными пятнами распыляют электрод из геттерного материала и таким образом производят откачку га зов на постоянно возобновляемой плейке геттера, напыляемой на внутренние поверхности насоса. По мере уменьше ния давления дуговой разряд переходит в режим катодных пятен, это происходит при давлении - 7,65 Па. При переходе дугового разряда в режим катодных пятен откачку газов продолжают, распыляя электрод из геттерного материала катодными пятнами дугового разряда. Таким образом, откачка газов может производиться до сверхвысокого вакуума. Преимуществом предлагаемого способа является возможность сорбционнрй откачки с любого начального давления (вплоть до атмосферного). Однако начинать сорбционную откачку непосредственно с атмосферного давления эффективно лишь для мальйс откачиваемых объемов. Для откачки таким образом больших объемов необходимо распыпение слишком большого количества геттера (из расчета 1 г геттера на 30 л. Торр газа). Для откачки больших объемов более эффективно проводить предварительную откачку форвакуумным насосом до давлений 133 - 13,3 Па в зависимо сти от откачиваемого ) и затем сорбционную откачку до высокого ваку ума. В области давлений 10 - 13,3 Па скорость откачки форвакуумных насосов близка к максимальной, а при дальнейшем уменьшении давления экспо ненциально уменьшается. Этим определяется выбор диапазона давлений 10 13,3 Па в первом пункте формулы. Откачка газов по данному способу осуществляется в следующей паследовательности, В замкнутом объеме, содержащем газ при давлении выше 7,65 Па, зажигается дуговой разряд. горящий в режиме анодных пятен, распыпяющих геттер. Распыленный геттер- ный материал, осаждаясь на части внутренней поверхности объема, покрывает ее пленкой. На напыленной пленке происходит сорбция газов, при этом уменьшается давление в откачиваемо Г объеме. Время откачки в режиме анодных пятен зависит от начального давления, площади поверхности пленки, от величины объема, скорости испарения геттера. При достижении давления, равного 7,65 Па, и при меньших давлениях дуговой разряд переходит в режим катодных пятен, Распьтение катодными пятнами катода из материала геттера приводит к напылению на внутренней поверхности объема.пленки, сорбирующей активные газы. При этом происходит дальнейшая откачка газов в объеме, Принципиальное отличие предлагаеMoro способа состоит в том, что откачка газов вначале происходит на пленке, образовавшейся в результате распыления геттера анодными пятнами, и продолжается5 как и в известном способе на пленке, образованной в результате распыления геттера катодными пятнами. Это отличие позволяет проводить откачку замкнутых .объемов, находящихся под давлением - 133 Па до высокого вакуума, достигая тем самым увеличения эффективности насоса. Пример реализации предложенного способа. Проводилась откачка установки, имеющей внутренний объем, равный 30 л, заполненньй азотом при температуре 293 К и давлении 133 Па. Использовалось устройство, описанное ниже, В соответствии с предложенным способом проводилось распьшение геттерного материала анодными пятнами в течение двух минут (ток дуги 200 А), импульсами длительностью 5с, паузы между импульсами составляли 30 с. Спустя 15 мин после начала откачки давление в объеме установилось равным 7,65 Па, При данном давлении дуга самопроизвольно перешла в режим катодных пятен, и в этом режиме проводилось распыление геттерного материала импульсами длительностью 5 с при паузе 30 с. После восьми импульсов полученное давление оказалось меньше 10 Па, Данный эксперимент показал эффективность предлагаемого способа для откачки активных газов. Суммарное количество геттера, необходимое для откачки определенного газового потока, можно оценить из расчета 1 г титана на величину потока, равную 5-10 л-Па. Время откачки герметичной системы (t) до давления Р от начального Рц при постоянной быстроте действия насоса S определяется как Y 1 1. S где V - объем установки. Оптимальное соотношение времен распыления геттера tp и паузы t, при которых быстрота действия остается постоянной во времени, определяется по формулам 8-10-n-Fo V:. go Fi Г ЗКР.П 1 3, , J количество монослоев (п 5-10); FC, F, - площадь поверхности испарения и входного отверстия наcocai1/.- поверхность непосредственног массообмена между поверхностью напыления и испарителем; скорость испарения геттера ( 10-2 г/с); коэффициент неравномерности распределения слоя геттера (0,2-0,8), коэффициент неравномерности распределения молекулярного потока} коэффициент, учитьгоающий переотражения молекул на различных поверхностях устройства;молекулярный поток, входящий в насос через входное сечение;Q кр.п критическая степень насьш1ени пленки титана, молек, - коэффициент прилипания погл щаемой поверхности. На чертеже представлена конструк ция насоса для осуществления данног способа. Насос содержит герметичный корпу анод 1 и размещенный в нем катод 2, выполненный из геттерного материала электрический экран 3, защищающий гермоввод с токовводом 4 и нерабочу поверхность катода от прпадания катодных пятен, выступ 5 из геттерного материала, находящийся под потенциалом анода, подложку 6, вьталненную из металла. При этом кратчайшее расстояние от рабочей поверхности выступа до испаряемой поверхности катода меньше 0,8 кратчайшего расстояния между испаряемой поверхностью катода и корпусом-анодом. Устройство работает следующим об- ; разом. При зажигании дуга (зажигать разряд можно с атмосферного давления) в зависимости от-давления горит в режиме катодных либо анодных пятен. Режим анодных пятен реализуется в диапазоне давлений от атмосферного до 7,65 Па. В этом случае анодные пятна локализуются на поверхности выступа 5, поскольку расстояние от этой поверхности является меньше какого-либо другого, соединяющего анод и катод устройства. При распьтении выступа 5 из материала геттера анодными пятнами происходит напыление сорбирующей пленки геттера на внутренние поверхности насоса, посредством которой осуществляется откачка газа. При уменьшении давления до 7,65 Па дуговой разряд начинает переходить в режим катодных пятен, В этой промежуточной области возможно существование катодных и анодных пятен. Анодные пятна локализуются на поверхн(х:ти выступа 5, а катодные пятна на поверхности катода, нерабочие поверхности которого защищены электростатическим экраном 3. Распыление материала геттера при этом осуществляется как катодными, так и анодными пятнами. При дальнейшем уменьшении давления дуговой разряд переходит в режим катодных пятен, и дальнейшая откачка газов (вплоть до сверхвысокого вакуума) осуществляется при распылении материала геттера катодными пятнами. Возможны также варианты конструкции, в которых выступ 5 из геттерного материала электрически не соединея с корпусом насоса (в этом случае подложка 6 выполняется из электроизолирующего материала, и под потенциалом анода находится только выступ 5), либо варианты, в которых корпус-анод насоса частично или полностью защищен с внутренней стороны электростатическим экраном.

51

Еще одно достоинство предлагаемых способа и электродугового испаритель ного насоса -.защита корпуса насоса от прожигания его анодными пятнами. При случайном попадан 1и атмосферы в насос анодные пятна возникают не на корпусе-аноде, а на анодном электроде из геттерного материала и распыля ют не корпус, а анодный электрод,

Эксперименты показали, что крат чайшее расстояние между рабочими поверхностями катода 2 и выступа 5 должно быть меньше 0,8 кратчайшего расстояния между катодом и корпусоманодом.

524336

Предлагаемый способ откачки позволяет значительно повысить давление

запуска насоса, что дает возможность g заменить форвакуумный насос для предварительной откачки электрофизических установок, в которых для получения высокого вакуума используются плаз-, менные дуговые сорбционные насосы, 1Q на насос с меньшей производительностью, значительно сократить время его работы, перейти практически полностью на безмасляные способы откачки, а также защитить корпус насоса от прожигания анодными пятнами в случае аварийного попадания в него атмосферы „

1. Способ откачки газов, включающий предварительную откачку в диапазоне давлений 10 - 7,65 Па и откачку злектродуговым испарительным насосом, содержащим катод и анод, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности откачки, анод электродугового насоса вьтолняют целиком или частично из геттерного материала, а откачку этим насосом осуществляют начиная с давления 10 13,3 Па. 2. Электродуговой испарительный . насос, содержащий герметичный корпусанод и размещенный в нем катод, о т- i (/) л и чающийся тем, что корпусанод вьтолнен с выступом из геттерного материала, расположенным в зоне . прямой видимости с катода, при этом кратчайшее расстояние между рабочими поверхностями катода и выступа меньше 0,8 кратчайшего расстояния между СП катодом и корпусом-анодом. ю