Ионно-сорбционная откачка

Ионно-сорбционная откачка.

При ионно-сорбционной откачке используют два способа поглощения газа: внедрение ионов в объем твердого тела под действием электрического поля и химическое взаимодействие откачиваемых газов с тонкими пленками активных металлов.

Высокоэнергетические ионы или нейтральные частицы, бомбардируя твердое тело, проникают в него на глубину, достаточную для их растворения. Этот способ удаления газа является разновидностью ионной откачки. На рис. 1 показано равновесное распределение концентрации при ионной откачке в объеме неограниченной пластины толщиной, рассоложенной внутри вакуумной камеры.

Максимальную удельную геометрическую быстроту ионной откачки можно рассчитать по формуле (1), где — коэффициент внедрения ионов; = - удельная частота бомбардировки; - плотность ионного тока; - элементарный электрический заряд; - молекулярная концентрация газа.

Коэффициент внедрения учитывает частичное отражение и рассеивание, возникающее при ионной бомбардировке. Коэффициент внедрения сильно зависит от температуры тела и слабо — от плотности тока и ускоряющего напряжения. Значение наблюдается для Ti, Zn при 300 … 500 К.

Максимальное значение концентрации растворенного газа при ионной откачке можно определить из условия равновесия газовых потоков: (2) (D — коэффициент диффузии газа в твердом теле). Градиенты концентраций определяются следующими отношениями: здесь — глубина внедрения ионов (- ускоряющее напряжение); и — максимальная и начальная концентрация плотности поглощенного газа.

Так как величина мала по сравнению с (константа даже для легких газов не превышает 1.0 нм./кВ), то величиной в уравнение (2) можно пренебречь: .

Отсюда следует выражение для максимальной концентрации растворенного газа: .

Если величина, рассчитанная по приведенной формуле превышает максимально возможную в данных условиях растворимость газа в металле, то поглощенный газ начинает объединяться в газовые пузырьки, вызывая разрыв металла. Это явление получило название блистер-эффекта.

В нержавеющей стали водородный блистер-эффект наблюдается при поглощение м3*Па/см2, что соответствует при быстроте откачки м3/(с*см2) и давление Па приблизительно 300 часов непрерывной работы.

По известному значению можно подсчитать общее количество газа, которое будет поглощено единицей поверхности .

Во время ионной бомбардировки наблюдается распыление материала, сопровождающееся нанесением тонких пленок на электроды и корпус насоса. Сорбционная активность этих пленок используется для хемосорбционной откачки.

Распыление активного материала может осуществляться независимо от процесса откачки, например с помощью регулирования температуры нагревателя. Расход активного материала в таких насосах осуществляется независимо от потока откачиваемого газа.

Более экономно расходуется активный металл в насосах с саморегулированием распыления. В этих насосах распыление производится ионами откачиваемого газа, бомбардирующими катод, изготовленный из активного материала. Распыляемый материал осаждается на корпус и анод, где осуществляется хемосорбционная откачка.

Рис1. Установившееся распределение концентрации в неограниченной пластине, бомбардируемой высокоэнергетическими ионами.

ИОННО-СОРБЦИОННАЯ ОТКАЧКА. 1.

РИС1. УСТАНОВИВШЕЕСЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ В НЕОГРАНИЧЕННОЙ ПЛАСТИНЕ, БОМБАРДИРУЕМОЙ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ИОНАМИ. 3.

ОГЛАВЛЕНИЕ 4.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА: 5.

Используемая литература :

Л.Н. Розанов. Вакуумная техника.

Москва «Высшая школа «1990.

{ Slava KPSS }.