吸气剂泵分析与改进Word格式.docx
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吸气剂泵分析与改进Word格式.docx
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● 激活后室温抽气无需电源;
● 重量轻,更换NEG泵芯方便;
● 可以根据实际要求设计泵的结构形状和抽速大小。
吸气剂泵的应用:
● 需要获得超高和极高真空的系统都可以用NEG和离子泵、低温泵或TMP联合抽气达到指标;
● 利用NEG只能抽除活性气体,不能抽除惰性气体的特点,用于惰性气体的纯化;
● 它被广泛使用于以下领域:
粒子加速器和同步辐射光源、核聚变装置、空间技术、表面科学、材料科学分析、检测和计量设备、原子钟、便携式真空仪器等。
(SIP+NEG)复合泵
复合泵结合了离子泵和吸气剂泵的优点,互补了两者的缺点,具有了全新的特点。
离子泵
吸气剂泵
压强<
10-6Pa时抽速下降
抽速和压强无关
抽速曲线更平,压强范围更广,极限真空更高,可达10-10Pa
体积大、重量大
体积小、抽速大、抽气容量大
NEG组件嵌入SIP空腔,复合泵体积不变,重量几乎不变,抽速成倍增加,抽速体积比成倍增加
氢抽速小于抽其它活性气体,大量抽氢后阴极易脆裂
氢抽速高,抽气容量大,可以再生恢复抽速和抽气容量
综合了SIP和NEG的抽氢能力。
SIP停止工作,就可再生NEG,恢复NEG泵的抽氢性能
三极泵能抽除惰性气体
不能抽除惰性气体
保留了离子泵抽除惰性气体的能力
无油、无震动、无噪音
断电不能继续工作
激活后常温抽气无需电源
断电时吸气剂泵继续抽气,复合泵抽速下降,系统内压强上升,但仍能维持相同量级压强
非蒸散型吸气剂(NonEvaporableGetter,NEG)泵是一种全新概念的高真空泵,它完全摆脱了泵的传统机械构型,而以合金充当吸气剂与活性气体结合,从而获得和维持系统的真空度。
它具有对活性气体抽速大、清洁无油、无活动部件、无振动、室温抽气等一系列优点,近年来已在光源、高能粒子加速器、电子器件、空间科学等领域得到广泛应用。
(被动型氢原子钟吸气剂泵、主动型氢原子钟吸气剂泵、非蒸散型吸气剂(NEG)泵与极小型钛溅射离子泵(SIP))
吸气剂(getter):
在烧结过程中吸收或化合烧结气氛中对最终产品有害的物质的材料。
主要作用
吸气剂大量应用于真空电子器件中,为器件创造了良好的工作环境,稳定了器件的特性参量,对器件的性能及使用寿命有重要的影响:
①短时间内提高真空器件的真空度(达10-4帕以上),在器件的排气封离后和老炼过程中消除残余的和重新释放的气体,有利于缩短排气时间;
②在器件的储存和工作期间维持一定的真空度;
③吸收器件在启动和反常工作时的突发性放气,有效地保护阴极等敏感元件。
吸气剂的吸气机理
蒸散型吸气剂吸气过程有三个主要作用因素:
蒸散吸气、表面吸附和内部扩散,三者之间的关系:
首先是蒸散吸气,表面吸附孕育扩散因素,内部扩散必须以表面吸附为前提。
非蒸散型吸气剂的吸气过程:
表面吸附,内部扩散。
①蒸散吸气:
在受热蒸散时,飞溅出来的钡原子与管内空间的气体分子相碰撞,在碰撞过程中有的钡原子仅仅改变其蒸散方向,有的则与气体分子起化学作用,产生相应的化合物,并且沉积在管壳内表面上。
结果管内空间的气体浓度减少了,残余气体大部分被吸收了。
②表面吸附:
当气体分子碰撞固体表面时,它可能被弹回,也可能被吸附,被吸附的分子可能被吸附得很牢,也可能只被很微弱的力所束缚。
(1)范德华力:
物理吸附
(2)剩余价力:
化学吸收
③内部扩散:
表面吸附的气体,具有较大的表面迁移率,它可以迅速地在整个表面上扩散开来。
随着表面扩散的进行,在一定的条件下,表面吸附的气体将进一步向吸气金属内部进行体扩散。
体扩散的形式有:
(1)深入金属表面凹陷或损伤部位;
(2)浸入晶界之间;
(3)扩散到结晶本身的缺陷之中;
(4)和金属化合成金属间化合物;
(5)和金属形成固溶体。
吸气剂的激活
在温度较低时,气体向内扩散的速度很小,扩散速度曲线明显左移;
而在大气压力之下,表面吸附速度却大为提高,扩散速度曲线明显右移。
这样,吸气剂明显地处于扩散决定区,于是在吸气剂表面形成很薄的气体吸附层气膜,它在常温下来不及向体内扩散,从而这一层气膜阻止了吸气剂与气体的进一步作用,所以说吸气剂在这种情况下是十分稳定的。
在吸气剂充分发挥其对流活性气体的吸着作用之前,必须首先清除这一层气膜。
这一工艺过程称为激活。
吸气剂的激活可以通过降低吸气剂表面的气体压力P、提高吸气剂的T并维持一定时间t来实现,P、T、t这三个因素的组合,称为激活条件。
吸气剂的再生
吸气剂一经激活,当它暴露在所要抽除的气体之中时,即能产生抽气作用。
一般来说,氢气是均匀地散布在整个吸气剂体积中,其它的活性气体集中于接近表面处,结果导致对气体的吸着速度逐步下降。
到吸气剂表面出现了气体分子的积累,受到了严重的污染,活性消失,吸气剂的一次使用寿命终了。
如果提高温度,扩散速度重新提高,表面活性可得到部分的恢复,吸着速度重新提高。
保持一些时间,使扩散速度大于表面吸附速度,则表面活性可得以恢复,这称为吸气剂的加温再生法。
同理,如果吸气剂温度保持不变,而是降低吸气剂周围的气体压力P,使恒定的表面吸附速度大大下降,也可以使吸气剂表面活性恢复,吸着速度回升,这就称为吸气剂的降压再生法。
应用领域
吸气剂技术对于获得良好的管内真空气氛,具有经济、简便、有效、持久等特点,它对于研制和生产长寿命、高可靠、优性能的电真空器件起着相当重要的作用。
它不仅广泛应用于电真空器件,如收讯放大管,功率发射管,黑白或彩色电视显像管、示波管、摄象管、行波管、日光灯和高压放电灯等,而且还应用于光电阴极的制造,原子能反应堆,可控核聚变装置,气体激光器,稀有气体的净化,高真空获得等领域。
混合气中的H2对NEG吸收CO的行为影响极小。
NEG对CO抽速大于对H2抽速。
这是因为NEG的抽速主要取决于表面的粘着系数及抽气通道的流导。
表面粘着系数越大,受抽气通道的流导影响也就越大。
。
由于CO比H2活性大,CO在NEG上的粘着系数大于H2。
因此,NEG对CO的抽速要大于H2。
测试结果表明,NEG对混合气体的总抽速介于
两个分抽速之间,而不是两个分抽速之和。
结论
(1)在一个相当大的吸气量范围内,NEG对纯
H2的抽速随H2吸气量的增加下降很慢,混合气体
中的NEG对H2的抽速由于受CO影响,随H2吸气
量的增加而下降明显。
(2)NEG对CO的抽速不受H2影响。
因此,在
纯气或混合气中NEG对CO抽速随CO吸气量变化
曲线基本相同。
(3)NEG对混合气的总抽速不等于对各类气体
的分抽速之和。
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