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.
Оглавление
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 }