Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах
Обнаружена высокая сорбционная способность железного геттера по азоту в электродуговом вакуумном насосе. В диапазоне исследованных давлений (0,1...1 Па) в режиме непрерывного горения дугового разряда сорбционные свойства титана и железа различаются по производительности лишь в 1,2 раза. Такое неболь...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2000 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78227 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах / Л.П. Саблев, А.А. Андреев, Р.И. Ступак, В.М. Шулаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 30-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860268832430489600 |
|---|---|
| author | Саблев, Л.П. Андреев, А.А. Ступак, Р.И. Шулаев, В.М. |
| author_facet | Саблев, Л.П. Андреев, А.А. Ступак, Р.И. Шулаев, В.М. |
| citation_txt | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах / Л.П. Саблев, А.А. Андреев, Р.И. Ступак, В.М. Шулаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 30-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Обнаружена высокая сорбционная способность железного геттера по азоту в электродуговом вакуумном насосе. В диапазоне исследованных давлений (0,1...1 Па) в режиме непрерывного горения дугового разряда сорбционные свойства титана и железа различаются по производительности лишь в 1,2 раза. Такое небольшое преимущество титана нивелируется большим ресурсом работы железа при одинаковых геометрических размерах катодов, безопасностью в эксплуатации железных геттеров и их коммерческой доступностью.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:04:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.52
ЖЕЛЕЗНЫЕ ГЕТТЕРЫ – ВОЗМОЖНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА
ТИТАНОВЫМ В ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ СОРБЦИОННЫХ
ВЫСОКОВАКУУМНЫХ НАСОСАХ
Л.П. Саблев, А.А. Андреев, Р.И. Ступак, В.М. Шулаев
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
тел.: (057) 335-25-45, факс: 335-35-29, E-mail: v.shulayev@kipt.kharkov.ua
Обнаружена высокая сорбционная способность железного геттера по азоту в электродуговом вакуумном
насосе. В диапазоне исследованных давлений (0,1...1 Па) в режиме непрерывного горения дугового разряда
сорбционные свойства титана и железа различаются по производительности лишь в 1,2 раза. Такое не-
большое преимущество титана нивелируется большим ресурсом работы железа при одинаковых геометри-
ческих размерах катодов, безопасностью в эксплуатации железных геттеров и их коммерческой доступно-
стью.
В вакуумных технологических установках с по-
вышенными газовыми нагрузками наиболее пер-
спективными насосами являются электродуговые
сорбционные высоковакуумные агрегаты [1]. В ка-
честве рабочего тела (источника геттерного мате-
риала) в них могут быть использованы целый ряд
металлов, химически активных по отношению к
большинству газов. К таким металлам относятся: Sc,
Y, La, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, Ti, Cr и др. [2,3]. Одна-
ко из-за относительно низкой коммерческой стоимо-
сти и достаточно высокой химической активности в
насосах такого типа наибольшее распространение
получили титан и его сплавы. Другие металлы при-
меняются крайне редко и только в специализирован-
ных геттерных насосах [4].
Однако, несмотря на высокие геттерные харак-
теристики титана имеется ряд потенциальных
проблем, связанных с его применением. Общие
свойства титановых геттерных пленок – иницииро-
вание и ускорение обменных химических и плазмо-
химических реакций в результате каталитического
воздействия титановой поверхности, потоков заря-
женных частиц и фотонов на остаточные газы. Наи-
более неприятный результат этих процессов – ин-
тенсивный синтез углеводов и водяных паров в
сорбционных электродуговых насосах [5]. Другая
проблема связана с пирофорностью продуктов кон-
денсации, усложняющей эксплуатацию этих насо-
сов. При проведении регламентных работ по перио-
дической чистке насоса возможно возгорание про-
дуктов конденсации при их контакте с атмосферным
воздухом. Поэтому поиск оптимального геттерного
материала, свободного от вышеуказанных недостат-
ков, остается актуальной задачей для данного типа
насосов.
Авторы настоящей работы, основываясь на ре-
зультатах исследований [2,3], обратили внимание на
возможность использования в качестве рабочего
тела для геттерного насоса такого элемента, как же-
лезо, которое в тонкопленочном состоянии по хими-
ческой активности не должно заметно уступать ти-
тану. Причем коммерческая доступность железа на-
много выше, чем у титана. Однако какие-либо дан-
ные по практическому применению железа в геттер-
ных испарительных насосах отсутствуют.
Цель данной работы – исследование сорбцион-
ных свойств железной пленки в электродуговых на-
сосах при откачке основного компонента воздушной
атмосферы – азота, и сравнение их с аналогичными
характеристиками для титана.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
На рис. 1 приведена схема экспериментальной
установки. Водоохлаждаемые стенки вакуумной ка-
Рис. 1. Схема экспериментального электродугового
насоса с железным геттером (пояснения в тексте)
меры (1) являются анодом электродугового испари-
теля. Железный катод испарителя (2) установлен на
нижнем торце вакуумной камеры. Электропитание
испарителя осуществляется от регулируемого источ-
ника постоянного тока. Ток дугового разряда (I ) в
экспериментах изменялся от минимального значе-
ния I∼130 А до максимального I∼470 А. Испаряемое
с поверхности катода железо конденсировалось в
виде пленки на внутренней поверхности стенок ва-
куумной камеры электродугового насоса и выполня-
ло функции геттера. Откачка вакуумной камеры до
давления Р∼10-3 Па производилась паромасляным
вакуумным агрегатом с угловым затвором Dy
-250 мм. Давление газов в вакуумной камере изме-
рялось с помощью ионизационного преобразователя
МИ-10(11) и вакууметра ВИТ-3.
Количество азота, откачиваемого железным гет-
тером в единицу времени, определялось методом
постоянного давления по следующему способу.
Напуск азота производился через верхний торец ва-
куумной камеры. Диафрагма (4) с отверстиями слу-
жит для создания однородного газового потока. До-
зированная подача азота в вакуумную камеру осу-
ществлялась через автоматический игольчатый на-
текатель (5). Вход натекателя подсоединялся к изме-
рительной ячейке (6). Измерительная ячейка пред-
ставляла собой стеклянную трубку диметром 24 мм
с миллиметровой шкалой на боковой поверхности,
нижний открытый конец которой опущен в сосуд
(7), заполненный вакуумным маслом ВМ-1 (8). Для
снижения вязкости (снижения инерционности изме-
рительной ячейки) масло в сосуде подогревалось.
Напуск азота в измерительную ячейку(6) происхо-
дил через впаянную стеклянную трубку из резино-
вой емкости (9), находящейся под атмосферным
давлением. Между резиновой емкостью (9) и изме-
рительным объемом (6) установлен затвор (10).
Измерение производительности откачки азота
производилось по следующей схеме. В откачанную
до Р∼10-3 Па вакуумную камеру производился на-
пуск азота через игольчатый натекатель (5) при от-
крытом затворе (10). После закрытия затвора (10)
паромасляный диффузионный насос откачивал газ
из измерительной ячейки (6), поступающий в ваку-
умную камеру выключенного электродугового на-
соса через натекатель (5). Объем откачиваемого азо-
та контролировался по изменению уровня масла в
измерительной ячейке. Измерялось время (t1) подъ-
ема уровня масла от нулевого уровня до отметки
70 мм. Затем производился замер времени (t2) подъ-
ема уровня масла в вышеуказанных пределах, но
уже при совместной откачке паромасляным и элек-
тродуговым насосами. Причем ток дугового разряда
в каждом эксперименте был фиксированным. Коли-
чество газа, откачиваемого электродуговым насосом
в единицу времени (производительность Q) опреде-
лялась как
,
)(
21
21
tt
ttq
Q
⋅
−⋅
=
где q - количество газа, откачанного насосом из из-
мерительной ячейки. Значение q является для дан-
ной измерительной системы постоянным и состав-
ляет величину 3,17 м3⋅Па.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Откачка азота велась конденсируемой пленкой
железа в режиме непрерывного горения дуги. На
рис. 2 приведен экспериментальный график произ-
водительности электродугового насоса в зависимо-
сти от тока дуги разряда при давлении Р=0,67 Па.
Характер зависимости Q (I) в диапазоне измеренных
давлений 0,1...1 Па практически не отличается от
приведенного на рис. 2. Сопоставление про-
изводительностей насосов с титановым и железным
геттером при одном и том же значении тока дуги
свидетельствует о более высоких геттерных свойст-
вах титана (примерно в 1,2 раза). В случае железно-
го геттера для обеспечения производительности ра-
боты насоса, одинаковой с титановым геттером,
необходимо увеличить ток дугового разряда при-
мерно в 1,16 раза при увеличении потребляемой
мощности в 1,28 раза. При этом напряжение на элек-
тродах железного электродугового испарителя со-
ставляет 22 В, а титанового испарителя – 20 В.
Рис. 2. Производительность насоса с титановым и
железным геттером ( – титан, ▲ – железо)
Рис. 3. Скорость испарения железа в зависимости
от тока дугового разряда
На рис. 3 приведена зависимость скорости испа-
рения железного геттера от величины тока дугового
Производительность насоса с титановым и железным
геттером
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
100 200 300 400 500
Ток разряда , Ампер
Пр
ои
зв
од
ит
ел
ьн
ос
ть
,
м
3 *П
а/
се
к
Титан
Железо
Скорость испарения железа в
зависимости от тока дугового разряда
0
20
40
60
80
100
120
100 200 300 400 500
Ток дугового разряда, Ампер
С
ко
р
ос
ть
и
сп
а
р
ен
и
я,
г
/ч
а
с
разряда в электродуговом насосе. Из данной зави-
симости следует, что коэффициент эрозии железа
составляет 5,8⋅10-5 г/Кулон (для титана эта величина
составляет 4,2⋅10-5г/Кулон). Из данных, приведен-
ных на рис. 2 и 3 следует также, что для железного
геттера сорбционное отношение (число атомов гет-
тера, необходимое для откачки одной молекулы) со-
ставляет 5,2 ат. (для сравнения, у титана – 3,7). По
этому параметру железный геттер в 1,4 раза менее
эффективен, чем титановый. Однако, учитывая бо-
лее высокий коэффициент эрозии железного геттера
при электродуговом испарении, эта разница не влия-
ет существенно на такую важную характеристику
работы насоса, как производительность (см. рис. 2).
Отметим также, что ресурс работы железного гет-
тера будет больше (при одинаковых геометрических
размерах катода электродугового испарителя) из-за
большего (в 1,5 раза) количества атомов в единице
объема, чем у титана.
Таким образом, можно сделать однозначный вы-
вод, что железный геттер может стать альтернати-
вой титановому в случае откачки такого газа, как
азот. При этом устраняется такой существенный
недостаток титанового геттера, как образование пи-
рофорных продуктов конденсации в процессе рабо-
ты электродугового сорбционного насоса. Следую-
щее неоспоримое преимущество – доступность же-
леза как материала и во много раз более низкая ком-
мерческая стоимость в сравнении с титаном.
ЛИТЕРАТУРА
1.Л.П. Саблев, В.М. Шулаев, А.А. Андреев. Сорб-
ционные высоковакуумные электродуговые насосы
большой производительности для технологического
оборудования // Труды научно-практического сим-
позиума «Оборудование и технологии термической
обработки металлов и сплавов в машиностроении».
Харьков, 2000, с. 16-21.
2.В.С. Коган, А.А. Сокол, В.М. Шулаев. Влияние ва-
куумных условий на формирование структуры кон-
денсатов. Взаимодействие активных газов с ме-
таллическими пленками. М.: «ЦНИИатоминформ»,
1987, 40 с.
3.В.С. Коган, В.М. Шулаев. Адсорбционно-диффу-
зионные вакуумные насосы (вакуумные насосы с не-
распыляемым геттером). М.: «ЦНИИатоминформ»,
1988, 67 с.
4.Г.Л. Саксаганский. Источники возобновляемых
геттерных пленок. М.: «ЦИНТИхимнефтемаш»,
1988, 38 с.
5.Г.Л. Саксаганский. Испарительные геттерные и
ионно-геттерные насосы. М.: «ЦИНТИхимнефте-
маш», 1988, 56 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78227 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:04:06Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Саблев, Л.П. Андреев, А.А. Ступак, Р.И. Шулаев, В.М. 2015-03-13T06:23:21Z 2015-03-13T06:23:21Z 2000 Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах / Л.П. Саблев, А.А. Андреев, Р.И. Ступак, В.М. Шулаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 30-32. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78227 621.52 Обнаружена высокая сорбционная способность железного геттера по азоту в электродуговом вакуумном насосе. В диапазоне исследованных давлений (0,1...1 Па) в режиме непрерывного горения дугового разряда сорбционные свойства титана и железа различаются по производительности лишь в 1,2 раза. Такое небольшое преимущество титана нивелируется большим ресурсом работы железа при одинаковых геометрических размерах катодов, безопасностью в эксплуатации железных геттеров и их коммерческой доступностью. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах Article published earlier |
| spellingShingle | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах Саблев, Л.П. Андреев, А.А. Ступак, Р.И. Шулаев, В.М. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| title_full | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| title_fullStr | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| title_full_unstemmed | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| title_short | Железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| title_sort | железные геттеры – возможная альтернатива титановым в электродуговых сорбционных высоковакуумных насосах |
| topic | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78227 |
| work_keys_str_mv | AT sablevlp železnyegetteryvozmožnaâalʹternativatitanovymvélektrodugovyhsorbcionnyhvysokovakuumnyhnasosah AT andreevaa železnyegetteryvozmožnaâalʹternativatitanovymvélektrodugovyhsorbcionnyhvysokovakuumnyhnasosah AT stupakri železnyegetteryvozmožnaâalʹternativatitanovymvélektrodugovyhsorbcionnyhvysokovakuumnyhnasosah AT šulaevvm železnyegetteryvozmožnaâalʹternativatitanovymvélektrodugovyhsorbcionnyhvysokovakuumnyhnasosah |