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 EMBED Equation.3 , рассоложенной внутри вакуумной камеры .
Максимальную удельную геометрическую быстроту ионной откачки можно рассчитать по формуле EMBED Equation.3 (1) , где EMBED Equation.3 – коэффициент внедрения ионов ; EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 – удельная частота бомбардировки ; EMBED Equation.3 – плотность ионного тока ; EMBED Equation.3 – элементарный электрический заряд ; EMBED Equation.3 – 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 EMBED Equation.3 наблюдается для Ti , Zn при 300 … 500 К .
Максимальное значение концентрации растворенного газа при ионной откачке можно определить из условия равновесия газовых потоков : EMBED Equation.3 (2) ( D – коэффициент диффузии газа в твердом теле ) . Градиенты концентраций определяются следующими отношениями : EMBED Equation.3 здесь EMBED Equation.3 – глубина внедрения ионов ( EMBED Equation.3 – ускоряющее напряжение ) ; EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 – максимальная и начальная концентрация плотности поглощенного газа .
Так как величина EMBED Equation.3 мала по сравнению с EMBED Equation.3 ( константа EMBED Equation.3 даже для легких газов не превышает 1.0 нм./кВ ) , то величиной EMBED Equation.3 в уравнение (2) можно пренебречь : EMBED Equation.3 .
Отсюда следует выражение для максимальной концентрации растворенного газа : EMBED Equation.3 .
Если величина EMBED Equation.3 , 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 EMBED Equation.3 м3*Па/см2 , что соответствует при быстроте откачки EMBED Equation.3 м3/(с*см2) и давление EMBED Equation.3 Па приблизительно 300 часов непрерывной работы .
По известному значению EMBED Equation.3 можно подсчитать общее количество газа , которое будет поглощено единицей поверхности EMBED Equation.3 .
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 .
