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. 5.12 показано равновеское распределение концентрации при ионной откачке в объеме неограниченной пластины толщиной

2R, расположенной внутри вакуумной камеры.

Максимальную удельную геометрическую быстроту ионной откачки можно рассчитать по формуле где ц — коэффициент внедрения ионов; N₊=i+lq — удельная частота бомбардировки; 1+— плотность ионного тока; q — элементарный электрический заряд; п— молекулярная концентрация газа.

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

Максимальное значение концентрации растворенного газа при ионной откачке можно определить из условия равновесия газовых потоков: здесь h — CE — глубина внедрения ионов (Е— ускоряющее напряжение); s_max и so — максимальная и начальная концентрации поглощенного газа.

Если величина s_max, 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-эффект а.

В нержавеющей стали водородный блистер-эффект наблюдается при поглощении 3-10~² м³-Па/см², что соответствует при быстроте откачки 10-² м³/(с-см²) и давлении 4-10~⁸ Па приблизительно 300 ч непрерывной работы.

По известному значению s_max можно подсчитать общее количество газа, которое будет поглощено единицей поверхности: а = == (Smax—Sq)R-

Во время ионной бомбардировки йаблюдается 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.