Геттер
- (в центре) Вакуумная трубка с геттерным покрытием на внутренней поверхности верхней части трубки.
- (слева) Внутренняя часть аналогичной трубки: показан резервуар, в котором содержится материал, который испаряется для создания геттерного покрытия. Во время производства, после вакуумирования и герметизации трубки, индукционный нагреватель испаряет материал, который конденсируется на стекле.
Геттер — это отложение реактивного материала, которое помещается внутрь вакуумной системы для создания и поддержания вакуума. Когда молекулы газа ударяются о геттерный материал, они соединяются с ним химически или абсорбции путем . Таким образом, геттер удаляет небольшие количества газа из вакуумированного пространства. Геттер обычно представляет собой покрытие, нанесенное на поверхность внутри вакуумированной камеры.
Вакуум изначально создается путем подключения контейнера к вакуумному насосу . После достижения достаточного вакуума контейнер можно герметизировать или оставить вакуумный насос включенным. Геттеры особенно важны в герметичных системах, таких как вакуумные трубки , включая электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), вакуумное изолирующее стекло (или вакуумное стекло). [1] и панели с вакуумной изоляцией , которые должны поддерживать вакуум в течение длительного времени. Это связано с тем, что внутренние поверхности контейнера выделяют поглощенные газы в течение длительного времени после установления вакуума. Геттер постоянно удаляет остатки химически активного газа, например кислорода, пока он десорбируется с поверхности или постоянно проникает в систему (небольшие утечки или диффузия через проницаемый материал). Даже в системах, которые постоянно откачиваются с помощью вакуумного насоса, геттеры также используются для удаления остаточного газа, часто для достижения более высокого вакуума, чем мог бы достичь насос в одиночку. Хотя он часто присутствует в незначительных количествах и не имеет движущихся частей, геттер сам по себе ведет себя как вакуумный насос. Это идеальный химический поглотитель химически активных газов. [2] [3] [4] [5] [6]
Геттеры не могут реагировать с инертными газами , хотя некоторые геттеры адсорбируют их обратимо. Кроме того, с водородом обычно обращаются путем адсорбции, а не реакции.
Типы
[ редактировать ]Во избежание загрязнения атмосферой геттер необходимо вводить в вакуумную систему в неактивном виде при сборке и активировать после вакуумирования. Обычно это делается путем нагревания. [7] Различные типы геттеров используют разные способы сделать это:
- Прошитый геттер
- Материал-поглотитель удерживается в резервуаре в неактивном состоянии во время сборки и первоначального вакуумирования, а затем нагревается и испаряется, обычно с помощью индукционного нагрева . Испаренный геттер, обычно летучий металл, мгновенно вступает в реакцию с любым остаточным газом, а затем конденсируется на холодных стенках трубки в виде тонкого покрытия, геттерного пятна или геттерного зеркала , которое продолжает поглощать газ. Это наиболее распространенный тип, используемый в электронных лампах малой мощности .
- Неиспаряемый геттер (NEG) [8]
- Геттер остается в твердой форме.
- Геттер покрытия
- Покрытие, нанесенное на металлические части вакуумной системы, которые будут нагреваться во время использования. Обычно нелетучий металлический порошок спекается в пористом покрытии с поверхностью электродов силовых электронных ламп, выдерживается при температуре от 200 до 1200 °С в процессе эксплуатации.
- Массовый геттер
- Листы, полосы, проволока или спеченные таблетки из газопоглощающих металлов, которые нагреваются либо путем установки их на горячие компоненты, либо с помощью отдельного нагревательного элемента. Их часто можно обновить или заменить.
- Геттерный насос или сорбционный насос
- В лабораторных вакуумных системах объемный геттер NEG часто хранится в отдельном сосуде с собственным нагревателем, прикрепленным к вакуумной системе с помощью клапана, так что его можно заменить или обновить при насыщении. [8]
- Ионо-геттерный насос
- Использует электрод высокого напряжения для ионизации молекул газа и направления их на поверхность газопоглотителя. Они могут достигать очень низких давлений и важны в сверхвысокого вакуума (СВВ). системах [8]
Прошитые геттеры
[ редактировать ]
Мгновенные геттеры готовятся путем размещения резервуара с летучим и химически активным материалом внутри вакуумной системы. После того, как система вакуумирована и герметизирована под высоким вакуумом, материал нагревается (обычно с помощью радиочастотного индукционного нагрева ). После испарения он осаждается в виде покрытия на внутренних поверхностях системы. Флэш-геттеры (обычно изготовленные из бария ) обычно используются в электронных лампах . Большинство геттеров можно увидеть как серебристое металлическое пятно на внутренней стороне стеклянной оболочки трубки. В больших передающих трубках и специальных системах часто используются более экзотические геттеры, включая алюминий , магний , кальций , натрий , стронций , цезий и фосфор .
Если на геттер воздействует атмосферный воздух (например, если трубка порвется или произойдет течь), он побелеет и станет бесполезным. По этой причине флэш-геттеры используются только в герметичных системах . Функционирующий геттер фосфора очень похож на геттер из окисленного металла, хотя он имеет переливающийся розовый или оранжевый цвет, которого нет у геттеров из окисленного металла. Фосфор часто использовался до того, как были разработаны металлические геттеры.
В системах, которые необходимо открыть для доступа воздуха для технического обслуживания, титановый сублимационный насос обеспечивает аналогичные функции, что и пропаренные геттеры, но его можно промывать неоднократно. Альтернативно можно использовать неиспаряемые геттеры.
Те, кто незнаком с герметичными вакуумными устройствами, такими как вакуумные трубки /термионные клапаны, натриевые лампы высокого давления или некоторые типы металлогалогенных ламп , часто замечают блестящий налет на светопоглотителе и ошибочно полагают, что это признак неисправности или ухудшения качества устройства. . В современных газоразрядных лампах высокой интенсивности, как правило, используются неиспаряющиеся геттеры, а не импульсные геттеры.
Те, кто знаком с такими устройствами, часто могут сделать качественную оценку твердости или качества вакуума внутри по внешнему виду налета в газопоглотителе, причем блестящий налет указывает на хороший вакуум. По мере использования геттера осадок часто становится тонким и полупрозрачным, особенно по краям. Он может приобретать коричневато-красный полупрозрачный вид, что указывает на плохую герметизацию или интенсивное использование устройства при повышенных температурах. Белый налет, обычно оксид бария , указывает на полный отказ уплотнения вакуумной системы, как показано на модуле флуоресцентного дисплея, изображенном выше.
Активация
[ редактировать ]Типичный флэш-геттер, используемый в небольших вакуумных лампах (на трубке 12AX7, вверху), состоит из кольцеобразной структуры, сделанной из длинной полоски никеля, которая свернута в длинную узкую ванну, заполненную смесью азида бария и напудренное стекло, а затем сложено в форму закрытого кольца. В конкретном случае, изображенном выше, газопоглотитель крепится желобом вверх, к стеклу.
Во время активации, пока лампа еще подключена к насосу, катушка ВЧ- индукционного нагрева , подключенная к мощному ВЧ-генератору, 27 МГц или 40,68 МГц работающему в диапазоне ISM вокруг лампы в плоскости кольца располагается . Катушка действует как первичная обмотка трансформатора, а кольцо — как один закороченный виток. По кольцу текут большие радиочастотные токи, нагревая его. Катушку перемещают вдоль оси колбы, чтобы не перегреть и не расплавить кольцо. При нагревании кольца азид бария разлагается на пары бария и азот. Азот откачивается, а барий конденсируется на колбе над плоскостью кольца, образуя зеркальный осадок с большой площадью поверхности. Порошковое стекло в кольце плавится и захватывает любые частицы, которые в противном случае могли бы попасть внутрь колбы, что приведет к последующим проблемам. Барий при активации соединяется со свободным газом и продолжает действовать после того, как баллон отсоединен от насоса. Во время использования внутренние электроды и другие части трубки нагреваются. Это может привести к выделению адсорбированных газов из металлических деталей, таких как аноды (пластины), сетки, или неметаллических пористых деталей, таких как спеченные керамические детали. Газ улавливается на большой площади реакционноспособного бария на стенке колбы и удаляется из трубки.
Неиспаряемые геттеры
[ редактировать ]Неиспаряющиеся геттеры , работающие при высокой температуре, обычно состоят из пленки специального сплава, часто преимущественно циркония ; требование состоит в том, что материалы сплава должны образовывать пассивирующий слой при комнатной температуре, который исчезает при нагревании. Обычные сплавы имеют названия в виде St (Стабил), за которыми следует номер:
- St 707 состоит из 70% циркония , 24,6% ванадия и оставшегося железа .
- St 787 состоит из 80,8% циркония , 14,2% кобальта и остального мишметалла .
- St 101 состоит из 84% циркония и 16% алюминия . [9]
В трубках, используемых в электронике, геттерный материал покрывает пластины внутри трубки, которые нагреваются при нормальной работе; когда геттеры используются в более общих вакуумных системах, например, в производстве полупроводников , они вводятся в вакуумную камеру как отдельные части оборудования и включаются при необходимости. Нанесенный и структурированный геттерный материал используется в упаковке микроэлектроники для обеспечения сверхвысокого вакуума в герметичной полости. Для повышения производительности геттера необходимо максимально увеличить температуру активации с учетом технологических ограничений. [10]
Конечно, важно не нагревать геттер, когда система еще не находится в хорошем вакууме.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ИГМА (ФГИА) ТБ-2600; Вакуумное изоляционное стекло
- ^ О'Хэнлон, Джон Ф. (2005). Руководство пользователя по вакуумной технике (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 247. ИСБН 0471467154 .
- ^ Дэниэлсон, Фил (2004). «Как использовать геттеры и геттерные насосы» (PDF) . Журнал практических и полезных вакуумных технологий . Сайт вакуумной лаборатории. Архивировано из оригинала (PDF) 9 февраля 2005 г. Проверено 27 ноября 2014 г.
- ^ Мэттокс, Дональд М. (2010). Справочник по обработке физическим осаждением из паровой фазы (PVD) (2-е изд.). Уильям Эндрю. п. 625. ИСБН 978-0815520382 .
- ^ Уэлч, Кимо М. (2001). Технология захвата насосов . Эльзевир. п. 1. ISBN 0444508821 .
- ^ Баннварт, Хельмут (2006). Жидкостно-кольцевые вакуумные насосы, компрессоры и системы: традиционное и герметичное исполнение . Джон Уайли и сыновья. п. 120. ИСБН 3527604723 .
- ^ Эспе, Вернер; Макс Нолл; Маршалл П. Уайлдер (октябрь 1950 г.). «Геттерные материалы для электронных трубок» (PDF) . Электроника . МакГроу-Хилл: 80–86. ISSN 0883-4989 . Проверено 21 октября 2013 г. Пита Миллера Tubebooks на сайте
- ^ Jump up to: а б с Жустен, Карл (2008). Справочник по вакуумной технике . Джон Уайли и сыновья. стр. 463–474. ISBN 978-3-527-40723-1 .
- ^ «Неиспаряющиеся геттерные сплавы - Патент США 5961750» . Архивировано из оригинала 11 сентября 2012 г. Проверено 26 ноября 2007 г.
- ^ Высокодобротный МЭМС-гироскоп
- Стоукс, Джон В. 70 лет радиоламп и клапанов: Руководство для инженеров, историков и коллекционеров. Вестал Пресс, 1982.
- Райх, Герберт Дж. Принципы электронных ламп. Понимание и проектирование простых схем. Публикация аудиолюбительского радио, май 1995 г. (Перепечатка оригинала 1941 г.).
Внешние ссылки
[ редактировать ]