Физико-химические методы получения вакуума Общая характеристика
Физико-химические методы получения вакуума позволяют в определенном диапазоне рабочих давлений создавать насосы с лучшими, чем у механических, технико-экономическими показателями. Существенное преимущество физико-химических насосов перед механическими заключается в возможности устранения загрязнения откачиваемой камеры парами рабочих жидкостей, которые применяются для смазки и герметизации во многих механических насосах.
Направленное движение предварительно заряженных молекул газа под действием электрического поля является основой работы ионных насосов. Испарительные насосы работают на принципе хемосорбции. Физическая адсорбция и конденсация используются для откачки газов криосорбционными насосами: криоадсорбционными и криоконденсационными.
В связи с тем, что теплота конденсации обычно меньше теплоты адсорбции, конденсация одного и того же количества газа наблюдается при более низких температурах, чем адсорбция, что делает техническую реализацию криогенной системы криоконденсационного насоса более сложной, чем криоадсорбционного. Преимуществом конденсационной откачки перед адсорбционной является большая быстрота откачки на единицу площади охлаждаемой поверхности.
Принцип ионной откачки совместно с сорбционным используется в конструкциях ионно-сорбционных насосов. Диапазоны рабочих давлений промышленных и лабораторных образцов насосов, работающих на принципах физико-химической откачки, показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Диапазоны рабочих давлений физико-химических методов откачки: ___промышленные образцы;-----лабораторные образцы
Ионная откачка
Для передачи молекулам импульса скорости в направлении насоса предварительного разрежения можно использовать воздействие постоянного электрического поля, если нейтральные молекулы газа предварительно превратить в заряженные частицы. Для ионизации газа можно использовать α-, β- и γ-излучения. Наиболее часто используется β-излучение, осуществляемое за счет электронной бомбардировки.
На рисунке 2 показана схема работы ионного насоса. Газ, поступающий в насос, ионизируется в пространстве ионизации 7, а затем с помощью ускоряющих электродов 2, к которым приложена разность потенциалов, направляется к выходному патрубку насоса. Здесь ионы нейтрализуются и откачиваются насосом предварительного разрежения.
Рисунок 2 - Схема ионной откачки
Хемосорбционная откачка
Хемосорбционная откачка осуществляется путем поглощения активных газов на поверхности металлов. Показателем активности газа является его теплота адсорбции на данном металле. Наибольшее распространение при хемосорбционной откачке получили следующие металлы: Тi, Zr, Та, Ва, Мо, W, Нf, Ег.
Для увеличения поверхности металла, взаимодействующей с откачиваемыми газами, используется его нанесение в виде тонких пленок на электроды или корпус насоса. Возможность непрерывного обновления напыленной пленки увеличивает срок службы насоса.
Напыление происходит при давлениях паров вещества, больших давления насыщенного пара над поверхностью напыления, когда на единице поверхности в единицу времени конденсируется большее число молекул, чем испаряется.