Физико-химические способы получения вакуума
Физико-химические способы получения вакуума
Вакуумные насосы, обладая большой быстротой действия при откачке газов, часто оказываются недостаточно эффективными при откачке паров. Кроме того, они сами являются источниками паров рабочих жидкостей, попадающих в откачиваемую систему. Поэтому в вакуумной технике широко применяется вспомогательный способ получения высокого вакуума за счет интенсивной конденсации (вымораживания) присутствующих в вакуумной системе паров при помощи ловушек, стенки которых охлаждаются жидким азотом (t = —193°), жидким воздухом (I = —183°) или холодильной смесью с твердой углекислотой (t = —80°).
Из стеклянных охлаждаемых ловушек наибольшее распространение получили ловушки четырех типов, изображенные на рис. 10. Первая из этих ловушек (рис. 10, а) в процессе эксплуатации
погружается в находящийся в сосуде Дьюара жидкий воздух или жидкий азот. У остальных ловушек жидкий азот заливается непосредственно во внутреннюю полость.
В ловушке, изображенной на рис. 10, в, имеется дополнительный цилиндр, ^который, удлиняя путь прохождения газа, обеспечивает лучшую конденсацию паров.
Для разборных металлических вакуумных систем, в которых необходимо обеспечить значительную скорость откачки, обычно используется металлическая горизонтальная охлаждаемая ловушка со щитками, изображенная на рис. И.
Ловушка состоит из корпуса 1, выполненного в виде металлического кольца, вымораживающего устройства 2, хладопровода 3 и сосуда Дьюара 4. Вымораживающее устройство представляет собой медный стержень с припаянными к нему в виде «елочки» медными пластинами, перекрывающими входное сечение насоса таким образом, чтобы ловушка -была непросматриваемой на свет. Молекулы пара, диффундирующие из насоса, летят, благодаря высокому вакууму, по прямолинейным путям, вследствие чего неизбежно попадают на медные пластины и оседают на них. Медный стержень хладопровода погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом. Хладопровод и связанные с ним пластины вымораживающего устройства в процессе эксплуатации имеют температуру около —180°. При таких низких температурах давление паров масел и ртути, используемых в пароструйных насосах, а также давление паров воды уменьшается на несколько порядков, в результате чего существенно улучшается предельный вакуум, который может быть получен в откачиваемом объеме.
Помимо вымораживания паров улучшение предельного вакуума может быть достигнуто за счет использования специальных поглотителей газа. Процесс поглощения газа твердыми телами происходит как вследствие явления адсорбции, т. е. поглощения газа путем удерживания его поверхностью твердого тела, так и вследствие явления абсорбции, т. е. поглощения газа в результате проникновения его внутрь твердого тела. Особенно хорошо поглощают газы пористые и мелкокристаллические вещества, также как активированный древесный уголь, силикагель, алюмогель и др.
Однако в производстве электровакуумных приборов по целому ряду причин более широкое применение получили другие виды газопоглотителей, которые делятся на испаряющиеся и неиспа-ряющиеся.
К первой группе относятся такие, которые в процессе откачки прибора или же в отпаянном приборе подвергаются интенсивному нагреву, в результате которого они испаряются и в виде налета (зеркала) осаждаются на более холодных стенках внутри прибора.
Из испаряющихся поглотителей в вакуумных лампах накаливания широко используется красный фосфор. Порошок красного фосфора в виде спиртовой суспензии наносится на нить накала лампы и при первом же включении ее после отпайки распыляется, образуя прозрачный налет на внутренних стенках стеклянной колбы, который жадно* поглощает оставшиеся в колбе газы. Большим достоинством фосфора, имеющим существенное значение для источника света, является то, что слой фосфора предохраняет колбу от потемнения, которое может иметь место в результате испаренця вольфрамовой спирали в процессе эксплуатации лампы.
В приемно-усилительных лампах и других электровакуумных приборах в качестве испаряющегося поглотителя широкое применение находит металлический барий Поскольку барий, реагируя с кислородом воздуха и влагой, теряет свою активность, то с целью защиты от атмосферного влияния его помещают в специальную защитную оболочку. Бариевый поглотитель в зависимости от рода защитной оболочки называют «феба» (в железной оболочке), «ниба» (в никелевой оболочке) и «куба» (в медной оболочке) Помещенный внутрь вакуумного прибора барий после откачки прибора распыляют, применяя для этой цели нагрев токами высокой частоты.
Помимо чистого бария в электровакуумном производстве используются также бариево-алюминиевые таблетки, таблетки «бато» (смесь бариево-алюминиевого сплава, окиси железа и тория), баталовый поглотитель (состоящий из карбонатов стронция и бария), бериллат бария и другие испаряющиеся поглотители
В отличие от испаряющихся поглотителей, неиспаряющиеся поглотители используются в том виде и в том месте, в каком они введены в прибор в процессе его изготовления В качестве неис-паряющихся поглотителей чаще всего используются тантал, цирконий, титан, торий и др Характерной особенностью неиспа-ряющихся поглотителей является то, что интенсивное поглощение ими газов происходит только в том случае, если они нагреты до высокой температуры, при которой может возникнуть химическая реакция между поглотителем и остаточными газами или образование твердых растворов. Поэтому неиспаряющиеся поглотителя чаше всего наносятся в виде порошка на те детали прибора, которые в процессе эксплуатации нагреваются до высокой темпера туры (несколько сот градусов).
В результате использования различного рода газопоглотителей значительно облегчается задача получения и непрерывного поддержания высокого вакуума в процессе длительной эксплуатации отпаянных приборов.