Getter - Getter
Pochłaniacza jest złożenie materiału reaktywnego, który jest umieszczony wewnątrz podciśnieniowego systemu, w celu wypełniania i utrzymywania próżni. Kiedy cząsteczki gazu uderzają w materiał pochłaniający gazy, łączą ze sobą chemicznie lub absorp nych . W ten sposób getter usuwa niewielkie ilości gazu z ewakuowanej przestrzeni. Getter jest zwykle powłoką nakładaną na powierzchnię w próżniowej komorze.
Podciśnienie jest początkowo tworzone przez podłączenie zamkniętego i szczelnego pojemnika do pompy próżniowej . Po osiągnięciu wystarczającej próżni pojemnik można uszczelnić lub pozostawić uruchomioną pompę próżniową. Gettery są szczególnie ważne w systemach szczelnych, takich jak lampy próżniowe , w tym lampy elektronopromieniowe (CRT) i panele izolowane próżniowo , które muszą utrzymywać próżnię przez długi czas. Dzieje się tak, ponieważ wewnętrzne powierzchnie pojemnika uwalniają zaadsorbowane gazy przez długi czas po ustabilizowaniu się próżni. Getter w sposób ciągły usuwa pozostałości reaktywnego gazu, takiego jak tlen, o ile jest on desorbowany z powierzchni lub w sposób ciągły penetruje system (drobne wycieki lub dyfuzja przez przepuszczalny materiał). Nawet w systemach, które są stale opróżniane przez pompę próżniową, pochłaniacze gazów są również używane do usuwania resztkowego gazu, często w celu uzyskania wyższego podciśnienia niż pompa mogłaby osiągnąć samodzielnie. Chociaż często występuje w niewielkich ilościach i nie ma ruchomych części, getter zachowuje się sam w sobie jak pompa próżniowa. Jest to najlepszy pochłaniacz chemiczny gazów reaktywnych.
Gettery nie mogą reagować z gazami obojętnymi , chociaż niektóre pochłaniacze adsorbują je w sposób odwracalny. Ponadto wodór jest zwykle usuwany na drodze adsorpcji, a nie reakcji.
Rodzaje
Aby uniknąć zanieczyszczenia atmosferą, getter musi zostać wprowadzony do układu próżniowego w postaci nieaktywnej podczas montażu i aktywowany po opróżnieniu. Odbywa się to zwykle przez ciepło. Różne typy metod pobierających wykorzystują różne sposoby:
- Błyskawiczny getter - materiał pochłaniający jest utrzymywany w stanie nieaktywnym w zbiorniku podczas montażu i wstępnego opróżniania, a następnie podgrzewany i odparowywany, zwykle przez ogrzewanie indukcyjne . Odparowany getter, zwykle lotny metal, natychmiast reaguje z pozostałym gazem, a następnie skrapla się na chłodnych ściankach rury, tworząc cienką powłokę, plamkę lub zwierciadło gettera , które nadal pochłania gaz. Jest to najpopularniejszy typ, stosowany w lampach próżniowych małej mocy .
-
Nieparowalny getter (NEG) - Getter pozostaje w postaci stałej.
- Getter powłokowy - powłoka nakładana na metalowe części układu próżniowego, która podczas użytkowania będzie się nagrzewać. Zwykle nielotny proszek metalowy spiekany w porowatej powłoce na powierzchni elektrod lamp próżniowych, utrzymywany w temperaturze od 200 ° do 1200 ° C podczas pracy.
- Bulk getter - arkusze, taśmy, druty lub spiekane granulki metali pochłaniających gaz, które są podgrzewane, albo przez zamontowanie ich na gorących elementach, albo za pomocą oddzielnego elementu grzejnego. Często można je odnowić lub wymienić
-
Pompa Gettera lub pompa sorpcyjna - W laboratoryjnych systemach próżniowych, duży getter NEG jest często trzymany w oddzielnym naczyniu z własną grzałką, połączoną z układem próżniowym za pomocą zaworu, dzięki czemu można go wymienić lub odnowić po nasyceniu.
- Pompa z pochłaniaczem jonów - wykorzystuje elektrodę wysokiego napięcia do jonizacji cząsteczek gazu i wprowadzania ich do powierzchni gettera. Mogą one osiągać bardzo niskie ciśnienia i są ważne w systemach ultra wysokiej próżni (UHV).
Błyskające gettery
Błyskawiczne pochłaniacze są przygotowywane poprzez umieszczenie zbiornika lotnego i reaktywnego materiału wewnątrz systemu próżniowego. Po opróżnieniu i uszczelnieniu systemu materiał jest podgrzewany (zwykle przez ogrzewanie indukcyjne o częstotliwości radiowej ). Po odparowaniu osadza się jako powłoka na wewnętrznych powierzchniach systemu. Błyskawiczne pochłaniacze gazów (zwykle wykonane z baru ) są powszechnie stosowane w lampach próżniowych . Większość getterów można postrzegać jako srebrzyste, metaliczne plamy po wewnętrznej stronie szklanej bańki tuby. Duże rury transmisyjne i specjalne systemy często wykorzystują bardziej egzotyczne pochłaniacze, w tym aluminium , magnez , wapń , sód , stront , cez i fosfor .
Jeśli getter zostanie wystawiony na działanie powietrza atmosferycznego (na przykład, jeśli rura pęknie lub pojawi się nieszczelność), zmienia kolor na biały i staje się bezużyteczny. Z tego powodu błyskane gettery są używane tylko w systemach uszczelnionych . Funkcjonujący getter fosforu wygląda bardzo podobnie do utlenionego gettera metalu, chociaż ma opalizujący różowy lub pomarańczowy wygląd, którego nie mają utlenionym getterom. Fosfor był często używany przed opracowaniem metalicznych getterów.
W systemach, które muszą być otwarte na powietrze w celu konserwacji, tytanowa pompa sublimacyjna zapewnia podobną funkcjonalność jak błyskowe gettery, ale może być wielokrotnie flashowana. Alternatywnie można zastosować nieulegające odparowaniu pochłaniacze.
Ci, którzy nie są zaznajomieni z uszczelnionymi urządzeniami próżniowymi, takimi jak lampy próżniowe / zawory termiczne, wysokoprężne lampy sodowe lub niektóre rodzaje lamp metalohalogenkowych , często zauważają osad błyszczącej lampy błyskowej i błędnie myślą, że jest to oznaka awarii lub degradacji urządzenia . We współczesnych lampach wyładowczych dużej intensywności stosuje się raczej pochłaniacze nieodparowujące zamiast błysków.
Osoby zaznajomione z takimi urządzeniami często mogą dokonać jakościowej oceny twardości lub jakości próżni wewnątrz poprzez pojawienie się osadu z gettera błyskawicznego, z błyszczącym nalotem wskazującym na dobrą próżnię. W miarę zużywania się gettera osad często staje się cienki i półprzezroczysty, szczególnie na krawędziach. Może przybrać brązowo-czerwony, półprzezroczysty wygląd, co wskazuje na słabe uszczelnienie lub intensywne użytkowanie urządzenia w podwyższonych temperaturach. Biały osad, zwykle tlenek baru , wskazuje na całkowitą awarię uszczelnienia systemu próżniowego, jak pokazano na module wyświetlacza fluorescencyjnego przedstawionym powyżej.
Aktywacja
Typowy flashowany getter stosowany w małych lampach próżniowych (widoczny w lampie 12AX7, góra) składa się z pierścieniowej struktury wykonanej z długiego paska niklu, który jest złożony w długą, wąską rynnę, wypełnioną mieszaniną azydku baru i sproszkowane szkło, a następnie złożone w zamknięty pierścień. Getter jest przymocowany otworem korytowym skierowanym do góry w kierunku szkła, w szczególnym przypadku przedstawionym powyżej.
Podczas aktywacji, gdy żarówka jest nadal podłączona do pompy, wokół żarówki w płaszczyźnie pierścienia umieszcza się indukcyjną cewkę grzewczą RF podłączoną do potężnego oscylatora RF działającego w paśmie ISM 27 MHz lub 40,68 MHz . Cewka działa jako uzwojenie pierwotne transformatora, a pierścień jako pojedynczy zwarty zwoj. W pierścieniu przepływają duże prądy RF, które go podgrzewają. Cewka przesuwa się wzdłuż osi żarówki, aby nie przegrzać i nie stopić pierścienia. Gdy pierścień jest podgrzewany, azydek baru rozkłada się na pary baru i azot. Azot jest wypompowywany, a bar skrapla się na bańce powyżej płaszczyzny pierścienia, tworząc lustrzaną powłokę o dużej powierzchni. Sproszkowane szkło w pierścieniu topi się i zatrzymuje wszelkie cząsteczki, które w przeciwnym razie mogłyby wydostać się luźno wewnątrz bańki, powodując późniejsze problemy. Po aktywacji bar łączy się z dowolnym wolnym gazem i działa dalej po odcięciu żarówki od pompy. Podczas użytkowania wewnętrzne elektrody i inne części rury nagrzewają się. Może to spowodować uwolnienie zaadsorbowanych gazów z części metalowych, takich jak anody (płyty), siatki lub niemetaliczne porowate części, takie jak spiekane części ceramiczne. Gaz jest uwięziony na dużym obszarze reaktywnego baru na ściance żarówki i usuwany z rurki.
Nie odparowujące pochłaniacze
Nie odparowujące gettery , które działają w wysokiej temperaturze, na ogół składają się z warstwy specjalnego stopu, często głównie cyrkonu ; wymaga się, aby materiały stopowe tworzyły warstwę pasywacyjną w temperaturze pokojowej, która znika po podgrzaniu. Popularne stopy mają nazwy w postaci St (Stabil), po których następuje liczba:
- St 707 zawiera 70% cyrkonu , 24,6% wanadu , a resztę stanowi żelazo .
- St 787 zawiera 80,8% cyrkonu , 14,2% kobaltu , a resztę stanowi miszmetal .
- St 101 to 84% cyrkonu i 16% aluminium .
W lampach stosowanych w elektronice materiał getterowy pokrywa płyty wewnątrz rury, które są podgrzewane podczas normalnej pracy; kiedy gettery są używane w bardziej ogólnych systemach próżniowych, takich jak produkcja półprzewodników , są one wprowadzane jako oddzielne elementy wyposażenia w komorze próżniowej i włączane w razie potrzeby. Osadzony i ukształtowany materiał getterowy jest używany w opakowaniach mikroelektronicznych, aby zapewnić ultra-wysoką próżnię w szczelnej wnęce. Aby zwiększyć wydajność pompowania gettera, należy zmaksymalizować temperaturę aktywacji, biorąc pod uwagę ograniczenia procesu.
Oczywiście ważne jest, aby nie podgrzewać gettera, gdy system nie jest już w dobrej próżni.
Zobacz też
Bibliografia
- Stokes, John W. 70 lat radiowych rur i zaworów: przewodnik dla inżynierów, historyków i kolekcjonerów. Vestal Press, 1982.
- Reich, Herbert J. Principles of Electron Tubes. Zrozumienie i projektowanie prostych obwodów. Publikacja Audio Amateur Radio, maj 1995 r. (Przedruk oryginału z 1941 r.).