CN102938356B - 用于真空器件的真空保持系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及真空器件的真空保持技术领域，公开了一种用于真空器件的真空保持系统，所述真空保持系统包括：吸气剂元件、固定部和真空阀，所述吸气剂元件安装在所述固定部上，所述真空阀连接于所述固定部与所述真空器件之间。本发明所设计的真空保持系统体积小，成本低。

Description

用于真空器件的真空保持系统
技术领域
本发明涉及真空器件的真空保持技术领域，特别是涉及一种用于真空器件的真空保持系统。
背景技术
在科技飞速发展的今天，许多仪器设备对真空的要求越来越高，真空设备在长途运输过程中需要保持一定的真空度，如果没有真空保持系统，真空设备会收到环境大气的污染；应付突发事件的真空仪器在贮存过程中不可能持续供电，如果没有真空保持系统，仪器就不具备应对突发事件的能力，所以设计一套完备的真空保持系统是非常必要的。
真空保持系统可广泛应用在各类民用、军用电子管及真空器件中，更适用于各种高压及振动条件下要求高可靠性的军用各类真空器件中，如激光管、行波管、微波管、图像增强仪、真空玻璃等，还可在填充惰性气体的器件中应用，以提纯惰性气体。例如，质谱仪使用离子泵作为获得真空的主要手段，但是离子泵的启动有一定的真空度要求，然而，质谱仪在长时间停机断电后无法保证真空室内保持离子泵要求的启动真空度，故此需要真空保持系统进行维持。
美国SAES（赛斯集团）开发了一种用于保持真空度的多孔薄膜吸气剂（High Porosity Thin Film Getters或HPTF）。这种吸气剂是由在金属基材上涂镀高孔隙的、机械性能稳定的吸气剂制成。吸气剂镀层通过一种特殊的丝网印刷术淀积到金属基材上，通常是通过一种金属掩模在经过化学蚀刻的基材上印刷。然后将这些涂层在真空条件下进行高温烧结，由于在连接处形成了一层扩散层，吸气材料同基材完美地连为一体并机械的合并在一起。这款产品的优点在于可靠性高，有效吸附面积大，吸气剂利用效率高，缺点是外形尺寸较大，费用高昂，从而导致使用该吸气剂的真空保持系统的体积大，成本高。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明首先要解决的技术问题是：如何降低真空保持系统的体积及成本。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于真空器件的真空保持系统，所述真空保持系统包括：吸气剂元件、固定部和真空阀，所述吸气剂元件安装在所述固定部上，所述真空阀连接于所述固定部与所述真空器件之间。
优选地，所述吸气剂元件包括吸气材料部和加热丝部，所述加热丝部位于吸气材料部的两端。
优选地，所述固定部为法兰盘。
优选地，所述法兰盘上焊有多个真空引线端子，相邻的两个真空引线端子之间焊有吸气剂元件，且吸气剂元件之间形成串联结构。
优选地，所述吸气材料部由钛基非蒸散型室温吸气剂制成。
优选地，所述真空阀为常开电磁阀。
优选地，所述吸气剂元件的形状和大小由所述真空器件中真空室的容积和漏气率决定。
（三）有益效果
上述技术方案具有如下优点：本发明所设计的真空保持系统体积小，成本低。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构示意图；
图2是吸气剂元件的结构示意图；
图3是吸气剂元件在法兰盘上的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供一种用于真空器件的真空保持系统，所述真空保持系统包括：吸气剂元件1、固定部2和真空阀3，所述吸气剂元件1安装在所述固定部2上，所述真空阀3连接于所述固定部2与所述真空器件的真空室4之间。
如图2所示，所述吸气剂元件1包括吸气材料部1-1和加热丝部1-2，所述加热丝部1-2位于吸气材料部1-1的两端。
所述固定部为法兰盘。所述法兰盘上焊有多个真空引线端子5，相邻的两个真空引线端子之间焊有吸气剂元件1，且吸气剂元件之间形成串联结构，如图3所示。
所述吸气材料部由钛基非蒸散型室温吸气剂制成。这种钛基非蒸散型室温吸气剂是以活性金属钛为基，添加适量的钼粉，经高温沉积等特殊工艺处理后，最终经高真空烧结而成的多孔吸气材料。核心材料呈多孔结构，具有较高的孔隙度和较大表面积，吸气剂颗粒之间有一定的粘结强度，因此它除了具有良好的室温吸气性能外，更具有良好的抵抗恶劣工作环境的强度和性能，同时可以根据具体需求制备成不同形状规格的元件。吸气剂的使用特点是它激活后，不需要加电或其他任何能量即可工作。
所述吸气剂元件的形状和大小由所述真空器件中真空室的容积和漏气率决定。例如，可以设计成类似枣核的形状，放置在真空室上靠近离子泵的位置，使之在没有供电的情况下不断吸收质谱仪的漏气和真空室材料的放气，使真空室真空度始终维持在离子泵启动所需的真空度。另外，如果真空器件放气量大，必然需要加大吸气剂的量，但并不是吸气剂单个元件体积越大越好。吸气剂有效成分是在高温环境下通过化学沉积的方法层层叠加在加热丝壳体上的，整个过程不可逆，如果沉积厚度过大，在阶段冷却至室温的过程中由于材料应力会在吸气剂元件表面产生裂纹，影响使用，甚至直接形成残次品。因此需要按照实际情况设计吸气剂元件的尺寸，不能使单个元件尺寸过大，必要时需用串联两个或多个小尺寸的吸气剂元件。
以下以真空器件——质谱仪为例，说明本发明的工作原理。
本发明的真空保持系统在使用时需要与质谱仪进行连接，具体地，将真空保持系统的真空阀与质谱仪的真空室上的离子泵进行连接。在使用前，还需要做如下准备：
1）烘烤与除气：当真空保持系统烘烤时，环境真空度应尽量高，须优于5×10-3Pa，以质谱仪真空度确定加热时间及升温速度。
2）激活：质谱仪真空度优于5×10-3Pa时，开始加热吸气剂，此时真空保持系统应一直与离子泵相连，将吸气剂激活时放出的气体及时排走，升温时要实时监控质谱仪真空度，当真空度迅速下降时应降低加热电流或停止对其加热，直到质谱仪真空度回升，整个过程应保持在5×10-3Pa以上。再继续升温直到吸气剂本身温度达到700℃至800℃，保温20分钟或以上，随后切断电源降温至室温，激活结束。吸气剂使用一段时间，发现性能降低后，可重复以上步骤，反复使用。吸气剂激活温度范围为500℃～800℃。吸气剂经充分激活后，可有效吸收O2、N2、CO、CO2、H2及各种碳氢化合物和水蒸气等；不吸收He、Ne、Ar等惰性气体；吸收H2可逆，激活后500℃以下可大量吸氢，500℃以后开始释放，600℃以上大量放氢。吸气剂可以多次反复激活再生，可反复激活使用。吸气剂经激活后在-45℃至400℃条件下均可有效吸收活性气体。随着吸气温度提高，其吸气速率和吸气量均可成倍增加。
何时需要将本发明的真空保持系统与质谱仪的真空室连接上进行真空保持，何时需要将本发明真空保持系统与质谱仪的真空室断开，这是由真空阀控制的。真空阀是常开电磁阀（断电时为打开状态）。在质谱仪关机的情况下，真空阀断电，处于常开状态，质谱仪的真空室与吸气剂元件连通进行真空保持；在质谱仪开机工作时，真空室需要检测气体样品，而进样会使真空度下降，如果吸气剂元件还与真空室连通的话，吸气剂也会吸附样品，从而降低吸气剂元件的使用时间，这时就需要给真空阀通电使其关闭，从而断开真空室与吸气剂元件的连通。
以下通过实验说明本发明的工作方式。
试验条件：不锈钢圆柱体真空室内径100mm，容积3L，真空室两端各连接CF35法兰，一端接入真空计，另一端接入吸气剂元件（直径10mm，长度10mm，1支）。真空室由安捷伦STARCELL75离子泵抽真空到可以激活吸气剂的状态下开始激活吸气剂。在吸气剂激活完毕后的真空保持系统初始状态真空计示数为0.9×10-5Pa。试验数据如表1所示：
表1
  时间   真空度
  开始关闭所有离子泵   5.8×10-5Pa
  10天   4.4×10-5Pa
  11天   5.9×10-5Pa
  18天   7.0×10-5Pa
  32天   8.1×10-5Pa
  48天   9.3×10-5Pa
  69天   2.6×10-4Pa
  89天   1.3×10-4Pa
  121天   1.4×10-4Pa
121天后计数完毕启动离子泵，离子泵在没有前级泵的带动下在10秒内实现正常工作状态。
以上数据可以说明在断电四个月的时间中，真空保持系统使真空室内的真空度始终保持在离子泵可以自行启动的状态。
本发明以吸气剂元件为核心部件的真空保持系统，可以升级改造成为适应众多仪器设备的部件，例如航空航天、大功率电子管、反恐设备、医疗器械等等，应用相当广泛。与背景技术中的美国赛斯集团的同款产品相比，整个系统的体积为塞斯产品的一半，价格为赛斯产品的1/5。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于真空器件的真空保持系统，其特征在于，所述真空保持系统包括：吸气剂元件、固定部和真空阀，所述吸气剂元件安装在所述固定部上，所述真空阀连接于所述固定部与所述真空器件之间；
其中，所述吸气剂元件包括吸气材料部和加热丝部，所述加热丝部位于吸气材料部的两端；
所述固定部为法兰盘；
所述法兰盘上焊有多个真空引线端子，相邻的两个真空引线端子之间焊有吸气剂元件，且吸气剂元件之间形成串联结构；
所述吸气材料部由钛基非蒸散型室温吸气剂制成。
2.如权利要求1所述的用于真空器件的真空保持系统，其特征在于，所述真空阀为常开电磁阀。
3.如权利要求1～2中任一项所述的用于真空器件的真空保持系统，其特征在于，所述吸气剂元件的形状和大小由所述真空器件中真空室的容积和漏气率决定。
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