CN207740130U - 一种双阴极气体捕集型真空泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双阴极气体捕集型真空泵，包括壳体、包括多根引针的针封陶瓷芯柱，阴极组件和阳极，该阴极组件包括两个阴极。本实用新型双阴极气体捕集型真空泵本实用新型所述技术方案通过在真空泵中设置两个阴极，实现体积小巧、结构紧凑、工作电压低、无磁铁、寿命长且应用范围广泛的真空泵，可以作为各种小型真空电子器件的真空维持单元。

Description

一种双阴极气体捕集型真空泵

技术领域

本实用新型涉及真空电子器件领域。更具体地，涉及一种双阴极气体捕集型真空泵。

背景技术

真空电子器件广泛应用于国民经济和国防军事等各个领域中，寿命是真空电子器件的重要指标之一，而真空电子器件的寿命则取决于真空泵阴极的发射能力和真空电子器件管内的真空度。真空电子器件由多种不同零件组成，经过装配、焊接、排气等工艺过程后，必须使真空器件与排气系统分离出来。在后期经过加电老炼、测试、寿命过程中，真空电子器件中的零件经过电子轰击后还会有气体释放出来，真空电子器件内残存的各种有害气体，导致许多性能指标下降，甚至一开始就无法工作，为消除这些不利影响，以保证真空电子器件处于正常工作状态，需要真空泵在真空电子器件后期工作中维持器件真空度要求。

真空泵是用来产生、改善、维持真空的装置。其分为气体传输泵和气体捕集泵两种类型。捕集真空泵是气体分子被吸附或凝结在泵内表面上的真空泵。捕集真空泵中的吸气材料有很多种(如金属钛、钨、钼、锆、钡等)，在一定的温度范围内，对活性气体有很好的吸附和吸收性能。在真空条件下，用加热或电子轰击加热的方法，可以将这些金属蒸发沉积在器壁上，形成一层金属薄膜，用来对活性气体进行吸附。

目前用到最多的捕集真空泵是冷钛泵，由于钛价格便宜，且这种材料有强烈的吸气能力、易于加工成形、无污染，因此冷钛泵被广泛应用于真空技术中。但冷钛泵的缺点是工作电压高(需要几千伏)、体积较大且有磁铁，工作时会产生磁场，在对磁场有严格要求的真空电子器中不能使用。

因此，需要提供一种小型化、低电压、无磁场、长寿命的气体捕集型真空泵及其制作方法和使用方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种至少实现小型化、低电压、无磁场、长寿命其中之一的气体捕集型真空泵。

根据本实用新型的一个方面，提供一种双阴极气体捕集型真空泵，包括壳体、包括多根引针的针封陶瓷芯柱，阴极组件和阳极，其中，该阴极组件包括两个阴极。

优选地，所述阴极组件进一步包括用作阴极公共端的金属杆，该金属杆与所述两个阴极电连接。

优选地，所述金属杆由难熔金属制成。

优选地，所述金属杆为钼杆，所述钼杆通过固定在钼杆顶端的钼带与阴极电连接。

优选地，所述两个阴极对称地位于所述钼杆的两侧。

优选地，所述针封陶瓷芯柱封装有四根引针，分别与两个阴极、阳极和阴极公共端电连接。

优选地，所述阴极由表面烧结有电泳涂覆的氧化钇的钨丝构成，所述阳极由容置在钽容器内经真空熔炼的铒构成。

优选地，所述壳体进一步包括用于连接被抽器件的法兰和用于外接真空泵的排气管。

根据本实用新型的气体捕集型真空泵的使用方法包括：

该真空泵处于工作状态时，

对真空泵施加阳极电压，对两个阴极中的一个阴极施加阴极电压，通过测量壳体离子流监控真空泵工作状态，

当该一个阴极失效时，对所述两个阴极中的另一个阴极施加阴极电压。

根据本实用新型气体捕集型真空泵的制作方法包括：

对阳极施加电压，对两个阴极中的一个阴极施加电压，绘制真空泵离子流-真空度对应曲线；

将该真空泵维持真空状态封离保存。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述技术方案通过在真空泵中设置两个阴极，实现体积小巧、结构紧凑、工作电压低、无磁铁、寿命长且应用范围广泛的真空泵，可以作为各种小型真空电子器件的真空维持单元。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1A-1B示出根据本实用新型的气体捕集型真空泵的外部示意图；

图2示出根据本实用新型的气体捕集型真空泵的剖面示意图；

图3示出金顿(Kingdon)轨道的示意图；

图4示出气体捕集型真空泵的加电示意图；

图5示出离子流与真空度的对应曲线图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，本实施例提供的气体捕集型真空泵也称热泵100，包括管状壳体1，也称为泵壳，真空封装在管状壳体内的阴极组件110和阳极120。真空泵进一步包括位于壳体一端的端盖2，端盖2包括与内腔连通的排气管3，用于将根据本实用新型的真空泵100与外部抽真空装置连接，为该真空泵实现真空环境。位于壳体侧壁与内腔连通的法兰4用于实现与被抽器件的连通。封接在壳体内一端的陶瓷封接芯柱5，封装有多根引针6，用于将封装在真空泵内腔的阴极、阳极和阴极公共端与外部电路电连接。真空泵包括阴极组件A和阳极B，以及组件A进一步包括两个阴极A1,A2和阴极公共端A3。阴极公共端113为金属杆形式，其与所述两个阴极电连接。金属杆例如由难熔金属制成，更具体地由钼杆形成，钼杆通过固定在钼杆顶端的钼带A4与两个阴极电连接。优选地，所述两个阴极对称地位于所述钼杆的两侧。根据本实用新型的优选实施例，所述针封陶瓷芯柱封装有四根引针，分别与两个阴极、阳极和阴极公共端电连接，每个阴极连接一个引针，以便分别对每个阴极施加电压，实现各阴极的单独工作。

根据本实用新型的真空泵例如采用熔有铒的钽杯构成的阳极(由熔有铒的钽杯构成的阳极简称铒阳极)。以金属铒作为吸气材料，容易加工，金属铒熔点1522℃，在真空中受电子轰击易于蒸发。铒阳极真空泵所要求的工作电压低，只需要450伏电压，所需阴极发射电流小，达到1mA时就可以进行抽气。此外，采用铒阳极的真空泵无磁场，不会对器件的特性产生影响，满足各种真空电子器件的使用要求。

本实施例提供的真空捕集泵的工作原理是阴极发射的电子在电场作用下向铒阳极加速运动，越过铒阳极后，在接近管状壳体内壁的过程中逐渐减速，然后在电场作用下，又向铒阳极加速运动。如图3所示，选择合适的电位分布和电极位置的情况下，可使电子轨迹类似多叶玫瑰线，即进入金顿(Kingdon)轨道。在电子运动的过程中，电子不断电离气体分子，最终电子落在阳极上，并以较大的能量轰击铒阳极，使铒阳极温度升高并升华，升华的铒淀积在管状壳体内壁上形成吸气的薄膜。包括惰性气体的气体分子电离后打在管状壳体内壁上被新鲜的铒薄膜吸附或埋掉，活性气体分子也可直接被吸附。

本实用新型的真空捕集泵的总长度约为30-60mm，泵壳直径约为10-20mm。采用包括两个阴极的双阴极的结构，两个阴极以一根长钼杆作为两个阴极的钨丝的公共端，钼杆上焊有钼连接片，在连接片的两端，分别焊有一个阴极的钨丝。以这种方式，钼杆既提供了公共端由又为阴极和连接片提供了支撑。

根据一个具体实施例，小体积真空捕集泵的直径约16mm，长度约40mm；结构紧凑；抽气速率≥0.1L/S，启动压强低，可以在1×10^-1Pa启动。采用双阴极结构，在一个阴极失效后可以启用另外一个阴极工作，使真空泵继续产生抽气作用，保持真空电子器件长期正常工作，例如大于6万小时，长于现有热泵约3万小时的工作时间。

本实用新型的一个优选实施例提供了一种制作双阴极气体捕集型真空泵的方法，包括：

阴极制备步骤，包括：将钨丝进行清洗去油后烘干；将烘干后的钨丝绕在方形钼制模具上后进行定型；配制纯氧化钇溶液并对定型后的钨丝进行电泳，将电泳后的钨丝在钼舟中进行1600℃-1700℃焙烧，制成阴极；

阳极制备步骤，包括：将铒屑放入钽杯中，待环境真空度达到10^-3Pa后将环境温度升至约1600℃使铒屑在钽杯中完全熔化，制成阳极；

装架步骤，包括：在陶瓷封接芯柱装配引针；将阳极固定于阳极支撑杆上并将与第一引针焊接；阴极灯丝支撑杆，例如钼杆，作为两根阴极热丝的公共端，一端与第二引针焊接，另一端焊接横向的连接片，在连接片的两端各焊一根阴极热丝，两根阴极热丝的另外一端分别焊接至第三引针和第四引针上。真空捕集泵内腔进一步包括陶瓷挡板，其固定在瓷件定位杆上，并在定位杆端部装上陶瓷挡板固定环，用于对内腔的各阴极、阳极和公共端提供支撑和定位；

电子束焊接步骤，包括：将端盖、管状壳体和完成装架步骤后的陶瓷封接芯柱安装在电子束焊接机的夹具上，待环境达到所需真空度后利用电子束焊接机对管状壳体与端盖之间及管状壳体与陶瓷封接芯柱之间的焊缝分别进行气密焊接。

检漏步骤，包括：将排气管连接到检漏仪，检测焊接后的真空捕集泵是否存在漏气。

根据本实用新型真空捕集泵的制作方法中，进一步包括前处理步骤，前处理步骤包括：

待系统真空度抽至预定真空度，例如10^-3Pa后对真空捕集泵进行加热并保温；

降温后，系统真空度抽至10^-4Pa时利用直流电源对第一阴极施加电压，对其进行加热，加热的电压例如为3V，施加电压过程中保持内腔真空度不低于10^-3Pa；

在保持真空度不变的情况下，将第一阴极的加热电压调至约1V，在壳体与阴极之间加例如450V电压，之后调整第一阴极加热电压使第一阴极的发射电流达到3mA，保持10分钟～60分钟；

在保持真空度不变的情况下，通过引针在阳极和第一阴极之间加450V电压，调整第一阴极加热电压，使阴极发射电流达到约1mA；

绘制“离子流－真空度对应曲线”，通过引针在阳极和第一阴极之间加450V电压，通过放气阀控制系统压强例如从10^-3Pa变化至10^-4Pa、10^-5Pa、10^-6Pa、10^-7Pa，分别记录壳体对地的离子流，绘制出“离子流－真空度对应曲线”；

当系统优于所需真空度时，利用冷封钳将排气管密封以使得气体捕集型真空泵封离，得到根据本实用新型的真空捕集泵。因为两个阴极所采用的材料相同，在同一制作工艺中形成阴极，针对一个阴极的离子流－真空度对应曲线可作为该真空捕集泵两个阴极的离子流－真空度对应曲线。一般情况下，可仅对首件和批生产中的首件真空捕集泵的使用需要绘制该真空泵的离子流与真空度的对应曲线。

将根据本实用新型的真空捕集泵的法兰连接到被抽真空电子器件后，可对该被抽器件进行抽真空。开始工作后，用小电流测试仪测量管状壳体的离子流，根据离子流与真空度的对应曲线获取内腔真空度和气体捕集型真空泵的抽气状态。具体地对，如图4所示，对真空捕集泵阳极加电压450V，调节阴极灯丝电压Uf，例如1-3V，使得阴极发射电流保持恒定，例如1mA，同时使阴极(－)端对热泵管体电压为+5V，真空捕集泵开始工作，用642静电计或其它小电流测试仪测量管体离子流，查阅图5给出的离子流－真空度曲线，即可得知热泵内部的真空度和抽气状态。若在第一阴极失效，可将阴极电压施加到另一银极，使真空捕集泵继续工作。根据本实用新型的真空捕集泵，正常工作只需要一个阴极，该阴极寿命结束，启用另外一个备份阴极工作，继续维持系统处于高真空状态，可以延长器件寿命一倍。将根据本实用新型的真空捕集泵应用于真空器件，通过延长阴极的工作寿命，延长了真空捕集泵的使用寿命，并由此减少了对使用该真空泵的真空器件影响，降低了成本，提高了真空器件的使用寿命和使用效率。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种双阴极气体捕集型真空泵，包括壳体、包括多根引针的针封陶瓷芯柱，阴极组件和阳极，其特征在于，所述阴极组件包括两个阴极和用作阴极公共端的金属杆，该金属杆与所述两个阴极电连接。

2.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述金属杆由难熔金属制成。

3.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述金属杆为钼杆，所述钼杆通过固定在钼杆顶端的钼带与阴极电连接。

4.如权利要求3所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述两个阴极对称地位于所述钼杆的两侧。

5.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述针封陶瓷芯柱封装有四根引针，分别与两个阴极、阳极和阴极公共端电连接。

6.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述阴极由表面烧结有电泳涂覆的氧化钇的钨丝构成。

7.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述阳极由容置在钽容器内经真空熔炼的铒构成。

8.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述壳体进一步包括用于连接被抽器件的法兰。

9.如权利要求1所述的双阴极气体捕集型真空泵，其特征在于，所述壳体进一步包括用于外接抽真空器件的排气管。