DE1414559C - lonengetterpumpe - Google Patents

Description

welcher sich das Kathodenmaterial niederschlägt und vom Entladungsstrom. Eine Abhängigkeit von der Art des Kathodenmaterials ist nicht erwähnt.

Erfindungsgemäß sind Ionengetterpumpen mit elektrischer Gasaufzehrung und kalten Kathoden dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als eine an sich bekannte Zerstäubungsionengetterpumpe ausgebildet ist und dadurch, daß die Kathode dieser Pumpe mehrere Platten umfaßt, von denen jede aus einem anderen Material besteht, oder daß die Kathode aus mechanisch miteinander verbundenen Teilen verschiedener Materialien zusammengesetzt ist, oder daß die Kathode aus Teilchen verschiedener Materialien zusammengesintert ist, oder daß die verschiedenen Materialien der Kathode miteinander legiert sind. Als Materialien sind z. B. Titan für Kohlenwasserstoffe, Eisen für Stickstoff und Tantal für Wasserstoff bevorzugt geeignet, Die vorgenannten Stoffe absorbieren bei der Kathodenzerstäubung außerdem Sauerstoff.

Dadurch, daß die Kathode nicht aus einem einheitlichen Material besteht und.die verwendeten Materialien frei wählbar sind, ergibt sich der Vorteil, daß die Pumpe für das jeweils zu beseitigende Gasgemisch durch Verwendung entsprechender Kathodenmaterialien eingestellt werden kann und dabei gegenüber den bekannten Ionenpumpen eine wesentlich bessere Leistung zeigt. Die Pumpe kann, wie oben bereits angedeutet, durch Auswechseln der Kathodenmaterialien auf das jeweils abzupumpende Gasgemisch eingestellt werden. Die Anordnung kann aber auch von vornherein für ein bestimmtes Gasgemisch (vgl. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4), etwa Luft, fest aufgebaut sein.

Die Zusammenstellung der Materialien kann so erfolgen, daß an jeder offenen Seite des Anodenrohres eine Kathodenplatte angeordnet ist, die einheitlich aus einem Material besteht, daß aber jede Platte ein anderes Material enthält. Die Zusammenstellung kann auch als Gemisch realisiert sein, welches durch Zusammensintern von Teilchen oder mechanisches Verbinden vereinigt ist. Sie kann aber auch eine entsprechende Legierung sein. Dabei können die Materialien als Überzug auf einem Träger aufgetragen sein.

Von Vorteil ist es, die quantitative Zusammensetzung der Kathoden abhängig zu machen von der Leistungsfähigkeit der verwendeten Materialien gegenüber den einzelnen Komponenten des zu beseitigenden Gasgemisches und von der Verteilung dieser Komponenten im Gasgemisch.

Eine Pumpe mit zwei verschiedenen Kathodenmaterialien wird z. B. erhalten, indem die beiden Platten jeweils für sich aus einem anderen Material hergestellt werden. Andererseits ist es aber auch möglich, eine mit mehreren Anodenröhren versehene Pumpe jeweils zu beiden Seiten der einzelnen Röhren mit dem gleichen Material aber von Röhre zu Röhre bzw. Gruppe zu Gruppe unterschiedlichen Material zu versehen. Auch hierbei ist es nicht erforderlich, daß die einander gegenüberstehenden Platten aus gleichem Material bestehen. Bei Verwendung ungleicher Platten kann sich der Vorteil ergeben, daß die Ablagerung der zerstäubten Teilchen Absorptionsstellen enthalten, an denen weiteres Gas absorbiert wird.

Ein größerer Saugquerschnitt, also eine weitere Erhöhung der Sauggeschwindigkeit wird erhalten, wenn Dies ist leicht einzusehen, weil dann der Gasaustausch, d.h. der Druckausgleich zwischen den einzelnen Ionisationsräumen und der Gasfluß nicht durch kompakte Röhrenwände gehindert ist. In den F i g. 3 bis 5 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß gestalteter Pumpensätze dargestellt, und zwar in der

F i g. 3 eine Einrichtung, bei der zu beiden Seiten einer aus Maschengitter gefertigten Anodenröhre jeweils eine Kathodenplatte unterschiedlichen Materials angeordnet ist,

F i g. 4 eine Anordnung, bei der das Anodenrohr dreifach senkrecht und einmal horizontal unterteilt ist und die Kathodenplatte zu beiden Seiten jeweils einer senkrechten Unterteilung des Rohres aus einem anderen Material bestehen und

F i g. 5 ein Abschnitt einer Kathodenplatte, die erfindungsgemäß aus mehreren Materialien zusammengesetzt ist.

Bei dem in der F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Platte 12 aus Titan, während die Platte 13 aus einer Eisen, Nickel und Chrom enthaltenden Legierung besteht. Es wird kein reines Eisen verwendet, weil dieses das angelegte magnetische Feld stören würde und die Legierung ein unmagnetischer Werkstoff ist. Die Dicke der Platten 12,

13 beträgt 3 mm. Das Vierkantrohr 14, dessen Material für die Wirkung der Pumpe untergeordnete Bedeutung hat, weil es an den Funktionen nur als Ablage für das zerstäubte Material teilnimmt, besteht bei vorliegender Ausführung aus einem Maschengitter, das aus 0,5 mm starken Drähten aus einer Legierung von Eisen, Nickel und Chrom hergestellt ist. Beim Anschluß der beiden Platten 12, 13 an den negativen und der Röhre 14 an den positiven Pol der Gleichstromquelle 16, werden von der Titanplatte 12 Teilchen zerstäubt, die bevorzugt Kohlenwasserstoffe und von der Platte 13 aus der Eisenlegierung Teilchen, die bevorzugt Stickstoff absorbieren. Die prinzipielle Funktion der Einrichtung, an die weiterhin noch ein Magnetfeld in Richtung der Pfeile 17, die parallel zur Achse des als Anode geschalteten Rohres

14 verlaufen, angelegt wird, ist aus den obigen Ausführungen bezüglich der bekannten Ionenpumpen ohne weiteres zu erkennen.

In der F i g. 4 sind die beiden Platten 18,19 zu beiden Seiten der öffnungen der aus acht Abteilungen gebildeten Anode 20 gelagert. Die 2 mm dicke Platte 18 besteht dabei aus einem Streifen 21 aus Titan, einem Streifen 22 aus einer Eisen, Nickel und Chrom enthaltenden Legierung, einem Streifen 23 aus Tantal

, und einem Streifen 24 aus Cer enthaltendem Titan.

Die Platte 19 ist in gleicher Reihenfolge ebenfalls aus einem Titanstreifen 25, einem Eisenlegierungsstreifen (Eisen, Nickel, Chrom) 26, einem Tantalstreifen 27 und einem Cer enthaltenden Streifen 28 zusammengesetzt. Bei dieser Art des Aufbaues, bei dem die Anodenstreifen 21 bis 24 sowie 25 bis 28 sich in elektrischem Kontakt miteinander befinden und sich jeweils gleiche Materialien zu beiden Seiten der Anode 20 gegenüberstehen, wird beim Anschluß der Kathoden 18,19 an dem negativen Pol und der Anode 20 an dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 29. eine Absorption bzw. Adsorption von Kohlenwasserstoffen, Stickstoff, Wasserstoff, Edelgasen und Sauerstoff erzielt. Dieses Gemisch entspricht etwa dem in bekannten Hochvakuumapparaturen vorkommenden π~,-,™«,:<·^Ιλ,ϊ~ Air, .-.«k^.·, τ ,,ff „.,oförrv.;.,,. Tv>;i,» ,1,1,1

Zersetzungsprodukte von Dichtungsmitteln enthalten. Auch bei der Anordnung nach Fig. 4 wird ein magnetisches Feld angelegt, das in Richtung der Pfeile

30 parallel zu den Achsen der Abteilungen der Anode 20 wirkt.

Die in F i g. 5 gezeichnete abgeschnittene Ecke

31 einer erfindungsgemäß ausgestatteten Kathodenplatte enthält nebeneinanderliegende kleine Teilchen, von denen die aus einer Eisenlegierung bestehenden mit 32, die aus Titan mit 33, die aus Tantal mit 34 und die aus Cer mit 35 bezeichnet sind. Die Teilchen 32 bis 35, die viereckig und in regelmäßiger Anordnung dargestellt sind, aber auch andere Form haben und unregelmäßig durcheinander liegen können, sind durch Erhitzen auf Sintertemperatur miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Teilchengröße, die unkritisch ist und bis herunter zu Legierungsteilchen gehen kann, beträgt dabei etwa 9 mm³. Auch diese Materialkombination ist zum Abpumpen von Kohlenwasserstoff enthaltender Luft geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 tiven Pol der Stromquelle 6 als Anode wirkt und den Patentansprüche: negativ geladenen Platten 3 und 4 als Kathode eine Gasentladung erzeugt wird, die zu einer Kathoden-

1. Ionengettcrpumpe, die zum Pumpen eines zerstäubung führt, bei welcher Gas aufgezehrt wird. Gasgemisches mehrere für die verschiedenen Gase 5 Beim Anlegen der Spannung zwischen den Platten 3 des Gemisches verschiedene Aufzehrungscharak- und 4 und dem Rohr 5 entsteht eine Beschleunigung teristiken aufweisende Gettermaterialien enthält, der aus den Platten 3, 4 austretenden Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Beim Zusammenstoß der Elektronen mit Gasmole-Pumpe als eine an sich bekannte Zerstäubungs- külen oder Atomen werden diese unter Elektronenionengetterpumpe ausgebildet ist und dadurch, io abspaltung zu positiven Ionen. Die Ionen werden daß die Kathode dieser Pumpe mehrere Platten dann entsprechend ihrer positiven Ladung auf die umfaßt, von denen jede aus einem anderen Ma- Kathode zu beschleunigt, schlagen dort Teilchen des terial besteht, oder daß die Kathode aus mecha- Kathodenmaterials heraus · und bilden mit diesen nisch miteinander verbundenen Teilen verschie- Teilchen eine feste chemische Verbindung. Die bedener Materialien zusammengesetzt ist, oder daß 15 ladenen Teilchen aus dem Kathodenmaterial werden die Kathode aus Teilchen verschiedener Mate- schließlich wegen ihrer negativen, der Kathode entrialien zusammengesintert ist, oder daß die ver- stammenden Ladung im wesentlichen auf der Anode schiedenen Materialien der Kathode miteinander abgelagert. Durch die feste Bindung der Gasionen legiert sind. wird dabei die Pumpwirkung erzielt. Das angelegte

2. lonengetterpumpe nach Anspruch !,dadurch 20 Magnetfeld bewirkt in bekannter Weise durch Ergekennzeichnet, daß die Platten bzw. Teile ver- zeugung einer Spiralbahn eine Erhöhung der Wandeschiedenen Materials der Kathode auswechselbar rungswege der Elektronen und damit wegen der ersind, höhten Zusammenstoßwahrscheinlichkeit eine Steige-

3. lonengetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch rung der Saugleistung.

gekennzeichnet, daß die Legierung Eisen, Chrom 25 Eine Erhöhung der Evakuierungsgeschwindigkeit

und Nickel enthält. kann bekanntlich durch einen Aufbau, wie er in

4. lonengetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch F i g. 2 dargestellt ist, erreicht werden. Dabei sind gekennzeichnet, daß die quantitative Zusammen- die beiden an dem negativen Pol einer Gleichspansetzung der Kathodenplatten der Zusammen- nungsquelle 8 angeschlossenen Kathodenplatten 9 setzung des abzupumpenden Gasgemisches ange- 30 und 10 im Vergleich zu den Platten 3 und 4 der paßt ist. Fig. 1 vergrößert. Auch das Anodenrohr 5 der

5. Ioiiengetterpumpe nach Anspruch !,dadurch F i g. 1 ist vergrößert und durch Unterteilung in eine gekennzeichnet, daß die Anode aus einem Ma- Kombination aus mehreren, aneinander befestigten, schengitter besteht. ' mit dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 8 ver-

35 bundenen Rohren bestehende, also wabenartige

Anode 11 umgewandelt.

Eine Pumpe, bei der verschiedene Materialien, d. h. Getterstoffe, verdampft werden, ist aus der deutschen

Die Erfindung betrifft eine lonengetterpumpj, die Auslegeschrift 1 055 171 bekannt. Dabei wird aus zum Pumpen eines Gasgemisches mehrere für die 40 zusätzlichen Materialien eine zweite Aufzehrungsverschiedenen Gase des Gemisches verschiedene Auf- stelle erstellt, die so aufgebaut ist, daß sie reaktionszehrungscharakteristikcn aufweisende Gettermate- fähige Gase bevorzugt bindet, die von der ersten Aufrialien enthält. r, zehrungsstelle gar nicht bzw. nur sehr langsam ge-

Die wesentlichen Einzelteile bekannter nach der bunden werden oder bei deren Aufzehrungsvorgang

Erfindung verbesserter Pumpen, nämlich die Elek- 45 zusätzlich entstellen.

troden einer Gasentladungsanordnung, sind in einem . In der deutschen Auslegeschrift 1 128 946 ist eine dichten Gehäuse, vorzugsweise aus Metall oder Glas, von der vorhergehenden Pumpe abweichende und untergebracht, das iii der Regel zu einem Bestandteil der von der Erfindung betroffenen Kategorie angeder zu evakuierenden Apparatur gemacht ist. Bei der hörende übliche Kaltkathodenionenvakuumpumpe als Beispiel in der Fig. 1 dargestellten bekannten 50 beschrieben. Bei dieser ist eine Kathode vorgesehen, Ionenpumpe sind die Einzelteile in einem Glaskol- die aus reaktionsfähigem Material, wie z. B. Titan, ben 1 untergebracht. An der verjüngten Stelle 2 ist Chrom, Zirkon, Eisen usw. bestehen kann. Kombinader Glaskolben 1 an die nicht dargestellte Vakuum- tionen von Materialien sind dabei aber nicht angcapparatur angeschmolzen. Die Elektroden der Pumpe, geben.

nämlich die beiden kompakten Platten 3 und 4 sowie 55 In »Chemie-Ing.-Technik« 34 (1962), Nr. 2, das Blechrohr 5 mit rechteckigem Querschnitt be- S. 95 bis 105 ist eine Zusammenstellung über Getterstehen aus einem einheitlichen Material, etwa Titan. ionenpumpen enthalten. Demnach soll die Wirkung Die Platten 3 und 4 sind dabei den beiden offenen von verdampften Getterstoffen ohne elektrische EinSeiten des Rohres 5 in Abstand vorgelagert. Elektrisch wirkung selektiv gegenüber verschiedenen Gasen sind die Platten 3 und 4 mit dem Minuspol und das 60 sein. Bei einer elektrischen Gasaufzehrung soll aber Rohr 5 mit dem Pluspol der 3 kV erzeugenden Gleich- keine Selektivität vorhanden sein (S. 98). Für lonenspannungsquelle 6 verbunden. Von außerhalb des pumpen mit kalten Kathoden ist deshalb wohl auch Glaskolbens 1 her sind den beiden Platten 3 und 4 nur Titan als einziges Kathodenmaterial angegeben, die beiden Pole des Magneten 7, der eine Feldstärke obwohl die Lehre der deutschen Auslegeschrift von 900 Gauß erzeugt, zugeordnet. 65 1055 171 bereits einige Jahre vorbekannt war.

Die l'iimpwirkung dieser bekannten Anordnung Außerdem ist für Pumpen der erfindungsgemäß ver-

hcriiht, wie man annimmt, darauf, daß zwischen dem besserten Art dargelegt, daß die Pumpgeschwindig-

* ■· ·'·'··" -»■:- ifiMt mir abhiini'it! sei von der Größe der Fläche, auf