DE1539130A1

DE1539130A1 - Elektronische Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE1539130A1
Application number: DE19661539130
Authority: DE
Inventors: Hall Lewis Dana
Original assignee: ANDAR I T I Inc
Current assignee: ANDAR I T I Inc
Priority date: 1965-01-25
Filing date: 1966-01-21
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1134231A; GB1134232A; GB1134233A; US3391303A; FR1464357A

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität vom 25.1.1965 aus der amerikanischen Patentanmeldung Hr. 427,833 in Anspruch genommen.

Elektronische Vakuumpumpen, in welchen reagierende Metalle dazu benutzt werden, gasförmige Moleküle zu absorbieren und dadurch den Druck in einem angeschlossenen Evakuierungssystem zu vermindern, sind allgemein bekannt. Manche Pumpen verwenden ein Kaltkathodenzerstäubungsverfahren, bei welchem durch ein Magnetfeld beschleunigte Elektroden mit Gasmolekülen kollidieren, um positive Ionen und dissoziierte metastabile Moleküle zu bilden. Die positiven Ionen zerstäuben die Kathode durch Freimachung gasabsorbierenden Materials von ihrer Oberfläche, Das freigemachte Material wird von der Anode angezogen und darauf abgelagert. Während es abgelagert wird, absorbiert das Material Gasmoleküle und setzt dadurch den Druck in der Pumpenkamme-r herab".

Andere elektronische Pumpen verwenden ein Verdampfungsvorfahren, nach welchem ein gasabsorbierendes Reaktionsmetall zuerst verdampft wird und danach auf einer verhältnismäßig

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großen Fläche kondensiert. Nach der Kondensation absorbiert das Reaktionsmaterial Gasmoleküle innerhalb der Pumpenanordnung und vermindert dadurch den Druck in der Pumpe sowie in einem daran angeschlossenen System.

Aus Erfahrungen mit beiden Arten elektronischer Vakuumpumpen, die nachstehend als Zerstäuber-Ionenpumpe und Verdampfer- oder Sublimationspumpe bezeichnet werden, hat sich ergeben, daß jede Pumpenart im Vergleich zur anderen bestimmte Vorteile und bestimmte Beschränkungen ihrer Anwendbarkeit besitzt, z.B. besitzt eine Zerstäuber-Ionenpumpe, wenn sie in der richtigen Weise betrieben wird, eine sehr lange Lebensdauer im Vergleich zu der kurzen Lebensdauer einer Sublimationspumpe, die allgemein eine Kühlung erfordert; die Zerstäuber-Ionenpumpe erfordert, um zufriedenstellend zu arbeiten, bei den meisten Anwendungen keine Kühlung. Andererseits ist der Aufbau einer Sublimations- oder Verdampferpumpe und auch die Ausbildung der zu ihrem Betrieb erforderlichen Energiequellen bedeutend einfacher als bei einer Zerstäuber-Ionenpumpe . Ferner können bei einer Verdampferpumpe, die eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen überziehen (stalling) aufweist, die Pumpgeschwindigkeiten für unedle Gase besonders hoch sein, wobei die Pumpe leicht für die gewünschte Größe bemessbar 1st.

Es ist versucht worden, eine Pumpe herzustellen, die aufgrund einer Kombination des Zerstäuber-Ionenverfahrens und des Verdampferverfahrens arbeitet. Wenngleich manche Versuche begrenzten Erfolg hatten, so entsprach doch infolge der baulichen Eigentümlichkeiten der bisherigen kombinierten Pumpen

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die Wirkung keiner von ihnen einer solchen Verbesserung wie man sie von einer kombinierten Pumpe hätte erwarten sollen.

Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, eine Vakuumpumpe zu schaffen, bei der die Zerstäuber-Ionentechnik und die Verdampferpumpentechnik in neuartiger Weise angewendet werden.

Bei der neuartigen elektronischen Vakuumpumpe ist im wesentlichen eine einzige Kammer vorhanden, innerhalb deren das Zerstäubungs- und Verdampferverfahren durchgeführt wird, jj um eine verbesserte Pumpenausbildung zu erhalten. Es wird" eine neuartige Ausbildung einer Zerstäuber-Ionenpumpe geschaffen, die einfach herstellbar ist und eine verbesserte Ausbildung gegenüber früheren Pumpen aufweist. Es ist ferner eine verbesserte Anordnung einer Vakuumpumpe geschaffen, bei welcher Ionen-Zerstäubung, Verdampfung oder eine Kombination beider Vorgänge dazu benutzt werden, um verbesserte Pumpeneigensehaften zu erhalten. Die neue Pumpenanordnung soll ferner leicht gekühlt werden können und einen einfachen Austausch ihrer inneren Teile gestatten. "

Erfindungsgemäß besitzt die neue elektronische Vakuumpumpe im wesentlichen eine einzige Kammer, deren Wandung als Anode für den Ionen-Zerstäubungsteil der Pumpe dient. Wird ein Verdampferpumpverfahr'en in Verbindung mit dem Ionen-Zerstäubungsverfahren angewendet, so wird die Verdampferanordnung in einem besonderen Teil der Einkammerpumpe untergebracht. Eine Verdampferplatte wirl<t mit Bezug auf die Ionen-Zerstäuberkathoden, äo daß das verdampfte Material direkt auf den Zer-

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Stäuberkathoden abgelagert wird. Das auf den Kathoden abgelagerte zerstäubte Material bedeckt die positiven Ionen,, die vorher darin verborgen waren, insbesondere Edelgase und Wasserstoff, und verhindert ihre Freimachung durch ein nachfolgendes Bombardement. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der Kathoden bedeutend erhöht und es wird eine höhere Pumpgeschwindigkeit für Edelgase, wie z.B. Argon, erhalten, wodurch wiederum die Pumpgeschwindigkeit von Luft beträchtlich erhöht wird.

Durch das Verfahren der direkten Ablagerung -des verdampften Materials auf den Kathoden des Ionen-Zerstäuberteils der Pumpe wird der Effekt der ünstabilität des Argon eliminiert, der allgemein bei den bisherigen Pumpen vorhanden war. Außerdem ermöglicht ein kombiniertes lonen-Zerstäubungs- und Verdampferpumpverfahren aufgrund der Erfindung die Bemessung der Pumpe für jede gewünschte Geschwindigkeit. Ferner kann die Pumpe bei grobem Druck ohne überziehen in Gang gesetzt werden, und sie kann ein Hochvakuum ohne Zuhilfenahme eines Vorpumpens erzeugen. Auf diese Weise werden die Vorzüge der Ionen-Zerstäubungsund der Verdampfungstechnik in einer einzigen kombinierten Pumpe wirksam verwirklicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert: ·

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Zer-^ stäuber-Ionenpumpe gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Ansicht der Pumpe nach Fig. 1 von oben 'gesehen im Schnitt.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer kombinierten Zerwtäuber-Ionen- und Verdampferpumpe p;emäß dor Erfindung.

Pig. 4 ist eine Seitenansicht einer verbesserten

Verdampferplatte.
Fig. 5 1st eine Schnittansicht einer verbesserten Verdampferpumpe gemäß der Erfindung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Teilen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Pig. 1 und 2 ist eine Vakuumpumpe 11 gezeigt, die ein im wesentlichen zylindrisches Metallgehäuse 12 besitzt, dessen Länge in Achsrichtung mit L und dessen Durch- M messer mit D bezeichnet ist, 13 ist die Innenfläche der als Anode der Pumpe dienenden üehäusewandung 12. Die Gehäusewandung ist mit dem Erdpotential verbunden. Zwei scheibenförmige Kathoden Ib und 17, die aus reagierendem Metall bestehen, werden von elektrisch leitenden Teilen 18 und 19 getragen, Vielehe mit Jilfe von Isolatoren 22, 23 in das Gehäuse 12 eingesetzt sind. Die Teile 18 und 19 dienen zugleich als Anschlüsse für die Kathoden Ib und 17 an die Energiequelle 2o oines äußeren GtromKreises. Wanlweise können die Kathoden *

15 und 17 auch von einem einzigen Teil, z.3. dem Teil 18, getragen und durch eine innere Verbindung gehalten weivden, jedocn ist eine solche Anordnung mechanisch nicht so stabil wie die in B¹Ig. 1 gezeigte Anordnung.

Die Kathoden sind etwa an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses 12 so angeordnet, daß ihre Flächen senkrecht zur Gehäuseachse liegen. Ein Magnet 25, der aus Bariumferritblöcken bestehen kann, ist In der Nachbarschaft des Gehäuses 12 so angeordnet, daß ein i-lap-netfe'ld in einer zur Gehäuseachse parallelen Richtung erzeugt wird. Das PumpSengehäuse

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12 hat ferner einen rohrförmigen Anschlußstutzen 2b .nit Planach 27, an den ein (nicht dargestelltes) zu evakuierendes System in üblicher V/eise angeschlossen "werden kann.

Durch den Anschluß der Kathoden über die Teile. 13, 19 an die Energiequelle 2o, welche negatives Potential -gegenüber der mit der Anode 1.3. verbundenen j-irde liefern mag, wirkt die Pumpe 11 als Zerstäuber-Ionenpumpe, Ein Streuelektron in der Zone zwischen der Anode 13 und einer der Kathoden.- 16 und 17 fe wird dann von der positiven (geerdeten) Anode angezogen. Angenommen, daß das Elektron genügend kinetische Energie---gewinnt, kann es ein neutrales Gasmolekül, mit dem es kollidiert, ionisieren. Die aus solchen Kollisionen herrührenden dissoziierten und metastabilen floleküle v/erden durch reagierendes Material, das auf die Anodenoberfläche aufgestäubt wird, festgehalten. Die Anodenoberfläche wird ständig durch weiteres Reaktionsmaterial von den Kathoden ergänzt, die durch positive Ionen, welche bei den Kollisionen erzeugt werden, zerstäubt werden. Die Absorption der neutralen Moleküle durch die reagierende Oberfläche der Anode hilft also mit, das erwünschte Vakuum zu erzeugen. Die mit der Zerstäuber-Ionenpumpe 11 nach Fig. 1 und 2 verbundenen Vorteile lassen sich noch dadurch steigern, daß in der Pumpe eine Verdampferanordnung eingebaut wird, die mit ihr sowohl baulich als auch elektrisch so vereinigt wird, daß ihre Pumpwirkung noch ganz bedeutend verstärkt wird.

Bei der Pumpe nach Fig. 3 ist eine Verdampferanordnung 31 mit einer Anordnung ähnlich der Pumpe 11 gekoppelt. An dem Gehäuse 12 ist ein zusätzlicher rohrförmiger Teil 32 und ein Flansch 33 vorgesehen, an den ein tragender Aufbau 3^ der

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Verdampferanordnung 31 angeschlossen ist. Der tragende Körper 3^ kann ein zylindrischer Topf 'sein., dessen eines offenes Ende dem Gehäuse 12 .zugewandt ist. Eine Verdampferplatte aus reagierendem Metall 35 wird von einem Trägerteil 37 gehalten, der durch einen Isolator 38 gegenüber dem tragenden Aufbau 34 elektrisch isoliert ist. Der-Trägerteil 37 dient zugleich als rvlemme zur Verbindung der Verdampferplatte mit einer äußeren Verdampfer-Energiequelle 4o. Außerdem enthält die Anordnung 31 einen■ Heizfaden 41, der in der Nachbarschaft der Verdampfer- Λ platte 35 von zwei elektrischen Leitern 42 und 43 gehalten wird. Ein Isolator 44 dient zur Befestigung der Leiter 42 und 43 an dein tragenden Aufbau 34.. Beide Leiter sind mit einer Energiequelle 45 verbunden, welche den Strom für den Heizfaden liefert, der seinerseits die Verdampferplatte 35 mit einem Elektronenstrom bombardiert und das Metall, aus welchem sie besteht, verdampft. . ■

Die Anordnung innerhalb des Gehäuses 12 wirkt also als Zerstäuber-Ionenpumpe, wogegen die Verdampferanordnung 31 eine Quelle verdampften Materials"darstellt. Durch Versuche hat ™ sich gezeigt, daß es vorzuziehen ist, die Verdampferanordnung außerhalb desjenigen Teils des Purapengehäuses anzuordnen, der als Zerstäuber-Ionenteil der Pumpe dient. Dabei ist es wichtig, daß ein freier gradliniger Abstand zwischen der Verdampferplatte 35 und den Kathoden 16 und 17 vorhanden ist. Die Anordnung nach Fir?. 3 entspricht diesen Erkenntnissen; die Platte 35 befindet sich hier außerhalb des Hauptraumes des Gehäuses 12,, aber in einem freien geraden Abstand von den Kathoden 16

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und 17.

Die Anode 13 wird in bekannter Weise durch Elektronenbombardement erhitzt, das als Teil des Zerstäuber-Ionenpumpverfahrens in Erscheinung tritt. Außerdem wird die Anode auch durch die 'Järmestrahlung von der Verdampferplatte 35 erhitzt. Im allgemeinen sind die Probleme der Kühlung der Anode zeitlich schwierig, da bei den meisten bereits bekannten Pumpen kleine Anodenzellen innerhalb der Pumpen angeordnet sind, die nicht durch einfache äußere Mittel gekühlt werden können. Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Innenfläche des Gehäuses die Anode bildet, kann diese verhältnismäßig leicht durch Herabsetzung der Temperatur des Gehäuses 12 von außen her, beispielsweise mit einem Kühlmittel wie Luft oder Wasser, gekühlt v/erden.

Der Aufbau der Pumpe gemäß der Erfindung nach Fig. 3» zu welchem das Gehäuse 12 und die Anordnung 13 gehören, kann als eine einzige Zelle oder Kammer mit einer positiven geerdeten Zerstäuber-Ionenanode aufgefaßt werden. Das Pumpengehäuse befindet sich auf dem Anodenpotential. Somit sind nur die Zerstäuberkathoden und die VerdampTerp latte, die sich in einem gradlinigen Abstand von den Kathoden befinden, elektrisch gegenüber dem Erdpotential isoliert. Infolgedessen wird durch die intensive Entladung, die während der Anfangsphase des Pumpvorganges auftritt, nur das reagierende Metall der Kathoden bombardiert, so daß eine genügende Zerstäubung stattfindet und sich ein zufriedenstellender Anfang des Betriebes ausbildet.

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Ferner ist aus Fig. 3 zu ersehen, daß auch dann, wenn die Verdamoferplatte sich nicht innerhalb des Teils der Pumpe befindet, der als Zerstäuber-Ionenpumpe wirkt, die Platte Ln einem gradlinigen freien Abstand von den Zerstäuberkathoden 16 und 17 angeordnet ist. Durch diese bauliche Anordnung wird die Pumpwirkung bedeutend verstärkt, das das von der Platte verdampfte lie.tall die Ionen verdeckt, insbesondere solche von Edelgasen und Hasserstoff, welche vorher in den Kathoden 16. und 17 verborgen waren. "Dadurch wird verhindert, daß die Ionen durch ein nachfolgendes Ionen-ßonibardement der -Kathoden frei- A gemacht werden, wodurch die .Geschwindigkeit-."erhöht" wird, mit welcher die Pumpe Edelgase zu pumpen vermag. Durch Vergrößern der Pumpgeschwindigkeit für Edelgase wie Argon, das etwa 1 % Luft enthält, wird die Pumpgeschwindigkeit für Luft bedeutend erhöht.

Durcn Kombiriierung von lonen-Zerstäubungs- und Verdampferpumpverfahren in einer einzigen Kammer, in welcher die Verdampferplatte und die Zerstäuberkathoden in freiem gradlinigem Abstand voneinander liegen, wird die Gesamtleistung der Pumpe , bedeutend vergrößert. Außerdem werden die Pro'bleme der Kühlung, die regelmäßig bei Verdampferpumpen vorhanden sind, erheblich dadurch vermindert, daß das Pumpengehäuse selbst als Anode benutzt wird, so daß diese durch Kühlen des Gehäuses auf einfache -Jeise- gekühlt werden kann.

Da sich die Anode 13 auf Erdpotential befindet, hat die energiequelle 4o für die Verdampferplatte eine positive hohe ilpannung (gegenüber der negativen Erde) für die Verdampfer-

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platte 35 zu liefern, und es rriu'ö eine negative hohe ,ipannunp; (f/;e(Teniiber der positiven Erde) durch die Energiequelle- 2o an die Kathoden 16 und 17 p;eliefert werden. Vorzugsweise sind beide Energiequellen mit einer Strombegrenzung versehen, so daß SIe_x ohne Schaden zu nehmen, in einem kurzgeschlossenen Stromkreis arbeiten können. Außerdem ist dia energiequelle ^o Vorzugs v/eise so ausgebildet, daß sie in ihre.n Arbeitsbereich eine praktiscn konstante Sparmun™ liefert, um -zu revrllhrleisten, fc da», wenn der Emissionsstrom für den Heizfaden ausgeschaltet wird, die Spannung der Verdampferplatte nicht übermäbir;. ansteigt, was unerwünschte Lichtbogen- und Koronaerschelnun^en hervorrufen könnte. In ähnlicher ^T/els.e ist die Energiequelle 2o vorzugsweise so ausgebildet, daß sie über den Teil ihres Arbeitsbereichs nahe der llochstromzone eine konstante Leistung liefert. Eine Charakteristik mit konstanter Leistung verhindert eine übermäßige Erhitzung der Pumpe während der Anlaufoeriode des Pumpens oder während schwerer Gasbelastunp;en.

Die Kathoden. Ib und 17 sowie die Verdampfer-platte -bestehen nach der vorangegangenen Beschreibung aus einem ^asabsorbierenden Reaktlonsmetall. Bekanntlich ist Titan eines der detalIe, die oft für solche Zwecke gebraucht v/erden. Titan kann benutzt' werden, jedoch beschränkt sich die Anwendbarkeit der hier angegebenen Leiiren nicht auf ein bestimmtes Reaktionsmetall, z.B. können die Kathoden 16 und 17 aus Vanadium bestehen, und für die Verdampferplatte 35 kann Chrom verwendet werden.

Bei bisher bekannten Verdampferpumpen betrifft eines der Hauptprobleme den Aufbau einer zweckentsprechenden Verdainpfer-

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platte. iLü sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, U'ti das au verdampf ende Reaktionsmaterial in einer zweckentsprechenden Anordnung zu halten. Im allgemeinen-tvird ein Wolframstab als Tragkörper verwendet und dazu benutzt, einen kompakten ötab aus Reaktionsmetall wie Titan oder einen darauf newlekelten Titandraht zu trar.en. Solche Verdampf erkörpe'ranordnunreen sind, wenngleich sie benutzt wurden, in ihrem Aufbau

besonders
nicht zufriedenstellend, wenn die durch den Heizfaden erzeugte Hitze nicht genau rere.^elt ist. Sollte die Temperatur zufallip. über einen bestimmten olcherheits^rad hinaus anstei- μ r-.eri, so fänrt das Titan an, statt allmählich verdampft zu werden, zu schmelzen, es fließt an dem Wolframstab entlang und fallt herab, wodurch der Pumpvorgang abrupt beendet wird. In Fi_:". 4 ist eine Seitehansicht einer verbesserten Verdaiiipfernlatte 35 dargestellt. Die "Platte" besteht aus einem tragenden Aufbau wie z.3. einem Stab 5o, etwa aus Wolfram. Der Stab 5o erfüllt die Punktion des Trackörpers 37 (Ficj. 3). Der IJoIf rams tab ^cjo trä^t abwechselnd Schichten eines gasabsorbierenden Reaktionsnetalls wie Titan und eines hitzebeständi- -en i-lefalls wie .lolybdän, Tantal oder V/olf ram. Die Schichten " 52, 54 und 5ti bedeuten das Reaktionsnietall, xiährend die Schichten 51, 53, 55 und 57 das hitaebeständige Metall darstellen. Die in Fir.-' 4. r,e ze irrte bauliche Anordnunp; ist insofern äußerst wirksam, als sie das Reaktionsmetall am Wegfließen bei hohen Temperaturen, selbst in der iJähe des Schmelzpunktes, verhindert. Selbst wenn, das Reaktionsmetali erweicht, so wird es doch durch seine Oberflächenspannunfr, zwischen den Schichten aus hitzebe-'nt;indii^T,em.--'letall zusammengehalten* Auf diese Weise sind die

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Hachteile der früheren Verdampferplatten bzw. -körper im Falle plötzlichen Temperaturanstiegs überwunden. Im Falle eines praktisch erprobten Ausführungsbeispiels wurde ein Wolframstab mit einem Durchmesser von 1,55 mm .(o,o62") zum Tragen abwechselnder Schichten oder Blechstücke von Titan und ilolybdän verwendet. Die Titanschichten waren 1,55 mm dick, während sehr dünne Schichten von o,125 n™ Stärke (o,oo5") aus Molybdän benutzt wurden.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist die Verdampferplatte als neben dem Heizfaden 41 angebracht dargestellt, wobei ein gradliniger freier Abstand zwischen beiden besteht. Eine solche Anordnung von Heizfaden und Verdampferplatte bzw. Verdampferkörper ist ähnlich einer solchen, wie sie bei bereits bekannten Verdampferpumpen angewendet ist. Wenn auch der gradlinige freie Abstand zwischen Platte und Faden nicht immer nachteilig ist, so kann es doch bei manchen baulichen Anordnungen erwünscht sein, das Auftreffen des verdampften Reäktionsmaterials der Platte auf dem Heizfaden zu verhindern, mit welchem das Metall irgendwie reagieren könnte. Hierzu kann zwi- ψ sehen der Verdampferplatte und dem Heizfaden eine Abschirmung eingefügt werden, damit kein verdampftes Metall aus der Platte auf den Faden auftreffen kann.

In Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer Kinkamraer-Verdampferpumpenanordnunr 61 dargestellt. Die Anordnung ül kann mit einer Ioneri-Zerstcäuberanordnung (vergl. Fig. 1 u.3) kombiniert werden_s oder aber sie kann auch unabhängig davon als verbesserte Verdampferpumpe wirken. Die Anordnung 61 von Fig. 5 umfaßt eine metallene Kammer 62, die mit einem BeVzugs-

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potential, ζ.ύ. mit der Erde, verbunden ist, wobei die innere i-Jandf lache t>3 der Kammer als Anode dient. Eine Verdampferplatte oder ein Verdampferkörper 64, bestehend aus einer mehrschichtigen Anordnung, wie oeschrieben, ist in der Kammer angeordnet und mit einer äußeren Energiequelle 65 durch den Isolator 66 iiindurch' verbunden. In entsprechender V/eise wird ein Heizfaden > 68 in der Kammer 52 durch elektrisch leitende Träger 71 und gehalten, welche den Heizfaden mit einer besonderen äußeren Energiequelle 73 durch einen Isolator 7^ hindurch verbinden. Außerdem ist eine Abschirmung 75 j bestehend aus einer dünnen Jj Schicht aus hitzebeständigem Metall wie llolybdän, zwischen den Faden 68 und den Plattenkörper64 eingefügt, um den freien geraden Abstand zwischen beiden zu unterbrechen. Die Abschirmung 75 wird von einem leitenden Trägerteil J6 getragen, der '{egen die Kammer 62 durch einen Isolator 77 isoliert ist. Der Trägerteil 76 ist vorzugsweise mit der Energiequelle 73 oder

die mit Erde elektrisch verbunden, um auf diese Weiset Abschirmung 75 auf einem dem Faden gleichen oder annähernd gleichen Potential zu halten, so daß die Abschirmung keine Elektronen anzieht. Die Abschirmung soll möglichst nicht größer sein als erforderlich, um den freien geraden Abstand zwischen der Platte 64 und dem Faden 68 zu unterbrechen, um keine unnötig hohen Anodenspannungen für eine angemessene Verdampfung erforderlich zu rnacnen.

Es wurde somit im vorstehenden eine neuartige und vorteilriafte elektronische Vakuumpumpe beschrieben. Bei einer Ausfilnrungsform dieser ist eine neuartige Einkammerpumpe vorgese-

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hen, bei welcher Ionen-Zerstäubungs- und Verdampferpumpverfahren angewendet werden. Der lonen-Zerstäuberteil oder der Verdampferte.il der kombinierten Pumpe können unabhängig voneinander benutzt werden. Außerdem kann der Verdaripferteil der kombinierten Pumpe oder auch eine getrennte selbständige Verdampferpumpe, die neuartige Verdampferplatte und/oder die vorstehend beschriebene Abschirmung enthalten, ura auf diese Weise die Pumpleistung der Vakuumpumpen beträchlich zu verbessern. Auch brauchen die Verdarapferanordnungen sich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beheizungsarten durch Elektronenbombardement zu beschränken. Ss können auch andere Iieizverfahren wie z.B. Widerstandsbeheizung oder Induktionsbeheizung entsprechend angewendet v/erden.

Die -Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung.der Crfindung beschränken sich also nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Einzelheiten.

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Claims

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Patentansprüche

1. Elektronische Vakuumpumpe, die nach den Prinzip der Kalt-kathodsnzerstäubung. durch Ionen und/oder nach dem Prinzip der Sublimation oder Verdampfung eines gasabsorbierenden Metalls arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung: (12) ihrer Vakuumkammer (11), welche Gasmoleküle enthält, auf ein erstes Sezugspotential· aufgeladen werden kann, daß in der iiammer Elektroden (15ylö) aus einem gäsabsorbierenden Metall angeordnet sind, die auf ein fegenüber dem ersten Bezugspotential negatives jiezugspotential aufgeladen werden können, und das eine magnetische Einrichtung (25) so angeordnet ist, daß ■ das ilagnetfeld etwa oarallel zur Längsachse der Kammer und etwa senkrecht zu.den Elektrodenflächen verläuft, um. einige Gasmoleküle durch Hlektronenkollision zu ionisieren, so daß durch die Ionen Teile der Elektroden abgelöst werden, um Gasmoleküle zu absorbieren, wenn diese Teile auf der Kammerwandunς kondensieren, ggf. in Verbindung mit einer Verdampferplatte (35) aus reagierendem ^etall zum niederschlagen solchen ,"•letalls auf den Elektroden, wenn die Verdampferplatte verdampft oder suDlimiert wird.

2. Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die -Kammer zwei zu ihrer Längsausdehnunp; senkrechte Endwände (12,13) hat, in deren Urine scheibenförmige Elektroden (16,17) angeordnet sind, die an ein elektrisches Potential angeschlossen sind, das gegenüber dem Potential der Kammerwand

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negativ ist, und daß das Magnetfeld im wesentlichen parallel zur Kammerlängsachse verläuft, so daß seine Feldlinien die scheibenförmigen Elektroden senkrecht treffen, wobei Gasmoleküle durch das zerstäubte Metall, das auf der Kammerwandung kondensiert/absorbiert wird, und daß die Verdampferplatte (35) aus Reaktionsmetall sich neben dem von der Kammerwandung umgrenzten Raum in einem freien' geraden Abstand von dem Hauptteil der scheibenförmigen Elektroden befinde^, an ein gegenüber dem erstgenannten ßezugspotential der Wandungen positives Potential angeschlossen und mit einer Einrichtung zum Verdampfen seines Reaktionsmetalls versehen ist, so daß mindestens ein Teil des verdampften Metalls direkt auf den scheibenförmigen Elektroden kondensiert.

3· Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Längs- und Querachse der Kammer nicht kleiner als 1/2 ist.

H, Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferplatte eine erste, auf einem Tragkörper angebrachte Gruppe von Schichten aus einem reagierenden Metall (50,54,58) und eine zweite Gruppe von Schichten aus hitzebeständigem Metall (51,53,55,57) umfaßt, von denen die letzteren zwischen den Schichten des Reaktionsirietalls angeordnet sind, so daß die Oberflächenspannung der Keaktionsmetallöchichten Jede Schicht der ersten Gruppe zwischen jeweils zwei Schielten der zweiten Gruppe festhält. ■

5. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem Trägerkörper und mehreren abwechselnden

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Schichten aus reagierendem Metall und aus hitzebeständigem Metall bestehende'Verdampferplatte- (Verdampferkörper) so ausgebildet ist, d'a'ß jede Schicht aus reagierendem-Metall zwischen zwei Schichten aus hitzebeständigem Metall festgehalten wird.

6. Vakuumpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Verdampfereinrichtung eine Energiequelle und ein durch sie erhitztes Ileizfadensystem zur Erwärmung des Metalls der Verdampferplatte mit Elektronen gehört.

7. Vakuumpumpe nach Anspruch ö, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ileizfadensystem und der Verdampferplatte eine Abschirmung angeordnet ist, die zur Verhinderung des Auftreffens von aus der Platte verdampftem Metall auf das ileizfadensystem dient.

3. Vakuumpumpe, bei der eine Kathode aus reagierendem Metall mit Ionen zerstäubt wird, das bei Kondensierung auf einer Anode Gasrnoleküle absorbiert und dadurch den Druck in der Pumpe herabsetzt, und bei der ein Reaktionsmetall verdampft wird, das geraden freien Abstand von der Kathode hat, . . % so daS auf dieser verdampftes. Metall niedergeschlagen wird, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an ein zu evakuierendes System anschließbare ■Äarrimer, die mit ihren Wandungen einen Raum begrenzt, der Gasmoleküle enthalten kann, und daß in diesem Raum mindestens eine scheibenförmige Elektrode nahe seiner einen Endwand senkrecht zur Kainirierlängsachse angeordnet ist und in der Richtung parallel zu dieser Achse von einem durch eine magnetische

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Einrichtung erzeugten Magnetfeld durchsetzt ist, wobei die Kammer und die Kathode an eine erste 3pannum;squelle so angeschlossen sind, daß die Kammer ein höheres Potential hat als die Kathode, um diese mit Ionen zu besprühen, die durch Kollision zwischen beschleunigten Elektronen und Gasmolekülen erzeugt werden, so daß Teile des reagierenden lletalls der besprühten Kathode Gasmoleküle absorbieren, wenn sie sich auf der Kammerwandung niederschlagen, und wobei eine Verdampfer- ■ tragvorrichtung mit der Kammer verbunden ist, um den durch die Kaminerwandum,; begrenzten Raum zwecks Bildung eines zusätzlichen Verdampferraumes zu erweitern, in welchem eine Verdampferplatte aus reagierendem lietall an der Grenze des zusätzlichen Kauines angeordnet ist, die einen freien geraden Abstand von der scheibenförmigen Kathode hat, und wobei die Verdampferplatte und die Hilfskammer an eine zweite Spannung quelle- so angeschlossen sind, daß die Verdampferplatte ein betr-'lchlich höheres Potential erhält als die Kammer wan dun"; und eine iioizvorrichtung für das Eeaktionsmetall der Verdampferplatte zu dessen mindestens teilweiser Verdampfung vorgesehen ist, so daß mindestens etwas von dem verdampften Metall auf der scheibenförmigen Kathode kondensiert, die sich in einem freien Geraden Abstand von der Verdampforplatte befindet, um du; aus Reaktionsmetall bestehende Kathodenoberfl'iche wieder .-,u org.tnzen. . .

9· Vakuumpumpe nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, da 3 die iteizvorrlchtung aus einem Heizfadtm i.;ui· lirw.'iriiim^ : dor, Reaktion ρ met alls des Insbosondoro plattenformi-en Ver-

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durch Elektroneiibonbardeiiient dient und eine Abschirmung zwischen ihm und den Verdampferkörper als Sperre p-e/sen das Auf treffen verdampften Reaktionsniaterials auf den iielzfaden vorgesehen ist»

10. Vakuumpumpe, bei der das Vakuum durch Sublimierung oder Verdampfung; eines gasabsorbierenden Metalls von einem Verdampferkörper durch Bombardierung mit einem Elektronenstrom aus einer Elektronenquelle erzeugt wird, so daß, wenn das subliinierte oder verdampfte Ί-Iaterlal in der Kammer kondensiert, in dieser befindliche Gasmoleküle durch das kondensierende metall absorbiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung- in der Kammer zur Verhinderung des Auftreffens von verdampf te-a lletall auf die Elektronenquelle vorgesehen ist und da3 diese Abschirmung etwa auf dem Potential der Elektronenquelle gehalten wird, um eine Anziehung von Elektronen durch diese zu verhindern.

11. Vakuumpufiipe nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise plattenförmige Verdampferkörper einen Tragkörper aufweist und aus mehreren abwechselnden Schichten von gasabsorbierenuera Reaktionsmetall und hitzebeständigem lletall besteht, so da'i «jede Schicht des Reaktionsmetalls auf den Tragkörper zwischen zwei Schichten des hitzebeständi- ;;en ilaterialü gehalten wird.

12. VakuunPumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

insbesondere Ionenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung ihrer Kamraer als Anode dient und scheibenförmige Kathoden aus r-asabsorbierendem Reaktionsmetall in dieser Kammer, und' zwar in der Jähe ihrer Enden isoliert gehalten werden,

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derart, daß die scheibenförmigen Kathoden senkrecht zur Kammerlängsachse liegen, wobei ein Magnetfeld, das durch eine besondere Einrichtung erzeugt wird, parallel zur Kammerlängsachse verläuft, und wobei die Kammer und die Kathoden an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sind, um die Kathoden durch positive Ionen zu zerstäuben, welche durch Elektronenbombardement von Gasmolekülen erzeugt sind, so daß das zerstäubte Reaktionsraetall Gasmoleküle absorbiert, während es auf der als Anode dienenden Wandung kondensiert, um das Vakuum in der Kammer zu erhöhen.

13· Vakuumpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer zylindrisch und das Verhältnis ihrer Längsachse zur Querachse mindestens 1/2 beträgt und daß die elektrische Spannungsquelle bei geerdeter Kammer diese auf positives und die Kathoden auf,-im Vergleich hierzu, negatives Potential legt. .