DE3621014C2 - Hochreinigungsvorrichtung für Argon und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochreinigungsvorrichtung für Argon nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Hochreinigen von Argon nach Anspruch 6 sowie ein Verfahren zum Hochreinigen eines Verunreinigungen enthaltenden Argongases auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 ppm oder weniger nach Anspruch 8.

Argon, welches in der Luft enthalten ist und etwa 1% deren Volumens bildet, wird von Stickstoff und Sauerstoff durch eine fraktionierte Destillation bei niedriger Temperatur getrennt. Es wird entweder in flüssiger oder gasförmiger Form in Zylinder gefüllt und auf den Markt gebracht. Als hochgradig inertes Gas wird Argon in weitem Maße verwendet, um Atmosphären für eine Wärmebehandlung von Metallen zur Herstellung von Halbleitersubstraten und dgl. zu bilden. Wenn es in der hochfeinen Mikroprozessortechnik wie beispielsweise in der elektronischen Industrie verwendet wird, muß es weiter gereinigt werden durch Entfernung von Verunreinigungen, bis unmittelbar vor der Verwendung eine höhere Reinheit erreicht wird. Für einen Verbrauch in großen Mengen bei industriellen Vorgängen ist es üblich, flüssiges Argon zu verdampfen und das sich daraus ergebende Gas durch Rohrleitungen zu fördern. Hierbei besteht das Problem, wie dem Erfordernis der schnellen und positiven Entfernung der Verunreinigungen nachgekommen werden kann, die beispielsweise aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen bestehen, welche in dem gasförmigen Argon enthalten sind.

Um diese Verunreinigung zu entfernen wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. 107910/1984 vorgeschlagen, zwei Schritte zu kombinieren, d. h. Argongas durch ein Bett aus Aktivkohle oder Aktivaluminiumoxid oder durch ein Molekularsieb aus Zeolith od. dgl. zu leiten, um Wasser, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffe zu eliminieren, und dann das Gas mit einem metallischen Getter aus Kupfer oder Nickel in Kontakt zu bringen, welches auf eine Temperatur von 150° bis 300°C vorgeheizt ist. Alternativ dazu kann sich an das Zwei-Schritt- Verfahren ein zusätzlicher Schritt anhängen, in welchem das Gas in Druckkontakt mit einem Molekularsieb vom Typ 5-A bei einem Druck von 5 bis 25 atm gebracht wird, um es weiter durch Entfernung von verbleibendem Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu reinigen. Durch dieses Verfahren läßt sich Argongas, das die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Verunreinigungen enthält

in der vorstehend angeführten Weise reinigen, bis die nachstehend in der Tabelle aufgeführte Zusammensetzung erhalten wurde:

Dieses Verfahren zur Reinigung von Argongas ist somit ein ausgezeichnetes Verfahren, mit welchem Argongas hoher Reinheit erhalten wird. Der Fortschritt in der Halbleiterindustrie in letzter Zeit erfordert jedoch immer genauere Mikroprozessortechniken und damit Argon mit höherer Reinheit für die zukünftige Produktion von hochintegrierten Schaltungen. In der Tat besteht eine starke Nachfrage nach hochreinem Argongas für Testzwecke.

Weiterhin ist aus der GB 2 043 691 A eine Dreistoff-Legierung als wirksames und bei Raumtemperatur verwendbares Gettermaterial zur Eliminierung von Wasser, Wasserdampf und zum Teil anderen Gasen aus geschlossenen Behältern, wie Brennstoffbehälter der Atomreaktortechnik, Hüllen von Leuchtdrahtlampen oder Entladungslampen etc., in pulverisierter Form bekannt, deren Gewichtszusammensetzung in einem Dreistoffdiagramm das folgende Polygon definiert: (a) 75% Zr-20% V-5% Fe, (b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und (c) 45%-50% V-5% Fe.

Schließlich ist in der BE-PS 792 561 eine Vorrichtung zur Reinigung von Edelgasen, so wie Helium, Neon, Krypton, Xenon, Radon, und Wasserstoffgasen offenbart. Dabei wird im allgemeinen Titan, Zirkonium, Tantal oder Niob und Legierungen hieraus sowie im besonderen Legierungen mit 5 bis 30 Gew.-% Aluminium und 95 bis 70 Gew.-% Zirkonium, ganz bevorzugterweise mit 16 Gew.-% Aluminium, als absorbierendes Material eingesetzt. Daher strömt nahezu die gesamte Menge Wasserstoff durch die Reinigungsvorrichtung, ohne durch die Getterlegierung entfernt zu werden. Darüber hinaus sind bei Einsatz der Zirkonium-Aluminium- Legierungen Aktivierungstemperaturen von 800°C bis 900°C und Betriebstemperaturen von 500°C bis vorzugsweise 700°C erwünscht, was zu erheblichen Schwierigkeiten führen kann. So kann eine Entgasung der Wände der Reinigungsvorrichtung erfolgen, die zwangsläufig eine Verunreinigung des gereinigten Gases nach sich zieht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den augenblicklichen Wert der Verunreinigungen, der bei der bekannten Technologie erreicht werden kann, auf einen geringeren Wert, insbesondere auf einen geringen Wert um zwei Größenordnungen in Teilen pro Million, zu bringen, und zwar in vorrichtungstechnischer als auch in verfahrenstechnischer Hinsicht.

Es wurden intensive Studien bei Reinigungsvorrichtungen für Argongas betrieben, um Konzentrationen der Verunreinigungen um zwei Größenordnungen in ppm jeweils ausgehend von dem bestehenden Level, wie vorstehend ausgeführt, zu verringern. Dabei stellte man ein Getter, welches sogar besser ist als das oben erwähnte metallische Getter aus Kupfer oder Nickel, und eine Hochreinigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum leistungsfähigen Reinigen von Argongas durch Verwendung dieses speziellen Getters zur Verfügung.

Diese Aufgabe wird somit in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des Anspruchs 1 und in verfahrenstechnischer Hinsicht durch die Merkmale der Ansprüche 6 und 8 gelöst.

Bevorzugte konstruktive Maßnahmen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 und 7 beschrieben.

Demnach umfaßt die erfindungsgemäße Hochreinigungsvorrichtung für Argon ein äußeres Gehäuse mit einem Einlaß für das zu reinigende Argon, mit einem Auslaß für das gereinigte Argon, mit wenigstens einer Getterkammer, die mit einer ternären Getterlegierung aus einem Zirkonium-Vanadium-Eisen-System gepackt ist und zwischen Einlaß und Auslaß angeordnet ist, mit einem Strömungsdurchgang, derart, daß er das über die Einlaßöffnung eintretende verschmutzte Argongas durch die Getterkammer und zum Auslaß leitet, mit einer Heizeinrichtung im Außengehäuse, um die Getterlegierung auf Betriebstemperatur zu halten, wobei die Gewichtsprozentanteile der drei Stoffe, wenn sie in einem Dreistoff-Verbindungsdiagramm aufgetragen sind, in einem Polygon liegen, dessen Eckpunkte folgendermaßen definiert sind (Fig. 1):

a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
c) 45% Zr-50% V-5% Fe, und

wobei deren mit dem Argon in Berührung kommendes Material von der Art ist, daß die Innenwandfläche auf eine Oberflächenrauhheit (R_a) von 0,5 µm oder weniger, ausgedrückt in Form der durchschnittlichen Höhe der Mittellinie, poliert ist.

Da die Hochreinigungsvorrichtung nach der Erfindung dazu gedacht ist, Argon zu reinigen, bis die Konzentrationen der Verunreinigungen auf etwa 0,01 ppm oder weniger verringert sind, ist es anzuraten, daß die inneren Wandabschnitte der Vorrichtung, mit welchen das gereinigte Gas, welches aus der Getterkammer austritt, in Kontakt kommt, aus einem Metall bestehen, dessen Oberfläche poliert ist, so daß sie feinkörnig und glatt genug ist, um die Gasadsorption so gering wie möglich zu halten und welche infolge Korrosion kein Pulver bildet. Derartige Metalle sind beispielsweise aber nicht ausschließlich rostfreie Stähle und Legierungen mit bestimmten Eigenschaften wie Hastelloy, Incoloy, und Monel-Metall. Jedes andere Metallmaterial, welches die vorstehend angeführten Erfordernisse erfüllt, kann geeignetermaßen ausgewählt und verwendet werden. Das ausgewählte Metall muß "gebacken" oder wärmebehandelt sein, bevor es verwendet wird, um das Volumen der späteren Gasfreisetzung aus dem Metallmaterial selbst zu verringern.

Wie vorstehend ausgeführt, ist es zusätzlich erfindungsgemäß vorgesehen, daß das innere Wandmaterial der Hochreinigungsvorrichtung, welches mit dem Argongas in Kontakt gelangt, eine dichte und glatt polierte Oberfläche aufweist, um die Gasadsorption zu minimieren. Der wünschenswerte Grad der Glätte der polierten Oberfläche ist numerisch derart bestimmt, daß die Rauhheit der inneren Wandfläche, die mit dem Argon in Berührung kommt, 0,5 µm oder weniger, vorzugsweise 0,25 µm oder weniger in Begriffen der Durchschnittshöhe in Mittellinie (R_a) (Japanische Industrienorm (JIS) B 0601-1970) ist. Dieser numerische Bereich ist nicht immer kritisch, aber er wird empfohlen als zuverlässiger, sicherer Bereich.

Obwohl das polierte Innenwandmaterial vorteilhafterweise in dem Bereich verwendet wird, in welchem der Gasstrom aus der Patronenkammer damit in Berührung kommt, ist es natürlich möglich, es auch in dem Bereich zu verwenden, in welchem das Gas, das durch eine nachfolgend noch näher beschriebene Patrone geleitet wird, damit in Berührung kommt. In vielen Fällen ist es ziemlich störend, das polierte Material nur in dem Bereich zu verwenden, in welchem der Gasstrom hinter einer solchen Patrone damit in Berührung gelangt. Die Oberflächenpolierung und das "Backen" verkürzen beträchtlich die erforderliche Zeitdauer, nach welcher hochgereinigtes Gas mit einer konstanten Menge auch aus einer derartigen Hochreinigungsvorrichtung erhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Hochreinigen von Argongas mit Schritten der gründlichen Dehydratisierung des zu reinigenden Argon auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 ppm oder weniger und der anschließenden Entfernung der Verunreinigungen durch Adsorption aus dem Gas mit dem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt durch Leiten des letzteren durch ein Getterbett, das mit einer Getterlegierung aus einem Zirkon-Vanadium-Eisen-System gepackt ist und auf einer Temperatur von 20°C bis 400°C gehalten wird, wobei die Getterlegierung eine derartige Gewichtszusammensetzung aufweist, daß die Gew.-% Anteile der drei Elemente, wenn sie in einem Dreistoff-Verbindungsdiagramm dargestellt sind, innerhalb eines Polygons (Fig. 1) liegen, dessen Ecken folgendermaßen definiert sind:

a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
c) 45% Zr-50% V-5% Fe.

Die Dreistoff-Getterlegierung aus Zirkon, Vanadium und Eisen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann die sein, die in der US-PS 4 312 669 beschrieben ist.

Die Gewichtszusammensetzung, welche einen Getter von besonders guter Leistungsfähigkeit erbringt ist derart, daß die Gewichtsprozentanteile der drei Elemente, wenn sie in einem Dreistoff-Verbindungsdiagramm (Fig. 1) dargestellt ist, innerhalb eines Polygons liegen, dessen Ecken bestimmt sind durch

a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
c) 45% Zr-50% V-5% Fe.

Eine derartige Getterlegierung adsorbiert charakteristisch Feuchtigkeit und Wasserdampf quantitativ bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 400°C, vorzugsweise im Bereich von 200° bis 350°C, ohne daß Wasserstoff entwickelt wird, und über einen weiten Temperaturbereich adsorbiert sie Wasserstoff, CO, CO₂ und andere Gase. Es wurde gefunden, daß diese Eigenschaften vorteilhaft angewendet werden können bei der Hochreinigung von Argongas gemäß der Erfindung,

Das Gewichtsverhältnis der Elemente, die die Dreistoff- Getterlegierung bilden, die in der erfindungsgemäßen Hochreinigungsvorrichtung verwendet wird, kann, wenn gewünscht, innerhalb des vorstehend angegebenen besonderen Bereiches variiert werden. Auf jeden Fall ist es vorzuziehen, das bestmögliche Zusammensetzungsverhältnis hinsichtlich der Gettereigenschaften auszuwählen.

Der Zirkongehalt in der Dreistoff-Legierung sollte nicht zu groß oder zu klein sein, da sonst die Legierung dazu neigt, Wasserstoff zu entwickeln, während sie Feuchtigkeit adsorbiert, und sie würde auch plastisch werden, was Schwierigkeiten bereiten würde, um sie in Pulver zu überführen.

Der Vanadiumgehalt sollte nicht zu gering sein, da ansonsten die Legierung unfähig wird, die voll zufriedenstellende Gasadsorptionsleistung zu zeigen.

Auf der Basis des Eisengewichtes sollte der Gewichtsprozentanteil des Vanadiums im Bereich von 75% bis 85% liegen.

Die optimale Dreistoff-Legierungszusammensetzung des Getters für die erfindungsgemäße Hochreinigungsvorrichtung ist derart, daß, wenn die Gewichtsprozentanteile der drei Elemente in einem Dreistoff-Verbindungsdiagramm dargestellt sind, innerhalb eines Polygons (Fig. 1) liegen, welches durch die Ecken bestimmt ist:

d) 70% Zr-25% V-5% Fe,
e) 70% Zr-24% V-6% Fe,
f) 66% Zr-24% V-10% Fe,
g) 47% Zr-43% V-10% Fe,
h) 47% Zr-45% V-8% Fe, und
i) 50% Zr-45% V-5% Fe.

Das Verfahren zur Herstellung dieser Legierungen ist beschrieben in der vorstehend erwähnten US-PS 4 312 669. Die Produkte, die von der SAES Getters S.p.A., Mailand, Italien, hergestellt und auf den Markt gebracht werden, können, wenn gewünscht, verwendet werden.

Es ist wünschenswert, daß die Getterlegierung in Form einer intermetallischen Zusammensetzung verwendet wird, welche leicht pulverisiert und einfach gehandhabt werden kann.

Darüber hinaus macht die vergrößerte Oberfläche das pulvrige Material aktiver.

Die Dreistoff-Getterlegierung ist in wenigstens einer Getterkammer gepackt, die in der Mitte eines Gasstromdurchganges zwischen dem Einlaß für zu reinigendes Argongas und dem Auslaß für gereinigtes Argongas angeordnet ist. Das Getterbett kombiniert mit einer Heizeinrichtung, die als Zusatzgerät mit einem Außengehäuse angeordnet ist, um das Getter auf seiner Betriebstemperatur zu halten, bildet die erfindungsgemäße Hochreinigungsvorrichtung für Argongas.

Zu reinigendes Argongas wird durch diese Hochreinigungsvorrichtung geleitet, in welchem es mit dem Getter in Kontakt gebracht wird, so daß es von seinen Verunreinigungen über Adsorption befreit wird.

Die in der Kammer zu packende Getterlegierung weist die Form von Pellets vorzugsweise gegenüber feinen Teilchen auf, da die Pellets leichter ausreichende Zwischenräume für den Gasdurchgang ausbilden. Darüber hinaus kann mit Hilfe des Getters in Pelletform gleicher Größe leichter ein konstantes Hohlraumverhältnis in dem Getterbett vorgesehen werden, als wenn es in Form von kleinen Klumpen mit unregelmäßiger Größe vorliegt, um die Vorrichtung auszugestalten und um eine gute Durchführung wiederholbar zu machen. Obwohl gegen die Verwendung des Getters in Form von Feinteilchen oder kleinen Klumpen keine Bedenken bestehen, ist die Verwendung von pelletiertem Getter, das durch Druckpressen des Legierungspulvers hergestellt wird, vorzuziehen, da mit diesen den Erfordernissen der industriellen Gestaltung und Herstellung der Hochreinigungsvorrichtung für Argon nachgekommen werden kann.

Die an der erfindungsgemäßen Hochreinigungsvorrichtung vorgesehene Heizeinrichtung, mit welcher das Getter heiß genug für die Adsorptionsreaktion gehalten wird, kann verschiedene Formen aufweisen, wie später anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert wird. Die Heizeinrichtung kann eine elektrische Heizung oder eine indirekte Heizung durch Verwendung eines Heizmediums sein, das durch einen doppelten Wandaufbau od. dgl. zirkuliert. Ebenfalls kann der Heizbereich geeignetermaßen ausgewählt werden, so z. B. in dem Gasvorheizbereich vor dem Getterbett oder der Kammer, oder um oder innerhalb der Gettermasse. Obwohl es wünschenswert ist, daß eine ausreichende Erwärmung erfolgt, um eine gleichmäßige Adsorptionsreaktion des Getters mit dem Gas zu bewirken und eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung durchzuführen, kann die Kombination des Heizverfahrens und des Bereiches entsprechend den Erfordernissen variiert werden, um das beste Ergebnis zu erhalten.

Obwohl es möglich ist, die Getterkammer in der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb des Außengehäuses direkt gepackt in diesem vorzusehen, besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß das Getterbett wenigstens aus einer Patrone besteht, die mit dem Gettermaterial gepackt ist und die derart ausgebildet ist, daß sie für einen leichten Austausch herausnehmbar in dem Außengehäuse angeordnet ist. Die erfindungsgemäßen Getterkomponenten adsorbieren und entfernen Verunreinigungen aus verunreinigtem Argongas durch chemische Adsorption, welche chemische Veränderungen bewirkt. Deshalb werden sie stöchiometrisch verbraucht und weisen eine begrenzte Lebensdauer auf. Nach der Anwendung über eine bestimmte Zeitdauer muß das Getter durch ein frisches ersetzt werden; ansonsten werden die Zwecke des Hochreinigens des Argons nicht länger erreicht. Deshalb kann die Hochreinigungsvorrichtung bestehend aus dem Außengehäuse, das mit dem Getter gepackt ist, als Einheit gehandhabt und von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Es ist ebenfalls möglich, das Getter in einer Patrone aufzufüllen und die Patrone aus dem Außengehäuse für einen Austausch in geeigneten Zeitintervallen zu entfernen. Der Patronentyp ist praktischer bei großformatigen Anordnungen.

Die Patrone weist vorzugsweise ein Metallgehäuse auf, welches perforiert ist, um den Durchgang des Gasstromes zu erleichtern.

Die erfindungsgemäße Hochreinigungsvorrichtung kann zum Lösen des technischen Problems wie vorstehend angedeutet verschieden ausgebildet werden. Das heißt, daß die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, die bislang beschrieben sind, sondern daß verschiedene Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne aus dem Geist und Bereich der Erfindung zu gelangen. Eine Dehydratisierung in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus folgenden Gründen durchgeführt. Der Feuchtigkeitsgehalt in verunreinigtem Argon ist gewöhnlicherweise der höchste Wert gegenüber den Werten der anderen Verunreinigungen. Wenn ein besonderes Gewicht gelegt wird auf die Entfernung von Feuchtigkeit, wird die Lebensdauer des Getters und damit die Einsatzdauer des Superreinigers für Argon beträchtlich verlängert, oder anders ausgedrückt eine auffallende Steigerung in dem Volumen des gereinigten Argongases wird erhalten. Jede bekannte Dehydratisierungstechnik kann angewendet werden, vorausgesetzt, daß sie nicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens behindert. Beispielsweise kann die Dehydratisierung eine Adsorption mittels eines Molekularsiebes aus synthetischem Zeolith od. dgl., mittels Aluminiumoxidgel oder mit Phosphor-Pentoxid sein oder durch Einfrieren auf eine kryogene Temperatur unterhalb -160°C oder durch Adsorption mit Silicagel, Aktivkohle oder einem anderen Adsorbent bei einer niedrigen Temperatur unterhalb -40°C erfolgen. Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt in dem zu reinigenden Gas und der Lebensdauer des Getters. Wenn das Gas einen großen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, muß es vor der Hochreinigung vorzugsweise auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 ppm oder weniger dehydratisiert werden.

Um den Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des Bereichs von 1 ppm oder weniger zu steuern, ist das System folgendermaßen für den Betrieb gedacht. Bei Verwendung eines Feuchtigkeitsmessers, der in der Lage ist kontinuierliche Feuchtigkeitsspurgehaltsmessungen durchzuführen, wird der Feuchtigkeitsgehalt in dem dehydratisierten Argon automatisch überwacht. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt in dem Argon nach der Dehydratisierung graduell auf einen Wert nahe 1 ppm angestiegen ist, wird der Dehydrator oder Entfeuchter eingeschaltet, bevor der Wert von 1 ppm erreicht wird, so daß der Feuchtigkeitsgehalt in dem Argongas vor dem Eintritt in das Getterbett auf dem Bereich von 1 ppm oder weniger gehalten wird. Analysiervorrichtungen, die geeignet sind für eine derartige kontinuierliche automatische Messung von Feuchtigkeitsgehaltsspuren sind beispielsweise Feuchtigkeitsmesser der Firma Endress und Hauser, Westdeutschland, die unter dem Warenzeichen "ENDRESS-HAUSER HYGROLOG, WMY 170" und "WMY 370", verkauft werden, sowie Produkte unter dem Handelsnamen "PANAMETRICS HYGROMETER, Model 2100", "Model 700" und "System I" von Panametrics Inc. USA, und ein anderes amerikanisches Produkt "Du Pont 510 Moisture Analyser" von E. I. Du Pont de Nemours & Co. Andere Analysiergeräte, die vergleichbar oder besser sind als die oben angeführten, können natürlich verwendet werden.

Ein derartiger Feuchtigkeitsmesser kann ebenfalls verwendet werden zum Messen und Überwachung des Feuchtigkeitsgehaltes in dem Argongas nach der Reinigung. Die Ergebnisse der Analyse werden verwendet als Daten, die eine Anzeige darstellen für eine abnehmende Adsorptionsfähigkeit des Getters und für die Entscheidung des Zeitpunkts, den Betrieb des Superreinigers abzuschalten, oder die gettergefüllte Patrone auszutauschen.

Für die Erfassung und Bestimmung von anderen Verunreinigungsspuren als Feuchtigkeit in dem Argongas kann ein Analysiergerät für ultrakleine Mengen von Gasen (Massenspektrometer des Massenfiltertyps für hochsensitive kontinuierliche Analysen), hergestellt von Nichiden-ANELVA Corporation Japan unter der Bezeichnung "TE-360B", verwendet werden. Die analytischen Werte können verwendet werden als Messung der Abnahme der Leistung des Getters und für die Entscheidung des Zeitpunkts des Abschaltens des Betriebs der Hochreinigungsvorrichtung oder des Ersetzens der Getterpatrone.

Hinsichtlich dieser analytischen Werte ist es zu empfehlen, eine Hochreinigungsvorrichtung derart einzustellen, daß, wenn irgendeine vorbestimmte obere Grenze oder ein Level einer einzelnen Verunreinigung erreicht wird, ein Abschalten des Betriebes automatisch durchgeführt wird. Eine derartige Hochreinigungsvorrichtung gewährleistet eine hohe Qualität des endgültig erhaltenen Argongases.

Um die Verunreinigungen aus dem dehydratisierten Argongas durch Durchleitung und Adsorption von dem Getterbett einer Zirkon-Vanadium-Eisen-Legierung durchzuführen, wird die Reaktionstemperatur in einem Bereich von 20° bis 400°C gehalten. Bei einer Temperatur unterhalb 20°C werden die Verunreinigungen von der Getteroberfläche adsorbiert, aber sie können nicht in die Gettermasse diffundieren. Damit kommt die Adsorption praktisch im Zustand der Sättigung der Oberfläche zum Ende, ohne daß die Getterkapazität voll ausgenutzt wird. In dem speziellen Bereich von 20° bis 400°C führt das Getter die Adsorption voll durch, wobei ermöglicht wird, daß die Verunreinigungen sorgfältig in das Material diffundieren. Die Lebensdauer des Getters wird damit vergrößert.

Auf der anderen Seite kann bei einem Temperaturbereich oberhalb 400°C das Wasserstoffgas, das vorher von dem Getter adsorbiert worden ist, desorbieren, da es einen Adsorptionsgleichgewichtsdruck aufweist, der größer ist als der anderer Verunreinigungen. Die Einstellung einer Reaktionstemperatur über 400°C ist deshalb unerwünscht.

Innerhalb des speziellen Temperaturbereiches von 20° bis 400°C ist ein engerer Bereich von 220° bis 380°C am meisten bevorzugt. Eine Temperatur in diesem Bereich ist die meist zu empfehlende Reaktionstemperatur, bei welcher eine hohe Adsorptionsrate und eine gründliche Diffusion der Verunreinigungen in das Getterbett ohne eine mögliche Desorption von Wasserstoff gewährleistet sind.

Die Hochreinigungsvorrichtung für Argongas gemäß der Erfindung ist geeignet zum Hochreinigen von herkömmlich gereinigtem Argon auf einen höheren Reinheitsgrad. Sie kann Argongas durch Durchleitung reinigen, um die Konzentrationen der Verunreinigungen in dem eingespeisten Gas, beispielsweise von Sauerstoff (O₂), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂), Wasserstoff (H₂), Methan (CH₄), und Wasser (H₂O) unterhalb 0,01 ppm oder weniger. Damit wird eine Hochreinigung von Argongas auf einen hohen Reinheitswert bewirkt, welcher mit bestehenden Reinigungsvorrichtungen nicht erreicht werden kann.

Darüber hinaus kann die Lebensdauer des Getters, das in der Hochreinigungsvorrichtung für Argongas gemäß der Erfindung verwendet wird, merklich verlängert und das Volumen der Argongasreinigung stark vergrößert werden, indem zuerst der Feuchtigkeitsgehalt in dem verunreinigten Argongas auf 1 ppm oder weniger durch eine gründliche Dehydratisierung in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, und dann das dehydratisierte Gas durch die Hochreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung geleitet wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Hochreinigungsvorrichtungen für Argon gemäß der Erfindung sind in den Fig. 2 bis 10 gezeigt. Fig. 2 zeigt eine Hochreinigungsvorrichtung, bestehend aus einem äußeren Gehäuse bzw. Außengehäuse 3, das aus einem Rohr aus rostfreiem Stahl (Qualität SUS 304, TP entsprechend dem Japanischen Industriestandard JIS G 3448) gebildet ist, welches einen Einlaß 1 für zu reinigendes Argongas 9 in Nähe des oberen Endes und einen Auslaß 2 für das gereinigte Argongas 9 in Nähe des unteren Endes aufweist. Das Außengehäuse 3 ist mit einem Wärmeisolator 12 über die gesamte Oberfläche ummantelt; eine obere Abdeckung 14 ist an dem oberen Ende des Außengehäuses 3 angeordnet; eine Heizeinrichtung 6 ist durch die obere Abdeckung 14 in den Raum 25 innerhalb des Außengehäuses 3 geführt; eine Getterkammer bzw. ein Getterbett 4 ist in dem Raum 25 gepackt, welche bzw. welches unterhalb der Heizeinrichtung 6 zwischen oberen und unteren Puffern 16, 15 begrenzt wird; eine perforierte Platte 7 wird von einem Träger 13 gehalten, der wiederum an der Innenwand des Außengehäuses 3 befestigt ist und das Getterbett 4 und die perforierte Platte 7 abstützt. Das verwendete Getterbett 4 ist eine Dreistoff-Getterlegierung aus Zirkon (68 bis 72 Gew.-%), Vanadium (24 bis 25 Gew.-%) und Eisen (5 bis 6 Gew.-%), welches von SAES Getters S.p.A. Typ Nr. "St 707" in Form von säulenförmigen Pellets mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Höhe von 4 mm hergestellt und verkauft wird.

Die mit den Bezugszeichen 15 und 16 bezeichneten Puffer bestehen aus einer Schicht die jeweils aus kleinen Aluminiumoxidkugeln von 4 mm Durchmesser, die in einer Höhe von 5 cm gepackt sind. Sie korrigieren jeden ungleichmäßigen Fluß des Argongases 9 durch das Getterbett 4, halten die freien Teilchen des Getterbettes 4 davon ab, zu streuen, und sorgen für eine gleichmäßige Temperaturverteilung.

Obwohl die beschriebene Ausführungsform der Hochreinigungsvorrichtung kleine Aluminiumoxidkugeln verwendet, die die Puffer 15, 16 bilden, können an deren Stelle kleine Kugeln aus rostfreiem Stahl oder ein Stapel von feinmaschigen Sieben aus rostfreiem Stahl verwendet werden. Darüber hinaus werden die Puffer 15, 16 nicht immer verwendet und wird eine pufferlose Ausführungsform später beschrieben.

In den oberen Bereichen der Puffer 15, 16 sind Hülsen 20, 19 eingebettet, welche Thermometer 18 bzw. 17 aufnehmen. Chromel-Alumel-Thermoelemente werden für die Thermometer 18, 19 verwendet.

Zu reinigendes Argongas 9 wird durch den Einlaß 1 in das Gefäß bzw. äußere Gehäuse bzw. Außengehäuse 3 eingeleitet, durch die Heizeinrichtung 6 aufgeheizt, gelangt dann durch den oberen Puffer 16 und anschließend als gleichmäßiger Strom durch das Getterbett 4, in welchem es von den Gasverunreinigungen mittels Adsorption befreit wird. Das gereinigte Argongas 9 wird dann durch die perforierte Platte 7 geleitet und über den Auslaß 2 aus dem Gefäß bzw. äußeren Gehäuse bzw. Außengehäuse 3 entfernt.

Fig. 3 und die folgenden Figuren zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung. In diesen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung ist weggelassen oder verkürzt.

Fig. 3 zeigt eine Hochreinigungsvorrichtung des gleichen Aufbaus wie diejenige der Ausführungsform nach Fig. 2 mit der Ausnahme, daß eine elektrische Heizeinrichtung 21 um das Außengehäuse 3 gewickelt und ein Thermoelement 22 vorgesehen ist, um die Heiztemperatur zu messen. Diese Abwandlung erleichtert die Temperatursteuerung des Getterbettes 4.

Obgleich in den Fig. 2 und 3 Ausführungsformen gezeigt sind, in welchen das Getterbett 4 direkt in dem Außengehäuse 3 gepackt ist, kann das Getterbett 4 auch getrennt vorgesehen werden.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung einer Patrone 5, wobei das Getterbett 4 und die Puffer 15 und 16 in einem Zylinder angeordnet sind, der an beiden Enden mit perforierten Platten 7 versehen ist. Nach dem Einsatz über eine gegebene Zeitdauer kann die Patrone 5 durch Abnehmen der oberen Abdeckung 14 entfernt und durch eine neue ersetzt werden. Dies ermöglicht einen wirtschaftlicheren Betrieb als den, der mit den Anordnungen der Hochreinigungsvorrichtungen nach Fig. 2 und 3 möglich ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform 11, in welcher das Außengehäuse 3 aus einer doppelten Wandkonstruktion besteht, die eine innere Wand 24 und eine äußere Wand 23 aufweist. Der Raum zwischen den Wänden 23, 24 bildet einen Durchgang, durch welchen ein Heizmedium wie beispielsweise Dampf von einem Einlaß 30 zu einem Auslaß 31 strömt. Anstelle des Heizmediums kann ein Kühlmittel abhängig von dem durchgeführten Verfahren durchgeleitet werden. In dem Raum 25, der von der inneren Wand 24 begrenzt ist, ist eine Patrone 5 aufgenommen, die ein Getterbett 4 und eine Spule einer elektrischen Heizeinrichtung 6 aufweist, die in dem Getterbett 4 eingebettet ist. Die Heizeinrichtung 6 ist über Leitungen 8 (nur eine ist gezeigt) und eine Anschlußanordnung 10 mit einer externen Stromquelle verbunden. Die Patrone 5 weist innere und äußere perforierte Wände 26 auf, die konzentrisch in Abstand zueinander über einen Träger 13 gehalten werden. Die innere Wand 24 des Außengehäuses 3 steht mit ihrem unteren Ende gegen eine Bodenplatte mit einem Flansch 27 an, durch welche ein Einlaß 1 in Form eines Gaseinlaßrohres und ein Auslaß 2 in Form eines Gasauslaßrohres geführt sind. Das Gasauslaßrohr dient ebenfalls zur Abstützung der Patrone 5. Zu reinigendes Argongas 9 wird durch den Einlaß 1 in den Raum 25 geleitet, dort auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt und danach durch die äußere perforierte bzw. poröse Wand 26 in das Getterbett 4 zur Reinigung überführt. Das gereinigte Argongas strömt in den inneren Raum 25′ und wird über den Auslaß 2 abgezogen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Hochreinigungsvorrichtung 11. Das Außengehäuse 3 weist wiederum einen doppelwandigen Aufbau mit einem Raum auf, der dazwischen zur Zirkulierung eines Heizmediums eingeschlossen ist, das über einen Einlaß 30 eingeleitet und über einen Auslaß 31 ausgeleitet wird, um eine Temperatursteuerung vorzunehmen. Innerhalb der inneren Wand ist eine Patrone 5 angeordnet, die mit einem Getterbett 4 zwischen perforierten Platten 7 gepackt ist. An beiden Seiten der Patrone 5 sind Heizeinrichtungen 6 angeordnet, welche über Leitungen 8 mit einer äußeren Stromquelle verbunden sind. Verunreinigtes Argongas 9 wird über einen Einlaß 1 eingeleitet, über das Heizmedium vorgeheizt, durch Durchleiten durch die Getterkammer bzw. das Getterbett 4, die bzw. das auf einer gegebenen Temperatur über die Heizeinrichtungen 6 gehalten wird, gereinigt, und dann über den Auslaß 2 ausgeleitet.

Eine weitere Ausführungsform 11 einer Hochreinigungsvorrichtung 11 ist in Fig. 7 gezeigt. Ein zylindrisches Außengehäuse 3 stützt eine Patrone 5 über eine obere und eine untere Platte (nicht gezeigt) ab. Die Patrone 5 enthält eine eingebaute elektrische Heizeinrichtung 6 mit Leitungen 8 und eine Getterkammer bzw. ein Getterbett 4, die bzw. das in dem Raum zwischen der oberen und der unteren perforierten Platte oder zwischen Pufferschichten eingefüllt ist, wobei die Heizeinrichtung 6 darin eingebettet ist.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform 11 der erfindungsgemäßen Hochreinigungsvorrichtung. Es ist ein innerer Zylinder innerhalb eines Außengehäuses 3 angeordnet, welches aus einer inneren und einer äußeren Wand und einem Wärmeisolationsmaterial 12 besteht, das den Raum zwischen den Wänden ausfüllt. Ein Getterbett 4 ist in dem Raum zwischen dem inneren Zylinder und dem Außengehäuse 3 gepackt und eine elektrische Heizeinrichtung 6 ist um eine Keramikstange 36 gewickelt, die in dem Innenraum des inneren Zylinders angeordnet ist. Zu reinigendes Argongas 9 gelangt in das Gefäß bzw. äußere Gehäuse bzw. Außengehäuse 3 durch einen Einlaß 1, dann durch das Getterbett 4 und gereinigtes Argongas 9 verläßt das Außengehäuse 3 über einen Auslaß 2.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, welche eine Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten Hochreinigungsvorrichtung ist. Diese Ausführungsform ist charakterisiert durch eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Wärmeenergie des gereinigten Argons 9. Zu reinigendes Argongas 9 gelangt in einen Wärmetauscher 28, der unter dem Reinigerkörper bzw. Getterbett 4 angeordnet ist, wird mit dem ausströmenden Argongas 9 einem Wärmetauscherprozeß unterzogen und das derart vorgeheizte Argongas 9 wird durch ein Rohr 29 geleitet, welches von einem wärmeisolierenden Material 12 umgeben ist; das Argongas 9 gelangt dann über einen oberen Einlaß 1 in ein Getterbett 4. Das gereinigte Argongas 9 wird in dem Wärmetauscher gekühlt und verläßt die Hochreinigungsvorrichtung über einen Auslaß 2.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform 11 der erfindungsgemäßen Hochreinigungsvorrichtung. Das Außengehäuse 3 ist ein doppelwandiger Zylinder. Ein Heizmedium wird in den Raum zwischen den Wänden über einen Einlaß 33 eingeleitet und über einen Auslaß 34 abgeleitet. Innerhalb des Außengehäuses 3 ist eine gasdichte Patrone 35 angeordnet. Der Raum in der Patrone 35 ist horizontal über eine Vielzahl von perforierten Platten 7 unterteilt. Eine Vielzahl von Getterbetten 4 ist ausgebildet, wobei jedes Getterbett 4 den Raum ausfüllt, der zwischen jeweils einem Paar von perforierten Platten 7 begrenzt wird. Die Getterbetten 4 weisen elektrische Heizeinrichtungen 6 auf, die darin eingebettet sind, und zwar jeweils eine Heizeinrichtung 6 für jedes Getterbett 4. Die Heizeinrichtungen 6 werden über Leitungen 37, 38 mit elektrischem Strom versorgt. Zu reinigendes Argongas 9 strömt über einen Einlaß 1 ein und das gereinigte Argongas 9 wird über einen Auslaß 2 abgeleitet.

Beispiele der Erfindung, welche eine spezielle Getterzusammensetzung verwenden, werden nachstehend erläutert.

Die für die Gasanalysen in den Beispielen verwendeten Geräte sind folgende:

Gasanalyseinstrument:
Gaschromatograph Massenspektrometer Modell TE-360B (hergestellt von Anelva Corp.)
Feuchtigkeitsmesser:
Hygrometer, Modell 700 (hergestellt von Panametric Corp.)
Oberflächenrauhigkeitsmesser
Surfcorder, Modell SE-3H (hergestellt von Kosaka Laboratory Co. Ltd.)

Beispiel 1

Eine pulverisierte nicht-verdampfbare Getterlegierung mit einer Gewichtszusammensetzung von 70% Zirkon-24,6% Vanadium-5,4% Eisen und einer Teilchengröße zwischen 50 und 250 µm wurde in die Hochreinigungsvorrichtung für Argongas, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, eingegeben. Der Zylinder aus rostfreiem Stahl (SUS 304) hatte einen Außendurchmesser von 21,7 mm, einen Innendurchmesser von 17,5 mm und eine Länge von 350 mm. Die Länge des Zylinders, die von dem Gettermaterial eingenommen wurde einschließlich der Höhen von jeweils 5 mm der oberen und unteren Puffer aus Aluminiumoxidkugeln betrug 200 mm (Betthöhe). Verunreinigtes Argon wurde in die Hochreinigungsvorrichtung bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 6 kg/cm³ (gemessen) mit einer Strömungsrate von 0,6 l/min eingeleitet. Das Argon strömte durch das nicht verdampfbare Getterbett, das auf einer Temperatur von 350°C gehalten wurde, und gelangte mit einem Druck von 4 kg/cm² (gemessen) aus dem Auslaß, wo der Verunreinigungswert für verschiedene Gase gemessen wurde. Der Wert der Verunreinigungen wurde 40 Minuten nach dem Start des Argonstromes gemessen.

Tabelle I

Der Wert der Verunreinigungen in dem Auslaßgas blieb für 930 Stunden konstant.

Beispiel 2

Es wurden Pellets hergestellt mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Höhe von 4 mm durch Pressen einer nicht verdampfbaren Getterlegierung mit einer Zusammensetzung und einer Teilchengröße, die identisch der der Getterlegierung nach Beispiel 1 waren. Die Pellets wurden in die Hochreinigungsvorrichtung eingegeben, die in Fig. 3 gezeigt ist. Der Zylinder aus rostfreiem Stahl (SUS 304) hatte einen Außendurchmesser von 89,1 mm und einen Innendurchmesser von 83,1 mm. Seine Länge betrug 660 mm. Die Länge des Zylinders, die von den Pellets des Gettermaterials eingenommen wurde, einschließlich der Dicke des oberen und unteren Puffers (aus Aluminiumoxidkugeln, die jeweils eine Betthöhe von 5 cm hatten) betrug 185 mm. Verunreinigtes Argongas wurde in die Hochreinigungsvorrichtung eingeleitet bei einer Temperatur von 25°C und einem Druck von 4 kg/cm² (gemessen) bei einer Durchflußrate von 12 l/min.

Das verunreinigte Argon strömte durch das nicht verdampfbare Getterbett, das auf einer Temperatur von 350°C mittels einer spiralförmigen Widerstandsheizvorrichtung gehalten wurde, und das Gas trat bei einem Druck von 3,95 kg/cm² (gemessen) aus dem Auslaß aus, während der Wert seiner Verunreinigungen bei verschiedenen Gasen gemessen wurde. Der Wert der Verunreinigungen wurde 40 Minuten nach dem Start des Argonstromes gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle II

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde das Verfahren nach Beispiel 2 in allen Punkten wiederholt mit der Ausnahme, daß der Verunreinigungswert durch H₂O 1 ppm anstelle von 5 ppm betrug.

Tabelle III zeigt die Ergebnisse.

Tabelle III

Der Wert der Verunreinigungen in dem Auslaßgas wurde über 2670 Stunden konstant gehalten.

Beispiel 4

Es wurden Pellets hergestellt genau wie in Beispiel 2 und diese wurden in der Patrone, die in Fig. 4 gezeigt ist, angeordnet. Die Patrone hatte einen Außendurchmesser von 80 mm, einen Innendurchmesser von 78 mm und eine Länge von 244 mm. Es wurde dieselbe Menge an Pellets verwendet wie in Beispiel 2. Die Patrone wurde dann in einen Zylinder eingesetzt, der identisch war zu dem anhand von Beispiel 2 beschriebenen (mit der Ausnahme, daß die Länge 719 mm betrug). Verunreinigtes Argon wurde durch die Hochreinigungsvorrichtung mit dem gleichen Einlaßdruck, der gleichen Temperatur und der gleichen Durchflußrate wie in Beispiel 2 geleitet. Die Patrone wurde auf einer Temperatur von 350°C gehalten. Der Druck des Auslaßgases und die Zusammensetzung waren identisch zu dem Druck und der Zusammensetzung in Beispiel 2 zu dem Zeitpunkt nach 40 Minuten nach dem Start des Durchströmens des Stickstoffs. Die Höhe der Verunreinigungen in dem Auslaßgas wurde wieder über 930 Stunden konstant gehalten.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wurde das Verfahren nach Beispiel 2 in allen Punkten nachvollzogen mit der Ausnahme, daß die innere Oberflächenrauhigkeit des Zylinders R_a=0,5 µm (normalerweise R_a=2,5 µm) betrug, und daß das Auslaßrohr aus rostfreiem Stahl (Außendurchmesser 9,5 mm und Innendurchmesser 7,5 mm) eine innere Oberflächenrauhigkeit R_a von 0,2 µm hatte.

Die in Tabelle IV gezeigten Ergebnisse wurden 40 Minuten nach dem Start der Durchleitung des Argon erhalten.

Tabelle IV

Der Wert der Verunreinigungen in dem Auslaßgas wurde über 930 Stunden konstant gehalten.

Beispiel 6

In diesem Beispiel wurde das Verfahren nach Beispiel 5 in allen Punkten wiederholt mit der Ausnahme, daß der Wasserdampfgehalt des zu reinigenden Argongases auf einen Wert unterhalb 0,6 ppm verringert wurde, indem das Gas zuerst durch ein Trocknerbett bestehend aus einem Zylinder aus rostfreiem Stahl (SUS 304) mit einem Außendurchmesser von 89,1 mm, einem Innendurchmesser von 83,1 mm und einer Länge von 830 mm geleitet wurde, welcher mit einem Bett in der Höhe von 500 mm eines Molekularsiebes vom Typ 5-A gefüllt war. Der Auslaßdruck aus dem Trocknerbett und damit der Einlaßdruck in die Hochreinigungsvorrichtung betrug 3,7 kg/cm² (gemessen), und der Auslaß aus der Hochreinigungsvorrichtung betrug 3,7 kg/cm² (gemessen). Dieser Verunreinigungswert wurde 40 Minuten nach dem Start der Durchleitung des Argongases gemessen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle V gezeigt.

Tabelle V

Der Wert der Verunreinigungen in dem Auslaßgas wurde über 2670 Stunden konstant gehalten.

Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Temperatur verändert wurde, um die Wirkungen der verschiedenen Gettertemperaturen ersichtlich zu machen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI angegeben.

Tabelle VI

Die Tabelle zeigt an, daß ausgezeichnete Wirkungen in dem Temperaturbereich von 20° bis 400°C und insbesondere in dem Bereich von 200° bis 400°C erreicht werden.

Beispiel 7, 8, 9 und 10

Es wurden Pellets hergestellt mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 4 mm durch Pressen eines nicht verdampfbaren Getterpulvers mit einer Gewichtszusammensetzung, die in der nachstehenden Tabelle angegeben ist, und mit einer Teilchengröße von 50 bis 250 µm (150 µm im Durchschnitt). Diese Pellets wurden in eine Hochreinigungsvorrichtung eingegeben, der den gleichen Aufbau aufwies wie der in Beispiel 2. Verunreinigungen enthaltendes Argongas wurde in die Hochreinigungsvorrichtung bei einer Temperatur von 25°C, einem Einlaßdruck von 4 kg/cm² (gemessen) und mit einer Durchflußrate von 12 l/min eingeleitet.

Das Verunreinigungen enthaltende Argongas wurde durch das Bett aus dem nicht verdampfbaren Getter geleitet, der auf einer Temperatur von 350°C über eine spiralförmige Widerstandsheizung gehalten wurde, und das Gas trat aus dem Auslaß mit einem Druck von 3,95 kg/cm² (gemessen) aus. Der Wert der Verunreinigungen wurde 40 Minuten nach dem Start des Durchleitens des Argongases gemessen und die in Tabelle 7 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten.

Tabelle VII

Der Wert der Verunreinigungen im Auslaßgas wurde über eine Zeitspanne aufrechterhalten, die in der Tabelle angegeben ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Dreistoff-Verbindungsdiagramm der Getterlegierung, die in der Erfindung verwendet wird. Fig. 2 bis 10 sind vertikale Längsschnitte von verschiedenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt in dem Argongas und der Lebensdauer des Getters zeigt.

Claims (8)

1. Hochreinigungsvorrichtung für Argon, mit einem äußeren Gehäuse (3) mit einem Einlaß (1) für das zu reinigende Argon, mit einem Auslaß (2) für das gereinigte Argon, mit wenigstens einer Getterkammer (4), die mit einer ternären Getterlegierung aus einem Zirkonium-Vanadium-Eisen-System gepackt ist und zwischen Einlaß (1) und Auslaß (2) angeordnet ist, mit einem Strömungsdurchgang, derart, daß er das über die Einlaßöffnung eintretende verschmutzte Argongas durch die Getterkammer (4) und zum Auslaß (2) leitet, mit einer Heizeinrichtung (6) im Außengehäuse (2), um die Getterlegierung auf Betriebstemperatur zu halten, wobei die Gewichtszusammensetzung der Dreistofflegierung in einem Dreistoffdiagramm das folgende Polygon definiert: a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
c) 45% Zr-50% V-5% Fe, undwobei deren mit dem Argon in Berührung kommendes Material von der Art ist, daß die Innenwandfläche auf eine Oberflächenrauhheit (R_a) von 0,5 µm oder weniger, ausgedrückt in Form der durchschnittlichen Höhe der Mittellinie, poliert ist.

2. Hochreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterlegierung die Form von Pellets hat.

3. Hochreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterlegierung in einem Dreistoffdiagramm das folgende Polygon definiert: d) 70% Zr-25% V-5% Fe,
e) 70% Zr-24% V-6% Fe,
f) 66% Zr-24% V-10% Fe,
g) 47% Zr-43% V-10% Fe,
h) 47% Zr-45% V-8% Fe, und
i) 50% Zr-45% V-5% Fe.

4. Hochreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterkammer (4) wenigstens eine Patrone (5) aufweist, die mit der Getterlegierung gepackt ist und daß die Patrone (5) entfernbar im Außengehäuse (3) angeordnet ist.

5. Hochreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Patrone (5) einen mit der Getterlegierung perforierten Metallbehälter aufweist.

6. Verfahren zum Hochreinigen von Argon mit folgenden Schritten:
gründliche Dehydratisierung des zu reinigenden Argons auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 ppm oder weniger, anschließende Entfernung der Verunreinigungen durch Adsorption aus dem Gas mit dem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt durch Leiten des letzteren durch ein Getterbett, das mit einer Getterlegierung aus einer Zirkonium-Vanadium-Eisen- Legierung gepackt ist und auf einer Temperatur von 20°C bis 400°C gehalten ist, wobei die Gettergewichtszusammensetzung in einem Dreistoffdiagramm die Ecken wie folgt definiert: a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
c) 45% Zr-50% V-5% Fe.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Argongas mit dem geringen Feuchtigkeitsgehalt durch das Getterlegierungsbett geleitet wird, das auf einer Temperatur von 220°C bis 300°C gehalten wird.

8. Verfahren zum Hochreinigen eines Verunreinigungen enthaltenden Argongases auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 ppm oder weniger, die folgenden Schritte umfassend:

• I. Vorsehen einer Hochreinigungsvorrichtung mit
  • A. einem Außengehäuse mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß,
  • B. einem Gasstromdurchgang innerhalb des Außengehäuses, der sich von dem Gaseinlaß zu dem Gasauslaß erstreckt und eine Fluidverbindung zwischen beiden herstellt,
  • C. einer Getterkammer, die in dem Gasstromdurchgang zwischen dem Gaseinlaß und dem Gasauslaß angeordnet ist,
  • D. einem Gettermaterial, das innerhalb der Getterkammer angeordnet ist und aus einer Zirkon-Vanadium- Eisen-Legierung mit einer Zusammensetzung besteht, welche, wenn sie in einem Dreistoff-Verbindungsdiagramm in Gew.-% Zr, Gew.-% V und Gew.-% Fe dargestellt ist, innerhalb eines Polygons liegt, dessen Eckpunkte definiert sind durch: a) 75% Zr-20% V-5% Fe,
    b) 45% Zr-20% V-35% Fe, und
    c) 45% Zr-50% V-5% Fe, und
  • E. einer Einrichtung zum Aufheizen des Gettermaterials und zum Halten des Gettermaterials auf einer Temperatur, bei welcher das Gettermaterial selektiv Verunreinigungen aus dem Verunreinigungen enthaltenden Argongas sorbiert;
• II. Halten des Gettermaterials auf einer Temperatur von 200°C bis 350°C,
• III. Einleiten des Verunreinigungen enthaltenden Argongases in das Außengehäuse der Hochreinigungsvorrichtung durch den Gaseinlaß;
• IV. In-Berührung-Bringen des Verunreinigungen enthaltenden Argongases mit dem Gettermaterial in der Hochreinigungsvorrichtung, wodurch Verunreinigungen aus dem Verunreinigungen enthaltenden Argongas sorbiert und ein gereinigtes Argongas erzeugt wird; und
• V. Sammeln des gereinigten Argongases, welches die Hochreinigungsvorrichtung durch den Gasauslaß verläßt.