Pierwszenstwo: Opublikowano: 20.11.1973 67 345 KI. 27d,5/04 MKP HOlj 41/00 CZYTELNIA mrgckJ Patentowego Twórca wynalazku: Ryszard Cyranski Wlasciciel patentu: Osrodek Badawczo-Rozwojowy Elektroniki Próznio¬ wej, Warszawa (Polska) Pompa sublimacyjna Przedmiotem wynalazku jest pompa sublimacyj¬ na przeznaczona do wspólpracy z pompa jonowo- -sorpcyjna z zimna katoda albo z pompa dyfuzyj¬ na, umozliwiajaca przy wspólpracy z jedna z tych pomp uzyskanie wysokiej i bardzo wysokiej próz¬ ni w przestrzeni odpompowywanej.Dzialanie pomp sublimacyjnych polega na po¬ chlanianiu gazów aktywnych przez material po¬ chlaniajacy, na przyklad tytan, cyrkon, molibden, nikiel, chrom lub glin, napylany na wewnetrzne scianki obudowy pompy.Rozpylenie materialu pochlaniajacego wewnatrz pompy mozna uzyskac przez ogrzewanie oporowe zasobników zawierajacych material pochlaniajacy, nazywanych równiez sublimatorami, wylkonanych zwykle w postaci pretów zamocowanych obydwo¬ ma koncami wewnatrz pompy, albo wskutek bom¬ bardowania zasobników materialu pochlaniajacego strumieniem elektronów uzyskiwanym z rozgrza¬ nej katody. Trwalosc pompy zalezy zarówno od ilosci materialu pochlaniajacego zawartego w za¬ sobniku, jak i od sposobu rozpylania tego ma¬ terialu.Pompy sublimacyjne dzialajace na zasadzie bom¬ bardowania elektronowego zasobników materialu pochlaniajacego moga pracowac dopiero po osiag¬ nieciu cisnienia 10^—* Tr, poniewaz w zakresie wyz¬ szych cisnien moga w nich wystapic wyladowania miedzy katoda a zasobnikiem, do którego dopro¬ wadza sie wysokie napiecie. Wyladowania te moga 20 25 30 spowodowac uszkodzenie pompy. Ze wzgledu na wymaganie osiagniecia cisnienia niezbednego do uruchomienia pompy tego rodzaju, zwykle wspól¬ pracuja one z pompami dyfuzyjnymi.Rozpylanie materialu pochlaniajacego wskutek ogrzewania oporowego mozna rozpoczynac w pom¬ pie sublimacyjnej juz od cisnienia 10^"2 Tr, przy którym w procesie uzyskiwania wysokiej prózni zwykle równiez zostaje uruchomiona pompa jono- wo-sorpcyjna z zimna katoda.Znany jest równiez uklad, w którym w proce¬ sie uzyskiwania wysokiej prózni stosuje sie od¬ dzielna pomjpe sublimacyjna, zawierajaca prety z materialu pochlaniajacego ogrzewane oporowo, wlaczana po osiagnieciu cisnienia lO-^2 Tr, i druga pompe jonowo-sorpcyjna zawierajaca zespól zlo¬ zony z katody siatki i anody wykonanej w po¬ staci zasobnika z materialu pochlaniajacego, ogrze¬ wanego wskutek bombardowania elektronowego z katody, która wlacza sie przy cisnieniu rzedu 10-* Tr.Pompy sublimacyjne, w których zasobniki ma¬ terialu pochlaniajacego sa wykonane w postaci pretów podgrzewanych oporowo, zawieraja zwykle niewielkie ilosci tego materialu, wskutek czego zachodzi koniecznosc stosunkowo czestej wymiany zuzytych pretów, co wymaga wyjecia subMmatorów pompy z obudowy przestrzeni opróznianej i po¬ ciaga za soba koniecznosc zapowietrzenia ukladu pompowego. Z tych powodów w budowie zasobni- 67 3453 67 345 4 ków podgrzewanych oporowo dazy sie do wyko¬ nania pretów zawierajacych mozliwie duze ilosci materialu pochlaniajacego.Na przyklad z patentu USA nr 3 309 010 znana jest konstrukcja, wedlug której stosunkowo gruby pret z materialu pochlaniajacego jest podtrzymy¬ wany w oplocie z drutu oporowego, co umozliwia eksploatacje jednego preta z materialu pochlania¬ jacego przez kilka godzin, a przez zwielokrotnienie liczby pretów .mozna uzyskac pompe o dluzszym czasie zycia. Mimo takiej konstrukcji pompy te nie zapewniaja dostatecznie dlugiego czasu eks¬ ploatacji, gdyz nawet w przypadku kolejnego wla¬ czania pretów i cyklicznego rozpylania materialu pochlaniajacego, w miare obnizania sie cisnienia, prety ulegaja szybkiemu uszkodzeniu wskutek udarów cieplnych spowodowanych naglymi wla¬ czeniami i wylaczeniami zasilania.Inna niedogodnosc znanych rozwiazan pomp sub¬ limacyjnych polega na utrudnionym dozowaniu ilo¬ sci materialu pochlaniajacego rozpylanego wewnatrz pompy, a jak stwierdzono, w miare poprawiania sie stanu prózni potrzebne sa coraz mniejsze ilosci rozpylanego materialu pochlaniajacego, w zwiazku z czym znane pompy sublimacyjne przy nizszych cisnieniach zwykle wlaczane sa okresowo na krót¬ ki czas.Celem wynalazku jest unikniecie niedogodnosci znanych rozwiazan pomp sublimacyjnych, a zwla¬ szcza przedluzenie czasu eksploatacji pompy subli¬ macyjnej i umozliwienie dozowania ilosci rozpy¬ lanego materialu pochlaniajacego w miare popra¬ wiania sie stanu prózni.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku w ten spo¬ sób, ze w pompie sublimacyjnej na jednym kol¬ nierzu stanowiacym jej podstawe umieszczono ze¬ spól pretów zawierajacych oporowo podgrzewany material pochlaniajacy czasteczki gazów aktyw¬ nych, korzystnie tytan, oraz zespól zlozony z ka¬ tody podgrzewanej oporowo i anody wykonanej w postaci zasobnika z materialu pochlaniajacego, przy czym katoda tego zespolu oraz zespól pretów zawierajacych material pochlaniajacy sa polaczone jednymi koncami z wspólnym wsporczym pierscie¬ niem osadzonym na wsporniku umocowanym w kol¬ nierzu, a pozostale konce pretów i drugi koniec katody oraz wspornik anody dolaczone sa do osa¬ dzonych w kolnierzu oddzielnych, izolatorowyeh przepustów umozliwiajacych oddzielne zasilanie z zewnatrz kazdego preta albo zespolu zlozonego z katody i anody.Anoda, stanowiaca zasobnik materialu pochlania¬ jacego czasteczki gazów aktywnych w pompie, we¬ dlug wynalazku moze miec ksztalt walca zaopa¬ trzonego w otwór przewiercony wzdluz osi i osa¬ dzonego tym otworem na wsporniku w postaci preta z materialu odpornego na wysoka tempera¬ ture, w tym przypadku katoda jest wykonana w ksztalcie spirali otaczajacej z zewnatrz anode.Odmiana konstrukcji wedlug wynalazku polega na tym,, ze anode stanowi podtrzymujaca rurka z trudno topliwego metalu, korzystnie z tantalu lub wolframu, na zewnatrz której nalozona jest otulina w postaci rurki z materialu pochlaniaja¬ cego, korzystnie z tytanu, przy czym podtrzymuja¬ ca rurka jest przymocowana za pomoca uchwytów do preta dolaczonego do jednego z izolatorowych przepustów osadzonych w kolnierzu, a do innego izolatorowego przepustu jest przymocowa- 5 na katoda wykonana w ksztalcie cienkiego preta, którego drugi koniec jest przymocowany do wspor- czego pierscienia, przy czym katoda lezy w osi podtrzymujacej rurki, na zewnatrz której jest na¬ lozony zasobnik materialu pochlaniajacego, w tym 1(J przypadku wzdluz katody moze byc umieszczonych kilka anod wykonanych w ten sposób.Przez zwielokrotnienie zespolów pretów zawie¬ rajacych oporowo podgrzewany material pochla¬ niajacy i zwielokrotnienie zespolów zlozonych z ka- 15 tody i anody mozna uzyskac pompe o przedluzo¬ nym okresie eksploatacji. W tym przypadku wszyst¬ kie katody tych zespolów oraz prety podgrzewane oporowo jednymi koncami sa polaczone ze wspor¬ nikiem lub z pierscieniem umocowanym na wspor- 20 niku albo z inna konstrukcja umocowana na tym wsporniku, przy czym wspornik jest polaczony z izolatorowym przepustem osadzonym w kolnie¬ rzu, umozliwiajacym doprowadzenie z zewnatrz pradu elektrycznego, a pozostale konce pretów i ka- 25 tod oraz wsporników anod sa polaczone z osadzo¬ nymi w kolnierzu oddzielnymi izolatorowymi prze¬ pustami, umozliwiajacymi oddzielne lub laczne za¬ silanie z zewnatrz pradem elektrycznym pretów lub zespolów zlozonych z katody i anody. 30 Pompe wedlug wynalazku uwidoczniono w przy¬ kladach wykonania na zalaczonych rysunkach, na którym fig. 1 przedstawia pompe w widoku z boku, a fig. 2 — odmiane wykonania tej pompy równiez w widoku z boku. 35 Pompa jest osadzona na kolnierzu 1, w którym sa umocowane izolatorowe przepusty 2, 3, 4 i 5 oraz wspornik 6. Do izolatorowych przepustów 2 i 5 przymocowane sa prety 7 i 8 zawierajace ma¬ terial pochlaniajacy, przymocowane drugimi kon- 40 cami do wsporczego pierscienia 9 umocowanego na wsporniku 6.Na wsporniku przymocowanym do izolatorowe¬ go przepustu 3 osadzona jest anoda 10 wykonana z materialu pochlaniajacego w ksztalcie walca prze- 45 wierconego wzdluz osi. Katoda 11 wykonana w ksztalcie spirali, na przyklad z drutu wolframo¬ wego, jest umieszczona dookola anody 10 i przy¬ mocowana jednym koncem do preta umocowanego do izolatorowego przepustu 4 a drugim do wspor- o0 nika 6. Oslaniajaca tulejka 12 wykonana z cienkiej trudno topliwej blachy, na przyklad tantalowej, oslania wspornik, na którym jest osadzona anoda 10 przed" bombardowaniem elektronowym. Oslona 13 wykonana z cienkiej blachy, na przyklad stalo- 55 wej, przymocowana do wsporczego preta 6 chroni powierzchnie izolatorowych przepustów i izolato¬ rów wewnatrz pompy przed napyleniem materia¬ lem pochlaniajacym.Odmiana konstrukcji pompy wedlug wynalazku 60 polega na odmiennym wykonaniu zespolu katoda- -anoda. Anode w tym przypadku wykonuje sie przez nalozenie na zewnetrzna powierzchnie pod¬ trzymujacej rurki 14, wykonanej z trudno topliwe¬ go metalu, na przyklad z tantalu lub z wolframu, 65 otuliny z materialu pochlaniajacego, na przyklad67 345 5 z tytanu, wykonanej w postaci rurki 15. Podtrzy¬ mujaca rurka 14 jest przymocowana za pomoca uchwytów 16 do preta dolaczonego do jednego z izolatorowyeh przepustów, na przyklad do prze¬ pustu 4, a do pozostalego izolatorowego przepustu 5 5 przymocowana jest katoda 17 wykonana w ksztal¬ cie cienkiego preta, którego drugi koniec jest przymocowany do wsporczego pierscienia 9, przy czym katoda 17 lezy w osi podtrzymujacej rurki 14.Oslona 18 wykonana z cienkiej trudno topliwej 10 blachy, na przyklad tantalowej, oslania pret wspor- czy przed bombardowaniem elektronowym z ka¬ tody.Przy wspólpracy z pompa jonowa z zimna ka¬ toda lub z pompa dyfuzyjna, pompa sublimacyjna 15 wedlug wynalazku pracuje prawidlowo od cisnie¬ nia rzedu lO^2 Tr do najnizszych cisnien, przy czym w poczatkowym stadium pracy rozpylanie materialu pochlaniajacego nastepuje na skutek ogrzewania oporowego pretów zawierajacych tytan, 2< a w nastepnym stadium, w zakresie nizszych cis¬ nien, material pochlaniajacy rozpyla sie na drodze bombardowania elektronowego zasobnika zawiera¬ jacego material pochlaniajacy. Uzyskuje sie to przez dolaczenie z zewnatrz elektrycznego zasilania do 25 wlasciwych izolatorowych przepustów, przy czym przez regulacje napiecia zasilajacego zespól ka- toda-anoda mozna regulowac ilosc materialu roz¬ pylanego wewnatrz pompy.W porównaniu ze znanymi pompami sublima- 30 cyjnymi dlugotrwalosc pompy wedlug wynalazku jest stosunkowo duza, na przyklad przy uzyciu dwóch pretów ogrzewanych oporowo, z których kazdy zawiera ok. 0,8 g tytanu oraz zasobnika ty¬ tanu zawierajacego 8,5 g tytanu; przez regulacje 35 zasilania pompy mozna zwiekszyc czas eksploatacji pompy okolo 15-krotnie w stosunku do pompy sublimacyjnej zawierajacej cztery prety tytanu ogrzewane oporowo. 40 PL