Mokslas, technologijos

Siurbliai su titanu


Šio tipo siurblių veikimo principas pagrįstas periodišku dujų įsiurbimu(sugėrimu) arba vientisa aktyvios medžiagos plėvele, kuri dažniausiai būna titanas. Titanas sukuria nelakius kambario temperatūroje pastovius tvirtus junginius arba tvirtus tirpalus beveik su visomis dalyvaujančiomis vakuuminėse sistemose dujomis, išskyrus inertines dujas ir angliavandenilius.

Inertinių dujų ir angliavandenilių išsiurbimas vyksta jų jonizacijos rezultate ir pagavimu teigiamų jonų neigiamai užkrautais siurblio elementais, ant kurių taip pat  susidaro titano plėvelė.

Pagrindiniai siurblio elementai yra: garintuvai, jonizatorius, vidinis šildytuvas, korpusas ir stogelis. Pastarieji pagaminti iš nerūdijančio plieno ir vakuumo pagalba sujungti tarpusavy su pagalba metalinės tarpinės. Į siurblio stogelį per metalokeraminius izoliatorius įvesti srovės vamzdeliai. Ant stogelio montuojami visi vidiniai siurblio

mazgai: anodas, katodas, garintuvai ir šildytuvai. Vamzdelis ant siurblio stogelio reikalingas dėl ribinio išsiurbimo. Siurblio korpusas iš lauko šaldomas  tekančiu vandeniu. Anodas išpildytas rato forma ir sudaro du plieninius žiedus, ant kurių sudaromųjų ištempta volframo viela, kurios diametras 0,1 – 0,2 mm ir žingsnis 6 mm. Katodas pagamintas iš volframo vielos, kurios diametras 0,5 mm, vienas katodo galas įžemintas. Siurblio periferijoje ištempta volframo viela , kurios diametras 1,5 mm. Garintuvai yra … formos ir pagaminti iš titano vielos, kurios diamatras 2 mm; titano atsarga abiejuose garintuvuose sudaro apie 7 g. Garinimo greitis sudaro apie 5 – 15 mg/h ir kontroliuojamas srove ir įtampa garintuve. Išlaikant pastovų kaitinimo galingumą  garinimas nekinta per šimtą valandų ir yra pastovus iki titano išnaudojimo 80 %.

Chemiškai aktyvios dujos susigeria į titano plėvelę, nepertraukiamai liejamą ant vidinio vandeniu šaldomo siurblio  paviršiaus. Inertinių dujų ir angliavandenilių jonizacija vyksta, kai jos susiduria su elektronais, emituojamais kaitinamu volframo katodu. “Skaidrus” elektronams anodinis sietelis, kurio teigiamas potencialas 1000 – 1200 V, padidina elektronų nueitą kelią ir taip pat inertinių dujų ir angliavandenilių jonizacijos efektyvumą.

Oro išsiurbimo greitis slėgio diapazone 10-6 – 10-7 mm Hg stulpelio šiam siurbliui (pav. Bb) sudaro 400l/s.  Nedidelio difuzinio siurblio prijungimas  padidina siurblio išsiurbimo greitį iki 20 – 30 %.

Vidutinis vandenilio išsiurbimo greitis naujai išgarintu titanu sudaro 3 – 5 l/s × cm2, o jo “imlumas” dujų, dažniausiai dalyvaujančių sistemoje, susimaišymui apie 10-2 l×mm Hg st. Reikėtų pažymėti, kad nėra principinių apribojimų didinant išsiurbimo greitį ir šio tipo siurblių tarnavimo laiką, nes tam reikia tiktai didinti aktyvų siurblio paviršių ir titano atsargas jame.

Žymiai padidinti titano atsargas galima naudojant titano cilindrinius garintuvus, šildomus spinduline volframo garintuvų energija. Heterojoninių siurblių trūkumai yra pakankamai žemas diapazonas, kuriame siurbimo greitis nepriklauso nuo slėgio, o taip pat didelis selektyvumas susimaišius dujoms. Pavyzdžiui, argono išsiurbimo greitis apie 600 kartų mažesnis už vandenilio. Heterojoninių siurblių trūkumas yra ir tai, kad išsiurbiamos dujos neišnyksta iš siurblio tūrio, o pasilieka ant jo vidinių sienelių. Tai sudaro sąlygas daugeliui nepageidaujamų reakcijų, kurių rezultate anksčiau absorbuotos dujos gali padidinti slėgį sistemoje. Praktikoje dažnai  būtent šie procesai apibrėžia galutinį heterojoninių siurblių vakuumą.

Pagrindiniais liekamųjų dujų komponentais yra vandenilis, argonas ir metanas. Keičiant titaną chromu galima sumažinti argono slėgį. Kombinuotas argono ir titano garinimas leidžia gauti daug mažesnį slėgį, negu garinant kiekvieną atskirai.

Žemas titano išgarinimas reikalauja naudoti galingus aukštatemperatūrius garintuvus. Tokių garintuvų naudojimas siurbliuose su giliu liejamos plėvelės šaldymu iššaukia stiprų skysto azoto išėjimo padidėjimą. Be to, titanas brangus. Todėl vis dažniau naudojamas lantanas, molibdenas, nerūdijantis plienas.