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升华钛泵和蒸发钛泵的结构

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-05-14 0:43:59 * 浏览: 7
蒸发式钛泵和升华式钛泵的缺点是由于工作不稳定而造成操作和维护困难,应定期清洗沉积的钛膜,并更换钛式蒸发泵芯(升华器)。这种类型的泵目前是逐步淘汰的泵。除了少数实验室用作辅助泵外,它们很少用于工业生产的排气系统。钛升华器结构用于升华钛泵和蒸发钛泵的钛升华器的性能直接影响钛泵的工作稳定性和使用寿命,也是升华钛泵的核心。目前,有很多成熟的钛热升华器结构,它们具有以下形式:(1)包裹的钛丝类型缠绕的钛热升华器的结构如图5-1所示。绕制方法为:①以钨棒或钽棒为芯金属,并密集缠绕一层至两层钛丝;②以钨或钽棒为芯金属,钼丝或铌丝紧密贴合。将钨丝缠绕在顶部,然后在顶部金属丝上密集地缠绕一层钛,③以钨棒或钽棒为芯金属,并在它们之间缠绕一层两根钛丝和一根钼丝。典型的缠绕钛丝升华器的电参数为:缠绕式钛升华器结构简单,易于制造,易于使用和维护,脱气更彻底,并且易于控制钛的升华速率。在小型钛泵中,升华速度很容易达到1mg / h〜100mg / h,使用升华速度,使用寿命可达400h〜500h。缺点是,缠绕的钛丝的松紧度难以保持一致,因此每个段的电阻都不同。长期工作后,局部升华率过大容易造成钛丝的局部温升过高而导致烧坏并影响使用寿命。另外,难以纠缠长的升华器。钛泵的升华速率与温度之间的关系如图5-2所示,功率与温度之间的关系如图5-3所示。 (2)钛钼合金丝升华器图5-4是钛钼合金丝升华器的结构示意图。当钛钼合金线材(85%钛,15%钼)在恒定电压下工作时,由于连续升华,线材逐渐变细,导致电流和功率降低,但由于表面积,温度的持续降低略微上升,因此钛的升华速率通常,它可以保持恒定直到合金丝中出现大晶粒。当钛钼合金线在恒定电压下操作时,大约24%的钛可以恒定的升华速率升华。寿命结束时,合金中约40%的钛已经升华了。钛钼合金丝的适宜工作温度在1200℃〜1500℃之间。当其组成改变为包含74%的钛和26%的钼时,晶粒开始增加,电阻率和热辐射系数相应增加。为了保持恒定的升华速率,必须增加功率。寿命终了时,电压大约为0。当电压增加到z *初始值的两倍时,电流增加大约一倍半。钛钼合金丝的相关参数如图5-5〜图5-8所示。假设钛钼合金线的热损耗全部是由辐射引起的,则在给定温度下,合金线所需的电流值与合金线的直径d具有以下关系:Kmdash,mdash,钛钼合金丝的给定温度系数,dmdash,mdash,直径[mm]。根据图5-5的曲线I和公式(5-1),可以绘制出不同直径的合金线的温度-电流曲线。钛钼合金丝的计算要点:①确定工作温度在此温度下钛钼合金丝的工作温度T应低于1830K,一般在1200K至1500K的范围内在此范围内,当发生钼钼合金丝微晶粒结构的温度变化时,电阻变化率z *小(图5-8)。蒸发温度过高会迅速形成大颗粒并将其破碎。 ②从图5-6中可以确定升华率[g /(cm2.s)],然后可以确定总升华率并计算出相应的表面积,并确定其直径,长度,导线数和可以确定所选合金丝的支撑方法。 ③从图5-7中求出在工作温度T下的总辐射系数ε,并计算每根导线的辐射功率Po④功率P'由于钛钼合金导线两端的传热损失和⑤计算每根导线的总加热功率(P = Po + 2P'),并根据电阻值计算加热电压和电流值,并确定电路连接方式(串联,并联) 。 ⑥在恒定升华率下估算钛钼合金丝的寿命(估计可以升华约40%的钛合金)钛钼合金丝升华器易于使用,并可以在不超过200℃的范围内自动调节加热电流。一定的工作时间不燃烧。打破。如果升华速率在整个工作时间内保持恒定,则需要更复杂的电流控制程序。由于升华器的钛储存能力和升华率受到限制,因此钛钼合金丝升华器与缠绕的钛升华器相同,因此不适合用于大位移和高升华率的情况。在该升华器工作了很长时间之后,大晶粒开始生长(金属丝成分为74%的钛和26%的钼)。在1550K至1800K的温度范围内,长丝的组成与大晶粒生长过程中的升华温度无关。散热球升华器的结构如图5-9所示。钛球壳的半径为31.5mm,球壳的厚度为3.8mm,球的中部有一个圆柱体,其长度为7.6mm。下孔用于放置螺旋钨丝[螺旋丝的长度和内径为16.Smm]。热线的一端焊接到金属棒上,另一端通过钼衬套连接到上半球。钛球的下半部分均匀地支撑在四个钼棒上。热线的加热电流从中心金属棒到热线,钛球和四个钼棒形成一个回路。当输入功率为450W时,钛球的升华率为0.01g / h,当输入功率为710W时,钛球的升华率可达到0.5g / h。钛重36.8克,利用率为71%。它的优点是,在给定的输入功率下,升华速率保持恒定,操作方便可靠,生产也不困难。缺点是钛的储量不大,电热丝难以固定,容量被烧坏。 (4)电子轰击式电子轰击蒸发器是利用灯丝发射的电子,通过电场加速钛棒的轰击,并通过加热使其蒸发。结构如图5-10所示。钛棒的质量为6809,直径为27mm,长度为190mm。电子束只能暴露25.4mm的长度,并且暴露的部分可以连续工作90h。如果蒸发器继续工作,则可通过螺钉推动波纹管,以将钛棒提升至电子束轰击区。钛棒的可用长度为114mm(质量为400g)。共有八根细丝用于轰击钛棒,一次四根,其余四根备用。灯丝的工作温度为2500K,寿命超过10000h,灯丝电源电压为6V,电流为50A。轰击高压为6.3kV,电流为325mA。当轰击功率为875W时,升华速率约为1mg / h。另一种结构是穿一系列直径为76mm的钛板用钽杯中的钨棒。钛板的总高度为38mm。钽杯既是储罐又是辐射屏。在其上方是环形灯丝,轰击功率可以从0.6kW调整到3kW。在轰击过程中,上部钛板的中心局部熔化,熔化区域取决于轰击力。钛储量为2009年。轰击功率为1.5kW时,升华率为1g / h,轰击功率为2.6kW〜2.7kW时,升华率可高达8g / h。还有一种蒸发器,其使用电子枪来加速电子轰击。钛蒸发器本身不承受高压,不需要调整。它易于装卸,并且钛储量很大。缺点是必须在小于10-2Pa的压力下使用,否则会烧毁灯丝,另外,增加了高压电源部分,体积很大。