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吸附真空泵在微波管中的應用

點擊次數:561  信息來源:  發布時間:2019-09-16 16:59:14  【打印此頁】  【關閉

微波管工作需要高真空環境:微波管是一種放大微波信號的電真空器件,主要包含電子槍、慢波系統、聚束系統、輸能裝置和收集極這五個基本功能部件。

電子槍的功能是由陰極產生電子束,然后利用聚焦極、陽極把電子束會聚、加速,形成一定截面形狀、尺寸和能量的電子注。

慢波系統是用來減慢電磁波沿管子傳播速度的裝置,使電子注和高頻電磁場的相互作用,把電子束的能量轉換為的高頻微波能量,使微波管能完成信號放大作用。

聚束系統利用磁場約束電子注的發散,使其順利穿過慢波系統。輸能裝置是被放大微波信號的入口和出口。

收集極用來收集穿越慢波系統完成能量交換作用后的電子注電流。

可見,微波管利用電場、磁場來控制電子束在其內部運動,使電子束產生、加速、運動、收集以及和信號相互作用,以至達到信號放大的目的。因此,避免電子對氣體分子間的碰撞,呆證電子在微波管內部的運動規律,方止發射熱電子的陰極氧化中毒,把微波管抽到一定真空度保證微波管的正常工作,是絕對必要的。微波管的整個壽命期間要求維持高真空或超高真空狀態。真空度的好環直接影響到微波管的可靠性能。

2高真空環境的獲得和維持微波管內的真空度的獲得,主要通過排氣工藝把管內氣體抽出,從而獲得一定的真空度。由于微波管結構復雜,零件繁多,一般都是100種以上;真空氣密性焊縫多,一般有幾十道焊縫。所以在排氣時需要加熱到高溫對金屬零件和焊接處進行出氣處理。這樣在微波管工作狀態下,內部零件溫度會身高,就不會出氣了,這樣在工作狀態下仍然會保證高的真空度。

常用的排氣系統為油擴散排氣系統和渦輪分子泵排氣系統,主要組成為前級泵(機械泵、羅茨泵等)粗抽,然后利用主泵(油擴散泵、分子泵等),配置必要的真空管道、一定高真空閥門、所需的真空計(電阻真空計、電離真空計、B-A真空計等)把真空度抽至高真空。當利用油擴散泵時,還需要加一擋油阱,防止泵油對真空器件內部系統的污染。

排氣結束后,真空度能達到106Pa,可以滿足微波管的使用要求。為了提高微波管排氣時的真空度,減少在后工序的放氣量,我們利用獬射離子泵對微波管的排氣,排氣結束后真空度可以達到2x10-7Pa.排氣結束后,微波管和排氣系統進行冷封離,在封離過程中機械擠壓使金屬零件放氣,同時微波管在放置一段時間后,由于其本身的高真空,內部材料會進行放氣,從而降低了管內的真空度。這時我們利用了一種小離子泵(俗稱鈦泵)保證內部的真空度,同時在微波管老煉、測試等工序中,管內零件經過高速電子束的轟擊會產生放氣,需要鈦泵進行抽除。鈦泵的電流還具有檢測微波管內部真空度的作用。

在微波管老煉、測試結束后,這時管內的真空度一般都會保持穩定。由于鈦泵本身體積比較大,影響微波管的外形尺寸,一般我們會進行去除(對外形無要求的可以不去除)。

但是微波管等電真空器件一般需要一定長壽命,一般指標要求為3年(空間微波管要求20年)。在這長時間的工作中,零件材料本身的缺陷(氣孔、裂紋等)和焊接的死空間可能產生慢性漏氣或者放氣,破壞內部的真空度,我們在這里放水機配套的軟水硬度測試劑,以及國內一些軟水器廠家配制的硬度測試劑。它們的一個共同特點是:只具有指示劑的作用。即只能定性的指示出其水樣的硬度是否在某一指定值(如0.03mmol/L)范圍內。筆者對幾種指示劑作過測試,其誤差比較大,其中有一種誤差達300%. 4使用KS軟水硬度測試劑具有以優點:測試速度快、效率高,只需幾秒鐘就可測定一個水樣。

操作方法簡單、設備簡單、攜帶方便。沒有化學基礎的人也只需要幾分鐘就能學會、應用。

費用低,測定一次藥品費不足一角錢。

因此KS軟水硬度指示劑具有非常好的推廣價值。

新視野科研二號真空系統在同樣的排氣工藝下,我們統計了5根微波管的排氣后的真空度的數據。

置吸氣劑。吸收管內殘余氣體及管內零件重新釋放出來的氣體,維持管內的真空度。

3吸附真空泵的原理可見,在微波管的制造中,我們使用到獬射離子泵、鈦泵和吸氣劑等吸附真空泵。他們具體的工作原理如下。

獬射離子泵和鈦泵:在兩片陰極板之間安裝了蜂窩狀陽極,在與陰極板垂直且平行于蜂窩軸的方向加磁場,電子在磁力線中呈螺旋運動并與氣體分子產生電離。在電離過程中產生的電子還會繼續與其他氣體分子進行分離。在電離期間,電子交出能量并逐步到達陽極,同時正離子被加速,到達由鈦制成的負電極。離子和鈦金屬互相作用,有三種抽氣方式:①離子獬射除出鈦陰極材料,起到沉積消氣膜的作用,吸附反應氣體(氮、氫和氧);②某些離子的能量會大到足以使其埋到電極中,從而以離子注入的方式被吸收,對包括稀有氣體和惰性氣體在內的所有離子均有效。③從陰極獬射出的鈦能埋沒靶電極上的氣體原子,提高對惰性氣體的抽速。大的獬射離子泵典型的工作電壓為7kV,小離子泵(鈦泵)典型工作電壓為3.5kV.吸氣劑在微波管中應用的主要為非蒸散型吸氣劑,利用金屬鋯和Zr―V―Fe合金形成多孔燒結結構,具有優良的強度和致密度,能耐一定的沖擊和振動。在400-500°C微波管的正常烘烤后激活,利用其本身的多孔結構對CO2,2,N2,水蒸氣有很強的吸氣能力。

某吸氣對CO2和H2的吸附曲線u4吸附真空泵的應用效果獬射離子泵作為高真空泵,離子泵對分子泵很難抽走的惰性氣體的抽氣效果明顯,可以提高微波管的排氣后的真空度。下圖為為我們對兩套真空系統的對比,一號系統為機械泵+分子泵,二號系統為機械泵+分子泵+離子泵。

可見,獬射離子泵的應用提高了微波管的真空度,使后序的老煉、測試等工序內部的放氣量減少,在后續的小鈦泵檢測真空度時電流下降到幾乎為零,減少這些工序的時間,提高了生產的效率和管子的可靠性。

微波管中在排管處增加小離子泵(鈦泵)和在電子槍處增加吸氣劑,同微波管一起排氣,排氣系統工藝要求高溫烘烤,對吸氣劑進行激活,排氣過程同時對鈦泵也進行了排氣,在冷封離后管內的殘余氣體及管內零件重新釋放出來的氣體,由鈦泵和吸氣劑共同抽除,維護管內的真空度。在后續的工許過程中,發現有微露氣的情況下,鈦泵的電流還能幫助檢測出微漏點,從而方便了生產,降低了微波管的報廢率。在增加吸氣劑的微波管中,電子槍高壓打火的幾率大大減少,長時間儲存后,對微波管直接加電而不出現放氣或大伙現象。

可見,獬射離子泵、鈦泵和吸氣劑等吸附真空泵在微波管的生產制造中,提高和維持了高真空度,從而提高了微波管的可靠性,增加了使用壽命。


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