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吸附真空泵在微波管中的应用

日期:2018-07-25 09:22:06 人气:
  1微波管工作需要高真空环境:微波管是一种放大微波信号的电真空器件,主要包含电子枪、慢波系统、聚束系统、输能装置和收集极这五个基本功能部件.
  电子枪的功能是由阴极产生电子束,然后利用聚焦极、阳极把电子束会聚、加速,形成一定截面形状、尺寸和能量的电子注.
  慢波系统是用来减慢电磁波沿管子传播速度的装置,使电子注和高频电磁场的相互作用,把电子束的能量转换为的高频微波能量,使微波管能完成信号放大作用.
  聚束系统利用磁场约束电子注的发散,使其顺利穿过慢波系统.输能装置是被放大微波信号的入口和出口.
  收集极用来收集穿越慢波系统完成能量交换作用后的电子注电流.
  可见,微波管利用电场、磁场来控制电子束在其内部运动,使电子束产生、加速、运动、收集以及和信号相互作用,以至达到信号放大的目的.因此,避免电子对气体分子间的碰撞,呆证电子在微波管内部的运动规律,方止发射热电子的阴极氧化中毒,把微波管抽到一定真空度保证微波管的正常工作,是绝对必要的.微波管的整个寿命期间要求维持高真空或超高真空状态.真空度的好环直接影响到微波管的可靠性能.
  2高真空环境的获得和维持微波管内的真空度的获得,主要通过排气工艺把管内气体抽出,从而获得一定的真空度.由于微波管结构复杂,零件繁多,一般都是100种以上;真空气密性焊缝多,一般有几十道焊缝.所以在排气时需要加热到高温对金属零件和焊接处进行出气处理.这样在微波管工作状态下,内部零件温度会身高,就不会出气了,这样在工作状态下仍然会保证高的真空度.
  常用的排气系统为油扩散泵排气系统和涡轮分子泵排气系统,主要组成为前级泵(机械泵、罗茨泵等)粗抽,然后利用主泵(油扩散泵、分子泵等),配置必要的真空管道、一定高真空阀门、所需的真空计(电阻真空计、电离真空计、B-A真空计等)把真空度抽至高真空.当利用油扩散泵时,还需要加一挡油阱,防止泵油对真空器件内部系统的污染.
  排气结束后,真空度能达到106Pa,可以满足微波管的使用要求.为了提高微波管排气时的真空度,减少在后工序的放气量,我们利用獬射离子泵对微波管的排气,排气结束后真空度可以达到2x10-7Pa.排气结束后,微波管和排气系统进行冷封离,在封离过程中机械挤压使金属零件放气,同时微波管在放置一段时间后,由于其本身的高真空,内部材料会进行放气,从而降低了管内的真空度.这时我们利用了一种小离子泵(俗称钛泵)保证内部的真空度,同时在微波管老炼、测试等工序中,管内零件经过高速电子束的轰击会产生放气,需要钛泵进行抽除.钛泵的电流还具有检测微波管内部真空度的作用.
  在微波管老炼、测试结束后,这时管内的真空度一般都会保持稳定.由于钛泵本身体积比较大,影响微波管的外形尺寸,一般我们会进行去除(对外形无要求的可以不去除).
  但是微波管等电真空器件一般需要一定长寿命,一般指标要求为3年(空间微波管要求20年).在这长时间的工作中,零件材料本身的缺陷(气孔、裂纹等)和焊接的死空间可能产生慢性漏气或者放气,破坏内部的真空度,我们在这里放水机配套的软水硬度测试剂,以及国内一些软水器厂家配制的硬度测试剂.它们的一个共同特点是:只具有指示剂的作用.即只能定性的指示出其水样的硬度是否在某一指定值(如0.03mmol/L)范围内.笔者对几种指示剂作过测试,其误差比较大,其中有一种误差达300%. 4使用KS软水硬度测试剂具有以优点:测试速度快、效率高,只需几秒钟就可测定一个水样.
  操作方法简单、设备简单、携带方便.没有化学基础的人也只需要几分钟就能学会、应用.
  费用低,测定一次药品费不足一角钱.
  因此KS软水硬度指示剂具有非常好的推广价值.
  新视野科研二号真空系统在同样的排气工艺下,我们统计了5根微波管的排气后的真空度的数据.
  置吸气剂.吸收管内残余气体及管内零件重新释放出来的气体,维持管内的真空度.
  3吸附真空泵的原理可见,在微波管的制造中,我们使用到獬射离子泵、钛泵和吸气剂等吸附真空泵.他们具体的工作原理如下.
  獬射离子泵和钛泵:在两片阴极板之间安装了蜂窝状阳极,在与阴极板垂直且平行于蜂窝轴的方向加磁场,电子在磁力线中呈螺旋运动并与气体分子产生电离.在电离过程中产生的电子还会继续与其他气体分子进行分离.在电离期间,电子交出能量并逐步到达阳极,同时正离子被加速,到达由钛制成的负电极.离子和钛金属互相作用,有三种抽气方式:①离子獬射除出钛阴极材料,起到沉积消气膜的作用,吸附反应气体(氮、氢和氧);②某些离子的能量会大到足以使其埋到电极中,从而以离子注入的方式被吸收,对包括稀有气体和惰性气体在内的所有离子均有效.③从阴极獬射出的钛能埋没靶电极上的气体原子,提高对惰性气体的抽速.大的獬射离子泵典型的工作电压为7kV,小离子泵(钛泵)典型工作电压为3.5kV.吸气剂在微波管中应用的主要为非蒸散型吸气剂,利用金属锆和Zr―V―Fe合金形成多孔烧结结构,具有优良的强度和致密度,能耐一定的冲击和振动.在400-500°C微波管的正常烘烤后激活,利用其本身的多孔结构对CO2,2,N2,水蒸气有很强的吸气能力.下图为某吸气剂对CO和H2的吸附曲线.
  某吸气对CO和H2的吸附曲线u4吸附真空泵的应用效果獬射离子泵作为高真空泵,离子泵对分子泵很难抽走的惰性气体的抽气效果明显,可以提高微波管的排气后的真空度.下图为为我们对两套真空系统的对比,一号系统为机械泵+分子泵,二号系统为机械泵+分子泵+离子泵.
  可见,獬射离子泵的应用提高了微波管的真空度,使后序的老炼、测试等工序内部的放气量减少,在后续的小钛泵检测真空度时电流下降到几乎为零,减少这些工序的时间,提高了生产的效率和管子的可靠性.
  微波管中在排管处增加小离子泵(钛泵)和在电子枪处增加吸气剂,同微波管一起排气,排气系统工艺要求高温烘烤,对吸气剂进行激活,排气过程同时对钛泵也进行了排气,在冷封离后管内的残余气体及管内零件重新释放出来的气体,由钛泵和吸气剂共同抽除,维护管内的真空度.在后续的工许过程中,发现有微露气的情况下,钛泵的电流还能帮助检测出微漏点,从而方便了生产,降低了微波管的报废率.在增加吸气剂的微波管中,电子枪高压打火的几率大大减少,长时间储存后,对微波管直接加电而不出现放气或大伙现象.
  可见,獬射离子泵、钛泵和吸气剂等吸附真空泵在微波管的生产制造中,提高和维持了高真空度,从而提高了微波管的可靠性,增加了使用寿命.
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