Нераспыляемый газопоглотитель

 

НЕРАСПЫЛЯЕМЫЙ ГАЗОПОГЛОТИ;ТЕЛЬ , содержащий активный материал, помещенный в защитную об.олочку из материала, проницаемого для водорода, .отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости откачки газопоглотителя по водороду, расширения спектра откачиваемых газов и ускорения процесса регенерации, защитная оболочка выполнена из слоя палладия , соприкасающегося с поверхностью активного материала по всему микрорельефу, минимальная толщина слоя составляет один мономолекулярный слой, а максимальная толщина определяется из соотношения oi YFS где К - константа, определяемая процессом диффузии в системе твердое тело - газ, с кг м ; . Р - максимальное давление водорода в стационарном потоке, Па;. (Л Е - теплота диффузии, Дж.кмоль ; R- универсальная газовая постоянная , кмоль ; Т- рабочая температура газопоглотителя , К; 5 - удельная скорость откачки по водороду, . ;о ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН уц4 Н 01 Л 7/18

7 . ri)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2RT

1Р 5 где К—

PФиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3667835/24-2.1 (22) 29. 11. 83 (46) 30. 08. 85, Бюл. У 32 (72) А.К.Баялиев, Ю.M.Ïóñòîâoéò и В.Л.Столяров (53) 621.385.032.14(088.8) (56) 1. Патент США Р 3926832, кл. 252-181.6, опублик. 1975.

2. Серебренников В.В. и др, Источники света и редкоземельные элементы.

Иэд. Томского университета, 1981, с. 37 (прототип). (54)(57) НЕРАСПЫЛЯЕМЫЙ ГАЗОПОГЛОТИ,ТЕЛЬ, содержащий активный материал, помещенный в защитную оболочку из материала, проницаемого для водорода, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости откачки гаэопоглотителя по водороду, расширения спектра откачиваемых газов и ускорения процесса регенерации, защитная оболочка выполнена из слоя палладия, соприкасающегося с поверхно„„SU„„114192О А стью активного материала по всему микрорельефу, при4ем минимальная толщина слоя составляет один мономоле» кулярный слой, а максимальная толщина определяется из соотношения константа, определяемая процессом диффузии в системе твердое тело — газ, с2кг "м З(й

1 максимальное давление водорода в стационарном потоке, Па; теплота дидхЬузии, Лж.кмоль 1; универсальная газовая постоянная, Дж-К " кмоль-"; рабочая температура газопоглотителя, К; удельная скорость откачки по водороду, м"с " м .

1141

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к нераспыляемым геттерам, и может найти применение как эффективное средство для создания и поддержания высокого вакуума в раз- 1 личных установках, в том числе в установках термоядерного синтеза.

Известны гаэопоглотители, представляющие собой спеченную или спрессованную смесь порошков на основе ме-1О таллов из группы Еп, Ti, Th, Та, Hf, Nb Ч (1). Эти газопоглотители обладают высокоразвитой поверхностью и сравнительно большой сорбционной способностью к активным газам. Одна- IS ко эти газопоглотители подвержены отравлению водяным паром, присутствующим в низко- и высоковакуумных системах.

Наиболее близким по техническому 20 решению является нераспыляемый газопоглотитель, в котором активный материал заключен в защитную оболочку, селективно пропускающую водород С23.

Недостатки известной конструкции 25 заключаются в следующем. относительно большая толщина стенки оболочки, выполняющей роль конструктивного элемента, что снижает скорость откачки; 30 — ограниченный спектр откачиваемых газов — практически откачивается один водород, — малая скорость обеэгаживания (регенерации) гаэопоглотителя, что приводит к увеличению энергозатрат на этой операции, Целью изобретения является увеличение скорости откачки газопоглотителя по водороду, расширение спектра @ откачиваемых газов и ускорение процесса регенерации.

Цель достигается тем, что в нераспыляемом гаэопоглотителе, содержащем активный материал, помещенный в защитную оболочку из материала, проницаемого для водорода, защитная оболочка выполнена из слоя палладия, соприкасающегося с поверхностью активного материалапо всемумикрорелье- Sp фу, причем минимальная толщина слоя палладия составляет один мономолекулярный слой, а максимальная толщина слоя определяется из соотношения

E.

К 2R

1 Р 1

920 где К вЂ” константа, определяемая процессом диффузии для данной системы твердое тело-гаэ, с ° кг "м

P — - максимальное давление водорода в стационарном потоке, Па;

Š— теплота диффузии, Дж.кмоль "; . Т вЂ” рабочая температура палладиевого слоя в момент откачки, К; — удельная скорость откачки гаэопоглотителя по водороду, м . с-"-м

R - универсальная газовая постоянная, Дж-К кмоль - .

На фиг. 1 представлена конструкция нераспыляемого газопоглотителя, состоящая из металлической ленты 1, слоев активного материала 2 и тонких пленок палладия. Обезгаживания и нагрев газопоГлотителя осуществляются прямым пропусканием тока через металлическую подложку 3. На фиг. 2 изоб— ражены зависимости скорости откачки по водороду и давления от температуры.

Пределы толщин слоя палладия определены исходя из требований обеспечить увеличение скорости откачки, расширение спектра откачиваемых газов и ускорение процесса регенерации, а также из эксплуатационных требований газопоглотителю в каждом конкрет-. ном случае. с

Положительный эффект от использования газопоглотителя наблюдается при условии сплошности палладиевого покрытия, т.е. его толщина должна быть не менее одного молекулярного слоя.

Толщина слоя палладия зависит от конкретных эксплуатационных требований и определяется по приведенному выше соотношению.

Так, по требуемой скорости .откачки и рабочей температуре .можно определить необходимую толщину слоя палладия.

Долговечность гаэопоглотителя определяется в основном скоростью испарения палладиевого.покрытия, т.е. рабочей температурой.

Ниже приводится пример реализации конструкции нераспыляемого газопоглотителя.

На ленту из нержавеющей стали толщиной 0,15 мм и шириной 14 мм

1141

3 наносят с двух сторон методом плазменного напыления порошок титана.

Слои имеют толщину 0,15 мм и обладают отношением фактической поверхности к геометрической около 300.

Затем в вакууме при давлении инертного газа, например гелия, 1-10 Па с двух сторон напылением с резистивпого источника наносят пленку палладия толщиной 10 м. Активирование газопоглотителя заключается в прогреве его при температуре 1000 К в течение 30 мин при давлении не хуже

1- 10 Иа.

На фиг. 2 показаны графики зависимостей между удельной скоростью откачки по водороду (S Hg) и давлением водорода (РН ) для титанового и цирконийалюминиевого нераспыпяемых геттеров (газопоглотителей) с тонким палладиевым покрытием и без него при. различных температурах геттеров. По оси абсцисс отложены значения давления водорода (PH, Па) над поверхкостью геттера, а по оси: ординат— значение удельной скорости откачки водорода (8 Н, л.с . см ). Кривая 4 есть зависимость S н = (РН ) для цирконийалюминиевого нераспйляемого геттера с.тонким палладиевым покрытием в диапазоне температур от. 20 до 500 С. Кривые 5 и б — аналогичные зависимости для, титанового нераспыляемого геттера с тонким палладиевым покрытием при температурах соот35

920 4 ветственно 20 и 400 С. Для сравнения кривая 7 изображает зависимость для цирконийалюминиевого нераспыпяемого геттера беэ палладиевого покрытия при температуре 400 С, Физические процессы, сопровождающие работу газопоглотителя с тонким палладиевым покрытием, не могут быть объяснены как следствие простого . экранирования нераспыляемого геттера избирательной к водороду оболочкой.

Такая оболочка толщиной уже в несколь.ко микрон, во-первых, уменьшала бы активность гаэопоглотителя по водороду (хотя бы при комнатной температуре), и во-вторых, она бы препятствовала сорбции других газов (СИ, СО, СО ), чего в эксперименте не наблюдалось. Объяснение эффекта действия тонкого палладиевого покрытия связано с состоянием поверхности слоя палладия на границе ее контактов с материалом нераспыляемого геттера и наличием самого нераспыляемого геттера вблизи этой границы.

Положительный эффект, достигаемый от использования изобретения, состоит в увеличении скорости откачки газопоглотителя по водороду; расширении по сравнению с прототипом спектра откачиваемых .газов; стойкости к воздействию водяного пара; ускорении процесса регенерации с одновременным сокращением энергозатрат на него.

1141920

Ъ

Редактор О. Юркова

ТехредЖ.Кастелевич Корректор С Иекмар

Тираж 679

Заказ 5773/4

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., д. 4/5

Филиал .ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4