Страница 28 из 150
Геттирующие металлы должны отвечать нескольким критериям. Они должны реагировать со всеми молекулярными газами, которые могут при откачке попасть в прибор, либо выделяться из электродов или стекла. Продукты этих реакций не должны быть легколетучими даже при нагреве. Весьма желательно, чтобы реакции поглощения или адсорбция происходили при рабочих температурах прибора, а обратного выделения газов при этих температурах не было.
Этим требованиям более или менее отвечают многие металлы. Из них хорошо известен барий, который широко применяют в промышленных условиях при изготовлении радиоламп малой мощности. Как геттер используют также титан (особенно, в сверхвысоковакуумных насосах), цирконий, тантал, иногда магний, редкоземельные металлы. Часто применяют смеси веществ, выделяющие барий при нагреве.
Наиболее универсальным и удобным геттером в наших условиях следует считать титан. При катодном распылении он даёт на стеклянных стенках прибора тёмное зеркало. В момент образования оно поглощает все газы, которые «замуровываются» в плёнке намертво. При простом нагреве в вакууме титан начинает хорошо поглощать газы, начиная с семисот градусов. Кислород, азот, углерод и их соединения разлагающиеся горячим титаном, растворяются в нём. Этому способствует то, что титан, в отличие например от железа, способен образовывать со многими элементами фазы переменного состава.
Однако, азот даёт с титаном очень тугоплавкий нитрид золотистого цвета. Он растворяется в металле медленно и, к тому же, имеет малую работу выхода электронов. Поэтому наличие в приборе значительного количества азота затрудняет распыление титана и, соответственно, очистку газа.
Водород титаном тоже поглощается, но обратимо. Часть его поглощается напылённой плёнкой. Остаток водорода может быть поглощён распыляемым электродом после его охлаждения. То есть титан (и цирконий), а также тантал могут служить как распыляемым, так и не распыляемым геттером.
Следует отметить, что галогены не образуют с титаном, цирконием и танталом фаз переменного состава, как азот, кислород, водород, углерод, сера и т. д. Это приводит к тому, что откачка титановым насосом например, йода, очень затруднена, если вообще возможна. Летучий йодид титана конденсируется на холодных стенках колбы. Для поглощения галогенов выгоднее применять магний или даже медь.
При напылении в разряде на стенки прибора любого металла происходит поглощение даже инертных газов за счёт «вколачивания» в напыляемую плёнку его ионов, с последующим их замуровыванием. Этот процесс резко ускоряется при снижении давления. Поэтому лампы, в которых с необходимостью происходит катодное распыление, например, спектральные лампы с полым катодом (ЛПК) выходят из строя именно из-за поглощения наполняющего инертного газа в катоде.
Магний, как геттер, более инертный, чем титан и слабее поглощает водород, зато он распыляется термически при слабом нагреве. Галогены и кислород, азот, а также пары воды он поглощает с образованием нелетучих соединений. Он хорошо себя зарекомендовал при изготовлении водородных трубок для получения Бальмеровской серии. Другие газы поглощаются магнием слабо.
Иногда также очень полезно поместить на титановый геттирующий электрод очень немного (несколько миллиграммов) магния. При нагреве этого электрода разрядом с него вначале испаряется термически магний, который поглощает кислород и пары воды, а затем катодным распылением на магниевое зеркало пылится титан. Это важно и в том случае, если поглощение основной массы газов производят в припаянном к прибору «насосе». После его отпайки он может быть разобран и после замены электродов использован вновь. Титан с магниевым подслоем со стекла колбы можно отмывать не плавиковой кислотой, а слабым раствором серной или азотной.
Если давление в прибое велико (например — 20–30 мм рт. столба) то катодное распыление становится очень неэффективным. Тогда следует применить геттирующий электрод в виде редкой спирали из толстой (0,5–0,7 мм) титановой полоски.
Шаг спирали должен быть таким, чтобы удержать камешек от зажигалки. Его следует поместить на самом дальнем от ввода конце спирали. При нагреве из него вначале испаряется магний, затем оставшийся мишметалл плавится и растекается вдоль спирали. При катодном распылении он даёт белое свечение (в отличие от голубоватого у титана) и распыляется несколько быстрее. Поглощение примесей с таким комбинированным геттером идёт значительно лучше.
Полезно также поместить рядом два титановых электрода и попеременно подключать каждый из в качестве распыляемого катода. При этом, на холодном, не работающем электроде поглощается водород, примесь которого в инертном газе сильно затрудняет катодное распыление. Водород поглощается лишь хорошо очищенной разрядом поверхностью титана.
При более высоких давлениях катодное распыление становится неэффективным. Геттирующий электрод приходится либо испарять термически, либо использовать как не распыляемый геттер, нагревая его разрядом или Т.В.Ч. до температуры выше 700°. При температуре 1100°-1200°в вакууме становится существенным термическое испарение титана, но при высоком давлении инертного газа оно резко замедляется. В этом случае можно применить импульсный разряд, разряжая в режиме самопробоя конденсатор ёмкостью 0,1–1 мф. Распыляемый электрод при этом должен быть катодом (см. рис. 10).
Полоску из мягкого титана можно получить, в виде толстой стружки на токарном станке, распуская трубку или диск из листа при помощи остро заточенного резца из быстрорежущей стали. Подачу следует установить 0,4–0,6 мм, работать на малых оборотах и оттягивать конец стружки плоскогубцами. После очень непродолжительного отжига при температуре 500°-600°(синий цвет побежалости) стружка становится пластичной и из неё можно гнуть нужные детали. (Таким же образом можно получать проволоку и ленту из магния и других мягких металлов).
В специальных случаях в качестве геттера можно применять даже медь. Удобными в работе могут также быть стойкие на воздухе сплавы барий-магний, стронций-магний и кальций-магний. Сплавы с магния с литием более пластичны, чем чистый магний и из них легче получить сливную стружку, поэтому для получения ленты лучше применять сплав магния с добавками лития. Его количество следует выбирать таким, чтобы сплав ещё был устойчив на воздухе.
Но в большинстве случаев можно вполне обойтись распыляемым титановым электродом (например анодом) с загнутым в виде вопросительного знака концом для фиксации разряда дальше от ввода (рис. 11).
Металлы «для химических реакций в вакууме»
— Никому не следует говорить, что мы применяем в своих приборах цезий! Все знают, что он ужасно радиоактивный!
— Да ну! Кто об этом знает! Это мы с тобой не знаем, а любой человек с улицы знает это отлично.
(Невесёлый анекдот).
Это сурьма, селен, теллур для фотоэлементов, цезий, рубидий, калий и натрий. Они применяются в виде тонких плёнок или паров.
Легко летучие металлы, вроде теллура, можно испарять в вакууме со входного оптического окна фотоэлектрического прибора прямо на катод.
Окно при этом нисколько не страдает. Надо только использовать выпуклое тонкое окно и очень аккуратно греть пылинку теллура с помощью горелки или потоком воздуха от накалённой спирали. Использование такой технологии сильно упрощает изготовление фотоэлементов.
При изготовлении катода Au-Cs стойкое при заварке золото можно напылять на катод предварительно.
Получать цезий и другие щёлочные металлы (кроме лития) для получения фотокатодов, заполнения ламп их парами и активирования катодов тлеющего разряда можно только в вакууме или в инертном газе, восстановлением бихромата металла титановым или циркониевым порошком.