В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Измерение очень низких давлений
Измерение и контроль вакуума - Контрольно-измерительная аппаратура
Оглавление
Измерение очень низких давлений
Страница 2
Страница 3
Верхний предел измеряемых давлении
Страница 5
Все страницы

 

В частности, оксидные катоды сильно отличаются от катодов из чистого или торирован­ного вольфрама. К сожалению, недостаточная информация об оксидных катодах не позволяет провести детального сравнения. При рассмотрении работы ионизационного манометра, особенно при его работе в малых вакуумных системах, необходимо учи­тывать химические реакции взаимодействия между накаленным катодом и молекулами газа. Этот вопрос рассматривается не­сколько ниже. Другими важными факторами, которые необхо­димо учитывать при выборе катода, надо считать следующие: 1) стабильность тока эмиссии при изменении состава газа или давления в вакуумной системе и 2) срок службы катода.

1.     Стабильность тока эмиссии. Работа выхода, а следова­тельно, и эмиссия при данной температуре сильно зависят от адсорбции на поверхности катода. Особенно сильно влияет кислород: следы кислорода в системе в виде газа или паров, содержащих кислород (например, воды), способны очень быстро «отравить» катод. Это явление более сильно выражено в случае оксидного катода и сравнительно слабо в случае чистого вольф­рама. Обычно эти реакции обратимы, так что после откачки кислорода из системы эмиссия довольно быстро восстанавли­вается [41, 42]. При парциальном давлении 10~6 тор кислород способен снизить величину эмиссии оксидного катода на целый порядок, тогда как в случае чистого вольфрама — всего лишь на 10%. Небольшое количество углеводородов снижает работу выхода и тем самым усиливает эмиссию при неизменной темпе­ратуре. И в данном случае влияние загрязнений сильнее сказы­вается на работе оксидного катода, чем вольфрамового.

2.   Срок службы катода. В процессе работы катод становится тоньше и наконец разрушается из-за испарения металла или вследствие окисления. Скорость испарения вольфрама при повы­шении температуры очень быстро возрастает, и поэтому самая горячая часть катода утончается в первую очередь. Такие пере­гретые участки растут, и когда первоначальный диаметр умень­шается на 10%, катод перегорает. Те катоды, которые разру­шаются по этой причине, заметно утончаются лишь в непо­средственной близости от места разрыва. Наоборот, скорость взаимодействия горячего вольфрама с кислородом зависит от температуры не очень сильно. В связи с этим катоды, подверг­шиеся действию кислорода, разрушаются равномерно по всей длине нагретой части. Поэтому они могут утончаться до поло­вины, третьей части и даже еще меньшей доли первоначального диаметра до разрыва. У катода обычных размеров, скажем, диаметром 0,13 и длиной 25 мм, работающего при температуре 2400° К и токе эмиссии 5 ма, скорость испарения при отсут­ствии загрязнений не велика, так что срок их службы достигает 14 000 час. Почти постоянное воздействие кислорода сильно со­кращает срок службы. (При данных значениях давления и температуры кислород разрушает вольфрам приблизительно в 5 раз быстрее, чем водяной пар, так что воздух и водяной пар при одном и том же давлении по своему разрушающему воз­действию на горячие вольфрамовые катоды эквивалентны друг другу.) Срок службы катода, когда он определяется скоростью окисления, можно довольно просто подсчитать. Из кинетической теории газов известно число молекул, сталкивающихся с поверх­ностью за единицу времени; кроме того, как показал Ленгмюр [43, 44] (см. табл. 11), 10% таких молекул кислорода реагирует с поверхностью вольфрама при 2400° К с образованием трех-окиси вольфрама WO3, которая затем испаряется. Таким образом, если принять, что катод перегорает после уменьшения диаметра на 30% (это близко к нижнему пределу значений, встречающихся на практике), то из этой простой теории следует, что срок службы катода (час) равен 0,054 dip, где d — первона­чальный диаметр проволоки (мм), а р—давление воздуха (тор). В рассмотренном выше примере при d = 0,3 мм срок службы получается равным 7010 час в случае работы в воздухе при давлении 10~6 тор1). Скорость разрушения проволоки из торированного вольфрама в 3—4 раза меньше при действии кислорода и по крайней мере на два порядка ниже из-за ис­парения. Таким образом, для катода из торированного воль­фрама наиболее вероятной причиной перегорания является окисление.

Для катода с оксидным покрытием внезапное повышение давления, даже до атмосферного, не приводит к его разрушению. (Впрочем, это его преимущество не имеет, по-видимому, боль­шого практического значения. Для манометра с оксидным като­дом схема стабилизации эмиссии почти всегда необходима, и совсем нетрудно к ней добавить схему вакуумной блокировки, защищающую катод при случайном повышении давления.) Вейнрейх и Бличер [45, 46] изготовили манометры с. катодами из иридия и родия, покрытых двуокисью тория. При рабочей температуре 14500C срок службы катода, определяемый разру­шением покрытия, не меньше 1000 час. В случае иридиевой подложки при эмиссии 200 ма/см2 был достигнут срок службы около 10 000 час. При этом не было обнаружено заметного со­кращения срока службы при повторных выдержках на воздухе при атмосферном давлении, а эмиссия не исчезала даже в кис­лороде вплоть до давлений 10-2 тор.

К сожалению, чистый вольфрам, дающий более стабильную эмиссию, не обладает столь большим сроком службы, как тори-рованный или оксидный катод. Катоды из торированного воль­фрама и оксидные катоды годятся лучше всего для манометров, электронный ток которых автоматически стабилизируется (см. п. 9). (Небольшие изменения в распределении температуры, вызываемые изменением температуры катода, сказываются лишь в редких случаях.) Если электронный ток устанавли­вается вручную, то лучше ставить катод из чистого вольфрама, поскольку он дает более стабильную эмиссию в условиях изме­няющегося давления.

 

 




 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 110 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru