DE1109311B

DE1109311B - Verfahren zum Betrieb einer Getter-Ionenpumpe und Getter-Ionenpumpe zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1109311B
Application number: DEA28493A
Authority: DE
Inventors: H C Manfred Von Ardenne Dr
Original assignee: Vakutronik VEB
Current assignee: Vakutronik VEB
Priority date: 1957-12-12
Filing date: 1957-12-12
Publication date: 1961-06-22
Also published as: US2973134A; FR74286E

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Getter-Ionenpumpe nach Patent 1 094 400 und eine Getter-Ionenpumpe zur Durchführung dieses Verfahrens.

Im Patent 1 094 400 ist eine Ionen-Getterpumpe beschrieben mit einer durch Joulsche Wärme erhitzten Elektrode aus hochschmelzendem Metall, insbesondere Wolfram oder Tantal, und mit kontinuierlicher oder intermittierender Zuführung des Gettermetalls in Pulver-, Draht- oder Stückform, bei der eine Elektrode mit einer Verdampferfläche zur Verdampfung des Gettermaterials vorgesehen ist, während die Elektrode ohne Verdampferfläche gleichzeitig die Kathode für die Ionenpumpwirkung darstellt.

Der Gettermetallverdampfer besteht z. B. aus einem aus Wolframblech hergestellten Zylinder, der vom Heizstrom durchflossen wird und gleichzeitig als Kathode für die Pumpwirkung dient, und einem Verdampfungsteller.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß bei Anwendung eines axialen Magnetfeldes und bei Heizung mit Wechselstrom die elektrodynamischen Kräfte auf die Kathode klein bleiben, so daß keine Verformungen oder vorzeitigen Zerstörungen durch Vibration eintreten. Ein weiterer Vorteil des Verdampfers besteht darin, daß die als Kathode dienenden Oberflächenbereiche nicht unmittelbar vom Gettermetall berührt und in ihrer Emissionsfähigkeit herabgesetzt bzw. durch Legierungsbildung verändert werden, während andererseits die zur Metallverdampfung dienende Abschlußplatte nicht oder kaum zur Elektronenemission herangezogen wird. Ein und die gleiche Spannungsquelle saugt die Elektronen für die Ionenpumpwirkung ab und beschleunigt gleichzeitig die im lonisierungsraum gebildeten Ionen zur Getterkondensatschicht hin. Vorgesehene Hilfselektroden, die sich etwa auf Kathodenpotential befinden, sorgen für die Umlenkung der Elektronenbahnen im Ionisierungsraum.

Dem Gegenstand dieses Patents haften aber noch Mängel an, und zwar in der Art, daß beim betrieblichen Ablauf Störungen durch nicht programmmäßig mögliche Steuerungen im Hinblick auf die rein zeitliche Reihenfolge der Vorgänge auftraten.

Diese Nachteile werden dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß in zeitlicher Reihenfolge nach vorangegangener Druckmessung, automatisch mittels Druckschalter, während der kurz andauernden Gettermetallpulverzufuhr zum Verdampfer die Heizung des Verdampfungskathodensystems unterbrochen und somit eine Anfrittung des Gettermetallpulvers verhin-Verfahren zum Betrieb
einer Getter-Ionenpumpe
und Getter-Ionenpumpe zur Durchführung
des Verfahrens

Zusatz zum Patent 1 094 400

Anmelder:

VEB Vakutronik,
Dresden A 21, Dornblüthstr. 14

Dr. h. c. Manfred von Ardenne,

Dresden-Bad Weißer Hirsch,
ist als Erfinder genannt worden

dert wird, während nach erfolgter Verdampfung in Form von zweckmäßig mehreren Verdampfungsstößen bis zur Erreichung der erforderlichen Druckwerte die Stromquelle mit dem Anodengitter derart verbunden wird, daß zu der bereits erfolgten Verdampfungsgetterung und der angelaufenen Kontaktgetterung noch die Ionenpumpwirkung hinzukommt. An Hand der Zeichnungen (Abb. 1 bis 5) wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher beschrieben.
Zunächst sei die Arbeitsweise des Systems in bezug auf die Getterpumpwirkung erläutert. Nach Abb. 1 befindet sich das Pumpensystem in einem Metallgehäuse 1, welches über ein Hauptvakuumventil 27 mit angepaßter Durchtrittsöffnung an den Rezipienten 25 angeschlossen ist (s. Abb. 3). Zur Herstellung des ersten Vorvakuums wird dieses Ventil geöffnet und Rezipient und Pumpe gemeinsam auf den erforderlichen Druckwert von etwa 10"~⁴ Torr evakuiert. Diese Anschlußart erlaubt es, die Ionenpumpe bei Stillegung der Hauptapparatur unter Vakuum zu belassen. Auf diese Weise gelingt es, die Gasaufnahme durch den Gettermetallvorrat und die Gettermetallschichten, welche sonst die Sauggeschwindigkeit der

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Pumpe beim Start wesentlich mindern, erheblich herabzusetzen.

Als Gettermetall dient durch einen gesonderten Prozeß entgastes, insbesondere weitgehend vom Wasserstoffgehalt befreites Titanmetallpulver 10. Die Wahl des Metalls z. B. in Pulverform erfolgte, weil die Metallzufuhr zum Verdampfer in Pulverform leichter gelingt als in der sonst bekannten Drahtform und weil das Metall in Pulverform leichter zur Verfügung steht und billiger ist als in Drahtform. Das Titanmetallpulver 10 wird in einen z. B. federnd aufgehängten dünnwandigen Vorratstrichter 9 eingefüllt, der unten eine feine Durchtrittsöffnung 17 besitzt. Die mittlere Korngröße des Pulvers und die Durchtrittsöffnung 17 des Vorratstrichters 9 sind derart bemessen, daß im Ruhezustand kein Pulver aus dem Vorratstrichter herausfällt. Erst durch Betätigung eines Erregungsmagneten 6 und bei Anschlag eines elektromagnetisch mit z. B. 50 Perioden in Schwingungen versetzten Vibratorklöppels 8 mit Vibratorzunge 7 an den Vorratstrichter 9 verläßt ein ziemlich gleichmäßiger Strom von Titanmetall-Pulverteilchen 10 den Vorratstrichter 9.

Das Pulver fällt, geführt durch eine Folge von Trichtern und Röhrchen 11, in eine Schikane 12, wo es abgebremst wird. Von dieser Schikane 12 fällt es aus sehr geringer Höhe auf den Verdampfungsteller 5. Teil 2 stellt den unteren Gehäuseflansch, 3 die Wasserkühlung, 13 das Titandampfauffangblech, 18 die federnde Aufhängung des Vorratstrichters 9 und 20 ein Verzögerungsrelais dar.

Die Heizung des Verdampfungstellers 5 erfolgt nicht, wie bei den bisher bekanntgewordenen technischen Getter-Ionenpumpen, durch Elektronenstoß, sondern durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung von einer durch Joulsche Wäme erhitzten Wolframkathode 4. Ein Hauptmerkmal der Anordnung besteht darin, daß diese Wolframkathode 4 gleichzeitig die Elektronenemission für das Ionenpumpensystem liefert.

Im folgenden sei die Arbeitsweise des Systems in bezug auf die Ionenpumpwirkung beschrieben. Die in der Abb. 1 angedeuteten Elektronen 19 zur Restgasionisation werden von dem Absaugteil 15 des auf etwa + 800VoIt Potential befindlichen Anodengitters 14 mit kleinem Abstand aus der Außenfläche der Wolframkathode 4 abgesaugt und dann dicht vor einer auf Kathodenpotential (Gehäusepotential) befindlichen geneigten Fläche, dem Elektronenspiegel 16, in den eigentlichen Ionisationsraum hineinreflektiert.

Der Ionisationsraum wird eingehüllt von einem feindrähtigen Gitter (Anodengitter 14), welches galvanisch mit dem zuvor erwähnten Absaugteil 15 des Anodengitters verbunden ist. Die Größe der Außenfläche der Wolframkathode 4 und der Absaugabstand sind derart bemessen, daß bei etwa +800VoIt Absaugspannung und einem Hochvakuum von z. B. einigen 10~³ Torr ein Gesamtelektronenstrom von etwa 0,1 bis 0,3 Amp. in den Ionisationsraum gelenkt wird. Durch Ausführung des Anodengitters 14 mit möglichst geringer Flächenbedeckung und durch Vermeidung großflächiger Elemente zur Pulverführung im Inneren des Ionisationsraumes wird erreicht, daß die Elektronen, welche nach Durchfliegen der Gittermaschen in den Ionisationsraum durch das außerhalb einsetzende Bremsfeld zurückgespiegelt werden, einen großen Pendelfaktor besitzen. Der hohe Gesamtstrom und die durch den großen Pendelfaktor herbeigeführte große Länge der Elektronenwege im Ionisationsraum bewirken einen guten Nutzeffekt bei der Ionisierung des Restgases. Die gebildeten Ionen werden, sobald sie durch das Anodengitter 14 hindurchtreten, in Richtung auf das Pumpengehäuse zu beschleunigt und in dort niedergeschlagene periodisch erneuerte Titangetterschicht eingeschossen.

Abgesehen von dem geringfügigen Energiebedarf für die Erregung des Erregungsmagneten 6 benötigt daher die Getter-Ionenpumpe gemäß der Erfindung

ίο lediglich die elektrische Leistung zur Erhitzung der Wolframkathode 4 sowie eine Stromquelle für 800VoIt, 0,3 Amp.

Ein wichtiger Vorteil der Ausführung des Verdampfersystems, d. h. des Verzichts auf die bisher übliche Erhitzung durch Elektronenstoß, besteht darin, daß der Wert des benötigten Vorvakuums bei höheren Drücken liegt und daß bei plötzlichen Gasausbrüchen die Verdampferheizung stabil in Funktion bleibt und nicht durch Plamabildung verändert oder außer Betrieb gesetzt werden kann.

Als Gettermetall wird z. B. Titanmetallpulver vorgeschlagen, das bei einer Temperatur von etwa 115O⁰C 10 Minuten entgast wird. Nach der Entgasung wird das zusammengefrittete Gettermetallpulver wieder zerkleinert und in trockene Ampullen gerade in der Menge eingeschmolzen, die einer Füllung des Vorratstrichters entspricht. Bei der beispielsweise beschriebenen Getter-Ionenpumpe beträgt diese Menge etwa 20 g. Bei jedem Verdampfungsstoß werden etwa je 1,5 mg zur Verdampfung gebracht. Dieser Vorrat reicht für etwa 13 000 Verdampfungsstöße und genügt unter normalen Bedingungen für über 100 Evakuierungen. Durch die vorhergehende Entgasung wird das Pulver weitgehend von seinem Wasserstoffgehalt, der die Hauptverunreinigung darstellt, sowie von einem großen Teil der ursprünglich adsorbierten Gasbestandteile (O₂, N₂, CO₂) befreit. Die Wasserstoff abgabe findet bereits bei einer Temperatur von etwa 8000° C statt.

Die Zweckmäßigkeit der Vorentgasung ergibt sich aus der Schätzung des ursprünglichen Gasgehaltes auf größenordnungsmäßig etwa ein Liter bei 10~³ Torr pro Milligramm Titanpulver. Vergleichsweise sei erwähnt, daß etwa das Hundertfache des obengenannten Zahlenwertes von Titan bei geeigneter Temperaturwahl der Titanoberfläche sorbiert v/erden kann. Weiter sei erwähnt, daß die Getterungsgeschwindigkeit für O₂ im Temperaturbereich um 7000° C sowie N₂ und CC)₂ im Temperaturgebiet um 1000° C besonders groß ist, während die H₂-Getterung schon bei Zimmertemperatur mit hoher Geschwindigkeit erfolgt. Die vorstehenden Angaben gelten für kompaktes Gettermetall.

Bei der Bemessung des Pumpensystems wird von der Wahl erhöhter Temperaturen für die Hauptgettermetall-Auffangflächen abgesehen, da die Sauggeschwindigkeit praktisch durch den Querschnitt des Pumpenanschlusses begrenzt wird und nicht durch ungenügende Getterwirkung.

Im folgenden werden die für die Bemessung des Verdampfersystems wichtigen physikalischen Eigenschaften von Titan in Form einer Tabelle zusammengestellt.

Einige Eigenschaften von Titan:

Atomgewicht A = 47,9
Dichte ρ = 4,43

Schmelzpunkt F, = 1668^:' C

Sättigungsdrücke:

p_s = 10~⁴ Torr bei 1440° C
10-3 Torr bei 1600° C
10-2 Torr bei 1755° C
lO-i Torr bei 1940° C
1 Torr bei 2200° C
10 Torr bei 2500° C

Die Beziehung für die spezifische Verdampfungsgeschwindigkeit lautet:

a = 5,85 · ΙΟ-«/». [Torr] 1/ ^ - [g · cm~² · s~*\

Hierin bedeutet

p_s = Sättigungsdruck bei der Metalltemperatur T, M = Massenwert «ί Atomgewicht A.

Wird der Verdampfer derart bemessen, daß er eine effektive Verdampfungfiäche von etwa 0,2 cm² besitzt, und verlangt man, daß die Verdampfung der pro Stoß zugeführten Titanmetallpulvermenge von 1,5 mg in etwa 1 Sekunde vor sich geht, so ergibt sich aus den zugeordneten Daten der Tabelle und aus der vorstehenden Gleichung für die spezifische Verdampfungsgeschwindigkeit, daß die Verdampfungstemperatur etwa 2200° C beträgt. Der Sättigungsdruck an der Metalloberfläche beträgt dabei 1 Torr.

Ein weiterer Nachteil des Erfindungsgegenstandes nach dem Hauptpatent ist der, daß die Pulverführung durch ein dünnes unmittelbar unter der Trichteröffnung beginnendes Rohr allein nicht genügt. Bei der Fallhöhe von über 10 cm springt das Pulver von dem Verdampfungsteller fort. Deshalb ist am Ende des Führungsrohres eine Schikane angebracht, welche die Fallgeschwindigkeit des Pulvers abbremst. Bei kontinuierlichem Betrieb setzt sich aber infolge der starken Anstrahlung durch den unmittelbar benachbarten Verdampfer die untere Öffnung der Schikane durch Anfritten des durchfallenden Pulvers sehr schnell zu. Das Ansetzen des Pulvers an die Rohrwand wird durch einen als Rührer wirkenden Draht verhindert.

Dieser Nachteil wird dadurch beseitigt, daß die Getter-Ionenpumpe intermittierend betrieben wird. Der intermittierende Betrieb wird im folgenden näher beschrieben. Ein weiterer wichtiger Grund für die Anwendung stoßweiser Verdampfung liegt in ökonomischen Gesichtspunkten in bezug auf den Titanverbrauch.

Das zu verdampfende Titanpulver 10 (Abb. 1) fällt in eine z. B. napfförmige Ausdrehung des Verdampfungstellers 5 aus z. B. feinkörnigem Graphit hoher Dichte oder aus Wolframkarbid. Der Verdampfungsteller 5 ist aufgesetzt auf das obere Ende eines durch direkten Stromdurchfluß geheizten Zylinders aus Wolframblech 4. Um am oberen Zylinderende eine hohe, nicht durch Wärmeableitung geminderte Temperatur zu erzielen und um die erforderliche Heizstromstärke herunterzusetzen, ist der Zylinder z. B. bis dicht an sein oberes Ende geschlitzt.

Der zur Elektronenemission beitragende Oberflächenanteil des Zylinders beträgt etwa 1,1 cm². Da für die Restgasionisierung im Ionisierungssystem nur ein Elektronenstrom von höchstens 0,3 Amp. notwendig ist, genügt in bezug auf die Elektronenemission, d. h. für den langseitigen Betrieb des Ionisationssystems bereits eine Temperatur der Wolframkathode von 2200⁰C. Die Heizleistung beträgt hierfür 510 Watt. Um im Interesse einer hohen Lebensdauer mit möglichst geringer Heiztemperatur während der Verdampfungsperiode auszukommen, ist es erforderlieh den Verdampfungsteller 5 derart auszuführen und mit der Wolframkathode 4 so zu kombinieren, daß zwischen Heiztemperatur und Gettermetallverdampfungsfläche ein möglichst kleiner Temperaturabfall besteht. Weiter ist es erforderlich, den Verdampfungsteller aus Graphit derart zu formen, daß sich die Randzone des Tellers automatisch auf eine Temperatur unterhalb des Titanschmelzpunktes einstellt.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, ein Herumkriechen des flüssigen Titans über den Tellerrand zu vermeiden und eine Zerstörung der Heizquelle durch Legierungsbildung zu verhindern. Die Aufheizung der heißen Innenzone des Tellers erfolgt durch kurzwegige Wärmeleitung sowie durch die Schwarzkörperstrahlung der unteren Tellerseite aus dem Inneren der Wolframkathode. Bei Anwendung der den Temperaturabfall mindernden napfförmigen Ausarbeitung des Tellers beträgt der Temperaturabfall zwischen der Titanverdampfungsfläche und der Heizquelle etwa 3000° C. Für die bereits oben besprochene schnelle Verdampfung der pro Stoß zugeführten Titanmenge, die eine Temperatur von 2200° C verlangt, muß daher die Temperatur der Heizquelle auf etwa 2500° C erhöht werden. Da diese höhere Temperatur nur kurzzeitig während der Verdampfungsdauer notwendig ist, tritt mit ihrer Anwendung keine kritische Lebensdauerverkürzung der Heizquelle ein.

Trotz der napfförmigen Ausdrehung des Verdampfungstellers erfolgt praktisch eine gleichmäßige Bedampfung der Getter-Auffangfläche an fast der ganzen zylindrischen Innenwandung des Pumpengehäuses. Dies liegt daran, daß die mittlere freie Weglänge der Dampfteilchen im Raum unmittelbar über der napfförmigen Ausdrehung während der Verdampfung noch kleiner als 1 mm ist, so daß erst Raumgebiete mit einigem Abstand von der Ausdehnung zu Ausgangsbereichen der Titan-Atomstrahlen werden. Die z. B. napfförmige oder trichterförmige Ausdrehung hat den weiteren Vorzug, daß sie auch das herabfallende Pulver besser zusammenhalt.

Vom Napfrand an besitzt der Graphitteller nur eine Wandstärke von z. B. 0,3 mm. Der Wärmeübergang durch Leitung zu der äußeren Randzone des Tellers ist daher klein. Außerdem wird diese äußere Randzone durch Strahlung nur noch wenig geheizt.

Infolgedessen bleibt sie wirklich so kühl, daß kein flüssiges Titan über den Rand hinausfließen und die Heizquelle zerstören kann.

Ein weiteres Merkmal ist die Herstellung des Verdampfungstellers aus feinstkörnigem Graphit unter Vakuum und hohem Druck. Nach diesem Verfahren hergestellte Verdampfungsteller haben ein Gefüge von höchster Dichte, sind vollkommen rißfrei und besitzen die gewünschte Form. Versuche mit Standard-Graphitsorten haben ergeben, daß ein allmähliches Hindurchsickern des flüssigen Titans bis zur unteren Seite des Tellers möglich ist. Die Folge hiervon ist eine Zerstörung der Heizquelle durch Legierungsbildung nach etwa zehn bis dreißig Verdampfungsstößen. In ähnlicher Weise wirken feinste Haarrisse.

Die vorerwähnten Schwierigkeiten treten bei Heizung des Verdampfers durch Elektronenstoß nicht auf. Da jedoch in diesem Falle selbst bei Anfangdrucken um 10~⁴ Torr noch häufig Instabilität der

Heizung und sogar eine Gasentladung zwischen Verdampfer und Heizwendel beobachtet werden, erscheint es angebracht, die Methode der Heizung durch Elektronenstrom nicht zu verwenden. Ein nach der Erfindung beispielsweise benutztes System ist in Abb. 2 mit seiner Schaltung dargestellt.

Teil 21 stellt hierin den Wolframverdampfer und Teil 22 die doppelt ausgenutzte Wolframkathode dar. Mit 23 ist die Schaltstellung für Wirkung als Ionenpumpe, mit 24 die Schaltstellung für Wirkung als Getterpumpe bezeichnet.

Die Getterwirkung des Titans gegenüber neutralen Edelgasatomen ist gering, wenn auch merklich für Argon. Eingeschossene Ionen der Edelgase werden jedoch mit gutem Wirkungsgrad gebunden. Bei 800 Volt Beschleunigungsspannung bleibt etwa jedes vierte Argonion in der Ti-Schicht stecken. Daher wird das oben beschriebene Verdampfungssystem zur Getterung durch ein als Ionenpumpe wirkendes Ionisierungssystem ergänzt. Das Ionisierungssystem besteht, wie erwähnt, aus der Glühkathode, dem Absauggitter, dem Elektronenspiegel und dem Anodengitter. Das Absaug- oder Beschleunigungsgitter für die Elektronen ist galvanisch verbunden mit dem den Ionisationsraum umschließenden Anodengitter. Dadurch ergibt sich ein wesentlich einfacherer Aufbau und Betrieb der Pumpe. Das Anodengitter hat gegen das Pumpengehäuse ein Potential von z. B. -¹- 800 Volt, um für die aus dem Ionisationsraum abgesaugten Argonionen die obengenannte Einfangswahrscheinlichkeit von 25% zu erreichen. Die Elektronen aus der auf Gehäusepotential befindlichen Kathode werden ebenfalls mit z.B. 800VoIt beschleunigt. Damit ist zwar die optimale Elektronengeschwindigkeit für Ionisierung überschritten, der Ionisierungsquerschnitt jedoch erst auf etwa 40% des optimalen Wertes abgesunken. Zum Teil wird bei einer relativ stromdichten Entladung die Abnahme des Ionisierungsquerschnittes sogar dadurch ausgeglichen, daß die bei den Ionisierungsvorgängen entstehenden sekundären und tertiären Elektronen derart hohe Geschwindigkeit besitzen, daß sie ebenfalls zur Ionisierung beitragen. Die den Aufbau sehr vereinfachende Verwendung der gleichen Spannung bzw. der gleichen Stromquelle für Elektronenabsaugung und Ionenabsaugung ist daher wesentlich.

Die Sauggeschwindigkeit des Ionenpumpenteiles für Argon läßt sich leicht abschätzen. Es ist

/; = Je[A]-P- I [cm] ■ Oi [cm-¹] · — [A]

der Ionenstrom auf die Gefäßwand. Mit den Größen: Elektronenstrom /₍,=0,3 A
Pendelfaktor P=10

Länge des Ionisierungsraumes/=10 cm
Ionisierungsquerschnitt von Qi—4,5 cm~¹
Neutralgasdruck P = IO-³ Torr (~- = 10-⁵J

ergibt sich ein Ionenstrom auf die Wand von etwa 10^^s A. Mit einer Inoneneinfangswahrscheinlichkeit von 25% errechnet sich für die gewählten Betriebsdaten bei 10"⁵ Torr eine Sauggeschwindigkeit des Ionenpumpenteiles von 61-s-¹ für Argon. Da der Argongehalt in der Luft die Größe von etwa 1 % hat, genügt die zuvor genannte Sauggeschwindigkeit für Getter-Ionenpumpen mit bis zu 6601 -s"¹ Sauggeschwindigkeit, wenn nur mit Argon ionisiert wird.

Die Elemente und die Zusammenschaltung eines Hochvakuumsystems mit Getter-Ionenpumpen sind in Abb. 3 dargestellt. Es zeigt sich, daß die Getter-Pumpwirkung kritisch abnimmt oder ganz verschwindet, wenn ein oder mehrere Male atmosphärische Luft an die Titan-Aufdampfschichten gelangt. Deshalb ist bei der in Abb. 1 gezeigten Pumpenausführung ein Titandampf-Auffangblech 13 vorgesehen, welches bequem auswechselbar ausgeführt ist und

ίο nach längerem Verweilen atmosphärischer Luft in der Pumpe gereinigt oder erneuert werden kann. Dieser bisher grundsätzliche Mangel der Getterlonenpumpe verliert erheblich an Bedeutung, wenn die in Abb. 3 dargestellte Verbindungsart mit Hauptvakuumventil 27, Rezipient 25 und Vorvakuumschluß gewählt wird. Bei dieser Verbindungsart erfolgt die Vorevakuierung des Rezipienten 25 nicht über die Getter-Ionenpumpe, sondern direkt. Hierdurch wird es möglich, bei Abschluß einer Evakuierungsperiode vor Lufteinlaß in den Rezipienten das Hauptvakuumventil 27 zu schließen und die Getter-Ionenpumpe unter Hochvakuum stehenzulassen. Da, wie schon vorher erwähnt, die Getter-Pumpwirkung noch längere Zeit anhält, sorgt die Pumpe also selbst dafür, daß die Gasbeladung der Titan-Aufdampfschicht klein bleibt, sofern nur das Hauptvakuumventil 27 dicht hält. Dieses Ventil wird bei der folgenden Evakuierungsperiode erst dann geöffnet, wenn die Vorevakuierung des Rezipienten 25 einen Druckwert zwischen 10 ~³ und 10 ⁴ Torr erreicht hat. In der Abb. 3 ist für diese Vorevakuierung z. B. eine kleinere Rootspumpe 39, kombiniert mit einer zweistufigen rotierenden Gasballastvorpumpe 34 dargestellt. In der Regel werden rotierende Pumpen mit verhältnismäßig geringer Sauggeschwindigkeit genügen. Sie werden ausgeschaltet, sobald der vorgeschriebene Vorvakuumdruck erreicht und das erste Vorvakuumventil 29 geschlossen worden ist.

Es wurde bereits erwähnt, daß bei permanenter Heizung des Verdampfungstellers sich infolge der starken Anstrahlung die untere Öffnung der Schikane durch Antritten des durchfallenden Pulvers schnell zusetzt. Diese Schwierigkeit wird dadurch ausgeschaltet, daß während der kurz dauernden Titanpulverzufuhr zum Verdampfer die Heizung des Verdampfungs-Kathodensystems unterbrochen wird. Sobald die für den einzelnen Verdampfungsstoß gewünschte Titanpulvermenge dem Verdampfungsteller zugeführt ist, wird der Vibratorstromkreis unterbrochen und gleichzeitig die Heizung, Verdampfer und Kathode eingeschaltet. Nach Beendigung der kurzen für die Verdampfung benötigten Zeitspanne wird die z. B. 800-Volt-Stromquelle mit dem Anodengitter 14 verbunden. Hierdurch kommt zu der bereits erfolgten Verdampfungsgetterung und zu dem angelaufenen Prozeß der Kontaktgetterung noch die Ionenpumpwirkung hinzu.

Um möglichst wenig Gettermetall verdampfen zu müssen, empfiehlt es sich, die Häufigkeit von Verdampfungsstößen vom Druck im Rezipienten abhängig zu machen. Es ist daher zweckmäßig, bei Beginn der Hochevakuierung durch eine schnelle Folge von Verdampfungsstößen den Rezipientendruck auf den gewünschten Wert abzusenken und dann einen neuen Verdampfungsstoß erst durchzuführen, wenn der Druck nach Sättigung der Getterschicht wieder über einen bestimmten Wert angestiegen ist. Um diese Arbeitsweise automatisch herbeizuführen, wird ge-

maß Abb. 3 am Rezipienten 25 ein Hochvakuummesser 36 angeschlossen, der einen Schalter (Druckschalter) betätigt, sobald der Druck einen bestimmten einstellbaren Wert überschreitet. Dieser Schalter setzt einen Programmsteuerungsmechanismus 37 in Gang, der die Ein- und Ausschaltung der verschiedenen Ströme in richtiger zeitlicher Folge und Länge bis zum Wiederbeginn des Ionenpumpprozesses steuert.

Mit 26 ist der Höchstvakuummesser, mit 28 ein erster Vorvakuummesser, mit 30 ein Ausgleichsventil, mit 31 ein zweiter Vorvakuummesser und mit 32 ein zweites Vorvakuumventil bezeichnet. 33 ist ein Auslaßrohr, 35 die Getter-Ionenpumpe und 38 die erforderliche Stromquelle. Mit 40 ist der Druck des Wasserdampfes, mit 41 der Druck der übrigen Gase und Dämpfe und mit 42 der Stand der Vorevakuierung bis zum Anlauf der Getter-Ionenpumpe bezeichnet.

Zum besseren Verständnis der Hilfseinrichtungen zur Getter-Ionenpumpe zeigt Abb. 4 die Stromquelle 43, den Motor 44, das Regelgetriebe 45 und die Schaltwalze 46.

Den zeitlichen Ablauf des Betriebes und die nacheinander folgenden Arbeitsgänge zeigt Abb. 5.

Der zeitliche Ablauf umfaßt:

1. die Druckmessung mittels Druckschalter,

2. die Pulverzufuhr,

3. die Verdampfung,

4. den Ionenpumpenbetrieb.

Claims

PATENTANSPRÜCHE;

1. Verfahren zum Betrieb einer Getter-Ionenpumpe mit einer durch Joulsche Wärme erhitzten Elektrode aus hochschmelzendem Metall, insbesondere Wolfram oder Tantal, und mit kontinuierlicher oder intermittierender Zuführung des Gettermetalls in Pulverform, bei der eine Elektrode mit einer Verdampferfläche zur Verdampfung des Gettermaterials vorgesehen ist, während die Elektrode ohne Verdampferfläche gleichzeitig die Kathode für die Ionenpumpwirkung darstellt, nach Patent 1094400, dadurch gekennzeichnet, daß in zeitlicher Reihenfolge nach vorangegangener Druckmessung, automatisch mittels Druckschalter, während der kurz andauernden Gettermetallpulverzufuhr zum Verdampfer die Heizung des Verdampfungskathodensystems unterbrochen und somit eine Anfrittung des Gettermetallpulvers verhindert wird, während nach erfolgter Verdampfung in Form von zweckmäßig mehreren Verdampfungsstößen bis zur Erreichung der erforderlichen Druckwerte die Stromquelle mit dem Anodengitter derart verbunden wird, daß zu der bereits erfolgten Verdampfungsgetterung und der angelaufenen Kontaktgetterung noch die Ionen-Pumpwirkung hinzukommt.

2. Getter-Ionenpumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Getterung dienende Verdampfungssystem durch ein als Ionenpumpe wirkendes Ionisierungssystem, bestehend aus Glühkathode, Absauggitter, Elektronenspiegel und Anodengitter, ergänzt ist.

3. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ständig im Stromkreis liegende Heizquelle als Kathode in zeitlicher Reihenfolge mit dem Ionen-Getterpumpenbetrieb durch Umpolung einen Potentialwechsel gegenüber dem Absauggitter erfährt.

4. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getterdampf-Auffangblech auswechselbar angeordnet ist.

5. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenem Hauptvakuumventil die Vorevakuierung des Rezipienten nicht über die Getter-Ionenpumpe, sondern direkt erfolgt.

6. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gettermetall, z. B. Titan-Metallpulver, vor der Benutzung entgast und in Ampullen abgefüllt wird.

7. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsteller derart ausgebildet ist, daß sich die Randzone des Tellers auf eine Temperatur unterhalb des Titanschmelzpunktes einstellt.

8. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsteller aus feinstkörnigem Graphit unter Vakuum und hohem Druck in der gewünschten Form hergestellt ist.

9. Getter-Ionenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungsteller napfförmig oder trichterförmig ausgebildet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

0 109 618/112 6.61