RU2461089C1

RU2461089C1 - Method of determining parameters of chemical activation of non-sprayable porous gettering agents

Info

Publication number: RU2461089C1
Application number: RU2011101767/07A
Authority: RU
Inventors: Вера Яковлевна Котенева (RU); Вера Яковлевна Котенева; Владимир Семенович Петров (RU); Владимир Семенович Петров; Алиса Александровна Полунина (RU); Алиса Александровна Полунина
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-09-10
Also published as: RU2011101767A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method of determining parameters of chemical activation of non-sprayable porous gettering agents involves heating the analysed gettering agent in a vacuum or in an atmosphere of an inert gas to temperature of chemical activation of the surface of the gettering agent, followed by cooling to room temperature. Pressure of the atmosphere, mass and temperature of the gettering agent are continuously measured. Activation temperature, time for achieving activation temperature and pressure of the analysed atmosphere at that temperature are determined by projecting minimum points on the curve of the mass of the gettering agent versus time onto the corresponding time curves.

EFFECT: high accuracy and faster measuring process.

3 dwg

Description

Изобретение относится к способам определения рабочих параметров газопоглотителей, а именно к способам определения параметров химического активирования нераспыляемых пористых геттеров, которые могут быть использованы в производстве вакуумных СВЧ-приборов, кольцевых газоразрядных лазерных гироскопов с гелий-неоновой смесью в качестве активной среды и т.д.The invention relates to methods for determining the operational parameters of getters, and in particular to methods for determining the parameters of the chemical activation of non-sprayed porous getters that can be used in the manufacture of vacuum microwave devices, annular gas-discharge laser gyroscopes with helium-neon mixture as an active medium, etc.

В технологии производства вакуумных СВЧ-приборов и газоразрядных лазерных гироскопов применяются пористые нераспыляемые геттеры на основе титана для откачки различных газовых компонентов из вакуумной атмосферы с целью поддержания необходимого относительно низкого давления остаточных газов или откачки технологической примеси молекулярного водорода из гелий-неоновой смеси лазера. Откачка газовых компонентов из замкнутого объема электронных приборов производится при комнатной температуре сразу после химического активирования геттера и продолжается в течение всего срока службы. Для снижения себестоимости и повышения долговечности электронных приборов с пористыми нераспыляемыми геттерами необходимо проводить химическое активирование последних при минимально возможной температуре, минимально коротком времени нагрева и минимально возможном давлении вакуумной или инертной атмосферы электронного прибора.In the production technology of vacuum microwave devices and gas-discharge laser gyroscopes, titanium-based porous non-sprayable getters are used to pump various gas components from the vacuum atmosphere in order to maintain the necessary relatively low pressure of residual gases or to pump technological impurities of molecular hydrogen from a helium-neon laser mixture. The gas components are pumped out of the closed volume of electronic devices at room temperature immediately after the chemical activation of the getter and continues throughout the entire service life. To reduce the cost and increase the durability of electronic devices with porous non-sprayed getters, it is necessary to chemically activate the latter at the lowest possible temperature, the shortest possible heating time and the lowest possible pressure of the vacuum or inert atmosphere of the electronic device.

Известно устройство финишной очистки газов (см. Ажажа В.М и др. Устройство финишной очистки технологических газов на основе нераспыляемых геттеров из сплавов Zr-Al, Zr-Fe, Hf-Fe. Вопросы атомной науки и техники, 2006, №1, с.26-29). Кроме того, известен Американский стандарт на определение сорбционных параметров, в котором применены термины «Температура активирования» и «Время достижения температуры активирования» (см. Standart Practice for DETERMINING GETTERING RATE, SORPTION CAPACITY AND GAS CONTENT OF NONEVAPORABLE GETTERS IN THE MOLECULAR FLOW REGION, Annual book of ASTM standard, Vol.15.03). Однако во всех известных источниках информации параметры активирования определены условно, без экспериментальных доказательств, и не могут считаться оптимальными.A device for the final purification of gases is known (see Azhazha V.M. et al. A device for the final purification of technological gases based on non-sprayed getters from Zr-Al, Zr-Fe, Hf-Fe alloys. Issues of Atomic Science and Technology, 2006, No. 1, p. .26-29). In addition, the American standard for the determination of sorption parameters is known, in which the terms “Activation temperature” and “Time to reach activation temperature” are used (see Standart Practice for DETERMINING GETTERING RATE, SORPTION CAPACITY AND GAS CONTENT OF NONEVAPORABLE GETTERS IN THE MOLECULAR FLOW REGION, Annual book of ASTM standard, Vol. 15.03). However, in all known sources of information, the activation parameters are determined conditionally, without experimental evidence, and cannot be considered optimal.

Задачей изобретения является устранение недостатков известных способов определения рабочих параметров. Технический результат заключается в повышении точности и ускорении проведения измерений. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ определения параметров химического активирования нераспыляемых пористых геттеров заключается в том, что проводят нагревание исследуемого геттера в вакууме или в атмосфере инертного газа до температуры химического активирования поверхности геттера, при которой происходит образование химически активной атомарно чистой поверхности, после чего производят охлаждение до комнатной температуры, при этом непрерывно измеряют давление атмосферы, массу и температуру геттера, а температуру активирования, время достижения температуры активирования и давление контролируемой атмосферы при этой температуре определяют путем проектирования на соответствующие временные зависимости точки минимума на зависимости массы геттера от времени.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the known methods for determining the operating parameters. The technical result consists in increasing the accuracy and accelerating the measurement. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the method for determining the parameters of the chemical activation of non-sprayed porous getters consists in heating the getter under investigation in vacuum or in an inert gas atmosphere to the temperature of the chemical activation of the getter surface at which a chemically active atomically clean surface, after which it is cooled to room temperature, while atmospheric pressure, mass and pace are continuously measured Aturi getter, and activation temperature, the time to reach the activation temperature and pressure controlled atmosphere at this temperature is determined by the projection onto the corresponding time dependence of the minimum point on the curve from the time of the getter mass.

На фиг.1 представлена экспериментальная установка для осуществления заявленного способа;Figure 1 presents the experimental setup for implementing the inventive method;

на фиг.2 приведены зависимости от времени изменения массы, температуры и давления окружающей атмосферы нераспыляемого пористого геттера при его химическом активировании;figure 2 shows the time-dependent changes in the mass, temperature and pressure of the surrounding atmosphere of the non-sprayed porous getter during its chemical activation;

на фиг.3 - сорбционная способность пористого нераспыляемого Ti-V геттера в атмосфере молекулярного водорода при давлении Р_сорб=5·10^-3 Па после химического активирования при температурах 550°С и 220°С.figure 3 - sorption ability of a porous non-sprayable Ti-V getter in an atmosphere of molecular hydrogen at a pressure of P _sorb = 5 · 10 ^-3 Pa after chemical activation at temperatures of 550 ° C and 220 ° C.

Установка для осуществления способа включает камеру 1, в которой установлен управляемый процессорным терморегулятором нагреватель 2 с термопарой 3 и подвешен геттер 4. Масса геттера 4 контролируется торсионными микровесами 5 с трансформаторным датчиком 6. Нагреватель 2 обеспечивает режимы изотермической (когда образец в процессе измерения поддерживается при постоянной температуре) и неизотермической (когда температура образца меняется в процессе измерения) кинетики в некотором интервале состава и давлений контролируемой атмосферы в камере 1.The installation for implementing the method includes a chamber 1, in which a heater 2 controlled by a processor temperature regulator is installed with a thermocouple 3 and a getter 4 is suspended. The getter mass 4 is controlled by torsion microbalances 5 with a transformer sensor 6. The heater 2 provides isothermal modes (when the sample during measurement is maintained at a constant temperature) and nonisothermal (when the temperature of the sample changes during the measurement) kinetics in a certain range of the composition and pressure of the controlled atmosphere in EPE 1.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Для определения потоков поглощения водорода геттер 4 нагревают в вакууме или в атмосфере инертного газа при давлении остаточных газов 10^-5 Па до температуры активирования с помощью вакуумного нагревателя 2. После проведения активирования, когда образец становится химически активным, его температуру понижают до комнатной. При комнатной температуре начинается активное поглощение водорода геттером и масса образца возрастает. Изменение массы в процессе активирования и после регистрируется микровесами 5 с помощью трансформаторного датчика 6.To determine the absorption fluxes of hydrogen, getter 4 is heated in a vacuum or inert gas atmosphere with a residual gas pressure of 10 ^-5 Pa to the activation temperature using a vacuum heater 2. After activation, when the sample becomes chemically active, its temperature is reduced to room temperature. At room temperature, the active absorption of hydrogen by getter begins and the mass of the sample increases. The change in mass during activation and after is recorded by microbalance 5 using a transformer sensor 6.

Для приведения геттера в рабочее состояние его необходимо активировать - удалить с микроповерхности вглубь массы геттера химически адсорбированные газы. Активация производится при температуре 200-600°С в течение 3-30 минут. На первом этапе этого процесса, при температурах ниже 400°С, превалирует десорбция газов, адсорбированных поверхностью газопоглотителя.To bring the getter into working condition, it must be activated — to remove chemically adsorbed gases from the microsurface deep into the getter mass. Activation is carried out at a temperature of 200-600 ° C for 3-30 minutes. At the first stage of this process, at temperatures below 400 ° C, desorption of gases adsorbed by the getter surface prevails.

Фиксация изменения массы образца пористого нераспыляемого геттера вакуумметром с автоматической записью давления контролируемой атмосферы проводится при одновременном отражении на экране ПК графика закона терморегулирования, фактической температуры образца, графика изменения массы образца и графика изменения давления контролируемой атмосферы, причем минимальная температура химического активирования, время нагрева до этой температуры и давление контролируемой атмосферы при этой температуре определяют по точке минимума массы образца. Определение параметров химического активирования пористых нераспыляемых геттеров осуществляется при сравнительном анализе трех экспериментальных зависимостей, показанных на фиг.2. На зависимости Δm=f(τ) минимум массы образца геттера проявился при времени химического активирования τ=128 с. При проектировании этой точки на температурную и барическую кривую определяются температура химического активирования, t_акт=220°С, и давление остаточных газов при химическом активировании, Р_акт=3·10^-3 Па.A change in the mass of a sample of a porous non-atomized getter is recorded with a vacuum gauge with automatic recording of the controlled atmosphere pressure while simultaneously displaying on the PC screen a graph of the thermoregulation law, the actual temperature of the sample, a graph of the mass of the sample and a graph of the pressure of the controlled atmosphere, the minimum temperature of chemical activation, heating time to this temperature and pressure of the controlled atmosphere at this temperature is determined by the point of minimum mass about aztsa. The determination of the parameters of the chemical activation of porous non-sprayed getters is carried out in a comparative analysis of the three experimental dependencies shown in figure 2. In the dependence Δm = f (τ), the minimum mass of the getter sample appeared at a chemical activation time τ = 128 s. When designing this point on the temperature and baric curve, the temperature of chemical activation is determined, t _act = 220 ° C, and the pressure of the residual gases during chemical activation, P _act = 3 · 10 ^-3 Pa.

Как следует из фиг.3, количество поглощаемого водорода после химического активирования при 550°С и 220°С близко соответствуют друг другу. Таким образом, применение данного способа химического активирования нераспыляемого пористого геттера позволяет определить минимальную температуру и минимальное временя нагрева геттера при сохранении одинаковой сорбционной способности.As follows from figure 3, the amount of absorbed hydrogen after chemical activation at 550 ° C and 220 ° C closely correspond to each other. Thus, the use of this method of chemical activation of a non-sprayed porous getter allows you to determine the minimum temperature and minimum heating time of the getter while maintaining the same sorption ability.

Claims

A method for determining the parameters of the chemical activation of non-atomized porous getters, which consists in heating the studied getter in vacuum or in an inert gas atmosphere to the temperature of the chemical activation of the getter surface at which a chemically active atomically clean surface is formed, after which it is cooled to room temperature, at the same time, atmospheric pressure, mass and getter temperature are continuously measured, and the activation temperature, time to reach temperatures The activation and pressure of the controlled atmosphere at this temperature are determined by designing the corresponding time dependences of the minimum point on the dependence of the getter mass on time.