专利名称：钛升华泵灯丝的除气工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空泵的使用方法，具体讲是钛升华泵在正常工作前，即完全升华前，对钛丝进行的预处理方法。
背景技术：
钛升华泵作为一种超高真空泵种的历史已经很长了，但是目前真空系统中的应用并不广泛，特别是在国内较少使用这种设备进行抽真空的作业。现阶段在使用钛升华泵前基本不进行钛灯丝的除气作业。部分使用单位在用钛升华泵抽真空前给钛丝加较小的电流或较大的(一般是接近完全升华电流)电流进行数分钟或十多分钟的除气处理，然后使泵升华工作。但采用现有技术的实际工作情况是用钛升华泵进行真空抽气作业，其效果极不理想，当钛升华泵升华后，由于除气不彻底，系统的气载增大，不但不会获得预期真空度，甚至真空度比钛升华泵升华前更差。这是现阶段钛升华泵应用受到限制的一个主要原因，甚至国内有许多单位都认为钛升华泵不适于在高真空系统工作。另一方面，当采用较大电流对钛丝进行预处理时，由于钛丝在非工作状态下就升华，因此严重降低了钛丝的使用寿命。
发明内容
本发明提供钛升华泵有效抽气的方法，更确切讲是提供钛升华泵在正式使用前的预处理工艺。
经对钛升华泵多次试验研究，发明人发现钛升华泵使用后(即钛灯丝升华后)系统的气载增大的主要原因是钛泵的钛灯丝除气不彻底所致，同时在系统的预处理过程中，持续承受高温烘烤的真空室内表面及系统内其它真空元件放出的气体会被灯丝吸附在表面，在钛升华泵升华期间灯丝表面的气体大量放出，使系统的气载增大，造成系统真空度变劣，甚至真空度比钛升华泵升华前更差。
针对现有技术所存在的问题，发明人经多次反复试验总结出一套新的钛升华泵预处理工艺，使钛升华泵在正常使用过程中不再存在现有技术的不足。
发明人经多次试验发现，钛丝的升华是在一个温度范围内，也就是说钛丝被加热到一个临界温度后即可发生少量的升华现象，钛丝达到临界温度是所需的电流被定义为临界升华电流。随钛丝温度的升高其升华加剧，直至完全升华。而钛丝达到这一完全升华的温度所需的电流即为材料的额定升华电流。
本发明的钛升华泵灯丝的除气工艺是在钛升华泵正常工作前，先给钛丝加除气电流，所加的除气电流在钛丝额定升华电流的二分之一至钛丝达临界升华的电流与1安培之差的范围内，除气时间不低于24小时。采用这一工艺后可以使吸附于钛丝表面的气体及钛丝体内的气体充分放出，由涡轮分子泵机组排出真空系统外，从而使钛丝表面的气载降到最小，这样在泵进行正常工作时，即在钛丝升华后，可以使系统达到预期真空度。
通过反复的实验研究和理论计算，发明人认为钛丝最佳除气电流为为额定钛丝升华电流的56％。
采用本发明的预处理工艺，可以使钛升华泵正常工作，而且不会造成系统气载增大的不足，同时系统可以在很短的时间内达到预期的真空度要求。另一方面由于本发明的预处理工艺中是给钛丝加小于临界升华电流的电流，因此在整个除气过程中钛丝不产生升华或基本不发生升华现象，因此除气作业不会使钛丝受损，也不会影响钛丝的正常使用寿命。
具体实施例方式
以下提供本发明的一个实施例。
本实施例所用的升华器由3根钛灯丝和加热器组成(使用时只用1根钛灯丝，其余2根是备件，但3根都要进行除气处理)。钛灯丝选用美国VACOM公司生产的无氩钛钼合金丝(85％钛，15％钼)，直径为2.1mm，长度141mm。其额定升华电流为48A，所对应的电压为5.3V，加额定电流产生完全升华时的灯丝表面温度为1470℃(1743K)。经相关试验表明，该材料临界升华电流为28安培，因此确定本实施例的除气电流为27A，对应电压为3.5V，经计算这时灯丝的表面温度为1094℃(1367K)，除气进行24小时。
本实施例采用溅射离子泵和钛升华泵配合作为系统主抽气泵，采用涡轮分子泵机组作为系统粗抽泵，并用来抽除系统烘烤时放出的气体。真空系统内表面积约4m2配置1台钛升华泵(1根钛丝工作)。通过对真空系统现场250℃烘烤及在整个烘烤过程中对钛升华泵钛灯丝进行除气后，溅射离子泵单独抽气，使系统真空度达到10-8Pa左右，然后给钛升华泵加上48安培的额定升华电流升华3分钟，在钛丝升华后系统真空度≤5×10-10Pa。
与本实施例相对比的是另一采用现有技术进行钛丝除气的系统该系统总内表面积约10m2，配备了28根钛丝(约0.36m2配置1根)。其升华电流为42A，除气电流为32A，除气时间5分钟。该系统的配泵方式与实施例相同。当烘烤结束后，溅射离子泵单独抽气，系统真空度达到10-8Pa，然后给28根钛灯丝加上42安培的额定升华电流升华5分钟，系统真空度仅到6×10-9Pa。根据真空公式P＝Q/S(P为真空度，Q为气载，S为抽速)可知，该系统的抽速比实施例多了10倍以上，真空度反而差了一个数量级，说明其除气不彻底，气载比实施例大了两个数量级。
发明人还进行了如下实验系统烘烤过程中不对钛丝除气，或仅用27A电流除气5-10分钟。当系统烘烤结束后，用溅射离子泵单独抽气，使系统真空度达到10-8Pa左右，然后给钛升华泵加上48安培的额定升华电流使其升华，在升华过程中，突发的出气使真空度急剧变差，从10-8Pa降到10-4Pa，有些溅射离子泵被冲击出现报警现象。系统稳定后，真空度在仍回到10-8Pa左右，有时甚至差于升华前的状况。
权利要求
1.钛升华泵灯丝的除气工艺，给钛丝加除气电流，其特征在于所加的除气电流在钛丝额定升华电流的二分之一至钛丝临界升华的电流与1安培之差的范围内，除气时间不低于24小时。
2.根据权利要求1所述的钛升华泵灯丝的除气工艺，其特征在于除气电流为钛丝额定升华电流的56％。
全文摘要
本发明涉及钛升华泵在正常工作前，对钛丝进行的预处理方法。本发明的方法是在钛升华泵正常工作前，先给钛丝加除气电流，所加的除气电流在钛丝额定升华电流的二分之一至钛丝达临界升华的电流与1安培之差的范围内，除气时间不低于24小时。采用这一工艺后可以使吸附于钛丝表面的气体及钛丝体内的气体充分放出，由涡轮分子泵机组排出真空系统外，从而使钛丝表面的气载降到最小，这样在泵进行正常工作时，即在钛丝升华后，可以使系统达到预期真空度。本发明最佳的钛丝除气电流为为额定钛丝升华电流的56％。
文档编号F04B37/00GK1920302SQ20051009625
公开日2007年2月28日 申请日期2005年10月19日 优先权日2005年10月19日
发明者蒙峻, 杨晓天, 张军辉, 张喜平, 胡振军, 侯生军, 郝斌干 申请人:中国科学院近代物理研究所