專利名稱：改進的高容量吸氣泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一改進的高容量吸氣泵，適于在例如超高真空腔或高能粒子加速器中產(chǎn)生和保持真空。
在本領域中吸氣泵是公知的且適于產(chǎn)生和保持真空。如美國專利3，780，501所述，首臺在商業(yè)上成功的吸氣泵曾在殼體中采用內(nèi)嵌吸氣金屬的帶皺褶的金屬帶。在美國專利3，609，064;3，662，552;3，961，897和4，137，012中描述了其它的吸氣泵的例子，雖然這些已有吸氣泵取得了廣泛的商業(yè)成功和市場認可，但它們?nèi)源嬖谌毕?，如在一給定的容積內(nèi)具有有限的吸收容量。
為了增加所述吸收容量，有人建議簡單地在泵殼體內(nèi)充填壓縮小團形的吸氣材料，其尺寸和形狀與醫(yī)藥領域的藥片相同;這種小團形典型地為一圓柱形，直徑5-10mm，高2-10mm。然而，當殼體中充滿這種小團時，這種松散的吸氣泵結構的氣體通道遠不能令人滿意。另一個限制小團應用的缺點是它們趨于產(chǎn)生不期望的松散的粒子;此外，由于吸氣材料在可能的點火過程中產(chǎn)生高的放熱的可能，而使這種松散的結構顯示出安全問題，當所使用的吸氣材料具有低的活化溫度時這種問題尤為嚴重。
因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一改進的吸氣泵;它基本上克服了上述的一個或更多個缺點。
本發(fā)明的另一目的是提供一改進的吸氣泵，它比現(xiàn)有技術中的吸氣泵具有一更高的單體容積吸氣率。
本發(fā)明的再一個目的是提供一改進的吸氣泵，它比現(xiàn)有技術中的吸氣泵具有一更高的單位容積吸收容量。
本發(fā)明的還一目的是提供一改進的，既不采用帶皺褶和涂層的條形也不采用小團形吸氣材料的吸氣泵。
通過下面的敘述和附圖，本發(fā)明的其它目的對本領域技術人員將變得很明顯。
從廣義上講，本發(fā)明涉及一種改進的高容量吸氣泵，它適于在例如高能粒子加速器和超高真空腔中產(chǎn)生和保持真空，所述泵包括多個由非蒸發(fā)吸氣材料制成的多孔燒結堆集的環(huán)形物(平盤)并具有;
ⅰ)具有一中心孔的第一平面;
ⅱ)第二平面(相對所述第一表面具有一較大的中心孔)，它基本上平行于第一表面，并與之相距一大約1-10.5mm(最好為2-10mm)的距離“d”;
ⅲ)第三中間平面，它基本上平行于所述第一和第二平面，并位于所述第一和第二平面之間，且距所述第一平面一大致0.5-5.0mm的厚度“t”，并具有一與所述第一平面的孔基本同心的孔;
其中，下一個環(huán)形物的第一平面與前一環(huán)形物的第二平面接觸;下一環(huán)形物的第一平面與前一環(huán)形物的第三(中間)平面由一導氣區(qū)(中間空間)隔開，導氣區(qū)的高度“c”為0.5-10mm(最好1-5mm)，其中，“t”，“d”和“c”的值相互滿足如下關系式d＝t+c所述導氣區(qū)允許氣體分子快速進入多孔吸氣結構中，多孔燒結環(huán)形物的較高的氣孔率可較好地改進吸氣效率(相對于現(xiàn)有技術中的皺褶條形物和小團或片狀物)。
所述環(huán)形物適于在殼體中堆積，并以其孔的邊緣限定一內(nèi)通道。根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵還裝備有一加熱器，用于在激活溫度及要求的工作溫度對環(huán)形物進行加熱，并具有一將所述殼體固定到一真空容器上的法蘭盤。
根據(jù)本發(fā)明泵的多孔燒結環(huán)形物可具有環(huán)形、橢圓形、多邊形和其結合的形狀(隨機地為錐形和/或斜角形)。此外，所述環(huán)形物的密度為1至5g/cm3并最好為1.5至3.5g/cm3，其表面積為0.05至1m2/g(最好0.1-1m2/g)。
根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵可在眾多的真空裝置和設備中用來保持真空，例如密封真空容器(如流體傳送管的真空瓶或真空套)，粒子加速器(如同步加速器)和超高真空腔。這種新型吸氣泵可使真空度達到10-6甚至10-12mbar(10-10Pa)。
可用來制造根據(jù)本發(fā)明的泵的不蒸發(fā)的吸氣材料的范圍很廣，例如，鋯，鈦，鉿，鉭，釷，鈾，鈮，它們的混合物和這些金屬相互之間的以及與其它金屬的合金，這些合金是或者不是金屬間化合物。這些吸氣材料可單獨使用或與其它材料，例如與抗燒結劑混合使用。作為舉例并不作為限定的用于制造所述多孔燒結環(huán)形物的非蒸發(fā)吸氣材料的系列包括a)一種合金包含84%的Zr，其余為Al，如美國專利3，203，901中所述;
b)根據(jù)美國專利3，584，253的一金屬混合物，由Zr，Ta，Hf，Nb，Ti或U混合而成;
c)根據(jù)美國專利3，926，832的例3的一種金屬混合物，其為Zr與Zr-Al合金的混合物;
d)如美國專利4，071，335中所述的金屬間化合物Zr2Ni;
e)根據(jù)美國專利4，269，624的Zr-M1-M2合金，其中M1為V或Nb，而M2為Fe或Ni;
f)根據(jù)美國專利4，306，887的Zr-Fe合金;
g)如蓋專利4，312，669中所述的某種由鋯，釩和鐵構成的合金，以及由鋯和釩以及例如錳的微量過渡金屬構成的其它合金;
h)如美國專利4，907，948所述的某種由鋯、鈦和鐵組成的合金。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述非蒸發(fā)吸氣金屬可為Zr-V-Fe合金或Zr-Ti-Fe合金，任意地與單獨的Zr和/或單獨的Ti相結合，這些物質(zhì)最終任意地為氫化物的形式。這些混合物公開于英國專利申請2，077，481，申請人已證明其特殊的優(yōu)點，如下獲得Ⅰ)一種三元粒子Zr-V-Fe非蒸發(fā)吸氣合金，當將其繪制于三元相圖中時，其組分(按重量)位于由其拐點構成的多邊形內(nèi)(重量百分比)a)75%Zr-20%V-5%Feb)45%Zr-20%V-35%Fec)45%Zr-50%V-5%FeⅡ)從Zr和Ti中選擇的粒子非蒸發(fā)吸氣金屬，其中Zr和/或Ti粒子的平均尺寸小于合金粒子。
這種結合在商業(yè)中被申請人稱為“SAES St172”。
根據(jù)本發(fā)明的泵的多孔燒結環(huán)形物的一種優(yōu)選的制造方法，從上述混合物開始，包括下面步驟A)所述非蒸發(fā)吸氣金屬被做成Zr-V-Fe和/或Zr-Ti-Fe合金粒子，任意地與單獨的Zr和/或Ti單獨的粒子及膨脹劑混合的松散粉末形;
B)所述松散粉末(或其混合物)被傾入一模型中，并在惰性氣體(例如氬)中在一大致700℃至1200℃的溫度下燒結。
所述燒結溫度700-1300℃保持幾分鐘到幾個小時，通常被認為是一種滿意的溫度區(qū)間，而較低的溫度需要較長的時間;燒結時間產(chǎn)生一種尺寸上的穩(wěn)定性。
所述合金粒子最好有一等于或大于0.15最好為0.25m2/g的預燒結表面面積和一尺寸為400μm的預燒結顆粒度，顆粒度最好為1-128μn，1-50μm更好。所述Zr和/或Ti平均粒度最好為1-55μm，其表面積為0.1-1.0m2/g，其中合金粒子和所述Zr和/或Ti粒子之間適合的重量比為10∶1至1∶1。
膨脹劑可為一包含氮和/或硫的無機和/或有機鹽，它在燒結溫度之下完全分解，例如尿素，偶氮二酰胺和/或一例如氨基甲酸銨的氨基甲酸酯，其按重量百分比的含量為0.1至15%(最好為2-10%)。偶氮二酰胺的分子式如下NH2-CO-N＝N-CO-NH2加熱器可設置在吸氣泵殼體的內(nèi)側或外側?？捎蔁醾鲗Щ驘彷椛?，例如超高真空(UHV)石英燈裝置進行加熱。
下面的附圖(

圖1-3)用作說明的目的，并不限定本發(fā)明的范圍，附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵在操作條件下的示意圖;
圖2為沿圖1中Ⅱ-Ⅱ線所截的根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵的放大的截面視圖;
圖3為根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵的一個環(huán)形物的視圖。
現(xiàn)參照附圖，特別參照圖1和圖2，如圖所示為一改進的非蒸發(fā)吸氣泵10，它有一其上帶有法蘭盤14的氣密圓柱形殼體12，法蘭盤14用于將所述殼體12固定到真空容器15上。
圖2中所示的吸氣泵10具有多個堆積于圓柱形殼體12中的多孔燒結環(huán)形物16，17，18，19，20，這些環(huán)形物由非蒸發(fā)吸氣金屬構成。每一環(huán)形物有一第一平面22和一基本上平行于第一平面22的第二平面24，該面相距第一平面一大約1-10.5mm的距離“d”。
每一環(huán)形物還有一中間平面26，它基本上平行于所述第一平面22，并置于第一平面22和第二平面24之間。
環(huán)形物16，17，18，19，20堆積在圓柱形殼體12中，即它們相互重疊在一起;前一環(huán)形物的中間平面26和下一環(huán)形物的第一平面28之間的空間(導氣區(qū))構成一導氣區(qū)且其高度為0.5-10mm(最好為1-5mm)。
吸氣泵10中還裝備有一圖中未示的熱電偶，以及一同心的內(nèi)加熱器30，該加熱器在吸氣材料的激活溫度以及工作溫度下對環(huán)形物17，18，19，20進行加熱。
根據(jù)本發(fā)明的吸氣泵與現(xiàn)有技術中的吸氣泵，在給定體積中的吸氣容量大好幾倍。盡管參照某種優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了相當詳細的描述，但應理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)可作各種變化和改型。
權利要求
1.一種適于產(chǎn)生和保持真空的改進的高容量吸氣泵，包括多個由非蒸發(fā)材料制成的多孔燒結堆積環(huán)形物，該環(huán)形物具有ⅰ)具有一中心孔的第一平面；ⅱ)第二平面(相對所述第一表面具有一較大的中心孔)，它基本上平行于第一表面，并與之相距一大約1-10.5mm(最好為2-10mm)的距離“d”；ⅲ)第三中間平面，它基本上平行于所述第一和第二平面，并位于所述第一和第二平面之間，且距所述第一平面一大致0.5-5.0mm的厚度“t”，并具有一與所述第一平面的孔基本同心的孔；其中，下一個環(huán)形物的第一平面與前一環(huán)形物的第二平面接觸；下一環(huán)形物的第一平面與前一環(huán)形物的第三(中間)平面由一導氣區(qū)(中間空間)隔開，導氣區(qū)的高度“c”為0.5-10mm(最好1-5mm)，其中，“t”，“d”和“c”的值相互滿足如下關系式d=t+c
2.如權利要求1的泵，其特征在于所述環(huán)形物堆積在殼體中，并以其孔邊緣形成一內(nèi)通道。
3.如權利要求1的泵，其特征在于，還裝備有一在激活溫度及所需的工作溫度下對環(huán)形物進行加熱的加熱器，并具有一將所述殼體固定到真空容器上的法蘭盤。
4.如權利要求1的泵，其特征在于，多孔燒結環(huán)形物的形狀可為下列之一環(huán)形，橢圓形，多邊形和其結合(任意地為錐形和/或斜角形)，且其密度為1-5g/cm3，最好為1.5-3.5g/cm3，其表面積為0.05-1m2/g(最好為0.1-1m2/g)。
5.如權利要求4的泵，其特征在于，所述非蒸發(fā)吸氣材料可從下列材料中選擇鋯，鈦，鉿，鉭，釷，鈾，鈮，它們的混合物以及這些金屬相互間和與其它金屬的合金，這些合金可以是也可以不是金屬間化合物，這些金屬可單獨使用或與其它材料，例如與抗燒結劑，混合使用。
6.如權利要求5的泵，其特征在于，所述非蒸發(fā)吸氣材料從Zr-V-Fe合金和Zr-Ti-Fe合金中選擇，任意地與單獨的Zr和/或單獨的Ti的混合，這些物質(zhì)最終任意地為氫化物的形式。
7.如權利要求6的泵，其特征在于，所述非蒸發(fā)吸氣材料是如下的混合物Ⅰ)一種三元粒子Zr-V-Fe非蒸發(fā)吸氣合金，當將其繪制于三元相圖中時，其組分(按重量)位于由其拐點構成的多邊形內(nèi)(重量百分比)a)75%Zr-20%V-5%Feb)45%Zr-20%V-35%Fec)45%Zr-50%V-5%FeⅡ)從Zr和Ti中選擇的粒子非蒸發(fā)吸氣金屬，其中Zr和/或Ti粒子的平均尺寸小于合金粒子。
8.一種生產(chǎn)權利要求6中的泵的多孔燒結環(huán)形物的方法包括如下步驟A)所述非蒸汽吸氣金屬被做成Zr-V-Fe和/或Zr-Ti-Fe合金粒子，任意地與單獨的Zr和/或Ti單獨的粒子及膨脹劑混合的松散粉末形;B)所述松散粉末(或其混合物)被傾入一模型中，并在惰性氣體(例如氬)中在一大致700℃至1200℃的溫度下燒結。
9.如權利要求8的方法，其特征在于所述合金粒子最好有一等于或大于0.15最好為0.25m2/g的預燒結表面面積和一尺寸為400μm的預燒結顆粒度，顆粒度最好為1-128μm，1-50μm更好。所述Zr和/或Ti平均粒度最好為1-55μm，其表面積為0.1-1.0m2/g，其中合金粒子和所述Zr和/或Ti粒子之間適合的重量比為10∶1至1∶1。
10.如權利要求8的方法，其特征在于膨脹劑可為一包含氮和/或硫的無機和/或有機鹽，它在燒結溫度之下完全分解，例如尿素，偶氮二酰胺和/或一例如氨基甲酸銨的氨基甲酸酯，其按重量百分比的含量為0.1至15%(最好為2-10%)。
全文摘要
一種改進的高容量吸氣泵，包括多個由非蒸發(fā)吸氣材料制成的多孔燒結堆積的環(huán)形物。
文檔編號H01J7/18GK1082669SQ93106488
公開日1994年2月23日 申請日期1993年5月31日 優(yōu)先權日1992年7月17日
發(fā)明者布魯諾·菲拉里奧 申請人:工程吸氣公司