吸氣劑的過去和現(xiàn)在
2022-9-21
吸氣劑(Getter)一詞，在電子管領(lǐng)域和真空領(lǐng)域內(nèi)，是指一種能吸收和固定氣 體的器件。吸氣劑可分為兩大類，即蒸散型吸氣劑和非蒸散型吸氣劑。蒸散型吸氣 劑是指采用蒸發(fā)的方法，把吸氣金屬沉積在真空器件的內(nèi)壁上，以形成一種吸氣薄 膜的吸氣劑。非蒸散型吸氣劑是指在清潔處理或者所謂的激活后，便對(duì)所有的氣體 或者某幾種特定的氣體，變得十分敏感的吸氣劑。
就我們所知，最早對(duì)吸氣現(xiàn)象作出科學(xué)評(píng)價(jià)的，可追溯到 1883 年。那時(shí)，美國(guó) 的 Ftzgetald 申請(qǐng)了發(fā)現(xiàn)錳的吸氣作用的專利權(quán)。把物質(zhì)的吸氣特性正式應(yīng)用于工 業(yè)生產(chǎn)的第一個(gè)人是 Maligmani。他從 1884 年開始，應(yīng)用紅磷膠來改善白熾燈中的 真空度；直到目前，制燈工業(yè)有的還沿用這種方法。在充氣燈中，磷的作用是和水 起反應(yīng)，打斷所謂水循環(huán)，從而防止鎢金屬?gòu)臒艚z析出。此后，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里 都是采用金屬鎂來吸氣，效率很低。大約 1903 年，改用鋇做吸氣劑。除了惰性氣體 和碳?xì)浠衔镏?，與鎂相比，鋇能吸收更多種類的氣體?？墒卿^在空氣中化學(xué)性 質(zhì)十分活潑，所以在器件裝配過程中必須采取保護(hù)措施。解決的辦法之一，是把鋇 與活性較低的金屬做成合金。自 1929 年以后，電子管中廣泛使用的“Bamag”是第 一個(gè)合金型吸氣劑，含鋇 30%和鎂 70%。使用結(jié)果證明，其活性不耐久，在蒸散后容 易產(chǎn)生松散的顆粒。在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)德律風(fēng)根公司研制了兩種新的吸氣合金，即“Alba” 和“Bato”?！癆lba”是含鋇 50～60%的鋁合金。其活性比“Bamag”高，蒸散溫度 1050～ 1100℃。得鋇量占吸氣劑總量的 50%。缺點(diǎn)是長(zhǎng)期加熱吸氣劑時(shí)，鋇膜容易部分的 被鋁所覆蓋，導(dǎo)致鏡面的吸氣活性降低；而且鏡面機(jī)械強(qiáng)度也不夠，在系統(tǒng)中容易 掉顆粒而造成不良影響。“Bato”吸氣劑部分地克服了“Alba”的缺點(diǎn)，它由 24%的 鋇鋁合金(Ba50,Al50)、73%釷和 3%氧化鐵三種粉末混合而成。其優(yōu)點(diǎn)是：⑴只要加 熱到 800℃，由于釷和氧化鐵的放熱反應(yīng)，就可以把吸氣劑溫度提高到蒸散溫度； ⑵釷的鋁形成合金，從而阻止了鋁的蒸發(fā)；⑶鋇的蒸散量可達(dá) 80%，其缺點(diǎn)是：蒸 散后，還有掉顆粒的現(xiàn)象，并且氧化鐵的還原使吸氣劑的放氣量增多。
以后，又出現(xiàn)了一種“Bati”吸氣劑，它由 57%鋇鋁合金（Ba50，Al50）、36% 鈦、7%氧化鐵三種粉末混合后壓制成型。鈦的作用是提高吸氣劑的粘結(jié)強(qiáng)度，提高 補(bǔ)充熱源，和鋁形成穩(wěn)定的合金，使鋁只有在較高溫度下才能蒸發(fā)，從而減少鋇膜 被鋁覆蓋的可能性。為了避免氧化鐵還原時(shí)放氣，有的國(guó)家采用的“Bati”吸氣劑 中不加氧化鐵，但是，蒸發(fā)時(shí)需要較高的加熱溫度。
在某些情況下，很高的加熱溫度會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)零部件過熱，所以為了降低吸氣 劑的加熱溫度，意大利首先采用加入鎳的 BaAl4吸氣劑，鎳與 BaAl4合金反應(yīng)放熱量 大，其反應(yīng)式為BaAl4+4Ni→4NiAl+Ba
由于放熱反應(yīng)的效果，吸氣劑只要加熱到 720～820℃就夠了，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)所放出的 熱量可使吸氣劑溫度上升到 1200℃以上，在短時(shí)間內(nèi)蒸散出大量的鋇。由于這種吸 氣劑具有加熱溫度低、縮短蒸散時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，目前在許多電真空器件中廣泛采用的 吸氣劑即屬于這一類型。
二十世紀(jì)六十年代，為了解決當(dāng)吸氣劑蒸散時(shí)有許多金屬鋇落在熒光屏上，使 黑白顯像管屏幕產(chǎn)生暗圈的同時(shí)，由于鋇膜對(duì)電子的阻擋作用，使熒光屏發(fā)光亮度 下降的問題并為了提高每只顯像管的得鋇量，國(guó)外逐步采用所謂的摻氮吸氣劑。
摻氮的作用是：⑴控制鋇的蒸散方向。在吸氣劑蒸散的瞬間，由于氮從載氮體中釋放出來，使 管內(nèi)的真空度下降到 5×10-2～1×10-3托（1 托=133Pa）。這樣，蒸散出來的鋇蒸汽 受到氮?dú)夥肿拥淖钃?，其平均自由程縮短到小于吸氣劑至熒光屏之間的距離，因此 減少了熒光屏上鋇的蒸著量；屏上保持同樣的鋇蒸著量時(shí)，可相應(yīng)增加鋇的使用量。
⑵提高鋇膜的吸氣能力。這是因?yàn)樵诘驼婵斩认抡羯^時(shí)，由于受氣體分子沖 擊的影響，蒸散出的鋇蒸汽微粒被氣體分子所間隔，并堆積在器件的內(nèi)壁，生成疏 松鋇膜，在同量鋇的情況下，與鏡面狀鋇膜相比，其有效面積增加 2～3 倍，相應(yīng)提 高了吸氣能力。
以鋇為代表的蒸散型吸氣劑，由于它在室溫下甚為活潑，在電真空器件中得到 了廣泛的應(yīng)用。其主要缺點(diǎn)是：它可能蒸散到系統(tǒng)各處，降低電極間的絕緣性能； 如果蒸散到系統(tǒng)的高溫部分，可能引起電子發(fā)射與鋇的遷移；其蒸散鏡面又有可能 增加系統(tǒng)的極間電容；在充汞和充氮的器件（例如許多氣體放電光源）中，由于汞 蒸汽和氮?dú)庖c鋇相互作用，因此不宜使用蒸散型吸氣劑?；谝陨显颍藗冮_ 始對(duì)非蒸散型吸氣劑進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究。非蒸散型吸氣劑通常包括鋯、鈦、鉿、釷以及它們的合金。這些非蒸散型吸氣 劑特別適用于行波管、磁控管、大功率發(fā)射管、X 射線管、真空開關(guān)管、高壓整流 管、脈沖調(diào)制管等。它們對(duì)空氣和大多數(shù)其它氣體具有高的活性，通常能與 O2、CO2、 CO、N2、H2O和H2等氣體生成穩(wěn)定的化合物或固容體。對(duì)氫來說，溶解度隨溫度增加 而減少，因此，氫的平衡壓力取決于溫度和固溶的氫濃度。要使它們具備吸氣能力， 必須在真空中加溫進(jìn)行激活處理，使吸氣劑表面的固體氧化膜進(jìn)行分解，或使金屬 與氣體的生成物向體內(nèi)擴(kuò)散，產(chǎn)生高度活潑的清潔金屬表面，同時(shí)除去固溶的氫氣。
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