[发明专利]一种吸气/离子复合一体泵

说明书

本发明涉及一种吸气/离子复合一体泵，包括用作阴极的吸气剂板、连接高压的阳极筒、真空腔外壳、电引入、绝缘件、真空连接管、强磁铁等配件。工作时，可直接启动高压电源，电离后气体离子直接轰击阴极板，将吸气剂表面上的氧化层打掉，即同步完成吸气剂激活，飞溅出的吸气剂颗粒组成薄膜沉积到了阳极筒壁，对惰性气体进行了掩盖，具备了吸收惰性气体的能力。所述的吸气/离子复合一体泵通过结构设计，去除了吸气剂的激活单元，兼顾吸收惰性气体以及大大提升了吸收氢气速率。

技术领域

本发明涉及用于超高真空获得的一种吸气/离子复合一体泵。

背景技术

超高真空是离子加速器、电子显微镜等许多工业和科学仪器及相关系统运行的必要条件，为达到此真空条件通常会用到前级泵（机械泵、干泵）和高真空泵（分子泵、吸气剂泵、离子泵或者低温泵）组成的抽气系统。前级泵是获得高真空泵启动的真空条件（10^-1~10^-2Pa）前提，超高真空泵启动后，可使得真空系统的气压降至10^-6~10^-8Pa，满足了仪器正常运行。

离子泵是现有的常规获得高真空的设备，设备启动后使得真空室中存在的气体电离而生成离子和电子。电离后的气体轰击阴极板产生原子（或者原子簇）在阳极筒沉积而产生钛层。钛材料本身也具有吸气能力，可容易的与气体发生化学或物理作用来固化气体分子。但是钛膜对氢气的吸收十分有限。根据离子泵的工作原理，其吸气速率与泵的尺寸和重量呈线性关系，这样会使得离子泵无法避免其重量和尺寸的放大，较大的尺寸和重量以及小的氢气吸收速率使它们在小型或者便携式系统中较难应用。

吸气泵的工作机理是通过非蒸散型吸气剂材料制成的吸气剂片对活性气体进行吸附，活性气体包括氧气、氢气、水、碳化物和氧化物等。吸气材料由锆基合金、钛基合金或者稀土合金构成。此类泵质量比的吸气速率明显高于离子泵，比离子泵更能有效地去除氢气，但是无法对惰性气体吸附。

在重大科研装置比如离子加速器、电子显微镜以及表面处理系统中，通常会用到高真空尤其是特高真空，其系统会使用离子泵和吸气泵来维持真空。双泵组需要来自外部的两个（甚至多个）不同入口点以及供给离子泵和吸气泵的电源，从真空系统设计方面考虑，多口设计并非最优，此外，离子泵的大重量和高能耗也一直是此类系统面临的很大的问题。

中国专利201080012078和中国专利200980109641分别公开了一种包括吸气剂泵和离子泵的组合泵系统。该吸气剂泵和离子泵被串联安装于同一法兰上，设计的安装位置有所不同，尽管吸气效果有所提高，但是该设计结构并不是十分紧凑，所占用的体积也近似是溅射离子泵与吸气剂泵的体积和，此外还增加了吸气剂激活装置。

如美国US4334829专利为了解决灯丝碳元素供应问题，在溅射离子泵中的阴极换成了碳和吸气剂材料的复合板材。虽解决了碳原子的供应问题，但是其吸气剂的效能大大降低，并且在工作状态下碳元素的产生会加速吸气剂的表面钝化，致使其失去吸气能力，此结构不适用于超高真空的获得。

中国专利201711386950.2公开了一种在离子泵中安置吸气剂单元的结构，吸气剂单元内部嵌入加热丝，外接电源对其激活。该发明虽然减少了吸气剂泵的外壳，但是增大了离子泵的体积，此外，还需增加吸气剂片的激活装置。

还有一种吸气剂泵和离子泵复合抽气系统，但是这种系统只是将两个泵进行叠加，并没有从根本上减少整个系统的重量和尺寸。本发明的目的是提供一种吸气—离子复合一体泵，从根本上解决以上所述的尺寸、重量、吸气速率等问题，此外还能解决吸气剂热激活问题。

发明内容

本发明要解决的技术难点在于克服由吸气泵和离子泵组成的复合泵面临的尺寸、重量、吸气速率以及附加的吸气材料外置激活模块问题。将吸气剂材料材融入电磁场中，与产生的气体离子发生反应，形成材料吸气和气体离子撞击共同作用的复合一体泵。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种吸气/离子复合一体泵。包括：

吸气剂阴极板；