2024-01-23 13:29:00
吸气剂(getters)是维持超高真空(UHV，Ultra-High Vacuum)状态的重要组件。吸气剂的作用是捕捉和移除残余气体分子，以保持超高真空状态。吸气剂主要分为两大类：蒸散型吸气剂和非蒸散型吸气剂。
（蒸散型非掺氮吸气剂）
· 原理：通过加热蒸发吸气剂材料，使其在表面形成一层新鲜的吸附层，从而吸附气体分子。
· 常见材料：钡(Ba)、钙(Ca)、钠(Na)等金属。
· 应用：主要用于真空管、阴极射线管和部分高真空系统。
（非蒸散型锆铝吸气剂）
· 原理：通过加热激活吸气剂材料，使其表面暴露出活性位点，以吸附气体分子，不涉及材料的蒸发。
· 常见材料：钛(Ti)、锆(Zr)、钒(V)等金属及其合金。
· 应用：广泛用于超高真空系统，如粒子加速器、电子显微镜、卫星和空间探测器、MEMS器件等。
非蒸散型吸气剂(NEG，Non-Evaporable Getters)是广泛用于维持超高真空环境的重要材料。它们通过化学吸附和表面扩散的方式捕捉残余气体分子，不会蒸发或迁移，因此非常稳定和持久。
根据真空系统中的气体种类、工作温度和真空要求，选择适当的非蒸散型吸气剂。吸气剂通常以片状、丝状、网状或涂层的形式安装在真空系统的内部，确保其与气体有足够的接触面积。在使用前，吸气剂需要进行预处理和激活，以增强其吸附能力。
（感应加热激活吸气剂）
非蒸散型吸气剂需要在高温下激活，以清除其表面的氧化层并提高吸附能力。激活过程包括：
1. 加热：将吸气剂加热到特定温度，通常在400°C到900°C之间，具体温度视吸气剂材料和真空系统要求而定。
2. 保持真空：在加热过程中保持真空环境，以防止新鲜氧化层形成。
3. 降温：激活完成后，逐渐降温至工作温度。
非蒸散型吸气剂的寿命主要取决于其吸附容量和工作条件。每种吸气剂材料都有一定的吸附容量，当达到饱和时，吸气能力显著降低;过高或过低的工作温度会影响吸气剂的吸附效率和寿命;不同气体对吸气剂的吸附能力不同，高浓度的特定气体可能迅速消耗吸气剂的吸附能力。
吸气剂的激活方式主要有两种：热激活和电激活。每种方法都有其独特的机制和应用场景。
热激活是最常见的吸气剂激活方式。通过加热吸气剂，使其表面的氧化层和其他污染物挥发或分解，从而暴露出活性金属原子，增强其吸附能力。
热激活的步骤
1. 安装吸气剂：将吸气剂安装在真空系统内部的适当位置。
2. 抽真空：启动真空泵，使系统达到所需的低压环境。
3. 加热：
① 升温：缓慢加热吸气剂，通常采用电加热或通过外部加热设备。升温速率应控制在适当范围内，避免因热冲击导致材料损坏。
② 保持温度：当达到预定的激活温度时，保持该温度一定时间，以确保充分激活。激活温度和时间取决于吸气剂材料，例如，Zr-Al合金通常在400°C到600°C之间激活，保持数小时。
4. 降温：逐渐降温至工作温度，避免过快降温引起的热应力和裂纹。
电激活是一种通过电流直接加热吸气剂或其基材，从而去除表面氧化层和杂质，激活吸气剂表面的方式。
电激活的步骤
1. 安装吸气剂：将吸气剂安装在真空系统内部，并连接电源。
2. 抽真空：启动真空泵，使系统达到所需的低压环境。
3. 通电：
① 加电流：通过吸气剂或其基材通入电流，利用电阻加热效应加热吸气剂。电流的大小和持续时间根据吸气剂材料和要求确定。
② 保持电流：在达到预定的激活温度后，保持电流一定时间，确保充分激活。
4. 断电和冷却：逐渐减小电流，断电后使吸气剂自然冷却至工作温度。
通过对热激活和电激活两种方式的理解和选择，可以根据实际需求和条件，优化吸气剂的激活过程，确保其在超高真空系统中发挥最佳性能。
(某Zr-Al型吸气剂对CO、H2的吸收曲线(图左)与(图右)某Zr-Ni-V-Fe-Re型吸气剂对N2、CO、H2的吸收曲线)
吸气剂的反复激活应用是指在使用过程中，通过多次激活吸气剂来延长其使用寿命并维持其高效吸附性能。
吸气剂的表面在吸附气体分子后，逐渐被饱和，吸附能力下降。通过重新加热或电激活，可以去除已吸附的气体分子(例如通过分解或扩散的方式)，使吸气剂表面恢复活性，从而恢复其吸附能力。
热激活
1. 预热：将吸气剂加热至一定温度，通常略低于初始激活温度，以避免材料的过度退化。
2. 保持温度：在预定温度下保持一段时间，通常为数小时，以确保吸附的气体分子充分解吸。
3. 冷却：逐渐冷却至工作温度，避免因急冷导致材料损伤。
电激活
1. 通电加热：通过电流直接加热吸气剂，达到所需温度，电流大小和持续时间根据吸气剂材料和吸附状态确定。
2. 保持电流：在达到预定温度后，保持电流一定时间，确保充分解吸。
3. 断电冷却：逐渐减小电流，断电后自然冷却至工作温度。
吸气剂的反复激活应用在超高真空系统中具有重要意义。通过热激活和电激活的方法，可以有效恢复吸气剂的吸附能力，延长其使用寿命，并维持系统的高真空度。合理设计和操作反复激活过程，可以提高设备的运行效率和可靠性，降低维护成本。
介于吸气剂在超高真空系统中的广泛应用，还需要考虑到这类产品的真空封装，当器件腔体内含有吸气剂时，一个良好的封装工艺，对维持超高真空环境起到了重要的作用，金密激光已经成功研发了一套含吸气剂产品的真空封装解决方案，可以有效避免真空激光焊接烟尘问题，保障腔体气密性，获得良好的封装效果。欢迎有需要的朋友随时沟通交流!
