DE2041133A1 - Evaporator for getter metals - Google Patents

Description

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Anmelder: Leybold-.Heraeus GmbH & Co. KGApplicant: Leybold-. Heraeus GmbH & Co. KG

Verdampfer für GettermetalleEvaporator for getter metals

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für Gettermetalle, insbesondere einen Titan-Verdampfer für Getterpumpen zur Hochvakuum-.erzeugung,' bei dem die Beheizung des Metallvorrates durch die von einer Glühkathode ausgehende gerichtete Elektronenstrahlung erfolgt.The invention relates to an evaporator for getter metals, in particular a titanium evaporator for getter pumps for high vacuum. in which the metal supply is heated by the directed electron radiation emanating from a hot cathode he follows.

Zur Hochvakuum-Metallverdampfung sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen der in Drahtform vorliegende Metallvorrat in eine durch Elektronenstrahlung beheizte Schmelzperle vorgeschoben wird und aus dieser verdampft» Es ist außerdem eine · Ionen-Getterpumpe bekannt, bei der ein durch Elektronen beheiztes, im Pumpeninnenraum angeordnetes Verdampferelement jeweils durch vorgeschobenes drahtförmiges Gettermaterial eine Verdampferquelle bildet.Devices are already available for high-vacuum metal evaporation known, in which the metal stock in the form of a wire is pushed into a molten bead heated by electron beams and evaporates from it »It is also a · Ion getter pump known, in which a heated by electrons, evaporator element arranged in the interior of the pump, in each case by a wire-shaped getter material pushed forward Evaporator source forms.

Die vorbekannten Ausführungsformen erfordern wegen des Vorschubs von Gettermaterial aus dem Metallvorrat einen relativ komplizierten Aufbau und sind daher für viele Anwendungsfälle ungeeignet. Die einfachste Ausbildung eines Getterverdampfers, bei dem beispielsweise ein massives Titan-Stück durch intensiven Elektronenbeschuß so hoch aufgeheizt wird., daß das Titan absublimiert oder schmilzt und in die Dampfphase übergeht, kann ebenfalls nicht alle gestellten Anforderungen erfüllen. Da der Metallvorrat für eine lange ununterbrochene Betriebsdauer groß sein soll, ergibt sich die Schwierigkeit, aus einem solchen Vorrat jeweils nur einen Teilbereich so hoch zu erhitzen, daß eine hinreichende Verdampfung eintritt, damit dabei dia Eriergieverluste durch V7iirmeleitung und Abstrahlung aus.der Masse des Materials klein bleiben.The previously known embodiments require because of the feed of getter material from the metal supply a relative complicated structure and are therefore unsuitable for many applications. The simplest design of a getter evaporator, in which, for example, a massive piece of titanium through intensive Electron bombardment is heated so high that the titanium sublimates or melts and turns into the vapor phase, can also not meet all the requirements. Since the metal supply should be large for a long uninterrupted period of operation, the difficulty arises from one to heat such a supply only a part of the range so high, that sufficient evaporation occurs so that the energy losses through V7iirmeleitung and radiation from Mass of material remain small.

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Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Verdampfer für Gettermetalle zu schaffen, der über einen großen Metallvorrat verfügt und bei dem außerdem die Erhitzung derart lokalisiert ist, daß Energieverluste und Abstrahlung gering bleiben. Dies wird geiru.lß der Erfindung dadurch erreicht, daß in den Metallvorrat ein Wärmeübertragungsstück aus einem wesentlich höher schmelzenden Metall eingebettet und mit dem Metallvorrat elektrisch leitend verbunden ist, welches aus der Oberfläche des Iletallvorrats in Richtung gegen die Elektronenquelle hervorragt. Dadurch wird das elektrische Feld zwischen Elektronenquelle und Metallvorrat so ausgebildet, daß die von der Elektronenquelle ausgesandten Elektronen im wesentlichen auf das Wärmeübertragungsstück auftreffen, wodurch bevorzugt dieses Wärmeübertragungsstück durch den intensiven Elektronenbeschuß aufgeheizt wird.The invention is based on the task of creating an evaporator for getter metals that has a large Metal supply and in which the heating is also localized in such a way that energy losses and radiation are low stay. This is achieved according to the invention in that in the metal supply a heat transfer piece from an essential higher melting metal is embedded and electrically conductively connected to the metal supply, which from the Surface of the metal reservoir in the direction towards the electron source stands out. As a result, the electric field between the electron source and the metal supply is formed in such a way that the The electrons emitted by the electron source essentially hit the heat transfer piece, which is preferred this heat transfer piece is heated by the intense electron bombardment.

Durch Wärmeleitung wird der dem Wärmeübertragungsteil benachbarte Bereich des Metallvorrates erhitzt, während zunächst der übrige Teil des Metallvorrates auf relativ niedriger Temperatur bleibt,The heat transfer part adjacent to the heat conduction becomes The area of the metal supply is heated, while initially the remaining part of the metal supply is relatively lower Temperature remains,

Der für die Funktion des Wärmeübertragungsstücks notwendige gute Wärmekontakt wird unter Umständen bei der Erstinbetriebnahme hergestellt, wenn das zu verdampfende Metall in unmittelbarer Umgebung des Wärmeübertragungsstücks schmilzt.The good thermal contact required for the function of the heat transfer piece may be established during the initial start-up produced when the metal to be evaporated melts in the immediate vicinity of the heat transfer piece.

Das Wärmeübertragungsstück kann zweckmäßig stabförmig ausgebildet sein. In einem anderen Fall kann es stegfürmig ausgebildet werden, wobei eine Platte hochkant in den Metallvorratsblock eingelassen ist · ^ner Steg kann dabei sowohl gestreckt als auch zu einem beliebigen Profil gebogen sein und schließlich sogar ringförmig ausgebildet werden.The heat transfer piece can expediently be designed in the shape of a rod. In another case, it may be formed stegfürmig, wherein a plate is vertically embedded in the metal reservoir block · ^ner web can be used both stretched and bent to a desired profile and finally even be annular.

or
Eine weitere Verbessung kann dadurch erzielt werden, daß das Wärmeübertragungsstück in Querrichtung unterteilt ist. Es kann beispielsweise aus einem Bündel von Einzeldrähten oder -fasern bestehen. Das stegförmige Wärmeübertragungsstück kann auch vorteilhaft als Drahtgitternetz ausgebildet sein. -3or
A further improvement can be achieved in that the heat transfer piece is divided in the transverse direction. For example, it can consist of a bundle of individual wires or fibers. The web-shaped heat transfer piece can also advantageously be designed as a wire mesh network. -3

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Diese zusammengesetzten Ausführungsformen bewirken, daß durch die vergrößerte Oberfläche der Wärmekontakt zwischen dem Wärmeübertragungsstück und dem zu verdampfenden Metall verbessert wird^ Außerdem wird bei Benetzung das flüssige Metall durch Kapillarwirkung zwischen den Einzelelementen des Wärmeübertragungsstücks aufsteigen, in heißere Zonen gelangen und dort verstärkt verdampfen.These composite embodiments cause by the increased surface area of thermal contact between the heat transfer piece and the metal to be evaporated is improved ^ In addition, when wetted, the liquid metal is through Capillary action between the individual elements of the heat transfer piece rise, get into hotter zones and evaporate more intensely there.

Der Metallvorrat kann vorteilhaft in massiver Blockform vorliegen; jedoch erweist sich gegebenenfalls auch eine andere Ausführungsform als zweckmäßig, bei der der Metallvorrat aus einer Reihe von auf dem stabförmigen Wärmeübertragungsstück mit gleichfalls höherschmelzenden Abstandsstücken aufgereihten . Scheiben besteht. Diese Übereinanderliegenden Scheiben werden nacheinander abgeschmolzen, wobei sich durch die Wärmeisolierung zwischen den einzelnen Scheiben im Hochvakuum besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich der Verringerung der Energieverluste ergeben.The metal supply can advantageously be in solid block form; however, another embodiment proves to be expedient if necessary, in which the metal supply is made up of a row of spacers on the rod-shaped heat transfer piece with likewise higher melting spacers. Disks. These superposed panes are melted off one after the other, the thermal insulation between the individual panes in a high vacuum resulting in particularly favorable conditions with regard to the reduction of energy losses.

Während des Betriebs eines erfindungsgemäßen Verdampfers kann das Material des Wärmeübertragungsstücks mit der Schmelze des zu verdampfenden Metalls teilweise legieren. Diese Legierung weist die gleichen günstigen Eigenschaften auf, wie die bereits bekannten Legierungen, die für Getterstoffverdampfer vorteilhaft verwendet werden. During the operation of an evaporator according to the invention, the material of the heat transfer piece can partially alloy with the melt of the metal to be evaporated. This alloy has the same favorable properties as the already known alloys which are advantageously used for getter material evaporators.

Nachdem im Betrieb die Schmelze des zu verdampfenden Materials' sich mit legiertem Material aus dem Wärmeübertragungsstück angereichert hat, überdeckt sich die Oberfläche der Schmelze mit einem Netz aus stegartigen Elementen, die aus dem Material des Wärmeübertragungsstücks bestehen und in gleicher Weise wie das Wärmeübertragungsstück wirken.After the melt of the material to be evaporated ' with alloyed material from the heat transfer piece has accumulated, the surface of the melt is covered with a network of web-like elements, which consist of the material of the heat transfer piece and in the same way act like the heat transfer piece.

Da das Wärmeübertragungsstück aus einem wesentlich höher schmelzenden Metall gegenüber dem zur Verdampfung bestimmten hergestellt sein soll, kann es zweckmäßig sein, bei einem Metallvorrat aus Titan als Werkstoff für das Wärmeübertragungsstück Tantal oder in einem anderen Fall Molybdän zu verwenden.Because the heat transfer piece from a much higher Melting metal is to be produced compared to that intended for evaporation, it can be useful in a Metal reserve made of titanium as the material for the heat transfer piece To use tantalum or in another case molybdenum.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the subject the invention shown schematically; show it:

Figur 1 eine Seitenansicht eines Verdampfers gemäß der Erfindung im Schnitt,Figure 1 is a side view of an evaporator according to the invention in section,

Figur 2 einen Verdampfer mit Scheibenunterteilung im Schnitt,FIG. 2 shows an evaporator with disk subdivision in section,

Figur 3 einen Verdampfer mit in Querrichtung unterteiltem Wärmeübertragungssxück,Figure 3 shows an evaporator with subdivided in the transverse direction Heat transfer return,

Figur 4 einen Verdampfer mit stegförmigem Warmeübertragungsotück, teilweise aufgeschnitten,FIG. 4 shows an evaporator with a web-shaped heat transfer piece, partially cut open,

Figur 5 einen Verdampfer mit stegförmigem Wärmeübertragungsstück aus Drahtgitternetz.FIG. 5 an evaporator with a web-shaped heat transfer piece made of wire mesh.

In Fig. 1 erkennt man den Metallvorrat in Form eines Blockes 1, in den ein stabförmiges Wärmeübertragungselement 2 eingebettet ist. Dieses stabförmige Vlärmeübertragungselement 2 ragt mit einem Teilstück 3 aus der Oberfläche des Blockes 1 heraus und veranlaßt durch die anliegend-;.· positive Vorspannung die vo-n einer Glühkathode H ausgehenden Elektronen zu dem in der Zeichnung erkennbaren Bahneriverlauf. Zwischen der die Elektronen emittierenden Glühkathode M und dem Block 1 liegt hierzu über eine Spannungswelle 5 eine Vorspannung von 2-5 kV, welche die aus der Glühkathode 4 austretenden Elektronen in Richtung auf das Wärmeübertragungsstück 2 beschleunigt. Die Heizspannung der Glühkathode 4 trägt etwa Io V.In Fig. 1 you can see the metal supply in the form of a block 1 in which a rod-shaped heat transfer element 2 is embedded is. A section 3 of this rod-shaped noise transmission element 2 protrudes from the surface of the block 1 out and caused by the adjacent -; · positive bias the electrons emanating from a hot cathode H to the path that can be seen in the drawing. Between the electron-emitting hot cathode M and the block 1 are biased for this purpose via a voltage wave 5 of 2-5 kV, which emerges from the hot cathode 4 Electrons accelerated in the direction of the heat transfer piece 2. The heating voltage of the hot cathode 4 carries approximately Io V.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Metallvorrat nunmehr aus übereinanderliegenden Scheiben 6,7, 8, 9,.Io, die jeweils unter Zwischenschaltung von ringförmigen Abstandsstücken 11,12,13,I¹+ auf dem stabförmigen W-lrmeübertragungsstück 2 aufgereiht sind. Die Anordnung umv Glühkathode ·+ und der Vorspannung entspricht dem Ausführungsbeip.iel nachIn the embodiment according to FIG. 2, the metal supply now consists of superposed disks 6, 7, 8, 9, .Io, which are each lined up on the rod-shaped heat transfer piece 2 ^{with the interposition of annular spacers 11, 12, 13, I 1 +} . The arrangement around the hot cathode + and the bias voltage corresponds to the example according to the example

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Fig, 1. Die Abstandstücke bestehen ebenfalls aus einem höherschmelzenden Material»Fig, 1. The spacers also consist of a higher melting point Material"

In Fig. 3 weist der Block 1 aus Gettermetall ein Wärmeübertragungsstück 16 auf, welches aus einer Mehrzahl paralleler Drähte besteht. . ·In Fig. 3, the block 1 of getter metal has a heat transfer piece 16, which consists of a plurality of parallel wires. . ·

Das Ausführungsbeispiel Figur H zeigt einen Block 1 aus Gettermetall vorzugsweise aus Titan, in den als Wärmeübertragungsstück ein Metallsteg 17 eingebettet ist.The exemplary embodiment in FIG. H shows a block 1 made of getter metal preferably made of titanium, used as a heat transfer piece a metal web 17 is embedded.

In einer anderen alternativen Ausführungsform kann dieser Steg 17 auch anders als gradlinig entlang der Oberfläche verlaufen,' zum Beispiel zu einem Kreisring gebogen sein,In another alternative embodiment, this web 17 also run differently than straight along the surface, ' for example be bent into a circular ring,

In Figur 5 ist ein stegförmiges to'ärmeübertragungsstück 18 gezeigt, das aus einem vertikal stehenden Drahtgitternetz besteht.In Figure 5, a web-shaped heat transfer piece 18 is shown, which consists of a vertical wire mesh.

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Claims (9)

ANSPRÜCHEEXPECTATIONS Verdampfer fur Gettermetalie, insbesondere Titan-Verdampfer für Getterpumpen zur Hoehvakuurnerzeugunp;, bei dem die Beheizung des Metalivorrates durch den Beschüß mit Elektronen erfolgt, die von einer Elektronenquelle erzeugt und durch eine zwischen Elektronenquelle und Metallvorrat angelegte Gleichspannung beschleunigt werden, dadurch gekennzeichnet , daP. in dem !letallvorrat (1; 6,7,8,9,10) ein Wärmeübertragungsstück (2,16,17) aus einem wesentlich höher schmelzenden Metall eingebettet und mit dem Metallvorrat elektrisch leitend verbunden ist, welches aus der Oberfläche des Metallvorrates in Richtung gegen die Elektronenquelle hervorragt.Evaporator for getter metals, especially titanium evaporators for getter pumps for high vacuum generation, in which the heating of the metal supply takes place through the bombardment with electrons, which are generated and carried out by an electron source a DC voltage applied between the electron source and the metal supply can be accelerated, thereby marked, daP. in the! lethal supply (1; 6,7,8,9,10) a heat transfer piece (2,16,17) made of a metal with a significantly higher melting point is embedded and is connected to the metal supply in an electrically conductive manner, which extends from the surface of the metal supply in the direction protrudes against the electron source. 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daft das Wärmeübertragungsstück (2,16) stabförmig ausgebildet ist.2. Evaporator according to claim 1, characterized draws, daft the heat transfer piece (2,16) is rod-shaped. 3. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das V/ärmeübertragungs stück (17) steg förmig ausgebildet ist,3. Evaporator according to claim 1, characterized in that the V / arm transfer piece (17) web is shaped, 4. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß das Warmeübertragungsstück (16) in Querrichtung unterteilt ist.4. Evaporator according to claim 1, characterized shows that the heat transfer piece (16) is divided in the transverse direction. 5. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Wärmeübertragungsstück ein Draht (18) ist.5. Evaporator according to claim 3, characterized in that the heat transfer piece is a wire (18) is. 6. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallvorrat in massiver Blockform vorliegt.6. Evaporator according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the metal supply in massive Block form is present. 7. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß der Metall-7. Evaporator according to one of claims 1 to 5, d a through characterized that the metal -2--2- 209809/0822209809/0822 ORIGINALORIGINAL Vorrat aus einer Reihe von auf dem stabförmigen VJärme-Übertragungsstück (2) mit gleichfalls höherschmelzenden Abstandsstücken C11,12,13,Ih) aufgereihten Scheiben (6,7,8,9,lo) besteht,Supply of a number of on the rod-shaped heat transfer piece (2) disks lined up with spacers C11,12,13, Ih) which also have a higher melting point (6,7,8,9, lo) exists, 8. Verdampfer nach/Anspruch 1, d a d ü r c h g e k e η η ze i c h η et , daß das Wärmeübertragungsstück■(?;■ 16,17) für einen Metallvorrat aus Titan aus Tantal besteht.8. Evaporator according to / claim 1, d a d u r c h g e k e η η ze i c h η et that the heat transfer piece ■ (?; ■ 16, 17) consists of tantalum for a metal supply made of titanium. 9. Verdampfer nach Anspruch 1, d a d u r c h "g e kennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsstück für einen Metallvorrat aus Titan aus Molybdän besteht.9. Evaporator according to claim 1, d a d u r c h "g e indicates, that the heat transfer piece for a metal supply made of titanium from molybdenum consists. Ip. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 - 5 , d a durch ge k e η η ze i c h η e t ₃ daß das Wärmeübertragungsstück aus gesintertem Material besteht. Ip. Evaporator according to one of Claims 1 to 5, since by ge ke η η I show η et ₃ that the heat transfer piece consists of sintered material. 209809/08 2 2209809/08 2 2 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL