СОРБЦИОННЫЕ НАСОСЫ

 Общие сведения о сорбции газов

Сорбция газа в вакуумной технике играет двойствен-
ную роль: положительную, когда она используется в
вакуумных насосах для удаления газа, и отрицательную,
когда в результате сорбции газов „загрязняются" обра-
батываемые поверхности и приходится тратить время и
энергию на удаление сорбированных газов и паров. Под
4*        51
сорбцией понимается способность твердого тела погло­щать газы и пары. При взаимодействии газов с тверды­ми телами газ может поглощаться поверхностью твердо­го тела, это явление носит название адсорбции, и погло­щаться всей массой твердого тела, проникая внутрь твердого тела, это явление носит название абсорбции, причем различают физическую адсорбцию и химическую адсорбцию газов, или хемосорбцию. Процесс обратной

сорбции, т. е. выделение ра­нее поглощенного твердым телом газа или пара, носит название десорбции.

При соударении молекул с поверхностью твердого те­ла некоторая часть молекул таза упруго отражается от поверхности. Однако подав­ляющая часть молекул не­которое время остается на поверхности. Время пребыва­ния (время жизни) молекул газа на поверхности твердо­го тела зависит от чистоты и природы поверхности, от рода газа, температуры поверхности и кинетической энергии молекулы, средняя величина которой определя­ется температурой газа. По истечении этого времени молекула покидает поверхность. Количество молекул, ударяющихся при данной температуре газа о поверх­ность, определяется давлением газа над поверхностью. В результате в замкнутом объеме на поверхности твер­дого тела устанавливается такая концентрация газа, при которой число десорбирующих и падающих молекул оди­наково.

Количество газа, сорбированное поверхностью твер­дого тела и соответствующее такому динамическому равновесию при постоянной температуре, описывается изотермами адсорбции. Для двух произвольно взятых температур они изображены на рис. 4-1. Как видно из рисунка, количество сорбированного газа увеличивается с увеличением давления, причем «количество адсорбиро­ванного вещества при малой его концентрации на по­верхности и низких давлениях пропорционально давле­нию. С увеличением температуры динамическое равнове­сие устанавливается при меньших количествах сорбиро­ванного газа, или соответственно при больших давле­ниях.

При сильном понижении температуры сорбирующей поверхности процесс физической адсорбции переходит в конденсацию и вымораживание газа. При повышении температуры газа и поверхности процесс физической адсорбции для некоторых веществ переходит в хемо­сорбцию газа. Качественная зависимость интенсивности процесса сорбции газа по­верхностью твердого тела от температуры представлена на рис. 4-2, на котором услов­но обозначены и области превалирующих    эффектов.

Процессы конденсации и физической адсорбции всег­да обратимы, т. е. адсорби­рованное вещество не изме­няет своих физико-химичес­ких свойств и при десорбции выделяется в первоначаль­ном виде. Довольно быстро устанавливается динамиче­ское равновесие между коли­чествами газа, находящегося в свободном и адсорбиро­ванном состояниях, в соответствии с изотермами адсорб­ции. На поверхности твердого тела газы и пары могут сорбироваться в несколько слоев. Толщина пленки сор­бированного газа определяется физическим состоянием и природой поверхности твердого тела и газа.

Хемосорбция, как правило, необратима. В случае хемосорбции для установления равновесия газа может потребоваться несколько часов. Толщина хемосорбиро-ванного слоя газа принципиально не может превышать одного молекулярного слоя.

Применительно к геттерным и геттерно-ионным на­сосам представляет интерес хемосорбция газа постоянно возобновляемой пленкой титана. До насыщения пленки хемосорбция различных газов идет практически незави­симо друг от друга. И только присутствие сложных мо­лекул углеводородов и паров воды резко снижает сорб-ционную активность титановой пленки по другим газам, как говорят, происходит „отравление" пленки. Инертные газы: аргон, неон, гелий и др. очень слабо сорбируются титаном.

В вакуумной технике для создания вакуума нашли практическое применение как процессы конденсации и физической адсорбции, так и хемосорбции, причем в ва­куумных насосах обычно все эти процессы протекают одновременно, проявляясь в большей или меньшей сте­пени.