吸氣劑(getters)是維持超高真空(UHV，Ultra-High Vacuum)狀態(tài)的重要組件。吸氣劑的作用是捕捉和移除殘余氣體分子，以保持超高真空狀態(tài)。吸氣劑主要分為兩大類(lèi)：蒸散型吸氣劑和非蒸散型吸氣劑。

（蒸散型非摻氮吸氣劑）

　　蒸散型吸氣劑

　　· 原理：通過(guò)加熱蒸發(fā)吸氣劑材料，使其在表面形成一層新鮮的吸附層，從而吸附氣體分子。

　　· 常見(jiàn)材料：鋇(Ba)、鈣(Ca)、鈉(Na)等金屬。

　　· 應(yīng)用：主要用于真空管、陰極射線管和部分高真空系統(tǒng)。

（非蒸散型鋯鋁吸氣劑）

　　非蒸散型吸氣劑(NEG)

　　· 原理：通過(guò)加熱激活吸氣劑材料，使其表面暴露出活性位點(diǎn)，以吸附氣體分子，不涉及材料的蒸發(fā)。

　　· 常見(jiàn)材料：鈦(Ti)、鋯(Zr)、釩(V)等金屬及其合金。

　　· 應(yīng)用：廣泛用于超高真空系統(tǒng)，如粒子加速器、電子顯微鏡、衛(wèi)星和空間探測(cè)器、MEMS器件等。

　　非蒸散型吸氣劑(NEG，Non-Evaporable Getters)是廣泛用于維持超高真空環(huán)境的重要材料。它們通過(guò)化學(xué)吸附和表面擴(kuò)散的方式捕捉殘余氣體分子，不會(huì)蒸發(fā)或遷移，因此非常穩(wěn)定和持久。

　　根據(jù)真空系統(tǒng)中的氣體種類(lèi)、工作溫度和真空要求，選擇適當(dāng)?shù)姆钦羯⑿臀鼩鈩Ｎ鼩鈩┩ǔＲ云瑺睢⒔z狀、網(wǎng)狀或涂層的形式安裝在真空系統(tǒng)的內(nèi)部，確保其與氣體有足夠的接觸面積。在使用前，吸氣劑需要進(jìn)行預(yù)處理和激活，以增強(qiáng)其吸附能力。

　　吸氣劑的激活

（感應(yīng)加熱激活吸氣劑）

　　非蒸散型吸氣劑需要在高溫下激活，以清除其表面的氧化層并提高吸附能力。激活過(guò)程包括：

　　1. 加熱：將吸氣劑加熱到特定溫度，通常在400°C到900°C之間，具體溫度視吸氣劑材料和真空系統(tǒng)要求而定。

　　2. 保持真空：在加熱過(guò)程中保持真空環(huán)境，以防止新鮮氧化層形成。

　　3. 降溫：激活完成后，逐漸降溫至工作溫度。

　　非蒸散型吸氣劑的壽命主要取決于其吸附容量和工作條件。每種吸氣劑材料都有一定的吸附容量，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，吸氣能力顯著降低;過(guò)高或過(guò)低的工作溫度會(huì)影響吸氣劑的吸附效率和壽命;不同氣體對(duì)吸氣劑的吸附能力不同，高濃度的特定氣體可能迅速消耗吸氣劑的吸附能力。

　　吸氣劑的激活方式主要有兩種：熱激活和電激活。每種方法都有其獨(dú)特的機(jī)制和應(yīng)用場(chǎng)景。

　　熱激活

　　熱激活是最常見(jiàn)的吸氣劑激活方式。通過(guò)加熱吸氣劑，使其表面的氧化層和其他污染物揮發(fā)或分解，從而暴露出活性金屬原子，增強(qiáng)其吸附能力。

　　熱激活的步驟

　　1. 安裝吸氣劑：將吸氣劑安裝在真空系統(tǒng)內(nèi)部的適當(dāng)位置。

　　2. 抽真空：?jiǎn)?dòng)真空泵，使系統(tǒng)達(dá)到所需的低壓環(huán)境。

　　3. 加熱：

　　①　升溫：緩慢加熱吸氣劑，通常采用電加熱或通過(guò)外部加熱設(shè)備。升溫速率應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，避免因熱沖擊導(dǎo)致材料損壞。

　　②　保持溫度：當(dāng)達(dá)到預(yù)定的激活溫度時(shí)，保持該溫度一定時(shí)間，以確保充分激活。激活溫度和時(shí)間取決于吸氣劑材料，例如，Zr-Al合金通常在400°C到600°C之間激活，保持?jǐn)?shù)小時(shí)。

　　4. 降溫：逐漸降溫至工作溫度，避免過(guò)快降溫引起的熱應(yīng)力和裂紋。

　　電激活

　　電激活是一種通過(guò)電流直接加熱吸氣劑或其基材，從而去除表面氧化層和雜質(zhì)，激活吸氣劑表面的方式。

　　電激活的步驟

　　1. 安裝吸氣劑：將吸氣劑安裝在真空系統(tǒng)內(nèi)部，并連接電源。

　　2. 抽真空：?jiǎn)?dòng)真空泵，使系統(tǒng)達(dá)到所需的低壓環(huán)境。

　　3. 通電：

　　①　加電流：通過(guò)吸氣劑或其基材通入電流，利用電阻加熱效應(yīng)加熱吸氣劑。電流的大小和持續(xù)時(shí)間根據(jù)吸氣劑材料和要求確定。

　　②　保持電流：在達(dá)到預(yù)定的激活溫度后，保持電流一定時(shí)間，確保充分激活。

　　4. 斷電和冷卻：逐漸減小電流，斷電后使吸氣劑自然冷卻至工作溫度。

　　通過(guò)對(duì)熱激活和電激活兩種方式的理解和選擇，可以根據(jù)實(shí)際需求和條件，優(yōu)化吸氣劑的激活過(guò)程，確保其在超高真空系統(tǒng)中發(fā)揮最佳性能。

　　吸氣劑的反復(fù)激活

　　(某Zr-Al型吸氣劑對(duì)CO、H2的吸收曲線(圖左)與(圖右)某Zr-Ni-V-Fe-Re型吸氣劑對(duì)N2、CO、H2的吸收曲線)

　　吸氣劑的反復(fù)激活應(yīng)用是指在使用過(guò)程中，通過(guò)多次激活吸氣劑來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命并維持其高效吸附性能。

　　反復(fù)激活的原理

　　吸氣劑的表面在吸附氣體分子后，逐漸被飽和，吸附能力下降。通過(guò)重新加熱或電激活，可以去除已吸附的氣體分子(例如通過(guò)分解或擴(kuò)散的方式)，使吸氣劑表面恢復(fù)活性，從而恢復(fù)其吸附能力。

　　反復(fù)激活的方法

　　熱激活

　　1. 預(yù)熱：將吸氣劑加熱至一定溫度，通常略低于初始激活溫度，以避免材料的過(guò)度退化。

　　2. 保持溫度：在預(yù)定溫度下保持一段時(shí)間，通常為數(shù)小時(shí)，以確保吸附的氣體分子充分解吸。

　　3. 冷卻：逐漸冷卻至工作溫度，避免因急冷導(dǎo)致材料損傷。

　　電激活

　　1. 通電加熱：通過(guò)電流直接加熱吸氣劑，達(dá)到所需溫度，電流大小和持續(xù)時(shí)間根據(jù)吸氣劑材料和吸附狀態(tài)確定。

　　2. 保持電流：在達(dá)到預(yù)定溫度后，保持電流一定時(shí)間，確保充分解吸。

　　3. 斷電冷卻：逐漸減小電流，斷電后自然冷卻至工作溫度。

　　吸氣劑的反復(fù)激活應(yīng)用在超高真空系統(tǒng)中具有重要意義。通過(guò)熱激活和電激活的方法，可以有效恢復(fù)吸氣劑的吸附能力，延長(zhǎng)其使用壽命，并維持系統(tǒng)的高真空度。合理設(shè)計(jì)和操作反復(fù)激活過(guò)程，可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，降低維護(hù)成本。

　　介于吸氣劑在超高真空系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，還需要考慮到這類(lèi)產(chǎn)品的真空封裝，當(dāng)器件腔體內(nèi)含有吸氣劑時(shí)，一個(gè)良好的封裝工藝，對(duì)維持超高真空環(huán)境起到了重要的作用，金密激光已經(jīng)成功研發(fā)了一套含吸氣劑產(chǎn)品的真空封裝解決方案，可以有效避免真空激光焊接煙塵問(wèn)題，保障腔體氣密性，獲得良好的封裝效果。歡迎有需要的朋友隨時(shí)溝通交流!