專利名稱：微腔體四極質(zhì)譜管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及對(duì)微波器件、陰極射線管(CRT)、場(chǎng)發(fā)射器件、光源等電真空器件進(jìn)行殘余氣體分析的四極質(zhì)譜管，它除了具有傳統(tǒng)四極質(zhì)譜管的功能外，還解決了體積小、真空度高的微波管、場(chǎng)發(fā)射顯示器等電真空器件在排氣過(guò)程和產(chǎn)品出廠前進(jìn)行管內(nèi)殘余氣體無(wú)損分析的難題。
背景技術(shù)：
電真空器件內(nèi)部的殘余氣體是影響電真空器件性能的主要因素之一，為了分析電真空器件中殘余氣體對(duì)器件失效的影響，往往采用質(zhì)譜分析的辦法。除小型電真空器件可采用直接放入質(zhì)譜分析真空系統(tǒng)中擊破的方法進(jìn)行取樣分析外，一般是在電真空器件的玻殼或金屬殼上預(yù)打一個(gè)沒(méi)有貫穿的孔，然后將孔和質(zhì)譜分析系統(tǒng)的管道相連接。當(dāng)真空系統(tǒng)達(dá)到一定真空度后，用開(kāi)孔裝置將該孔擊破，使管內(nèi)氣體通過(guò)孔進(jìn)入真空分析系統(tǒng)。在這種分析系統(tǒng)中，一般采用四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行殘余氣體的分析。分析真空系統(tǒng)通常由采樣器及管道、分析室、四極質(zhì)譜管、真空機(jī)組等組成，四極質(zhì)譜管一般由離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器三部分組成?，F(xiàn)今四極質(zhì)譜管放在真空腔體內(nèi)，所有電極引線集中到一只芯柱法蘭上引到真空腔體外。為保證電極引線的間隙和真空排氣性能，質(zhì)譜管的體積要在幾百到幾千毫升，而且真空腔體內(nèi)電極的表面積也比較大。由于微波管、場(chǎng)發(fā)射顯示板等器件，其內(nèi)部體積非常小，大多數(shù)僅有幾毫升到幾十毫升，大的管子也僅有幾百毫升，而且管內(nèi)真空度比較高，特別是微波管能夠達(dá)到超高真空的水平，因此管內(nèi)的殘余氣體量非常小，采用這種傳統(tǒng)的四極質(zhì)譜管和取樣真空系統(tǒng)進(jìn)行分析，待分析的殘余氣體膨脹后的壓強(qiáng)會(huì)大幅度降低，同時(shí)質(zhì)譜管和真空分析系統(tǒng)的本底氣體對(duì)分析精度會(huì)產(chǎn)生極大干擾。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型涉的目的是提供一種把常規(guī)尺寸的四極質(zhì)譜管真空腔體縮小數(shù)百倍的微腔體四極質(zhì)譜管。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型涉的微體積四極質(zhì)譜管將傳統(tǒng)的四極質(zhì)譜管各組件，應(yīng)用金屬-陶瓷真空封接技術(shù)，把管殼和四極桿合成一個(gè)特殊形狀的陶瓷管，瓷管內(nèi)制成四極桿雙曲面形狀，涂以金屬膜或金屬薄片作分析電極，電極引線直接穿過(guò)瓷桿，離子檢測(cè)器、離子源等部件的真空腔體也進(jìn)行微型化處理，內(nèi)部腔體為真空，為電子離子正常運(yùn)動(dòng)的空間，從而大大縮小了常規(guī)結(jié)構(gòu)質(zhì)譜管的腔體空間和真空內(nèi)電極的表面積，滿足了微波管、場(chǎng)發(fā)射器件等小放氣量的真空器件的殘余氣體分析。
本實(shí)用新型涉的微腔體四極質(zhì)譜管具體包括四極質(zhì)量分析器，離子源，離子檢測(cè)器，采用陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器，其中，瓷管作為真空外殼，瓷管內(nèi)腔設(shè)有四極質(zhì)量分析器的四根極桿，在四極質(zhì)量分析器的兩端面也設(shè)有金屬化導(dǎo)電層以避免電荷積累，金屬電極引針從金屬化導(dǎo)電層或四根極桿內(nèi)表面通過(guò)瓷管中的金屬化孔引出到真空瓷管腔體外，四極質(zhì)量分析器的瓷管與離子源和離子檢測(cè)器的真空腔體之間的連接為金屬-陶瓷的真空密封連接；陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器中的瓷管的內(nèi)部孔為雙曲面型孔，雙曲面型孔的內(nèi)表面做成金屬化四根極桿的電極，相鄰兩電極之間為空隙。
離子源的外殼為真空腔體，可以是金屬，也可以是陶瓷，在該真空腔體的外端面或側(cè)面設(shè)有分析氣體進(jìn)入的通道或真空連接入口法蘭，對(duì)于金屬真空腔體，電極通過(guò)制作在芯柱法蘭的電極引線引出到質(zhì)譜管外部對(duì)于陶瓷真空腔體，電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體的內(nèi)壁面上，離子源可以采用真空盤(pán)封結(jié)構(gòu)，即在該離子源中，以陶瓷環(huán)作為電極片之間的介質(zhì)間隔，第一電極片、第二電極片與陶瓷環(huán)之間以及第一電極片與四極質(zhì)量分析器的端面陶瓷部分的真空密封采用真空盤(pán)封結(jié)構(gòu)，該部分以瓷管的左端面為連接面，順序連接的次序?yàn)榈谝浑姌O片，陶瓷環(huán)，第二電極片，陶瓷環(huán)，陰極燈絲電極，陶瓷環(huán)，入口法蘭。
陰極燈絲電極通過(guò)瓷環(huán)金屬化孔引出。
所述的離子檢測(cè)器由電子倍增器組成的離子檢測(cè)器、提供電極引出的法蘭和電極引線、真空腔體組成；其真空腔體與四極質(zhì)量分析器中瓷管的右端面采用金屬-陶瓷的真空密封連接，將離子檢測(cè)器的電極通過(guò)制作在芯柱法蘭上的電極引線引出到質(zhì)譜管外部。
所述的離子檢測(cè)器中由法拉第筒組成離子檢測(cè)器，該離子檢測(cè)器直接與四極質(zhì)量分析器陶瓷管相封接。
所述的四極質(zhì)量分析器內(nèi)表面金屬化的四根極桿采用陶瓷金屬化、真空鍍膜、貼金屬膜片的方法使陶瓷表面四個(gè)電極具有導(dǎo)電性，四個(gè)電極之間保持電絕緣。
有益效果應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)可以縮小四極質(zhì)譜管真空腔體的體積，同時(shí)降低了電極表面的放氣量，降低了本底氣體的干擾，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。
本實(shí)用新型涉采用金屬-陶瓷封接技術(shù)和質(zhì)譜管結(jié)構(gòu)，制作了微腔體的質(zhì)譜管，滿足微波管等小殘余氣體量真空器件的殘余氣體分析要求。該微腔體質(zhì)譜管可以與傳統(tǒng)真空分析系統(tǒng)配合使用，也可作為微波管等器件的一個(gè)獨(dú)立部件一起排氣，管子封離后，對(duì)成品器件進(jìn)行直接的或一定期限內(nèi)的氣體分析，最后把質(zhì)譜管從器件上封離，完成器件的無(wú)損分析。


圖1是本實(shí)用新型涉的陶瓷金屬化微腔體四極質(zhì)量分析器中，瓷管1.2的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型涉的陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型涉的陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器電極從端面引出的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型涉的陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器電極從質(zhì)譜管內(nèi)表面電極引出的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本實(shí)用新型涉的微腔體四極質(zhì)譜管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是法拉第筒離子檢測(cè)器微腔體四極質(zhì)譜管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是采用盤(pán)封技術(shù)引出離子源電極的微腔體四極質(zhì)譜管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
傳統(tǒng)的四極質(zhì)譜計(jì)的質(zhì)譜管的所有電極和引線都完全放置在真空腔體內(nèi)，致使腔體體積很大，真空腔體內(nèi)電極的表面積也很大，不適合應(yīng)用于微波管和場(chǎng)發(fā)射顯示等小體積、低放氣量的真空器件的殘余氣體分析。
本實(shí)用新型涉提出了一種減小質(zhì)譜管真空腔體體積的微腔體四極質(zhì)譜管結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)，可以有效地減小質(zhì)譜管腔體的體積數(shù)百倍，使它適合微波管等小體積、低放氣量真空器件的殘余氣體分析，同時(shí)也可以替代傳統(tǒng)的四極質(zhì)譜管。
本實(shí)用新型涉所提出的方案制作微體積四極質(zhì)量分析器1，此質(zhì)譜管由內(nèi)部具有雙曲面型孔1.1的真空瓷管1.2構(gòu)成，瓷管1.2中的雙曲面型孔的內(nèi)表面采用陶瓷金屬化方法或真空鍍膜或貼金屬膜片的方法做成金屬化四極桿電極1.3，在兩電極之間設(shè)有空隙1.4，不制作金屬化電極使相鄰電極之間絕緣，在質(zhì)譜管的兩端面也制作金屬化端面電極1.5以避免電荷積累；將電極連接線從金屬化的端面向真空腔體引出的方式改為金屬電極引針1.6，從金屬化端面電極1.5或從四極質(zhì)譜管內(nèi)表面電極1.3通過(guò)真空陶瓷中的金屬化孔1.7引出到真空陶瓷腔體外，金屬電極引針1.6和金屬化孔1.7之間采用金屬化漿料填充燒結(jié)的方法實(shí)現(xiàn)真空密封，圖3引線的優(yōu)點(diǎn)是電極接觸面的局部變形不會(huì)影響四極場(chǎng)的精度。
將離子源部位2的金屬真空腔體2.7的直徑可以縮小到和離子源的直徑相當(dāng)?shù)某叽?，把真空腔體2.7與質(zhì)量分析器連接部位的腔體孔徑縮小到和金屬化陶瓷微腔體四極質(zhì)量分析器1相當(dāng)?shù)某叽纾院唾|(zhì)量分析器真空瓷管1.2直接進(jìn)行金屬-陶瓷的封接，電極通過(guò)電極引線2.9直接引出到外部，在離子源一端保留分析氣體進(jìn)入通道的真空連接入口法蘭2.10，如圖5所示。真空腔體2.7與電極芯柱法蘭2.8之間采用真空密封連接。
將離子源部位2的陶瓷真空腔體2.7的直徑可以縮小到和離子源的直徑相當(dāng)?shù)某叽?，把真空腔體2.7與質(zhì)量分析器連接部位采用金屬環(huán)分別和陶瓷真空腔體2.7，以及質(zhì)量分析器真空瓷管1.2進(jìn)行金屬-陶瓷的封接，電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體2.7的內(nèi)壁面上，通過(guò)制作在瓷管真空腔體上的金屬化孔引出到外部。
如果采用電子倍增器的離子檢測(cè)器，則離子檢測(cè)器3的真空腔體3.2的直徑由電子倍增器的種類和尺寸決定，但在和質(zhì)量分析器連接部位的腔體孔徑縮小到和金屬化陶瓷微腔體四極質(zhì)量分析器1相當(dāng)?shù)某叽纾院徒饘偬沾伤臉O質(zhì)量分析器端面的陶瓷部分采用金屬-陶瓷的封接技術(shù)進(jìn)行真空密封，將離子檢測(cè)器的電極通過(guò)制作在芯柱法蘭3.3上的電極引線3.4引出到質(zhì)譜管外部，如圖5所示。
如果采用法拉第圓筒收集極的離子檢測(cè)器3，則法拉第筒3.1直接與分析器陶瓷管采用金屬-陶瓷的封接技術(shù)相封接，如圖6所示。
圖7為一種金屬盤(pán)封離子源示意圖。第一電極片2.4、第二電極片2.3等金屬電極與陶瓷環(huán)2.5之間的真空密封采用真空盤(pán)封技術(shù)制作，燈絲2.1電極的引出線2.2與金屬化孔2.6相封接引出。采樣氣體由通道入口法蘭或金屬管2.10引入。圖7所示離子源與與圖5的方案相比，沒(méi)有離子源電極引線占用的空間，使真空腔體體積進(jìn)一步減小，但圖5方式引出線的真空密封比較簡(jiǎn)單。
工作對(duì)，將入口法蘭2.10連接到質(zhì)譜分析真空系統(tǒng)，對(duì)本發(fā)明質(zhì)譜管抽真空，當(dāng)達(dá)到符合測(cè)試要求的真空度后，開(kāi)啟為本發(fā)明配套的質(zhì)譜管供電電源并擊破待分析樣品的管殼，采集樣品氣體的質(zhì)譜信號(hào)，達(dá)到分析目的。
由于本實(shí)用新型涉的四極質(zhì)譜管比傳統(tǒng)的四極質(zhì)譜管的腔體體積縮小百倍之多，同時(shí)質(zhì)譜管能夠耐高溫烘烤，因此除具有傳統(tǒng)四極質(zhì)譜管的功能外，還能作為一個(gè)獨(dú)立的附件與被分析真空器件一起排氣，器件封離后，根據(jù)需要隨時(shí)開(kāi)啟質(zhì)譜計(jì)。由于沒(méi)有附屬取樣真空系統(tǒng)，可得到真實(shí)的氣體質(zhì)譜圖，待分析完成后，再把質(zhì)譜管從器件上封離下來(lái)，從而完成真空器件的無(wú)損分析，這是本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種微腔體四極質(zhì)譜管，包括四極質(zhì)量分析器，離子源，離子檢測(cè)器，其特征是采用陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器(1)，其中，瓷管(1.2)作為真空外殼，瓷管(1.2)內(nèi)腔設(shè)有四極質(zhì)量分析器的四根極桿(1.3)，在四極質(zhì)量分析器(1)的兩端面也設(shè)有金屬化導(dǎo)電層(1.5)以避免電荷積累，金屬電極引針(1.6)從金屬化導(dǎo)電層(1.5)或四根極桿(1.3)內(nèi)表面通過(guò)瓷管(1.2)中的金屬化孔(1.7)引出到真空瓷管(1.2)腔體外，四極質(zhì)量分析器(1)的瓷管(1.2)與離子源(2)和離子檢測(cè)器(3)的真空腔體之間的連接為金屬-陶瓷的真空密封連接；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器(1)中的瓷管(1.2)的內(nèi)部孔為雙曲面型孔(1.1)，雙曲面型孔(1.1)的內(nèi)表面做成金屬化四根極桿(1.3)的電極，相鄰兩電極之間為空隙(1.4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是離子源(2)的外殼為金屬真空腔體(2.7)，在該真空腔體(2.7)的外端面或側(cè)面設(shè)有分析氣體進(jìn)入的通道或真空連接入口法蘭(2.10)，電極通過(guò)制作在芯柱法蘭(2.8)的電極引線(2.9)引出到質(zhì)譜管外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是離子源(2)的外殼為陶瓷真空腔體(2.7)，在該真空腔體(2.7)的外端面或側(cè)面設(shè)有分析氣體進(jìn)入的通道或真空連接入口法蘭(2.10)，離子源陶瓷真空腔體(2.7)與四極質(zhì)量分析器(1)的瓷管(1.2)之間連接用金屬環(huán)作為過(guò)渡，采用金屬-陶瓷密封技術(shù)進(jìn)行封接，這時(shí)電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體(2.7)的內(nèi)壁面上，通過(guò)制作在瓷管真空腔體上的金屬化孔引出到外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是離子源(2)采用真空盤(pán)封結(jié)構(gòu)，即在該離子源(2)中，以陶瓷環(huán)(2.5)作為電極片之間的介質(zhì)間隔，第一電極片(2.4)、第二電極片(2.3)與陶瓷環(huán)(2.5)之間以及第一電極片(2.4)與四極質(zhì)量分析器(1)的端面陶瓷部分的真空密封采用真空盤(pán)封結(jié)構(gòu)，該部分以瓷管(1.2)的左端面為連接面，順序連接的次序?yàn)榈谝浑姌O片(2.4)，陶瓷環(huán)(2.5)，第二電極片(2.3)，陶瓷環(huán)(2.5)，陰極燈絲電極(2.2)，陶瓷環(huán)(2.5)，入口法蘭(2.10)，陰極燈絲電極(2.2)通過(guò)瓷環(huán)金屬化孔(2.6)引出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是所述的離子檢測(cè)器(3)由電子倍增器組成的離子檢測(cè)器(3.1)、提供電極引出的法蘭(3.3)和電極引線(3.4)、真空腔體(3.2)組成；其真空腔體(3.2)與四極質(zhì)量分析器中瓷管(1.2)的右端面采用金屬-陶瓷的真空密封連接，將離子檢測(cè)器的電極通過(guò)制作在芯柱法蘭(3.3)上的電極引線(3.4)引出到質(zhì)譜管外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微腔體四極質(zhì)譜管，其特征是所述的離子檢測(cè)器(3)中由法拉第筒組成離子檢測(cè)器(3.1)，該離子檢測(cè)器(3.1)直接與四極質(zhì)量分析器陶瓷管(1.2)相封接。
專利摘要微腔體四極質(zhì)譜管涉及對(duì)微波器件、陰極射線管(CRT)、場(chǎng)發(fā)射器件、光源等電真空器件進(jìn)行殘余氣體分析的四極質(zhì)譜管，包括四極質(zhì)量分析器，離子源，離子檢測(cè)器，其特征是采用陶瓷金屬化四極質(zhì)量分析器(1)，其中，瓷管(1.2)作為真空外殼，瓷管(1.2)內(nèi)腔設(shè)有四極質(zhì)量分析器的四根極桿(1.3)，在四極質(zhì)量分析器(1)的兩端面也設(shè)有金屬化導(dǎo)電層(1.5)以避免電荷積累，金屬電極引針(1.6)從金屬化導(dǎo)電層(1.5)或四根極桿(1.3)內(nèi)表面通過(guò)瓷管(1.2)中的金屬化孔(1.7)引出到真空瓷管(1.2)腔體外，四極質(zhì)量分析器(1)的瓷管(1.2)與離子源(2)和離子檢測(cè)器(3)的真空腔體之間的連接為金屬－陶瓷的真空密封連接。
文檔編號(hào)H01J49/26GK2751434SQ200420080549
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者張曉兵, 毛福明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)