Una bomba de sublimación de titanio (TSP) es un tipo de bomba de vacío que se utiliza para eliminar el gas residual en sistemas de vacío ultraalto , manteniendo el vacío.
Su construcción y principio de funcionamiento es sencillo. Consiste en un filamento de titanio a través del cual pasa periódicamente una corriente elevada (normalmente alrededor de 40 A). Esta corriente hace que el filamento alcance la temperatura de sublimación del titanio y, por tanto, las paredes circundantes de la cámara quedan recubiertas con una fina película de titanio limpio. Dado que el titanio limpio es muy reactivo, es probable que los componentes del gas residual en la cámara que chocan con la pared de la cámara reaccionen y formen un producto sólido estable. De este modo se reduce la presión del gas en la cámara. [1]
Después de un tiempo, la película de titanio ya no estará limpia y, por tanto, se reducirá la eficacia de la bomba. Por lo tanto, después de un cierto tiempo, el filamento de titanio debe calentarse nuevamente y volver a depositarse una nueva película de titanio en la pared de la cámara. Dado que el tiempo que tarda la película de titanio en reaccionar depende de varios factores (como la composición del gas residual, la temperatura de la cámara y la presión total), el período entre sublimaciones sucesivas requiere cierta consideración. Normalmente, el operador no conoce todos estos factores, por lo que el período de sublimación se estima en función de la presión total y observando la eficacia del resultado. Algunos controladores TSP utilizan una señal del manómetro para estimar el período apropiado.
Dado que el filamento TSP tiene una vida útil finita, los TSP suelen tener varios filamentos para permitir al operador cambiar a uno nuevo sin necesidad de abrir la cámara. La sustitución de los filamentos usados se puede combinar con otros trabajos de mantenimiento. [1]
La eficacia del TSP depende de varios factores. Entre los más críticos se encuentran; el área de la película de titanio, la temperatura de las paredes de la cámara y la composición del gas residual. Por lo general, el área se maximiza al considerar dónde montar el TSP. La reactividad de la nueva película de titanio aumenta a temperaturas más bajas, por lo que es deseable enfriar la parte relevante de la cámara, normalmente usando nitrógeno líquido. Sin embargo, debido al coste del nitrógeno y a la necesidad de garantizar un suministro continuo, los TSP suelen funcionar a temperatura ambiente. Finalmente, la composición del gas residual es importante: normalmente la bomba funciona bien con los componentes más reactivos (como CO y O 2 ), pero es muy ineficaz para bombear componentes inertes como los gases nobles [1] y el metano (CH 4 ). [2] Por lo tanto, TSP debe usarse junto con otras bombas.
También son relativamente comunes otras bombas que utilizan exactamente el mismo principio de funcionamiento, pero que utilizan algo distinto del titanio como fuente. Esta familia de bombas suele denominarse bombas getter o getters y normalmente están formadas por metales que reaccionan con los componentes del gas residual que no son bombeados por el TSP. Al elegir varias de estas fuentes, se pueden atacar la mayoría de los componentes del gas residual, excepto los gases nobles.
Al montar el TSP en la cámara, se deben tener en cuenta una serie de consideraciones importantes. En primer lugar, es deseable que el filamento pueda depositarse en una superficie grande. Sin embargo, hay que tener cuidado de que el titanio no se deposite sobre nada que pueda dañar. Por ejemplo, los conductos eléctricos que contienen aisladores cerámicos fallarán si el titanio forma una película conductora que une el aislador cerámico. Las muestras pueden contaminarse con titanio si tienen línea de visión hacia la bomba. Además, el titanio es un material muy duro, por lo que la película de titanio que se acumula en el interior de la cámara puede formar escamas que caen en los componentes mecánicos (normalmente bombas y válvulas turbomoleculares) y los dañan.
Muchas cámaras que contienen TSP también tienen una bomba de iones . A menudo, la bomba de iones proporciona una buena ubicación para el TSP y algunos fabricantes promueven el uso de ambos tipos juntos. [3] Además, se ha demostrado que los TSP son eficaces contra los efectos de regurgitación de las bombas de iones. [4]