Un captador es un depósito de material reactivo que se coloca dentro de un sistema de vacío para completar y mantener el vacío. Cuando las moléculas de gas chocan con el material captador, se combinan con él químicamente o por absorción . De este modo , el captador elimina pequeñas cantidades de gas del espacio evacuado. El captador suele ser un revestimiento aplicado a una superficie dentro de la cámara evacuada.
El vacío se crea inicialmente conectando un recipiente a una bomba de vacío . Después de lograr un vacío suficiente, el recipiente se puede sellar o se puede dejar la bomba de vacío funcionando. Los captadores son especialmente importantes en sistemas sellados, como tubos de vacío , incluidos los tubos de rayos catódicos (TRC), vidrio aislante al vacío (o vidrio de vacío) [1] y paneles aislados al vacío , que deben mantener un vacío durante mucho tiempo. Esto se debe a que las superficies internas del recipiente liberan gases absorbidos durante mucho tiempo después de que se establece el vacío. El captador elimina continuamente los residuos de un gas reactivo, como el oxígeno, siempre que se desorba de una superficie o penetre continuamente en el sistema (pequeñas fugas o difusión a través de un material permeable). Incluso en sistemas que se evacuan continuamente mediante una bomba de vacío, los captadores también se utilizan para eliminar el gas residual, a menudo para lograr un vacío mayor del que la bomba podría lograr sola. Aunque a menudo está presente en cantidades minúsculas y no tiene partes móviles, un captador se comporta en sí mismo como una bomba de vacío. Es un sumidero químico definitivo para los gases reactivos. [2] [3] [4] [5] [6]
Los captadores no pueden reaccionar con gases inertes , aunque algunos los adsorberán de forma reversible. Además, el hidrógeno suele manipularse por adsorción en lugar de por reacción.
Para evitar que se contamine con la atmósfera, el captador debe introducirse en el sistema de vacío en forma inactiva durante el montaje y activarse después de la evacuación. Esto se hace normalmente mediante calor. [7] Los distintos tipos de captadores utilizan diferentes formas de hacerlo:
Los captadores flash se preparan disponiendo un depósito de material volátil y reactivo dentro del sistema de vacío. Después de que el sistema se ha evacuado y sellado bajo vacío aproximado, el material se calienta (generalmente mediante calentamiento por inducción de radiofrecuencia ). Después de evaporarse, se deposita como un revestimiento en las superficies interiores del sistema. Los captadores flash (generalmente hechos con bario ) se utilizan comúnmente en tubos de vacío . La mayoría de los captadores se pueden ver como una mancha metálica plateada en el interior de la envoltura de vidrio del tubo. Los tubos de transmisión grandes y los sistemas especiales a menudo utilizan captadores más exóticos, incluidos aluminio , magnesio , calcio , sodio , estroncio , cesio y fósforo .
Si el captador se expone al aire atmosférico (por ejemplo, si el tubo se rompe o tiene una fuga), se vuelve blanco y se vuelve inútil. Por este motivo, los captadores flasheados solo se utilizan en sistemas sellados . Un captador de fósforo en funcionamiento se parece mucho a un captador de metal oxidado, aunque tiene un aspecto rosa o naranja iridiscente del que carecen los captadores de metal oxidado. El fósforo se utilizaba con frecuencia antes de que se desarrollaran los captadores metálicos.
En los sistemas que necesitan abrirse al aire para realizar tareas de mantenimiento, una bomba de sublimación de titanio ofrece una funcionalidad similar a la de los captadores evaporables, pero se pueden evaporar repetidamente. Como alternativa, se pueden utilizar captadores no evaporables.
Quienes no están familiarizados con dispositivos de vacío sellados, como tubos de vacío /válvulas termoiónicas, lámparas de sodio de alta presión o algunos tipos de lámparas de halogenuros metálicos , a menudo notan el depósito brillante de captador de destello y piensan erróneamente que es una señal de falla o degradación del dispositivo. Las lámparas de descarga de alta intensidad contemporáneas tienden a utilizar captadores no evaporables en lugar de captadores de destello.
Los que están familiarizados con estos dispositivos pueden hacer evaluaciones cualitativas sobre la dureza o calidad del vacío interno por la apariencia del depósito de captador instantáneo, donde un depósito brillante indica un buen vacío. A medida que el captador se agota, el depósito a menudo se vuelve fino y translúcido, particularmente en los bordes. Puede adquirir un aspecto semitranslúcido de color marrón rojizo, lo que indica sellos deficientes o un uso prolongado del dispositivo a temperaturas elevadas. Un depósito blanco, generalmente óxido de bario , indica una falla total del sello en el sistema de vacío, como se muestra en el módulo de pantalla fluorescente que se muestra arriba.
El captador de vapor típico que se utiliza en los tubos de vacío pequeños (que se ve en el tubo 12AX7, arriba) consiste en una estructura en forma de anillo hecha de una tira larga de níquel, que se pliega en un canal largo y estrecho, se llena con una mezcla de azida de bario y vidrio en polvo y luego se pliega en forma de anillo cerrado. El captador se fija con la abertura del canal hacia arriba, en dirección al vidrio, en el caso específico que se muestra arriba.
Durante la activación, mientras la bombilla todavía está conectada a la bomba, una bobina de calentamiento por inducción de RF conectada a un potente oscilador de RF que opera en la banda ISM de 27 MHz o 40,68 MHz se coloca alrededor de la bombilla en el plano del anillo. La bobina actúa como el primario de un transformador y el anillo como una sola espira en cortocircuito. Grandes corrientes de RF fluyen en el anillo, calentándolo. La bobina se mueve a lo largo del eje de la bombilla para no sobrecalentar y fundir el anillo. A medida que el anillo se calienta, la azida de bario se descompone en vapor de bario y nitrógeno. El nitrógeno se bombea hacia afuera y el bario se condensa en la bombilla por encima del plano del anillo formando un depósito similar a un espejo con una gran superficie. El vidrio en polvo en el anillo se derrite y atrapa cualquier partícula que de lo contrario podría escapar suelta dentro de la bombilla causando problemas posteriores. El bario se combina con cualquier gas libre cuando se activa y continúa actuando después de que la bombilla se sella de la bomba. Durante el uso, los electrodos internos y otras partes del tubo se calientan. Esto puede provocar que los gases adsorbidos se liberen de las piezas metálicas, como los ánodos (placas), las rejillas o las piezas porosas no metálicas, como las piezas de cerámica sinterizada. El gas queda atrapado en la gran superficie de bario reactivo de la pared del bulbo y se retira del tubo.
Los captadores no evaporables , que funcionan a alta temperatura, generalmente consisten en una película de una aleación especial, a menudo principalmente circonio ; el requisito es que los materiales de aleación formen una capa de pasivación a temperatura ambiente que desaparezca cuando se caliente. Las aleaciones comunes tienen nombres de la forma St (Stabil) seguidos de un número:
En los tubos utilizados en electrónica, el material getter recubre las placas dentro del tubo que se calientan en el funcionamiento normal; cuando los getters se utilizan dentro de sistemas de vacío más generales, como en la fabricación de semiconductores , se introducen como piezas separadas de equipo en la cámara de vacío y se activan cuando es necesario. El material getter depositado y modelado se está utilizando en el empaquetado de microelectrónica para proporcionar un vacío ultra alto en una cavidad sellada. Para mejorar la capacidad de bombeo del getter, se debe maximizar la temperatura de activación, considerando las limitaciones del proceso. [10]
Por supuesto, es importante no calentar el captador cuando el sistema no se encuentra ya en un buen vacío.
