專利名稱：微腔體四極質譜管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對微波器件、陰極射線管(CRT)、場發(fā)射器件、光源等電真空器件進行殘余氣體分析的四極質譜管，它除了具有傳統(tǒng)四極質譜管的功能外，還解決了體積小、真空度高的微波管、場發(fā)射顯示器等電真空器件在排氣過程和產品出廠前進行管內殘余氣體無損分析的難題。
背景技術：
電真空器件內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器件失效的影響，往往采用質譜分析的辦法。除小型電真空器件可采用直接放入質譜分析真空系統(tǒng)中擊破的方法進行取樣分析外，一般是在電真空器件的玻殼或金屬殼上預打一個沒有貫穿的孔，然后將孔和質譜分析系統(tǒng)的管道相連接。當真空系統(tǒng)達到一定真空度后，用開孔裝置將該孔擊破，使管內氣體通過孔進入真空分析系統(tǒng)。在這種分析系統(tǒng)中，一般采用四極質譜計進行殘余氣體的分析。分析真空系統(tǒng)通常由采樣器及管道、分析室、四極質譜管、真空機組等組成，四極質譜管一般由離子源、質量分析器和離子檢測器三部分組成?，F今四極質譜管放在真空腔體內，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，質譜管的體積要在幾百到幾千毫升，而且真空腔體內電極的表面積也比較大。由于微波管、場發(fā)射顯示板等器件，其內部體積非常小，大多數僅有幾毫升到幾十毫升，大的管子也僅有幾百毫升，而且管內真空度比較高，特別是微波管能夠達到超高真空的水平，因此管內的殘余氣體量非常小，采用這種傳統(tǒng)的四極質譜管和取樣真空系統(tǒng)進行分析，待分析的殘余氣體膨脹后的壓強會大幅度降低，同時質譜管和真空分析系統(tǒng)的本底氣體對分析精度會產生極大干擾。

發(fā)明內容
技術問題本實用新型涉的目的是提供一種把常規(guī)尺寸的四極質譜管真空腔體縮小數百倍的微腔體四極質譜管。
技術方案為了實現以上目的，本實用新型涉的微體積四極質譜管將傳統(tǒng)的四極質譜管各組件，應用金屬-陶瓷真空封接技術，把管殼和四極桿合成一個特殊形狀的陶瓷管，瓷管內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，電極引線直接穿過瓷桿，離子檢測器、離子源等部件的真空腔體也進行微型化處理，內部腔體為真空，為電子離子正常運動的空間，從而大大縮小了常規(guī)結構質譜管的腔體空間和真空內電極的表面積，滿足了微波管、場發(fā)射器件等小放氣量的真空器件的殘余氣體分析。
本實用新型涉的微腔體四極質譜管具體包括四極質量分析器，離子源，離子檢測器，采用陶瓷金屬化四極質量分析器，其中，瓷管作為真空外殼，瓷管內腔設有四極質量分析器的四根極桿，在四極質量分析器的兩端面也設有金屬化導電層以避免電荷積累，金屬電極引針從金屬化導電層或四根極桿內表面通過瓷管中的金屬化孔引出到真空瓷管腔體外，四極質量分析器的瓷管與離子源和離子檢測器的真空腔體之間的連接為金屬-陶瓷的真空密封連接；陶瓷金屬化四極質量分析器中的瓷管的內部孔為雙曲面型孔，雙曲面型孔的內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面設有分析氣體進入的通道或真空連接入口法蘭，對于金屬真空腔體，電極通過制作在芯柱法蘭的電極引線引出到質譜管外部對于陶瓷真空腔體，電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體的內壁面上，離子源可以采用真空盤封結構，即在該離子源中，以陶瓷環(huán)作為電極片之間的介質間隔，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量分析器的端面陶瓷部分的真空密封采用真空盤封結構，該部分以瓷管的左端面為連接面，順序連接的次序為第一電極片，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。
陰極燈絲電極通過瓷環(huán)金屬化孔引出。
所述的離子檢測器由電子倍增器組成的離子檢測器、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，將離子檢測器的電極通過制作在芯柱法蘭上的電極引線引出到質譜管外部。
所述的離子檢測器中由法拉第筒組成離子檢測器，該離子檢測器直接與四極質量分析器陶瓷管相封接。
所述的四極質量分析器內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電極具有導電性，四個電極之間保持電絕緣。
有益效果應用這種結構可以縮小四極質譜管真空腔體的體積，同時降低了電極表面的放氣量，降低了本底氣體的干擾，提高了測量數據的可靠性。
本實用新型涉采用金屬-陶瓷封接技術和質譜管結構，制作了微腔體的質譜管，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獨立部件一起排氣，管子封離后，對成品器件進行直接的或一定期限內的氣體分析，最后把質譜管從器件上封離，完成器件的無損分析。


圖1是本實用新型涉的陶瓷金屬化微腔體四極質量分析器中，瓷管1.2的截面結構示意圖。
圖2是本實用新型涉的陶瓷金屬化四極質量分析器的端面結構示意圖。
圖3是本實用新型涉的陶瓷金屬化四極質量分析器電極從端面引出的結構示意圖。
圖4是本實用新型涉的陶瓷金屬化四極質量分析器電極從質譜管內表面電極引出的結構示意圖。
圖5是本實用新型涉的微腔體四極質譜管的結構示意圖。
圖6是法拉第筒離子檢測器微腔體四極質譜管的結構示意圖。
圖7是采用盤封技術引出離子源電極的微腔體四極質譜管結構示意圖。
具體實施方式
傳統(tǒng)的四極質譜計的質譜管的所有電極和引線都完全放置在真空腔體內，致使腔體體積很大，真空腔體內電極的表面積也很大，不適合應用于微波管和場發(fā)射顯示等小體積、低放氣量的真空器件的殘余氣體分析。
本實用新型涉提出了一種減小質譜管真空腔體體積的微腔體四極質譜管結構和制造技術，可以有效地減小質譜管腔體的體積數百倍，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，同時也可以替代傳統(tǒng)的四極質譜管。
本實用新型涉所提出的方案制作微體積四極質量分析器1，此質譜管由內部具有雙曲面型孔1.1的真空瓷管1.2構成，瓷管1.2中的雙曲面型孔的內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，在兩電極之間設有空隙1.4，不制作金屬化電極使相鄰電極之間絕緣，在質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或從四極質譜管內表面電極1.3通過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的方法實現真空密封，圖3引線的優(yōu)點是電極接觸面的局部變形不會影響四極場的精度。
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的尺寸，把真空腔體2.7與質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量分析器1相當的尺寸，以和質量分析器真空瓷管1.2直接進行金屬-陶瓷的封接，電極通過電極引線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的尺寸，把真空腔體2.7與質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，以及質量分析器真空瓷管1.2進行金屬-陶瓷的封接，電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體2.7的內壁面上，通過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器，則離子檢測器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量分析器1相當的尺寸，以和金屬陶瓷四極質量分析器端面的陶瓷部分采用金屬-陶瓷的封接技術進行真空密封，將離子檢測器的電極通過制作在芯柱法蘭3.3上的電極引線3.4引出到質譜管外部，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-陶瓷的封接技術相封接，如圖6所示。
圖7為一種金屬盤封離子源示意圖。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封技術制作，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，沒有離子源電極引線占用的空間，使真空腔體體積進一步減小，但圖5方式引出線的真空密封比較簡單。
工作對，將入口法蘭2.10連接到質譜分析真空系統(tǒng)，對本發(fā)明質譜管抽真空，當達到符合測試要求的真空度后，開啟為本發(fā)明配套的質譜管供電電源并擊破待分析樣品的管殼，采集樣品氣體的質譜信號，達到分析目的。
由于本實用新型涉的四極質譜管比傳統(tǒng)的四極質譜管的腔體體積縮小百倍之多，同時質譜管能夠耐高溫烘烤，因此除具有傳統(tǒng)四極質譜管的功能外，還能作為一個獨立的附件與被分析真空器件一起排氣，器件封離后，根據需要隨時開啟質譜計。由于沒有附屬取樣真空系統(tǒng)，可得到真實的氣體質譜圖，待分析完成后，再把質譜管從器件上封離下來，從而完成真空器件的無損分析，這是本發(fā)明的主要優(yōu)點。
權利要求1.一種微腔體四極質譜管，包括四極質量分析器，離子源，離子檢測器，其特征是采用陶瓷金屬化四極質量分析器(1)，其中，瓷管(1.2)作為真空外殼，瓷管(1.2)內腔設有四極質量分析器的四根極桿(1.3)，在四極質量分析器(1)的兩端面也設有金屬化導電層(1.5)以避免電荷積累，金屬電極引針(1.6)從金屬化導電層(1.5)或四根極桿(1.3)內表面通過瓷管(1.2)中的金屬化孔(1.7)引出到真空瓷管(1.2)腔體外，四極質量分析器(1)的瓷管(1.2)與離子源(2)和離子檢測器(3)的真空腔體之間的連接為金屬-陶瓷的真空密封連接；
2.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，其特征是陶瓷金屬化四極質量分析器(1)中的瓷管(1.2)的內部孔為雙曲面型孔(1.1)，雙曲面型孔(1.1)的內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.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，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)的外端面或側面設有分析氣體進入的通道或真空連接入口法蘭(2.10)，電極通過制作在芯柱法蘭(2.8)的電極引線(2.9)引出到質譜管外部。
4.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，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)的外端面或側面設有分析氣體進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)與四極質量分析器(1)的瓷管(1.2)之間連接用金屬環(huán)作為過渡，采用金屬-陶瓷密封技術進行封接，這時電極安裝或直接涂覆在瓷管真空腔體(2.7)的內壁面上，通過制作在瓷管真空腔體上的金屬化孔引出到外部。
5.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，其特征是離子源(2)采用真空盤封結構，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)與四極質量分析器(1)的端面陶瓷部分的真空密封采用真空盤封結構，該部分以瓷管(1.2)的左端面為連接面，順序連接的次序為第一電極片(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)通過瓷環(huán)金屬化孔(2.6)引出。
6.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，其特征是所述的離子檢測器(3)由電子倍增器組成的離子檢測器(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，將離子檢測器的電極通過制作在芯柱法蘭(3.3)上的電極引線(3.4)引出到質譜管外部。
7.根據權利要求1所述的微腔體四極質譜管，其特征是所述的離子檢測器(3)中由法拉第筒組成離子檢測器(3.1)，該離子檢測器(3.1)直接與四極質量分析器陶瓷管(1.2)相封接。
專利摘要微腔體四極質譜管涉及對微波器件、陰極射線管(CRT)、場發(fā)射器件、光源等電真空器件進行殘余氣體分析的四極質譜管，包括四極質量分析器，離子源，離子檢測器，其特征是采用陶瓷金屬化四極質量分析器(1)，其中，瓷管(1.2)作為真空外殼，瓷管(1.2)內腔設有四極質量分析器的四根極桿(1.3)，在四極質量分析器(1)的兩端面也設有金屬化導電層(1.5)以避免電荷積累，金屬電極引針(1.6)從金屬化導電層(1.5)或四根極桿(1.3)內表面通過瓷管(1.2)中的金屬化孔(1.7)引出到真空瓷管(1.2)腔體外，四極質量分析器(1)的瓷管(1.2)與離子源(2)和離子檢測器(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H01J49/26GK2751434SQ200420080549
公開日2006年1月11日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2004年10月27日
發(fā)明者張曉兵, 毛福明 申請人:東南大學