В процессе откачки и тренировки вакуумных электронных приборов (ВЭП) с оксидосодержащими катодами состояние системы оксид-газ в равновесии определяется температурой и давлением кислорода [1]. Давление кислорода фиксируется газовыделением окружающих электродов и снижается в процессе откачки и тренировки [1]. По мере снижения в газовой фазе активности кислорода увеличивается концентрация заряженных вакансий кислорода (доноров) в оксиде, что приводит к повышению уровня Ферми и увеличению положительного поверхностного заряда поверхности [1]. Концентрацию вакансий можно определить по давлению паров оксида.

Давление паров оксидов в общем случае, согласно химической реакции xog∙M + yog∙O = MxogOyog, определяется по формуле:

где Pox- давление паров молекул MxogOyog над оксидом, атм; aOm , aOo - активности компонентов металла и кислорода в системе; xog, yog - стехиометрические коэффициенты газовой молекулы; Kog - константа равновесия образования газовых молекул из простых веществ.

В химических формулах индекс k означает компонент, s – твердую фазу, g – газовую фазу.

Суммирование вышеприведенной реакции с реакцией xos∙M + yos∙O = MxosOyos с учетом реакции О = 0.5 O2 дает реакцию диссоциации твердого оксида xog/xos∙MXos∙OYos = MXog∙OYog + xog//2∙(yog/xog - yos/xos)∙O2. По закону действующих масс давление паров молекул газообразных оксидов равно:

где Pox(T,PO2,n,s,g) - давление паров газообразного оксида с индексом «g» над твердым оксидом с индексом «s», атм; «n»– индекс элемента, образующего оксид; Kog(T,n,g), Kos(T,n,s) - константы равновесия реакций образования газообразного и твердого оксидов из простых веществ; xog, yog, xos, yos - массивы стехиометрических коэффициентов газообразного и твердого оксидов, слабо зависящие от температуры и активности кислорода; PO2

- давление кислорода, атм; T – температура, К.

Давление паров металла (оксид образующего элемента) над твердым оксидом определяется по реакции xeg/xos∙MXos∙OYos = MXeg + yos/xos∙O2. По закону действующих масс давление паров молекул элементарного соединения из атомов металла равно:

где Pe(T,PO2,n,s,g) - давление паров газообразного элементарного соединения с индексом «ge» над твердым оксидом с индексом «s», атм; Keg(T,n,g), - константа равновесия реакции образования газообразного элементарного соединения Мxge из простых веществ; xeg - стехиометрический коэффициент газообразного элементарного соединения.

На Рисунке 1-6 показаны зависимости парциальных давлений составляющих газовой фазы от температуры на линии минимума общего давления и на линии равенства скоростей испарения кислорода и металла для оксидов иттрия, бария и тория.

Список литературы

1.     Откачка электронных приборов / А. Я. Зоркин, Г. В. Конюшков. – Саратов: СГТУ, 2006. – 284 с.