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淺析獲得高真空超高真空的關鍵因數(shù)

更新時間:2022-01-10      點擊次數(shù):1681

 

淺析獲得高真空超高真空的關鍵因數(shù)

在許多實際應用場景,例如真空冶金、空間模擬、分析儀器、高能物理、電子顯微鏡和分子束外延 (MBE)等等, 都需要高真空 (High Vacuum/HV) 或者超高真空 (Ultra High Vacuum/UHV) 的環(huán)境。

本文將 1E-3 mbar  1E-7 mbar 之間的壓力范圍定義為高真空(HV),將 1E-7 mbar 1E-12 mbar 之間的壓力范圍定義為超高真空(UHV)。

以下內容將講述獲得高真空和超高真空的關鍵重點。

真空系統(tǒng)的設計和制造

 高真空和超高真空系統(tǒng)的設計需要遵循一定的規(guī)則,特別是所使用的材料和內外表面處理工藝,建議: 

保持系統(tǒng)清潔和充分脫氣

     為了達到*的真空度,總氣體負荷必須盡可能低。因此,在高真空超高真空條件下,系統(tǒng)的放氣率需要盡可能的低(腔體設計時的許多準則,比如最小化內表面積,都是為了減少系統(tǒng)放氣率)。

放氣是溶解、吸附以及夾雜在材料中的氣體,在真空環(huán)境下緩慢釋放出來的過程,水、油污、密封劑、潤滑劑和粘合劑是最常見的放氣來源,而即使是金屬和玻璃等固體,其材料表面或內部,在真空環(huán)境下也會釋放出氣體來。

對高真空超高真空環(huán)境可能接觸到的表面進行拋光、清潔或烘烤處理可以有效的減小系統(tǒng)放氣率,從而大大縮短達到目標壓力所需要的時間。 

高真空或超高真空系統(tǒng)需要破空時,應使用干燥的氮氣或空氣,并盡量減少暴露在空氣中的時間;系統(tǒng)長期不用時,最好在真空狀態(tài)保存。
                       選擇合適的真空泵

為了高效的獲得高真空或超高真空,首先需要選擇至少一臺真空泵作為主泵,真空泵種類很多,選擇合適的真空泵以獲得性能并盡量節(jié)省預算并不是一件簡單的事情。  

高真空或超高真空系統(tǒng)常見的主泵類型:

1、分子泵,通過高速旋轉的葉片或牽引盤來抽氣。它可以在比較高的壓力就開始工作,并在高真空和超高真空范圍內提供穩(wěn)定的抽速。

它們的缺點是會產生振動,對輕質氣體的抽速會降低,對機械沖擊和顆粒物污染也比較敏感。

 2、離子泵,是捕獲型真空泵,因為它們沒有活動部件,可靠性非常高,工作時也*沒有振動;壽命很長,并且?guī)缀醪恍枰S護;此外,離子泵可以耐受較大的輻射和磁場干擾,通過移除磁鐵,它們可以被烘烤到 450°C,這對于有些超高真空系統(tǒng)是不可少的。在實際的應用中, 對追求超高真空并且很少破空的應用,一般建議選擇二極離子泵;其它應用建議選擇 StarCell® 離子泵。

3、鈦升華泵和 NEG 吸氣劑泵,分別利用升華出來的新鮮鈦膜和吸氣材料吸附活性氣體來抽氣,兩種泵對活性氣體的抽速都很大,而對惰性氣體*沒有抽速。另外,由于總抽氣容量的原因,這兩種泵都更適合工作在氣量很少的超高真空,特別是 NEG 吸氣劑泵,當其容量耗盡時需要高溫激活,而在激活時,之前吸附的氣體會被釋放出來,這意味著系統(tǒng)的超高真空將會被破壞。

4、復合離子泵,超高真空時系統(tǒng)的主要氣載是氫氣,好多時候也會有一定的比例的惰性氣體,為了達到更好的真空度,還經常會把 StarCell ®離子泵與對氫氣抽速比較大的鈦升華泵或者 NEG 吸氣劑泵組合在一起使用,即復合離子泵。  

當主泵確認后,再根據(jù)主泵的特點和需求選擇合適的前級泵,如隔膜泵、渦旋泵、渦輪分子泵組等。為了避免油蒸汽的污染,高真空超高真空系統(tǒng)一般會選擇無油真空泵。

考慮流導的影響 

 根據(jù)定義,流導是指氣體流量除以管道兩端的壓力差,因此,流導的單位與抽速(單位時間的體積)相同。

通過某段管道連接到系統(tǒng)的真空泵,其實際有效抽速不可能大于流導。

對于高真空和超高真空系統(tǒng),真空泵與系統(tǒng)之間的流導至關重要,有時候甚至會成為系統(tǒng)的瓶頸——由于流導的限制,無論如何增大真空泵的抽速,實際有效抽速都沒有顯著的增加。

綜上所述,在設計或使用高真空或超高真空系統(tǒng)時,請牢記這些注意事項,這是實現(xiàn)系統(tǒng)性能和所需真空度的關鍵。  

如需了解更詳細的信息,歡迎您致電深圳科銳詩汀,期待您的咨詢!

 

 


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