+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Вакуумные системы из стекла

Стекло

В середине 1960-х годов большинство систем среднего, высокого и сверхвысокого вакуума создавались с использованием стекла. Стеклянное дутье для научных целей было частью образования большинства экспериментаторов (4). Клапаны и соединения состояли из шлифованных стеклянных стыков со смазкой для стеклянных кранов и иногда включали уплотнительные кольца или предусматривали применение лака Glyptal® и «черного воска» (апьезона) [5]. В настоящее время по крайней мере одна компания занимается распространением на рынке сравнительно широкой гаммы стеклянных вакуумных компонентов. Стеклянные системы обеспечивают ряд преимуществ. Они относительно дешевые (в особенности если производитель способен получать стеклянное дутье). Процессы, происходящие внутри камеры, например вакуумное осаждение, химический синтез или сушка вымораживанием, хорошо видны. Стекло гладкое, имеющее относительную химическую инертность и легко очищается для вакуумных случаев применения.

Стеклянным системам свойственно несколько возможных проблем. Стекло является хрупким. Хотя оно прочное при сжатии, но характеризуется малым пределом прочности при растяжении. (Хорошо сконструированная стеклянная система будет обеспечивать сжатие зон, подвергающихся высоким значениям механического напряжения. Например, уплотнения стыков стекло-металл должны содержать слои стекла с градуированными тепловыми коэффициентами расширения. Последовательность подобранных стекол должна быть разной в зависимости от того, нагревается или охлаждается деталь во время ее использования.) Мягкое натриево-кальциево-силикатное стекло и в определенной степени боросиликатное стекло (Ругех®) имеют слабую термостойкость и размягчаются при температурах, превышающих 500-600 °С. Натрий в мягком стекле и бор в Ругех® могут вызывать химическое загрязнение некоторых процессов, используемых для производства кремниевых микроэлектронных устройств. (Кварц выдерживает тепловой удар более успешно, размягчается при более высоких температурах и не загрязняет кремниевые устройства; манипулирование с кварцем требует более совершенных навыков стеклянного дутья, поскольку кварц характеризуется ярко выраженной склонностью к расстеклованию, если он не подвергается соответствующему отжигу.) Если стеклянная или кварцевая система не подвергается термической обработке под вакуумом в течение продолжительного периода времени, выделение пара, получаемого из межузловой и поглощенной воды, ограничивает конечное давление. И наконец диффузия и проницаемость гелия, в особенности для систем с тонкой стенкой при повышенных температурах, ограничивают фоновое давление.

Сталь

Доступные немагнитные компоненты вакуумной системы из коррозионностойкой стали 304. 316 или 317 предлагаются несколькими компаниями. (Коррозионностойкая сталь 303 не подходит для использования в высоком вакууме, поскольку в нее в качестве легирующих элементов для улучшения механической обрабатываемости на станках включены материалы с высоким давлением пара - сера, фосфор и селен.).

Системы из коррозионностойкой стали обеспечивают множество преимуществ. Коррозионностойкая сталь является прочной и устойчивой ко многим химическим веществам. Существуют документально оформленные технолог ии и запатентованные фирменные процессы по очистке и полировке коррозионностойкой стали (см. подраздел 4.9). Для выполнения соответствующих приемов соединения обеспечен выбор сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, точечной сварки, высокотемпературной пайки и пайки серебром. Когда в клапанах и уплотнениях используются прокладки из мягкой меди или золота, стальные системы могут подвергаться термической обработке для десорбции загрязняющих веществ и уменьшения предельного давления. Крупномасштабное производство деталей для склада и конкуренция позволили сократить затраты. Поскольку на рынке предлагается широкое разнообразие вакуумных компонентов из коррозионностойкой стали, модифицированные согласно требованиям заказчика камеры часто могут собираться путем простого крепления болтами уже готовых элементов, подобранных из каталогов. Элементы, не продаваемые на рынке, могут быть изготовлены токарями и сварщиками при условии наличия некоторого специализированного обучения и аккуратности. Разумный выбор готовых и находящихся в запасах элементов, тщательная очистка и сборка, а также регулярная термическая обработка при повышенных температурах позволяют в результате получить систему, способную работать при предельных давлениях в диапазоне высокого и сверхвысокого вакуума.

С коррозионностойкой сталью связано несколько возможных проблем. Сырье изначально является дорогим и тяжелым. Немагнитные виды коррозионностойкой стали требуют более совершенных навыков механической обработки, чем в случае других металлов, в частности таких, как никель и определенные сплавы алюминия. (Если коррозионностойкая сталь не подвергается механической обработке именно при той скорости, которая необходима, а также при наличии достаточного количества смазочно-охлаждающей жидкости, она затвердевает при обработке.) В результате фазовых превращений немагнитные виды коррозионностойкой стали деформируются при температурах свыше 500—600 °С. Коррозионностойкая сталь подвергается отрицательному воздействию некоторых химически агрессивных газов и плазм — фтора и хлора 16]. Тяжелые металлические побочные продукты, получаемые в результате эрозии или напыления со стороны коррозионностойкой стали, могут вызывать неприемлемое загрязнение. (Производители кремниевой микроэлектроники, а также производители, связанные с ядерным синтезом с магнитным удержанием плазмы, особенно обеспокоены малыми количествами тяжелых металлических загрязняющих веществ, вызываемых корродированными или напыленными зажимными приспособлениями из коррозионностойкой стали.) Водород диффундирует внутрь и проникает через коррозионностойкую сталь, ограничивая предельное давление. Нагревание увеличивает скорость диффузии и проницаемости. Скорость диффузии также зависит от состава. Водород проникает через хромистую сталь со скоростью, составляющей от 0,1 до 0,01 скорости, с которой он проходит через чистое железо. Добавка углерода к железу с целью получения мягкой стали увеличивает скорость диффузии водорода. Углерод также создает фон из оксида углерода.

Если фоновые давления водорода и оксида углерода не вызывают проблем, то «мягкая» (низкоуглеродистая, холоднокатаная) сталь представляет собой хороший вакуумный материал, если поверхность свободна от ржавчины. Мягкие стали могут покрываться гальваническим слоем меди, затем никеля или меди и никеля с последующим покрытием хромом во избежание проблем с ржавчиной (и увеличения твердости поверхности). Мягкая сталь представляет собой экономичную альтернативу коррозионностойкой стали для изготовления больших вакуумных систем с умеренными показателями эффективности работы. Проблемы возникают, если непреднамеренно закупается пористое литое сырье или сырье с высоким содержанием серы. Конечно, мягкая сталь является магнитной и поэтому не подходит для систем, в которых присутствуют сильные магнитные поля.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

 

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

 

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров - свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.