+7 (495) 664 22 07 baza@vacuumpro.ru

Выбор насосов для получения сверхвысокого вакуума

Все высоковакуумные насосы могут успешно использоваться для систем создания сверхвысокого вакуума. Однако следует отметить, что многие модели насосов не могут подвергаться термической обработке до тех температур, которые требуются для быстрой дегазации. Поэтому важно минимизировать ту часть системы, которая не может быть эффективно дегазирована, а также обеспечить адекватную быстроту откачки для более высокого газовыделения из этой части. Эти насосы все больше используются для получения сверхвысокого вакуума, в особенности в системах, которые редко вентилируются до атмосферного давления. В таких видах применения первоначальная откачка системы может затягиваться, поскольку поверхности насоса и смежных элементов остаются при слишком низкой температуре для быстрого газовыделения, но как только будет достигнуто удовлетворительное предельное остаточное давление, система остается непрерывно в диапазоне сверхвысокого вакуума до тех пор, пока не произойдет отказ или не потребуется профилактическое техническое обслуживание. Например, в производственных системах осаждения тонкой пленки и системах анализа поверхности образцы вводятся и удаляются из вакуумной камеры посредством использования системы загрузочного шлюза, который постоянно сводит к минимуму приток газа.

Ниже кратко рассмотрено использование уже описанных насосов для получения сверхвысокого вакуума, а также их соответствие конкретным условиям эксплуатации.

Диффузионные насосы

Значения давления в нижнем диапазоне 10-10 или в высоком диапазоне 10-11 мм рт. ст. могут быть получены с помощью трех- или четырехступенчатого насоса совместно с эффективной ловушкой, охлаждаемой жидким азотом. Для того чтобы предотвратить обратный поток масла,такая ловушка должна обеспечивать условия, при которыхлюбая молекула масла совершала бы два или более столкновений на поверхности, непрерывно охлаждаемой до температуры жидкого азота. Значения давления в диапазоне 10-9 мм рт. ст. можно получить с помощью только водоохлаждаемой перегородки и рабочей жидкости с низким давлением пара либо типа полифенил эфира или силикона, в вакуумных камерах силикона. Диффузионные насосы эффективны в равной степени для всех газов, производители предлагают такие насосы с очень большой быстротой действия, поэтому они представляют собой подходящие насосы общего назначения для систем всех размеров. Однако удовлетворительная эксплуатация требует непрерывного технического обслуживания системы электрического нагревания, водяного или воздушного охлаждения, поддержания форвакуумного давления ниже какого-то критического уровня (часто ~0,5 мм рт. ст.) и охлаждения ловушки жидким азотом. Невыполнение любого из этих пунктов в результате приводит к загрязнению системы маслом. Очевидно, что профилактическое обслуживание является критическим фактором.

Загрязнение маслом системы с диффузионными насосами наиболее часто представляет собой результат предварительного разрежения системы до слишком низкого давления посредством механического насоса с масляным уплотнением без ловушки. Это легко можно предотвратить путем переключения на диффузионный насос, когда давление форвакуумной линии все еще находится в области вязкостного потока, или же путем использования соответствующим образом обслуживаемой эффективной ловушки форвакуумной линии.

Ограничения термической обработки, описанные выше, являются особенно жесткими для комплекса диффузионного насоса/ловушки, охлаждаемой жидким азотом, поэтому достижение предельного давления может представлять собой неприемлемо продолжительный процесс.

Рекомендация. Из-за многочисленности факторов, которые могут влиять на работу данного насоса, в связи с трудностями, возникающими при дегазации насоса и ловушки, а также учитывая большую вероятность загрязнения маслом, диффузионные насосы не рекомендуются для создания сверхвысокого вакуума. Исключением может быть потребность в низких капитальных затратах (имея в виду, что эксплуатационные затраты будут высокими) или в очень большой быстроте откачки.

Крионасосы

Крионасос обеспечивает неселективный и характерный чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума. Легко достигается очень большая быстрота действия, а простота устройства позволяет добиться надежной эксплуатации. Возможности откачки гелия, водорода и неона очень ограничены по сравнению с такими возможностями для всех других газов, но это редко представляет собой проблему в системе сверхвысокого вакуума. Главный недостаток таких насосов заключается в том, что откачиваемые газы выпускаются очень быстро, в течение 10 минут после прерывания электроснабжения, так что быстродействующий, герметичный, поддающийся термической обработке клапан является существенным для изоляции системы во время такой аварийной ситуации и для использования во время плановой регенерации насоса.

Ранее описанные ограничения термической обработки также относятся к крионасосу, хотя проблема является гораздо менее сложной, чем для диффузионного насоса. Дело в том, что большая часть крионасоса в сборе работает при низких температурах и автоматически обеспечивает, уменьшение скорости дегазации, как только запускается насос.

При процедурах предварительного разрежения как крионасоса, так и вакуумной системы нельзя допускать загрязнения, так что те же самые соображения, относятся и к данному случаю.

Рекомендация. Данный насос представляет ценность в тех случаях, когда существенной является очень большая быстрота действия. Главные проблемы этого насоса связаны с ограничениями температуры термической обработки и быстрым выпуском ранее откачанного газа в случае отключения электроэнергии. Крионасос может откачивать только небольшие количества гелия, прежде чем ему потребуется регенерация, и ни в коем случае не должен использоваться, если отсутствует значительный приток этого газа.

Турбомолекулярные насосы

Турбомолекулярный насос обеспечивает неселективный, чистый метод откачки до сверхвысокого вакуума, сочетая простоту эксплуатации и высокую надежность. Современные насосы ограничены максимальной быстротой действия 10 000 л/с, но для большинства случаев применения сверхвысокого вакуума это не является проблемой. Термообработка вакуумной системы является гораздо меньшим ограничением, чем для двух предыдущих насосов. Например, для одного коммерческого насоса температура на установочном фланце 160 °С является допустимой.

Хотя насосы эффективны дли всех газов, следует отметить ограничение при откачке водорода, одного из главных остаточных газов в системе сверхвысокого вакуума. Степень сжатия данного газа всегда меньше, чем для всех других газов, зачастую она опускается до 600 в стандартном турбомолекулярном насосе, в результате создавая предел минимального остаточного достижимого давления водорода. Например, если необходимо поддерживать парциальное давление водорода равное 1 * 10-10 мм рт. ст. в вакуумной камере, парциальное давление водорода форвакуумной линии должно поддерживаться на уровне ~6* 10-8 мм рт. ст. или ниже. Некоторые механические насосы с масляным уплотнением не могут выполнить данное требование и фактически генерируют водород посредством распада масла. В критических случаях проблема решается добавлением сублимационного титанового насоса (см. подраздел 2.7.4.1) к вакуумной камере. Альтернативным и предпочтительным вариантом является использование турбомолекулярного насоса широкого диапазона, в котором турбоступень поддерживается молекулярной вакуумной ступенью, обеспечивая степень сжатия водорода, доходящую до 107. Дополнительное преимущество заключается в том, что в насосных системах может использоваться безмасляный диафрагменный форвакуумный насос, тем самым исключающий любую возможность загрязнения маслом изданного источника.

Рекомендация. Для общих видов применения сверхвысокого вакуума турбомолекулярный насос, вероятно, представляет собой наилучший выбор среди насосов. Возрастающая надежность систем подшипников, наличие насосов с магнитными подшипниками и комбинированных высоковакуумных турбомолекулярных насосов являются важными факторами для рекомендации данного насоса. Возможность подвергать насос даже ограниченной термообработке позволяет обеспечивать оптимальную дегазацию всей системы, в особенности потому, что данная термообработка может выполняться при работающем насосе. Основная трудность, которую следует учитывать, заключается в том, что отключение электроэнергии приводит к потере быстроты действия в течение 1-2 мин. по мере замедления вращения ротора насоса, и на такой крайний случай для изоляции камеры сверхвысокого вакуума от линии откачки должен присутствовать быстродействующий, герметичный, поддающийся термообработке клапан.

Магнитные электроразрядные вакуумные (гетгерно-ионные) насосы

Магнитные электроразрядные насосы, особенно подходят для получения сверхвысокого вакуума при условии, что производительность по газу является относительно низкой. В силу простоты конструкции и отсутствия движущихся деталей они высоконадежны, легко дегазируются и обеспечивают практически бесперебойную эксплуатацию.

Их недостатки включают в себя высокую селективность откачки различных газов, значительное уменьшение быстроты действия при самых низких значениях давления, а также высокие первоначальные затраты. Они не имеют большой быстроты действия и не подходят, если необходимо откачивать очень большие количества газа главным образом потому, что такие виды применения приводят к сокращению срока службы.

Рекомендация. Магнитный электроразрядный насос, вероятно, представляет собой наилучший вариант для общих случаев применения сверхвысокого вакуума, если необходимо, чтобы низкое давление сохранялось постоянно. Он обеспечивает условия практически бесперебойной работы и имеет самый продолжительный срок службы при низких значениях давления. Однако если система должна часто совершать цикл переключения на атмосферное давление или если насос должен выдерживать значительную газовую нагрузку, например аргона в системе металлизации напылением, срок службы будет сокращаться, и более подходящим вариантом мог бы быть турбомолекулярный насос.

Сублимационные насосы

Сублимационные насосы обеспечивают откачку химически активных газов с большой быстротой при относительно низких капитальных и эксплуатационных затратах. Они не откачивают редкие газы или метан и аналогичные высокостабильные органические молекулы, поэтому должны использоваться совместно со вторым насосом, наиболее часто с сорбционно-ионным насосом, который эффективно откачивает такие газы.

Рекомендация. Сублимационный насос является незаменимым в обеспечении очень большой быстроты откачки химически реактивных газов. Насос не содержит никаких движущихся деталей, что обеспечивает высокую надежность. Обычно он представляет собой неотъемлемую часть вакуумной камеры для дегазации и поэтому эффективно дегазируется во время термической обработки. Наиболее часто используемый совместно с сорбционно-ионным насосом, он также полезен в сочетании со стандартным турбомолекулярным насосом, когда требуется очень низкое остаточное парциальное давление водорода.

Геттерные насосы без распыления геттера

Эти насосы находят применение как в очень больших системах, так и для откачки малых герметизированных устройств. Если натекающий газ представлен главным образом водородом, дейтерием или тритием, высокоскоростную откачку можно производить при температуре окружающей среды. Насосы получают широкое применение в качестве распределительных насосов в очень больших вакуумных системах, применяемых для изучения процессов в физике высоких энергий. Эти насосы используются для откачки любых химически реактивных газов.

Рекомендация. Геттерные насосы отлично откачивают водород и его изотопы, а также все химически реактивные газы, в частности в тех случаях, когда требуется простое, надежное устройство, работающее при относительно низкой температуре или, в некоторых случаях, при температуре окружающей среды. Комбинация геттерного насоса с сорбционно-ионным насосом может обеспечивать откачку водорода до очень низких значений давления. Общее количество газа, которое может откачиваться до того, как будет насыщен геттер, является весьма низким по сравнению с большинством ранее рассмотренных насосов. Данные насосы не подходят для тех случаев, когда требуется высокая производительность.

Нет товаров, соответствующих выбору

Страница в разработке - прямо сейчас здесь нет актуальных товаров, соответствующих вашему выбору.
Но у нас есть эта техника. Поэтому свяжитесь с нами по телефону или Email за информацией.