Primer uporabe kriogenske črpalke v ultra visoki vakuumski peči

Primer uporabe kriogenske črpalke v ultra visoki vakuumski peči

Pred več kot desetimi leti smo začeli uporabljati kriogensko črpalko in sistem brez suhe črpalke v brezvodnem sistemu vakuumske elektronske tehnologije za pridobivanje ultra visokega vakuuma z zadovoljivim učinkom. Ta poskus uporablja edinstvene prednosti kriogenske črpalke, ki je hitra, čista in zanesljiva do vakuumske peči. Kriogena črpalka je vgrajena v vakuumski sistem, da doseže čisto ultra visoko vakuumsko okolje. Prispevek predstavlja uporabo kriogenske črpalke v ultra visoki vakuumski peči. Idejna zasnova vakuumskega sistema za kriogeno črpalko, glavne konfiguracije in zadeve, ki jih je treba posvetiti vakuumskemu sistemu, izbira in izračun kriogenske črpalke sta predstavljena izrecno. Ima referenčno vrednost za raziskave in razvoj podobne vakuumske peči in uporabo kriogenske črpalke. S strogim nadzorom vseh raziskovalnih in razvojnih povezav, čiščenjem, razplinjevanjem in pečenjem v skladu s specifikacijo ultra visokega vakuuma je končni tlak vakuumske peči dosegel 2 10-7pa, kar je povečalo mejni tlak konvencionalne vakuumske peči za skoraj red. velikosti. V zadnjih letih so bile uvedene brezvodne vakuumske črpalke in se široko uporabljajo na področju polprevodniške industrije. Zato je sistem za pridobivanje ultra visokih vakuumov brez olja, ki ga predstavlja kriogena črpalka in suha črpalka, široko promoviran v polprevodniški elektronski tehnologiji, optičnem sistemu premazov in letalskem področju.

Z znižanjem temperature črpalne površine pod 20 K skozi nizkotemperaturni medij se lahko plin z nižjim vreliščem kondenzira na črpalni površini in lahko se ekstrahira velika količina plina. Uporaba nizkotemperaturne črpalne površine bo kondenzirana črpalka, imenovana kriogenska črpalka, ali kondenzacijska črpalka. Gre za napravo, ki kondenzira, adsorbira ali kondenzira + adsorbira plin po uporabi nizkotemperaturnega medija, da zmanjša površinsko temperaturo, tako da zmanjša pritisk črpanega prostora in pridobi ali ohrani stanje vakuuma.

Kriogena črpalka je sestavljena iz dveh delov, glavni del je telo vakuumske črpalke, drugi del pa je kompresor. Zdaj se pogosto uporablja kriogenski hladilnik črpalke, njegovo jedro je kriogeni hladilnik. Osnovni pretok je naslednji: najprej je helij stisnjen do visoke temperature in tlaka; Nato se ohladi s toplotnim izmenjevalnikom do helija pri sobni temperaturi. Očiščeni helij visoke čistosti nato adiabatsko razširimo v jeklenki, da postane helij pri nizkih temperaturah. Ko se cikel nadaljuje, se helij ohladi in postane hladilni medij - kriogeni helij.
Prednosti izbire kriogenske črpalke so:
(1) čista, čista, brez olja, črpalka je široka, lahko hitro doseže idealno ultra visoko vakuumsko okolje;
(2) v primerjavi z drugimi vakuumskimi črpalkami istega premera ima kriogenska črpalka večjo hitrost črpanja, zlasti sposobnost izločanja vodne pare;
(3) ni izbire za črpanje plina, delcev nečistoč in ne vplivajo na delovanje sistema;
(4) se lahko namesti na vsakem kotu, brez gibljivih delov, ne potrebuje prednje črpalke, obratovanje in vzdrževanje je nizka;
Izpostavljenost ozračju ima majhen vpliv na sistem, ko je kompresorska voda lahko samozaščitna, zato se lahko spozna brez nadzora.

Načrtovanje vakuumskega sistema

Največji problem pri izbiri sistema kriogene črpalke za vakuumsko peč je reševanje toplotne obremenitve. Toplotna obremenitev v vakuumski peči prihaja predvsem iz treh vidikov:
(1) toplotno sevanje s strani peči;
(2) viskozni tok, plinske molekule prenašajo toploto;
(3) toplotno prevodnost in toplotno sevanje s črpalko.

Kriopumpno delo v stanju molekularnega pretoka, vir toplote ii se lahko prezre. Vir toplote () je mogoče odpraviti z dodajanjem vodnega hlajenja. V projektu je upoštevan vpliv toplotne obremenitve peči na kriogeno črpalko. V vakuumski peči se izbere večslojni kovinski reflektor. Vakuumska peč je ogrevalna temperatura je 1300 ℃ , najvišja skupna zasnova 6 plasti odsevnega zaslona, molibdenov prelivni zaslon 3 plasti, preostali sloji so izbrani iz nerjavečega jekla reflektorja. Teoretično grelnik do stene posode s temperaturo sevanja okoli 200 ℃ , temperatura se bo sčasoma počasi dvigovala. Večina primerov, nizkotemperaturne črpalke lahko vključuje 90 ° koleno, da bi se izognili in vakuumske komore skozi, je še zmanjša na toplotno obremenitev črpalke, ki je za zmanjšanje toplotnega sevanja je najbolj preprosta in učinkovita metoda. V stanju molekularnega pretoka lahko vpliv komolca na vodnik konvekcije ignoriramo, kar je bolj učinkovito kot pregrada za ultra visoko vakuumski sistem. Da bi še dodatno zmanjšali vpliv toplotne prevodnosti in sevanja na kriogeno črpalko, je bila na pregibni cevi zasnovana vodno hlajena struktura. Struktura vakuumskega sistema je prikazana na sliki 1.

SL. 1 diagram strukture vakuumskega sistema

Da bi dobili idealni ultra visok vakuum in hkrati uporabili redundančno tehnologijo, smo vzporedno zasnovali vakuumski sistem molekulske črpalne enote in kriogenske črpalke. Enota za molekularno črpalko se lahko uporablja kot predpumpirna naprava, tako da lahko, ko se kriogenska črpalka ohladi, deluje neposredno v stanju molekularnega pretoka.

Poleg tega, ko je vakuumska komora ima veliko količino zraka, se lahko pravočasno preklopi na molekularno črpalko za odvajanje zraka, ki lahko ne samo podaljša čas črpanja nasičenosti kriogenske črpalke, ampak tudi shrani čas regeneracije. Molekularna črpalka in kriogena črpalka sta povezani s pnevmatskim ultravisokim vakuumskim zapornim ventilom in vakuumsko komoro. Da bi zagotovili, da je sistem čist brez olja in da v celoti izkoristi prednosti črpalke za kriogeno čiščenje, se izbere čista molekularna črpalka za brezvodno magnetno levitacijo, suh črpalka za vrtinčenje je izbrana za čelno črpalko in suha. črpalka se uporablja tudi za odvajanje zraka med regeneracijo kriogenske črpalke. Shematski prikaz vakuumskega sistema je prikazan na sliki 2.

SL. 2 shematski diagram vakuumskega sistema

Ko se enota molekularne črpalke in kompresor zaženejo istočasno, po približno 120 min, se sekundarna hladna glava kriogenske črpalke spusti s sobne temperature na pod 15 K (lahko se odprejo kriogena vrata ventila). V tem času lahko stopnja vakuuma sistema vakuumske peči doseže 10-5pa, tako da lahko kriogenska črpalka začne neposredno iz visokega vakuuma.

V tabeli 1 so prikazani glavni zaključki vakuumskega sistema

Ta sklop opreme je tipičen sklop srednje velikih vakuumskih peči, ki se uporablja za postopek difuzijskega varjenja pod pogojem ultra visokega vakuuma. Toplotna zmogljivost in površina sta večja od peči za toplotno obdelavo iste specifikacije, z večjo stopnjo avtomatizacije. Konfiguracija kriogenske črpalke lahko v celoti izkoristi svoje izjemne prednosti. Končni preskusni tlak vakuumske peči je 2 10-7 Pa (hladno in prazno), hitrost dviga tlaka pa je 0,002 Pa / h. Indeks je boljši od običajne visoke vakuumske peči. Trenutno je uporaba domače kriogene črpalke večinoma odvisna od uvoza, druge črpalke istega kalibra pa so tudi cene razmeroma drage. Vendar ima še vedno velike prednosti na področju čistega procesnega okolja, čistega vakuuma brez olja in ultra visokega vakuuma, kriogena črpalka pa ni slabša od drugih črpalk v smislu stroškov storitev in življenjske dobe. Domače kriogene črpalke raziskave in razvoj je še vedno zrel, še posebej kompresorsko tehnologijo, se veselimo rasti domače čiste vakuumske črpalke.