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低温泵真空系统的设计思想,配置,选择和计算

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-08-15 16:00:29 * 浏览: 3
十多年前,低温泵和干泵无油系统被用于与真空电子技术相关的工艺设备中,以获得超高真空,效果令人满意。在这种尝试中,将快速,清洁和可靠的低温泵的独特优势应用于真空炉。低温泵已集成到真空系统中,以实现清洁的超高真空环境。本文通过实例介绍低温泵在超高真空炉中的应用,重点介绍低温泵真空系统的设计思想,真空系统的主要配置和预防措施,低温泵的选择和计算,以及图形的详细介绍。方法低温泵系统的安装,使用和维护。对于同类真空炉的研究开发和低温泵的应用具有参考价值。通过严格控制所有研发环节,按照超高真空规格进行清洗,脱气和烘烤,真空炉的极限压力达到2×10-7Pa,从而扩展了传统真空炉的极限压力。几乎增加了一个数量级。近年来,无油真空泵已经被引入并广泛用于以半导体工业为代表的领域。因此,以低温泵+干泵为代表的无油超高真空采集系统已在半导体电子,光学镀膜系统和航空航天领域得到广泛推广。低温介质将泵送表面的温度降低到20K以下,并且泵送表面可以冷凝沸点较低的气体,从而抽出大量气体。这种利用低温泵送表面冷凝气体的泵称为低温泵或冷凝泵。它是一种使用低温介质降低表面温度以冷凝,吸附或冷凝+吸附气体,并降低泵浦空间压力以获得真空或保持真空状态的设备。作为完整的泵送系统,低温泵由两部分组成,主体是真空泵体,第二部分是压缩机。如今,冰箱式低温泵已被广泛使用,其核心是低温冰箱。基本工作过程是:首先将氦压缩到高温高压状态,然后通过热交换器将其冷却至常温氦,然后将纯化的高纯氦通过气缸进行绝热膨胀,成为低温氦。在这样的连续循环中,氦被连续地冷却并变成制冷剂-低温氦。选择低温泵的优点是:①清洁,纯净,无油,抽气范围广,可以迅速获得理想的超高真空环境;②与同口径的其他真空泵相比,低温泵的抽速更高,特别是用于泵送水蒸气的能力,③不能选择泵送的气体,杂质颗粒不影响系统工作,④可以任意角度安装,没有活动部件,没有后备泵,运行维护成本低,⑤空气暴露对系统的影响很小。在系统被切断后,压缩机可以自我保护,因此无人值守。真空系统的设计在真空炉中使用低温泵系统的问题是解决热负荷。真空炉的热负荷主要来自三个方面:①炉体侧面的热辐射;②在粘性流动状态下,气体分子带走热量;③泵送的热传导和辐射热管。低温泵在分子流动的状态下工作,并且可以忽略热源②。通过增加水冷结构可以消除热源③。该设计主要考虑来自炉体的热负荷对低温泵的影响。在真空炉中选择了多层金属反射屏。真空炉的加热温度为1300℃,共设计了6个反射屏,内三层为钼屏,其余三层为不锈钢反射屏。从理论上讲,通过辐射到达容器壁的加热器的温度约为200°C,并且温度将随着时间的推移缓慢升高。在大多数情况下,低温泵可以配备有90°弯头,可避免与真空室直接连接,从而进一步减少了传递给泵的热负荷,这也是减少热辐射的最简单,最有效的方法。在分子流动的状态下,弯头对电导的影响可以忽略不计,对于超高真空系统,它比挡板更有效。为了进一步减少泵口管的热传导和辐射对低温泵的影响,在弯管上设计了水冷结构。真空系统的结构图如图1所示。为了获得理想的超高真空并同时使用冗余技术,我们设计了一个并联的金门分子泵单元和低温泵真空系统。金门分子泵单元可用作系统的预泵,因此,当低温泵冷却时,它可以直接在分子流状态下工作。另外,当真空腔室的放气量大时,可以及时切换到金门分子泵抽气,可以延长低温泵的抽气饱和时间,节省再生时间。金门分子泵和低温泵通过气动超高真空闸阀连接到真空室。为了确保系统清洁无油,同时充分发挥低温泵的优势,选择了纯无油磁悬浮金门分子泵,前级泵使用了涡旋干式泵。干泵也用于低温泵的再生。真空系统的示意图如图2所示。真空系统的主要配置。图2真空系统的示意图。当金门分子泵单元和压缩机同时启动时,约120分钟后,低温泵的二次冷头从室温降至15K以下(可以打开低温泵阀),并且真空炉的真空度系统可以达到10-5Pa,因此低温泵可以直接从高真空开始泵送。表1真空系统主要配置的结论。这套设备是典型的中型真空炉。用于超高真空条件下的扩散焊接工艺。热容量和表面积大于相同规格的热处理炉。它具有很高的自动化程度,并配备了一个低温泵。可以发挥其显着的优势。真空炉的极限试验压力为2×10-7Pa(冷态,空炉),压力上升率为0.002Pa / h。该指标优于常用的高真空炉。目前,大多数国内低温泵的应用仍依靠进口,与其他同口径泵相比,价格相对昂贵。但是,在高清洁工艺环境,纯无油真空和超高真空领域仍具有巨大优势,就成本和使用寿命而言,低温泵并不逊色于其他泵。家用低温泵的研究和开发,尤其是压缩机技术,仍在等待成熟,期待着国内清洁真空泵行业的兴起。