低温泵真空系统的设计思想，配置，选择和计算

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分子泵单元和低温泵真空系统。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。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。