Kryogeenisen pumpun käyttöesimerkki erittäin korkean tyhjiöuunin yhteydessä

Kryogeenisen pumpun käyttöesimerkki erittäin korkean tyhjiöuunin yhteydessä

Yli kymmenen vuotta sitten aloimme käyttää kryogeenistä pumppua ja kuivapumppuöljyjärjestelmää tyhjiöelektroniikkaan liittyvässä prosessilaitteistossa ultra-korkean tyhjiön saamiseksi tyydyttävällä vaikutuksella. Tämä pyrkii käyttämään kryogeenisen pumpun, joka on nopea, puhdas ja luotettava, ainutlaatuisia etuja tyhjiöuuniin. Kryogeeninen pumppu sisällytetään tyhjiöjärjestelmään puhtaan, erittäin korkean tyhjiöympäristön saavuttamiseksi. Tässä artikkelissa käsitellään kryogeenisen pumpun käyttöä erittäin korkeassa tyhjiöuunissa. Kryogeenipumpun tyhjöjärjestelmän suunnitteluajatus, pääkonfiguraatio ja tyhjiöjärjestelmän huomiota vaativat asiat, kryogeenisen pumpun valinta ja laskenta otetaan käyttöön voimakkaasti. Siinä on vertailuarvo samanlaisten tyhjiöuunien tutkimukseen ja kehittämiseen sekä kryogeenisen pumpun käyttöön. Tarkkailemalla tarkasti kaikkia tutkimus- ja kehityskytkentöjä, puhdistusta, kaasunpoistoa ja paistamista ultra-korkean tyhjiöspesifikaation mukaisesti tyhjiöuunin lopullinen paine saavutti 2 10-7pa, mikä laajensi tavanomaisen tyhjiöuunin rajapainetta lähes kerrallaan suuruus. Viime vuosien aikana puolijohdeteollisuudessa on otettu käyttöön ja laajalti käytetty öljytön tyhjiöpumppu. Siksi öljytöntä ultra-korkeaa tyhjiönpoistojärjestelmää, jota edustaa kryogeeninen pumppu ja kuivapumppu, on laajalti edistetty puolijohdetekniikan, optisen päällystysjärjestelmän ja ilmailu- ja avaruusteollisuuden alalla.

Alentamalla pumppauspinnan lämpötilaa alle 20 K matalan lämpötilan väliaineen läpi, alhaisemman kiehumispisteen omaava kaasu voidaan kondensoida pumppauspinnalle ja suuri määrä kaasua voidaan uuttaa. Matalan lämpötilan pumppauspinnan käyttö on kondensoitua kaasupumppua, jota kutsutaan kryogeeniseksi pumpuksi tai kondenssipumpuksi. Se on laite, joka tiivistää, adsorboi tai tiivistää + adsorboi kaasun sen jälkeen, kun on käytetty matalan lämpötilan väliainetta pintalämpötilan pienentämiseksi pumpatun tilan paineen pienentämiseksi ja tyhjiötilan saamiseksi tai ylläpitämiseksi.

Täydellisenä pumppausjärjestelmänä kryogeeninen pumppu koostuu kahdesta osasta, pääkappale on tyhjöpumppurunko, ja toinen osa on kompressori. Nyt on laajalti käytetty kryogeeninen pumppu jääkaappi, sen ydin on kryogeeninen jääkaappi. Perusvirtaus on seuraava: ensinnäkin helium puristetaan korkeaan lämpötilaan ja paineeseen; Sitten se jäähdytetään lämmönvaihtimella huoneenlämpötilaan heliumiksi. Puhdistettu erittäin puhdas helium laajennetaan sitten adiabaattisesti sylinteriin matalan lämpötilan heliumiksi. Kun sykli jatkuu, heliumia jäähdytetään ja siitä tulee kylmäkeskiarvo - kryogeeninen helium.
Kryogeenisen pumpun valinnan edut ovat:
(1) puhdas, puhdas ilman öljyä, pumppausalue laaja, voi nopeasti saada ihanteellisen erittäin korkean tyhjiöympäristön;
(2) verrattuna muihin saman halkaisijan omaaviin tyhjiöpumppuihin, kryogeenipumpulla on suurempi pumppausnopeus, erityisesti kyky uuttaa vesihöyryä;
(3) ei valita pumpattavaa kaasua, epäpuhtaushiukkasia eikä vaikuta järjestelmän toimintaan;
(4) voidaan asentaa mihin tahansa kulmaan, ei liikkuvia osia, et tarvitse etupumppua, käyttö- ja ylläpitokustannukset ovat alhaiset;
Altistuminen ilmakehälle vaikuttaa vähäisesti järjestelmään, kun kompressorin vesi voi olla itsesuojaava, joten se voi toteuttaa valvomattoman.

Tyhjiöjärjestelmän suunnittelu

Suurin ongelma kryogeenisen pumppujärjestelmän valinnassa tyhjiöuunissa on ratkaista lämpökuorma. Tyhjiöuunin lämpökuorma tulee pääasiassa kolmesta näkökulmasta:
(1) uunin puolelta peräisin oleva lämpösäteily;
(2) viskoosi virtaus, kaasumolekyylit kuljettavat lämpöä;
(3) lämpöjohtavuus ja säteilylämpö pumpun suuhun.

Kryopumpti toimii molekyylivirtaustilassa, lämmönlähde ii voidaan jättää huomiotta. Lämmönlähde () voidaan poistaa lisäämällä vesijäähdytysrakennetta. Suunnittelussa on huomioitu lämpökuormituksen vaikutus uunirungosta kryogeeniseen pumppuun. Monikerroksinen metalliheijastin valitaan tyhjiöuunissa. Vacuum uunin lämmityslämpötila on 1300 ℃ , korkein kokonaissuunnitelma 6 kerros heijastavaa näyttöä, molybdeenikastiketta 3 kerrosta, loput kerroksista valitaan ruostumattomasta teräksestä valmistettu heijastinnäyttö. Teoriassa lämmitin säiliön seinään säteilylämpötilassa noin 200 ℃ , lämpötila nousee hitaasti ajan myötä. Useimmissa tapauksissa, alhainen lämpötila pumppu voi sisältää 90 ° kyynärpää, jotta vältetään ja tyhjiö kammio läpi, se on edelleen vähennetty lämpökuorma pumpun, joka on vähentää lämpösäteily on kaikkein yksinkertainen ja tehokas menetelmä. Molekyylivirtaustilassa kyynärän vaikutus konvektio-ohjaimeen voidaan jättää huomiotta, mikä on tehokkaampi kuin ultra-korkean tyhjiöjärjestelmän välilevy. Lämmönjohtavuuden ja säteilyn vaikutuksen vähentämiseksi edelleen kryogeenipumpussa suunniteltiin kyynärpääputkeen vesijäähdytysrakenne. Tyhjiöjärjestelmän rakenne on esitetty kuviossa 1.

KUVA. 1 tyhjiöjärjestelmän rakenne

Jotta saataisiin ihanteellinen ultra- korkea tyhjiö, ja samalla käyttää redundanssitekniikkaa, suunnittelimme rinnakkain molekyylipumppuyksikön ja kryogeenisen pumpun tyhjiöjärjestelmän. Molekyylipumppuyksikköä voidaan käyttää järjestelmän esipumppauksena, niin että kun kryogeeninen pumppu jäähdytetään, se voi toimia suoraan molekyylivirtaustilassa.

Lisäksi, kun tyhjiökammiossa on suuri määrä ilmaa, se voidaan siirtää oikea-aikaisesti molekyylipumppuun ilmanpoistoa varten, joka ei voi vain pidentää kryogeenisen pumpun pumppauskyllästysaikaa, vaan myös säästää regenerointiaikaa. Molekyylipumppu ja kryogeeninen pumppu yhdistetään pneumaattisella ultra-korkealla tyhjiöportilla ja tyhjiökammio. Jotta varmistetaan, että järjestelmä on puhdas ilman öljyä ja että se täyttää täysin kryogeenisen pumpun pumppausetuja, valitaan puhdas öljytön magneettinen levitaatio-molekyylipumppu, pyörrepumppu valitaan etupumpulle ja kuiva pumppua käytetään myös ilmanpoistoon kryogeenisen pumpun regeneroinnin aikana. Kuviossa 2 on esitetty tyhjiöjärjestelmän kaavio.

KUVA. 2 kaaviokuva tyhjöjärjestelmästä

Kun molekyylipumppuyksikkö ja kompressori käynnistetään samaan aikaan, noin 120 minuutin kuluttua kryogeenisen pumpun toissijainen kylmäpää lasketaan huonelämpötilasta alle 15 K: seen (kryogeenisen pumpun venttiilin ovi voidaan avata). Tällöin vakuumiuunijärjestelmän alipaine voi saavuttaa 10-5pa, niin että kryogeeninen pumppu voi alkaa suoraan suurtyhjystä.

Taulukko 1 tyhjiöjärjestelmän päämääritykset

Tämä laite on tyypillinen keskikokoisen tyhjiöuunin joukko, joka levitetään diffuusiohitsaukseen erittäin korkean tyhjiön olosuhteissa. Lämpökapasiteetti ja pinta-ala ovat molemmat suurempia kuin saman määrittelyn omaava lämpökäsittelyuuni, jossa on korkeampi automaatioaste. Kryogeenisen pumpun kokoonpano voi antaa täyden pelin sen merkittäviin etuihin. Tyhjiöuunin testipaine on 2 10-7 Pa (kylmä ja tyhjä), ja paineen nousunopeus on 0,002 Pa / h. Indeksi on parempi kuin tavallinen korkean tyhjiön uuni. Tällä hetkellä kotimaisten kryogeenisten pumppujen käyttö riippuu enimmäkseen tuonnista, ja muut samanlaiset pumput, hinta on myös suhteellisen kallista. Kuitenkin sillä on edelleen suuria etuja korkean puhtaan prosessiympäristön, puhtaan öljytön tyhjiön ja erittäin korkean tyhjiön aloilla, ja kryogeeninen pumppu ei ole huonompi kuin muut pumput huoltokustannusten ja käyttöiän kannalta. Kotimaisten kryogeenisten pumppujen tutkimus- ja kehitystyö on vielä kypsä, erityisesti kompressoriteknologia, joka odottaa kotitalouksien puhtaan tyhjiöpumpputeollisuuden nousua.