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低温泵真空系统的设计思想,配置和选型计算

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-06-13 18:40:15 * 浏览: 11
十多年前,采用低温泵和干泵无油系统在真空电子技术相关工艺设备中的应用,获得了超高真空,取得了满意的效果。这种尝试将低温泵的独特优势应用于真空炉中快速,清洁和可靠的应用。低温泵结合到真空系统中以实现清洁,超高真空环境。本文介绍了低温泵在超高真空炉中的应用实例。介绍了低温泵真空系统的设计思想,真空系统的主要配置和注意事项,低温泵的选择和计算,并详细说明了该方法。低温泵系统的安装,使用和维护。它对类似真空炉的开发和低温泵的应用具有参考价值。通过严格控制研发环节,根据超高真空规格,脱气和烘烤进行清洗,真空炉的极限压力达到2×10-7Pa,传统的真空炉极限压力延长了近一个数量级。近年来,已经引入无油真空泵并广泛用于半导体工业所代表的领域。因此,以低温泵+干泵为代表的无油超高真空获得系统已在半导体电子技术,光学涂层系统和航空航天领域得到广泛推广。通过低温介质将泵送表面的温度降低到20K以下,泵送表面可以冷凝具有较低沸点的气体,从而提取大量的气体。这种使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,冷凝,吸附或冷凝+吸附气体,降低泵送空间压力,获得真空或保持真空状态的装置。作为一个完整的泵系统,低温泵由两部分组成,主体是真空泵体,第二部分是压缩机。冷水机型低温泵现在被广泛使用,其核心是低温冰箱。基本工作过程如下:首先将氦气压缩至高温高压状态,然后通过换热器冷却至常温氦气,净化后的高纯氦气最终由绝热膨胀。气缸成为低温氦气。在这样的连续循环中,氦气被连续冷却并成为制冷剂介质 - 低温氦气。选择低温泵的优点是:1清洁,纯净无油,抽吸范围宽,可以快速获得理想的超高真空环境2,与同等直径的其他真空泵相比,低温泵具有更大的抽速,特别是提取水蒸汽容量,3无选择泵送气体,杂质颗粒不影响系统运行,4可以任意角度安装,无活动部件,无需前级泵,运行维护成本低,5暴露在大气中对系统的影响很小压缩机在切断后可以自我保护,因此可以无人值守。真空系统设计真空炉使用低温泵系统。最大的问题是解决热负荷问题。真空炉内的热负荷主要来自三个方面:1,炉体侧面的热辐射,2,气体分子在粘性流动状态下带走热量,3来自泵口管道的热传导和辐射热。低温泵在分子流动状态下操作,并且热源2可忽略不计。通过添加水冷结构可以消除热源3。设计主要考虑炉体热负荷对低温泵的影响。在真空炉中选择多层金属反射屏。真空炉的最高加热温度为1300℃,共设计6层反射屏,内层3层选用钼网,其余层选用不锈钢反光屏。理论上,加热器通过辐射到达容器壁的温度约为200℃,温度随时间缓慢上升。一世在大多数情况下,低温泵可以安装90°弯头,以避免与真空室直接连通,这进一步降低了泵的热负荷,这是减少热辐射的最简单,最有效的方法。在分子流动状态下,肘部对电导的影响可以忽略不计,并且它比超高真空系统的挡板更有效。为了进一步降低泵口管道的热传导热量和辐射对低温泵的影响,在弯管上设计了水冷结构。真空系统结构如图1所示。图1真空系统结构图为了获得理想的超高真空和使用冗余技术,我们设计了一个真空系统,其中分子泵单元和低温泵并联连接。分子泵单元可以用作系统的预抽取,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,当真空室通风时相对较大时,可以切换到分子泵进行及时泵送,这样可以延长低温泵的泵送饱和时间,节省再生时间。分子泵和低温泵通过气动超高真空闸阀和真空室连接。为了确保系统清洁无油,同时最大限度地发挥低温泵的泵送优势,选用纯无油磁悬浮分子泵,前级泵选用涡旋式干式泵,低温泵也用干泵泵送。真空系统的原理图如图2所示。真空系统的主要配置。图2真空系统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(低温泵阀门可以打开) ),可以达到真空炉系统的真空度。 10-5Pa,因此低温泵可以直接从高真空泵送。表1真空系统的主要配置结论本套设备是典型的中型真空炉。它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。自动化程度高,配置低温泵。更能发挥其显着优势。真空炉最终试验的极限压力为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,国内低温泵的应用主要依赖进口,与同口径的其他泵相比价格相对昂贵。然而,在高洁净工艺环境,纯无油真空和超高真空方面仍然有很大的优势,并且低温泵在使用成本和使用寿命方面并不比其它泵差。国内低温泵的研究和开发尚待成熟,特别是压缩机技术,预计国内清洁真空泵行业的兴起。