Alkalmazási példa a kriogén szivattyú ultra nagy vákuum kemencében

Alkalmazási példa a kriogén szivattyú ultra nagy vákuum kemencében

Több mint tíz évvel ezelőtt elkezdtük alkalmazni a kriogén szivattyút és a száraz szivattyú olajmentes rendszert vákuum-elektronikai technológiával kapcsolatos folyamatberendezésekben, hogy kielégítő hatású ultra-magas vákuumot kapjunk. Ez a kísérlet a gyors, tiszta és megbízható kriogén szivattyú egyedi előnyeit alkalmazza a vákuum kemencére. A kriogén szivattyú beépül a vákuumrendszerbe, hogy tiszta, rendkívül magas vákuumkörnyezetet érjen el. Ez a tanulmány bemutatja a kriogén szivattyú alkalmazását ultra magas vákuum kemencében. A kriogén szivattyú vákuumrendszerének tervezési elképzelése, a fő konfiguráció és a vákuumrendszer figyelmet igénylő ügyei, a kriogén szivattyú kiválasztása és kiszámítása kiemelkedően fontos. Referenciaértéke hasonló vákuum kemencék kutatásához és fejlesztéséhez, valamint kriogén szivattyú alkalmazásához. A kutatási és fejlesztési kapcsolatok szigorú ellenőrzésével, tisztításával, gáztalanításával és sütésével az ultra-nagy vákuum specifikáció szerint a vákuum kemence végső nyomása elérte a 2 10-7pa-t, ami a hagyományos vákuum kemence határnyomását közel egy sorrendben növelte. nagyságrendű. Az elmúlt években az olajmentes vákuumszivattyúkat bevezették és széles körben használják a félvezetőipar területén. Ezért a kriogén szivattyú és a száraz szivattyú által képviselt olajmentes ultra-magas vákuumgyűjtő rendszert széles körben népszerűsítették a félvezető elektronikai technológiában, az optikai bevonó rendszerben és a repülőgépiparban.

Az alacsony hőmérsékletű közegben a szivattyúfelület 20 K alatti hőmérsékletének csökkentésével az alacsonyabb forráspontú gáz kondenzálható a szivattyúfelületen, és nagy mennyiségű gáz kivonható. Az alacsony hőmérsékletű szivattyúfelület használata kondenzált gázpumpa, azaz kriogén szivattyú vagy kondenzációs szivattyú. Ez a készülék kondenzálódik, adszorbeál vagy kondenzálódik + a gáz adszorbeálását alacsony hőmérsékletű közeg használatával a felületi hőmérséklet csökkentése érdekében, hogy csökkentse a szivattyúzott tér nyomását, és megszerezze vagy fenntartsa a vákuumállapotot.

Teljes szivattyúrendszerként a kriogén szivattyú két részből áll, a fő test a vákuumszivattyú teste, a második része pedig a kompresszor. Most széles körben használják kriogén szivattyú hűtőszekrény, a mag a kriogén hűtőszekrény. Az alapáramlás a következő: először a héliumot magas hőmérsékletre és nyomásra préselik; Ezután egy hőcserélővel szobahőmérsékletű héliumra hűtjük. A tisztított nagy tisztaságú héliumot ezután adiabatikusan bővítik a hengerben, hogy alacsony hőmérsékletű héliumvá váljék. Ahogy a ciklus folytatódik, a hélium lehűl, és hűtőközeg-közepes - kriogén héliumré válik.
A kriogén szivattyú kiválasztásának előnyei:
(1) tiszta, tiszta, olaj nélkül, széles körű szivattyúzási tartomány, gyorsan megkaphatja az ideális ultra-magas vákuum környezetet;
(2) az azonos átmérőjű más vákuumszivattyúkhoz képest a kriogén szivattyú nagyobb szivattyúzási sebességgel rendelkezik, különösen a vízgőz kivonására;
(3) nincs választás, hogy szivattyúzott gáz, szennyező részecskék és ne befolyásolják a rendszer működését;
(4) bármilyen szögben felszerelhető, nincs mozgó alkatrész, nincs szükség az első szivattyúra, az üzemeltetési és karbantartási költségek alacsonyak;
Az atmoszférának való kitettség kis hatást gyakorol a rendszerre, miután a kompresszor víz önvédő lehet, így felügyelet nélkül is megvalósítható.

Vákuumrendszer tervezése

A vákuum kemencében a kriogén szivattyúrendszer kiválasztásának legnagyobb problémája a hőterhelés megoldása. A vákuum kemence hőterhelése elsősorban három szempontból származik:
(1) a kemencéből származó termikus sugárzás;
(2) viszkózus áramlás, gázmolekulák hőt hordoznak;
(3) hőszivárgás és sugárhő a szivattyú szájcsövéből.

A kriopump munka molekuláris áramlási állapotban, ii. Hőforrás figyelmen kívül hagyható. A hőforrást () el lehet távolítani vízhűtő szerkezet hozzáadásával. A tervezés során figyelembe vesszük a kemence testéből származó hőterhelésnek a kriogén szivattyúra gyakorolt hatását. A vákuum kemencében a többrétegű fém reflektor képernyőt választjuk. Vákuum kemence fűtési hőmérséklete 1300 ℃ , a legmagasabb teljes tervezési 6 réteg fényvisszaverő képernyő, molibdén kötszer képernyő 3 réteg, a többi réteg kiválasztott rozsdamentes acél reflektor képernyő. Elméletileg a fűtőberendezés a tartály falához, körülbelül 200 radiation sugárzási hőmérsékleten keresztül , a hőmérséklet idővel lassan emelkedik. A legtöbb esetben az alacsony hőmérsékletű szivattyú tartalmazhat egy 90 ° -os könyököt, annak érdekében, hogy elkerüljék és vákuumkamrát űzhessenek, ez tovább csökkenthető a szivattyú hőterheléséhez, ami a termikus sugárzás csökkentése a legegyszerűbb és leghatékonyabb módszer. A molekuláris áramlási állapotban figyelmen kívül lehet hagyni a könyökkötésnek a konvekciós vezetőre gyakorolt hatását, ami hatékonyabb, mint az ultra nagy vákuumrendszeren levő terelőlemez. A hővezetés és a sugárzás kriogén szivattyúra gyakorolt hatásának további csökkentése érdekében a könyökcsőre vízhűtő szerkezetet terveztünk. A vákuumrendszer szerkezetét az 1. ábrán mutatjuk be.

ÁBRA. 1 vákuumrendszer szerkezet

Annak érdekében, hogy az ideális ultra magas vákuumot elérjük, és ezzel egyidejűleg a redundancia technológiát is használjuk, a molekuláris szivattyú egység és a kriogén szivattyú vákuumrendszerét párhuzamosan terveztük. A molekuláris szivattyú egységet a rendszer előszivattyúzásaként lehet használni, így a kriogén szivattyú lehűlésekor közvetlenül a molekuláris áramlási állapotban működhet.

Ezen túlmenően, amikor a vákuumkamra nagy mennyiségű levegővel rendelkezik, időben átkapcsolható a levegő elvezetésére szolgáló molekuláris szivattyúra, amely nemcsak a kriogén szivattyú pumpálási telítési idejét növelheti, hanem a regenerálási időt is megmentheti. A molekuláris szivattyút és a kriogén szivattyút pneumatikus ultra-magas vákuumkapu szeleppel és vákuumkamrával csatlakoztatják. Annak érdekében, hogy a rendszer olaj nélkül tiszta legyen, és teljes mértékben megfeleljen a kriogén szivattyú szivattyúzási előnyeinek, a tiszta olajmentes mágneses levitációs molekuláris szivattyút választják ki, az örvényszáraz szivattyút az első szivattyúhoz választjuk, és a száraz A szivattyút a levegő elszívására is használják a kriogén szivattyú regenerálása során. A vákuumrendszer vázlatos diagramja a 2. ábrán látható.

ÁBRA. 2. a vákuumrendszer vázlatos rajza

Amikor a molekuláris szivattyúegységet és a kompresszort egyidejűleg elindítják, kb. 120 perc elteltével a kriogén szivattyú másodlagos hideg fejét szobahőmérsékletről 15 K alá csökkentjük (kriogén szivattyú szelepajtó nyitható). Ekkor a vákuum kemence rendszer vákuumszintje elérheti a 10-5pa-t, így a kriogén szivattyú közvetlenül a nagy vákuumból indulhat.

1. táblázat A vákuumrendszer főbb konfigurációs következtetéseit

Ez a készülékkészlet egy közepes méretű vákuum kemence tipikus halmaza, amelyet a diffúziós hegesztési folyamatra ultra nagy vákuum mellett alkalmazunk. A hőteljesítmény és a felszíni terület nagyobb, mint az azonos specifikációjú hőkezelő kemence, magasabb fokú automatizáltsággal. A kriogén szivattyú konfigurációja teljes mértékben hozzájárulhat a figyelemre méltó előnyeihez. A vákuum kemence végső vizsgálati nyomása 2 10-7 Pa (hideg és üres), és a nyomásemelkedés 0,002 Pa / h. Az index jobb, mint a közös vákuum kemence. Jelenleg a hazai kriogén szivattyú alkalmazása főként az importtól függ, és az azonos kaliberű más szivattyúk, az ár is viszonylag drága. Azonban még mindig nagy előnyökkel jár a magas tisztaságú környezet, a tiszta olajmentes vákuum és az ultra-magas vákuum területén, és a kriogén szivattyú nem rosszabb, mint más szivattyúk a használati költség és az élettartam szempontjából. A hazai kriogén szivattyú kutatása és fejlesztése még mindig érett, különösen a kompresszor-technológia, és várakozással tekint a hazai tiszta vákuumszivattyú-iparban.