正宇真空設備
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超高真空抽氣機組 超高真空機組工作在10-6~10-8Pa超高真空壓力范圍,除了要求真空室的材料出氣率 很低、漏氣率很小、能經受200~450℃高溫烘烤外,對機組的要求還有 ①主泵的極限真空要高,至少在10-7~10-8Pa以上。 ②在超高真空的工作壓力范圍內主泵具有一定的抽速 ③機組的主泵或主泵進氣口以上部分能承受200~450℃高溫烘烤。 此外,應當考慮抽氣機組的一次性投資、運轉維修費用、機組長期連續(xù)運轉可靠性、壽 命以及操作運轉難易程度等?，F(xiàn)代可做超高真空主泵的泵種有油擴散泵、渦輪分子泵、濺射 離子泵、低溫泵以及鈦泵、分子篩泵和非蒸發(fā)型吸氣劑泵等。它們都有其各自的獨特優(yōu)點, 可根據(jù)實驗或工藝的特殊要求進行泵的搭配和選擇 (1)擴散泵抽氣機組 用擴散泵獲得超高真空,最有效的方法是在擴散泵抽氣口上增加至少兩次光學密閉的液 氮冷阱,或分子篩吸附阱,并要求對系統(tǒng)進行嚴格、規(guī)范的高溫烘烤技術,其極限壓力可以 獲得10-8Pa的超高真空。 圖3-23是一臺最常見的擴散泵、冷阱、閘板閥、機械泵以及壓力測量儀器等主要元件 組成的小型超高真空系統(tǒng)。圖中給出的一些輔助件(例如粗抽管道阱、檢漏儀接口、氮氣沖 洗接口等),不是每一臺擴散泵抽氣機組都配置這些輔助件,之所以全部給出是為了便于介 紹設置這些輔助件的合理位置和它們的功能。
液氮冷阱用于捕集泵液的返流,能夠大大降低真空容器中油蒸氣的分壓,此外它還是 個水蒸氣的捕集阱。一臺15cm口徑的擴散泵機組,對空氣抽速為10001/s,同口徑的液氮 經過徹底熾烤并采用硅油或全氟醚油,可使真空容器內油蒸氣的污染甚至低于真空室內 阱對水蒸氣的抽速可高達到4000L/s 其他有機物的污染。液氮冷阱并不能完全阻擋泵油對真空室的污染,特別是在充液氮期間或 充液氮之后,可能發(fā)生不常見的嚴重返流,此時,可以觀察到冷阱上流管道表面的泵工作液 微滴并伴有壓力起伏現(xiàn)象,此時的返流率比一般預計的穩(wěn)態(tài)返流率高幾個數(shù)量級,這種現(xiàn)象 是由于冷陰表面凝結有較厚的液膜,再充液氮或液而下降引起部分冷阱表面溫度上升時,液 膜和所附著的金屬表面之間溫度膨脹系數(shù)不同,造成冷凍的液膜破裂,膜中儲存的彈性能量 足以使破裂的膜崩裂成碎片,這種現(xiàn)象如果在常規(guī)冷阱中發(fā)現(xiàn),可以改用不積累過厚液膜的
冷阱 在超高真空系統(tǒng)中,液氮冷阱還需要配置水冷擋板和采用帶有高效水冷擋油帽的擴散 泵,水冷擋板和擋油帽阻擋來自擴散泵噴口高溫熱輻射,降低冷阱中液氮耗量,冷凝大部分 返流油蒸氣,擴散泵工作液在低溫表面凝結成膜。需要定期采用烘烤或干燥熱氮氣沖洗的方 法對冷阱進行解析,消除過厚的液膜。解析前要首先關閉高真空閥,避免在解析期間油蒸汽 污染的另一重要來源是粗抽時間機械泵油的污染,可采用多種技術來防止這種污染。分 進入真空室內 子篩阱可以減少但并不能完全消除來自機械泵油的反擴散,而且開始粗抽或用氣體沖洗時 高速氣流可能會將分子篩顆粒攜帶到機械泵中,因此并不推薦采用。液氮冷阱最有效,但工 作在低真空環(huán)境中的冷阱,液氮耗量較大,并要求始終維持一定高度的液氮面。對已經變暖 的阱可以用干燥空氣沖洗保護技術。方法是關閉圖3-23中11和18閥門,放氣閥12接通干 燥氮氣儲罐,緩慢打開放氣閥,可將冷阱清洗干凈。這種干燥氮氣沖洗技術,可用來代替冷 阱,在機械泵開始粗抽大氣時,關閉高真空閥7,打開真空室放氣閥8,和粗抽閥11,調節(jié) 放氣閥8的放氣流量,使機械泵粗抽時真空室內的壓力不能低于15~30Pa,使機械泵不工 作在分子流態(tài),可避免機械泵油的返流污染 熱傳導規(guī)10和19可用于系統(tǒng)的自動控制和故障保護,熱導真空規(guī)19用來真空泵維修機械泵
3.5超高真空系統(tǒng)及抽氣機組 的空載壓力。這些真空規(guī)的另一用途是可分別檢查真空室、阱、管道等部件的漏率。擴散泵 出口處增加的檢漏儀連接口20,能為這些部件的檢漏提供更高的靈敏度、最快反應速度和 必要時接入前級儲氣氣罐 電離規(guī)9用來監(jiān)視真空室內的壓力,超高真空閥7和冷阱之間的真空規(guī)很有用,可以檢 測擴散泵空載時的極限壓力,一旦出現(xiàn)真空室壓力異常,很容易用切斷閥門的方法確定故障 是在真空室或冷阱、真空泵部分。上述真空計的管口,最好朝上安裝,防止一些固體顆粒掉 入規(guī)管內。在一些需要檢測氣體成分的設備中,可在電離規(guī)9處并接一只四極質譜計,用于 分析容器中殘余氣體成分。 真空室、擴散泵機組分別配備有充氣閥,在更換工件或停泵期間,可用干燥氮氣沖洗, 能有效地降低再次啟動時的出氣率,縮短抽氣時間 前級阱13,除防止粗抽階段容器內大量的水蒸氣對機械泵油的污染外,能降低機械泵 油在粗抽階段的返流。機械泵的放氣閥應設置在阱的上方,每次放氣時可把油蒸氣帶走。
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