Contoh penerapan pompa kriogenik dalam tungku vakum sangat tinggi

Contoh penerapan pompa kriogenik dalam tungku vakum sangat tinggi

Lebih dari sepuluh tahun yang lalu, kami mulai menerapkan pompa kriogenik dan sistem bebas minyak pompa kering dalam peralatan proses terkait teknologi vakum elektronik untuk mendapatkan vakum sangat tinggi dengan efek yang memuaskan. Upaya ini menerapkan keunggulan unik dari pompa kriogenik, yang cepat, bersih dan andal, untuk tungku vakum. Pompa kriogenik dimasukkan ke dalam sistem vakum untuk mencapai lingkungan vakum ultra-tinggi yang bersih. Makalah ini memperkenalkan aplikasi pompa cryogenic dalam tungku vakum sangat tinggi. Ide desain sistem vakum pompa kriogenik, konfigurasi utama dan hal-hal yang perlu diperhatikan dari sistem vakum, pemilihan dan perhitungan pompa kriogenik diperkenalkan dengan tegas. Ini memiliki nilai referensi untuk penelitian dan pengembangan tungku vakum serupa dan penerapan pompa kriogenik. Dengan mengontrol secara ketat semua tautan penelitian dan pengembangan, pembersihan, degassing, dan pemanggangan sesuai dengan spesifikasi vakum ultra-tinggi, tekanan tertinggi dari tungku vakum mencapai 2 10-7pa, memperpanjang tekanan batas tungku vakum konvensional dengan hampir satu urutan besarnya. Dalam beberapa tahun terakhir pompa vakum bebas minyak telah diperkenalkan dan banyak digunakan di bidang industri semikonduktor. Oleh karena itu, sistem akuisisi vakum ultra-tinggi bebas-minyak yang diwakili oleh pompa kriogenik dan pompa kering telah banyak dipromosikan dalam teknologi elektronik semikonduktor, sistem pelapisan optik, dan bidang aerospace.

Dengan menurunkan suhu permukaan pompa di bawah 20 K melalui media suhu rendah, gas dengan titik didih yang lebih rendah dapat terkondensasi pada permukaan pompa dan sejumlah besar gas dapat diekstraksi. Penggunaan permukaan pemompaan suhu rendah akan berupa pompa gas kondensasi yang disebut pompa kriogenik, atau pompa kondensasi. Ini adalah perangkat yang mengembun, mengadsorpsi atau mengembun + mengadsorpsi gas setelah menggunakan media suhu rendah untuk mengurangi suhu permukaan, sehingga dapat mengurangi tekanan ruang yang dipompa dan mendapatkan atau mempertahankan keadaan vakum.

Sebagai sistem pemompaan yang lengkap, pompa kriogenik terdiri dari dua bagian, tubuh utama adalah badan pompa vakum, dan bagian kedua adalah kompresor. Sekarang banyak digunakan kulkas pompa cryogenic, intinya adalah kulkas cryogenic. Aliran dasar adalah sebagai berikut: pertama, helium dikompresi ke suhu dan tekanan tinggi; Kemudian didinginkan oleh penukar panas ke suhu kamar helium. Helium dengan kemurnian tinggi yang dimurnikan kemudian secara adiabatik diperluas dalam silinder menjadi helium suhu rendah. Ketika siklus berlanjut, helium didinginkan dan menjadi media pendingin - helium kriogenik.
Keuntungan memilih pompa kriogenik meliputi:
(1) bersih, murni tanpa minyak, rentang pemompaan lebar, dapat dengan cepat mendapatkan lingkungan vakum ultra tinggi yang ideal;
(2) dibandingkan dengan pompa vakum lainnya dengan diameter yang sama, pompa kriogenik memiliki kecepatan pemompaan yang lebih besar, terutama kemampuan untuk mengekstraksi uap air;
(3) tidak ada pilihan untuk dipompa gas, partikel pengotor dan tidak mempengaruhi kerja sistem;
(4) dapat dipasang di setiap sudut, tidak ada bagian yang bergerak, tidak perlu pompa depan, biaya operasi dan pemeliharaan rendah;
Paparan ke atmosfer memiliki dampak kecil pada sistem, setelah air kompresor dapat melindungi diri sendiri, sehingga dapat mewujudkan tanpa pengawasan.

Desain sistem vakum

Masalah terbesar dalam memilih sistem pompa kriogenik untuk tungku vakum adalah untuk menyelesaikan beban panas. Beban panas di tungku vakum terutama berasal dari tiga aspek:
(1) radiasi panas dari sisi tungku;
(2) aliran viskos, molekul gas membawa panas;
(3) konduksi panas dan panas radiasi dari pipa mulut pompa.

Cryopump bekerja dalam keadaan aliran molekuler, sumber panas ii dapat diabaikan. Sumber panas () dapat dihilangkan dengan menambahkan struktur pendingin air. Pengaruh beban panas dari tungku tubuh pada pompa kriogenik dipertimbangkan dalam desain. Layar reflektor logam multilayer dipilih dalam tungku vakum. Vakum tungku suhu pemanasan adalah 1300 ℃ , total desain tertinggi 6 lapisan layar reflektif, layar ganti molibdenum 3 lapisan, sisa lapisan layar reflektor stainless steel yang dipilih. Secara teoritis pemanas ke dinding wadah melalui suhu radiasi sekitar 200 ℃ , suhu akan perlahan naik seiring waktu. Sebagian besar kasus, pompa suhu rendah dapat mencakup siku 90 ° , untuk menghindari dan ruang vakum melalui, itu selanjutnya dikurangi menjadi beban termal pompa, yang mengurangi radiasi termal adalah metode yang paling sederhana dan efektif. Dalam keadaan aliran molekuler, pengaruh siku pada panduan konveksi dapat diabaikan, yang lebih efektif daripada penyekat untuk sistem vakum ultra tinggi. Untuk lebih mengurangi pengaruh konduksi panas dan radiasi pada pompa kriogenik, struktur pendingin air dirancang pada pipa siku. Struktur sistem vakum ditunjukkan pada Gambar 1.

ARA. 1 diagram struktur sistem vakum

Untuk mendapatkan vakum ideal ultra tinggi, dan pada saat yang sama menggunakan teknologi redundansi, kami merancang sistem vakum unit pompa molekuler dan pompa kriogenik secara paralel. Unit pompa molekuler dapat digunakan sebagai pra-pemompaan sistem, sehingga ketika pompa kriogenik didinginkan, ia dapat bekerja secara langsung dalam keadaan aliran molekul.

Selain itu, ketika ruang hampa udara memiliki jumlah udara yang besar, dapat secara tepat waktu dialihkan ke pompa molekuler untuk ekstraksi udara, yang tidak hanya dapat memperpanjang waktu saturasi pompa dari pompa kriogenik, tetapi juga menghemat waktu regenerasi. Pompa molekuler dan pompa kriogenik dihubungkan oleh katup gerbang vakum ultra-tinggi dan ruang vakum. Untuk memastikan bahwa sistemnya bersih tanpa minyak dan memberikan permainan penuh untuk keuntungan pemompaan dari pompa kriogenik, pompa molekul levitasi magnetik bebas minyak murni dipilih, pompa kering pusaran dipilih untuk pompa depan, dan pompa kering pompa juga digunakan untuk ekstraksi udara selama regenerasi pompa kriogenik. Diagram skematis dari sistem vakum ditunjukkan pada Gambar 2.

ARA. 2 diagram skematik sistem vakum

Ketika unit pompa molekuler dan kompresor dimulai pada saat yang sama, setelah sekitar 120 menit, kepala dingin sekunder dari pompa kriogenik diturunkan dari suhu kamar menjadi di bawah 15 K (pintu katup pompa kriogenik dapat dibuka). Pada saat ini, tingkat vakum dari sistem tungku vakum dapat mencapai 10-5pa, sehingga pompa kriogenik dapat mulai dari vakum tinggi secara langsung.

Tabel 1 kesimpulan konfigurasi utama sistem vakum

Set peralatan ini adalah seperangkat tungku vakum berukuran sedang, yang diterapkan pada proses pengelasan difusi dalam kondisi vakum sangat tinggi. Kapasitas panas dan luas permukaan keduanya lebih besar dari tungku perlakuan panas dengan spesifikasi yang sama, dengan tingkat otomatisasi yang lebih tinggi. Konfigurasi pompa cryogenic dapat memberikan permainan penuh untuk keuntungan luar biasa. Tekanan uji ultimate dari tungku vakum adalah 2 10-7 Pa (dingin dan kosong), dan tingkat kenaikan tekanan adalah 0,002 Pa / jam. Indeks ini lebih baik daripada tungku vakum tinggi umum. Saat ini, penerapan pompa kriogenik dalam negeri sebagian besar tergantung pada impor, dan pompa lain dengan kaliber yang sama, harganya juga relatif mahal. Namun, itu masih memiliki keuntungan besar di bidang lingkungan proses bersih tinggi, vakum bebas minyak murni dan vakum ultra-tinggi, dan pompa kriogenik tidak lebih buruk daripada pompa lain dalam hal biaya layanan dan umur layanan. Penelitian dan pengembangan pompa cryogenic domestik masih harus matang, terutama teknologi kompresor, menantikan kebangkitan industri pompa vakum bersih domestik.