logo Поставка вакуумного оборудования по всей России
Поставка вакуумного оборудования по России
Дистрибьютор Leybold GmbH адрес
115088 Россия Москва, ул.Угрешская, 2, стр.25
почта телефон телефон
шапка

Вакуумное оборудование

Расчет, обоснование подбор высоковакуумного насоса

Часть 1. Общие сведения о высоковакуумных насосах и протекающих во время откачки процессах.

Высоковакуумные средства откачки

Примечание: В сводную таблицу занесем промышленно применимые средства откачки не касаясь иникальных систем для специальных применений.
Указанные в таблице значения не являются точными, а необходимы для представления продуктов и их возможностей.

Турбомолекулярный

Диффузионный

Криогенный

Сублимационный

Принцип действия

Увеличение вероятности прохождения молекул через насос посредством столкновения молекул газа с движущимися лопастями насоса Увеличение вероятности прохождения молекул через насос посредством увлечения молекул газа струей масла Замораживае частиц газа на криоенных поверхностях насоса Захват молекул газа активными поверхностях насоса

Диапазон рабочих давлений, мбар

10-2 - 10-8 10-2 - 10-8 10-2 - 10-9 10-5 - 10-11

Быстрота действия, л/с

50 - 4 500 1 000 - 100 000 500 - 60 000 50 - 2 000

Основные применения

Промышленное напыление
R&D установки
аналитическое оборудование
маленькие HV установки
производство полупроводников
Вакуумные печи
сварочные камеры
напыление пленки
Камеры роста кристаллов
Напыление оптических покрытий
производство полупроводников
Симуляция космоса
R&D установки
ускорители частиц
Медицинские приборы
Ренгеновские трубки
Полупроводниковые процессы
аналитическое оборудование
Ускорители частиц

Примечание: Конкретный тип насос выбирается не столько из-за стоимости/быстроты действия, сколько из-за соответствия различным требованиям, например: уровень вибрации, скорость по парам воды, чувствительность к прорывам атмосферы, оптимальный диапазон рабочих давлений

Процессы происходящие при откачке в области высокого вакуума

В процессе откачки от атмосферного давления до давлений высокого вакуума основным источником газовой нагрузки является воздух камеры. Для высокого вакуума газовыделения материалов, натекания, напуск процессного газа и воздух в камере практически одинаково значимы и необходимы для рассмотрения детально.
На рисунке изображена кривая газовой нагрузки в процессе откачки вакуумной камеры объемом 500л от 105Па до предельного остаточного давления (ниже 10-3 Па) с применением форвакуумного насоса 90 м3/ч и высоковакуумного 1000 л/с.
Примечание: Данная кривая построена для наглядного пояснения доли компонентов газовой нагрузки в камере в зависимости от времени откачки. Газовые нагрузки от воздуха в камере зависят от давления, что учтено.

Обозначения на графике газовой нагрузки/расхода газа

qфн - расход газа удаляемый форвакуумным насосом, согласно кривой откачки
qвн - расход газа удаляемый высоковакуумным насосом, согласно кривой откачки
qгв.мет. - расход газовыделений с металлических поверхностей (камера, внутреннее оборудование)
qгв.немет - расход газовыделений с неметаллических поверхностей (уплотнения, смотровые окна)
qнат - расход натекания из негерметичностей в вакуумную камеру

Уравнение откачки. Построение кривой откачки p(t).

Уравнение откачки (в общем виде) Расчет, обоснование подбор высоковакуумного насоса, ч1 Общие сведения , где S - быстрота действия средства откачки,
p - давление,
t - время,
Ql-поток натекания в камеру,
Qd.met-поток газовыделения с металлических поверхностей,
Qd.nonm- поток газовыделения с неметаллических поверхностей,
Qproc - расход газа подаваемого для протекания процесса
в области высокого вакуума с учетом допущений S=const Ql=const, Qproc=const, Qd.met= Qd.met(t), Qd.nonm=Qd.nonm(t) Расчет, обоснование подбор высоковакуумного насоса, ч1 Общие сведения

Данное уравнение имеет решение, в результате уравнение откачки будет иметь вид: Расчет, обоснование подбор высоковакуумного насоса, ч1 Общие сведения , где pпред - предельное остаточное давление вакуумного насоса,
pнач - давление запуска высоковакуумного насоса
qгв.мет - удельный поток газовыделения металла
Aмет - площадь поверхности металла

qгв.немет - удельный поток газовыделения неметалла
Aнемет - площадь поверхности неметалла
t0 - константа времени

Особенности расчета

Время откачки для достижения высоковакуумного давления зависит от натекания, газовыделений (дегазации) с внутренних поверхностей камеры - предварительная обработка внутренних поверхностей имеет значение. Более того использованием материалов, содержащих поры или полости или материалы с высокой газопроницаемостью сделает достижение высокого вакуума попросту невозможным. Внутренние поверхности должны быть максимально гладкими и чистыми.

Величину газовыделения можно определить экспериментально проведением теста повышения давления: система откачивается до предельного остаточного давления, затем камера изолируется от насоса с помощью клапана. Затем в течении времени через промежутки проводят измерения давления в камере.

Количество газа, выходящее c поверхностей, со временем уменьшается, а количество газа, попадающее через течи, остается постоянным. Экспериментально это не всегда легко измерить, т.к. это требует много времени, точных измерений давления, а в идеале определение газовыделения в реальном времени с помощью обработки полученных данных.
Из-за озвученных сложностей в оценке газовыделения в реальности широко применяют принцип подобия (переход от существующей системы к проектируемой), а также применяют откачное оборудование с запасом (по давлению и быстроте действия).

Таблица газовыделений различных материалов

Таблица газовыделений различных материалов в системе СИ (Па·м3/(м2·с)

Измеренные значения удельного потока газовыделения указаны в Торр·л/(с·см2), в таблице указаны параметры экспериментов, такие как, площадь материала Am в см2, быстрота действия Sa в л/с.

Материал

Am

Sa

109 Kml

a1

Алунд (оксид алюминия) (901 Нортон) 39 1 400 1
Алюминий (мягкая сталь с покрытием, нанесенным распылением) 65 0,4 60 0,75
Медь 12 0,08 20 1
Дегуссит (Al2O3) 12 0,1 75 1,1
Графитовая шерсть (Морганит) 39 1 1000 1
Железо 12 0,07 5 1
Мягкая сталь (с небольшой коррозией) 1 600 3,1
Молибден 12 0,12 14 1
Муллит (800, Юнайтед Файерклей) 39 1 800 1
Муллит (Морганит) 39 1 620 1
Никель 12 0,08 10 1
Фарфор, глазурованный 30 0,7 6,5 0,5
Пирекс 103 1 7,2 1,1
Пирофиллит 12 0,1 20 1,2
Пирофиллит (обожженный) 39 1 1500 0,8
Силлиманит (цирконовый) 39 1 500 0,6
Серебро 12 0,07 50 1
Коррозионностойкая сталь (зачищенная ICN) 103 1 8,3 1,2
Коррозионностойкая сталь (свежая ICN) 103 1 13,5 0,9
Коррозионностойкая сталь (NS22S) 103 1 14,4 1,3
Коррозионностойкая сталь (NS22S электрополировка) 103 1 4,3 1
Стеатит (тальк) (Al2O3) 30 0,7 90 1
Сталь (хромированная,свежая) 103 1 7,1 1
Сталь (с никелевым покрытием) 103 2,8 1,1 1
Сталь (с никелевым покрытием, свежая) 103 4,2 0,9 1
Сталь (хромированная, полированная) 103 1 9,1 1
Тантал 12 0,07 9 1
Вольфрам 12 0,07 7 1
Двуокись циркония (Цирконал Лтд.) 39 1 1200 1
Цирконий 12 0,15 8 1