Anvendelseseksempel på kryogen pumpe i ultra højvakuumovn

Anvendelseseksempel på kryogen pumpe i ultra højvakuumovn

For mere end ti år siden begyndte vi at anvende et oliefri system med kryogen pumpe og tørpumpe i vakuum elektronisk teknologi relateret procesudstyr til opnåelse af ultrahøjt vakuum med tilfredsstillende effekt. Dette forsøg anvender de unikke fordele ved den kryogene pumpe, som er hurtig, ren og pålidelig, til vakuumovnen. Den kryogene pumpe indgår i vakuumsystemet for at opnå et rent ultrahøjt vakuummiljø. Dette papir introducerer anvendelsen af kryogen pumpe i ultra højvakuumovn. Design ideen om kryogen pumpesugesystem, den vigtigste konfiguration og forhold, der kræver opmærksomhed fra vakuumsystemet, indføres udvælgelse og beregning af kryogenpumpe efterhånden. Den har referenceværdi til forskning og udvikling af lignende vakuumovn og anvendelse af kryogen pumpe. Ved strengt at styre alle forsknings- og udviklingsforbindelser, rengøring, afgassning og bagning i henhold til ultrahøj vakuumspecifikationen, nåede vakuumovnenes ultimative tryk 2 10-7pa, hvilket begrænsede grænsetrykket i den konventionelle vakuumovn med næsten en ordre af størrelsesorden. I de senere år er oliefri vakuumpumper blevet introduceret og udbredt inden for halvlederindustrien. Derfor er det oliefrie ultrahøjvakuumoptagelsessystem, der er repræsenteret ved kryogen pumpepumpe og tørpumpe, blevet meget fremmet i halvleder elektronisk teknologi, optisk belægningssystem og rumfartsfelt.

Ved at sænke pumpens overflade under 20 K gennem lavtemperaturmediet kan gassen med et lavere kogepunkt kondenseres på pumpens overflade, og en stor mængde gas kan ekstraheres. Anvendelsen af lavtemperatur pumpeoverflade vil være kondenseret gaspumpe kaldet kryogen pumpen eller kondenspumpen. Det er en enhed, der kondenserer, adsorberer eller kondenserer + adsorberer gassen efter anvendelse af lavtemperaturmedium for at reducere overfladetemperaturen for at reducere trykket i det pumpede rum og opnå eller opretholde vakuumtilstanden.

Som et komplet pumpesystem består den kryogene pumpe af to dele, hovedkroppen er vakuumpumpehuset, og den anden del er kompressoren. Nu er meget udbredt kryogen pumpekøleskab, dens kerne er kryogenisk køleskab. Grundflowet er som følger: Først komprimeres helium til høj temperatur og tryk; Det afkøles derefter af en varmeveksler til rumtemperatur helium. Det oprensede heliumhærium er derefter adiabatisk ekspanderet i cylinderen for at blive lavtemperaturhelium. Når cyklen fortsætter, afkøles heliumet og bliver et kølemedium - kryogen helium.
Fordele ved at vælge kryogen pumpe er:
(1) ren, ren uden olie, pumpeområde bredt, kan hurtigt opnå det ideelle ultrahøjt vakuummiljø;
(2) sammenlignet med andre vakuumpumper med samme diameter har den kryogene pumpe en større pumpes hastighed, især evnen til at ekstrahere vanddamp;
(3) Intet valg at blive pumpet gas, urenheder og påvirker ikke systemarbejdet.
(4) kan installeres ved enhver vinkel, ingen bevægelige dele, behøver ikke frontpumpen, drift og vedligeholdelsesomkostninger er lave;
Eksponering for atmosfæren har en lille indflydelse på systemet, efter at kompressorens vand kan være selvbeskyttelse, så det kan ske uden opsyn.

Vakuumsystemdesign

Det største problem med at vælge kryogen pumpesystem til vakuumovn er at løse varmelasten. Varmebelastningen i vakuumovnen kommer hovedsagelig fra tre aspekter:
(1) termisk stråling fra ovns side;
(2) viskos strøm, gasmolekyler bærer varme;
(3) varmeledning og strålingsvarme fra pumpens mundledning.

Kryopump arbejde i molekylær strøm tilstand, varmekilde ii kan ignoreres. Varme kilde () kan elimineres ved at tilføje vandkøling struktur. Påvirkningen af varmelast fra ovnkrop på kryogenpumpen overvejes i designet. Multilayer metalreflektorskærm vælges i vakuumovnen. Vakuum ovn varme temperatur er 1300 ℃ , den højeste samlede design 6 lag af reflekterende skærm, molybdæn dressing skærm 3 lag, resten af lagene valgt rustfrit stål reflektor skærm. Teoretisk varmeren til beholdervæggen via strålingstemperaturen omkring 200 ° C vil temperaturen langsomt stige over tid. I de fleste tilfælde kan lavtemperaturpumpe omfatte en 90 ° albue for at undgå og vakuumkammeret igennem, det reduceres yderligere til pumpens termiske belastning, hvilket er at reducere termisk stråling er den mest enkle og effektive metode. I molekylestrømstilstanden kan albuens indflydelse på konvektionsstyringen ignoreres, hvilket er mere effektivt end bafflen til ultrahøjsugesystemet. For yderligere at reducere indflydelsen af varmeledning og stråling på kryogenpumpen blev en vandkøling konstrueret på albuen. Vakuumsystemstrukturen er vist i figur 1.

Fig. 1 vakuumsystem struktur diagram

For at opnå det ideelle ultra højvakuum og samtidig anvende redundanteknologien, konstruerede vi vakuumsystemet for molekylpumpenheden og kryogenpumpen parallelt. Den molekylære pumpeenhed kan bruges som systemets præpumpning, så når den kryogene pumpe afkøles, kan den arbejde direkte i molekylærstrømstilstanden.

Dertil kommer, at når vakuumkammeret har en stor mængde luft, kan det rettidigt skiftes til molekylepumpen til luftudvinding, hvilket ikke kun kan øge pumpens mætningstid for den kryogene pumpe, men også spare regenereringstiden. Molekylpumpen og kryogenpumpen er forbundet med pneumatisk ultrahøj vakuumportventil og vakuumkammer. For at sikre at systemet er rent uden olie og fuldt ud afspiller pumpens fordele ved den kryogene pumpe, vælges den rene oliefri magnetiske levitationsmolekylpumpe, hvirvelpumpen er valgt til frontpumpen og den tørre Pumpe bruges også til luftudvinding under regenerering af den kryogene pumpe. Skematisk diagram af vakuumsystem er vist i figur 2.

Fig. 2 skematisk diagram af vakuumsystem

Når molekylpumpenheden og kompressoren startes samtidig, efter ca. 120 minutter, sænkes det sekundære koldhoved på den kryogene pumpe fra stuetemperatur til under 15 K. (Kryogenpumpeventilens dør kan åbnes). På dette tidspunkt kan vakuumovnens vakuumgrad nå 10-5pa, så den kryogene pumpe kan starte fra højvakuum direkte.

Tabel 1 hovedkonfigurationskonklusioner af vakuumsystem

Dette sæt udstyr er et typisk sæt af mellemstor vakuumovn, der påføres diffusions svejseprocessen under ultrahøjt vakuum. Varmekapaciteten og overfladearealet er begge større end varmebehandlingsovnen i samme specifikation med en højere grad af automatisering. Kryogenpumpens konfiguration kan give det fulde spil til sine bemærkelsesværdige fordele. Det ultimative testtryk i vakuumovnen er 2 10-7 Pa (koldt og tomt), og trykstigningen er 0,002 Pa / h. Indekset er bedre end almindeligt højvakuumovne. På nuværende tidspunkt er anvendelsen af den indenlandske kryogenpump for det meste afhængig af import, og andre pumper af samme kaliber er prisen også relativt dyr. Det har dog stadig store fordele inden for højt ren procesmiljø, rent oliefrit vakuum og ultrahøjt vakuum, og den kryogene pumpe er ikke værre end andre pumper med hensyn til servicekost og levetid. Den indenlandske kryogeniske pumpe forskning og udvikling er stadig for at være moden, især kompressorteknologien, ser frem til stigningen i den indenlandske ren vakuumpumpeindustri.