Kriyojenik pompanın ultra yüksek vakumlu fırınlarda uygulama örneği

Kriyojenik pompanın ultra yüksek vakumlu fırınlarda uygulama örneği

On yıldan fazla bir süre önce, kriyojenik pompa ve kuru pompa yağsız sistemi vakum elektroniği ile ilgili proses ekipmanlarında, tatminkar etki ile ultra yüksek vakum elde etmek için uygulamaya başladık. Bu girişim, hızlı, temiz ve güvenilir kriyojenik pompanın vakumlu fırına benzersiz avantajlarını uygular. Kriyojenik pompa, temiz ultra yüksek vakum ortamı elde etmek için vakum sistemine dahil edilmiştir. Bu makale çok yüksek vakumlu fırında kriyojenik pompanın uygulanmasını tanıtmaktadır. Kriyojenik pompa vakum sisteminin tasarım fikri, ana konfigürasyon ve vakum sisteminin dikkatini gerektiren hususlar, kriyojenik pompanın seçimi ve hesaplanması vurgulanmıştır. Benzer vakum fırınlarının araştırılması ve geliştirilmesi ve kriyojenik pompanın uygulanması için referans değere sahiptir. Tüm araştırma ve geliştirme bağlantılarını sıkı bir şekilde kontrol ederek, ultra yüksek vakum spesifikasyonuna göre temizleme, gaz alma ve pişirme işlemlerini gerçekleştirerek, vakum fırınının nihai basıncı, geleneksel vakum fırınının sınır basıncını yaklaşık bir sıra ile uzatarak 2 10-7pa'ya ulaştı. büyüklüğü. Son yıllarda, yağsız vakum pompaları tanıtıldı ve yarı iletken endüstrisi alanında yaygın olarak kullanıldı. Bu nedenle, kriyojenik pompa ve kuru pompa ile temsil edilen yağsız ultra yüksek vakum toplama sistemi, yarı iletken elektronik teknolojisi, optik kaplama sistemi ve havacılık alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pompalama yüzeyinin sıcaklığının, düşük sıcaklıkta ortamdan 20 K'nin altına düşürülmesiyle, daha düşük bir kaynama noktasına sahip olan gaz, pompalama yüzeyinde yoğunlaştırılabilir ve çok miktarda gaz elde edilebilir. Düşük sıcaklıktaki pompalama yüzeyinin kullanımı, kriyojenik pompa olarak adlandırılan yoğunlaştırılmış gaz pompası veya yoğuşma pompası olacaktır. Pompalanan alanın basıncını azaltmak ve vakum durumunu elde etmek veya korumak için yüzey sıcaklığını azaltmak için düşük sıcaklıkta ortam kullandıktan sonra gazı yoğunlaştıran, adsorbe eden veya yoğunlaştıran + gazı adsorbe eden bir cihazdır.

Komple bir pompalama sistemi olarak, kriyojenik pompa iki parçadan oluşur, ana gövde vakum pompası gövdesidir ve ikinci kısım kompresördür. Şimdi yaygın olarak kullanılan kriyojenik pompa buzdolabı, çekirdeği kriyojenik buzdolabı. Bazik akış aşağıdaki gibidir: ilk önce helyum yüksek sıcaklık ve basınca sıkıştırılır; Daha sonra bir ısı eşanjörü ile oda sıcaklığında helyuma soğutulur. Arıtılmış yüksek saflıktaki helyum daha sonra düşük sıcaklıkta helyum haline gelmek için silindir içinde adyabatik olarak genleştirilir. Döngü devam ettikçe, helyum soğutulur ve soğutucu bir ortam haline gelir - kriyojenik helyum.
Kriyojenik pompa seçiminin avantajları:
(1) temiz, yağsız saf, pompalama aralığı geniş, hızla ideal ultra yüksek vakum ortamı elde edebilirsiniz;
(2) aynı çaptaki diğer vakum pompaları ile karşılaştırıldığında, kriyojenik pompa daha yüksek bir pompalama hızına, özellikle su buharı alma kabiliyetine sahiptir;
(3) pompalanan gaz, kirlilik tanecikleri ve sistem çalışmasını etkilemeyen seçenek;
(4) herhangi bir açıyla monte edilebilir, hareketli parça yoktur, ön pompaya gerek yoktur, işletme ve bakım maliyeti düşüktür;
Atmosfere maruz kalma, sistem üzerinde küçük bir etkiye sahiptir, kompresör suyu kendi kendini koruduktan sonra katılımsız olarak gerçekleştirilebilir.

Vakum sistemi tasarımı

Vakum fırını için kriyojenik pompa sistemi seçiminde en büyük sorun, ısı yükünün çözülmesidir. Vakum fırınındaki ısı yükü temel olarak üç yönden gelir:
(1) fırın tarafından ısıl radyasyon;
(2) viskoz akış, gaz molekülleri ısı taşır;
(3) pompa ağzı borusundan ısı iletimi ve radyasyon ısısı.

Cryopump moleküler akış durumunda çalışır, ısı kaynağı ii göz ardı edilebilir. Isı kaynağı () su soğutma yapısı eklenerek elimine edilebilir. Tasarımda, fırın gövdesindeki ısı yükünün kriyojenik pompa üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulmuştur. Vakumlu fırında çok katmanlı metal reflektör ekranı seçilmiştir. Vakumlu fırın ısıtma sıcaklığı 1300 ℃ , en yüksek toplam tasarım 6 yansıtıcı ekran katmanı, molibden giyinme ekranı 3 kat, geri kalan katmanlar paslanmaz çelik reflektör ekranını seçti. Teorik olarak, ısıtıcı yaklaşık 200 radiation radyasyon sıcaklığıyla konteyner duvarına doğru , sıcaklık zamanla yavaşça artacaktır. Çoğu durumda, düşük sıcaklıklı pompada 90 ° dirsek bulunabilir, bunun önlenmesi ve vakum odasının geçmesi için, pompanın termal yüküne daha da indirgenir, bu da termal radyasyonu azaltmak için en basit ve etkili yöntemdir. Moleküler akış durumunda, dirseğin konveksiyon kılavuzu üzerindeki etkisi göz ardı edilebilir; bu, ultra yüksek vakum sistemi için bölmeden daha etkilidir. Isı iletimi ve radyasyonun kriyojenik pompa üzerindeki etkisini daha da azaltmak için dirsek borusunda bir su soğutma yapısı tasarlanmıştır. Vakum sistemi yapısı şekil l'de gösterilmiştir.

İNCİR. 1 vakum sistemi yapı şeması

İdeal ultra yüksek vakum elde etmek ve aynı zamanda fazlalık teknolojisini kullanmak için, moleküler pompa ünitesi ve kriyojenik pompanın vakum sistemini paralel olarak tasarladık. Moleküler pompa ünitesi sistemin ön pompalaması olarak kullanılabilir, böylece kriyojenik pompa soğutulduğunda doğrudan moleküler akış durumunda çalışabilir.

Ek olarak, vakum odası çok miktarda havaya sahip olduğunda, hava tahliyesi için moleküler pompaya zamanında geçirilebilir, bu sadece kriyojenik pompanın pompalama doyma süresini uzatamaz, aynı zamanda rejenerasyon zamanını da korur. Moleküler pompa ve kriyojenik pompa, pnömatik ultra yüksek vakum kapaklı vana ve vakum odası ile bağlanır. Sistemin yağsız temiz olmasını sağlamak ve kriyojenik pompanın pompalama avantajlarına tam anlamıyla yer vermek için, saf yağsız manyetik kaldırma moleküler pompası seçilmiştir, ön pompa için kuru girdap pompası seçilmiştir ve kuru Kriyojenik pompanın yenilenmesi sırasında hava tahliyesi için de pompa kullanılır. Vakum sisteminin şematik diyagramı şekil 2'de gösterilmiştir.

İNCİR. 2 vakum sistemi şematik diyagramı

Moleküler pompa ünitesi ve kompresör aynı anda başlatıldığında, yaklaşık 120 dakika sonra, kriyojenik pompanın sekonder soğuk başlığı oda sıcaklığından 15 K altına düşürülür (kriyojenik pompa valfi kapağı açılabilir). Bu sırada, vakumlu fırın sisteminin vakum derecesi 10-5pa'ya ulaşabilir, böylece kriyojenik pompa doğrudan yüksek vakumdan başlayabilir.

Tablo 1 Vakum sisteminin ana yapılandırma sonuçları

Bu ekipman seti, ultra yüksek vakum koşullarında difüzyon kaynak işlemine uygulanan tipik bir orta büyüklükteki vakum fırın setidir. Isı kapasitesi ve yüzey alanı, aynı özellikteki ısıl işlem fırından daha büyüktür ve daha yüksek otomasyon derecesine sahiptir. Kriyojenik pompanın konfigürasyonu, dikkate değer avantajlarına tam anlamıyla sahip olabilir. Vakum fırınının nihai test basıncı 2 10-7 Pa'dır (soğuk ve boş) ve basınç yükselme hızı 0,002 Pa / s'dir. Endeks, yaygın yüksek vakumlu fırından daha iyidir. Şu anda, yerli kriyojenik pompanın uygulanması çoğunlukla ithalata ve aynı kalibreli diğer pompalara bağlıdır, fiyat da nispeten pahalıdır. Bununla birlikte, yüksek temiz proses ortamı, saf yağsız vakum ve ultra yüksek vakum alanlarında hala büyük avantajlara sahiptir ve kriyojenik pompa, servis maliyeti ve servis ömrü açısından diğer pompalardan daha kötü değildir. Ev içi kriyojenik pompa araştırma ve geliştirme çalışmaları, evsel temiz vakum pompası endüstrisinin yükselişini dört gözle bekleyerek, özellikle kompresör teknolojisinde hala olgunlaşmaktadır.