Esempio applicativo di pompa criogenica in forno ad altissimo vuoto

Esempio applicativo di pompa criogenica in forno ad altissimo vuoto

Più di dieci anni fa, abbiamo iniziato ad applicare la pompa criogenica e il sistema oil-free a pompa a secco nelle apparecchiature di processo relative alla tecnologia elettronica sotto vuoto per ottenere un vuoto ultra-alto con un effetto soddisfacente. Questo tentativo applica i vantaggi unici della pompa criogenica, che è veloce, pulita e affidabile, al forno a vuoto. La pompa criogenica è incorporata nel sistema del vuoto per ottenere un ambiente pulito ultra-alto vuoto. Questo documento introduce l'applicazione della pompa criogenica nel forno ad altissimo vuoto. L'idea progettuale del sistema di vuoto per pompe criogeniche, la configurazione principale e le questioni che richiedono attenzione del sistema del vuoto, la selezione e il calcolo della pompa criogenica sono introdotti con enfasi. Ha un valore di riferimento per la ricerca e lo sviluppo di simili forni a vuoto e l'applicazione di pompe criogeniche. Controllando rigorosamente tutti i collegamenti di ricerca e sviluppo, pulizia, degasaggio e cottura secondo la specifica del vuoto ultra-alto, la pressione finale del forno a vuoto ha raggiunto 2 10-7pa, estendendo la pressione limite del forno a vuoto convenzionale di quasi un ordine di grandezza. Negli ultimi anni le pompe per vuoto oil-free sono state introdotte e ampiamente utilizzate nel settore dell'industria dei semiconduttori. Pertanto, il sistema di acquisizione ultra alto senza olio, rappresentato da pompa criogenica e pompa a secco, è stato ampiamente promosso nella tecnologia elettronica dei semiconduttori, nel sistema di rivestimento ottico e nel campo aerospaziale.

Abbassando la temperatura della superficie di pompaggio inferiore a 20 K attraverso il mezzo a bassa temperatura, il gas con un punto di ebollizione più basso può essere condensato sulla superficie di pompaggio e una grande quantità di gas può essere estratta. L'uso della superficie di pompaggio a bassa temperatura sarà una pompa a gas condensata chiamata pompa criogenica o pompa di condensazione. È un dispositivo che condensa, assorbe o condensa + adsorbe il gas dopo aver usato un mezzo a bassa temperatura per ridurre la temperatura superficiale, in modo da ridurre la pressione dello spazio pompato e ottenere o mantenere lo stato di vuoto.

Come sistema di pompaggio completo, la pompa criogenica è composta da due parti, il corpo principale è il corpo della pompa del vuoto e la seconda parte è il compressore. Ora è ampiamente utilizzato frigorifero pompa criogenica, il suo nucleo è frigorifero criogenico. Il flusso di base è il seguente: in primo luogo, l'elio viene compresso ad alta temperatura e pressione; Viene quindi raffreddato da uno scambiatore di calore a elio a temperatura ambiente. L'elio purificato ad elevata purezza viene poi espanso adiabaticamente nel cilindro per diventare elio a bassa temperatura. Mentre il ciclo continua, l'elio si raffredda e diventa un mezzo refrigerante - elio criogenico.
I vantaggi della scelta della pompa criogenica includono:
(1) pulito, puro senza olio, ampia gamma di pompaggio, in grado di ottenere rapidamente l'ambiente ideale ultra alto vuoto;
(2) rispetto ad altre pompe per vuoto dello stesso diametro, la pompa criogenica ha una maggiore velocità di pompaggio, in particolare la capacità di estrarre vapore acqueo;
(3) nessuna scelta di essere gas pompato, particelle di impurità e non influenzare il lavoro del sistema;
(4) può essere installato a qualsiasi angolo, senza parti mobili, non hanno bisogno della pompa anteriore, i costi di funzionamento e manutenzione sono bassi;
L'esposizione all'atmosfera ha un piccolo impatto sul sistema, dopo che l'acqua del compressore può essere autoprotezione, quindi è possibile realizzarla senza sorveglianza.

Progettazione del sistema del vuoto

Il più grande problema di scegliere il sistema di pompe criogeniche per il forno a vuoto è quello di risolvere il carico di calore. Il carico di calore nel forno a vuoto deriva principalmente da tre aspetti:
(1) radiazione termica dal lato del forno;
(2) flusso viscoso, le molecole di gas trasportano calore;
(3) conduzione di calore e calore di radiazione dal tubo di bocca della pompa.

La criopompa funziona nello stato di flusso molecolare, la fonte di calore ii può essere ignorata. La fonte di calore () può essere eliminata aggiungendo una struttura di raffreddamento ad acqua. L'influenza del carico termico del corpo della fornace sulla pompa criogenica è considerata nel progetto. Lo schermo riflettente in metallo multistrato viene selezionato nel forno a vuoto. La temperatura di riscaldamento del forno a vuoto è 1300 ℃ , il più alto design totale 6 strati di schermo riflettente, schermo di medicazione in molibdeno 3 strati, il resto degli strati selezionati schermo riflettente in acciaio inox. In teoria il riscaldatore della parete del contenitore tramite la temperatura di radiazione di circa 200 ℃ , la temperatura aumenterà lentamente nel tempo. La maggior parte dei casi, la pompa a bassa temperatura può includere un gomito a 90 ° , al fine di evitare e la camera del vuoto attraverso, è ulteriormente ridotta al carico termico della pompa, che è quello di ridurre la radiazione termica è il metodo più semplice ed efficace. Nello stato di flusso molecolare, l'influenza del gomito sulla guida per convezione può essere ignorata, che è più efficace del deflettore per il sistema di ultra alto vuoto. Al fine di ridurre ulteriormente l'influenza della conduzione del calore e della radiazione sulla pompa criogenica, è stata progettata una struttura di raffreddamento ad acqua sul tubo a gomito. La struttura del sistema del vuoto è mostrata in figura 1.

FIGURA. 1 diagramma di struttura del sistema di vuoto

Al fine di ottenere il vuoto ultra alto ideale, e allo stesso tempo di utilizzare la tecnologia di ridondanza, abbiamo progettato il sistema di vuoto dell'unità pompa molecolare e della pompa criogenica in parallelo. L'unità di pompa molecolare può essere utilizzata come pre-pompaggio del sistema, in modo che quando la pompa criogenica si raffredda, può lavorare direttamente nello stato di flusso molecolare.

Inoltre, quando la camera a vuoto ha una grande quantità d'aria, può essere tempestivamente commutata alla pompa molecolare per l'estrazione dell'aria, che non solo può estendere il tempo di saturazione della pompa criogenica, ma anche risparmiare il tempo di rigenerazione. Pompa molecolare e pompa criogenica sono collegate da valvola a saracinesca pneumatica ultra alto vuoto e camera a vuoto. Al fine di garantire che il sistema sia pulito senza olio e dia pieno gioco ai vantaggi di pompaggio della pompa criogenica, viene selezionata la pompa molecolare a levitazione magnetica senza olio, la pompa a secco a vortice è selezionata per la pompa anteriore e l'asciutto la pompa viene anche utilizzata per l'estrazione dell'aria durante la rigenerazione della pompa criogenica. Lo schema del sistema del vuoto è mostrato in figura 2.

FIGURA. 2 schema schematico del sistema del vuoto

Quando l'unità pompa molecolare e il compressore vengono avviati allo stesso tempo, dopo circa 120 minuti, la testa fredda secondaria della pompa criogenica viene abbassata dalla temperatura ambiente a meno di 15 K (la porta della valvola della pompa criogenica può essere aperta). A questo punto, il grado di vuoto del sistema del forno a vuoto può raggiungere 10-5pa, in modo che la pompa criogenica possa iniziare direttamente dall'aspirazione.

Tabella 1 conclusioni sulla configurazione principale del sistema del vuoto

Questo set di apparecchiature è un tipico set di fornaci a vuoto di medie dimensioni, che viene applicato al processo di saldatura a diffusione sotto la condizione di ultra-alto vuoto. La capacità termica e l'area superficiale sono entrambe più grandi del forno di trattamento termico della stessa specifica, con un grado più elevato di automazione. La configurazione della pompa criogenica può dare pieno gioco ai suoi notevoli vantaggi. L'ultima pressione di prova del forno a vuoto è di 2 10-7 Pa (fredda e vuota) e la velocità di aumento della pressione è di 0,002 Pa / h. L'indice è migliore del comune forno ad alto vuoto. Allo stato attuale, l'applicazione della pompa criogenica domestica dipende principalmente dalle importazioni e da altre pompe dello stesso calibro, il prezzo è anche relativamente costoso. Tuttavia, ha ancora grandi vantaggi nei campi di alta ambiente di processo pulito, vuoto puro oil-free e ultra-alto vuoto, e la pompa criogenica non è peggiore di altre pompe in termini di costo del servizio e durata. La ricerca e lo sviluppo delle pompe criogeniche domestiche devono ancora essere maturi, in particolare la tecnologia dei compressori, in attesa dell'aumento del settore delle pompe per vuoto pulito domestico.