真空系統烘烤
2022-11-28 18:00:56 來(lái)源：邁格諾科官網(wǎng) 游覽：
空間中存在的氣態(tài)分子，無(wú)論是緩慢或是快速移動(dòng)，都是產(chǎn)生壓力的原因。真空即是通過(guò)減少腔室中存在的分子數量而獲得的。然而，這個(gè)過(guò)程也降低了氣態(tài)分子對腔室的內表面施加的壓力，在獲得真空的同時(shí)，也會(huì )有“額外分子”進(jìn)入腔室。
“額外分子”主要來(lái)源：
● 吸附在腔壁內表面的分子。這些分子大多附著(zhù)在內表面微觀(guān)的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁內的分子。隨著(zhù)真空度的升高，抑制壓力逐漸減小，這些分子從腔壁內部“滲透”到了內表面。
● 確保制造組件的材料中污染物含量盡可能低；
● 確保在裝配過(guò)程中佩戴無(wú)塵手套；
● 使用萊寶SC或ECODRY干式真空泵；
● 使用金屬密封替代橡膠密封；
● 最終，“烘烤” 真空腔室。
什么是真空系統烘烤：
烘烤就是加熱真空系統腔室。如果要實(shí)現超高真空（UHV），理想情況下最高烘烤溫度可達300 - 400 ℃。但通常高真空泵的法蘭處（CF）烘烤溫度不會(huì )這么高，如萊寶 TURBOVAC i 系列分子泵的CF法蘭處最高烘烤溫度不超過(guò)100 ℃。而如果在真空設備內部使用熱源（如輻射加熱），則不應超過(guò)可容許的輻射功率
真空系統烘烤的局限性：
一般對于處理從腔體表面或次表面進(jìn)入的分子，采用的烘烤過(guò)程取決于所需的真空度、最終的用途和系統本身的結構。一個(gè)典型的應用例子就是烘烤腔體以揮發(fā)并去除內壁吸附的水和加工過(guò)程殘留的碳氫化合物等。如果真空腔室是使用可烘烤的金屬墊片密封的UHV系統，那么烘烤腔室通常是標準操作。
然而使用橡膠O形圈密封的腔室就有一定的局限性。真空烘烤的溫度以及烘烤的有效性都將受到橡膠材料高溫耐受能力的限制。例如，Viton? 不應用于160 ℃ 以上的烘烤操作，因為它會(huì )慢慢開(kāi)始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，無(wú)論它們位于真空系統中的哪個(gè)位置，都必須具有良好的熱均勻性，否則那些本應通過(guò)烘烤去除的污染物將會(huì )在局部“冷點(diǎn)”聚積。
在1961年，關(guān)于CERN項目使用渦輪分子泵（TMP）對烘烤的腔體進(jìn)行抽氣的論文中，指出“通過(guò)TMP抽氣需要兩到三周的時(shí)間，主要是由于需要對處在真空絕熱的低溫恒溫器中，包含的多層超級隔離層進(jìn)行除氣”。然而，這是一個(gè)特殊情況，在大多數應用中，幾天的抽氣時(shí)間相比幾周，通常更容易接受。
“額外分子”主要來(lái)源：
● 吸附在腔壁內表面的分子。這些分子大多附著(zhù)在內表面微觀(guān)的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁內的分子。隨著(zhù)真空度的升高，抑制壓力逐漸減小，這些分子從腔壁內部“滲透”到了內表面。
除此之外，還有其他一些“額外分子”的來(lái)源需要考慮。包括：外部污染物，如指紋中所含的油脂成分；工藝反應后的產(chǎn)物；真空泵內油蒸汽的反向擴散；以及系統組件本身的飽和蒸汽壓，例如密封件等。這些單一或混合的“額外分子”來(lái)源，使真空泵無(wú)法在現實(shí)中輕松獲得并保持它們設計預期的抽空水平。
當然解決方案也有很多：● 確保制造組件的材料中污染物含量盡可能低；
● 確保在裝配過(guò)程中佩戴無(wú)塵手套；
● 使用萊寶SC或ECODRY干式真空泵；
● 使用金屬密封替代橡膠密封；
● 最終，“烘烤” 真空腔室。
什么是真空系統烘烤：
烘烤就是加熱真空系統腔室。如果要實(shí)現超高真空（UHV），理想情況下最高烘烤溫度可達300 - 400 ℃。但通常高真空泵的法蘭處（CF）烘烤溫度不會(huì )這么高，如萊寶 TURBOVAC i 系列分子泵的CF法蘭處最高烘烤溫度不超過(guò)100 ℃。而如果在真空設備內部使用熱源（如輻射加熱），則不應超過(guò)可容許的輻射功率
真空系統烘烤的局限性：
一般對于處理從腔體表面或次表面進(jìn)入的分子，采用的烘烤過(guò)程取決于所需的真空度、最終的用途和系統本身的結構。一個(gè)典型的應用例子就是烘烤腔體以揮發(fā)并去除內壁吸附的水和加工過(guò)程殘留的碳氫化合物等。如果真空腔室是使用可烘烤的金屬墊片密封的UHV系統，那么烘烤腔室通常是標準操作。
然而使用橡膠O形圈密封的腔室就有一定的局限性。真空烘烤的溫度以及烘烤的有效性都將受到橡膠材料高溫耐受能力的限制。例如，Viton? 不應用于160 ℃ 以上的烘烤操作，因為它會(huì )慢慢開(kāi)始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，無(wú)論它們位于真空系統中的哪個(gè)位置，都必須具有良好的熱均勻性，否則那些本應通過(guò)烘烤去除的污染物將會(huì )在局部“冷點(diǎn)”聚積。
另外，使用熱氮氣等高溫氣體吹掃真空腔室也可以有效地去除內壁表面污染物。例如將氮氣通過(guò)潔凈的氣體加熱器，然后緩慢通入腔室長(cháng)達30分鐘，污染物將被氣流夾帶并通過(guò)排氣口排出。這需要針對不同的真空系統，設計對應的通入時(shí)間和溫度。雖然并不復雜，但這種氮氣吹掃方法也只能用于部分真空腔室的處理。
在1961年，關(guān)于CERN項目使用渦輪分子泵（TMP）對烘烤的腔體進(jìn)行抽氣的論文中，指出“通過(guò)TMP抽氣需要兩到三周的時(shí)間，主要是由于需要對處在真空絕熱的低溫恒溫器中，包含的多層超級隔離層進(jìn)行除氣”。然而，這是一個(gè)特殊情況，在大多數應用中，幾天的抽氣時(shí)間相比幾周，通常更容易接受。