真空系統(tǒng)烘烤
2022-11-28 18:00:56 來源：邁格諾科官網(wǎng) 游覽：
空間中存在的氣態(tài)分子，無論是緩慢或是快速移動，都是產(chǎn)生壓力的原因。真空即是通過減少腔室中存在的分子數(shù)量而獲得的。然而，這個過程也降低了氣態(tài)分子對腔室的內(nèi)表面施加的壓力，在獲得真空的同時，也會有“額外分子”進入腔室。
“額外分子”主要來源：
● 吸附在腔壁內(nèi)表面的分子。這些分子大多附著在內(nèi)表面微觀的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁內(nèi)的分子。隨著真空度的升高，抑制壓力逐漸減小，這些分子從腔壁內(nèi)部“滲透”到了內(nèi)表面。
● 確保制造組件的材料中污染物含量盡可能低；
● 確保在裝配過程中佩戴無塵手套；
● 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(tǒng)烘烤：
烘烤就是加熱真空系統(tǒng)腔室。如果要實現(xiàn)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100 ℃。而如果在真空設備內(nèi)部使用熱源（如輻射加熱），則不應超過可容許的輻射功率
真空系統(tǒng)烘烤的局限性：
一般對于處理從腔體表面或次表面進入的分子，采用的烘烤過程取決于所需的真空度、最終的用途和系統(tǒng)本身的結構。一個典型的應用例子就是烘烤腔體以揮發(fā)并去除內(nèi)壁吸附的水和加工過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(tǒng)，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，因為它會慢慢開始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，無論它們位于真空系統(tǒng)中的哪個位置，都必須具有良好的熱均勻性，否則那些本應通過烘烤去除的污染物將會在局部“冷點”聚積。
在1961年，關于CERN項目使用渦輪分子泵（TMP）對烘烤的腔體進行抽氣的論文中，指出“通過TMP抽氣需要兩到三周的時間，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行除氣”。然而，這是一個特殊情況，在大多數(shù)應用中，幾天的抽氣時間相比幾周，通常更容易接受。
“額外分子”主要來源：
● 吸附在腔壁內(nèi)表面的分子。這些分子大多附著在內(nèi)表面微觀的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁內(nèi)的分子。隨著真空度的升高，抑制壓力逐漸減小，這些分子從腔壁內(nèi)部“滲透”到了內(nèi)表面。
除此之外，還有其他一些“額外分子”的來源需要考慮。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(nèi)油蒸汽的反向擴散；以及系統(tǒng)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”來源，使真空泵無法在現(xiàn)實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；
● 確保在裝配過程中佩戴無塵手套；
● 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(tǒng)烘烤：
烘烤就是加熱真空系統(tǒng)腔室。如果要實現(xiàn)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100 ℃。而如果在真空設備內(nèi)部使用熱源（如輻射加熱），則不應超過可容許的輻射功率
真空系統(tǒng)烘烤的局限性：
一般對于處理從腔體表面或次表面進入的分子，采用的烘烤過程取決于所需的真空度、最終的用途和系統(tǒng)本身的結構。一個典型的應用例子就是烘烤腔體以揮發(fā)并去除內(nèi)壁吸附的水和加工過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(tǒng)，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，因為它會慢慢開始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，無論它們位于真空系統(tǒng)中的哪個位置，都必須具有良好的熱均勻性，否則那些本應通過烘烤去除的污染物將會在局部“冷點”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(nèi)壁表面污染物。例如將氮氣通過潔凈的氣體加熱器，然后緩慢通入腔室長達30分鐘，污染物將被氣流夾帶并通過排氣口排出。這需要針對不同的真空系統(tǒng)，設計對應的通入時間和溫度。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，關于CERN項目使用渦輪分子泵（TMP）對烘烤的腔體進行抽氣的論文中，指出“通過TMP抽氣需要兩到三周的時間，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行除氣”。然而，這是一個特殊情況，在大多數(shù)應用中，幾天的抽氣時間相比幾周，通常更容易接受。