超高真空炉における極低温ポンプの応用例

- Dec 05, 2018-

超高真空炉における低温ポンプの応用例

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10年以上前、真空電子技術に関連したプロセス装置に低温ポンプとドライポンプオイルフリーシステムを適用し、超高真空を満足のいく効果を得ました。 この試みは、真空炉の適用のクライオジェニックポンプであり、迅速で、清潔で信頼できる独自の利点である。 クライオジェニックポンプは、超高真空環境を達成するために真空システムに組み込まれています。 本稿では、超高真空炉における極低温ポンプの適用例を紹介する。 本稿では、低温ポンプ真空システムの設計思想、主な構成と真空システムの注意を必要とする事項、極低温ポンプタイプの選択を紹介し、極低温ポンプシステムの設置、使用、保守について、グラフィカルな方法。 これは、類似の真空炉の研究開発と極低温ポンプの適用に対する参考値です。 超高真空仕様に準拠したすべての研究開発リンク、洗浄、脱ガス、焼成を厳密に制御することにより、真空炉の到達圧力は2×10-7paに達し、従来の真空炉の限界圧力を大きさのオーダー。 近年、オイルフリーの真空ポンプが導入され、半導体業界で広く使用されている。 このため、極低温ポンプやドライポンプに代表される無給油超高真空取得システムは、半導体電子技術、光学コーティングシステム、航空宇宙分野で広く普及しています。

 

抽出面の温度を低温媒体を介して20k未満に下げることによって、抽出面はより低い沸点の温度でガスを凝縮させることができ、多量のガスを抽出することができる。 低温ポンプ面の使用は、低温ポンプまたは凝縮ポンプと呼ばれる凝縮ガスポンプポンプである。 低温媒体を使用して表面温度を下げた後にガスを凝縮、吸着または凝縮し+吸着して、ポンプ空間の圧力を低下させ、真空状態を維持するかまたは真空状態を維持する装置である。

 

完全なポンピングシステムとして、極低温ポンプは2つの部分から構成され、本体は真空ポンプ本体であり、第2の部分は圧縮器である。 現在、冷凍機の極低温ポンプが広く使用されており、その中核をなすのが極低温冷凍機である。 基本的なプロセスは次のとおりです。まずヘリウムガスを高温高圧に圧縮します。 その後、熱交換器を通して室温ヘリウムに冷却される。 精製された高純度のヘリウムは、シリンダによって断熱的に膨張され、低温のヘリウムとなる。 そしてそれは周りを回り、ヘリウムは冷却され、冷凍媒体 - 低温ヘリウムになります。

 

低温ポンプの選択の利点は次のとおりです。

(1)清潔で純粋なオイル、ガス抽出の広い範囲は、すぐに理想的な超高真空環境を得ることができません。

(2)と他の真空ポンプの同じ直径、極低温ポンプはより大きなポンプ速度、特に水蒸気を抽出する能力を有する;

(3)ガス、不純物粒子を汲み上げる選択肢がなく、システム作業に影響を与えない。

(4)任意の角度でインストールすることができます、可動部品、前のステージのポンプを必要としない、実行しているとメンテナンスコストが低いです。

(5)大気への暴露は、コンプレッサーの水が自己保護することができるので、システムに小さな影響を与えるので、無人で達成することができます。

 

真空システムの設計

真空炉は低温ポンプシステムを選択し、最大の問題は熱負荷を解決することです。 真空炉の熱負荷は、主に次の3つの側面からもたらされます。

(1)炉の放熱側から、

(2)粘性流動状態では、ガス分子は熱を奪う。

(3)ポンプ口管からの熱伝導と輻射熱。

低温ポンプは分子流状態で動作し、熱源iiは無視することができる。 熱源(3)は、水冷却構造を追加することによって排除することができる。 炉体からの熱負荷が低温ポンプに及ぼす影響が設計上考慮されている。 多層金属反射鏡スクリーンが真空炉内で選択される。 真空炉の加熱温度は1300 であり、反射スクリーン、モリブデンドレッシングスクリーン3層、層の残りの部分の最も高い全体設計6層はステンレス鋼反射板スクリーンを選択した。 理論的には、ヒーターは約200 ℃の 放射温度によって容器の壁面に 到達し 、温度は徐々に上昇します。 ほとんどの場合、低温ポンプは90℃のエルボーを含むことができ、それを避けるために真空室を通過させ、さらに熱放射を減らすことであるポンプの熱負荷を最も簡単かつ効果的な方法に減らす。 分子流状態では、エルボ対流ガイドの影響は無視でき、超高真空システムのバッフルよりも効果的である。 低温ポンプへの熱伝導および放射の影響をさらに低減するために、水冷構造がエルボー管上に設計された。 真空システムの構造を図1に示します。

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理想的な超高真空を得るために、冗長技術を用いた分子ポンプユニットと低温ポンプの並列真空システムを設計した。 分子ポンプユニットは、システムのプレポンプとして使用することができ、極低温ポンプが冷却すると分子流れ状態で直接作用することができる

 

また、真空チャンバから放出される空気の量が比較的多い場合、低温ポンプの排気飽和時間を延長することができるだけでなく、再生時間を節約することができる空気抽出のための分子ポンプに適時に切り替えることができる。 分子ポンプと極低温ポンプは、空気圧の超高真空ゲートバルブと真空チャンバーで接続されています。 システムがクリーンでオイルフリーであり、同時に低温ポンプのポンピング利点を十分に発揮させるために、純粋な油フリー磁気浮上分子ポンプが選択され、前段に渦流ポンプが選択されるポンプ、およびドライポンプは、極低温ポンプ再生での空気抽出にも使用されます。 真空システムの概略図を図2に示す。 2真空システムの主な構成。

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分子ポンプユニットと圧縮機が同時に起動されると、約120分後に、低温ポンプの二次コールドヘッドが室温から15k以下に下げられる(低温ポンプバルブドアを開くことができる)。 このとき、真空炉システムの真空度は10-5paに達することができ、極低温ポンプは高真空から直接始動することができる。

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この装置セットは、超高真空の条件下で拡散溶接プロセスに適用される中型真空炉の典型的なセットであり、熱容量および表面積は、同じ仕様の熱処理炉よりも高く低温ポンプの構成は、その顕著な利点を果たすことができる。 真空炉の最終的な試験圧力は2×10-7Pa(冷間空)であり、圧力上昇率は0.002Pa / hである。 インデックスは、通常の高真空炉より優れています。 現在、国内の極低温ポンプのアプリケーションは主に輸入に依存しており、他のポンプと同じ口径であるため、価格はより高価です。 しかし、クリーンプロセス環境、純油フリー真空、超高真空の分野では依然として大きなメリットがあり、クライオジェニックポンプはサービスコストや耐用年数の点で他のポンプよりも悪くありません。 国内の低温ポンプの研究開発は、まだ国内のクリーン真空ポンプ業界の台頭を楽しみにして、特に圧縮機技術、成熟することです。