مثال على تطبيق المضخة المبردة في الفرن ذو الفراغ العالي

مثال على تطبيق المضخة المبردة في الفرن ذو الفراغ العالي

منذ أكثر من عشر سنوات ، بدأنا في تطبيق نظام مضخة خالٍ من الزيت والمضخة الجافة في معدات العمليات المتعلقة بالتكنولوجيا الإلكترونية الفراغية للحصول على فراغ فائق بتأثير مرض. تطبق هذه المحاولة المزايا الفريدة للمضخة المبردة ، والتي تتميز بالسرعة والنظيفة والموثوقية ، على الفرن الفراغي. يتم دمج المضخة المبردة في نظام التفريغ لتحقيق بيئة فراغ فائقة النظيفة. تقدم هذه الورقة تطبيق المضخة المبردة في فرن مفرط عالي جدا. يتم تقديم فكرة تصميم نظام تفريغ المضخة المبردة ، والتكوين الرئيسي والأمور التي تحتاج إلى اهتمام من نظام التفريغ ، واختيار وحساب المضخة المبردة بشكل قاطع. لها قيمة مرجعية للبحث والتطوير في فرن فراغ مماثل وتطبيق المضخة المبردة. من خلال التحكم الصارم في جميع روابط البحث والتطوير ، والتنظيف ، وإزالة الغازات والخبز وفقًا لمواصفات التفريغ الفائقة ، وصل الضغط النهائي للفرن المفرغ إلى 2 - 10 - 7pa ، مما زاد من ضغط الحد لفرن الفراغ التقليدي بأمر تقريبي الحجم. في السنوات الأخيرة ، تم إدخال مضخات تفريغ خالية من الزيت وتستخدم على نطاق واسع في مجال صناعة أشباه الموصلات. لذلك ، تم الترويج على نطاق واسع لنظام امتلاك الفراغ الخالي من الزيت والذي يمثله المضخة المبردة والمضخة الجافة في التكنولوجيا الإلكترونية لأشباه الموصلات ونظام الطلاء البصري ومجال الفضاء الجوي.

عن طريق خفض درجة حرارة سطح الضخ أقل من 20 كلفن خلال درجة الحرارة المنخفضة ، يمكن تكثيف الغاز ذي نقطة الغليان السفلى على سطح الضخ ويمكن استخراج كمية كبيرة من الغاز. استخدام سطح الضخ ذو درجة الحرارة المنخفضة سيكون عبارة عن مضخة غاز مكثفة تدعى المضخة المبردة أو مضخة التكثيف. إنه جهاز يتكثف أو يمتزج أو يتكثف + يمتزج الغاز بعد استخدام متوسط درجة حرارة منخفضة لتقليل درجة حرارة السطح ، وذلك لتقليل ضغط المساحة التي يتم ضخها والحصول على حالة الفراغ أو الحفاظ عليها.

كنظام ضخ كامل ، تتكون المضخة المبردة من جزأين ، الجسم الرئيسي هو جسم المضخة الفراغية ، والجزء الثاني هو الضاغط. الآن يستخدم على نطاق واسع الثلاجة مضخة المبردة ، جوهرها هو الثلاجة المبردة. التدفق الأساسي هو كما يلي: أولاً ، يتم ضغط الهيليوم لدرجة حرارة وضغط عالية ؛ ثم يتم تبريده بواسطة مبادل حراري إلى هيليوم في درجة حرارة الغرفة. ثم يتم توسيع الهيليوم عالي النقاء المنقى في الأسطوانة ليصبح هيليوم منخفض الحرارة. مع استمرار الدورة ، يتم تبريد الهيليوم ويصبح هليومًا متوسط التبريد.
مزايا اختيار المضخة المبردة تشمل:
(1) نظيفة ، نقي بدون زيت ، ضخ مجموعة واسعة ، يمكن الحصول بسرعة بيئة مثالية فائقة فراغ للغاية ؛
(2) مقارنة بالمضخات الفراغية الأخرى ذات القطر نفسه ، فإن المضخة المبردة لديها سرعة ضخ أكبر ، خاصة القدرة على استخراج بخار الماء ؛
(3) لا خيار ليتم ضخ الغاز ، وجزيئات النجاسة ولا تؤثر على عمل النظام ؛
(4) يمكن تثبيتها في أي زاوية ، أي أجزاء متحركة ، لا تحتاج إلى المضخة الأمامية ، وتكلفة التشغيل والصيانة منخفضة ؛
إن التعرض للغلاف الجوي له تأثير بسيط على النظام ، بعد أن يكون الماء الضاغط ذا حماية ذاتية ، لذلك يمكن أن يدرك أنه غير مراقب.

تصميم نظام الفراغ

أكبر مشكلة في اختيار نظام المضخة المبردة للفرن الفراغي هي حل الحمل الحراري. الحمل الحراري في فرن الفراغ يأتي بشكل أساسي من ثلاثة جوانب:
(1) الإشعاع الحراري من جانب الفرن ؛
(2) التدفق اللزج ، جزيئات الغاز تحمل الحرارة ؛
(3) توصيل الحرارة والحرارة الإشعاعية من أنبوب فم المضخة.

عمل Cryopump في حالة التدفق الجزيئي ، يمكن تجاهل مصدر الحرارة ii. يمكن التخلص من مصدر الحرارة () بإضافة هيكل تبريد الماء. يعتبر تأثير الحمل الحراري من جسم الفرن على المضخة المبردة في التصميم. يتم تحديد شاشة عاكس معدني متعدد الطبقات في الفرن الفراغي. درجة حرارة تسخين الفرن هي 1300 ℃ ، أعلى تصميم إجمالي 6 طبقة من الشاشة العاكسة ، شاشة خلع الملابس الموليبدينوم 3 طبقات ، بقية الطبقات المحددة شاشة عاكس الفولاذ المقاوم للصدأ. من الناحية النظرية ، فإن السخان الموجود في جدار الحاوية عبر درجة حرارة الإشعاع حوالي 200 درجة مئوية ، سترتفع درجة الحرارة ببطء مع مرور الوقت. في معظم الحالات ، يمكن أن تشتمل المضخة ذات درجة الحرارة المنخفضة على كوع بزاوية 90 درجة ، وذلك لتجنب حدوث فراغ داخل الغرفة ، ويتم تقليله أيضًا إلى الحمل الحراري للمضخة ، وهو ما يقلل من الإشعاع الحراري وهو الأسلوب الأكثر بساطة وفعالية. في حالة التدفق الجزيئي ، يمكن تجاهل تأثير الكوع على دليل الحمل الحراري ، وهو أكثر فعالية من الحاجز لنظام الفراغ العالي للغاية. من أجل تقليل تأثير التوصيل الحراري والإشعاع على المضخة المبردة ، تم تصميم هيكل تبريد الماء على أنبوب الكوع. يظهر هيكل نظام الفراغ في الشكل 1.

تين. 1 مخطط هيكل نظام فراغ

من أجل الحصول على فراغ فائق مثالي ، وفي نفس الوقت لاستخدام تقنية التكرار ، قمنا بتصميم نظام الفراغ لوحدة المضخة الجزيئية والمضخة المبردة بالتوازي. يمكن استخدام وحدة المضخة الجزيئية كضخ مسبق للنظام ، بحيث عندما يتم تبريد المضخة المبردة ، يمكن أن تعمل مباشرة في حالة التدفق الجزيئي.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يكون للغرفة المفرغة كمية كبيرة من الهواء ، يمكن تحويلها في الوقت المناسب إلى المضخة الجزيئية لاستخراج الهواء ، والتي لا يمكنها فقط تمديد وقت تشبع الضخ للمضخة المبردة ، ولكن أيضًا توفير وقت التجديد. يتم توصيل المضخة الجزيئية والمضخة المبردة بواسطة صمام بوابة الفراغ الهوائي العالي للغاية وغرفة التفريغ. من أجل ضمان أن يكون النظام نظيفًا بدون زيت ويمنح كامل مزايا الضخ للمضخة المبردة ، يتم اختيار المضخة الجزيئية ذات الإرتفاع المغنطيسي الخالية من الزيوت ، ويتم اختيار المضخة الجافة الدوامة للمضخة الأمامية ، والجافة تستخدم المضخة أيضًا لاستخراج الهواء أثناء تجديد المضخة المبردة. يظهر الرسم التخطيطي لنظام الفراغ في الشكل 2.

تين. 2 رسم تخطيطي للنظام فراغ

عند بدء تشغيل وحدة المضخة الجزيئية والضاغط في نفس الوقت ، بعد حوالي 120 دقيقة ، يتم خفض الرأس البارد الثانوي للمضخة المبردة من درجة حرارة الغرفة إلى أقل من 15 كلفن (يمكن فتح باب صمام المضخة المبردة). في هذا الوقت ، يمكن أن تصل درجة الفراغ في نظام فرن الفراغ إلى 10-5pa ، بحيث يمكن أن تبدأ المضخة المبردة من فراغ عالي مباشرة.

الجدول 1 استنتاجات التكوين الرئيسية للنظام فراغ

هذه المجموعة من المعدات عبارة عن مجموعة نموذجية من أفران التفريغ متوسطة الحجم ، والتي يتم تطبيقها على عملية لحام الانتشار في حالة وجود فراغ عالي للغاية. تعد السعة الحرارية والمساحة السطحية أكبر من فرن المعالجة الحرارية بنفس المواصفات ، مع درجة أعلى من التشغيل الآلي. إن تكوين المضخة المبردة يمكن أن يعطي ميزة كاملة لمميزاته الرائعة. ضغط الاختبار النهائي للفرن هو 2-10-7 باسكال (بارد وفارغ) ، ومعدل ارتفاع الضغط هو 0.002 باسكال / ساعة. الفهرس أفضل من الفرن العالي الشائع. في الوقت الحاضر ، يعتمد تطبيق المضخة المبردة المحلية في الغالب على الواردات ، ومضخات أخرى من نفس العيار ، والثمن مكلف أيضًا نسبيًا. ومع ذلك ، لا يزال يتمتع بمزايا كبيرة في مجالات بيئة المعالجة النظيفة العالية والفراغ الخالي من الزيوت النقي والفراغ العالي للغاية ، والمضخة المبردة ليست أسوأ من المضخات الأخرى من حيث تكلفة الخدمة وعمر الخدمة. لا يزال البحث والتطوير في مجال المضخات المبردة المحلية في مرحلة النضج ، خاصة تكنولوجيا الضاغط ، ونتطلع إلى نهوض صناعة المضخات الفراغية النظيفة المحلية.