ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Откачные средства из "Вакуумное нанесение тонких пленок" Для развития откачных средств, используемых в настоящее время для получения высокого и сверхвысокого вакуума, характерны два направления. Первое направление основано на модификации откачных средств, оборудованных традиционными для вакуумной техники механическими и пароструйными насосами. С целью повышения предельного вакуума и уменьшения миграции масла из насосов широкое применение здесь находят различные ловушки, использующие вымораживающие и сорбирующие средства, а также ловушки, устройство которых основано на искусственной ионизации масляных паров при совместном действии электрического и магнитного полей, на крекинге углеводородов с последующим замуровыванием их на стенке ловушки нарастающим слоем титана и т. п. [c.85] Второе направление, интенсивно развившееся за последние 5—10 лет, основано на использовании принципиально новых откачных средств. К ним относятся тур-бомолекулярные насосы, адсорбционные угольные и цио-литовые насосы, титановые испарительные, электро-разрядные насосы и конденсационные насосы. [c.86] Действие механических насосав основано на выталкивании газа, заполняющего рабочий объем, движущимися частями насоса. Насосы предназначены для удаления основной массы газа из откачиваемого объема и создания разрежения Ю- —10- мм рт. ст. Они находят самостоятельное применение для откачки объемов в тех случаях, когда не требуется более высокий вакуум, или используются в качестве вспомогательных насосов, создающих разрежение, необходимое для обеспечения нормальной работы различного рода высоковакуумных насосов. [c.86] В насосах золотникового типа эксцентрический ротор имеет специальное плунжерное устройство, обеспечивающее всасывание и сжатие откачиваемого газа, В процессе работы насоса объем рабочей камеры, механически увеличиваясь и уменьшаясь, соединяется в момент своего наименьшего значения с впускным патрубком насоса, При последующем увеличении объема рабочей камеры в нее через впускной патрубок засасывается откачиваемый газ. Газ поступает в рабочую камеру до тех пор, пока она в момент своего наибольшего объема снова не разъединится со стороной влуска. Затем объем рабочей камеры начинает уменьшаться. При этом происходит сжатие газа до давления выше 1 ат, пока он не откроет выпускного клапана, предохраняющего насос от обратного проникновения газа из атмосферы. [c.86] При высоких значениях предельного вакуума, которые требуются от современных вращательных насосов, даже тщательная взаимная пригонка деталей насосов недостаточна, чтобы полностью воспрепятствовать перетеканию газа со стороны высокого давления на сторону впуска. Высокие значения предельного вакуума в этом случае достигаются тем, что небольшие зазоры между движущимися частями и деталями выпускного клапана уплотняются масляной пленкой, обеспечивающей высокую герметичность. Масляное уплотнение обеспечивает также герметичность сальника вала, которым приводится в движение ротор насоса. [c.86] Однако вязкость не должна быть чрезмерно большой во избежание ненужного повышения трения, а следовательно, и величины потребляемой мощности. От масла требуется, чтобы оно не содержало легколетучих составляющих, т. е. температура вспышки масла не должна быть ниже 200° С. Кроме того, масло не должно содержать воды, водорастворимых кислот и щелочей, и его свойства не должиы изменяться в троцессе эксплуатации. Из вакуумных масел отечественного производства для механических насосов наиболее широко применяется масло ВМ-4 (ГОСТ 7903-56). Оно представляет собой машинное масло Су, из которого в результате вакуумной перегонки отогнаны 13—15% яизкокипящих фракций. Масло имеет широкий фракционный состав, причем примерно 15% этого масла имеет давление паров около 10 б мм рт. ст. Масло достаточно легко окисляется и обладает низкой влагостойкостью, вследствие чего быстро теряет свои первоначальные свойства, особенно при откачке влажного воздуха. Сравнительно недавно было разработано новое масло для механических насосов. Масло ВМ-6 (РТУ РСФСР НП-12-61) представляет собой дистиллят, полученный путем вакуумной перегонки исходных нефтяных продуктов. Влагостойкость и окислительная стабильность этого масла примерно в 2—4 раза выше, а давление пара яа 1—2 порядка ниже, чем у масла ВМ-4. Кроме того, при пониженных плюсовых температурах масло ВМ-6 обладает примерно в 2 раза меньшей вязкостью, чем масло ВМ-4. [c.87] Следует иметь в виду, что обычные механические насосы с масляным уплотнением не пригодны для откачки парогазовых смесей. У большинства из них отношение максимального объема рабочей камеры к ее минимальному объему, который она имеет в момент открывания выпускного клапана (так называемый коэффициент сжатия), достигает 700. В результате этого водяной пар, даже в том случае, если его парциальное давление в разрежаемом объеме невелико, конденсируется в воду, которая остается в насосе за пределы же насоса выбрасывается только влажный воздух. Многократное повторение процесса сжатия приводит к обогащению насосного масла водой. Вода, смешиваясь с маслом, образует эмульсию, проникает в сторону впускного патрубка и, испаряясь, снова попадает в откачиваемый объем. [c.87] Для предотвращения конденсации паров ери их сжатии в процессе откачки вращательные насосы снабжаются специальными устройствами, с помощью которых в определенный момент времени в рабочую камеру насоса впускается сухой воздух — балластный газ. Количество этого газа подбирается таким образом, чтобы давление в рабочей камере насоса, достаточное для открывания выхлопного клапана, достигалось прежде, чем парциальное давление паров станет равным давлению насыщения. Усовершенствованные вращательные масляные насосы, приспособленные для эффективной откачки паров и парогазовых смесей, носят название газобалластных насосов. [c.87] Наибольшее распространение имеют насосы второй группы, обладающие быстротой действия 0,1—2 м 1сек. При всех достоинствах двухроторных насосов у них есть один существенный недостаток — они значительно дороже паромасляных насосов, имеющих примерно ту же самую быстроту действия. Отечественная промышленность серийно выпускает двухроторные насосы ДВН-500 и ДВН-1500 с быстротой действия 0,5 и 1,5 м /сек. [c.88] Весьма перспективным способом защиты откачиваемого объема от паров масла является применение ионных ловушек. Ионная ловушка (рис. 2-5) использует разряд с холодным катодом в поперечном магнитном поле. Цилиндрические стенки ловушки образуют катод, а по оси цилиндра расположен анод. Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндра. Внизу полости разрядника находится отражательная поверхность. В результате совместного действия электрического и магнитного полей электроны описывают длинную циклоидальную траекторию и эффективно ионизуют молекулы газа и пара, которые затем устремляются к катоду, выбивая из него новые электроны, необходимые для поддержания разряда. Ток раз,ряда зависит от давления, составляя обычно несколько микроампер. В результате использования такой ловушки содержание углеводородов в атмосфере остаточных газов снижается до 1 % от первоначальной величины (рис. 2-6). Замечено также, что ионная ловушка снижает содержание и других компонентов остаточных газов. Например, содержание паров воды уменьшается до и первоначальной величины, а кислород почти полностью исчезает. [c.90] Если используется большое число однотипных напылительных установок, то зачастую бывает нерационально снабжать каждую установку отдельным механическим насосом. Большое число одновременно работающих механических насосов создает шум и вибрации в производственных помещениях. Для того чтобы избавиться от этих неудобств, повысить коэффициент использования оборудования и поднять общую культуру производства, большое число небольших механических насосов заменяют одним или несколькими насосами, обладающими более высокой производительностью, вынося эти насосы в отдельное изолированное помещение. Вместо насосов к напылительным установкам подходят трубопроводы централизованной системы предварительной откачки. Если обеспечена достаточно высокая проводимость системы и производительность механических насосов, то к ней практически может быть присоединено любое количество напылительных установок. [c.90] В качестве примера на рис. 2-7 схематически показана система централизованной предварительной откачки с тремя линиями трубопроводов. Линия А предназначена для первоначальной откачки рабочих объемов установок от атмосферного давления до 1 мм рт. ст. Линия Б предназначена для создания в системе разрежения 5-10 мм рт. ст. При этом давлении могут быть включены паромасляные насосы. Линия В имеет то же самое предельное разрежение и предназначена для обеспечения бесперебойной работы паромасляных насосов. Каждая линия откачивается отдельным механическим насосом. Кроме того, имеется запасной насос, который в случае выхода из строя основного насоса может быть подключен к любой линии. [c.90] Каждая линия обычно собирается из отдельных секций, что облегчает их разборку и чистку. Вакуумные системы установок, представленные на рис. 2-7, снабжены электромагнитными клапанами, что позволяет осуществлять как автоматическое, так и ручное управление процессом откачки. [c.90] Работа системы централизованно предварительной откачки осуществляется следующим образом. В установке I производится напуск воздуха в рабочий объем. При этом электромагниты всех трех клапанов обесточены. Клапан-переключатель находится в нижнем положении, открывая доступ воздуха в рабочий объем. Одновременно клапан-натекатель предотвращает попадание воздуха в систему централизованной предварительной откачки. Клапан паромасляного насоса закрыт. Клапан-переключатель находится в нижнем положении и разделяет вакуум-проводы Л и 5. [c.91] Системы централизованной нредварительной откачки часто снабжаются устройствами автоматического управления и аварийной сигнализации. [c.91] Подавляющее большинство современных высоковакуумных пароструйных насосов работает при давлении ниже 10 мм рт. ст. При этом количество газа, находящегося в откачиваемом объеме, становится малым по сравнению с количеством газа, адсорбированного стенками объема и находящейся в нем аппаратуры. Соответственно этому пароструйные насосы в основном предназначены либо для уравновешивания газовыделений со стенок откачиваемого объема и натекания через неплотности, либо для удаления газов, выделяющихся при нагреве, плавлении и распылений используемых материалов. [c.92] Пароструйные насосы можно разделить на две группы. К первой группе относятся высоковакуумные пароструйные насосы, имеющие наибольшую быстроту действия в диапазоне давлений 10 —10 мм рт. ст. и сравнительно небольшое выпускное давление (около 0,1 мм рт. ст.). Насосы этой группы имеют следующие особенности большое сечение впускного сопла (обращенного или зонтичного типа), обеспечивающее большую скорость откачки газа малый перепад давлений откачиваемого газа между разделенными струей пара частями насоса несколько ступеней с постепенно уменьшающейся быстротой действия и соответственно возрастающей способностью выдерживать более значительные перепады давлений низкое давление пара в струе за счет использования маломощных электронагревателей. [c.92] Из высоковакуумных пароструйных насосов в настоящее время широко распространены разработанные в пятидесятых годах насосы единой серии с быстротой откачки 100, 500, 2 000, 5 000 и 8 000 л1сек. Это максимальное значение скорости откачки каждый насос может развивать в том случае, если он непосредственно подсоединен к откачиваемому объему. На практике эффективная быстрота откачки насоса значительно снижается за счет установки маслоотражателя, высоковакуумного затвора, охлаждаемой ловушки, а также наличия соединительного трубопровода между насосом и откачиваемым объемом. [c.93] К недостаткам насосов единой серии помимо узкого диапазона рабочих давлений, следует отнести невысокое выпускное давление (0,1 мм рт. ст.) и сравнительно невысокий предельный вакуум (З-Ю мм рт. ст.). [c.93] ВМ-2 и ВМ-5, которые являются продуктами дистилляции медицинского вазелинового масла. Если масло ВМ-1 и ВМ-2 получают путем однократной возгонки, то для получения масла ВМ-5 применяют двукратную возгонку вазелинового масла, благодаря чему последнее приобретает более однородный состав и большую термическую стойкость, что позволяет, с одной стороны, не-СКОЛЬКО улучшить величину предельного вакуумй и, с другой стороны, сокрашает время, необходимое для его получения. [c.94] Вернуться к основной статье