Apabila bekerja dengan vakum tinggi (HV) dan vakum ultra-tinggi (UHV), terdapat aspek-aspek tertentu yang perlu dipertimbangkan untuk memastikan sistem yang efisien dan selamat.
Untuk menjelaskan, julat tekanan bagi:
- Keadaan UHV ditakrifkan sebagai antara 10-7 dan 10-12 mbar,
- Keadaan HV ditakrifkan sebagai antara 10-3 dan 10-7 mbar.
Beberapa aplikasi utama HV termasuk proses metalurgi, fizik nuklear, simulasi angkasa dan instrumen analitik. Sebaliknya, UHVs digunakan untuk analisis permukaan, dalam fizik tenaga tinggi dan Epitaksi Aliran Molekul (MBE).
Dalam blog ini, kami membincangkan empat pertimbangan utama yang perlu anda ingat semasa bekerja di bawah keadaan HV atau UHV.
1. Reka bentuk sistem vakum, bahan dan permukaan
Seperti semua sistem vakum, piawaian, peraturan dan protokol yang ditetapkan yang mentakrif dan mengawal faktor-faktor vakum dan perkara-perkara (seperti cara untuk mendapatkan tahap vakum tersebut, penyediaan pam, langkah-langkah keselamatan, kaedah pengukuran dan pengesanan kebocoran), semuanya mesti diperiksa semula dengan teliti dan sering direkayasa semula.
Selain itu, reka bentuk, bahan yang digunakan, dan keadaan sistem vakum mesti dinilai – dan yang berikut boleh membantu meningkatkan kecekapan mereka:
- mengurangkan luas permukaan dalaman ruang
- hanya mengimpal dari dalam
- menggunakan bahan dengan kadar desorpsi/keluaran gas yang rendah
- rawatan pra-perlakuan yang sesuai terhadap bahan (contohnya, elektro-polishing)
- memastikan tiada jurang dalaman atau volume terperangkap (contohnya, lubang buta yang ditap)
- mengurangkan bilangan meterai, laluan makanan, dan lain-lain.
- menggunakan meterai logam
2. Menguruskan keadaan kerja dan kebersihan
Salah satu cabaran utama dalam mencipta dan mengekalkan persekitaran vakum bersih, tinggi dan ultra-tinggi adalah menguruskan pengeluaran gas.
Pengeluaran gas merujuk kepada pembebasan gas yang telah terlarut, terperangkap, teradsorpsi atau diserap dalam bahan tertentu.
Fenomena ini berlaku apabila bahan yang biasanya tidak dianggap menyerap melepaskan cukup molekul untuk mengganggu proses vakum industri atau saintifik. Kelembapan, bahan penutup, pelincir, dan pelekat adalah sumber yang paling biasa, tetapi bahkan logam dan kaca juga boleh melepaskan gas dari retakan atau kekotoran. Pembersihan permukaan atau pemanasan komponen individu atau keseluruhan pemasangan (proses yang dipanggil bake-out) boleh mengeluarkan bahan volatiles.
Untuk mencapai tahap vakum yang sangat tinggi, beban gas keseluruhan mesti serendah mungkin. Oleh itu, sebarang pengeluaran gas atau pengurangan gas daripada bahan perlu dikekalkan serendah mungkin dalam keadaan HV/UHV. Selain itu, kawasan permukaan yang berkesan perlu diminimumkan untuk mengurangkan kesan pengeluaran gas kerana semakin besar kawasan permukaan, semakin tinggi pengeluaran gas dan seterusnya semakin tinggi tekanan dalam sistem.
3. Memilih teknologi pam yang tepat
Untuk mencapai tahap vakum HV atau UHV dengan cekap dan berkesan, sebuah pam pendahulu yang mengecas pam utama diperlukan.
Walaupun pam depan mengurangkan tekanan ke tahap di mana pam HV dan UHV boleh mengambil alih dengan selamat, menggabungkan pelbagai jenis pam vakum untuk prestasi optimum bukanlah perkara yang mudah.
Setiap kes penggunaan dan keperluan sistem perlu dianggap sebagai unik. Penilaian yang teliti terhadap faktor-faktor kritikal dan impak perlu dilakukan untuk memilih kombinasi pam yang paling berkesan.
Beberapa faktor mempengaruhi pilihan pam, termasuk:
- Bunyi/getaran
- Kos (awal dan berterusan)
- Toleransi terhadap pencemaran
- Jejak
- Jadual penyelenggaraan
- Ketahanan terhadap kejutan
Tetapi walaupun dilengkapi dengan maklumat ini, hakikatnya tiada penyelesaian tunggal kerana setiap jenis pam mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri.
Apabila bercakap tentang pam hadapan, terdapat beberapa pilihan pam kering yang mungkin:
- Pam diafragma
- Pam gulung
- Pam akar berperingkat
- Pam skru
Untuk memilih pam sekunder utama yang dapat memberikan keadaan HV dan UHV dalam penarikan cepat yang diperlukan, pilihannya adalah antara:
- Pam difusi
- Pam kriogenik
- Pam Ion Getter (IGP), Pam Ion TiTan Besar, Pam Sublimasi Titanium (TSP), pam Getter Tidak Menguap (NEG)
- Pam turbomolekul (TMP)
Kesemua ini boleh menghasilkan keadaan vakum sama ada dengan mengeluarkan molekul gas dengan cepat atau dengan menangkap atau mengikatnya.
Memahami jenis pam (kelebihan dan kekurangan)
Setiap pam ini mempunyai kekuatan dan kelemahannya.
TMP adalah pam jenis kinetik dan mudah untuk dikendalikan.
- Mereka memerlukan penyelenggaraan yang rendah; menyediakan operasi tanpa hidrokarbon; tidak memerlukan regenerasi; dan beroperasi pada kelajuan pam yang tinggi dalam julat HV dan UHV.
- Namun, ia juga mempunyai kelemahan seperti bahagian yang bergerak yang boleh menghasilkan getaran. Masalah lain termasuk kelajuan pam yang berkurangan untuk gas ringan dan kepekaan terhadap kejutan mekanikal serta pencemaran partikel.
Kategori pam seterusnya adalah jenis tangkapan, seperti IGP, tetapi ini juga mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri.
- Mereka lebih baik daripada TMP dalam hal getaran kerana mereka tidak mempunyai bahagian yang bergerak dan memerlukan hampir tiada penyelenggaraan. Selain itu, ia dibina dengan bahan tahan radiasi melebihi 1e8 Gray, dan dengan mengeluarkan magnet, ia boleh dibakar pada suhu sehingga 450°C, yang penting untuk sistem tekanan tinggi.
- Kelemahan utama IGP adalah kecekapan pam yang rendah ketika mengendalikan gas mulia, dan penurunan kelajuan pam dalam aplikasi HV dan UHV. Selain itu, dari segi praktikal, mereka memerlukan voltan tinggi dan medan magnet, dan mereka berat.
4. Pengaruh konduktans
Konduktans adalah kritikal apabila bekerja di bawah keadaan HV dan UHV, tepat kerana ia menentukan seberapa mudah sistem atau komponen vakum membenarkan aliran gas melaluinya.
Dalam banyak aspek, konduktans boleh dianggap sebagai "invers" kepada rintangan aliran.
Secara definisi, konduktans merujuk kepada aliran gas antara dua titik dibahagikan dengan penurunan tekanan yang mendorong aliran tersebut. Oleh itu, dimensi yang menerangkan konduktans adalah sama dengan kelajuan pam (volume per unit masa), tetapi konduktans adalah fenomena yang biasanya digunakan untuk menerangkan paip dan bukaan — bukan pam vakum.
Baca lebih lanjut tentang konduktans dan bagaimana sambungan vakum mempengaruhinya
$$C=Q/∆P=PS/(P_up-P_down )$$
Kesimpulannya, empat pertimbangan utama untuk bekerja di bawah keadaan HV dan UHV adalah:
- Cipta sistem vakum yang efisien
- Periksa keadaan kerja dan kebersihan anda secara berkala.
- Pilih pam vakum yang tepat untuk aplikasi anda
- Pertimbangkan pengaruh konduktans
Semua pertimbangan ini mesti diambil kira semasa mengendalikan sistem HV atau UHV untuk sebarang aplikasi. Ia adalah langkah penting dalam usaha untuk mencapai prestasi optimum sistem vakum dan mencapai keadaan HV dan UHV yang diingini.
Adakah anda berminat untuk mengetahui lebih lanjut tentang cara anda boleh memaksimumkan penggunaan sistem vakum anda? Adakah anda ingin menerima cadangan untuk simulasi penyedut habuk anda daripada pasukan pakar kami?
͏͏ ͏͏
