Bốn quy tắc cơ bản để làm việc trong điều kiện HV và UHV

Để làm rõ, phạm vi áp suất của:

• Các điều kiện UHV được định nghĩa là từ 10 ^-7 đến 10 ^-12 mbar,
• Các điều kiện HV được định nghĩa là từ 10 ^-3 đến 10 ^-7 mbar. 

Một số ứng dụng chính của HV bao gồm quy trình luyện kim, vật lý hạt nhân, mô phỏng không gian và thiết bị phân tích. Mặt khác, UHV được sử dụng để phân tích bề mặt, trong vật lý năng lượng cao và épitaxy chùm tia phân tử (MBE). 

Trong blog này, chúng tôi thảo luận về bốn cân nhắc chính mà bạn cần lưu ý khi làm việc trong điều kiện HV hoặc UHV.

Giống như tất cả các hệ thống chân không, các tiêu chuẩn, quy tắc và giao thức đã thiết lập xác định và điều chỉnh các yếu tố và vấn đề chân không (chẳng hạn như cách đạt được mức chân không đó, thiết lập bơm, các biện pháp bảo vệ, phương pháp đo lường và phát hiện rò rỉ), phải được xem xét lại kỹ lưỡng và thường xuyên được thiết kế lại. 

Ngoài ra, thiết kế, vật liệu được sử dụng và tình trạng của hệ thống chân không phải được đánh giá - và những điều sau đây có thể giúp cải thiện hiệu quả của chúng: 

• giảm thiểu diện tích bề mặt bên trong của buồng
• chỉ hàn từ bên trong 
• sử dụng vật liệu có tốc độ khử hấp thụ/ra khí thấp
• xử lý sơ bộ vật liệu phù hợp (ví dụ: đánh bóng điện tử)
• đảm bảo không có khoảng trống bên trong hoặc khối lượng bị kẹt (ví dụ: lỗ mù có ren)
• giảm số lượng đầu bít, ống dẫn, v.v. 
• sử dụng gioăng kim loại

Một trong những thách thức chính trong việc tạo ra và duy trì môi trường chân không sạch, cao và siêu cao là quản lý khử khí.

Khử khí đề cập đến việc giải phóng khí đã hòa tan, bị kẹt, hấp thụ hoặc hấp thụ trong một số vật liệu.

Hiện tượng này xảy ra khi vật liệu không thường được coi là chất hấp thụ giải phóng đủ phân tử để can thiệp vào các quy trình chân không công nghiệp hoặc khoa học. Độ ẩm, chất bít kín, chất bôi trơn và keo dán là những nguồn phổ biến nhất, nhưng ngay cả kim loại và thủy tinh cũng có thể giải phóng khí từ các vết nứt hoặc tạp chất. Làm sạch bề mặt hoặc làm nóng các bộ phận riêng lẻ hoặc toàn bộ cụm chi tiết (một quy trình được gọi là nướng) có thể loại bỏ các chất dễ bay hơi. 

Để đạt được mức chân không cực cao, tổng tải khí phải càng thấp càng tốt. Do đó, bất kỳ sự thoát khí hoặc khử khí nào từ vật liệu cần phải thấp nhất có thể trong điều kiện HV/UHV. Ngoài ra, diện tích bề mặt hiệu quả cần được giảm thiểu để giảm tác động của sự thoát khí vì diện tích bề mặt càng cao, sự thoát khí càng lớn và do đó áp suất sẽ càng cao trong hệ thống.

Để đạt được mức chân không HV hoặc UHV một cách hiệu quả và hiệu quả, cần có một bơm sơ cấp để sạc bơm chính.

Trong khi bơm trước giảm áp suất đến mức mà bơm HV và UHV có thể đảm nhận an toàn, việc ghép nối các loại bơm chân không khác nhau để đạt hiệu suất tối ưu không phải lúc nào cũng dễ dàng.  

Mỗi trường hợp sử dụng và yêu cầu hệ thống cần được xem là duy nhất. Cần thực hiện đánh giá cẩn thận các yếu tố và tác động quan trọng để lựa chọn kết hợp bơm hiệu quả nhất.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn bơm, bao gồm:

• Tiếng ồn/rung
• Chi phí (ban đầu và đang diễn ra)
• Chịu được nhiễm bẩn
• Diện tích lắp đặt
• Chương trình bảo dưỡng
• Độ bền va đập

Nhưng ngay cả khi được trang bị thông tin này, thực tế là không có giải pháp duy nhất vì mỗi loại bơm đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.  

Khi nói đến bơm sơ cấp, có một số lựa chọn bơm khôcó thể:

• Máy bơm màng
• Bơm xoắn ốc
• Máy bơm Roots nhiều tầng
• Máy bơm trục vít

Để chọn bơm phụ chính có thể cung cấp các điều kiện HV và UHV trong quá trình hút nhanh cần thiết, bạn có thể chọn giữa:

• Bơm khuếch tán
• Máy bơm lạnh
• Bơm thu ion (IGP), Bơm ion TiTan lớn, Bơm thăng hoa Titan (TSP), Bơm thu không bay hơi (NEG)
• Bơm phân tử tuabin (TMP)

Tất cả những điều này có thể tạo ra điều kiện chân không bằng cách xả nhanh các phân tử khí hoặc bằng cách thu giữ hoặc liên kết chúng. 

Mỗi loại bơm này đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng.

TMP là loại bơm động học và dễ vận hành.

• Chúng ít phải bảo trì; cung cấp hoạt động không chứa hydrocacbon; không yêu cầu tái tạo; và hoạt động ở tốc độ bơm cao trong phạm vi HV và UHV. 
• Tuy nhiên, chúng cũng có nhược điểm như các bộ phận chuyển động có thể tạo ra rung. Các vấn đề khác bao gồm giảm tốc độ bơm cho khí nhẹ và độ nhạy với sốc cơ học và nhiễm bẩn hạt.

Danh mục bơm tiếp theo là loại thu, chẳng hạn như IGP, nhưng chúng cũng có ưu điểm và nhược điểm riêng.

• Chúng tốt hơn TMP khi nói đến rung động vì chúng không có bộ phận chuyển động và hầu như không cần bảo trì. Hơn nữa, chúng được chế tạo bằng vật liệu chịu bức xạ trên 1e8 Xám, và bằng cách loại bỏ nam châm, chúng có thể được nung lên đến 450°C, điều này rất cần thiết cho hệ thống áp suất cao. 
• Nhược điểm chính của IGP là hiệu quả bơm thấp khi xử lý khí quý và giảm tốc độ bơm trong các ứng dụng HV và UHV. Ngoài ra, ở cấp độ thực tế, chúng cần điện áp cao và từ trường, và chúng nặng. 

Độ dẫn điện rất quan trọng khi làm việc trong điều kiện HV và UHV, chính xác vì nó xác định mức độ dễ dàng mà một hệ thống chân không hoặc thành phần có thể cho phép khí chảy qua nó.

Trong nhiều khía cạnh, độ dẫn điện có thể được xem là "đảo ngược" của sức cản dòng chảy.

Theo định nghĩa, độ dẫn điện đề cập đến lưu lượng khí giữa hai điểm chia cho sự sụt áp lực thúc đẩy lưu lượng. Do đó, các kích thước mô tả độ dẫn điện giống như tốc độ bơm (thể tích mỗi đơn vị thời gian), nhưng độ dẫn điện là một hiện tượng thường được sử dụng để mô tả đường ống và lỗ mở - không phải bơm chân không.  
 
Đọc thêm về độ dẫn điện và cách mà các kết nối chân không ảnh hưởng đến nó

1. Tạo ra một hệ thống chân không hiệu quả
   
2. Thường xuyên kiểm tra điều kiện làm việc và độ sạch 
   
3. Chọn bơm chân không phù hợp với ứng dụng của bạn 
   
4. Xem xét ảnh hưởng của độ dẫn điện
   

Tất cả những cân nhắc này phải được lưu ý khi vận hành hệ thống HV hoặc UHV cho bất kỳ ứng dụng nào. Đây là một bước quan trọng trên con đường cung cấp hiệu suất tối ưu của hệ thống chân không và đạt được các điều kiện HV và UHV mong muốn.  

Quý vị có muốn tìm hiểu thêm về cách tận dụng tối đa hệ thống chân không của mình không? Bạn có muốn nhận các khuyến nghị về mô phỏng chân không từ nhóm chuyên gia của chúng tôi không?