Denne artikel tager dig til at forstå adskillige vakuumpumper, der anvendes inden for områderne ultrahøjt vakuum og ekstremt højt vakuum
Når trykket overstiger 10-5Pa, kommer det ind i feltet med ultrahøjvakuumapplikationer. På dette tidspunkt er pumpefunktionen for de fleste vakuumpumper stoppet, eller pumpehastigheden er meget lav. Hvilke vakuumpumper bruges til at opnå ultrahøjt vakuum på dette tidspunkt? Lad os tage et kort kig sammen.
Hovedfunktionen af en mekanisk pumpe er at give det nødvendige præ-stadie vakuum til opstart af en turbomolekylær pumpe. De almindeligt anvendte mekaniske pumper omfatter hovedsageligtvortex tørpumper, membranpumper ogolietætnede mekaniske pumper.
Membranpumper har en lavere pumpehastighed, men et mindre volumen, og bruges generelt til små molekylære pumpegrupper.
Olieforseglet mekanisk pumpe er den mest brugte mekaniske pumpe i fortiden, kendetegnet ved høj pumpehastighed og godt ultimativt vakuum. Ulempen er, at der er en almindelig situation med olieretur. I ultrahøjvakuumsystemer kræves generelt elektromagnetiske ventiler (bruges til at forhindre utilsigtede strømafbrydelser i at forårsage olieretur) og molekylsigter (adsorptionsfunktion) til brug.
I de senere år har vortex-tørpumper været meget brugt, som har den fordel, at de er forholdsvis enkle at bruge og ikke returnerer olie. Imidlertid er deres pumpehastighed og ultimative vakuum lidt ringere end olietætnede mekaniske pumper.
Mekaniske pumper er en vigtig kilde til laboratoriestøj og vibrationer. At vælge støjsvage pumper og placere dem i udstyrsrum så meget som muligt er en bedre tilgang, men på grund af arbejdsafstandsbegrænsninger er sidstnævnte normalt ikke let at opnå.
Turbomolekylære pumper er afhængige af højhastigheds roterende blade (normalt omkring 1000 omdrejninger i minuttet) for at opnå retningsbestemt gasstrøm, og forholdet mellem pumpens udstødningstryk og indsugningstrykket kaldes kompressionsforholdet. Kompressionsforholdet er relateret til antallet af trin, hastighed og type gas i pumpen. Generelt har gasser med større molekylvægte højere kompressionsforhold. Kompressionsforholdet for nitrogen er 108-109; Hydrogen varierer fra 102 til 104. Det ultimative vakuum i en turbomolekylær pumpe anses generelt for at være mellem 10-9-10-10mbar. I de senere år er det ultimative vakuum blevet yderligere forbedret med den kontinuerlige udvikling af molekylær pumpeteknologi.
På grund af det faktum, at fordelene ved turbomolekylære pumper kun kan afspejles i den molekylære strømningstilstand (strømningstilstanden, hvor den gennemsnitlige frie vej for gasmolekyler er meget større end den maksimale størrelse af kanalsektionen), er det nødvendigt at være udstyret med en front-end vakuumpumpe med et arbejdstryk på 1 til 10-2Pa. På grund af knivenes højhastighedsrotation kan der opstå beskadigelse eller ødelæggelse af molekylpumpen, hvis den støder på fremmedlegemer, rystelser, stød, resonans eller gaschok. For begyndere er den mest almindelige årsag til skade gaschok forårsaget af driftsfejl. Resonans forårsaget af mekaniske pumper kan også føre til beskadigelse af molekylære pumper. Selvom denne situation er relativt sjælden, er den vanskelig at opdage på grund af dens fortielse og kræver særlig opmærksomhed.
Fordelene ved sputtering ion pumpe er godt ultimativt vakuum, ingen vibrationer, ingen støj, ingen forurening, moden og stabil proces, ingen vedligeholdelse påkrævet. Ved samme pumpehastighed (undtagen for inert gas) er dens omkostninger meget lavere end molekylær pumpe, så den er meget udbredt i ultrahøjvakuumsystemer. Den normale driftscyklus for en sputter-ionpumpe er normalt over 10 år.
Ionpumper kræver generelt et tryk på 10-7mbar eller højere for at fungere korrekt (at arbejde under dårligere vakuumforhold kan reducere deres levetid betydeligt), og derfor er en molekylær pumpeenhed nødvendig for at give dem et bedre præ-stadie-vakuum. Den almindelige praksis er at bruge en ionpumpe+TSP i hovedkammeret og udstyre en lille molekylær pumpegruppe i injektionskammeret. Åbn den tilsluttede stikventil under bagningen, og den lille molekylære pumpegruppe vil sørge for vakuum på forstadiet. Når bagningen er afsluttet, luk stikventilen og brug ionpumpen i forbindelse med TSP for at opnå ultrahøjt vakuum
Det skal bemærkes, at ionpumper har dårlig adsorptionskapacitet for inerte gasser, og der er også en vis forskel i maksimal pumpehastighed sammenlignet med molekylære pumper. Derfor er der brug for molekylære pumpesæt til situationer med stor gasudledning eller en stor mængde inerte gasser. Derudover genererer ionpumpen elektromagnetiske felter under drift, som kan forårsage interferens på særligt følsomme systemer.
Funktionsprincippet for en titaniumsublimationspumpe er afhængig af fordampningen af metallisk titanium for at danne en titaniumfilm på kammervæggen til kemisk adsorption. Fordelene ved titanium sublimationspumpe er enkel struktur, lave omkostninger, nem vedligeholdelse, ingen stråling og ingen vibrationsstøj.
Titanium sublimationspumpen er normalt sammensat af tre titanium filamenter (for at forhindre udbrænding), som kan bruges i kombination med en molekylær pumpe eller ionpumpe for at opnå en god brintfjernelseseffekt. Det er den vigtigste vakuumpumpe i området 10-9-11-11mbar og er udstyret i de fleste ultrahøjvakuumkamre, der kræver høj vakuumgrad.
Ulempen ved titanium sublimationspumpe er, at den kræver regelmæssig sputtering af titanium, og i løbet af sputterperioden (inden for et par minutter), vil vakuumet falde med ca. 1-2 størrelsesordener. Derfor kræver nogle kamre med specifikke krav brug af NEG. For prøver/enheder, der er følsomme over for titanium, skal man desuden være opmærksom på at undgå placeringen af titaniumsublimationspumpen.
Lav temperatur pumpe
Lavtemperaturpumper er hovedsageligt afhængige af lavtemperatur fysisk adsorption for at opnå vakuum, med fordelene ved høj pumpehastighed, ingen forurening og højt ultimativt vakuum. De vigtigste faktorer, der påvirker pumpehastigheden af en kryogen pumpe, er temperaturen og pumpens overfladeareal. I storskala molekylære stråleepitaksisystemer er kryogene pumper udbredt på grund af det høje krav til ekstremt vakuum.
Ulempen ved kryogene pumper er, at de forbruger en stor mængde flydende nitrogen og har høje driftsomkostninger. Et system med en cirkulerende køleenhed bruger muligvis ikke flydende nitrogen, men det kan medføre tilsvarende problemer såsom energiforbrug, vibrationer og støj. Derfor er kryogene pumper mindre almindeligt anvendt i konventionelt laboratorieudstyr
Absorberende pumpe er en type vakuumpumpe, der har været meget brugt i de senere år. Dens fordel er, at den helt vedtager kemisk adsorption, producerer ikke fordampning og elektromagnetisk forurening og bruges ofte i forbindelse med molekylære pumper til at erstatte titaniumsublimationspumper og sputterionpumper. Ulempen er, at det har en højere pris og begrænsede regenereringstider. Det er almindeligt anvendt i systemer, der kræver høj vakuumstabilitet eller er meget følsomme over for elektromagnetiske felter.
På grund af det faktum, at sugepumpen ikke kræver yderligere strømforsyning udover indledende aktivering, bruges den ofte som en hjælpepumpe til at øge pumpehastigheden og vakuumgraden i store anlæg, hvilket effektivt kan forenkle systemet.
