Вакуумные системы и их элементы

Вакуумные системы и их элементы

Различают вакуумные системы для получения низкого, среднего, высокого и сверхвысокого вакуума. В технологических установках при производстве тонких пленок, в основном, требуется вакуум порядка 10³-10^-5 Па. Традиционно такие системы создают с помощью высоковакуумных насосов и насосов предварительного разряжения (форвакуумный насос).

Рассмотрим вакуумную систему (рис. 26), в которой в качестве высоковакуумных насосов используются диффузионные насосы, а в качестве насосов предварительного разрежения — механические масляные насосы.

В рабочем объеме 1 высокий вакуум создается насосом 2, который подсоединяется к объему через вентиль 3 (вакуумный затвор) и ловушку 4. Ловушка чаще всего охлаждается азотом и снижает обратный поток паров рабочей жидкости (масла) из высоковакуумного насоса в откачиваемый объем 1. Вакуумметры 5, 6 измеряют давление до и после ловушки. Закрывая затвор 3, можно проверить эффективность работы ловушки по вакуумметру 5 и работоспособность насоса по вакуумметру 6. Вакуумметры 7,8 измеряют давление в вакуумной камере в процессе откачки, а при отключенных насосах позволяют замерить скорость натекания и газовыделения. Насос 9 обеспечивает получение предварительного разряжения и подключается к высоковакуумному насосу 2 через вентиль 10. Работоспособность вращательного насоса 9 может быть проверена при закрытых клапанах 10 и 11 по показаниям термопарного манометра 12. Клапан 13 применяется для напуска атмосферного воздуха в механический насос во время его остановки, чтобы предотвратить попадание рабочей жидкости форвакуумного насоса в высоковакуумный насос. Клапан 14 применяется для напуска атмосферного воздуха в вакуумную камеру. Байпасный (дифференциальный) клапан 15 применяется для уменьшения нагрузки на механический насос во время откачки рабочей камеры с атмосферного давления. Как правило, имеет меньшее проходное сечение, чем клапан 11.

В типовой вакуумной схеме предусмотрены две линии откачки: основная — для получения высокого вакуума в технологическом объеме и вспомогательная — для предварительной откачки перед включением основной линии.

Вспомогательная линия откачки: рабочий объем 1 — открытый вентиль 15 — форвакуумный насос 9. Через небольшой промежуток времени (достаточно нескольких секунд), необходимо закрыть байпасный клапан 15 и открыть клапан 11. Далее по вспомогательной линии рабочий объем откачивается до давления, достаточного для запуска высоковакуумного насоса. При достижении этого давления необходимо последовательно закрыть вентиль 11, открыть вентиль 10, а затем открыть затвор 3 и продолжить откачивать объем по основной линии откачки.

Основная линия откачки: рабочий объем 1 — открытый затвор 3 -ловушка 4 — высоковакуумный насос 2 — открытый вентиль 10 — форвакуумный насос 9 (вентиль 11-закрыт). После проведения технологического процесса необходимо произвести напуск атмосферы в рабочий объем 1 через натекатель 14. С этой целью предварительно необходимо отключить вакуумную систему от технологического объема, перекрыв затвор 3.

После загрузки рабочего объема в нем необходимо создать предварительное разрежение, что делается с помощью вспомогательной линии. С этой целью закрывается натекатель 14 и вентиль 10, а вентиль 11 открываем.

В зависимости от назначения технологической установки к ее вакуумной системе может быть предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивает возможность выполнения необходимого технологического процесса.

• 1. Вакуумная система должна обеспечить требуемую быстроту откачки объема. Для этого она должна иметь определенную проводимость, а применяемое средство откачки должно обладать необходимой быстротой действия.

• 2. Вакуумная система должна обеспечивать получение рабочей среды с заданными параметрами. К таким основным параметрам относятся общее давление и состав остаточных газов, скорость газовыделе-ния внутренних поверхностей вакуумной системы и ее элементов, скорость накопления отдельных газов и паров. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть, прежде всего, герметичной. Важным условием выполнения этого требования является подбор материалов, из которых будут изготовлены вакуумная система и ее элементы, а также выбор средств откачки и подготовка вакуумной системы к работе.

• 3. Вакуумная система, используемая в автоматизированном технологическом оборудовании, должна быть оснащена автоматизированными элементами (клапанами, вакуумметрами и т.д.).

• 4. Вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь большой межремонтный период.

• 6.2 Конструкционные элементы вакуумных систем