Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Магнит 1 имеет Б1-образную форму и снабжен наконечниками из мягкого железа. Корпус 2 изготовлен из нержавеюшей стали, Катоды 3 изготовлены из листового рифленого титана. Анодная система 4 имеег сотовую конструкцию и изготавливается либо нз немагнитной нержавеющей стали, либо из титана. Ввинчиваемый токоввод 5 имеет уплотнение по типу автомобильных свечей.
Как уже отмечалось ранее, характерной особенностью магнитно-электроразрядных насосов является то, что при увеличении или умепьшеиип давления разрядный ток, а следовательно, и количество распыляемаго 111 титана соответственно увеличиваются или уменьшаются. 'Таким образом, насос сам регулирует распыление титана, что позволяет экономно расходовать его запас в широком диапазоне давлений от 10 — Я до 1О-' мм рт. сг. Насос имеет высокую скорость откачки при низких давлениях.
В нем нет накаленных деталей, и он не боится аварийного прорыва атмосферы. Использование сильного магнитного поля повышает эффективность ионизации по сравнению с обычной трехэлектродной системой. Насос вибропрочен, не чувствителен к ударам и толчка~ и обеспечивает высокую чистоту создаваемого вакуума при большом сроке службы 1до 10000 и при давлении 1О-в мм рт. ст.). Перед запуском насоса в огкачиваемой системе и в самом насосе необходимо создать предварительное разрежение !О-' — 10-' мм рт. ст. Начальное давление Гдавление запуска) определяется в первую очередь значением разрядного тока, допустимого для данной конструкции насоса. Слишком большой ток вызывает разогрев электродов, усиленное газовыделение из них и, как следствие, уменьшение быстроты откачки.
Характерной особенностью насоса является то, что в начальный период возникающий в насосе разряд отнюдь не ограничивается объемом самого насоса, а распространяется почти на всю откачиваемую систему. При этом в результате ионной бомбардировки со стенок откачиваемого объема выделяется значительное количество ранее поглощенных газов и паров, которые создают дополнительную нагрузку на насос, и без того работающий в пусковой период с низкой производительностью.
Основным компонентом газовыделения в пусковой период являются пары волы, которые довольно медленно выделяются с различных элементов самого насоса и вакуумной системы. По мере увеличения срока службы в результате образования губчатой структуры осадков катодного материала на анодах насос становится все более чувствительным к водяным парам, вследствие чего воздействие на электроды насоса атмосферного воздуха приводит к увеличению пускового периода. При использовании для предварительной откачки механических масляных насосов внутри магнитно-электроразрядного насоса могут постепенно скапливаться углсволороды.
Когда электроды насоса имеют температуру, близкую к комнатной, углеводороды, имеющие 113 100 м О 80 ~ 00 и 0 ФО з 20 ~ О 20 'О ОО ОО 100 Раэалдлаги:лал низкое давление паров, не оказывают существенного влияния на процесс откачки. Однако в период пуска возрастание температуры насоса увеличивает давление паров углеводородов, которые могут при этом проникать в откачиваемый объем. Характер изменения мощности высоковольтного источника питания магнитно-электроразрядного насоса в зависимости от протекающего через него разрядного тока представлен на рис. 2-18. Начальный ~~к 100 (пусковой) период работы насоса соответствует правой ветви кривой изменения мощности. По мере рос- Й и о та сопротивления разрядного промежутка ф. разрядной ток уменьшается, а напряжение на электродах насоса возрастает. При разрядном токе, состав- Рнс.
2-18. Вольт-амперная тарактеричяю ем около убог от стиха н кривая изменения мощности высоковольтного источника питания тока короткого замЫ магнитно-электроразрядного насоса, кания, кривая изменения мощности имеет характерный пик, при котором в разрядном промежутке выделяется максимальное количество тепла. В малых откачных системах давление обычно падает настолько быстро, что преодоление пика мощности не вызывает затруднения.
Однако в больших откачных системах газовыделение может быть столь значительныат, что могут возникнуть затруднения в переходе через пик кривой изменения мощности. Следует отметить, что присутствие водяных паров и углеводородов оказывает отрицательное действие на работу насоса не только в пусковой период, но часто является основной причиной медленной откачки системы, когда для получения давления 1О-в мм. рт. ст.требуются десятки часов.
Как показывает опыт эксплуатации, хорошо промытый, обезжиренный, но не прогретый насос может обеспечить предельное разрежение 1О-т — 1О-а лгм рт. сг. Если насос был наполнен воздухом, то необходимо не- 8 — 261 113 сколько дней для того, чтобы получить разрежение 10-и мм рт. стб для дальнейшего понижения давления требуются недели.
Дело в том, что быстрота действия насоса связана с количеством электронов, получающихся в процессе ионизацич остаточных газов и эмиссии с катодов. Эмиссия же в свою очередь зависит от состояния поверхности катода. Наличие на поверхности катода пленки химически связанных газов резко сни. жает эмиссионные свойства катода. При бомбардировке катодов заряженными частицами этот слой постепенно удаляется, н ток эмиссии достигает своего номинального значения.
Однако для этого требуется очень длительное время, которое может быть значительно сокращено путем прогрева как насоса, так и откачиваемого объема до температуры 400 -450'С. Насос очень чувствителен к попаданию паров масел, используемых в механических и пароструйных насосах. 11оэтому лучше всего для предварительной откачки применять угольные или цеолитовые адсорбционные насосы, ахлаждаемые жидким азотом. Наименьшее предельное разрежение получается при последовательном включении двух магнитно-электроразрядных насосов и их длительном прогреве Существенную роль при этом играет так называемая «аргонная обработка», заключаюгцаяся в том, что в предварительно откаченный до 10-4 мм рт. От. и нагретый до 200' С насос напускается аргон, Через 24 и после обработки аргоном давление в насосе снижается до 1О-'а млг рг.
От. и продолжает медленно понижаться, достигая через несколько недель своего предельного значения 104м мм рт. От. Следует иметь в виду, что аргонная обработка полезна также для увеличения быстроты откачки насоса в диапазоне давлений 10-а — !0-' мм рг. От., который обычно определяет нижний предел работы магнитно-электроразрядных насосов при их промышленном применении. Адсорбциониые насосы Принцип действия адсорбцпонных насосов основан на эффекте физической адсорбции газа развитой поверхностью адсорбента.
Эффект адсорбции может быть значительно увеличен путем понижения температуры адсорбеита. Если для этого использовать жидкий азот, то адсорбент поглощает атмосферный воздух и осгаль. 114 ные газы, имеющие точку конденсации выше, чем у азо. та. Если в качестве охлаждагощего агента применить жидкий водород, то адсорбцпонный насос может быть использован для откачки газообразного водорода.
Адсорбциониые насосы с успехом применяются в качестве насосов предварительного разрежения при необходимости осуществления безмасляной откачки, при этом 1ООО ЕЛ воо бао 4ОО гао гм во бо о го и в б 4 г 1 дв О,б О,4 аг 0,7 игг,от Сиг. Р77с. 2-19.
Иаатермы адсорбции водорода, азота, кислорода и мета- на лри 80* К иа угле ЛГ-2 и силикагсле КСД4. существенно улучшаются условия труда, так как устраняются шум и вибрации. Как уже указывалось, работа высоковакуумных адсорбционных насосов основана иа свойстве адсорбентов поглощать при охлаждении значительное количество газов при малом равновесном давлении над ними. Предельный вакуум адсорбционпых насосов прежде всего зависит от сорбционной емкости употребляемых сорбентов, которые определяются изотермами адсорбции в рабочем диапазоне температур.
На рис. 2-19 приведены изотермы адсорбции водорода, азота, кислорода и метана прн температуре 80' К на угле АГ-2 и силикагеле КСМ. 8* 115 Рис. 2-20. Зависимость количечества адсорбированного водорода над актнвированным углем, охлажденным до 80' К (нижняя кривая) и до 20,4* К (верхняя кривая), от равновесного давления. Нижняя кривая на рис. 2-20 показывает ззвисимость количества адсорбированного газа над углем,. охлажденным до температуры жидкого азота (80' К) от равновесного давления.
Характерно, что в области малых давлений (от 1О-' до 1О-' мм дт. сг.) равновесное давление устанавливается очень медленно (больше суток), при этом совсем незначительное увеличение количества адсорбированного газа вызывает сильное увеличение равновесного давления. Прн более высоких давлениях (начиная с 10 †' мм рт, сг.) характер процесса изменяется: равновесное давление устанавливается довольно быстро, н увеличение количества адсорбнрованного газа не вызывает столь значительного изменения раяг0г поносного давления. Максимальная адсорбцня водорода у охлажденного до температуры 80' К угля наблюдается в диапазоне давпений !О-'- !О-' мм Пг.
сг. и !далее растет незначительно. '"4 10-г г0-г -я -г С г ЭтО ПОЗНО ПяЕт УСПЕщиа НСПОЛЬ- !О-г 10-г 10-, Ю , 10, ,0г зевать Угольный насос для поПаулеигге ггцг щ в лучення форвакуумных давлении ори откачке водорода. Верхняя кривая на рис. 2.20 поназывает зависимость коли. ~ества адсорбнроаанного газа над углем, охлажденным до температуры кипения жидкого водорода (20,4'К) от равшвесного давления, ~Как вид'.ю из этой кривой, количество адсорбированного газа в широком интервале давлений практически неизменно. Кроме активнрованного угля и силикагелей, в качестве сорбента в алсорбционных насосах все чаще применяют неолиты.
Это объясняется тем, что воздух поглощается цеолитом (5А, 10Х, !ЗХ) лучшге, чем другими пористыми сорбентами. Природные цеолиты представлнют собой алюмоснликаты натрия, кальция и бария. Обы'гно это кристаллическое вещество типа НагА!гОгп310г НгО. После прогрева пеолнтз кристаллическая вода удаляется без существенного изменения кристаллической структуры, благодаря чему во много раз увеличивается пористость материала. Следует отметить, что цеолнты обладают большим постоянством и воспроизвадимостью сорбцнонных свойств, причем кажлый вид цеолита обладает порами одинакового диаметра. Благодаря этому цеолиты имеют селективный характер поглощения молекул различ»ых газов и получнлн название молекулярных сит. Размеры пор у различных видов цеолитов лежат в пределах от 4 до !О А (в то время как у актизнрованного угля они достигают 50 А].
Сорбционпые емкости цеолита 5А прн температуре жидкого азо. та для различных газов приведены в табл. 2-3. Зная сорбционную емкость адсорбеита и газовые нагрузки при откачке, можно, задаваясь сроком непрерывной службы насоса, приближенно определить необходимое количество адсорбента при проектировании насоса 116 ! а б.п и ц а 2.3 Сорбцвягвгяя емкость цвотвтг, с ку Равновесное двв.
левая, мм реь свг. Квслврвд Лргов Лгот Ввдарод ! 8 80 0 06 0,13 0,9 3,0 30 5 10-' 1 !О-' 5 1О-' 1 1О-' 1 10-' 0,014 0 030 0,05 0,06 0,32 4 15 37 102 117 Одна из типичных монструкций разборного адсорб~гионного насо. са, использующая охлажденный жидким азотом активировэнный уголь, показана на рис, 2-21. Откачивающим элементом насоса является цилиндрическая полость А внутри которой находится слой угля 2, помещенный между двумя сетками. Установлено, что оптимальное отношение входного диаметра цилиндрической полости к ее длине должно сохраняться приблизительно 1:3. Снаружи эта полость охлаждается жидким азотом 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
