Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Насосы заливного ти- 7 па. Здесь охлаждение активной (откачивающей) части насоса осуществляется путем-заливки жидкого хла- 5 =- : доагента в сосуд, который часто сам является конденсатором. Этот тип насосов является наиболее простым по конструкции. 2. Насосы испарительного типа. Здесь охлаждение конденсирующей поверхности насоса осуществляется холодными парами хлад- агента, испаряющимися в конденсаторе, У этого типа насосов можно регулировать температуру на конденсаторе, что обеспечивает более экономичное расходование хладагента.
3. Насосы на базе газовых холодильных машин. Здесь рабочей частью насоса является непосредственно развитая холодная поверхность головки холодильной машины. Насосы этого типа являются наиболее компактными по габаритам. 4. Насосы с автономными ожижителями. Здесь жид- !22 кий хладагент прямо из ожижителя подается в конденсатор. По этому типу проектируются насосы на большую быстроту действия. На рис. 2 23 приведена схема гелиевого конденсационного насоса заливного типа, имеюшего быстроту действия 2900 л/сек по воздуху, Этот насос представляет собой самостоятельный агрегат, присоединяемьш к откачиваемому объему при помоши фланца 12.
Основным рабочим элементом насоса является эллипсоидальный сосуд 1, изготовленный из листовой меди толШиной 0,5 м»7, в который через трубку 11 заливается жидкий гелий. Для уменьшения расхода жидкого гелия предусмотрен медный полированный экран 8 шевронного типа. Экран припаян к трубке с жидким азотом, который поступает из сосуда 2, расположенного над гелиевым сосудом. Гелиевый н азотный сосуды подвешены па тонкостенных трубках, являющихся одновременно тепловыми мостами между теплыми стенками и холодными частями насоса.
Описанный насос при работе «на себя» создает разрежение порядка 10-' мж рг. сг. Как видно из кривых, приведенных на рис. 2-22, при температуре кипящего (при атмосферном давлении) гелия (4,1' К) конденсируется даже водород. Однако поскольку давление насышепного пара водорода при этой температуре достаточно велико (3,5 1О ' мм рт. ст.), а сам газообразный гелий вообще не конденсируется, поэтому необходим дополнительный высоковакуумный насос для предварительного снижения парциальныхдавлений водорода и гелия и дальнейшего поддержания их на низком уровне. Для снижения давления насыщенного пара водорода иногда применя7от гелий, кипящий не при атмосферном давлении, а под откачкой.
В вышеописанном насосе откачка осуществляется вращательным насосом 8 через вентиль 7. При откачке жидкого гелия и снижения его температуры до 2,8' К давление насыщенного пара водорода составляет 2 ° 10 72 мм рг. сг. На рис. 2-24 приведена принципиальная схема криогенного насоса, откачивающий элемент (конденсатор) которого охлаждается парами испаренного гелия. Откачивающий элемент выполнен в форме двух змеевиков, установленных на стандартном фланцс. Реципиент 9 через вакуумный кран !О предварительно откачивается с помощью вспомогательной вакуумной системы, обла- !23 дающей сравнительно небольшой скоростью отначки. Во время предварительной откачки одновременно удаляется основная масса водорода, неона и гелия. Охлаждение конденсационной поверхности осуществляется за счет прокачки жидкого гелия через конденсатор 7, выполненный в виде змеевика.
Жидкий гелий засасывается механическим насосом 1 из сосуда Дьюара 5 12 через сифон с вакуумной изоляцией 1! Во внутренний змеевик конденсатора 7, где б гелий испаряется, охлаждая конденсатор. Далее пары гелня попадают в наружный плотнонавитый змеевик, коточ- рый одновременно является экраном от теплового излуче- 1 ния со стенок реципиента на внутренний змеевик. Откачиваемый гелий из выхлопного патрубка 2 механического насоса нагнетается в газгольдер. Давление засасыРис. 2-24.
ПРиннипиальнаи ваемого гелия измеряется схема нриагеиного насоса, кондеясатар которого стрелочными моновакуумметохлаждается нарами исич- рами 3 и б. Вакуум в реципиренного гелия. енте измеряется ионизацион- ным манометром 8 обращенного типа. Между конденсатором и механическим насосом помещен регулирующий сильфонный вентиль 4, при помощи которого регулируется расход гелия, а следовательно, и температура конденсатора в диапазоне от 2,5 до 20' К.
Вентиль управляется от датчика температуры 6, выполненного по принципу газового термометра. Скорость откачки криогенного насоса остается практически постоянной в широком диапазоне давлений. Иа рис. 2-25 изображена другая конструкция откачивающего элемента. Основное отличие этой конструкции от рассмотренной ранее состоит в том, что внутренняя охлажденная поверхность 3 представляет собой не змеевик, а полый диск, внутри которого происходит превращение гелия из жидкого в газообразный.
В связи с этим диск имеет наиболее низкую температуру. Испарпвшпйся холодный гаэ проходит по плотно свитому 124 змеевику 5. Этот же змеевик одновременно является экраном, препятствующим попаданию теплового излучения на внутренний диск, К внутренней поверхности змеевика припаян датчик 4, предназначенный для измерения и регулирования температуры на внутренней повсрхности змеевика в диапазоне от 2,5 до 20' К. При такой конструкции откачивающего элемента конденсируются практически все газы, за исключением ге.лия, з. Исходя из теоретической скорости откачки (11,6 л!сею на 1 см' для азота) и допуская, что о коэффициент аккомодации приблизительно равен 1, а также учитывая, что откачивающие поверхности помещены непосредственно в рецппиент, можно получить высокие скорости откачки при относи гельно малых 7 7 РаЗМЕРаХ ОТКасшВазОЩИХ поверхностей.
Так, напри- мер, при диаметре Внут Рис. 2-25. Откачиваюнчий элемент реннего диска 75 мм, (конденсатор) криогенного насовнутреннем диаметре зме- са, охлаждаемого нарами гелия. ЕВИКа 98 ММ И ЕГО ВЫСО- — Фланел; у — тсрметнческнйразъсм, Л вЂ” внутренняя ахлажяземая поверхте 100 мм насос раЗВНВа- нпсть ч — латчнк тсмпсратурм: л— трубчатый змеевик (наружн, я охлажет быстроту действия Око" лаемая поверхность]; 6 — охлажлсн. ло 5000 л(сек (по азоту), """ "" ннй '"Р'н прнсоспннення регулируемого вентиля Большим достоинством конденсационных насосов, помимо большой быстроты действия (десятки тысяч литров в секунду), является то, что в откачиваемом объеме почти сразу же после заливки жидкого хладагента устанавливается давление, близкое к предельному вакууму насоса (1Π— ' — 10 и мм рт. ст.), Кроме того, при использовании этих насосов нет необходимости производить предварительный прогрев с целью обезгажнванпя находящихся в рабочем объеме предметов, поскольку развитая поверхность азотного экра- 125 на интенсивно откачивает (коиденсирует) пары воды, являющиеся основным компонентом непрогреваемых вакх умных систем.
Взрывоопасность водорода существенно ограничивает область применения этого вида хладагента, и поэтому в последние годы его все чаще начинают заменять более дорогим, но взрывобезопасным жидким гелием. При длительной работе конденсационных насосов нз охлаждаемой поверхности постепенно накапливается слой конденсата. По сравнению с полированной поверхностью чистого конденсатора этот слой имеет бблыпий коэффициент излучения. Кроме того, при этом теплопроводность стенок конденсатора постепенно уменьшается. Все это приводит к тому, что по мере накопления слоя температура охлаждаемои поверхности постепенно возрастает и ухудшается создаваемый насосом предельный вакуум.
В связи с этим возникает необходимость периодически размораживать насос и удалять с конденсатора осевший на него поверхностный слой. Наибольпгее распространение в напылительпых уста. вовках благодаря сравнительно невысокой стоимости, простоте устройства, надежности и удобству в эксплуатации и способности быстро восстанавливать в рабочем объеме требуемый вакуум при резко меняющихся газовых нагрузках получили диффузионные паромасляные насосы с быстротой действия 1 500 — 2 000 л(сек. гб' 6 гр' й ст Сравнение откачных средств Специфической особенностью работы вакуумных напылительных установок является резкое увеличение газовыделения каждый раз, как только начинается интенсивный прогрев очередного распыляемого материала.
Это газовыделение должно быть скомпенсировано за счет большой скорости откачки используемого насоса. Кроме того, при пиклической работе напылительной установки неизбежно периодическое сообщение ее рабочего объема с воздухом, имеющим высокую относительную влажность, вследствие чего стенки рабочей камеры и поверхности находящихся в ней механизмов могут сорбировать влагу. Эти обстоятельства заставляют предъявлять определенные требования к откачным средствам в части минимальной длительности пускового периода, большой скорости откачки и ее постоянства в широком диапазоне давлений, а также незначительного количества загрязнений, вносимых из насоса в откачиваемый объем. Из рассмотрения скоростных характеристик различного типа насосов (рис.
2-26) очевидно, что постоянством скорости откачки в широком диапазоне давлений обладают насосы четырех типов: промасляный, турбомолекулярный, криогеннырг и азотит. 126 Ю гбм гол гб' гпг гб' гбт гр" гбу гаа д р.бленде,лл.иубт ст Рис. 2-2б. Скоростные характеристики высокова. куумных насосов различного типа. 7 — турбомалекуларный касас; 2 — ларомаслнный дгнвеуананный насос,  — титановый нснарнтеленый насос, а— магнитно алектрараарндный насос,  — крнагенный насос, а — адсорбднонный насос; 7 — ааотнт;  — орбнтрон Если для этой цели использовать паромасляный насос «единой серии» Н-2Т, то при работе на вазелп~овом масле ВМ-1 он обеспечивает предельный вакуум 3 10-б мм рт. ст. Несколько лучший вакуум можно получить при использовании насоса «второй серии> Н-2Т-3 в том случае, если работать на масле ВМ-5. Применение ловушек, охлаждаемых жидким азотом, улучшает предельныи вакуум примерно на порядок, но при этом одновременно резко снижается эффективная скорость откачки; по сути дела указанная в паспорте насоса скорость откачки используется не более чем на 30 — 40% (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
