Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Вильямс и Внмс [24) описали еше один вариант турбомолекулярного насоса. Зтот насос имеет магнитную подвеску ротора н может отжнгаться при 400'С. Прн предварительной откачке до 6.10-зим рт. ст. было получено предельное разрежение 4 1О-ге мм рт.
ст. Б, Дпффувпонмые насосы Идея откачки посредством передачи импульса струн диффундирующнм молекулам газа была впервьы описана н зэиатентована Геле [25). В дальнейшем в интересной обзорной статье Дженкель рассмотрел техинчесиую азолюцию диффузионных насосов [26), а принцип нх действия анализи-- ровал йэшмэн [27).
Основные характерные черты современных диффузионных насосов проявнлнсь уже в'конструкции, описанной Леигмюром в 19!6 г., [28), однако еще н по настоящее время продолжается процесс улучшения их рабочих характеристик. В частности, с целью решения проблемы обратного потока паров рабочей жидкости используются различные ловушки н отражатели. Характеристики современных диффузионных насосов зависят не только от их конструкции, но в значительной мере определяются тзнже и типом отражателя, используемого вместе с насосом.
1) Принцип действия. Основные элементы диффузионного насоса схематически изображены на рнс. 6. Температура рабочей жидкости повышается с помощью нагревателя, а горячий пар поднимается в паропровод. Направление потока реверсируется эоптичным колпачком тзк, что пзр, проходя через сопло, уносптся из высоковакуумной часта насоса. Переходя нз области относительно высокого в область меньшего давления, пар расширяется. При этом нормальное распределение скоростей молекул меняется, увеличивается компонент в направлении расширения, причем направленная скорость становктся по величине больше тепловой для покоящегося газа. Таким образом, струя пара двигается со сверхзвуковой скоростью для данной температуры.
Зтот факт имеет большое значение, поскольку молекулы, выходящие с нормальным распределением скоростей, распространяясь диффузно, не вызывают эффекта откачки. Молекулы газа нз высововзкуумной части диффунднруют через впускное отверстие н при столкновениях с молекулами рабочей жидкостн приобретают компонент скорости в направлении к форвакуумной части насоса. В результате в окрестности сопла вознннает эона пониженного давления газа, н по направлению к этой зоне усиливается диффузия газа из высоковакуумной области. По мере того, как струя пара распространяется все дальше от сопла, плотность ее становится меньше, з из-за столкновений частично 16з Гл 2.
Техннкв высокого вакуума герянтся направленность движение. Следовательно, рассенвается н на!як переносимого газа, н в нижней частн насоса создается областьповышенного давления, нз которой аккумулированный газ должен быть удален вращательным насосом. Такое распределение давления было подтверждено эк. сиернментально в последней работе Хабленнана н й)эндфорса [29). Йля предотвращения обратной днффузнн газа нз области повышенной плот. ности в более разреженную необходимо поддерживать возможно большую плотность потока парэ.
Лля удовлетворения этому требованию прн большой площадк кольцевого Зо сишси зазора, что необходнмо для обе. спечення максимального колнче. ства впускаемого газа, проходное Лсччсйи сечение в нижней зоне сужено за счет конусообразных манжет аэродинамической формы. Кроме ЮРОсфГ того, для конденсация рабочей жидкости н полученкв более плот. ного граничногослоя за счетуда. лссс- лення рассеянных молекул пара, свсйсй не дающих вклада в струйный эффект, внешнее стеккн насвеа охлаждаются водой.
Йля увеличення направленностн в велнчины скорости потока. пэра вбольшннсгве насосов попользуется не. з сзг ий сколько каскадов (ступеней)— гьссюсй гшинй згистсли обычно трн сопла, рабвтшоших ссг слс последовательно. Лля уменьше. ння эмнсснн паров масла н его примесей в высоковакуумную область используемые в днффузномных насосах жндкаств должны удовлетворять двум требовавкям. гис. з. осиовчыс эссмснтм хиййгсиьничго Ыо-первых, опн должны быть насоса.
устойчввымн против термнчнсного разложения н окнелевнм прн рабочих температурах и, во-вторых, иметь ннзное дазленпе пэров нрм тем. псратурах, близких к комнатной. Первоначально была нзвестна лишь одна подходящая для этих целей жндкость — ртуть, но после уепеш. ного решения проблемы высокотемпературного фракцноннровання нефти [30! появилась большое чнсло различных органнческнх рабочих жилкестей [масел).
Соединения с большим молекулярным весом обладают желаемым низкнм давлением паров, а некоторые гндрвкарбонаты, простые н сложные полкэфиры [3Ц н силоксаны обнаружнлк требуемую тер мнческую стабильность. Сравнительно дешевые масла кля насосов н нх физические свойства сведены в табл. !. Для зтнх масел рабочими являют ся температуры кипения прн давлеяня 0,5 мм рт. ст. 2) Обратный поток паров рабочей жндкоств. Вопреки ожнданяяы бы ло обнаружено, что предельный вакуум, достнгаемый днффузноннымн насосачн, ннже давленая паров масла, соответствующего температуре верхней части насоса.
Альперт [32) обнаружил, что в интервале давленнй от !О-' до !О-з мм рт. ст, диффузионные насосы выделшот столько же прнмесных газов, сколько онн откачивают. Лаже если пары примесей не перенасыщены по отношению к температурам вакуумной вамерьг, тв нрн й. Вакуумные насвсы Таблица 1 Физические свойства рабочих жидкостей днффузиомиых насосов Средина молвнувврнма вгс. — ! г мппь Температура «нпсннв, 'С прв э,з мм рт.
сг. Дввдсн!гс паров, мм рг. ст, прв Эс' С удсдьнмд вес, г см Фнрмснное нввввнвв масла Тнп сосдннсннв 2 10 5 10 Октойл 0п-2-этилгексил4зта. лат 0п.2.втилгексилсебэцннэт Гидрокарбонаты 5-членный циклический полифениловый эфир 5.членный, циклический полифенило. вый эфир 6-членный циклический полифснило. ный эфир Метилполиснлоксаны Тстрафепнлтетрвпе. тнл.трисилпнсан Пентвфенилтрнметил- триксилоксан 183 0,983 199 0,912 Октойл-3 427 8 !О-в 2 10 Конвойл 20 Конвалекс)0 400 454 !90 275 0,86 1,2 Сантовак 5 260 446 1Π— в Сантовнк 6 0С 702 0С 704 0С 70о 1,071 1,056 5 10 2.10-в !80 215 5'10 484 3 10 245 1,095 546 187 давлении 1О т мм рт. ст. уже аа несколько секунд образуется монослой адсорбируемого вещества. В экспериментах высокого вакуума проблема обратного натекания паров из диффузионного масляного насоса является очень серьезной, поскольку ватеканне вносит дополнительные примеси и, следовательно, ухудшает свойства осаждаемых пленок.
Кроме того, аккумулированный до осаждения пленки слой масла на поверхности подложки часто является причиной неудовлетворительной адгеэин пленок. Поэтому были предприняты значительные усилия по научению и устрас ению источников обратного потока паров. С этой целью Пауэр и Кроули 33) исследовали конденсат иа стенках вакуумной камеры. Было обнаружено, что некоторая часть обратного потока обусловлена горячим конденсатом на поверхностях нижних ступеней диффузионного насоса. Основной же вклад дает верхний торец зонтичного колпачка.
Главную роль здесь играют малые утечки через уплотняющую гайку и конденсация масла на торце колпачка. Первая причина может быть устранена тщательной сборкой, а вторую можно уменьшить подогревом колпачка. После устра. кения указанных «жидкостных течейв остается еще значительный обратный поток паров с внешнего края сопла. Этот поток связан с рассеянием молекул на стенках и прн межмолекулярных стоякновениях в прилегающем к колпачку слое.
Как видно из рнс. 6 (пунктирные линии и точки), струя пара теряет свою однородность в граничном слое, в результате чего появляются молекулы с нежелательнымн направлениями движения. Наиболее эффективным способом устранения описанных процессов является установка охлаждаемого охранного кольца вокруг края сопла )33) или ох- Гл. 2. Техника высокого вагуума лзждвемого экрана поверх колпачки 1341г При устраяеинн этих основных источников эмиссии паров заметным стзновится влияние нерегулярных флуитуапнй давления иад колпачком диффузионного нзсоса. Втн евсплгскнз пара связаны с взрывным (эруптивным) кипением жидкости 135— 371, явлением, влияние которого в современных насосах уменьшается за счет более совершенной конструкции кипятильника [381 и установки внут- Рнс.
т. Скемв зффектнвного днффузяонного насосе с комплексом вспомогательных злементов для умспьаення обратного потоке перов масла~ ! — о«лвждяемый колпачок, уменьшающий обратный поток нв зйть н мало влняюшез на быстроту отнвчкн; У вЂ” фрекцноннрующея колонке, выделяющая н отводящая летучие фракция, п кппягнльннк; зткм семы« уСтраняется возможность нх понед«пня в вакуумную камеру; 3 — нрофнлнрованное дмнше «нпятнльннкв, улучювющее пвре. деву тепла до 100й н паддержнввющес темпервтуру масла нв уровне З20'С (пе пы.
шеи В результате сводится к мнннмуму выделен«в легколетучнх фрвкцнй: З вЂ” внутренний отражатель, предотврвщзющня попадание «екель масла в верхние ступенн; Ю вЂ” зжекторна» ступень, встроеннвв в линии предвврнтельной откзчкн, обеспечнва. ющав еще один каскад фракцноннровання н улучшающая условию работы насосе предвзрнтельпой отквчкн: 6 — «окдепснрованпое масло.
непрерывно промывающееся паром для вффектквного обезгажпввння; 7 — форввкуумный отражатель, уменьшв. ющнй потерн масла. деже если насос перегружен: З вЂ” регулпруемые днзфрвгмы. по. ыогвющне коптролнровать поток пара нв разлнчвых ступенях с тем, чтобы обеспе. чнть' наиболее приемлемый рабочий режнм «аждой ступенн, 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
