Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 50
Текст из файла (страница 50)
(ГЯродполагастса, что прн «спол г нн. аан огражатслн быстрота откачка умоньмаотсн на Ю%.1 гп-а гп-е г -о яг-е Влреееее епдлелиет щнрт.слн системы. Если асс внутреннее поверхности били тщательно обезгажены н использованы соответствующке сорбцнонные ловушки нлн охлажда емые отражатели, тос помощью диффузионных насосов можно довести ва куум до 1О™ мм рт. ст. Прнмерм таких систем были описаны Хэбланнаном и Внткусом [56] (масло ()С 705 и отражатель с ноздушным охлаждением), Синглстоном [59] (Октойл нлн ))С 704 н ловушка с жидким азотом), Стейн рнсером [60] (полнфениловые эфиры и регенернруемая цеолнтовая ловуш ка), Из-за наименьшего давленяп паров чаще всего в качестве рабочей жидкости наиболее выгодно выбирать силиконовое масло ()С 705 н полн феннловые эфиры.
Прн наличии эффективных ловушек нлн отражателей скорость конденсации масла вследствие обратного потока паров не крезы вышает 1 А ч н, таким образом, для многих применений это явление ста но антея несущественным. Благодаря своей способности работать а широком диапазоне давлений н удобству в эксплуатация, масляные днффузнонные насосы для получения высокого вакууме находят нанболее широкое прнме. пение.
Большинство сернйпых насосов делается трехступеннымн, наро провод изготавливается пэ стали, а сопла-нз алюминия, Поскольку бы. стро~а откачки связана с площадью впускного отверстия, то по диаметру насоса можно приближенно судить о его пронэводнтельностн. Примером может служить днффузнонный насос диаметром 15 см, характеристика бы.
строты откачки которого показана на рнс. !4. Насосы других размеров имеют аналогпчпые зависимости. Номинальная быстрота откачки достнгается прн 10 Я мм рт. ст. и остается постоянной во всей области сверхвысокого вакуума с хорошей точностью. Я[ля форвакуума рекомендуются давления от 10-а до 10-' мм рт ст.) допустимо сннжение давления вплоть до 0,5 мм рт. ст. Мощность, требуемая для работы обычного насоса диаметром 7 эак, эзз 193 Гл. 2.
Техника вмсокого вакуума 15 см, равна 1,5 — 2 кВт; для насосов ббльших размеров она пропорционально возрастает. Металлические диффузионные насосы выпускаются диаметром от 5 до 125 см с соответствующей быстротой откачки без отражателя от 100 до 100000 л с-Ч Они получилн преимущественное распро. страиение благодаря своей совместимости с металлическими вакуумнымм системами средних и больших размеров. Прн небольших размерах систем для специальных применений таких, ках микрохимия, производство электронных ламп или для специальных сверхвысоковакуумных исследораннй целесообразно использовать стенлянные (пирексовые) диффузионные.насосы. Типовые стеклянные насосы с впускным отверстием диаметром около 2,5 см имеют быстроту откачки 1Π— 30 л с-'.
Возрастающее применение органических рабочих жидкостей полностью не исключает прив~енения в диффузионных насосах ртути. Последняя, как предполагают, все еше используется в тех случаях, когда недопустимо присутствие даже следов органики н просто из-за личного предпочтения исследователей. Ртутные металлические (стальные] насосы имеют приблизительно ту же быстроту откачки, что и масляные, т. е.
приблизительно до 50000 л с-'. Ртутные стеклянные насосы имеют меньшие габариты, а их быстрота откачки не превышает 20 л с-'. Большинство ртутных насосов бывает двух или трехступенными и достигают номинальной производительности прн р = 10-з — !О-з мм рт. ст. Что касается предельного вакуума, то свойственное ртути ограничение, связанное с высоким давлением ее пэров (2 1О-з мч рт. ст. при 25' С) может быть преодолено использованием выморажнвзющих ловушек, поскольку давление паров ртути при температуре жидиого азота пренебрежимо мало.
Рекомендуется установка последовательно двух или трех ловушек, причем температура первой для предот. вращения уноса рабочей жидкости из насоса поддерживается выше точки замерзания ртути. Применение простых проходных стенлянных ловушек (59, 61) или более сложных конструкций с охлаждаемыми новерхноетями стенок и отражателей (62, 63) позволяет достигать вакуума от !О ы до !О™ мм рт. ст. По принципу действия, сходному с таковым для диффу зионных насосов, работают два других типа паромасляных яасосов. эжекторный и бустерный. Так же, как и в диффузионном, в зжекторноч насосе гаэ удаддется посредством увлечения нотона пара, истекаюше~» с большой скоростью нз сопел.
Однако зжекторные насосы работают щ ч более высокнд вруский)х давлениях вплоть «о атмосферного, а газ всасм вается в струю ййра йак в турбулентный вязкий поток, прежде всего .а счет азродннамичейдих сид. Конденсация паров ллн откачиваюшего агй стана насоса несущественНа, а служит скорее для возврата рабочей жив кости. Эжекторные надоем наиболее эффективны в интервале давлений 10-' — !О-змм рт. ст. Одинарные зжекторные ступени, аналогичные показанной на рис. 7, обычно используются для снижения газовой нагрузни диффузионного насоса со стороны форвакуума. В качестве паромасляных бустерных насосов применяются большие диффузионные насосы, специализированные для работы в режиме перегрузки в диапазоне среднего ва.
куума. Обычно онн состоят из двух или трех диффузионных ступеней н ко. печной — зжекториой. Первые ступени работают по диффузионво-конден. сационному прияципу, т. в. они уносят газ аа счет молекулярной диффузии. Характерным для конструкции этих насосов являетгя явно выраженное уменьшение поперечного сечения вдоль насоса о» впускного отверстия к зжеитарной ступени.
За счет того, что нотон чара рабочей жидкости проходит в узком зазоре с большой скоростью »»ромаслнные бустерные насосы по сравнению с диффузионными могу~ р ь чть при значительно более высоких выпускных давлениях (до негк чилличет. рав ртутного столба) н выдерживать более высокие г нагрузки й. Вакуумные насосы В качестве рабочих жидкостей могут использоваться те же самые, что и в диффузионных насосах, а также более летучие соединения, такие как вода, легкие спирты или производные хлорированных дифепилов)64). Типичные значения быстроты откачки лежат в пределах от 1000 до 10000 л . с-', причем двухступенные насосы могут обеспечить снижение даалеяин до 10 а мм рт.ст.
Паромасляные бустерные насосы рекомендуются для крупномасштабных промышленных применений с разрежением от 10-' до 10-з мм рт, ст. Их способность откачивать большие объемы газа, а также возможность изготовления насосов из устойчивых к коррозии материалов, особенно полезны для процессов химической дистилляцни и вакуумной плавки. По сравнению с механическими бустерными насосамн (типа Рутса), пригодными для аналогичных применений, паромасляные бустерные насосы могут работать при впускных давлениях приблизительно на порядок ниже.
В. Криогенные насосы Рабочимн частями криогенных насосов служат охлаждаемые металлические поверхности в форме дисков, труб нли цилиндров. Они либо помещаются непосредственно внутри вакуумной камеры, либо могут занимать отдельный нонтейнер, соединенный с камерой через широкий трубопровод. Насос работает в области низких давлений, при которых длина свободного пробега срюшима с размерами камеры, и большая часть молекул газа до. стигает охчажденпой поверхности без прол~сжуточных столкновений. Следовательно, криогенные насосы снижают давление в системе достаточно быстро.
Процессы, происходящие после столкновения молекулы с поверхностью, сходны с теми, что имеют место при напылении кристаллических веществ, но протекают в обратной последовательности. Некоторые молекулы сразу же отражаются обратно в вакуум, тогда как другие адсорбируются и находятся в этом состоянии в течение некоторого времени, диффундируя вдоль поверхности до тех пор, пока не захватятся окончательно на энергетически более выгодные состояния. Находясь в промежуточном подвижном состоянии, некоторые молекулы могут уходить обратно в вакуум (пронесс десорбннп). Отношение числа молекул, захваченных окончательно, к исходному падающему потоку называется коэффициентом прилипання (или захвата) ае. Быстрота откачки криогенного насоса равна произведению падающего молекулярного потока, площади криоповерхности н коэффициента захвата. После начального чзатрзвочногоэ периода, в течение которого исходная металлическая поверхность покрывается несколькнчн слоями конденсируемых молекул, процесс откачки определяется уже термяческой аккомодацией молекул пара на их собственной кристаллической решетке.
Таким образом криогенная откачка является по существу непрерывным стабильным процессом, ограниченным в худшем случае плохой теплопроводностью накапливаемого конденсата. Экспериментальные методы определенна быстроты откзчхн криопоэсрхиостей описаны Малленом и Хивой )66) Поскольиу коэффипиент прилипания является одним нз факторов, определяющих быстроту криооткачки, он представляет значительный практический интерес. Ю и Су )67) рассчитали коэффициент прилипания на основе модели Поленьи (68) для потенпиала поверхности кристалла.
Их теоретическая величина и для СОз прн 77 К находится а хорошем согласии с эксперимеитзльнымн данными. Обзор методов измерения коэффиписнта прилипания был сделан Чаббом (69, 70). Ливенсон (71) для определения вероятиостн адгезин Аг и СОз при температурах поверхности от 4,2 до 77К использовал метод микроазве. 7' 196 Гл. 2. Техника высокого вакууМа шнвання с помощью кварцевого резонатора. Согласно его данным, она лежнт в пределах от 0,8 до 1,О. Хнлд н Браун [72) с помощью масс-спектро. метра наблюдвлн реэмиссию с полированной медной понерхностн, на которую падал молекулярный пучок СО,. Оказалось, что коэффициент захвата >заисит от эелнчнны скорости йадения, температуры поверхностн н степени покрытия поверхности конденсируемымя молекулвмн, п«ствновигся равным единице, когда падающий поток соответствует термолннэмическому давлению паров СО> прн температуре крноповерхностн.
Коэффициент прнлипання зависит также н от температуры падающего газа. Согласно экспернментальным данным, полученным Хенгевосом [73а), коэффициент прнлипання атмосферных газов, имеющих температуру 300 К, нз поверхности прн !О К лежит в пределах от 0,6 до 0,8. Величина п«становится равной единице прн температуре газа ниже 200 К, Данные о коэффициентах прнлнпання атмосферных газов при температурах поверхности 77 К н ниже были недавно собраны Хобсоном н Рндхедом [74). Численные >качения и«в зависимости от услоанй эксперимента менялись в пределах ог 0,5 до 1. Хотя эффект криогенной откачки н эавнснт от перенасыщения газа по отношению к температуре криопозерхностн, однако одновременно с конденснруемымн ларами могут также откачиваться н некопденсируюшиеся газы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
