Ejemplo de aplicación de bomba criogénica en horno de alto vacío.

- Apr 08, 2019-

Ejemplo de aplicación de bomba criogénica en horno de alto vacío.

 

Hace más de diez años, comenzamos a aplicar la bomba criogénica y el sistema sin aceite de bomba seca en equipos de proceso relacionados con la tecnología electrónica de vacío para obtener un vacío ultraalto con efecto satisfactorio. Este intento aplica las ventajas únicas de la bomba criogénica, que es rápida, limpia y confiable, al horno de vacío. La bomba criogénica se incorpora al sistema de vacío para lograr un ambiente limpio de ultra alto vacío. Este artículo introduce la aplicación de la bomba criogénica en un horno de alto vacío. La idea de diseño del sistema de vacío de bomba criogénica, la configuración principal y los asuntos que requieren atención del sistema de vacío, la selección y el cálculo de la bomba criogénica se introducen enfáticamente. Tiene un valor de referencia para la investigación y el desarrollo de hornos de vacío similares y la aplicación de bombas criogénicas. Al controlar estrictamente todos los enlaces de investigación y desarrollo, limpiar, desgasificar y hornear de acuerdo con la especificación de ultra alto vacío, la presión final del horno de vacío alcanzó 2 10-7pa, extendiendo la presión límite del horno de vacío convencional en casi un orden de magnitud. En los últimos años se han introducido y utilizado ampliamente bombas de vacío sin aceite en el campo de la industria de los semiconductores. Por lo tanto, el sistema de adquisición de vacío ultraalto libre de aceite representado por la bomba criogénica y la bomba seca ha sido ampliamente promovido en tecnología electrónica de semiconductores, sistema de revestimiento óptico y campo aeroespacial.

 

Al reducir la temperatura de la superficie de bombeo por debajo de 20 K a través del medio de baja temperatura, el gas con un punto de ebullición más bajo se puede condensar en la superficie de bombeo y se puede extraer una gran cantidad de gas. El uso de la superficie de bombeo a baja temperatura será una bomba de gas condensada llamada bomba criogénica o bomba de condensación. Es un dispositivo que condensa, adsorbe o condensa + adsorbe el gas después de usar un medio de baja temperatura para reducir la temperatura de la superficie, a fin de reducir la presión del espacio bombeado y obtener o mantener el estado de vacío.

 

Como un sistema completo de bombeo, la bomba criogénica está compuesta de dos partes, el cuerpo principal es el cuerpo de la bomba de vacío y la segunda parte es el compresor. Ahora es ampliamente utilizado refrigerador de bomba criogénica, su núcleo es refrigerador criogénico. El flujo básico es el siguiente: primero, el helio se comprime a alta temperatura y presión; Luego se enfría mediante un intercambiador de calor a helio a temperatura ambiente. El helio purificado de alta pureza luego se adiabáticamente se expande en el cilindro para convertirse en helio a baja temperatura. A medida que el ciclo continúa, el helio se enfría y se convierte en un medio de refrigeración: el helio criogénico.
Las ventajas de elegir la bomba criogénica incluyen:
(1) limpio, puro sin aceite, amplio rango de bombeo, puede obtener rápidamente el entorno ideal de ultra alto vacío;
(2) en comparación con otras bombas de vacío del mismo diámetro, la bomba criogénica tiene una mayor velocidad de bombeo, especialmente la capacidad de extraer vapor de agua;
(3) no hay opción de bombear gas, impurezas y no afectar el trabajo del sistema;
(4) se puede instalar en cualquier ángulo, sin partes móviles, no necesita la bomba frontal, el costo de operación y mantenimiento es bajo;
La exposición a la atmósfera tiene un pequeño impacto en el sistema, ya que el agua del compresor puede ser de autoprotección, por lo que puede realizarse sin supervisión.

 

Diseño de sistema de vacío

 

El mayor problema al elegir el sistema de bomba criogénica para el horno de vacío es resolver la carga de calor. La carga de calor en el horno de vacío proviene principalmente de tres aspectos:
(1) radiación térmica del lado del horno;
(2) flujo viscoso, las moléculas de gas transportan calor;
(3) la conducción de calor y el calor de radiación del tubo de la boca de la bomba.

Cryopump funciona en estado de flujo molecular, la fuente de calor ii puede ser ignorada. La fuente de calor () se puede eliminar agregando estructura de enfriamiento por agua. La influencia de la carga de calor del cuerpo del horno en la bomba criogénica se considera en el diseño. La pantalla reflectora de metal de múltiples capas se selecciona en el horno de vacío. La temperatura de calentamiento del horno de vacío es de 1300 , el diseño total más alto de 6 capas de pantalla reflectiva, pantalla de recubrimiento de molibdeno 3 capas, el resto de las capas seleccionaron la pantalla reflectora de acero inoxidable. Teóricamente, el calentador a la pared del recipiente a través de la temperatura de radiación de aproximadamente 200 , la temperatura aumentará lentamente con el tiempo. La mayoría de los casos, la bomba de baja temperatura puede incluir un codo de 90 ° , para evitar que la cámara pase al vacío, se reduce aún más a la carga térmica de la bomba, que es la de reducir la radiación térmica, que es el método más simple y efectivo. En el estado de flujo molecular, se puede ignorar la influencia del codo en la guía de convección, que es más efectiva que el deflector para el sistema de ultra alto vacío. Con el fin de reducir aún más la influencia de la conducción de calor y la radiación en la bomba criogénica, se diseñó una estructura de refrigeración por agua en el tubo del codo. La estructura del sistema de vacío se muestra en la figura 1.

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HIGO. 1 diagrama de estructura del sistema de vacío

 

Con el fin de obtener el ultra alto vacío ideal, y al mismo tiempo utilizar la tecnología de redundancia, diseñamos el sistema de vacío de la unidad de bomba molecular y la bomba criogénica en paralelo. La unidad de bomba molecular se puede utilizar como pre-bombeo del sistema, de modo que cuando la bomba criogénica se enfría, puede funcionar directamente en el estado de flujo molecular.

 

 

Además, cuando la cámara de vacío tiene una gran cantidad de aire, se puede cambiar oportunamente a la bomba molecular para la extracción de aire, lo que no solo prolonga el tiempo de saturación de bombeo de la bomba criogénica, sino que también ahorra el tiempo de regeneración. La bomba molecular y la bomba criogénica están conectadas por una válvula de compuerta de vacío ultraalta neumática y una cámara de vacío. Para garantizar que el sistema esté limpio sin aceite y aprovechar al máximo las ventajas de bombeo de la bomba criogénica, se selecciona la bomba molecular de levitación magnética sin aceite puro, se selecciona la bomba seca de vórtice para la bomba frontal y la bomba seca. La bomba también se utiliza para la extracción de aire durante la regeneración de la bomba criogénica. El diagrama esquemático del sistema de vacío se muestra en la figura 2.

 

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HIGO. 2 diagrama esquemático del sistema de vacío

 

Cuando la unidad de la bomba molecular y el compresor se ponen en marcha al mismo tiempo, después de unos 120 minutos, la cabeza fría secundaria de la bomba criogénica desciende de la temperatura ambiente a menos de 15 K (la puerta de la válvula de la bomba criogénica se puede abrir). En este momento, el grado de vacío del sistema del horno de vacío puede alcanzar 10-5pa, por lo que la bomba criogénica puede comenzar directamente desde el alto vacío.

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Tabla 1 principales conclusiones de configuración del sistema de vacío

 

Este conjunto de equipos es un conjunto típico de horno de vacío de tamaño mediano, que se aplica al proceso de soldadura por difusión en condiciones de vacío ultraalto. La capacidad térmica y el área de superficie son más grandes que el horno de tratamiento térmico de la misma especificación, con un mayor grado de automatización. La configuración de la bomba criogénica puede dar rienda suelta a sus notables ventajas. La presión de prueba final del horno de vacío es 2 10-7 Pa (frío y vacío), y la tasa de aumento de presión es de 0.002 Pa / h. El índice es mejor que el horno de alto vacío común. En la actualidad, la aplicación de la bomba criogénica doméstica depende principalmente de las importaciones, y otras bombas del mismo calibre, el precio también es relativamente caro. Sin embargo, todavía tiene grandes ventajas en los campos del entorno de proceso altamente limpio, vacío puro sin aceite y vacío ultraalto, y la bomba criogénica no es peor que otras bombas en términos de costo de servicio y vida útil. La investigación y el desarrollo de la bomba criogénica doméstica aún está por madurar, especialmente la tecnología de compresores, esperando el auge de la industria de la bomba de vacío limpia doméstica.