Αυτό το άρθρο σας οδηγεί να κατανοήσετε αρκετές αντλίες κενού που χρησιμοποιούνται στους τομείς του εξαιρετικά υψηλού κενού και του εξαιρετικά υψηλού κενού
Όταν η πίεση υπερβαίνει το 10-5Pa, εισέρχεται στο πεδίο εφαρμογών εξαιρετικά υψηλού κενού. Σε αυτό το σημείο, η λειτουργία άντλησης των περισσότερων αντλιών κενού έχει σταματήσει ή η ταχύτητα άντλησης είναι πολύ χαμηλή. Ποιες είναι οι αντλίες κενού που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη εξαιρετικά υψηλού κενού αυτή τη στιγμή; Ας ρίξουμε μια σύντομη ματιά μαζί.
Η κύρια λειτουργία μιας μηχανικής αντλίας είναι να παρέχει το απαραίτητο προ στάδιο κενού για την εκκίνηση μιας στροβιλομοριακής αντλίας. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μηχανικές αντλίες περιλαμβάνουν κυρίωςvortex ξηρές αντλίες, αντλίες διαφράγματος καιμηχανικές αντλίες σφραγισμένες με λάδι.
Οι αντλίες διαφράγματος έχουν χαμηλότερη ταχύτητα άντλησης αλλά μικρότερο όγκο και χρησιμοποιούνται γενικά για μικρές ομάδες μοριακών αντλιών.
Η μηχανική αντλία λαδιοσφραγισμένη είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μηχανική αντλία στο παρελθόν, που χαρακτηρίζεται από υψηλή ταχύτητα άντλησης και καλό τελικό κενό. Το μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει μια κοινή κατάσταση επιστροφής λαδιού. Σε συστήματα υπερυψηλού κενού, γενικά απαιτούνται για χρήση ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες (που χρησιμοποιούνται για την αποφυγή τυχαίας διακοπής ρεύματος που προκαλούν επιστροφή λαδιού) και μοριακά κόσκινα (λειτουργία προσρόφησης).
Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται ευρέως οι αντλίες vortex dry, οι οποίες έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι σχετικά απλές στη χρήση και δεν επιστρέφουν λάδια. Ωστόσο, η ταχύτητα άντλησής τους και το απόλυτο κενό υποπίεσης είναι ελαφρώς κατώτερα από τις μηχανικές αντλίες σφραγισμένες με λάδι.
Οι μηχανικές αντλίες αποτελούν σημαντική πηγή εργαστηριακού θορύβου και δονήσεων. Η επιλογή αντλιών χαμηλού θορύβου και η τοποθέτησή τους σε χώρους εξοπλισμού όσο το δυνατόν περισσότερο είναι μια καλύτερη προσέγγιση, αλλά λόγω των περιορισμών της απόστασης εργασίας, το τελευταίο συνήθως δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί.
Οι στροβιλομοριακές αντλίες βασίζονται σε περιστρεφόμενες λεπίδες υψηλής ταχύτητας (συνήθως γύρω στις 1000 στροφές ανά λεπτό) για να επιτύχουν κατευθυντική ροή αερίου και ο λόγος της πίεσης εξαγωγής της αντλίας προς την πίεση εισαγωγής ονομάζεται λόγος συμπίεσης. Ο λόγος συμπίεσης σχετίζεται με τον αριθμό των σταδίων, την ταχύτητα και τον τύπο του αερίου στην αντλία. Γενικά, τα αέρια με μεγαλύτερα μοριακά βάρη έχουν υψηλότερους λόγους συμπίεσης. Ο λόγος συμπίεσης για το άζωτο είναι 108-109. Το υδρογόνο κυμαίνεται από 102 έως 104. Το απόλυτο κενό μιας στροβιλομοριακής αντλίας γενικά θεωρείται ότι είναι μεταξύ 10-9-10-10mbar. Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας μοριακών αντλιών, το απόλυτο κενό έχει βελτιωθεί περαιτέρω.
Λόγω του γεγονότος ότι τα πλεονεκτήματα των στροβιλομοριακών αντλιών μπορούν να αντικατοπτρίζονται μόνο στην κατάσταση μοριακής ροής (η κατάσταση ροής όπου η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγιστο μέγεθος του τμήματος του αγωγού), απαιτείται να είναι εξοπλισμένο με μπροστινή αντλία κενού με πίεση λειτουργίας από 1 έως 10-2Pa. Λόγω της υψηλής ταχύτητας περιστροφής των λεπίδων, μπορεί να προκληθεί ζημιά ή καταστροφή της μοριακής αντλίας σε περίπτωση επαφής με ξένα αντικείμενα, ανάδευσης, πρόσκρουσης, συντονισμού ή κρούσης αερίου. Για τους αρχάριους, η πιο κοινή αιτία τραυματισμού είναι το σοκ αερίου που προκαλείται από λειτουργικά σφάλματα. Ο συντονισμός που προκαλείται από μηχανικές αντλίες μπορεί επίσης να οδηγήσει σε βλάβη στις μοριακές αντλίες. Αν και αυτή η κατάσταση είναι σχετικά σπάνια, είναι δύσκολο να εντοπιστεί λόγω της απόκρυψής της και απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή.
Τα πλεονεκτήματα της αντλίας ιόντων διασκορπισμού είναι το καλό τελικό κενό, χωρίς κραδασμούς, χωρίς θόρυβο, χωρίς ρύπανση, ώριμη και σταθερή διαδικασία, δεν απαιτείται συντήρηση. Με την ίδια ταχύτητα άντλησης (εκτός από το αδρανές αέριο), το κόστος της είναι πολύ χαμηλότερο από τη μοριακή αντλία, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα υπερυψηλού κενού. Ο κανονικός κύκλος λειτουργίας μιας αντλίας ιόντων διασκορπισμού είναι συνήθως πάνω από 10 χρόνια.
Οι αντλίες ιόντων γενικά απαιτούν πίεση 10-7mbar ή μεγαλύτερη για να λειτουργήσουν σωστά (η εργασία κάτω από χειρότερες συνθήκες κενού μπορεί να μειώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους), επομένως απαιτείται ένα συγκρότημα μοριακής αντλίας για να τους παρέχει καλύτερο κενό πριν από το στάδιο. Η κοινή πρακτική είναι να χρησιμοποιείτε μια αντλία ιόντων+TSP στον κύριο θάλαμο και να εξοπλίζετε μια μικρή ομάδα μοριακών αντλιών στον θάλαμο έγχυσης. Κατά τη διάρκεια του ψησίματος, ανοίξτε τη συνδεδεμένη βαλβίδα βύσματος και η μικρή ομάδα μοριακής αντλίας θα παρέχει το κενό της μπροστινής σκηνής. Αφού ολοκληρωθεί το ψήσιμο, κλείστε τη βαλβίδα βύσματος και χρησιμοποιήστε την αντλία ιόντων σε συνδυασμό με το TSP για να επιτύχετε εξαιρετικά υψηλό κενό
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι αντλίες ιόντων έχουν χαμηλή ικανότητα προσρόφησης για αδρανή αέρια και υπάρχει επίσης κάποια διαφορά στη μέγιστη ταχύτητα άντλησης σε σύγκριση με τις μοριακές αντλίες. Επομένως, για καταστάσεις με μεγάλη απελευθέρωση αερίου ή μεγάλη ποσότητα αδρανών αερίων, χρειάζονται σετ μοριακών αντλιών. Επιπλέον, η αντλία ιόντων δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά πεδία κατά τη λειτουργία, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν παρεμβολές σε ιδιαίτερα ευαίσθητα συστήματα.
Η αρχή λειτουργίας μιας αντλίας εξάχνωσης τιτανίου βασίζεται στην εξάτμιση μεταλλικού τιτανίου για να σχηματίσει μια μεμβράνη τιτανίου στο τοίχωμα του θαλάμου για χημική προσρόφηση. Τα πλεονεκτήματα της αντλίας εξάχνωσης τιτανίου είναι η απλή δομή, το χαμηλό κόστος, η εύκολη συντήρηση, η έλλειψη ακτινοβολίας και ο θόρυβος δόνησης.
Η αντλία εξάχνωσης τιτανίου αποτελείται συνήθως από τρία νήματα τιτανίου (για την αποφυγή καύσης), τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με μια μοριακή αντλία ή μια αντλία ιόντων για να επιτευχθεί καλό αποτέλεσμα αφαίρεσης υδρογόνου. Είναι η πιο σημαντική αντλία κενού στην περιοχή των 10-9-11-11mbar και είναι εξοπλισμένη στους περισσότερους θαλάμους κενού εξαιρετικά υψηλού που απαιτούν υψηλό βαθμό κενού.
Το μειονέκτημα της αντλίας εξάχνωσης τιτανίου είναι ότι απαιτεί τακτικό ψεκασμό του τιτανίου και κατά τη διάρκεια της περιόδου ψεκασμού (μέσα σε λίγα λεπτά), το κενό θα μειωθεί κατά περίπου 1-2 τάξεις μεγέθους. Επομένως, ορισμένοι θάλαμοι με συγκεκριμένες απαιτήσεις απαιτούν τη χρήση NEG. Επιπλέον, για δείγματα/συσκευές ευαίσθητες στο τιτάνιο, θα πρέπει να δοθεί προσοχή στην αποφυγή της θέσης της αντλίας εξάχνωσης τιτανίου.
Αντλία χαμηλής θερμοκρασίας
Οι αντλίες χαμηλής θερμοκρασίας βασίζονται κυρίως στη φυσική προσρόφηση χαμηλής θερμοκρασίας για τη λήψη κενού, με τα πλεονεκτήματα της υψηλής ταχύτητας άντλησης, της μη ρύπανσης και του υψηλού τελικού κενού. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα άντλησης μιας κρυογονικής αντλίας είναι η θερμοκρασία και η επιφάνεια της αντλίας. Σε μεγάλης κλίμακας συστήματα επιταξίας μοριακής δέσμης, λόγω της υψηλής απαίτησης για ακραίο κενό, χρησιμοποιούνται ευρέως οι κρυογονικές αντλίες.
Το μειονέκτημα των κρυογονικών αντλιών είναι ότι καταναλώνουν μεγάλη ποσότητα υγρού αζώτου και έχουν υψηλό κόστος λειτουργίας. Ένα σύστημα με μονάδα ψύξης που κυκλοφορεί μπορεί να μην καταναλώνει υγρό άζωτο, αλλά μπορεί να επιφέρει αντίστοιχα προβλήματα όπως κατανάλωση ενέργειας, κραδασμούς και θόρυβο. Επομένως, οι κρυογονικές αντλίες χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά σε συμβατικό εργαστηριακό εξοπλισμό
Η απορροφητική αντλία είναι ένας τύπος αντλίας κενού που χρησιμοποιείται ευρέως τα τελευταία χρόνια. Το πλεονέκτημά του είναι ότι υιοθετεί πλήρως τη χημική προσρόφηση, δεν παράγει εξάτμιση και ηλεκτρομαγνητική ρύπανση και χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με μοριακές αντλίες για να αντικαταστήσει τις αντλίες εξάχνωσης τιτανίου και τις αντλίες ιόντων διασκορπισμού. Το μειονέκτημα είναι ότι έχει υψηλότερο κόστος και περιορισμένους χρόνους αναγέννησης. Χρησιμοποιείται συνήθως σε συστήματα που απαιτούν υψηλή σταθερότητα υπό κενό ή είναι πολύ ευαίσθητα στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Επιπλέον, λόγω του γεγονότος ότι η αντλία αναρρόφησης δεν απαιτεί πρόσθετη παροχή ρεύματος εκτός από την αρχική ενεργοποίηση, χρησιμοποιείται συχνά ως βοηθητική αντλία για την αύξηση της ταχύτητας άντλησης και του βαθμού κενού σε μεγάλα συστήματα, γεγονός που μπορεί να απλοποιήσει αποτελεσματικά το σύστημα.
