真空系统烘烤
2022-11-28 18:00:56 来源：迈格诺科官网 游览：
空间中存在的气态分子，无论是缓慢或是快速移动，都是产生压力的原因。真空即是通过减少腔室中存在的分子数量而获得的。然而，这个过程也降低了气态分子对腔室的内表面施加的压力，在获得真空的同时，也会有“额外分子”进入腔室。
“额外分子”主要来源：
● 吸附在腔壁内表面的分子。这些分子大多附着在内表面微观的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁内的分子。随着真空度的升高，抑制压力逐渐减小，这些分子从腔壁内部“渗透”到了内表面。
● 确保制造组件的材料中污染物含量尽可能低；
● 确保在装配过程中佩戴无尘手套；
● 使用莱宝SC或ECODRY干式真空泵；
● 使用金属密封替代橡胶密封；
● 最终，“烘烤” 真空腔室。
什么是真空系统烘烤：
烘烤就是加热真空系统腔室。如果要实现超高真空（UHV），理想情况下最高烘烤温度可达300 - 400 ℃。但通常高真空泵的法兰处（CF）烘烤温度不会这么高，如莱宝 TURBOVAC i 系列分子泵的CF法兰处最高烘烤温度不超过100 ℃。而如果在真空设备内部使用热源（如辐射加热），则不应超过可容许的辐射功率
真空系统烘烤的局限性：
一般对于处理从腔体表面或次表面进入的分子，采用的烘烤过程取决于所需的真空度、最终的用途和系统本身的结构。一个典型的应用例子就是烘烤腔体以挥发并去除内壁吸附的水和加工过程残留的碳氢化合物等。如果真空腔室是使用可烘烤的金属垫片密封的UHV系统，那么烘烤腔室通常是标准操作。
然而使用橡胶O形圈密封的腔室就有一定的局限性。真空烘烤的温度以及烘烤的有效性都将受到橡胶材料高温耐受能力的限制。例如，Viton™ 不应用于160 ℃ 以上的烘烤操作，因为它会慢慢开始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，无论它们位于真空系统中的哪个位置，都必须具有良好的热均匀性，否则那些本应通过烘烤去除的污染物将会在局部“冷点”聚积。
在1961年，关于CERN项目使用涡轮分子泵（TMP）对烘烤的腔体进行抽气的论文中，指出“通过TMP抽气需要两到三周的时间，主要是由于需要对处在真空绝热的低温恒温器中，包含的多层超级隔离层进行除气”。然而，这是一个特殊情况，在大多数应用中，几天的抽气时间相比几周，通常更容易接受。
“额外分子”主要来源：
● 吸附在腔壁内表面的分子。这些分子大多附着在内表面微观的粗糙度中。
● 嵌入到腔壁内的分子。随着真空度的升高，抑制压力逐渐减小，这些分子从腔壁内部“渗透”到了内表面。
除此之外，还有其他一些“额外分子”的来源需要考虑。包括：外部污染物，如指纹中所含的油脂成分；工艺反应后的产物；真空泵内油蒸汽的反向扩散；以及系统组件本身的饱和蒸汽压，例如密封件等。这些单一或混合的“额外分子”来源，使真空泵无法在现实中轻松获得并保持它们设计预期的抽空水平。
当然解决方案也有很多：● 确保制造组件的材料中污染物含量尽可能低；
● 确保在装配过程中佩戴无尘手套；
● 使用莱宝SC或ECODRY干式真空泵；
● 使用金属密封替代橡胶密封；
● 最终，“烘烤” 真空腔室。
什么是真空系统烘烤：
烘烤就是加热真空系统腔室。如果要实现超高真空（UHV），理想情况下最高烘烤温度可达300 - 400 ℃。但通常高真空泵的法兰处（CF）烘烤温度不会这么高，如莱宝 TURBOVAC i 系列分子泵的CF法兰处最高烘烤温度不超过100 ℃。而如果在真空设备内部使用热源（如辐射加热），则不应超过可容许的辐射功率
真空系统烘烤的局限性：
一般对于处理从腔体表面或次表面进入的分子，采用的烘烤过程取决于所需的真空度、最终的用途和系统本身的结构。一个典型的应用例子就是烘烤腔体以挥发并去除内壁吸附的水和加工过程残留的碳氢化合物等。如果真空腔室是使用可烘烤的金属垫片密封的UHV系统，那么烘烤腔室通常是标准操作。
然而使用橡胶O形圈密封的腔室就有一定的局限性。真空烘烤的温度以及烘烤的有效性都将受到橡胶材料高温耐受能力的限制。例如，Viton™ 不应用于160 ℃ 以上的烘烤操作，因为它会慢慢开始分解。更重要的是，所有可烘烤的材料，无论它们位于真空系统中的哪个位置，都必须具有良好的热均匀性，否则那些本应通过烘烤去除的污染物将会在局部“冷点”聚积。
另外，使用热氮气等高温气体吹扫真空腔室也可以有效地去除内壁表面污染物。例如将氮气通过洁净的气体加热器，然后缓慢通入腔室长达30分钟，污染物将被气流夹带并通过排气口排出。这需要针对不同的真空系统，设计对应的通入时间和温度。虽然并不复杂，但这种氮气吹扫方法也只能用于部分真空腔室的处理。
在1961年，关于CERN项目使用涡轮分子泵（TMP）对烘烤的腔体进行抽气的论文中，指出“通过TMP抽气需要两到三周的时间，主要是由于需要对处在真空绝热的低温恒温器中，包含的多层超级隔离层进行除气”。然而，这是一个特殊情况，在大多数应用中，几天的抽气时间相比几周，通常更容易接受。