초고 진공로에서 극저온 펌프의 적용 예

초고 진공로에서 극저온 펌프의 적용 예

10여 년 전에 우리는 진공 전자 기술 관련 공정 장비에 극저온 펌프 및 건식 펌프 오일 프리 시스템을 적용하여 초고 진공을 만족스러운 결과로 얻었습니다. 이 시도는 빠르고 깨끗하며 신뢰할 수있는 극저온 펌프의 독특한 장점을 진공로에 적용합니다. 극저온 펌프는 깨끗한 초고 진공 환경을 달성하기 위해 진공 시스템에 통합됩니다. 이 논문은 초고 진공로에서 극저온 펌프의 적용을 소개한다. 극저온 펌프 진공 시스템의 설계 아이디어, 진공 시스템의주의가 필요한 주요 구성 및 문제, 극저온 펌프의 선택 및 계산이 강조됩니다. 그것은 유사한 진공로의 연구 및 개발과 극저온 펌프의 적용을위한 참고 값을 가지고있다. 초고 진공 사양에 따라 모든 연구 개발 링크, 세정, 탈기 및 베이킹을 엄격히 제어함으로써 진공로의 궁극적 인 압력은 2 10-7pa에 도달하여 기존 진공로의 한계 압력을 거의 크기. 최근에는 오일 프리 진공 펌프가 도입되어 반도체 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 따라서 극저온 펌프 및 건식 펌프로 대표되는 오일 프리 초고 진공 획득 시스템은 반도체 전자 기술, 광학 코팅 시스템 및 우주 항공 분야에서 널리 홍보되고 있습니다.

저온 매질을 통해 펌핑 표면의 온도를 20K 이하로 낮추면 낮은 비등점의 가스가 펌핑 표면에 응축되어 다량의 가스를 추출 할 수 있습니다. 저온 펌핑 표면의 사용은 극저온 펌프 또는 응축 펌프라고하는 응축 가스 펌프입니다. 저온 매질을 사용하여 가스를 응축, 흡착 또는 응축 + 흡착시켜 표면 온도를 낮추어 펌핑 된 공간의 압력을 줄이고 진공 상태를 유지 또는 유지하는 장치입니다.

완전한 펌핑 시스템으로서 극저온 펌프는 두 부분으로 구성되며, 본체는 진공 펌프 몸체이고 두 번째 부분은 압축기입니다. 지금은 극저온 펌프 냉장고에 널리 사용되고 있으며, 그 핵심은 극저온 냉장고입니다. 기본 흐름은 다음과 같습니다 : 첫째, 헬륨은 고온 고압으로 압축됩니다. 그런 다음 열교환기에 의해 실온 헬륨으로 냉각됩니다. 정제 된 고순도 헬륨은 실린더 내에서 단열 적으로 팽창되어 저온 헬륨이된다. 사이클이 계속되면 헬륨은 냉각되어 냉각 매체 - 극저온 헬륨이됩니다.
극저온 펌프를 선택할 때의 장점은 다음과 같습니다.
(1) 오일없이 깨끗하고 깨끗한, 넓은 범위의 펌핑, 이상적인 초고 진공 환경을 신속하게 얻을 수 있습니다.
(2) 동일한 직경의 다른 진공 펌프와 비교하여, 극저온 펌프는 더 큰 펌핑 속도, 특히 수증기를 추출하는 능력을 갖는다;
(3) 펌핑 가스, 불순물 입자가 될 선택의 여지가없고 시스템 작업에 영향을주지 않습니다;
(4) 모든 각도, 움직일 수있는 부분에 설치할 수 있으며, 전면 펌프가 필요 없으며 작동 및 유지 보수 비용이 적습니다.
대기로의 노출은 압축기 물이 자체 보호 될 수 있으므로 시스템에 작은 영향을 미치므로 무인을 실현할 수 있습니다.

진공 시스템 설계

진공로 용 극저온 펌프 시스템을 선택하는 가장 큰 문제점은 열 부하를 해결하는 것입니다. 진공로에서의 열부하는 주로 세 가지 측면에서 비롯됩니다.
(1) 노 측면으로부터의 열 방사;
(2) 점성 유동, 기체 분자는 열을 운반한다.
(3) 펌프 입구 파이프로부터의 열 전도 및 복사열.

분자 흐름 상태에서 Cryopump 작동, 열원 ii는 무시할 수 있습니다. 열원 ()은 수냉 구조를 추가하여 제거 할 수 있습니다. 용광로 본체의 열부하가 극저온 펌프에 미치는 영향은 설계시 고려됩니다. 다층 금속 반사판 스크린이 진공로에서 선택됩니다. 진공 노 가열 온도는 1300 ℃ , 반사 형 스크린의 최고 6 층, 몰리브덴 드레싱 스크린 3 층, 나머지 층은 스테인레스 스틸 반사판 스크린을 선택했다. 이론적으로 200 ℃ 정도의 복사열을 통해 컨테이너 벽에 히터를 설치하면 시간이 지남에 따라 온도가 천천히 상승합니다. 대부분의 경우, 저온 펌프는 90 ° 엘보우를 포함 할 수 있으며 , 진공 챔버를 피하고 진공 챔버를 통과하기 때문에 펌프의 열부하로 감소되어 열 복사를 줄이는 것이 가장 간단하고 효과적인 방법입니다. 분자 유동 상태에서, 대류 가이드에 대한 엘보의 영향은 무시 될 수 있으며, 이는 초고 진공 시스템을위한 배플보다 더 효과적이다. 극저온 펌프에 대한 열 전도 및 복사 영향을 추가로 줄이기 위해 수냉 구조물이 엘보 파이프에 설계되었습니다. 진공 시스템 구조는 그림 1에 나와 있습니다.

무화과. 1 진공 시스템 구조도

이상적인 초고 진공을 얻기 위해 동시에 이중화 기술을 사용하기 위해 분자 펌프 시스템과 저온 펌프의 진공 시스템을 병렬로 설계했습니다. 분자 펌프 유닛은 시스템의 프리 펌핑 (pre-pumping)으로 사용될 수 있으므로 극저온 펌프가 냉각되면 분자 흐름 상태로 직접 작동 할 수 있습니다.

또한, 진공 챔버가 다량의 공기를 갖는 경우, 공기 추출을위한 분자 펌프로시기 적절하게 전환 될 수 있으며, 극저온 펌프의 펌핑 포화 시간을 연장 할 수있을뿐만 아니라 재생 시간을 절약 할 수있다. 분자 펌프와 극저온 펌프는 공압 초 고 진공 진공 밸브와 진공 챔버로 연결됩니다. 시스템이 오일없이 청결하고 극저온 펌프의 펌핑 이점을 충분히 발휘할 수 있도록하기 위해 순수 오일 프리 자기 부상 분자 펌프를 선택하고 프론트 펌프에 와류 건조 펌프를 선택하고 건조 펌프는 또한 극저온 펌프의 재생 중에 공기 추출에 사용됩니다. 진공 시스템의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.

무화과. 2 진공 시스템의 개략도

분자 펌프 유닛과 압축기가 동시에 시작될 때, 약 120 분 후, 극저온 펌프의 2 차 냉각 헤드가 실온에서 15K 이하로 낮아진다 (극저온 펌프 밸브 도어가 열릴 수 있음). 이 때, 진공로 시스템의 진공도는 10-5pa에 도달 할 수 있으므로 극저온 펌프는 고진공으로부터 직접 시작할 수 있습니다.

진공 시스템의 표 1 주요 구성 결론

이 장비 세트는 초고 진공 상태에서 확산 용접 공정에 적용되는 중형 진공로의 전형적인 세트입니다. 열용량 및 표면적 모두가 동일한 사양의 열처리로보다 더 높으며 자동화도가 높습니다. 극저온 펌프의 구성은 놀라운 장점을 충분히 발휘할 수 있습니다. 진공로의 최종 시험 압력은 2 × 10-7Pa (차갑고 비어 있음)이고 압력 상승률은 0.002Pa / h입니다. 색인은 일반적인 고진공로보다는 더 낫다. 현재, 국내 극저온 펌프의 응용 프로그램은 대부분 수입에 의존하고, 같은 구경의 다른 펌프는 가격도 상대적으로 비쌉니다. 그러나 높은 청정 공정 환경, 순수한 오일 프리 진공 및 초고 진공 분야에서 여전히 큰 이점을 가지고 있으며 극저온 펌프는 서비스 비용 및 서비스 수명면에서 다른 펌프보다 나쁘지 않습니다. 국내 극저온 펌프 연구 및 개발은 여전히 국내 깨끗한 진공 펌프 산업의 부상을 기대하고, 특히 압축기 기술, 성숙 될 것입니다.