Vacuum Techniques Haji Shirinzadeh
Download
Report
Transcript Vacuum Techniques Haji Shirinzadeh
Vacuum Techniques
Haji Shirinzadeh
[email protected]
Workshop on vacuum and thin film technology, Karaj. 2007
Why do we want to learn about a vacuum?
Vacuum technology is widely used in a variety of industries. Here are some
applications you would have certainly heard about:
i) An early application of vacuum technology came around 1900 when the
first major industrial use was for light bulbs and TV tube production
(later on). It has been shown that filaments emit electrons under
vacuum which is the major property used in television technology.
ii) The second major application is in the electronic industry. Many
processes that occur in a semiconductor fabrication facility require
vacuums of different levels, including the deposition of thin films of
material on computer chips.
iii) Another major application is in space technology. The main issue in
space technology is how to design the space station or shuttle in order
to maintain a pressurized cabin. Also, it is important to design safe
space-suits to protect astronauts during their missions in open space.
These are examples of how vacuum technology helps us. Now we will
proceed to learn about vaccum and how it is created and measured. In
order to learn about vacuum, you will first need to understand the
concept of pressure.
اساس تکنولوژی خالء
ایجاد خالء مستلزم دو فرآیند است
-1تخلیه گازهای که در آغاز در حجم محفظه وجود داشته
-2سازگاری بین گنجایش پمپ و تولید گازی که از اول در فاز گازی نبوده بلکه ازدرزها (حقیقی یا مجازی) نشت کرده است .
که دومی گازی است که جدار ها ومواد موجود در محفظه آزاد می شوند .
بحث عبارنند از:
موضوعات اساس ی تکنولوژی خالء مورد ٍ
-1سرعت پمپ ها و رسانای مجازی که بوسیله آنها پمپ به محفظه کار اتصال داده است
-2ساخت نحوه عملکرد آنها
-3روشهای محاسبه فشارهای ایجاد شده وشناسایی گازی تشکیل دهنده.
-4طراحی و انتخاب مواد .کمینه نمودن نشتها (مجازی وحقیقی)
-5تکنیکهای ضروری ویژه برای ایجاد و اندازه گیری باال ترین خالء ها
-6کاربرد عملی تکنولوژی خالء
Workshop on vacuum and thin film technology, Karaj. 2007
طراحی و انتخاب مواد وکمینه نمودن نشتها (مجازی وحقیقی)
مواد
-1خواص مواد ونیازهای طراحی
-2شیشه و اتصاالت شیشه به فلز
-3فلزات
-4پالستیک ها
-5واکس و گریس ها
-6اتصاالت قابل باز وبسته شدن و حرکت در خالء
-7شیرو دریچه های خالء
-8گاز زدایی
نشت یابی
آشکارسازی نشت
اندازه گیری فشار
-1نوع بارومتری
-2نوع مکانیکی
-3فشار سنج نوع مک لنود
-4فشارسنج های رسانایی گرمایی
-5فشارسنج یونشی کاتد ذاغ
-6فشارسنجهای یونشی کاتد سرد
-7فشار سنج های وابسته به دیگر ویژگیهای
فیزیکی
_____کاربرد عملی تکنولوژی خالء
-1خالء به عنوان یك عایق الكتریكي
-2جدا سازي توسط تقطیر در خالء
-3انجماد خشك
-4ساختالمپ ها ،لوازم گرما یوني و
نیمه رسانا
-5متالوژي خالء
-6محیط آزمایشي فضاپیما
-7خالء به عنوان عایق گرمایي
و غیره..............
Levels of vacuum__________
• Rough vacuum
– 10-2 mBar->1 Atm
– a simple single or double stage rotary pump.
Edwards Sputter coater for EM
specimens
• Rubber O-ring seals
• Short pump-down time
Semiconductor and Device Fabrication
Material and Energy Research Centre (MERC)
Levels of vacuum_________
• Rough vacuum
– 10-2 mBar->1Atm
– a simple single or double stage rotary pump.
• High vacuum
– 10-6 mBar->10-2 mBar
– Require a compound pumping system with a
high vacuum pump backed by a rotary pump.
– Sealing system on chambers etc. usually
rubber or viscoelastomer (viton) o-rings.
Edwards Evaporator /
coater.
• O-ring seals
• 1-2 Hour pumpdown
Material and Energy Research Centre (MERC)
Requirements for Vacuum__________
• Units
– A wide variety of units are used in pressure measurement for
vacuum.
– Although the SI unit is Pa, mBars are widely used on virtually all
instrumentation.
– 1 Bar = 1 Atm = 105 Pa = 103 mBar = 760 Torr
Levels of vacuum______________________
• Rough vacuum
– 10-2 mBar->1Atm
– a simple single or double stage rotary pump.
• High vacuum
– 10-6 mBar->10-2 mBar
– Require a compound pumping system with a
high vacuum pump backed by a rotary pump.
– Sealing system on chambers etc. usually
rubber or viscoelastomer (viton) o-rings.
• UHV etc.
– 10-10 mBar->10-6 mBar
– Similar pumping schemes to high vacuum
– Requires a leak-tight system with minimal
outgassing.
– Can only reach<10-8 mBar after lengthy
Custom UHV sputter system.
pumping and baking.
• All-metal seals
• 12-25 hour pump-down
• Load-lock
Material and Energy Research Centre (MERC)
Applications________________________
• Controlled atmosphere
– Furnaces
• Required for processing reactive materials.
• Can compensate for poor vacuum by increasing the inert gas flow.
• Mean free path
• The mean free path (mfp) depends inversely on the pressure.
– film deposition
• Required for any thin film deposition process.
• Low arrival rate of impurity atoms
• Control the mean free path in the gas.
– electron microscopes
• Are vacuum systems, though pretty poor ones in most cases.
• Electrons must get from the gun to the sample without scattering.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Applications: Surface contamination____________
– Ultra-high vacuum systems are required if surface contamination
issues are paramount.
– The time taken to cover a monolayer provides a measure of the
degree of vacuum required.
– The monolayer arrival time is greater than 1 hour only for p < 10–9
mbar;
• High purity growth
– High purity thin films require high quality vacuum.
– The most stringent requirements are for epitaxial growth.
• Surface analysis
– Require very low surface arrival rates of reactive impurities to
ensure that measurements are not corrupted by the vacuum
environment.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Pumping systems_________________________
• The selection of pump type and capacity depends on the system
requirements and the available budget.
• The pumping speed, S, is the volumetric flow through the pump
intake port: S= dV/ dt. (Units- L/s, m3/h, cm3/s).
• A vacuum pump is characterised by its throughput, Q, as
product of the S and the inlet pressure of the pump, P:
Q=SP
(1)
• Throughput=pumping capacity= quantity of gas moved by the
pump over a unit of time (Units - mbar⋅L/s)
Material and Energy Research Centre (MERC)
Diaphragm pumps________________________
• The
simplest type of pump but with a small compression ratio
and a modest base pressure.
• Oil-free and so not a source of contamination in the vacuum
System
Fluoro Mechanic Co.,
Ltd. (Japan)
Material and Energy Research Centre (MERC)
Rotary pumps____________________________
• Most mechanical pumps
– Inlet gas enters the chamber and
compressed into the exhaust
– Moving parts immersed in oil
• No oil - no pump
• Negligible vapour pressure
• Requires periodic replacement.
• A danger of oil suckback from the pump
– When switching pump off close the first
valve on the roughing line.
• Oil mist from the exhaust is potentially
hazardous
– Attach an inline mist filter to the exhaust.
– Good practice to vent the exhaust line
to
the outside of the building.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Functions of Oil_________
• Seals
– Oil surface tension seals the duo-seal
– Fills gaps between the vanes, rotors & stators
• Lubricates
– Bearing areas and blade contact surfaces
• Cools
– Moves heat from rotors & stators to the
• Protects parts from rust and corrosion
–Coats surfaces to protect from aggressive gas
Material and Energy Research Centre (MERC)
oil box
How does the vacuum pump operate?__________________
Operation of the transfer pump
Material and Energy Research Centre (MERC)
High vacuum pumps______________________
• Pumps which can operate below about 10-5 mBar and still
exhaust at atmospheric pressure do not exist.
• => to reach low final pressures a two stage pumping system is
required.
• High vacuum pumps only operate below about 0.1mBar
– They must be "backed" by a rotary pump.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Diffusion pumps_________________________
• Operation
– The cheapest and most reliable means of reaching
pressures <10-4 mBar.
– Fluid vaporised from base of pump
– Reflected downwards by a series of fixed vanes.
– Downward momentum transferred to gas atoms
– Fluid recondenses and the gas is removed by the
backing pump.
• silicones (cheap) and polyphenyl ether (expensive
but better) are common pump fluids.
• Problems and precautions
– Inevitable backstreaming of pump fluid.
– Essential that the water cooling on before the
pump heater is turned on.
– Exposure to high pressure when hot is potentially
disastrous.
. • Can explode
• Fluid molecules can easily crack to lower molecular
weight sub-units
Backing line
Material and Energy Research Centre (MERC)
Diffusion Pump Fluids____________________
• Operating range of diffusion pumps limited by fluid
– Silicone fluids are inexpensive, but suffer heavily from backstreaming
– Polyphenyl ethers (such as Santovac) are much better
• To reach pressures < 10-9mbar requires cryogenic traps or pumping stages
Material and Energy Research Centre (MERC)
Turbomolecular pumps___________________
• Operation
– A very high speed turbine (> 104 rpm)
– More expensive than diffusion pumps,
but less backstreaming
– More expensive turbo pumps use
magnetic levitation
• Problems and precautions
– Delicate and can self-destruct
disastrously.
• Anything which causes the displacement
of the rotor with respect to the stators is
likely to create problems;
– the admission of too high a gas pressure
– movement of the vacuum system as a
whole
– power failure (in the case of maglev
pumps).
– A source of high frequency vibration.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Turbo molecular pumps__________________________
Principle of Operation
1. The direction of the arrow indicates the
direction of travel of the molecule.
2. The length of the arrow indicates the
‘probability’that the molecule will departin that
direction -Knudsen
Material and Energy Research Centre (MERC)
Ion pumps___________________________
• Operation
• Ion pumps provide the lowest possible
pressures.
• Do not remove gas, but adsorb it into a
reactive solid (often Ti).
• Gas entering the pump is ionised and steered
by electric and magnetic fields onto a highly
reactive surface.
• Problems and precautions
– Pumping a high gas load can considerably
shorten the life of an ion pump;
• Switching to an ion pump should take place at
the lowest possible pressure.
• Older pump elements can release gas back to
system (pressure instabilities)
Material and Energy Research Centre (MERC)
Cryopumps_____________________________________
• Operation
• Potentially the cleanest pump type
• An absorbent surface maintained below 15K by a closed
cycle He cryocooler.
• Gas is not transported from the pump, but simply stored.
• Can be regenerated by heating the absorber.
• Problems and precautions
• Pumping a high gas load can considerably shorten the life
between regenerations.
• Impurities such as greases which are inadequately
desorbed during regeneration are likely to lead to a
progressive loss of efficiency.
• Efficiency for pumping of H2 and He very low problems with leak checking
Material and Energy Research Centre (MERC)
Cryo pumps_________________
Cryopump is a vacuum pump that traps gases and vapours by condensing them
on a cold surface. They are only effective on some gases, depending on the
freezing and boiling points of the gas relative to the cryopump's temperature.
They are sometimes used to block particular contaminents,
example in front of a diffusion pump to trap backstreaming oil, or in front of a
McLeod gauge to keep out water. In this function, they are called a cryotrap or
cold trap
Material and Energy Research Centre (MERC)
Trapping pumps remove gas molecules by sorption
or condensation on its internal surfaces __________
The trapping or capture pumps are usually located in the container being evacuated.
The trapping pumps remove gas molecules by sorption or condensation on its internal
surfaces (see Figure). If the gas molecules chemically react with the internal material
of the pump, the new material created by the reaction of gas and inner material
molecules will be deposited as a thin film. This is called sorption of the gas molecules.
Furthermore, if the gas molecules come in touch with the refrigerated surfaces of the
pump, gas will be condensed and removed as a liquid.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Titanium sublimation pumps__________________
Getter pumps
Ultrahigh Vacuum Sorption Pumps on the Basis of NonEvaporating Getters (NEG)
The pumps are intended for oil-free, ultrahigh vacuum pumping of
hydrogen and other non-noble gases. Pumping is realized via gas
absorption by highly-porous Ti, ZrAl and other NEG alloys.
The pumps maintain their serviceability under conditions of dynamic
loads, thermal, electromagnetic and corpuscular radiation. In contact
with the atmosphere, an oxide film is formed on the NEG surface
which is destroyed when heated in vacuum up to temperatures higher
than the operating one. Hydrogen sorption by the pump is reversible, it
can be restored to its original amount after regeneration. Other gases
are accumulated in the getter irreversibly as corresponding chemical
compounds.
Pumping Speeds_______________________________
• Speeds of high
vacuum pumps
determined by
– Size of pump
– Type of pump
– Gas composition
• Units quoted in ls-1
• Throughput, or flux,
peaked at high
pressure (mbar ls-1)
Material and Energy Research Centre (MERC)
Compound systems______________________
• Design
– Important even at the level of attaching
a rotary pump to a system.
– Pumping speed of the pump reduced
by low conductance pipework between
the pump and the vacuum chamber.
– Given a set of tubes with conductances
Ci, and a pump with a speed as S0,
– => we have the effective pumping
speed S given by
S-1 = Ci -1 +S0 -1.
– Thus Ci must be large enough so that S
is not << S0.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Operation______________________________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Operation________________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Operation______________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Operation__________________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Vacuum Seals______________________________
– To assemble vacuum systems,
seals must be created between
the various components.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Vacuum Seals______________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Vacuum Seals_____________________________
Material and Energy Research Centre (MERC)
Pressure measurement_________________
• Rough vacuum pressures
– Pirani & thermocouple gauges
• Depend on the increase in thermal conductivity of a gas with its pressure.
– The temperature (thermocouple gauge), or
– Resistance (Pirani gauge) of a heated wire is measured.
– increasing pressure => increasing cooling
– qualitative monitoring of rough vacuum.
– Capacitance gauge (Baratron, Capacitron)
• Deflection of a membrane due to pressure changes
– sensed by the change in capacitance
– extremely precise above 10-4 mbar,
– measures true pressure.
• High vacuum / UHV
– Ion gauge
• The ion gauge works by ionisation of the gas molecules
– measures ion current
– works well below 10-3 mbar - lower limit typically 10-11 mbar
– Penning gauge
• Simply an ion gauge in which the plasma is struck from a cold cathode
– plasma not self-sustaining below ~10-7mBar.
Mass spectrometer_______________________
– Gas composition important - residual gas analyser, or RGA.
– Mass spectrum can be used for detailed diagnostics
• Spectrum from a true leak quite different from outgassing
• Composition for a well outgassed system is typically dominated by H2,
CO and H2O.
– RGAs can be used to find a leak by probing the outside of the
chamber with a gas stream (generally He)
• partial pressure rises when gas probe near leak site
• which falls when the probe is withdrawn
Ultimate pressure limitations_________________
• Leakage
– Can be diagnosed by the presence of atmospheric ratios of gases.
Out-gassing__________________________
Virtual leakag_________________________
Diffusion__________________________
Real systems______________________
Potential faults_____________________
• Metering problems
– All pressure gauges drift with time
– ion gauges and mass spectrometers highly sensitive to previous
abuse
• Leakage and outgassing
• Poor pump performance
– Poorly treated pumps will not reach either their specified pumping
speed or ultimate base pressure.
• Valve failures
– The failure of a valve to open or close correctly is a frequent source
of misdiagnosis of problems.
• Electronics failures
– The above is compounded if the control system in automated
systems fails to function correctly.
Pressure Analysis__________________________________
• Isolation
– Closing off part of a system
• a lowering in the pressure =>the problem is confined to the region
beyond the valve.
• Time dependence
– Rate of pressure rise in a closed system should equal
dP/dt=QL/ V
(2)
– where V is the system volume
– Ql is the leak rate, mBar•L/s
– Outgassing in a closed-off system will eventually saturate
• at a pressure at which the rates of adsorption and desorption are equal
The U – tube manometer
Flux analysis_________________________
• Equation (1) must be satisfied at all
points in the vacuum system.
• Q can be measured by the gas flow
from the exhaust
• Should agree with:
– the product of the backing pressure
and the rotary pump speed
– the product of the chamber pressure
and the high vacuum pump speed.
Leak detection_______________________
• Easiest in systems which have been fully baked
• Often tedious and frustrating
• Search
– recently replaced flanges
– any grease sealed shaft seals
– ceramic and glass to metal seals (windows and feedthroughs)
– thermally cycled connectors (cooling pipes)
– the interiors of bellows sealed valves
– welds
• If all else fails then try filling a plastic bag which entirely
encloses the suspect portions of the system with He and
waiting.
Good Practice & Maintenance______________
• Understand the principles of operation
• Understand the effect of changing the state of
any valve
• Monitor any change you make
• Pumps etc. need inspection & maintenance
• Don’t use vacuum grease
• Don’t overtighten anything.
• Keep systems clean and always wear gloves.
Material and Energy Research Centre (MERC)
Material and Energy Research Centre (MERC)
The End
Semiconductor and Device Fabrication
خالء به عنوان يك عايق الكتريكي
مبناي فيزيك عايق بندي خالء با ولتاژ باال توسطبالتزمن 1988برس ي
شده است .رله ها،كليدها ،قطع كننده هاي خالء در بازار موجودند.
اين است كه ولتاژ شكست براي يك فاصله خالء يكي از مزيت
معين در خالء ،بيشتر از هوا دراتمسفر است و قتي كه شكست به
وقوع مي پيوندد ،امكان قوس زني از بين رفته بازيافت كوتاه تر مي
شود.
جدا سازي توسط تقطير در خالء
متراكم نمودن آ نها روي سطح يك از يك مايع و دوباره تقطيرشامل نبخير موكلول هاي
گيرنده سرد مي شود.اگر اين فرآيند در هوا در فشار اتمسفر صورت گيرد بيشتر
موكلول هاي تبخيري با مولكول هاي هوا فورأ در باالي سطح مايع برخورد كرده و به
فازمايع بر مي گردد.
مواد براي خشك كردن مي تواند به يكي از سه شكل زيرباشد.
الف -يك مايع منجمد شده در تماس با ديواره هاي محفظه ايي كه بيشتر گرماي تصعيد از كف محفظه
و به سطح جدايي يا قسمت جلوي جسم مورد انجماد مذكور عبور شده تا مواد آن منجمد شده
خشك برود.
ب -يك قسمت مايع منجمديا جامد خيس كه تصعيد مي تواند از كل محدوده خارجي اثر يوقوع بپيوندد،
بطوري كه حرارت فقط از طريق اليه خشكبه آن برسد.
ج -قسمت هاي كوچك ياتكه هاي كوچك مثل قسمت (ب) اما داراي شكل يك بستري ازشاره باشد كه
بيشتر گرماي تصعيد از گستره بخار آن عبور كند.
انجماد خشك
وقتي كه جامدات خيس شامل مواد حل نشده و يا معلق در شرايط عادي
توسط حرارت دادن خشك شوند،گرفتن آب از آنها اغلب باغث جابحايي
موثر در آنها شده و فرآيند با دوباره خيس كردن آ نها برگشت ناپذير
است .انجماد خشك يك روش ي براي گرفتن آب بوسيله سرمايش ازفازيخ
بوده و جابجايي مذكور درآنحذف مي گردد.براي زدودن مواد حل شده
زايد از مواد متخلخل ،آنها را منجمد نموده و يخ را در شرايط تخت خالء
دوباره سرماييده مي كنند.
ساختالمپ ها ،لوازم گرما يوني و نيمه رسانا
يك الزمه مهم در ساخت المپ تداوم معقول عمر قيالمان آن است،
خارج سازي گازهايي مثل
كه با فيالمان تنگستن ،داراي واكنش شيميايي است و ورود گاز
H2Oهاي بي اثر مثل
N2 , Arكه ميزان تصعيد را كاهش مي دهند ضروت دارد.
متالوژي خالء
تكنولوژي خالء كاربرد هاي قابل مالحظه اي در متا لوژي دارد ،چونكه
خيلي از فرآيند هاي متالوژي،شامل حرارت دادن است و بيشتر
فلزات وقتي حرارت داده شوند با هواي اتمسفري واكنش مي كنند،
لذا خالء اهميت مب يابد.
فرآيند هاي متالوژي خالءرا مي توان به قسمت دسته بندي كرد،
بيرون سازي گازها موجود يا نمونه هاي ناخوسته ديگر از فلزات و
انجام كارهايي كه وجود هوا ممنوع است.
محيط آزمايش ي فضاپيما
سوء عملکرد یک فضا پیما در حال کار.فاجعه بزرگی است،
بنابراین ضروت برای تست آزمایشی محیط آنها در خالء الزم
است .اثر های مهم خالء روی فضا پیما ،شامل کاهش فشار
ناگهانی در طی صعود ،حذف عملی گاز های رسانش گرمایی
در مسیر ،قراریت مواد و یا بعضی اجرای آنها و اثرخالء
روی نحوه عملکرد بلبرینگ ها را در بر می کیرد.اثرات این
مس ِِئله روی شرایط صعود که ایجاد تخلیه الکتریکی کرونا
ِ
در دستگاه های الکتریکی و تنش های مکانیکی بین دستگاه
های درون این وسیله نقلیه و محطش می کند.
خالء به عنوان عايق گرمايي
وقتی که فشار در یک محفظه یا فضایی خالء شده،کاهش یابد ،به مقدار که
فاصله متوسط حرکت های برخوردی مولکول های گاز درون آنها به وسیله
برخوردها یشان با موانع جامد (دیوارها،برعکس برخورد با مولکول های
دیگر گاز) محدود شود ،رسانایی گرمایی موثر به مقداری قابل مالحظه ای
افت می کند.
این مسئله برای فالسک های پیک نیک عادی (خانگی) به کار گرفته می شود.
در محیطهایی در مقیاس های صنعتی برای مایع سازی گازها،مثل مایع
اکسیژن ونیتروژن به کار می رود.
معموال ،عایق گرمایی این گونه محفظه های صنعتی شامل فضای دایروی
تخلیه شده ای هستند ،با پودر عایق گرمایی پر شده،که سایز متوسط آنها در
مقایسه با میانگین آزاد مناسب برای برخورد های گاز،گاز کوچک است.
خواص مواد ونیازهای طراحی
موادی زیادی در تکنولوژی خالء استفاده دارند انتخاب موادی که یک سیستم خالء از آنها ساخته می شود قویآ تحت
تاثیرهدف استفاده از آنها است .
اگر سیستم خالء بناست یک نوع صنعتی باشد ،سختی و استحکام برای نیاز است ،که فلز معموال به شیشه
ترجیح داده می شود،ولی در آزمشگاه تحقیقاتی شیشه ممکن است مناسب تر باشد.به دالیلی مثل فراوانی
نسبی شیشه و غیره..
اما در مورد فلزات به علت سادگی جوش دادن ،نشت،احیم کردن می تواند مد نظر باشد
دمای کار نیز مهم است
شیشه و اتصاالت شیشه به فلز
جوش های شیشه بافلز در سیستم های خالء شامل موارد •
زیر است:
الف) برای ایجاد یک اتصال بین دو محفظه خالء •
ب) برای ورد سیم های الکتریکی به پوشه خالء شیشه •
ج) برای وردی سیم های الکتریکی به پوشه خالء فلزی که •
شیشه به عنوان عایق استفاده شود.
پالستیک ها
پالستیک ها
به مفهوم مواد ارگانیکی سخت به عنوان موادی که ساختار
تکنولوژی خالء باال بکار می رود استفاده کمی دارد مثل
واشرهای پولی آمید بین اتصاالت فوالد آبکاری شده استفاده
کرد.
واکس و گریس ها
واکس و گریس ها •
واکس ها برای اتصاالت خالء در آزمایشگات نیمه داِئمی دستگاه های خالء
مفید هستند آنها باید دارای فشار تبخیری کمی باشند ونقطه نرم شدگی باالتر
از باالترین دمای کاری داشته باشند و نباید ونباید وقتی در طی کاربرد
حرارت می بینند تجزیه شوند.
واکس های خالء بانقطه ذوب 85-45سانتی گراد و فشاری تبخیری بعد از
خارج ساختن هوای درون آنها حدودآ 3-10میلی بار دردما 1 80سانتی
گراد را بازار یابی می کنند.
و گریس ها به عنوان اتصال دهنده و روعنکاری در شیرهای خالء شیشه ای و
اتصاالت پایه ای استفاده می شوند
اتصاالت قابل باز وبسته شدنا
اتصاالت قابل باز وبسته شدن این اتصاالت معموال دارای
سطح دایروی هستند و تغییری االستومتری (بالو) یا
واشری فلزی مثل پهت (دومی برگشت ناپذیراست) که
توسط یک دستگاه مکانیکی فشرده می شوند که در سیستم
های خالایی بکارگرفته می شوند و قابل گرم شدن تا
250درجه سانتی کراد بکار می روند
شیرو دریچه های خالء
شیرو دریچه های خالء •
برای دستگاههای کوچک آزمایشگاهی ،هنوز اغلب شیرهای مخروطی پیرکس
گریس زده شده استفاده می شود .آنها از یک شیشه مخروطی که با احتیاط
دردرون یک محفظه خارجی شیشه ایی جا گرفته است تشکیل می شوند،ودارای
یک بازویچرخشی شیشه ایی جا گرفته است تشگیل می شوند ،و دارای یک
بازوی چرخشی شیشه ای نیز هستند .در یک نوع آنها حرکت قطری است،یعنی
بازوی مذکورقرار گیرد شیرباز است .در
و قتی دهانه در یک راستا با
استفاده مداوم از شیر ،جرخش ها باعث ایجادشیارهای دایروی در گریس نموده
و ممکن است باالخره به کوتاه شدن مدار شیر منجرشود
انواع دیگر شیرهای غیرقابل گرم کردن شامل نوع دروازه ای ،که در مسدود
شدن توسط حرکت افقی یک سطح در صفحه خودش انجام می پذیرد،اتصال
االستومر بوده و دارای حرکت ربعی (پروانه ای) است ،که درآن یک دیسک
حول یک میله افقی که از میدان قطرش عبور کرده جخش می کند دریچه
دایروی آن بسته می شود.
گاز زدایی
گاز زدایی
و قتی یک فلز برای اولین بار در معرض خالء قرارگیرد
ازآن گاز رها می شود و این رهایی همیشه با سیر کاهشی
ادامه می یابد .گازرها شده ممکن است اساسآ به دو
صورت در نظر گرفته شود .آنهایی که از سطح آزاد می
شوند و آ نهایی که در داخل پخش می شوند،اما چون
گازآزاد شده ازسطوح به طور ثابت با آنهایی که از داخل
می آیند جایگزین مي شوند،تشخیض أنها فقط حالت نطري
دارد.گرچه اغلب صحیح است گاؤ اولیه رها شده اؤ سطح
به هر میراني ار
فلزات
مهمترین فلزات که در خالء می توان استفاده کرد عبارتند از:
برنج ،مس ،فوالد آبکاری شده،برنج باآلیاژی از مس و روی می توان
تا دمای 100الی 150درجه سانتی گراد استفاده کرد .اما مس به
دلیل فشار بخارکمتر می توان تا دمای باالتر در خالء ازآن برای
قسمتی از محفظه استفاده کرد .اگر سطح خارجی محفظه مسی
درمعرض هوا در بیشتر از جند درجه سانتی گراد قرار گیرد جدی
اکسید می شود .وقتی حرارت بناست از قسمی به قسمت دیگر
هدایت شود مس بسیار مفید است،بویژه مس بدون اکسیژن با
رسانایی زیاد که معمو ال بکار گرفته می شود.
گسیل گرما یونی
تبخیر الکترونها از اجسام جامد داغ را گسیل گرما یونی گویند،
مثل تخیر و گاززدایی آن هم تابع افزایشی قوی از دما است ،و
این اهمیت زیادی دارد ،چونکه شدت جریان الکترون های
بمبارانی در فشار سنج یونشی با کاتد داغ را ایجاد می کند یا
برای مثال دریک پرتو الکترونی بای جوشگاری.
سرعت یک پمپ
یک پمپ دستگاهی است با یک دهانه وردی که دارای خاصیتی است که کسر معینی از مولکولهای گازی که بناست
تخلیه شود به آن وارد شده و بر نمی گردند.
.سرعت پمپ ( ) Sممکن است به صورت زیر تعریف شود
شارش خالصی که در ثانیه وارد دهانه پمپ می شود = S
در دهانه ورودی) (Pفشار
Pحجم درثانیه × Pحجم اندازه گیری شده در فشار
P
فشارسنج های با کاتد داغ
Hot cathode ionization
عملکرد این فشارسنج بستگی به گسیل گرما یونی الکترونها از یک فیالمان داغ دارد که توسط یک پتانسیل الکتریکی شتاب دار شده به
سرعتی که احتمال یونیزاسیون مولکول های گازی را وقتی با آن ها برخورد انجام دهند بیشینه می کند .یونهای مثبت تولید شده توسط
یک الکترود که پتانسیلش طوری است که نمی تواند الکترون جمع آوری کند،چون اگر این اتفاق بیفتد جریان بخاطر وجود یونهای
مثبت کاهش می یابد جمح آوری می شوند .میزان تولید یون بستگی به چگالی عددی مولکولهای گاز و تعداد الکترونهای نشری
یونیزاسیونی در هر ثانیه از فیالمان داغ دارد.
بستگی دارد به چگالی عددی icجریان یون مثبت تولید شده igبنابراین برای یک جریان الکترونی یونیزاسیونی داده شده
توسط رابطه زیربدست می آید p.که به فشار nمولکولهای گاز
p = n, k.T
بنابراین ویژگی یک فشارسنج یونیزاسیون توسط معادله زیر بیان کرد
ic = G. ig.p
حساسیت فشار سنج وبر حسب (-1میلی بار) G
فشارسنج های با کاتد سرد
Cold cathode ionization
فشار سنجهای کاتد سرد از یک مشکل اساسی موجود در فشار سنج های کاتد داغ ( سوختن فیالمان به علت باال بودن فشار) مستثنی
هستند ،اما در بیشتر انواع آنها اعمال میدان معناطیسی ضروری است و بنابراین یک معناطیس دائمی برای نگهداری تخلیه در فشارهای کم
نیاز است .همچینین ولتاژ های مورد نیاز عمومآ بیشتر از ولتاژ های فشارسنجهای گرما یونی است و اثر تخلیه کردن ناخواسته بیشتر است.
Cold cathode ionization gauge
cold-cathode ion source for leak detection