《真空系統(tǒng)設(shè)計》PPT課件.ppt

第五章、真空系統(tǒng)設(shè)計,主要內(nèi)容：,1、真空系統(tǒng)的組成 2、真空系統(tǒng)元件及連接 3、真空系統(tǒng)中常用材料 4、真空衛(wèi)生 5、真空系統(tǒng)的設(shè)計計算,1、真空系統(tǒng)的組成,1.1真空技術(shù)系統(tǒng)圖用圖形符號：,Vacuum System Schematic Symbols,Hand Operated Valve. Gate Valve. Pneumatic Gate Valve. Leak Valve. Butterfly Valve. Pneumatic Butterfly. Bellows.,Sorption Trap. Vacuum Gauge. Rotary Pump Turbomolecular Pump. Ti Sublimation Pump. Ion Pump. Cryo Pump.,1.2 真空系統(tǒng)的構(gòu)成 真空系統(tǒng)是由真空容器、獲得真空、測量真空、控制真空等組件組成。 較完整的真空系統(tǒng)： 真空室 所需的真空泵或真空機組： 真空測量裝置 連接導(dǎo)管 捕集器 真空閥門 其他真空元件及電氣控制系統(tǒng),將真空泵與相應(yīng)的真空元件按其性能要求組合起來構(gòu)成的抽氣裝置,低真空抽氣機組特點：工作壓強高、排氣量大、抽速比高真空機組低。 中真空機組特點：大抽速、獲得中真空 高真空機組特點：工作壓強較低、排氣小、抽速大 超高真空機組特點：工作壓強極低、材料的出氣率很小、漏氣率很小、能高溫烘烤,1.3 典型的真空系統(tǒng),1、真空室，2、真空計，3、管道，4、閥門，5、機械泵。,1.4 真空系統(tǒng)的基本操作規(guī)測,啟動油封機械泵時，首先保證轉(zhuǎn)子方向正確、油位符合要求； 油封機械泵停止時，防止壓差返油； 不要讓機械泵工作到極限壓強； 不要讓油封機械泵在大氣壓強下或較高壓強下長時間工作； 在擴散泵通大氣之前，應(yīng)將泵油冷卻到安全溫度，防止高溫下油氧化； 高真空泵在工作之前，先要開啟水冷； 使用電離計時，應(yīng)在真空室壓強低于1.3310-1Pa，才接通電離計； 真空系統(tǒng)停止工作時，應(yīng)將系統(tǒng)內(nèi)的各元件（包括真空室）都保持真空狀態(tài)下封存，但機械泵要通大氣；,2、真空系統(tǒng)元件及連接,真空元件: 真空室、真空泵、真空測量裝置、連接導(dǎo)管、真空閥門、捕集器（阱）、除塵器、真空繼電器 真空閥門 密封連接,2.1 真空閥門,真空閥門的作用： 開關(guān)氣路 控制氣流大小 定量充氣。,閥門的開合,真空閥門的工作形式： 隔膜閥、球閥、蝶閥、插板閥、擋板閥、翻板閥、針閥、 超高真空閥、無油玻璃真空閥 電磁閥，手動閥、氣動閥,典型的真空閥工作方式：,直角閥,直通閥,球閥,蝶閥,典型的真空閥工作方式：,直角閥,直通閥,球閥,蝶閥,可調(diào)流量控制器,漏閥（放氣閥）,2.2 密封,密封材料,真空閥門的膠墊密封結(jié)構(gòu),正壓強的O-ring密封,其它O-ring密封,快速接頭組件,橡膠密封材料的基本要求 光華表面；無劃傷；無裂紋；具有低的出氣率、揮發(fā)率和透氣率； 良好的耐熱性、耐油性、抗老化能力、耐壓縮形變（0.65）,真空閥門的金屬墊密封,金屬墊,各式金屬嵌入密封,Materials Ag, In, Al, Au, Cu, Alloy,優(yōu)點 放氣遠(yuǎn)小于橡膠； 氣體滲透低 耐高溫 缺點 金屬密封圈彈性差，需要很大的密封力才能保證可靠的真空密封 重復(fù)使用性很差，有些金屬密封圈只能使用一次 法蘭密封面和刀口的粗糙度和配合精度要求高，很小的傷痕都能破壞密封，大尺寸法蘭加工困難。 密封圈和法蘭材料的線膨脹系數(shù)相差較大，加熱不均勻或密封結(jié)構(gòu)設(shè)計得不正確，會引起局部變形而造成漏氣,真空閥門的金屬墊密封的優(yōu)缺點,2.3 真空連接及密封,真空法蘭（Vacuum Flanges)連接 動密封連接 引入接口（Fittings ） VCR、VCO、 NPT、快速接頭、底板密封式（Baseplate）接頭、測試用圓端口及軟管接頭 觀察窗（Viewports）,穿通密封件 (Feedthroughs),穿通密封件是一種可以穿過真空腔壁來傳輸各種電功率、電信號、運動、運轉(zhuǎn)、流體及光束等的密封器件。 電穿通密封件:電穿通密封件，包括各種不同規(guī)格的接口、耐壓及載流指標(biāo)。電穿通密封件主要分為以下四種：功率式，同軸信號式，熱電偶式，陶瓷隔離式。 流體穿通密封件:傳送液體或氣體到真空腔室內(nèi)的設(shè)備，目的通常是為了散熱冷卻，或提供動力給氣動或液壓驅(qū)動的裝置。 傳動式穿通密封件: 傳動式穿通密封件是一種精密的操作裝置，可用來移動或定位真空室內(nèi)的物體。 光學(xué)式穿通密封件(Viewports)是安裝在真空腔壁上的特定的玻璃窗口，其用途包括：可讓操作員觀察真空室內(nèi)的操作過程；透過特定波長的光束進行物理或化學(xué)反應(yīng)；測量在工藝中放射出來的光波或其他電磁波；或監(jiān)控某特定波長的光學(xué)效應(yīng)(橢圓偏光測量術(shù))等。,磁流體 轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)動裝置,利用彎曲的伸縮管轉(zhuǎn)動傳送,線性傳動,利用伸縮管進行傾斜操作,光學(xué)材料可選Kodial玻璃、石英、藍(lán)寶石、特殊玻璃材料(例如硒化鋅，氟化鎂等)及有光學(xué)鍍層的7980高純?nèi)廴谑ⅲ▽Ｓ糜趥鬏敿す猓?3、真空衛(wèi)生,4.1材料表面常見的污染形式 4.2 材料表面凈化 4.3表面凈化處理的基本方法 4.4 放電清洗 4.5氣體沖洗 4.6 非金屬材料的清洗 4.7清洗的基本程序 4.8清洗注意事項 4.9清潔零件的存放,3.1材料表面常見的污染形式,環(huán)境空氣中的塵埃和拋光殘渣及其它有機物等； 水基類:操作者的手汗、吹氣時的水汽、唾液等； 表面氧化物：材料長期放置在空氣中或放置在潮濕空氣中所形成的表面氧化物； 酸、堿、鹽類物質(zhì)：清洗時的殘余物質(zhì)、手汗、水中的礦物質(zhì)等； 油脂：加工、裝配、操作時沾染上的潤滑劑、切削液、真空油脂等。,3.2 材料表面凈化,表面凈化：在真空工藝進行前，先從工件或系統(tǒng)材料表面清除所不期望的物質(zhì)的過程 凈化的目的：為了改進真空系統(tǒng)中所有器壁和其他組件表面在各工作條件下的工作穩(wěn)定性 清潔表面的分類：原子級清潔表面；工藝技術(shù)上的清潔表面。,3.3表面凈化處理的基本方法,溶劑清洗（最普遍） 軟化水或含水系統(tǒng)；無水有機溶劑；石油分餾物；乳狀液或溶劑蒸氣；金屬清洗劑 超生清洗（清除較強粘附污染） 蒸氣脫脂清洗（簡單、大批量） 清除基片表面油脂膜和類油脂膜等氫化物 電解侵蝕清洗 縮短侵蝕時間，減少溶液的消耗量 加熱和輻照清洗 將工件放置于常壓或真空中加熱，促使表面上的揮發(fā)雜質(zhì)蒸發(fā)來達(dá)到清洗的目的。,3.4 放電清洗,應(yīng)用于高真空、超高真空系統(tǒng)的清洗除氣。,3.5 氣體沖洗,氮氣沖洗：在系統(tǒng)中通入干燥的氮氣，因為氮氣在材料表面吸附時，吸附熱小，吸留時間短。,3.6 非金屬材料的清洗,玻璃陶瓷的清洗 溶劑清洗 塑料與橡膠的清洗 特殊清洗,污染物的確定 清洗方法的確定 清洗溶劑的選擇,3.7 滌清洗的基本程序,3.8 清洗注意事項,有序操作,3.9 清潔零件的存放,盡可能縮短暴露大氣； 儲存容器必須與零件一樣清潔； 已凈化的零件嚴(yán)禁用手觸摸。,4、真空系統(tǒng)的設(shè)計計算,4.1 氣體負(fù)荷的計算 真空室內(nèi)總氣體負(fù)荷 漏氣流量的計算 放氣流量的計算 方法 滲透氣體流量的計算 工藝工程中真空室內(nèi)產(chǎn)生的氣體流量的計算 4.2 抽氣時間和壓強的計算 低真空抽氣時間的計算 高真空抽氣時間的計算 真空室的極限壓強 真空室的工作壓強 抽氣過程中真空室的壓強,4.3真空泵的選擇與匹配計算 主泵的選擇與計算 前級真空泵(預(yù)抽泵)的選擇與計算 4.4 真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.5 真空系統(tǒng)的安裝調(diào)試與操作維護,4、真空系統(tǒng)的設(shè)計計算,事例:,設(shè)計一臺有油真空系統(tǒng)。真空室的直徑為100cm容積為V1.5m3，內(nèi)表面積為7.5m2。真空室材料為不銹鋼 1小時后的出氣率為2.310-5 Pa.L/(s.cm2)， 2時后的出氣率為1.510-5PaL(s.cm2)。 真空室工作壓強為p1.310-3Pa， 真空室工藝過程中放出的氣體量Q11.3 PaL/s， 系統(tǒng)的總漏氣量Q26.710-1 PaL/s； 被抽氣體為20C干燥空氣； 返流油蒸汽對工藝過程有害。,計算過程,確定真空室中保持1.310-3Pa的工作壓強所需要的真空系統(tǒng)的有效抽速S 根據(jù)要求的工作壓強及使用要求，選油擴散泵作為主泵 計算擴散泵與真空室排氣口間管路的流導(dǎo)，驗證選K-600型擴散泵是否合適。 計算前級泵真空管路 計算抽氣時間,確定真空室中保持1.310-3Pa的工作壓強所需要的真空系統(tǒng)的有效抽速S,為了可靠起見，增大20% ?。?388L/s,根據(jù)要求的工作壓強及使用要求，選油擴散泵作為主泵,山型擋板+高真空擋板閥； 一般泵的有效抽速約為泵的抽速的三分子一； 選抽速為10000L/s的擴散泵（K-600）試算；,主要考慮管道3，閥門4、擋板5的流導(dǎo)； 確定氣體流動狀態(tài)：當(dāng)真空室達(dá)到1.310-3 Pa壓強時，平均壓強為：,分子流,計算總流導(dǎo)C,計算擴散泵的抽速SP,分子流,計算前級泵真空管路,在2.7