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一、影响现实真空系统的因素——解吸、扩散、渗透和泄漏
除水之外,其他物质,如真空泵工作也可吸附在表面。物质也可从金属壁中扩散出来,这在残余气体中可检验出来。在特别严格要求的情况下,不锈钢容器可在真空条件下烘烤,从而促使大多数挥发性成分从金属壁中挥发出来。
(1)解吸
气体分子(特别是水)通过吸附和吸收粘着在真空室的表面上,并在真空下再次逐渐解吸。在真空系统中,金属和玻璃表面的解吸率产生的气体产量随覆盖率下降、随时间的推移而下降。通过假设在给定时间点t > t0 后,下降将在线性基础上随时间的推移而发生,则可得到很好的近似值。t0 通常假定为一小时。
(2)带解吸的扩散
在低于 10-6 hPa 的作业中,塑料表面的解吸,特别是密封件,承担着更大的作用。塑料主要释放溶解于这些塑料的气体,这些气体事先必须扩散在表面。因此,随着泵停机时间的延长,从塑料中的解吸相比于从金属表面而言占主导地位。虽然密封件的表面积相对较小;其解吸率随时间的下降远远慢于金属表面解吸率的下降。作为近似值,可假定随时间的下降将在时间的平方根上发生。
类似的效果也发生在压力甚至更低的金属中,其中,氢和碳以 CO 和 CO2 的形式逸出,并可在残余气体谱中看到。
(3)渗透和泄漏
密封件,甚至金属壁,通过扩散都可被小的气体分子渗透,如氦。
由于该过程不是时间的原因,因此其导致所需极限压力持续增加。渗透气流与整个壁厚的压力梯度和材料有关的渗透常数成正比。
在给定时间段 t 后可实现的极限压力主要取决于上述的所有影响以及真空泵的抽速。前提当然是,相对于真空泵的底压,极限压力将较高。
对于给定的抽吸时间t,通过使用公式以及求解时间有关的方程,可计算各种气体流量及产生的压力。可实现的极限压力是这些压力之和。
二、影响现实真空系统的因素——烘烤
烘烤为实现超高真空范围 (<10-8 hPa) 内的压力,必须满足以下条件:
1.真空泵的底压应该低于所需极限压力的 10 倍。
2.真空室和部件所使用的材料必须针对最小出气量进行优化,并且具有适当的表面处理等级。
3.应该使用金属密封件(例如,CF 法兰连接或 ISO 法兰标准的 Helicoflex 密封件)。
4.清洁工作是超高真空所必须,即:所有部件必须在安装前彻底清洁并必须佩带无油脂手套进行安装。
5.设备和高真空泵必须进行烘烤。
6.在启动加热器之前,必须避免并排除泄漏。为此,必须使用氦气检漏仪或四极杆质谱仪。
烘烤显著增加解吸率和扩散率,而且这会导致抽吸时间大大缩短。作为制造工艺的最后一个步骤,UHV 用途的腔室可在温度高达 900 °C 时进行退化。后续烘烤温度可能达到300 °C。泵制造商——雅之雷德机电科技http://www.yazreid.com/有关高真空泵法兰最高烘烤温度的说明通常将作业中的最高温度限制为 120 °C。如果在真空设备中使用热源(例如,辐射加热),则不得超过允许的辐射功率。
设备在安装完毕后投入运行。在达到 10-5 hPa 的压力后,开启加热器。在加热过程中,以 10 小时的间隔对真空计进行操作并脱气。如果使用具有适当表面处理等级的不锈钢容器和金属密封件,120°C 的烘烤温度和约 48 小时的加热时间足以达到 10- 10 hPa 的压力范围。
烘烤应该持续,直至达到预期极限压力的 100 倍。然后关闭泵和真空室的加热器。在冷却后,很可能会实现所需的极限压力。在压力低于 5 · 10-10 hPa 且内表面积较大时,将有利于使用气体结合泵(钛升华泵),该泵以高体积流量抽出从金属中逸出的氢气。
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