Grundlagen der Vakuumtechnik

Grundlagen der Vakuumtechnik

1643 demonstrierte der italienische Physiker Torricelli das berühmte Atmosphärendruckexperiment und enthüllte die Existenz des physikalischen Zustands des "Vakuums" für den Menschen. In den folgenden Jahrhunderten, insbesondere zu Beginn des 20. Jahrhunderts, entwickelte sich die Vakuumtechnologie rasant und fand breite Anwendung im militärischen und zivilen Bereich. In ähnlicher Weise ist die Vakuumtechnologie auch die Grundlage für die Herstellung von Dünnfilmen. Fast alle Dünnfilmmaterialien werden im Vakuum oder bei niedrigem Atmosphärendruck hergestellt. Daher werden in diesem Kapitel einige Grundkenntnisse über Vakuum, Vakuumerfassung und Vakuummessung kurz vorgestellt.

Erstens die Grundkenntnisse des Vakuums

Eine Einheit Vakuum

Der Kontakt des Menschen mit dem Vakuum kann grob in zwei Arten unterteilt werden: Die Existenz eines Weltraumvakuums, das als "natürliches Vakuum" bezeichnet wird; Das andere ist das Vakuum, das durch Pumpen von Gasen aus einem Behälter mit einer Vakuumpumpe erhalten wird. Es wird ein "künstliches Vakuum" genannt. Ein Vakuum jeglicher Art wird als Vakuum bezeichnet, wenn der Druck eines Gases in einem gegebenen Raum weniger als eine Atmosphäre beträgt. Der Zustand des Weltraums ohne Gas wird oft als absolutes Vakuum bezeichnet. Im allgemeinen Sinne bedeutet "Vakuum" nicht "es gibt nichts". Gegenwärtig gibt es Hunderte von Molekülen pro Kubikzentimeter Volumen, selbst bei dem niedrigsten Druck, der mit den fortschrittlichsten Vakuumpräparationstechniken möglich ist. Wenn wir also von Vakuum sprechen, meinen wir den relativen Vakuumzustand. In der Vakuumtechnik werden der Ausdruck "Vakuumgrad" und die physikalische Größe "Druck" üblicherweise verwendet, um den Vakuumgrad in einem bestimmten Raum auszudrücken, aber ihre physikalische Bedeutung sollte streng unterschieden werden. Ein niedrigerer Druck in einem Raum bedeutet ein höheres Vakuum, während ein höherer Druckraum ein niedrigeres Vakuum bedeutet.

Eine der frühesten und am häufigsten verwendeten Druckeinheiten, der Millimeter Quecksilber (mmHg), misst das Vakuum direkt durch Messung seiner Länge. Insbesondere bei der Verwendung der pneumatischen Zeitsteuerung von Torricelli ist der Millimeter als Druckmessung intuitiver. Aber im Jahr 1958, in Erinnerung an Torricelli, wurde "Torr" anstelle von MMHG verwendet. 1 Torr ist der Druck pro Flächeneinheit von 1 MMHG MMHG im Standardzustand, ausgedrückt als 1 Torr = 1 MMHG. Im Jahr 1971 bestimmte die internationale Metrologiekonferenz "PASCAL" offiziell als die internationale Einheit des Gasdrucks, 1Pa = 1 N / m2 7,5 × 10 –3 Torr. Tabelle 1-1 zeigt die in der aktuellen Vakuumtechnologie gebräuchlichen Druckeinheiten und ihre Umrechnungsrelationen.

Tabelle 1-1 Umrechnungsrelationen mehrerer Druckeinheiten

Zwei. Die Unterteilung der Vakuumregionen

Um das Vakuum zu untersuchen und für den praktischen Gebrauch geeignet zu machen, wird das Vakuum häufig entsprechend den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften jedes Druckbereichs in die folgenden Bereiche unterteilt:

Grobes Vakuum: 1 x 105 ~ 1 x 102 Pa
Niedriges Vakuum: 1 x 102 ~ 1 x 10-1pa
Hochvakuum: 1 x 10-1 ~ 1 x 10-6pa
Ultrahochvakuum: <> x 10-6pa

Die molekularen Bewegungseigenschaften von Gasen in verschiedenen Regionen des Vakuums sind unterschiedlich. Unter rauem Vakuum befindet sich der gasförmige Raum ungefähr im atmosphärischen Zustand, und die Moleküle sind immer noch hauptsächlich in thermischer Bewegung, und die Kollisionen zwischen Molekülen sind sehr häufig. Unter niedrigem Vakuum versteht man den Übergang der Strömung von Gasmolekülen vom viskosen zum molekularen Zustand. Wenn das Hochvakuum erreicht ist, ist die Strömung der Gasmoleküle zu einer molekularen Strömung geworden, und die Kollisionen zwischen Gasmolekülen und Gefäßwänden sind hauptsächlich und die Anzahl der Kollisionen ist stark verringert. Im Ultrahochvakuum befinden sich weniger Moleküle im Gas, es gibt fast keine Kollisionen zwischen den Molekülen und es gibt weniger Möglichkeiten, dass Moleküle mit der Wand kollidieren.

Drei. Adsorption und Desorption von Gasen durch Feststoffe

In der Vakuumtechnik treten häufig verschiedene Gase auf, und das Phänomen der Adsorption und Desorption dieser Gase an der festen Oberfläche ist sehr verbreitet, was für die Hochvakuumtechnik, insbesondere die Ultrahochvakuumtechnik, von großer Bedeutung ist. Um beispielsweise den Vakuumgrad im Rohr zu verbessern, müssen die Teile vorab entgast werden. Dieser Prozess ist der Prozess der Gasmoleküle auf der festen Oberfläche Desorption. Bei der Desorption des Gases entsteht im Behälter ein gewisses Vakuum. Zusätzlich werden in Vakuumanlagen häufig verschiedene Adsorptionspumpen unter Verwendung des Adsorptionsprinzips hergestellt, um ein Hochvakuum zu erhalten. Manchmal wird auch die Fähigkeit zur Adsorption einer großen Anzahl von Gasmolekülen auf der sauberen Oberfläche genutzt, um ein Vakuum zu erhalten.

Die sogenannte Gasadsorption ist das Phänomen von Gasmolekülen, die auf der festen Oberfläche festgehalten werden und in physikalische Adsorption und chemische Adsorption unterteilt werden können. Die physikalische Adsorption weist keine Selektivität auf, und auf der festen Oberfläche kann jedes Gas auftreten, was hauptsächlich durch die gegenseitige Anziehung zwischen Molekülen verursacht wird. In dem physikalisch adsorbierten Gas tritt leicht Desorption auf, und die Adsorption ist nur bei niedriger Temperatur wirksam. Die chemische Adsorption erfolgt dagegen bei einer höheren Temperatur. Ähnlich wie chemische Reaktionen ist Gas nicht leicht zu desorbieren, aber Adsorption kann nur auftreten, wenn Atome auf der Oberfläche von Gas und Feststoff miteinander in Kontakt kommen, um Verbindungen zu bilden. Die Gasdesorption ist der umgekehrte Prozess der Gasadsorption. Der Prozess, durch den die auf der festen Oberfläche adsorbierten Gasmoleküle von der festen Oberfläche freigesetzt werden, wird üblicherweise als Gasdesorption bezeichnet.

In der Vakuumtechnik gibt es immer das Phänomen der Adsorption und Desorption von Gas an festen Oberflächen. Im Allgemeinen sind die Hauptfaktoren, die die Adsorption und Desorption von Gas auf festen Oberflächen beeinflussen, der Gasdruck, die Temperatur des Feststoffs, die Dichte des auf festen Oberflächen adsorbierten Gases und die Eigenschaften des Feststoffs selbst, wie der Grad der Oberflächenglätte und -reinheit . Wenn die Temperatur der festen Oberfläche hoch ist, können die Gasmoleküle leicht desorbiert werden. Zusätzlich zu den obigen Effekten treten bei einigen Vakuumpumpen und Vakuummetern mit Ionisationsphänomen unterschiedliche Grade an elektrischer Absorption und chemischer Spülung auf, wodurch auch die Adsorption von Feststoff an Gas beschleunigt wird. Unter elektrischer Absorption versteht man die Bildung positiver Ionen nach der Ionisierung von Gasmolekülen. Positive Ionen haben eine stärkere chemische Aktivität als neutrale Gasmoleküle, daher bilden sie häufig eine physikalische oder chemische Adsorption mit festen Molekülen. Chemische Entfernung tritt auf, wenn aktive Metalle (wie Barium, Titan usw.) unter Vakuum verdampft werden, um Verbindungen mit nicht inerten Gasmolekülen zu bilden, was zu einer chemischen Adsorption führt.

Abschnitt zwei Vakuumerfassung

Die Erfassung von Vakuum wird oft als "Vakuumpumpen" bezeichnet, dh die Verwendung verschiedener Vakuumpumpen wird aus dem Gasbehälter gepumpt, so dass der Druck des Raumes niedriger als eine Atmosphäre ist. Gegenwärtig umfassen die üblicherweise verwendeten Vakuumanlagen eine rotierende mechanische Vakuumpumpe, eine Öldiffusionspumpe, eine Verbundmolekularpumpe, eine Molekularsiebadsorptionspumpe, eine Titansublimationspumpe, eine Sputterionenpumpe und eine Kryopumpe. Die ersten drei Vakuumpumpen gehören zur Gastransferpumpe, das heißt durch kontinuierliches Einatmen von Gas und aus der Vakuumpumpe, um den Zweck der Absaugung zu erreichen; Die letzten vier Vakuumpumpen gehören zur Gasfangpumpe, die eine Art Gassaugraum ist, der abgesaugt wird, um den erforderlichen Vakuumgrad zu erreichen, indem die einzigartige Saugwirkung verschiedener Gettermaterialien ausgenutzt wird. Da diese Auffangpumpe ohne Öl als Medium arbeitet, spricht man auch von keiner Ölpumpe. In Tabelle 1-2 sind die Betriebsdruckbereiche einiger häufig verwendeter Vakuumpumpen und die allgemein verfügbaren Grenzdrücke aufgeführt. Der Enddruck ist einer der wichtigen Parameter für die Leistung der Vakuumpumpe. Er bezieht sich auf den Mindestdruck, wenn der Standardbehälter als Last verwendet wird und die Pumpe unter bestimmten Bedingungen für einen bestimmten Zeitraum normal arbeitet und sich der Vakuumgrad nicht mehr ändert, sondern eher stabil ist. Die gestrichelten Linien in der Tabelle zeigen die Bereiche, in denen die Vakuumpumpe in Kombination mit anderen Geräten erweitert werden kann.

Tabelle 1-2 Betriebsdruckbereich mehrerer gängiger Vakuumpumpen

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, variiert der Druck, der den Vakuumgrad darstellt, in einem Bereich von mehr als zehn Größenordnungen. Wenn Luft aus der Atmosphäre gepumpt wird, ist es schwierig, einen Ultrahochvakuumgrad mit nur einer Vakuumpumpe zu erreichen, dh keine Vakuumpumpe kann den Arbeitsbereich von Atmosphärendruck bis 10-8 Pa abdecken. Oft werden zwei oder drei Vakuumpumpen zu einem Verbundabgassystem kombiniert, um das erforderliche Hochvakuum zu erhalten. Beispielsweise kann in einem Ölvakuumsystem der Druck von 10 & supmin; & sup6; bis 10 & supmin; & sup8; Pa durch die Kombinationsvorrichtung aus mechanischer Öldichtungspumpe (beide Pole) und Öldiffusionspumpe erhalten werden. In dem ölfreien System kann der Druck von 10 & supmin; & sup6; ~ 10 & supmin; & sup9; Pa durch die Adsorptionspumpe + Sputterionenpumpe + Titansublimationspumpenvorrichtung erhalten werden. Manchmal gibt es Öl, ölfreie Systemmischung, wie die Verwendung von mechanischen Pumpen + Verbundmolekularpumpen kann Ultrahochvakuum erreichen. Mechanische Pumpe und Adsorptionspumpe werden vom Atmosphärendruck bis zum Pumpbeginn, so oft als "vordere Pumpe" bezeichnet, und diese können nur von der Unterdruckpumpe bis zur Unterdruckvakuumpumpe, bekannt als "sekundäre Pumpe", gepumpt werden. Dieser Abschnitt befasst sich mit der Struktur und dem Funktionsprinzip von mechanischen Pumpen, Verbundmolekularpumpen und Kryopumpen.

O ne. Mechanische Drehschiebervakuumpumpe

Allgemeine Verwendung von mechanischen Bewegungen (Drehen oder Gleiten), um eine Vakuumpumpe zu erhalten, die als mechanische Pumpe bezeichnet wird. Es ist eine typische Vakuumpumpe, die vom atmosphärischen Druck ausgehen kann. Es kann alleine oder als Vorstufenpumpe einer Hochvakuumpumpe oder Ultrahochvakuumpumpe verwendet werden. Da es sich bei dieser Pumpe um zu dichtendes Öl handelt, gehört sie zum Öltyp der Vakuumpumpe. Diese Art von mechanischer Pumpe weist üblicherweise einen Drehflügeltyp, einen Festflügeltyp und einen Schiebeventiltyp (auch als Kolbentyp bekannt) auf, von denen eine mechanische Drehflügeltyppumpe am häufigsten ist.

Drehschiebervakuumpumpe ist Öl, um die Abdichtung zwischen den beweglichen Teilen und durch mechanische Mittel aufrechtzuerhalten, so dass das Volumen des Dichtungsraums periodisch vergrößert wird, d.h. Abluft reduzieren, nämlich den Zweck erreichen, das Gas und die Abluft dadurch kontinuierlich abzusaugen. FEIGE. 1-1 ist das Strukturdiagramm einer einstufigen Drehschieberpumpe. Der Pumpenkörper besteht hauptsächlich aus Stator, Rotor, Drehschieber, Einlassrohr und Auslassrohr. Die Statorenden sind abgedichtet, um eine abgedichtete Pumpenkammer zu bilden. Pumpenkammer, exzentrisch mit einem Rotor ausgestattet, das tatsächliche Äquivalent von zwei Inkreisen. Ein Öffnungsschlitz ist entlang der Achse des Rotors geöffnet, in dem sich zwei Stück Rotorblätter befinden. Der mittlere Teil der Rotorblätter ist mit einer Feder verbunden, und die Feder bewirkt, dass die Rotorblätter immer entlang der Innenwand des Stators gleiten, wenn sich der Rotor dreht.

Wie in FIG. 1-1, Drehschieber 2 unterteilt die Pumpenkammer in A- und B-Teile. Wenn sich der Drehflügel in der in der Figur angegebenen Richtung dreht, wird das Gas durch den Lufteinlass angesaugt, wie in Fig. 1 gezeigt ist, da der Raumdruck hinter dem Drehflügel 1 geringer als der Druck am Lufteinlass ist. 1-2 (A). Abbildung 1-2 (b) zeigt die Inspirationsgrenze. Zu diesem Zeitpunkt begann die Pumpe auf die maximale Aufnahme Gas zu komprimieren; Wenn sich der Rotor weiter in die in 1-2 (c) gezeigte Position bewegt, erhöht die Luftkompression den Raumdruck nach dem Rotor 1. Wenn der Druck höher als 1 Atmosphäre ist, drückt das Gas auf das Auslassventil, um das Gas abzulassen. Bei fortgesetzter Bewegung wird der Rotor in die in Fig. 1 gezeigte Position zurückgebracht. 1-1. Der Auspuff ist vorbei und der nächste Zyklus von Einlass und Auspuff wird fortgesetzt. Das Endvakuum der einstufigen Drehschieberpumpe kann 1 Pa erreichen, während das der zweistufigen Drehschieberpumpe 10 bis 2 Pa erreichen kann.

FEIGE. 1-1 Strukturdiagramm der Drehschieberpumpe

FEIGE. 1-2 Prinzipschaltbild der Drehschieberpumpe

Infolge der Pumpenarbeit, des Stators, des Rotors, die alle in das Öl eingetaucht sind, wird bei jedem Inhalations- und Abgaskreislauf eine geringe Ölmenge in den Behälter gelangen, so dass die Anforderungen an mechanisches Pumpenöl einen niedrigen Sättigungsdampfdruck und einen bestimmten haben Schmierfähigkeit, Viskosität und höhere Stabilität.

Zwei. Verbindungsmolekularpumpe

Die Molekularpumpe ist eine wichtige Entwicklung der mechanischen Drehschiebervakuumpumpe. Wie die mechanische Pumpe ist auch die Molekularpumpe eine Gastransferpumpe, es handelt sich jedoch um eine ölfreie Pumpe, die mit der vorderen Pumpvorrichtung kombiniert werden kann, um ein Ultrahochvakuum zu erhalten. Derzeit kann die Molekularpumpe in drei Kategorien unterteilt werden: Traktionspumpe (Druckpumpe), Turbinenmolekularpumpe und Verbundmolekularpumpe. Unter ihnen ist die Traktionspumpe in der Struktur einfacher, kleine Drehzahl, aber das Verdichtungsverhältnis ist groß; Die Turbomolekularpumpe kann in "offene" Schaufeltypen und überlappende Schaufeltypen unterteilt werden. Früher war die Umdrehungsgeschwindigkeit hoch, die Pumpgeschwindigkeit war auch höher, das letztere Kriterium ist entgegengesetzt. Die Verbundmolekularpumpe kombiniert die Vorteile einer hohen Absaugkapazität der Turbinenmolekularpumpe mit den Vorteilen eines großen Verdichtungsverhältnisses der Traktionsmolekularpumpe und nutzt den sich drehenden Hochgeschwindigkeitsrotor, um Gasmoleküle zu befördern, um ein Ultrahochvakuum zu erhalten. Abbildung 1-3 zeigt das Strukturdiagramm.

FEIGE. 1-3 Molekularpumpenstrukturdiagramm

Die Pumpe hat eine Drehzahl von 24.000 U / min. Der erste Teil ist eine Turbomolekularpumpe mit mehreren Stufen offener Schaufeln, und der zweite Teil ist eine Traktionsmolekularpumpe mit mehreren Rillen mit einem Saugvermögen von 460 l / s und einem Verdichtungsverhältnis von 150, wenn die Drehzahl Null ist.

Drei.   C Ryopumpe

Kryopumpe ist eine Art Pumpe, die Gasmoleküle kondensiert, um das Pumpen unter Verwendung der Niedertemperaturoberfläche unter 20 K zu realisieren. Es ist derzeit die Pumpe mit dem höchsten Grenzvakuum. Es wird hauptsächlich in großen Vakuumsystemen wie der Hochenergiephysik, der Aufbereitung supraleitender Materialien, der Raumfahrtsimulationsstation für die Luft- und Raumfahrt usw. verwendet. Kryopumpe auch als Kondensationspumpe oder Kryopumpe bekannt. Entsprechend seinem Arbeitsprinzip kann es in kryogene Adsorptionspumpe, kryogene Kondensationspumpe, kryogene Maschine kryogene Pumpe unterteilt werden. Die ersten beiden Pumpen verwenden direkt kryogene Flüssigkeit (flüssiger Stickstoff, flüssiges Helium usw.) zum Kühlen, die Kosten sind hoch, gewöhnlich nur als Hilfsmittel zum Pumpen; Die Kryopumpe des Kühlschranks ist eine Pumpe, die die vom Kühlschrank erzeugte tiefe Kühltemperatur nutzt, um Luft abzusaugen. Die Grundstruktur ist in Abbildung 1-4 dargestellt. Der Kühlkopf der ersten Stufe des Kühlschranks ist mit einem Strahlungsschirm und einer Strahlungsblende bei einer Temperatur von 50-77 k ausgestattet, die zur Kondensation und Extraktion von Wasserdampf und Kohlendioxid und anderen Gasen verwendet wird. Die tiefe Kühlplatte wird auf dem Kaltkopf der zweiten Ebene mit einer Temperatur von 10 bis 20 K installiert. Die glatte Metalloberfläche auf der Vorderseite der Platte kann Gase wie Stickstoff und Sauerstoff entfernen, während die Aktivkohle auf der gegenüberliegenden Seite Gase wie Wasserstoff, Helium und Neon absorbieren kann. Der Zweck des Entfernens aller Arten von Gasen kann durch den Kaltkopf an beiden Polen erreicht werden, um den Ultrahochvakuumzustand zu erhalten.

Kryopumpe als Auffangpumpe, kann verwendet werden, um eine Vielzahl von einschließlich schädlichen oder brennbaren und explosiven Gasen aufzufangen, damit sich auf der Kühlplatte Kondenswasser bildet, um den Zweck des Pumpens zu erreichen. Nach einer gewissen Zeit wird jedoch die Niedertemperatur-Abgasleistung der Kryopumpe verringert, so dass eine "regenerative" Behandlung erfolgen muss, dh das Entfernen der Niedertemperatur-Kondensationsschicht. Die Regeneration muss folgende Anforderungen erfüllen:

(1) Sobald der Regenerationsprozess gestartet ist, muss er vollständig gelöscht werden. Dies liegt daran, dass durch die lokale Erwärmung eine große Menge an kondensiertem Wasserdampf auf der Abschirmplatte auf die interne Kryo-Ansaugplatte übertragen wird, wodurch die Förderleistung der Kryo-Pumpe erheblich beeinträchtigt wird.
(2) Während der Regeneration sollte die Kondensationsschicht stabil verdampft sein und der Gasdruck im System darf den zulässigen Wert nicht überschreiten. Andernfalls besteht beim Entfernen von Wasserstoff, einem brennbaren und explosiven Gas, Explosionsgefahr, sobald es in die Luft entweicht.
(3) Während der Regeneration muss strikt verhindert werden, dass der Kohlenwasserstoff aus der Vorstufenpumpe in die Kryopumpe eindringt, um die Saugfläche zu verschmutzen. Die Absaugzeit muss daher so kurz wie möglich sein.

FEIGE. 1-4 schematische Darstellung der Kryopumpenstruktur

Abschnitt drei Vakuummessung

Die Vakuummessung bezieht sich auf die Messung der Vakuumhöhe in einem bestimmten Raum mit bestimmten Instrumenten und Geräten. Dieses Instrument oder Gerät wird als Vakuummeter (Instrument, Messgerät) bezeichnet. Es gibt viele Arten von Vakuummessgeräten, die nach dem Messprinzip in Absolutvakuummessgeräte und Relativvakuummessgeräte unterteilt werden können. Alle Vakuummeter, die den Gasdruck direkt durch Messen physikalischer Parameter erhalten, sind Absolutvakuummeter, wie z. B. U-Manometer und Kompressionsvakuummeter. Die von solchen Vakuummessgeräten gemessenen physikalischen Parameter sind unabhängig von der Gaszusammensetzung und die Messung ist relativ genau. Durch Messen der auf den Druck bezogenen physikalischen Größe und Vergleichen mit dem absoluten Vakuummeter wird das Vakuummeter, das den Druckwert erhält, als relatives Vakuummeter bezeichnet, wie etwa Entladungsvakuummeter, Wärmeleitungsvakuummeter, Ionisationsvakuummeter usw. die sich durch eine etwas schlechte Messgenauigkeit auszeichnet und mit der Art des Gases zusammenhängt. Abgesehen von der Vakuumkalibrierung verwenden die meisten in der tatsächlichen Produktion ein relatives Vakuummeter. In diesem Abschnitt werden hauptsächlich das Arbeitsprinzip und der Messbereich von Widerstandsvakuummeter, Thermoelementvakuummeter und Ionisationsvakuummeter vorgestellt .

Ein. Widerstandsvakuummeter

Das Widerstandsvakuummeter ist eine Art Wärmeleitungsvakuummeter, mit dem die Temperatur des heißen Drahtes im Vakuum gemessen wird, um indirekt den Vakuumgrad zu erhalten. Das Prinzip ist, dass die Wärmeleitung von Gas unter niedrigem Druck vom Druck abhängt. Wie also die Temperaturparameter gemessen und die Beziehung zwischen Widerstand und Druck hergestellt werden kann, ist das Problem, das mit dem Widerstandsvakuummeter gelöst werden muss.

Der Aufbau des Widerstandsvakuummeters ist in Abbildung 1-5 dargestellt. Der Heizfaden in der Regelung ist ein Wolfram- oder Platindraht mit einem hohen Temperaturwiderstandskoeffizienten. Beim Erhitzen unter niedrigem Druck und hoher Festigkeit kann die vom Filament erzeugte Wärme Q ausgedrückt werden als:

Q = Q1 + Q2

Wobei Q1 die Wärme der Filamentstrahlung ist, die mit der Filamenttemperatur zusammenhängt; Q2 ist die Wärme, die von den Molekülen des Gases abgeführt wird, die in Abhängigkeit vom Druck des Gases auf das Filament aufprallen. Wenn die Temperatur des Heißdrahtes konstant ist, ist Q1 konstant, dh die Wärme der Heißdrahtstrahlung ändert sich nicht. Bei einem konstanten Strom der Drahterwärmungsbedingungen nimmt, wenn der Druck des Vakuumsystems verringert wird, die Anzahl der Moleküle des Gases in dem zu reduzierenden Raum Q2 ab, und die zu diesem Zeitpunkt von dem Filament erzeugte Wärme wird relativ erhöht Wird die Filamenttemperatur erhöht, steigt der Filamentwiderstand, der Druck in der Vakuumkammer und das Vorliegen eines solchen Zusammenhangs zwischen dem Filamentwiderstand P left -> R down, so kann der elektrische Widerstand des Filaments zur indirekten Bestimmung der verwendet werden Druck.

FEIGE. 1-5 Widerstandsvakuummeter

Das Widerstandsvakuummeter misst ein Vakuum im Bereich von 105 ~ 10-2pa. Da es sich um ein relatives Vakuummessgerät handelt, hängt der gemessene Druck stark von der Art des Gases ab, und seine Kalibrierungskurven gelten alle für trockenen Stickstoff oder Luft. Wenn sich die gemessene Gaszusammensetzung stark ändert, sollten die Messergebnisse daher in gewissem Maße geändert werden. Darüber hinaus driftet der heiße Draht nach längerer Verwendung eines Widerstandsvakuummeters aufgrund von Oxidation auf Null. Daher ist es notwendig, den Kontakt mit der Atmosphäre für längere Zeit zu vermeiden oder unter hohem Druck und hoher Festigkeit zu arbeiten, und es ist häufig erforderlich, den Strom einzustellen, um die Nullposition zu kalibrieren.

Zwei. Thermoelement- Vakuummeter

Abbildung 1-6 zeigt das Strukturdiagramm des Thermoelement-Vakuummessgeräts. Das Thermoelement-Vakuummeter besteht hauptsächlich aus Heizfaden C und D (Platindraht) und Thermoelement A und B (Platin-Rhodium oder Konstant-Kupfer-Nickel-Chrom), mit denen die Temperatur des Heißdrahtes gemessen wird. Das Thermoelement wird am heißen Ende mit dem heißen Draht und am kalten Ende mit dem Millivoltmeter im Gerät verbunden. Die elektromotorische Kraft des Thermoelements kann mit dem Millivoltmeter gemessen werden. Während der Messung wird das Thermoelement-Messgerät an das zu prüfende Vakuumsystem angeschlossen und der Heißdraht mit einem konstanten Strom verbunden. Anders als beim Widerstandsvakuummeter wird zu diesem Zeitpunkt ein Teil der durch das Filament erzeugten Wärme Q in der Leitung zwischen dem Filament und dem Thermoelement abgeführt. Wenn der Druck des Gases abnimmt, nimmt die Temperatur an der Verbindungsstelle des Thermoelements mit der Temperatur des heißen Drahtes zu.

Abbildung 1-6 Thermoelement-Vakuummeter

Die Messergebnisse des Thermoelement-Vakuummessers für verschiedene Gase sind unterschiedlich, was auf die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit verschiedener Gasmoleküle zurückzuführen ist. Daher sollten bei der Messung verschiedener Gase bestimmte Korrekturen vorgenommen werden. Tabelle 1-3 zeigt die Korrekturkoeffizienten für einige Gase oder Dämpfe.

Tabelle 1-3 Korrekturkoeffizienten für übliche Gase und Dämpfe

Der Messbereich des Thermoelementmessgerätes beträgt ungefähr 102 ~ 10-1 pa, die Messung des Drucks lässt nicht zu wenig zu, da bei niedrigerem Druck die Wärmeleitung der Gasmoleküle zu sehr wenig Wärme entweicht, sondern durch den Heißdraht, Thermoelementdraht Wärmeleitung und Wärmestrahlung, die durch den Wärmeverlust verursacht werden, wird Vorrang eingeräumt, die Änderung der elektromotorischen Kraft des Thermoelements wird nicht durch die Änderung des Drucks verursacht.

Thermoelement-Vakuummeter hat thermische Trägheit. Wenn sich der Druck ändert, verzögert sich die Änderung der Heißdrahttemperatur normalerweise einige Zeit, sodass das Lesen von Daten auch einige Zeit verzögert sein sollte. Wie das Widerstandsvakuummeter besteht auch die Heizwendel des Thermoelement-Messgeräts aus Wolfram- oder Platindraht, der bei längerer Verwendung aufgrund von Oxidation driftet. Daher sollte der Heizstrom häufig angepasst und der Heizstromwert neu validiert werden.

Drei, Ionisationsvakuummeter

Das Ionisationsvakuummeter ist ein weit verbreitetes Vakuummeter, das auf dem Prinzip der Ionisation von Gasmolekülen basiert. Entsprechend den verschiedenen Gasionisationsquellen kann es in ein Heißkathodenionisations-Vakuummeter und ein Kaltkathodenionisations-Vakuummeter unterteilt werden. Abbildung 1-7 zeigt die Regelungsstruktur des allgemeinen Ionisationsmessgeräts, das hauptsächlich aus drei Elektroden besteht: dem Faden, der Elektronen als Emitter A emittiert, dem Gate (auch als Beschleuniger bezeichnet) B, das Elektronen spiralförmig beschleunigt und sammelt, und dem zylindrischer Ionenkollektor C. Wenn der Emitter mit dem Nullpotential verbunden ist, ist die Beschleunigungselektrode mit dem positiven Potential (einige hundert Volt) und die Sammelelektrode mit dem negativen Potential (einige zehn Volt) verbunden. Es gibt ein abstoßendes Feld zwischen B und C. Das Arbeitsprinzip des Ionisationsmessgeräts ist die Emission heißer Kathodenelektronen, nachdem der Beschleunigungspol die meiste Elektronik zum Kollektor geflogen ist und das Feld zwischen B und C zurückgewiesen hat, wird die elektronische Bewegungsgeschwindigkeit verringert, wenn die Geschwindigkeit auf Null verringert wird , die Elektronen nach B zu fliegen, im elektronischen Flug nach B - C Raum, wurden auch Feldeffekt zurückgewiesen, die Geschwindigkeit wird auf Null reduziert, elektronische Gesichter fliegen rückwärts nach C, die sich wiederholende Bewegung der Elektronen in der B - C Raum, um ständig mit Gasmolekülen zu kollidieren, Gasmoleküle durch Ionisierungsenergie zu erzeugen, wurde Elektronen schließlich die Sammlung beschleunigen, und die positiven Ionen werden durch die Ionisierungsionenflusssammlung in hohem Maße akzeptiert und machen das I +, für eine bestimmte Regulation, wann das Potential jeder Elektrode ist konstant, I + hat die folgende lineare Beziehung zum Emissionselektronenfluss Ie und dem Druck des Gases

I + = kIeP

Wobei k die Proportionalitätskonstante ist, was bedeutet, dass der Stromwert der Ionen, der unter elektronischem Einheitsstrom und Einheitsdruck erhalten wird, 1 / Pa ist, was durch Experimente bestimmt werden kann. Für verschiedene Gase ist die Größe von k unterschiedlich, und sein Existenzbereich liegt zwischen 4 und 40. Wenn der Emissionsstrom konstant ist, ist der Ionenfluss nur proportional zum Druck des Gases, also dem Druck des Gases im Vakuum Kammer kann entsprechend der Größe des Ionenstroms bestimmt werden.

FEIGE. 1-7 Ionisationsvakuummeter

Der Messbereich des üblichen Heißkathoden-Vakuummessgeräts beträgt 1,33 × 10 –1 bis 1,33 × 10 –5 Pa, und die lineare Beziehung zwischen dem Ionenfluss I + und dem Druck des Gases geht verloren, unabhängig davon, ob die Messgrenze höher oder niedriger ist. Wenn der Druck höher ist, erhöht sich das Risiko einer Kollision zwischen Elektron und Molekül um ein Vielfaches, da das Beschleunigungspotential viel höher ist als das Gasionisationspotential (einige Volt), was ausreicht, um eine durch das Elektron erzeugte Gasionisationsionisation hervorzurufen , wird die Ionisationsanzeige des Elektronenflusses dramatisch zugenommen haben, aufgrund der hohen Gasdichte ist gleichzeitig der elektronenfreie Weg kurz, der größte Teil der Kollision zu energiearmen Kollisionen, kann keine Ionisation verursachen, viele Faktoren führen zu hohen Druck Ionenfluss und nicht mehr die lineare Beziehung zwischen dem Druck halten; Wenn der Druck niedrig ist (weniger als 1,33 · 10 & supmin; ¹ Pa), wird durch die Hochgeschwindigkeitsbewegung der Elektronen zu den Beschleunigungsmessern ein weicher Röntgenstrahl erzeugt, ein weicher Röntgenstrahl, und dann kann C einen Photoemissionskollektor verursachen, der emittiert Elektronen, so dass die ursprüngliche Ionenflussüberlagerung nichts mit dem Druck im Messkreis von Strom, dem Ionenstrom (I) + und dem Verlust der linearen Beziehung zwischen dem Druck des Gases zu tun hat, kann das Ionisationsmessgerät nicht um den Druck in der Vakuumkammer zu messen.

Das Ionisationsvakuummeter kann schnell und kontinuierlich den Gesamtdruck des zu messenden Gases messen. Der Regler ist klein und einfach anzuschließen. Der Emitter des Reglers besteht jedoch aus Wolframdraht. Wenn der Druck höher als 10-1pa ist, wird die Lebensdauer des Reglers stark reduziert oder sogar abgebrannt. Wenn das Vakuumsystem der Atmosphäre ausgesetzt ist, absorbieren die innere Oberfläche der Glasschale des Messgeräts und die Elektroden Gase, was die Genauigkeit der Vakuummessung beeinträchtigt. Wenn das Vakuumsystem längere Zeit der Atmosphäre ausgesetzt ist oder längere Zeit verwendet wird, sollte der Entgasungsprozess des Messgeräts regelmäßig durchgeführt werden.

IKS PVD, Herstellung von Vakuumbeschichtungsmaschinen aus China, Kontakt: iks.pvd@foxmail.com