Вакуумные установки и системы.

Использование вакуумных установок для совершения работы по подъему 

Если ваша вакуумная установка находится под любым уровнем вакуума, существует перепад давления между внутренней и внешней частью вакуумируемого объема. Этот перепад давления может использоваться для выполнения работы. Для этого применения используется форвакуумный насос, который может создавать вакуум до 2 мбар.

Существует ряд насосов, которые могут создавать вакуум в этом диапазоне. Выбранный вакуумный насос должен давать вакуум по меньшей мере 26 дюймов рт. ст., а также иметь требуемую скорость откачки, выбранный вакуумный насос может быть пластинчато – роторным вакуумным насосом промышленного типа. Скорость откачки будет выбираться на основе количества использованных чашечек для всасывания, числа используемых подъемных рам в любое время и для обеспечения утечки, если, например, под губкой присоски имеется мусор.

Вакуум, или, точнее, перепад давления, создаваемый с помощью вакуумной установки, может поднять тяжелый вес. Вакуумные подъемники используются в автомобильной промышленности для перемещения лобовых стекол на место, в полиграфической промышленности - для перемещения листов бумаги, в пищевой промышленности - для перемещения пакетов или пакетов продукции и многих других промышленных и научных материалов. 

Вакуумные установки для циклических процессов

Для многих применений в вакууме процесс является циклическим. Рабочие детали помещаются в вакуумную камеру, происходит откачка и начинается процесс обработки. Затем напускается атмосфера, и детали удаляются. Эти циклы могут быть короткими, длиной в несколько секунд, в случае покрытия небольшого кристалла связи, чтобы придать ему определенную частоту, или может потребоваться несколько часов в случае цикла термической обработки, который может включать в себя откачку, нагрев, охлаждение и, в конечном итоге, возвращение к атмосферному давлению. В обычном воздухе, которым мы дышим, имеется небольшое количество водяного пара. Он изменяется в зависимости от влажности в любом конкретном месте и может составлять от 0,01% до более 5%. В среднем при комнатной температуре она может быть близка к 1,57%.

Водяной пар легче большинства молекул воздуха (азота и кислорода), и воздух может содержать влагу до тех пор, пока он не достигнет давления насыщенных паров, зависящего от температуры. Если содержание водяного пара превышает давление насыщенных паров, избыток влаги выделяется снаружи в виде конденсата. Внутри вашего дома вы можете увидеть избыток водяного пара в виде конденсата на холодном оконном стекле.

В промышленном или научном мире подобные явления происходят в вакуумных установках. Когда у нас есть циклический вакуумный процесс и камера открыта, воздух, включая сухие газы и водяной пар, попадает в камеру. Эти очень маленькие невидимые молекулы движутся с очень высокими скоростями и их настолько много, что они сталкиваются друг с другом и с поверхностями внутри много раз в секунду. Когда «сухие» молекулы воздуха сталкиваются с поверхностью, они остаются на поверхности в течение очень короткого промежутка времени, а затем улетают в направлении. Атомная связь между молекулой и поверхностью очень слабая и молекула легко удаляется от поверхности. При давлениях около атмосферного давления молекула очень быстро столкнется с другими молекулами из-за плотности воздуха. В этом состоянии говорят, что молекулы находятся в вязких условиях течения.

При давлениях около 0,01 торр молекула может пролететь примерно 5 мм прежде, чем она столкнется с другой молекулой. Поскольку давление в вакуумной установке снижается, молекулы будут перемещаться все более и более большими расстояниями до попадания в другие молекулы или другую поверхность. Если давление снижается, то более вероятно, что молекула газа столкнется с другой поверхностью внутри вакуумной камеры, а не столкнется с другой молекулой. В этой точке и при более низких давлениях все еще говорят, что молекулы газа находятся в условиях молекулярного потока.

Таким образом, большинство молекул сухих газов не являются большой проблемой, когда мы пытаемся произвести откачку вакуумной установки для запуска процесса. Легкие молекулы, такие как водород и гелий, откачиваются медленнее, чем более тяжелые молекулы, но они редко встречаются в воздухе и обычно не создают больших проблем. Кислород является реакционноспособным, может сочетаться с другими молекулами и, самое главное, будет способствовать горению, если в процесс входит тепло. При термической обработки продукты могут окисляться, если имеется слишком много молекул кислорода, когда продукт нагревается. Вакуумные установки используются для снижения количеств молекул кислорода до минимального уровня, когда они не вызывают никаких проблем. Окисление может происходить по всему продукту в случае большого натекания или может быть ограничено определенными участками вакуумной установки, если в ходе технологического процесса образуется небольшая утечка.

Водяной пар - это вторая составляющая в атмосфере, которая может создать проблемы с вашим вакуумным процессом. Водяной пар обладает более сильной атомной связью, чем сухие газы, и это приводит к тому, что молекулы водяного пара «прилипают» к внутренним поверхностям системы на большое время, прежде чем они смогут быть откачаны. В вакуумной установке, когда атмосфера откачивается примерно до 18 Торр, молекулы воды на внутренней поверхности камеры будут высвобождаться или испаряться с поверхности при температуре около 25 градусов Цельсия. Именно поэтому на многих больших вакуумных установках в этой области давления используются насосы Рутса. В течение короткого промежутка времени, когда давление снижается до 50 - 5 Торр, большая часть водяного пара высвобождается из стенок и поверхностей продукта, и требует быстрой откачки. Насос Рутса предназначен для работы в этой зоне давления и имеет высокую скорость откачки. Он может откачать большой объем водяного пара и передать его в форвакуумный насос, чтобы он был выведен в атмосферу.

Если вакуумная установка использует нагрев как часть процесса, камера может быть предварительно нагрета, чтобы дать водяному пару больше энергии и побудить его освободиться с поверхностей. Чистые и гладкие поверхности предпочтительнее внутри вакуумной камеры, но не всегда возможны. Следует избегать материалов внутри, которые являются пористыми, этот материал может иметь чрезвычайно большую площадь поверхности из-за небольших отверстий в ней, будет адсорбировать водяной пар, когда камера будет открыта на атмосферу. Во влажную погоду большие вакуумные напылительные установки особенно подвержены впитыванию влаги, если камера не остается очень чистой. Это особенно верно для систем, испаряющих алюминий на металлы из пластмасс, которые могут запускать полный цикл каждый час или около того. Слой на слой материала покрытия имеет тенденцию адсорбировать влагу и вызывать увеличение времени откачки для достижения технологического вакуума.

Некоторые вакуумные установки используют холодные ловушки для захвата водяного пара до того, как он достигнет масляного вакуумного насоса, поскольку низкое давление, достигаемое вакуумным насосом, будет ухудшено, если водяной пар сконденсируется в масле. Холодные ловушки работают хорошо, но требуют обслуживания, чтобы устранить влагу после каждого цикла или в конце смены. Другим вариантом уменьшения количества водяного пара, конденсирующегося в масле вакуумного насоса, является использование газобалластного клапана в течение времени, когда водяной пар перекачивается, и, возможно, дополнительная газовая балластировка между циклами, чтобы помочь сохранить масло от загрязнения водяным паром.

В вакуумных установках, в которых используются стеклянные колокола, нетрудно увидеть облако водяного пара в течение нескольких миллисекунд в точке, где водяной пар выделяется из внутренних поверхностей.

Вакуумные установки для обработки полупроводников 

Это большие насосы с сухим насосом / насосом Рутса. В последние несколько лет производители начали использовать частотные преобразователи, чтобы дать возможность насосам работать быстрее, когда это необходимо. Это позволило уменьшить площадь занимаемую насосами и снизить требования к электропитанию. Этот тип инструмента имеет очень умные средства управления, чтобы убедиться, что каждый шаг процесса в каждой камере выполнен правильно. Насосы в таких вакуумных установках должны иметь возможность работать с такими смесями реактивных газов и выпускать их в оборудование для очистки выхлопных газов. В случае конденсируемых паров иногда необходимо запустить вакуумный насос при определенной температуре и нагревать вакуумные трубопроводы, чтобы предотвратить затвердевание конденсируемых паров. Многие полупроводниковые процессы, которые используют химические реакции для покрытия пластин и затем травления материалов в другой камере, используют инертные азотные чистки. Азот не реагирует с опасными химическими смесями, но защищает внутренние поверхности насоса от коррозии, способствует удалению твердых загрязнителей через механизм и разбавляет их до менее опасных смесей.

Вакуумные установки для инфузии, дегазация

Вакуумные установки используются для удаления паров из формованных изделий из стеклопластика и других слоистых композиционных материалов. Слои материала могут захватывать пузырьки воздуха, и пары выделяются из влажных материалов при их затвердении. Композиты используются для изготовления составных предметов для лодок, самолетов, автомобилей, велосипедов и многих других продуктов, где требуются прочность и легкий вес. Материалы, которые должны быть дегазированы в вакууме, покрывается пористым материалом, а затем резиновым или пластиковым чехлом, который запечатывается по краям. Обратите внимание, что вакуум также используется для сушки продуктов, таких как стерилизованные медицинские изделия, некоторые пищевые продукты и промышленные части после влажной обработки. Другой процесс сушки, называемый лиофильной сушкой, используется для сушки чувствительных к температуре продуктов, таких как вакцины, цветы и другие продукты. В этом процессе продукт предварительно замораживают, а затем помещают в вакуум. В вакууме лед «возгоняется» до водяного пара, не проходя жидкую фазу. Водяной пар собирается на холодном конденсаторе, расположенном между основной камерой и вакуумным насосом.

Вакуумные установки для дегазации

Ряд жидкостей используется в промышленности для различных применений, и обычно они должны быть. Во время операций смешивания и разливки газ может попасть в жидкость в виде маленьких пузырьков. Некоторые пузырьки газа могут быть видны, а другие могут растворяться в жидкости и быть невидимыми невооруженным глазом. Пузыри газа сделают изделия некачественными. Пузыри на шинах автопогрузчика могут привести к ускоренному износу и сокращению срока службы. Смолы используются для литья деталей и декоративных рисунков, а также для заливки небольших электронных компонентов.

Одноступенчатые вакуумные насосы часто используются для дегазации вязких жидкостей до заливки их в форму. Продукт будет дегазироваться, как только вакуум будет ниже примерно половины атмосферы в зависимости от вязкости жидкости.

Дегазация смолы, лака и уретана может вызвать много вспенивания. Когда газовые пузырьки в жидкости движутся к верхней части жидкости, расширяясь и взрываясь, они освобождают захваченный газ в камеру, где он откачивается вакуумным насосом. Для уменьшения вспенивания скорость падения давления контролируется клапаном, таким как шаровой клапан в вакуумной линии вне камеры.

В больших системах с большими объемами жидкости для дегазации в камеру часто добавляют перемешивающий механизм для медленного перемещения жидкости из нижней части камеры в верхнюю. Пузырьки газа легче удалятся из жидкости, когда они находятся вблизи верхней части жидкости с меньшим весом надавливания на них жидкостью.

Установки вакуумного напыления

Вакуумное покрытие или вакуумное напыление представляют собой способ получения отделочного покрытия на подложке. Подложкой может быть бумага, металл, пластик, стекло или материалы, используемых при изготовлении интегральных схем (компьютерных чипов). Фактический процесс осаждения выбирается в зависимости от материала подложки, осаждаемого материала, толщины и поверхности покрытия, а также от того, является ли подложка жесткой или гибкой. 

Вакуумные установка напыления горячей нитью

В этом процессе металл испаряется из горячей намотанной нити. Нить используется для твердых металлов, где маленькие нити проволоки размещены над петлями нити накала. Пары металла испаряются по прямым линиям и конденсируются на первой поверхности, к которой он прикасается. Покрываемый предмет (подложка) помещают на подходящее расстояние от нити, чтобы покрытие было как можно более ровным. Если необходимо нанести материал на несколько частей, они будут помещены в рабочую группу. Этот процесс имеет тенденцию загрязнять все внутренние поверхности камеры по линии участка испарительным материалом.

Вакуумные установка напыления с использованием электронно-лучевой пушки

Эта система также используется для покрытия металлов, но материал расплавляется высокомощным пучком электронов. Это часто более длительный процесс, и нить защищена от загрязнения, помещена под тигель с водяным охлаждением, который содержит испаряемый материал. Магнитное поле изгибает пучок электронов через 270 градусов и на материал. Луч может быть сфокусирован, а также перемещен по металлу в тигле, чтобы расплавить его равномерно.

Вакуумные установка напыления с использованием плазмы

Покрытие распылением с использованием плазмы - более сложный процесс для понимания. В этом процессе распыляемый материал и подложка размещаются в виде катода и анода. Аргонный газ напускаеися в вакуумную камеру и ионизируется, чтобы получить плазму между двумя электродами. Ионы аргона ускоряются в материал катода, называемый мишенью, и они выбивают частицы материала мишени. Вытесненный материал затем притягивается к аноду, к которому подложка прикреплена, и создает покрытие на подложке.