Tấm gia nhiệt hoạt động ổn định trong không khí xung quanh có thể làm ảnh hưởng đến-buồng chân không cao trong nhiều giờ hoặc thậm chí nhiều ngày do liên tục giải phóng độ ẩm bị hấp phụ và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Việc lựa chọn thiết bị cho dịch vụ chân không về cơ bản là một quá trình loại bỏ bất kỳ vật liệu nào không thể duy trì môi trường áp suất-cực thấp{3}}sạch ở mức một phần tỷ-của-một-quy mô khí quyển.
Trong hệ thống chân không, hiệu suất không chỉ được xác định bởi khả năng gia nhiệt. Nó được xác định bằng mức độ góp phần của cấu trúc vào tải khí, ô nhiễm và độ trễ bơm-. Việc lựa chọn mộtvật liệu tấm gia nhiệt phủ chân không cao thoát khí thấpdo đó hệ thống trở thành một môn học về hạn chế vật liệu và kỹ thuật bề mặt được kiểm soát.
Lựa chọn vật liệu cơ bản cho tấm gia nhiệt chân không
Thép không gỉ 316L làm đường cơ sở tiêu chuẩn
Trong hầu hết các hệ thống nhiệt chân không-cao, thép không gỉ 316L được coi là vật liệu kết cấu mặc định.
Ưu điểm của nó bao gồm:
Lượng khí thoát ra bên trong rất thấp sau khi vệ sinh đúng cách
Độ ổn định cơ học cao trong chu kỳ nhiệt
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời
Khả năng tương thích với quy trình-nướng chân không
Sự thẩm thấu khí tối thiểu khi được xử lý đúng cách
Khi được làm sạch và đánh bóng bằng điện ở cấp độ chân không{0}}, thép không gỉ có tốc độ thoát khí cực thấp nên phù hợp với môi trường chân không cực cao (UHV).
Điều hòa bề mặt đóng một vai trò quan trọng. Được đánh bóng bằng điện 316L mang lại bề mặt mịn,{2}}năng lượng thấp giúp giảm vị trí hấp phụ nước và hydrocacbon.
Chân không{0}}Nhôm loại dành cho hệ thống nhẹ
Hợp kim nhôm cũng được sử dụng trong các tấm gia nhiệt chân không trong đó việc giảm trọng lượng và khả năng phản ứng nhiệt là rất quan trọng.
Tuy nhiên, nhôm đòi hỏi phải chuẩn bị bề mặt cẩn thận:
Ưu tiên đánh bóng bằng điện-
Có thể áp dụng lớp phủ chuyển đổi hóa học tương thích với chân không-
Độ xốp bề mặt phải được giảm thiểu
Anodizing tiêu chuẩn thường không phù hợp với dịch vụ chân không cao. Cấu trúc oxit xốp hoạt động giống như một miếng bọt biển, giữ lại độ ẩm và hydrocarbon được giải phóng chậm trong quá trình hoạt động.
Điều này dẫn đến thời gian-máy bơm ngừng hoạt động kéo dài và điều kiện chân không không ổn định.
Lớp phủ bề mặt và khả năng tương thích
Lớp phủ PFA mỏng để bảo vệ hóa chất
Trong một số ứng dụng, lớp phủ PFA (perfluoroalkoxy) rất mỏng có thể được sử dụng để kháng hóa chất.
Khi được áp dụng đúng cách và-nướng chân không, PFA sẽ cung cấp:
Độ thấm khí tương đối thấp
Độ trơ hóa học
Hoạt động ổn định ở nhiệt độ vừa phải
Tuy nhiên, độ dày lớp phủ phải duy trì ở mức tối thiểu. Các lớp fluoropolymer dày thường được tránh vì các khí bị mắc kẹt trong nền polymer có thể được giải phóng dần dần trong điều kiện chân không.
Hiệu ứng này làm tăng tải thoát khí và làm chậm quá trình ổn định áp suất trong buồng.
Những vật liệu cần tránh trong hệ thống chân không
Một số vật liệu về cơ bản không tương thích vớivật liệu tấm gia nhiệt phủ chân không cao thoát khí thấpyêu cầu.
Các vật liệu thường bị loại trừ bao gồm:
Tấm PTFE tiêu chuẩn hoặc lớp phủ PTFE phun dày
Sơn hữu cơ và lớp phủ-dựa trên polyme
Chất kết dính và chất liên kết
Chất bôi trơn và mỡ ở những khu vực tiếp xúc
Dây cách điện không-chân không{1}}định mức
Lớp nhôm anodized xốp
Đặc biệt, PTFE được biết là có khả năng hấp thụ các phân tử nhỏ và giải phóng chúng từ từ theo thời gian, làm tăng-thời gian bơm và làm ô nhiễm các quy trình chân không nhạy cảm.
Nguyên tắc thiết kế cho tấm sưởi-tỏa khí thấp
Giảm thiểu khối lượng bị mắc kẹt
Trong buồng chân không, mọi vật thể đều là nguồn phát khí tiềm năng.
Do đó, hình học thiết kế phải tránh:
Lỗ mù không có đường thông hơi
khoang kín
Chồng chéo các khoảng trống bịt kín
Các tính năng luồng chưa được phát hiện
Tất cả các khoảng trống bên trong phải được thông hơi để cho phép thoát khí trong chu kỳ-hạ nhiệt và nướng-.
Thiết kế thông gió và cơ khí
Tất cả các kết nối có ren phải được thông hơi qua các lỗ hoặc khe chéo. Điều này ngăn ngừa rò rỉ ảo do túi khí bị mắc kẹt giải phóng khí từ từ theo thời gian.
Các kết cấu hàn hoặc hàn đồng được ưu tiên hơn các cụm cơ khí bất cứ khi nào có thể.
Nướng chân không-Yêu cầu kiểm tra rò rỉ và nướng
Điều hòa nhiệt độ trước khi bảo dưỡng
Một bước quan trọng trong bất kỳ hệ thống tấm gia nhiệt-tương thích chân không nào là-nung chân không-sau khi chế tạo.
Quá trình này:
Loại bỏ độ ẩm hấp thụ
Loại bỏ dư lượng hữu cơ dễ bay hơi
Ổn định hóa học bề mặt
Giảm-tỷ lệ thải khí dài hạn
Nhiệt độ nướng-thường được chỉ định cao hơn nhiệt độ sử dụng dự định để đảm bảo điều hòa hoàn toàn tất cả nguyên liệu.
Kiểm tra rò rỉ khí Heli
Thử nghiệm rò rỉ khối phổ khí helium được sử dụng để xác minh tính toàn vẹn của hệ thống.
Quá trình này phát hiện:
Rò rỉ thực sự qua các mối nối hoặc mối hàn
Rò rỉ ảo từ khối lượng bị mắc kẹt
Các vết nứt nhỏ-trong kết cấu hàn
Chỉ sau khi vượt qua quá trình kiểm tra rò rỉ khí heli, hệ thống mới có thể được coi là phù hợp với hoạt động chân không cao hoặc cực cao.
Tiêu chuẩn hiệu suất vượt trội
Yêu cầu của ASTM E595
Vật liệu phi kim loại được sử dụng trong hệ thống chân không thường được đánh giá bằng tiêu chí ASTM E595.
Giới hạn chấp nhận điển hình bao gồm:
Tổng tổn thất khối lượng (TML): dưới 1,0%
Vật liệu ngưng tụ dễ bay hơi được thu thập (CVCM): dưới 0,1%
Các thông số này đảm bảo rằng vật liệu sẽ không giải phóng quá nhiều hợp chất dễ bay hơi trong điều kiện chân không và nhiệt độ cao.
Hành vi của kim loại đã được làm sạch
Các kim loại được xử lý đúng cách như thép không gỉ và nhôm có tỷ lệ thoát khí cực thấp khi:
Làm sạch hoàn toàn
nướng chân không
Được thụ động hoặc đánh bóng bằng điện đúng cách
Do đó, bề mặt kim loại là nền tảng cấu trúc được ưu tiên cho các tấm gia nhiệt chân không.
Những cân nhắc khi vận hành trong môi trường chân không
Mọi bề mặt đều là nguồn khí
Trong kỹ thuật chân không, mọi bề mặt tiếp xúc đều góp phần vào tổng lượng khí.
Ngay cả các lớp ô nhiễm dấu vết cũng có thể chi phối hoạt động của hệ thống trong giai đoạn đầu{0}}bỏ bơm.
Kết quả là, việc lựa chọn vật liệu không nhằm mục đích nâng cao hiệu suất mà tập trung nhiều hơn vào việc loại bỏ những yếu tố không cần thiết góp phần tạo ra khí.
Hiệu ứng đạp xe nhiệt
Các chu trình làm nóng và làm mát lặp đi lặp lại có thể thúc đẩy sự khuếch tán của khí bị mắc kẹt từ các lớp dưới bề mặt. Vật liệu có cấu trúc xốp hoặc tạp chất polyme có xu hướng xấu đi theo thời gian, trong khi bề mặt kim loại dày đặc vẫn ổn định.
Phần kết luận
Việc lựa chọn tấm gia nhiệt cho các ứng dụng chân không đòi hỏi một cách tiếp cận cực kỳ kỷ luật đối với kỹ thuật vật liệu và bề mặt. Giải pháp tối ưu chovật liệu tấm gia nhiệt phủ chân không cao thoát khí thấphệ thống thường được làm bằng thép không gỉ 316L hoặc nhôm{1}}chân không, kết hợp với lớp phủ mỏng được đánh bóng bằng điện hoặc được kiểm soát cẩn thận khi cần thiết.
Tránh sử dụng các vật liệu như PTFE tiêu chuẩn, chất kết dính, chất bôi trơn và lớp hoàn thiện anodized xốp do khả năng thoát khí liên tục và giữ ẩm. Thay vào đó, hiệu suất đạt được thông qua sự sạch sẽ, cấu trúc đơn giản và tính chất hóa học bề mặt được kiểm soát.
Quy trình kiểm tra rò rỉ khí heli và-chân không bắt buộc đảm bảo rằng tất cả các chất dễ bay hơi còn sót lại và rò rỉ ảo được loại bỏ trước khi vận hành.
Cuối cùng, thiết kế tấm gia nhiệt chân không-cao được xác định bằng tính kỷ luật vật liệu cực cao. Trong những môi trường như vậy, việc không có vật liệu không cần thiết là ưu điểm chính về hiệu suất và độ sạch không chỉ trở thành yêu cầu của quy trình mà còn là đặc tính vật lý có thể đo lường được, chi phối sự ổn định của hệ thống.
