Ploča za grijanje koja pouzdano radi na ambijentalnom zraku može ugroziti-komoru visokog vakuuma satima ili čak danima kontinuiranim oslobađanjem adsorbirane vlage i isparljivih organskih jedinjenja. Odabir opreme za usisavanje je u osnovi proces eliminacije bilo kojeg materijala koji ne može održavati čisto, ultra-nisko-okruženje na milijardnom-od-razmjeri-atmosfere.
U vakuumskim sistemima performanse nisu definisane samo sposobnošću grijanja. Definiše se koliko malo struktura doprinosi opterećenju gasa, kontaminaciji i kašnjenju{1}}ispumpavanja. Izbor amaterijal grijaće ploče premaz visok vakuum nisko ispuštanje plinovasistem stoga postaje disciplina ograničenja materijala i kontrolisanog površinskog inženjeringa.
Izbor osnovnog materijala za vakuumske grijaće ploče
Nerđajući čelik 316L kao standardna osnovna linija
U većini termalnih sistema visokog{0}}vakuma, nerđajući čelik 316L se smatra zadanim konstrukcijskim materijalom.
Njegove prednosti uključuju:
Vrlo nisko intrinzično ispuštanje plinova nakon pravilnog čišćenja
Visoka mehanička stabilnost pod termičkim ciklusima
Odlična otpornost na koroziju
Kompatibilnost sa procedurama{0}}ispečenja u vakuumu
Minimalna permeacija gasova kada se pravilno obrađuje
Kada je podvrgnut vakuum-čišćenju i elektropoliranju, nerđajući čelik pokazuje izuzetno niske stope evolucije gasa, što ga čini pogodnim za okruženja sa ultra-visokim vakuumom (UHV).
Kondicioniranje površine igra ključnu ulogu. Elektropolirani 316L pruža glatku, niskoenergetsku površinu koja smanjuje mjesta adsorpcije vode i ugljovodonika.
Vakum{0}}aluminijum za lake sisteme
Aluminijske legure se također koriste u pločama za vakumsko grijanje gdje su smanjenje težine i toplinska osjetljivost važni.
Međutim, aluminij zahtijeva pažljivu pripremu površine:
Preferira se elektro{0}}poliranje
Mogu se nanositi premazi za hemijsku konverziju kompatibilni sa vakuumom-
Poroznost površine mora biti svedena na minimum
Standardno eloksiranje je općenito neprikladno za visokovakuumsku uslugu. Struktura poroznog oksida ponaša se kao spužva, zadržavajući vlagu i ugljovodonike koji se sporo oslobađaju tokom rada.
To dovodi do produženog{0}}zastoja pumpe i nestabilnih uslova vakuuma.
Površinski premazi i kompatibilnost
Tanki PFA premazi za hemijsku zaštitu
U nekim primenama, vrlo tanak PFA (perfluoroalkoksi) premaz se može koristiti za hemijsku otpornost.
Kada se pravilno nanese i ispeče{0}}u vakuumu, PFA nudi:
Relativno niska propusnost za gasove
Hemijska inertnost
Stabilno ponašanje na umjerenim temperaturama
Međutim, debljina premaza mora ostati minimalna. Debeli slojevi fluoropolimera se obično izbjegavaju jer se zarobljeni plinovi unutar polimerne matrice mogu postepeno oslobađati pod vakuumskim uvjetima.
Ovaj efekat povećava opterećenje izbacivanja gasa i odlaže stabilizaciju pritiska u komori.
Materijali koje treba izbjegavati u vakuumskim sistemima
Određeni materijali su suštinski nekompatibilnimaterijal grijaće ploče premaz visok vakuum nisko ispuštanje plinovazahtjevi.
Obično isključeni materijali uključuju:
Standardni PTFE lim ili debeli PTFE premazi prskani
Organske boje i premazi{0}}na bazi polimera
Ljepila i vezivna sredstva
Maziva i masti na izloženim područjima
Izolacija žice koja nije{0}}vakum-ocijenjena
Porozni slojevi anodiziranog aluminija
Posebno je poznato da PTFE apsorbira male molekule i polako ih oslobađa tokom vremena, produžavajući{0}}trajnost ispumpavanja i kontaminirajući osjetljive vakuumske procese.
Principi dizajna grijaćih ploča sa niskim-ispuštanjem plina
Minimiziranje zarobljenih volumena
U vakuumskoj komori svaki predmet je potencijalni emiter gasa.
Geometrija dizajna stoga mora izbjegavati:
Slijepe rupe bez ventilacijskih puteva
Zatvorene šupljine
Preklapanje zapečaćenih praznina
Karakteristike s navojem bez ventilacije
Sve unutrašnje šupljine moraju biti ventilirane kako bi se omogućila evakuacija plina tokom ciklusa{0}}ispumpavanja i pečenja{1}}.
Ventilacija i mehanički dizajn
Sve navojne veze trebaju biti ventilirane kroz poprečne{0}}rupe ili proreze. Ovo sprečava virtuelno curenje uzrokovano zarobljenim vazdušnim džepovima koji polako ispuštaju gas tokom vremena.
Zavarene ili lemljene konstrukcije su poželjnije u odnosu na mehaničke sklopove kad god je to moguće.
Zahtjevi za vakuumsko pečenje{0}}i ispitivanje curenja
Termičko kondicioniranje prije servisa
Kritični korak u bilo kom sistemu grijaćih ploča{0}}kompatibilnih s vakuumom je post-fabrikacijsko vakuumsko pečenje{2}}.
Ovaj proces:
Odstranjuje apsorbiranu vlagu
Uklanja isparljive organske ostatke
Stabilizira površinsku hemiju
Smanjuje dugoročne-stope ispuštanja gasova
Temperature{0}}pečenja su obično navedene iznad predviđene radne temperature kako bi se osiguralo potpuno kondicioniranje svih materijala.
Ispitivanje curenja helijuma
Testiranje curenja helijskom masenom spektrometrijom koristi se za provjeru integriteta sistema.
Ovaj proces otkriva:
Pravo curenje kroz spojeve ili zavare
Virtuelno curenje iz zarobljenih volumena
Mikro{0}}pukotine u zavarenim konstrukcijama
Tek nakon što prođe testiranje na curenje helijuma, sistem se može smatrati prikladnim za rad visokog ili ultra{0}}visokog vakuuma.
Standardi performansi ispuštanja gasa
Zahtjevi ASTM E595
Ne-nemetalni materijali koji se koriste u vakuumskim sistemima često se procjenjuju pomoću ASTM E595 kriterija.
Uobičajena ograničenja prihvatljivosti uključuju:
Ukupni gubitak mase (TML): manje od 1,0%
Sakupljeni hlapljivi kondenzabilni materijal (CVCM): manje od 0,1%
Ovi parametri osiguravaju da materijali neće ispuštati prekomjerne isparljive spojeve u uvjetima vakuuma i povišene temperature.
Ponašanje očišćenih metala
Pravilno obrađeni metali kao što su nehrđajući čelik i aluminij pokazuju izuzetno niske stope ispuštanja plinova kada:
Temeljito očišćen
Pečeno u vakuumu
Ispravno pasiviran ili elektropoliran
Metalne površine su stoga poželjna strukturna osnova za vakuumske grijaće ploče.
Operativna razmatranja u vakuumskim okruženjima
Svaka površina kao izvor gasa
U vakuumskom inženjerstvu, svaka izložena površina doprinosi ukupnom opterećenju gasom.
Čak i slojevi kontaminacije u tragovima mogu dominirati ponašanjem sistema tokom ranih{0}}faza ispumpavanja.
Kao rezultat toga, odabir materijala se manje odnosi na poboljšanje performansi, a više na eliminaciju nepotrebnih faktora koji doprinose evoluciji plina.
Thermal Cycling Effects
Ponavljani ciklusi grijanja i hlađenja mogu pokrenuti difuziju zarobljenih plinova iz podzemnih slojeva. Materijali sa poroznom strukturom ili polimernim inkluzijama imaju tendenciju da se pogoršavaju tokom vremena, dok guste metalne površine ostaju stabilne.
Zaključak
Odabir grijaće ploče za vakuumske aplikacije zahtijeva izuzetno discipliniran pristup materijalu i površinskom inženjerstvu. Optimalno rješenje zamaterijal grijaće ploče premaz visok vakuum nisko ispuštanje plinovasistemi se obično baziraju na 316L nehrđajućem čeliku ili vakuum{1}}aluminiju, u kombinaciji s elektropoliranim ili pažljivo kontroliranim tankim premazima gdje je to potrebno.
Materijali kao što su standardni PTFE, ljepila, maziva i porozne eloksirane završne obrade izbjegavaju se zbog postojanog ponašanja pri ispuštanju plinova i zadržavanja vlage. Umjesto toga, performanse se postižu čistoćom, strukturnom jednostavnošću i kontroliranom hemijom površine.
Obavezna procedura vakuumskog pečenja-i ispitivanja curenja helijuma osigurava da se sve zaostale isparljive tvari i virtuelno curenje eliminišu prije rada.
Konačno, dizajn ploče za grijanje s visokim{0}}vakumom definirana je ekstremnom disciplinom materijala. U takvim okruženjima, odsustvo nepotrebnog materijala je primarna prednost performansi, a čistoća postaje ne samo procesni zahtjev već mjerljivo fizičko svojstvo koje upravlja stabilnošću sistema.
