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浅述真空系统中真空室加工工艺

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浅述真空系统中真空室加工工艺

发布日期:2020-12-02 作者: 点击:

1真空室概述

真空系统的核心是真空室,它是针对具体应用量身定做的。它包括应用并将其可靠地与外部分离或防止环境受内部流程影响。不管干燥过程是否需要高真空环境,等离子体过程都需要在中或高真空环境下进行,而表面研究也需要在高真空环境下进行:–真空室必须始终机械地承受其与大气的压差。

欧盟标准规定真空容器不受任何基于设计和计算的具体准则的影响。它们不是压力设备(压力设备指令2014/68/EU适用于具有内部压力大于500hPa的部件),而且根据机械指令2006/42/EC它们不属于机器。然而,它们必须以安全可靠的方式进行设计、计算和生产,并在交付前进行测试。

圆柱管、球体、平板或模具配件壁厚的计算,如盘形底,可使用AD-2000手册进行。AD2000规定实际上是“压力容器工作委员会”设计制定的,用于对压力容器的计算,但也描述负载条件“外部过压”。在这里,您将发现,例如,计算所需壁厚的方程包括圆柱管的“弹性屈曲”或“塑性变形”等。

由于矩形腔室或类似设计,必须检查表面偏转和出现的张力。如果它们过高,必须增加壁厚或对该区使用进行加固,如通额外的焊接肋板。为此,可以使用采用有限元法(FEM)执行机械计算的程序来优化腔室设计。除允许的机械应力外,也有必要检查在负载条件“外部环境、真空内部”下密封面是否互相保持齐平。如果密封面歪曲,可能发生泄漏,阻碍腔室的使用。

 

具有冷却剖面和水冷法兰的EUV光源室

腔室的基本形状通常由应用决定。对于腔体,如可能,应该选择圆柱管,它有利于物料的投放和系统的稳定性。对于较小的公称通径,平底可密封管侧,较大直径应该通过盘形底来密封,以限制物质投入和腔室的质量。示例:直径为600mm的腔室需要平底,大约是盘形底壁厚的三倍。具有配件盖的主法兰允许进入腔室,门铰链的使用提高了易用性。外部的腔室支脚确保了稳定性,环首螺丝或起重卸扣可实现安全运输。

如果腔室要进行回火或内部热源导致腔室盖过热,必须提供腔室冷却系统。这可通过焊接冷却剖面或大面积垫板冷却(图)或甚至作为双重容器来实现。

具有垫板冷却的空间模拟室

2真空室加工-表面

真空室和部件的内表面是在高真空和超高真空下实现工作压力的重要因素。必须在该条件下进行加工,以最小化有效表面,并产生具有最小解吸率的表面。

真空室和部件的表面往往是在焊接和机械加工后经过精细玻璃珠喷砂的。具有限定直径的高压玻璃珠被吹到表面上。密封面不能被喷砂,所以在喷砂过程中要将其盖住。这个过程对表面仅密封,使表面精确齐平,去除近表面层,如色斑,并产生装饰性的外观。要喷砂的表面必须清洁、无油脂,砂砾介质必须定期更换,特别是在改变材料类别时,如铁素体何奥氏体不锈钢。

01研磨

用于消除宏观粗糙度,使其无氧化皮、水垢或划痕。这应该在清洁、无油、无油脂的表面上进行,并且磨料不应被加工到表面里。根据初始粗糙度和要去除的层厚度,应该采用越来越细的颗粒,使用横磨方法(即:交替研磨方向)在几个步骤中进行研磨。研磨通常是随后表面处理(如电抛光)的准备步骤。研磨产生视觉上统一的印象。凭借已经相对光滑、酸洗的表面,研磨可以产生更多的装饰效果,而且还可以增大表面积。

02刷光

用于焊缝的后处理。所用刷子必须由不锈钢制成,并且不得受到其他物质的污染,保证无异物被带到表面上。这同样适用于抛光。抛光或磨损可能不增加到表面上和/或然后必须完全去除。有效的表面积不得通过微观粗糙来增加。

03酸洗

是清洁表面的一种有效方法。杂质和大约1至2µm厚的表层被溶解。相关酸洗参数,如染色剂浓度、温度或酸洗时间,必须严格遵守,以避免过度酸洗。酸洗后,必须集中冲洗,以去除酸洗液的所有残余物。酸洗过程只能略微改变表面粗糙度。

04 电抛光

是金属选择性阳极通过使用DC电源溶解到电解液中。在这种情况下,通常去除表面12至15µm的颗粒,以产生结晶的纯净表面。为均匀地去除表面,必须频繁地制造适合于部件的电极。这使得过程变得复杂起来。此外,CF密封面必须被覆盖,因为作为边缘,电场强度局部增大,从而导致材料去除增加。在UHV用户中,该过程是有争议的。对氢进入表面或通过电解液残余物进入表面上进行了讨论。如酸洗一样,在电抛光后,必须彻底冲洗部件。此外,在这之后应进行泄漏测试,因为焊缝区域的物质被去除了。根据先前条件,电抛光可以减少一半的表面粗糙度。

通常情况下,根据实验或过程,在用户和设计师之间的对话中设计腔室。单独定制腔室的另一选择是标准的真空室。这些是预配置的基础结构,可通过自由可选的端口予以补充。与完全定制的真空室相比,它们更加快速、实惠。

3真空室加工—清洁

清洁表面是真空技术中的先决条件。必须去除表面上的所有杂质,以使其在真空条件下不解吸、不产生气体负荷或沉积在部件上。

最初的预处理是必需的,例如,用高压清洗器,以去除粗污垢。随后,将在多腔室超声波中清洗部件。首次清洁是在超声波条件下使用特殊的清洁剂进行,对表面进行清洁和脱脂。污物沾有表面上的表面活性剂,并粘着在清洗液中。清洗液的pH值必须调整到适合于腔室材料的范围。在其他清洗液中,清洁剂通过预冲洗、然后用热去离子水彻底冲洗才能完全去除。在这之后,必须在高温、无尘、无烃空气中快速完成干燥。大型腔室使用蒸汽或高压清洗器与特殊的清洗剂进行清洗。然后,必须使用热的去离子水再次清洗数次,最后在高温空气中进行快速干燥。

清洁后,真空侧表面必须只能佩戴清洁、不起毛的手套触摸。所用包装为PE塑料薄膜,且密封面和刀刃轮廓用PE帽保护。

已清洁部件表面仍然有出气源。在UHV下,明确吸附的水分子和贮存在空气中的烃痕是残余气体的最大来源。为有效地去除表面的这些物质,对UHV腔室进行加热。在压力小于1·10-6hPa的连续排空下,部件通常加热到150°C至300°C约48小时。

通过物理吸附或化学吸附粘着在表面的外来原子通过这些过程获得热能量,它们凭借这些热量可溶解粘着物并将其从表面释放。从表面释放的分子必须通过真空泵从系统中去除。在冷却后,获得的最终压力已经下降了几个量级。如果腔室被排空,表面会再次附着分子。使用干燥氮气作为溢出气体并简短暴露于大气中并不能完全防止表面上形成水组织,只能减少它。为在容许的抽空时间内达到最终压力,小于1·10-8hPa,再次烘烤是不可避免的。


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