Αντλίες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα υπερυψηλού κενού

Ι. Μηχανικές αντλίες
Η κύρια λειτουργία της μηχανικής αντλίας είναι να παρέχει το απαραίτητο κενό πριν από το στάδιο για την εκκίνηση της στροβιλομοριακής αντλίας.Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μηχανικές αντλίες περιλαμβάνουν κυρίως αντλίες ξηρού vortex, αντλίες με διάφραγμα και μηχανικές αντλίες στεγανοποιημένες με λάδι.
Οι αντλίες διαφράγματος έχουν χαμηλή ταχύτητα άντλησης και χρησιμοποιούνται γενικά για μικρά σετ μοριακών αντλιών λόγω του μικρού μεγέθους.
Η μηχανική αντλία λαδιού είναι η πιο χρησιμοποιούμενη μηχανική αντλία στο παρελθόν, που χαρακτηρίζεται από μεγάλη ταχύτητα άντλησης και καλό τελικό κενό, το μειονέκτημα είναι η γενική ύπαρξη επιστροφής λαδιού, σε συστήματα υπερυψηλού κενού γενικά πρέπει να είναι εξοπλισμένα με ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα (για την αποφυγή τυχαίας διακοπής ρεύματος που προκαλείται από επιστροφή λαδιού) και μοριακό κόσκινο (φαινόμενο προσρόφησης).
Τα τελευταία χρόνια, η αντλία ξηρής κύλισης χρησιμοποιείται περισσότερο. Το πλεονέκτημα είναι απλή στη χρήση και δεν επιστρέφει στο λάδι, απλώς η ταχύτητα άντλησης και το απόλυτο κενό είναι ελαφρώς χειρότερα από αυτά των μηχανικών αντλιών με σφραγίδα λαδιού.
Οι μηχανικές αντλίες είναι η κύρια πηγή θορύβου και κραδασμών στο εργαστήριο και είναι προτιμότερο να επιλέξετε μια αντλία χαμηλού θορύβου και να την τοποθετήσετε μεταξύ εξοπλισμού όπου είναι δυνατόν, αλλά η τελευταία συχνά δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί λόγω περιορισμών στην απόσταση εργασίας.
II.Στροβιλομοριακές αντλίες
Οι στροβιλομοριακές αντλίες βασίζονται σε περιστρεφόμενα πτερύγια υψηλής ταχύτητας (συνήθως περίπου 1000 στροφές ανά λεπτό) για την επίτευξη κατευθυντικής ροής αερίου.Ο λόγος της πίεσης εξαγωγής της αντλίας προς την πίεση εισόδου ονομάζεται λόγος συμπίεσης.Ο λόγος συμπίεσης σχετίζεται με τον αριθμό των σταδίων της αντλίας, την ταχύτητα και τον τύπο του αερίου, το γενικό μοριακό βάρος της συμπίεσης του αερίου είναι σχετικά υψηλό.Το απόλυτο κενό μιας στροβιλομοριακής αντλίας γενικά θεωρείται ότι είναι 10-9-10-10 mbar και τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας μοριακών αντλιών, το απόλυτο κενό έχει βελτιωθεί περαιτέρω.
Καθώς τα πλεονεκτήματα μιας στροβιλομοριακής αντλίας πραγματοποιούνται μόνο σε κατάσταση μοριακής ροής (κατάσταση ροής στην οποία η μέση ελεύθερη εμβέλεια των μορίων αερίου είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγιστο μέγεθος της διατομής του αγωγού), μια αντλία κενού πριν από τη φάση με πίεση λειτουργίας από 1 έως 10-2 Pa απαιτείται.Λόγω της υψηλής ταχύτητας περιστροφής των πτερυγίων, η μοριακή αντλία μπορεί να καταστραφεί ή να καταστραφεί από ξένα αντικείμενα, τρεμούλιασμα, κρούση, συντονισμό ή κρούση αερίου.Για αρχάριους, η πιο συνηθισμένη αιτία ζημιάς είναι το σοκ αερίου που προκαλείται από σφάλματα λειτουργίας.Η βλάβη σε μια μοριακή αντλία μπορεί επίσης να προκληθεί από συντονισμό που ενεργοποιείται από μια μηχανική αντλία.Αυτή η κατάσταση είναι σχετικά σπάνια αλλά απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή γιατί είναι πιο ύπουλη και δεν ανιχνεύεται εύκολα.

III.Αντλία ιόντων διασκορπισμού
Η αρχή λειτουργίας της αντλίας ιόντων διασκορπισμού είναι να χρησιμοποιεί τα ιόντα που παράγονται από την εκκένωση Penning για να βομβαρδίσει την πλάκα τιτανίου της καθόδου για να σχηματίσει ένα φρέσκο ​​φιλμ τιτανίου, προσροφώντας έτσι τα ενεργά αέρια και έχοντας μια ορισμένη επίδραση ταφής και στα αδρανή αέρια. .Τα πλεονεκτήματα των αντλιών ιόντων διασκορπισμού είναι καλό τελικό κενό, χωρίς κραδασμούς, χωρίς θόρυβο, χωρίς ρύπανση, ώριμη και σταθερή διαδικασία, χωρίς συντήρηση και στην ίδια ταχύτητα άντλησης (εκτός από αδρανή αέρια), το κόστος τους είναι πολύ χαμηλότερο από τις μοριακές αντλίες. γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά ευρέως χρησιμοποιούμενα σε συστήματα υπερυψηλού κενού.Συνήθως ο κανονικός κύκλος λειτουργίας των αντλιών ιόντων διασκορπισμού είναι περισσότερο από 10 χρόνια.
Οι αντλίες ιόντων γενικά πρέπει να είναι πάνω από 10-7 mbar για να λειτουργήσουν σωστά (η εργασία σε χειρότερα κενά μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους) και επομένως απαιτούν ένα σετ μοριακής αντλίας για να παρέχει ένα καλό κενό πριν από το στάδιο.Είναι κοινή πρακτική να χρησιμοποιείτε μια αντλία ιόντων + TSP στον κύριο θάλαμο και μια μικρή μοριακή αντλία στο θάλαμο εισόδου.Κατά το ψήσιμο, ανοίξτε τη συνδεδεμένη βαλβίδα εισαγωγής και αφήστε το σετ μικρής μοριακής αντλίας να παρέχει το μπροστινό κενό.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι αντλίες ιόντων είναι λιγότερο ικανές στην προσρόφηση αδρανών αερίων και η μέγιστη ταχύτητα άντλησής τους διαφέρει κάπως από αυτή των μοριακών αντλιών, έτσι ώστε για μεγάλους όγκους εξαγωγής αερίων ή μεγάλες ποσότητες αδρανών αερίων, απαιτείται ένα σύνολο μοριακών αντλιών.Επιπλέον, η αντλία ιόντων δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο κατά τη λειτουργία, το οποίο μπορεί να επηρεάσει τα ιδιαίτερα ευαίσθητα συστήματα.
IV.Αντλίες εξάχνωσης τιτανίου
Οι αντλίες εξάχνωσης τιτανίου λειτουργούν βασιζόμενες στην εξάτμιση μεταλλικού τιτανίου για να σχηματίσουν μια μεμβράνη τιτανίου στα τοιχώματα του θαλάμου για χημική απορρόφηση.Τα πλεονεκτήματα των αντλιών εξάχνωσης τιτανίου είναι η απλή κατασκευή, το χαμηλό κόστος, η εύκολη συντήρηση, η έλλειψη ακτινοβολίας και ο θόρυβος δόνησης.
Οι αντλίες εξάχνωσης τιτανίου αποτελούνται συνήθως από 3 νήματα τιτανίου (για την αποφυγή καύσης) και χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με μοριακές αντλίες ή αντλίες ιόντων για την παροχή εξαιρετικής αφαίρεσης υδρογόνου.Είναι οι πιο σημαντικές αντλίες κενού στην περιοχή 10-9-10-11 mbar και τοποθετούνται στους περισσότερους θαλάμους κενού εξαιρετικά υψηλού όπου απαιτούνται υψηλά επίπεδα κενού.
Το μειονέκτημα των αντλιών εξάχνωσης τιτανίου είναι η ανάγκη για τακτική ψεκασμό του τιτανίου, το κενό επιδεινώνεται κατά περίπου 1-2 τάξεις μεγέθους κατά τη διάρκεια της ψεκασμού (μέσα σε λίγα λεπτά), επομένως ορισμένοι θάλαμοι με ειδικές ανάγκες απαιτούν τη χρήση NEG.Επίσης, για ευαίσθητα δείγματα/συσκευές τιτανίου, θα πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα ώστε να αποφεύγεται η θέση της αντλίας εξάχνωσης τιτανίου.
V. Κρυογονικές αντλίες
Οι κρυογονικές αντλίες βασίζονται κυρίως στη φυσική προσρόφηση χαμηλής θερμοκρασίας για τη λήψη κενού, με τα πλεονεκτήματα της υψηλής ταχύτητας άντλησης, της μη ρύπανσης και του υψηλού τελικού κενού.Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα άντλησης των κρυογονικών αντλιών είναι η θερμοκρασία και η επιφάνεια της αντλίας.Σε συστήματα επιταξίας με μεγάλη μοριακή δέσμη, οι κρυογονικές αντλίες χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω των υψηλών τελικών απαιτήσεων κενού.
Τα μειονεκτήματα των κρυογονικών αντλιών είναι η υψηλή κατανάλωση υγρού αζώτου και το υψηλό κόστος λειτουργίας.Τα συστήματα με ψύκτες ανακυκλοφορίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς κατανάλωση υγρού αζώτου, αλλά αυτό φέρνει μαζί του τα αντίστοιχα προβλήματα κατανάλωσης ενέργειας, κραδασμών και θορύβου.Για το λόγο αυτό, οι κρυογονικές αντλίες χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά σε συμβατικό εργαστηριακό εξοπλισμό.
VI.Αντλίες αναρρόφησης (NEG)
Η αντλία αναρρόφησης είναι μια από τις πιο χρησιμοποιούμενες αντλίες κενού τα τελευταία χρόνια, το πλεονέκτημά της είναι η πλήρης χρήση χημικής προσρόφησης, χωρίς επιμετάλλωση ατμού και ηλεκτρομαγνητική ρύπανση, που χρησιμοποιείται συχνά σε συνδυασμό με μοριακές αντλίες για να αντικαταστήσει τις αντλίες εξάχνωσης τιτανίου και τα ιόντα εκτόξευσης Αντλίες, το μειονέκτημα είναι το υψηλό κόστος και ο περιορισμένος αριθμός αναγεννήσεων, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα με υψηλές απαιτήσεις για σταθερότητα υπό κενό ή πολύ ευαίσθητα στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Επιπλέον, καθώς η αντλία αναρρόφησης δεν απαιτεί πρόσθετη σύνδεση τροφοδοσίας πέρα ​​από την αρχική ενεργοποίηση, χρησιμοποιείται επίσης συχνά σε μεγάλα συστήματα ως βοηθητική αντλία για την αύξηση της ταχύτητας άντλησης και τη βελτίωση του επιπέδου κενού, γεγονός που μπορεί να απλοποιήσει αποτελεσματικά το σύστημα.

Εικόνα ：Πιέσεις λειτουργίας για διαφορετικούς τύπους αντλιών.Τα καφέ βέλη δείχνουν το μέγιστο επιτρεπόμενο εύρος πίεσης λειτουργίας και τα έντονα πράσινα μέρη δείχνουν το κοινό εύρος πίεσης λειτουργίας.