Bombas comúnmente utilizadas en sistemas de vacío ultraalto.

I. Bombas mecánicas
La función principal de la bomba mecánica es proporcionar el vacío previo a la etapa necesario para el arranque de la bomba turbomolecular.Las bombas mecánicas de uso común incluyen principalmente bombas secas de vórtice, bombas de diafragma y bombas mecánicas selladas con aceite.
Las bombas de diafragma tienen una velocidad de bombeo baja y generalmente se usan para conjuntos de bombas moleculares pequeñas debido a su pequeño tamaño.
La bomba mecánica sellada con aceite es la bomba mecánica más utilizada en el pasado, caracterizada por una gran velocidad de bombeo y un buen vacío final, la desventaja es la existencia general de retorno de aceite, en sistemas de vacío ultra alto generalmente es necesario equiparla con una válvula solenoide. (para prevenir cortes de energía accidentales causados ​​por el retorno de aceite) y tamiz molecular (efecto de adsorción).
En los últimos años, la más utilizada es la bomba seca scroll. La ventaja es que es fácil de usar y no vuelve al aceite, solo que la velocidad de bombeo y el vacío final son ligeramente peores que los de las bombas mecánicas selladas con aceite.
Las bombas mecánicas son una fuente principal de ruido y vibración en el laboratorio y es mejor elegir una bomba de bajo ruido y colocarla entre los equipos siempre que sea posible, pero esto último a menudo no es fácil de lograr debido a las restricciones de distancia de trabajo.
II.Bombas turbomoleculares
Las bombas turbomoleculares dependen de paletas giratorias de alta velocidad (generalmente alrededor de 1000 revoluciones por minuto) para lograr un flujo direccional de gas.La relación entre la presión de escape de la bomba y la presión de entrada se llama relación de compresión.La relación de compresión está relacionada con el número de etapas de la bomba, la velocidad y el tipo de gas; el peso molecular general de la compresión del gas es relativamente alto.Generalmente se considera que el vacío final de una bomba turbomolecular es 10-9-10-10 mbar y, en los últimos años, con el progreso continuo de la tecnología de bombas moleculares, el vacío final se ha mejorado aún más.
Como las ventajas de una bomba turbomolecular sólo se obtienen en un estado de flujo molecular (un estado de flujo en el que el rango libre promedio de las moléculas de gas es mucho mayor que el tamaño máximo de la sección transversal del conducto), una bomba de vacío de etapa previa Se requiere una presión de funcionamiento de 1 a 10-2 Pa.Debido a la alta velocidad de rotación de las paletas, la bomba molecular puede dañarse o destruirse por objetos extraños, vibraciones, impactos, resonancias o golpes de gas.Para los principiantes, la causa más común de daños es el choque de gas provocado por errores de funcionamiento.El daño a una bomba molecular también puede ser causado por la resonancia provocada por una bomba mecánica.Esta condición es relativamente rara pero requiere atención especial porque es más insidiosa y no se detecta fácilmente.

III.Bomba de iones de pulverización
El principio de funcionamiento de la bomba de iones de pulverización catódica es utilizar los iones generados por la descarga de Penning para bombardear la placa de titanio del cátodo para formar una película de titanio nueva, adsorbiendo así los gases activos y teniendo también un cierto efecto de enterramiento sobre los gases inertes. .Las ventajas de las bombas de iones de pulverización catódica son un buen vacío final, sin vibración, sin ruido, sin contaminación, un proceso maduro y estable, sin mantenimiento y a la misma velocidad de bombeo (excepto para gases inertes), su costo es mucho menor que el de las bombas moleculares. lo que los hace extremadamente utilizados en sistemas de vacío ultra alto.Normalmente, el ciclo operativo normal de las bombas de iones de pulverización catódica es de más de 10 años.
Las bombas de iones generalmente necesitan estar por encima de 10-7 mbar para funcionar correctamente (trabajar con peores vacíos reduce significativamente su vida útil) y, por lo tanto, requieren un conjunto de bombas moleculares para proporcionar un buen vacío previo a la etapa.Es una práctica común utilizar una bomba de iones + TSP en la cámara principal y una pequeña bomba molecular en la cámara de entrada.Al hornear, abra la válvula de inserción conectada y deje que la pequeña bomba molecular proporcione el vacío frontal.
Cabe señalar que las bombas de iones son menos capaces de adsorción de gases inertes y su velocidad máxima de bombeo difiere algo de la de las bombas moleculares, de modo que para grandes volúmenes de desgasificación o grandes cantidades de gases inertes, se requiere un conjunto de bombas moleculares.Además, la bomba de iones genera durante el funcionamiento un campo electromagnético que puede afectar a sistemas especialmente sensibles.
IV.Bombas de sublimación de titanio.
Las bombas de sublimación de titanio funcionan basándose en la evaporación del titanio metálico para formar una película de titanio en las paredes de la cámara para la quimisorción.Las ventajas de las bombas de sublimación de titanio son su construcción sencilla, su bajo coste, su fácil mantenimiento, su ausencia de radiación y su ausencia de ruidos por vibración.
Las bombas de sublimación de titanio suelen constar de 3 filamentos de titanio (para evitar que se quemen) y se utilizan en combinación con bombas moleculares o de iones para proporcionar una excelente eliminación de hidrógeno.Son las bombas de vacío más importantes en el rango de 10-9-10-11 mbar y se instalan en la mayoría de las cámaras de vacío ultraalto donde se requieren altos niveles de vacío.
La desventaja de las bombas de sublimación de titanio es la necesidad de una pulverización regular de titanio; el vacío se deteriora en aproximadamente 1-2 órdenes de magnitud durante la pulverización (en unos pocos minutos), por lo que ciertas cámaras con necesidades específicas requieren el uso de NEG.Además, para muestras/dispositivos sensibles al titanio, se debe tener cuidado de evitar la ubicación de la bomba de sublimación de titanio.
V. Bombas criogénicas
Las bombas criogénicas se basan principalmente en la adsorción física a baja temperatura para obtener el vacío, con las ventajas de una alta velocidad de bombeo, ausencia de contaminación y un alto vacío final.Los principales factores que afectan la velocidad de bombeo de las bombas criogénicas son la temperatura y la superficie de la bomba.En sistemas de epitaxia de haz molecular grande, las bombas criogénicas se utilizan ampliamente debido a los altos requisitos de vacío final.
Las desventajas de las bombas criogénicas son el alto consumo de nitrógeno líquido y los elevados costes operativos.Los sistemas con enfriadoras de recirculación se pueden utilizar sin consumir nitrógeno líquido, pero esto trae consigo los correspondientes problemas de consumo energético, vibraciones y ruido.Por esta razón, las bombas criogénicas se utilizan con menos frecuencia en equipos de laboratorio convencionales.
VI.Bombas aspiradoras (NEG)
La bomba de agente de succión es una de las bombas de vacío más utilizadas en los últimos años, su ventaja es el uso completo de adsorción química, sin revestimiento de vapor ni contaminación electromagnética, a menudo se usa junto con bombas moleculares para reemplazar las bombas de sublimación de titanio y las bombas de iones de pulverización catódica. En las bombas, la desventaja es el alto costo y el número limitado de regeneraciones, generalmente utilizadas en sistemas con altos requisitos de estabilidad del vacío o altamente sensibles a los campos electromagnéticos.
Además, como la bomba aspiradora no requiere conexión de suministro de energía adicional más allá de la activación inicial, también se usa a menudo en sistemas grandes como bomba auxiliar para aumentar la velocidad de bombeo y mejorar el nivel de vacío, lo que puede simplificar efectivamente el sistema.

Figura ：Presiones de trabajo para diferentes tipos de bombas.Las flechas marrones muestran el rango de presión de funcionamiento máximo permitido y las partes verdes en negrita muestran el rango de presión de trabajo común.