Материал: 1381

66

Методы исследования вакуумных систем на герметичность

В числе наиболее часто встречающихся ситуаций следует отметить нарушение герметичности вакуумной системы. Наиболее частыми местами течей являются места проведения профилактических или монтажных работ. Обычно поиск течей следует начинать со снятия распределения давления по последовательно подключаемым элементам вакуумной системы, начиная от откачного средства. На рис. 3.17 представлены варианты распределения давления во времени и характерные для этих случаев неисправности.

Рисунок 3.17 – Кривые откачки для анализа вакуумной системы Анализ давления проводится как при открытых вакуумных затворах (откачка), так и при закрытых. В случае течи зависимости давления повторяют друг друга. В случае обезгаживания системы, кривые изменения давления не совпадают. Величины потоков натекания или

десорбции из анализа кривых откачки рассчитываются по соотношению:

где V – объем измеряемой коммуникации

Среди многообразия методов поиска течи наибольшей популярностью пользуются следующие методы: опресовка, люминесцентный метод, искровой, манометрический, с использованием течеискателя.

Метод опресовки применяется для поиска грубых течей (Q > 0,05 тор л/с). Для опресовки используется мыльная пена и компрессор.

Люминесцентный метод более приемлем для поиска течи в уже отпаянном электровакуумном приборе. Прибор (например, радиолампу) помещают в суспензию с люминофором. По истечении некоторого времени производят засветку подозрительного места с помощью ультрафиолета. Чувствительность метода 10-6 Па м3 /с.

Искровой метод основан на способности искры высокого напряжения стремиться через места подсоса газа в вакуум. Метод наиболее приемлем для поиска течей в стеклянных вакуумных системах в области форвакуума (1-10 Па).

Манометрический метод основан на изменении давления при

67

смазывании подозрительных мест ваткой, пропитанной в жидкости (ацетоне, спирте). Жидкость, испаряясь в вакуум, повышает давление, что фиксируется датчиком давления.

Поиск течей течеискателями. Область применения течеискателя – это системы высокого и сверхвысокого вакуума. На производстве появился большой ассортимент переносных течеискателей (БГТИ, ТИМ), а также системы автоматизированного контроля вакуума с применением ЭВМ. Расширение набора используемых газов (фреон, шестифтористая сера, четыреххлористый углерод) позволило повысить чувствительность за счет регистрации электроотрицательных ионов. Успешно развиваются ультразвуковые течеискатели, течеискатели с мембранами избирательной проводимости, а также с сорбционными капсулами.

3.1.10.5Тенденции развития вакуумной техники

Тенденции развития вакуумных насосов

В последних разработках насосов 2НВР5ДМ изменена конструкция выходного клапана, что позволяет в три раза снизить вылет масла в атмосферу. Для полной очистки выхлопа от паров масел разработан и выпускается фильтр фирмы “Man” (Германия), который обеспечивает степень очистки более 99%. ОАО Вакууммаш разработан откачной пост ПВО -100М на базе агрегата АВДМ -100 с автоматизированной системой запуска.

Для откачки ураносодержащих газов вместо обычно применяемого агрегата типа АВЗ разработаны агрегаты АВПл-20, АВПл-125.

Разработаны диффузионные насосы марки НД -500, НД630 Э с предельным давлением 3 10-5 Па и с выходным давлением 60 Па.

Разработаны турбомолекулярные насосы марки БМВВН (безмасляный молекулярно-вязкостный вакуумный насос), работающие от атмосферного давления и не требующие форвакуумного насоса на выходе.

Тенденции развития вакуумметрии.

Тенденция развития средств измерения следует в направлении миниатюризации и вывода сигнала на ЭВМ. В последнее время разработаны вакуумные датчики типа ПДД на принципе тензометрии, позволяющие измерять вакуум от атмосферы до 103 Па. Разработаны датчики марки ПДТ (преобразователь давления термопарный) с напыленными термопарами и нагревателями. В таблице 3.6. приведены некоторые перспективные марки вакуумметров.

68

Таблица 3.6. Некоторые марки вакуумметров

Среди зарубежных компаний широко известны вакуумметры фирм

Varian (приборы Multigage, Multivac), Leybold Vacuum (прибор Membranovac DM-11, Combivac), Alcatel (прибор µPascal, вакуумметр AHG 111D), Pfeiffer (вакуумметр IKR 270).

3.2Лазерная технология

Лазеры - это генераторы монохроматического когерентного излучения. Принцип их работы основан на использовании возбужденных состояний квантовых систем. При возбуждении за счет внешней энергии электроны переходят на более высокие энергетические уровни. При переходе в исходное состояние излучаются фотоны световой энергии.

Лазер является довольно дорогим инструментом. В ряде случаев его пытаются заменить микроплазменными или электронно-лучевыми процессами. Применение лазера позволяет использовать ЭВМ и числовое программное управление.

Для технологических целей широкое распространение получили электроионизационные гелий-неоновые лазеры, лазеры на углекислом газе.

На рис. 3.18 представлены диаграммы для выбора мощности лазера исходя из проводимого технологического процесса. По оси ординат левого рисунка отложена плотность мощности, необходимая для проведения процесса. Правый рисунок представляет зависимость необходимой мощности лазера для разной толщины свариваемого материала.

Рисунок 3.18 – Диаграммы для выбора мощности лазера

69

Скорость испарения материала лазером V определяется выражением:

где Р – давление пара , мм рт ст , зависящее от температуры Т, K;

А – коэффициент испарения, зависящий от формы испарителя. А=1 для испарителя идеальной формы;

m – молекулярный вес испаряемого материала.

Существует пороговая плотность мощности для проведения технологического процесса, определяемая выражением:

где L – коэффициент испарения (L=104 -105 Дж/с); h – глубина; t – время (в непрерывном режиме t = 1).

Лазерные установки для обработки материалов содержат процессор, прецизионный 3-х координатный стол, оптическую систему. Высокая концентрация энергии и большая скорость напыления дает возможность формировать особо чистые пленки с хорошей сплошностью и стехиометрией.

3.3Электронно-лучевая технология

3.3.1Электронные источники для технологических целей

В простейшем виде источник электронов для технологических целей (электронная пушка) представляет собой катод, испускающий электроны и анод с осевым отверстием для выхода электронов. Катод обычно находится под высоким потенциалом, а анод заземляется. Электроны могут быть получены путем нагрева катода (за счет термоэмиссии) или путем извлечения из плазмы тлеющего или дугового разряда. На рис. 3.19 представлены некоторые схемы электронных пушек.

Рисунок 3.19 – Схемы технологических электронно-лучевых пушек; а)

– пушка с термокатодом; б) – пушка на основе разряда Пенинга; в) – пушка на основе высоковольтного тлеющего разряда

Важным параметром электронной пушки является первеанс (p). Первеанс – (характеристическая проводимость) – отношение эмисионного

70

тока к ускоряющему напряжению в степени три-вторых. При величине первеанса P>10-7 необходимо учитывать действие пространственного заряда.

Источники с термокатодом работают при давлениях 10-2 Па и менее. Они обладают большой яркостью электронного пучка (В~107 А/м2 стер). В качестве катода могут использоваться тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, тантал) или сложные соединения (оксиды, нитриды или карбиды металлов). В последнее время нашли широкое распространение катоды из гексабарида лантана (LaB6).

Источники на основе разряда Пенинга построены на основе извлечения частиц из плазмы газового разряда. Газовый разряд может гореть при давлениях 1-0,01 Па. Стимулирование горения разряда при малом давлении достигается магнитным полем.

Максимальная плотность тока с границы плазмы определяется по

где ne– концентрация электронов в плазме 1/м3; е = 1,6 1019 Кл – заряд электрона;

k = 1,38 10-23 – постоянная Больцмана; Te – электронная температура;

M = 9,1 10-31 кг – масса электрона.

На рис. 3.20 представлены некоторые характеристики плазменного источника электронов (ПИЭЛ)

Рисунок 3.20 – Характеристики ПИЭЛ. а) – эмиссионная, б) – вольтамперная, в) – газовая

Источники на основе высоковольтного тлеющего разряда состоят из холодного катода и заземленного анода, выполненного в виде диафрагмы. При откачке объема электронного источника до давления 1-10 Па (10-1-10-2 мм рт ст) и подаче на катод отрицательного потенциала (более 2,5 кВ), между холодным алюминиевым катодом и анодом возникает высоковольтный тлеющий разряд. Ионы из плазмы разряда устремляются на отрицательный катод, из которого за счет бомбардировки выбивают электроны. Электроны фокусируются магнитной линзой и