Устройство и принцип работы насосов для получения высокого вакуума

Развитие нанотехнологий, соединение твердотельной микроэлектроники с законами самоорганизации при создании различных материалов, биоробототехнических систем связано косвенно или непосредственно с получением высокого вакуума. Кроме того, традиционно, в современных вакуумных приборах (электронные микроскопы, электронографы, вакуумные посты для напыления различных полупроводниковых материалов, металлов и сплавов), требуется получать давление порядка 10^-4 – 10^-6 мм рт. ст. С этой целью последовательно с форвакуумным насосом часто включаются паромасляные (диффузионные) насосы, которые ранее выпускались под марками ЦВЛ – 100, Н - 5С и др.

На рисунке 2 приведена простейшая схема паромасляного насоса. Электрическая печь 1 нагревает вакуумное масло 2, находящееся на дне металлического сосуда такого насоса. Применяемые в диффузионных насосах масла и некоторые органические жидкости (силиконы и др.) состоят из нескольких фракций, имеющих различную температуру возгонки и упругости насыщенных паров. Легкие фракции масел, возгоняемые при более низких температурах, направляются в нижнее сопло 3. Эти пары вырываются из сопла с большой скоростью и увлекают молекулы воздуха в нижнюю часть сосуда диффузионного насоса. При этом откачка газа происходит благодаря двум эффектам: струя пара увлекает молекулы воздуха за счет снижения статического давления вблизи струи, а также за счет диффузии молекул воздуха в область, где находится струя пара. Хотя давление в самой струе и велико, но частное давление воздуха мало и именно оно определяет диффузию воздуха в струю. Более тяжелые фракции масел направляются в верхнее сопло 4. Ввиду меньшей упругости насыщенных паров они могут производить откачку до более высокого вакуума.

Рисунок 2 - Схема паромасляного диффузионного насоса: 1 – электрический нагреватель; 2 – вакуумное масло; 3 – нижнее сопло; 4 – верхнее сопло; 5 – трубки водяного охлаждения; 6 – патрубок для соединения с высоковакуумным клапаном; 7 – выпускной патрубок; 8 – маслоотражающие пластины

Выходящие пары масел попадают на стенки насоса, которые охлаждаются проточной водой и конденсируются на этих стенках. Образовавшаяся жидкость стекает по стенкам на дно диффузионного насоса в резервуар 2. При этом откачиваемый воздух через выпускной патрубок 7 удаляется форвакуумным насосом. В верхней части насоса устанавливаются маслоотражающие пластины 8, не допускающие попадание паров масла в откачиваемое пространство. Для этой же цели в диффузионных насосах применяются азотные ловушки, позволяющие повышать вакуум почти на порядок. При выполнении данной лабораторной работы необходимо обратить внимание на конструкцию и принцип работы маслоотражающих пластин и конструкцию азотной ловушки.

Для получения более высокого вакуума применяют сорбционные и другие типы насосов.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

1. Диффузионный паромасляный насос.

2. Маслоотражающее устройство с водяным охлаждением.

3. Устройство с маслоотражающими пластинами.

4. Азотная ловушка.

5. Высоковакуумный клапан.

6. Защитная сетка.