Grelna plošča, ki zanesljivo deluje v zunanjem zraku, lahko z neprekinjenim sproščanjem adsorbirane vlage in hlapnih organskih spojin ogrozi visoko{0}}vakuumsko komoro za ure ali celo dni. Izbira opreme za vakuumsko storitev je v bistvu postopek odstranjevanja kakršnega koli materiala, ki ne more vzdrževati čistega okolja z ultra-nizkim{3}}tlakom na milijardnem---atmosferskem merilu.
Pri vakuumskih sistemih zmogljivosti ne opredeljuje samo zmogljivost ogrevanja. Določeno je s tem, kako malo struktura prispeva k obremenitvi s plinom, kontaminaciji in zakasnitvi-črpanja. Izbor aprevleka materiala grelne plošče visok vakuum nizko izločanje plinovsistem tako postane disciplina omejevanja materialov in nadzorovanega površinskega inženiringa.
Izbira osnovnega materiala za vakuumske grelne plošče
Nerjaveče jeklo 316L kot standardna osnova
V večini visoko{0}}vakuumskih toplotnih sistemov velja nerjavno jeklo 316L za privzeti strukturni material.
Njegove prednosti vključujejo:
Zelo nizko intrinzično sproščanje plinov po ustreznem čiščenju
Visoka mehanska stabilnost pri termičnih ciklih
Odlična odpornost proti koroziji
Združljivost s postopki vakuumskega pečenja
Minimalna prepustnost plinov pri pravilni obdelavi
Pri vakuumskem-čiščenju in elektropoliranju ima nerjavno jeklo izjemno nizke stopnje razvijanja plinov, zaradi česar je primerno za okolja z ultra-visokim vakuumom (UHV).
Kondicioniranje površine igra ključno vlogo. Elektropolirani 316L zagotavlja gladko, nizko{2}}energijsko površino, ki zmanjšuje adsorpcijska mesta za vodo in ogljikovodike.
Vakuumski{0}}aluminij za lahke sisteme
Aluminijeve zlitine se uporabljajo tudi v vakuumskih grelnih ploščah, kjer sta pomembna zmanjšanje teže in toplotna odzivnost.
Vendar aluminij zahteva skrbno pripravo površine:
Zaželeno je elektro{0}}poliranje
Uporabite lahko-vakuumsko združljive kemične pretvorbene premaze
Poroznost površine je treba čim bolj zmanjšati
Standardno eloksiranje je na splošno neprimerno za uporabo v visokem vakuumu. Struktura poroznega oksida se obnaša kot goba, saj ujame vlago in ogljikovodike, ki se med delovanjem počasi sproščajo.
To vodi do podaljšanih časov iz-črpanja in nestabilnih vakuumskih pogojev.
Površinski premazi in združljivost
Tanki PFA premazi za kemično zaščito
V nekaterih aplikacijah se lahko za kemično odpornost uporabi zelo tanek premaz PFA (perfluoroalkoksi).
Ko je PFA pravilno nanešen in-pečen v vakuumu, nudi:
Relativno nizka prepustnost za pline
Kemična inertnost
Stabilno obnašanje pri zmernih temperaturah
Vendar mora biti debelina prevleke minimalna. Debelim plastem fluoropolimera se običajno izogibamo, ker se lahko ujeti plini v polimerni matriki postopoma sprostijo pod vakuumskimi pogoji.
Ta učinek poveča obremenitev izločanja plinov in zakasni stabilizacijo tlaka v komori.
Materiali, ki se jim je treba izogibati v vakuumskih sistemih
Nekateri materiali so načeloma nezdružljivi zprevleka materiala grelne plošče visok vakuum nizko izločanje plinovzahteve.
Običajno izključeni materiali vključujejo:
Standardna PTFE plošča ali debeli brizgani PTFE premazi
Organske barve in premazi-na osnovi polimerov
Lepila in vezivna sredstva
Maziva in masti na izpostavljenih mestih
Ne{0}}vakuumska-izolacija žice
Porozne anodizirane aluminijaste plasti
Znano je, da zlasti PTFE absorbira majhne molekule in jih sčasoma počasi sprošča, kar podaljšuje čas izčrpavanja in onesnažuje občutljive vakuumske procese.
Načela zasnove za grelne plošče z nizkim{0}}izločanjem plinov
Zmanjšanje ujetih količin
V vakuumski komori je vsak predmet potencialni emiter plina.
Geometrija oblikovanja se mora torej izogibati:
Slepe luknje brez odzračevalnih poti
Zaprte votline
Prekrivajoče zatesnjene vrzeli
Nepreverjene navojne funkcije
Vse notranje praznine morajo biti odzračene, da se omogoči odvajanje plina med cikli-črpanja-in pečenja.
Prezračevalna in mehanska zasnova
Vse navojne povezave je treba prezračevati skozi prečne-luknje ali reže. To preprečuje navidezno puščanje, ki ga povzročajo ujeti zračni žepi, ki sčasoma počasi sproščajo plin.
Varjene ali spajkane konstrukcije imajo prednost pred mehanskimi sklopi, kadar koli je to mogoče.
Zahteve za vakuumsko pečenje- in preskus tesnjenja
Toplotna priprava pred servisom
Po-vakuumsko pečenje-je po-izdelavi ključni korak v katerem koli vakuumsko{0}}združljivem sistemu grelnih plošč.
Ta postopek:
Odvaja absorbirano vlago
Odstranjuje hlapne organske ostanke
Stabilizira površinsko kemijo
Zmanjša-dolgotrajne stopnje izločanja plinov
Temperature pečenja so običajno navedene nad predvideno delovno temperaturo, da se zagotovi popolno kondicioniranje vseh materialov.
Testiranje puščanja helija
Testiranje puščanja s helijevo masno spektrometrijo se uporablja za preverjanje celovitosti sistema.
Ta postopek zazna:
Dejansko puščanje skozi spoje ali zvare
Navidezno puščanje iz ujetih količin
Mikro-razpoke v varjenih konstrukcijah
Šele po opravljenem preizkusu puščanja helija se lahko sistem šteje za primernega za delovanje v visokem ali ultra{0}}visokem vakuumu.
Standardi učinkovitosti izločanja plinov
Zahteve ASTM E595
Ne-kovinski materiali, ki se uporabljajo v vakuumskih sistemih, se pogosto ocenjujejo z merili ASTM E595.
Tipične omejitve sprejemljivosti vključujejo:
Skupna izguba mase (TML): manj kot 1,0 %
Zbrani hlapni kondenzacijski material (CVCM): manj kot 0,1 %
Ti parametri zagotavljajo, da materiali ne bodo sproščali prekomerne količine hlapnih spojin v pogojih vakuuma in povišane temperature.
Obnašanje očiščenih kovin
Pravilno obdelane kovine, kot sta nerjavno jeklo in aluminij, kažejo izjemno nizke stopnje izločanja plinov, kadar:
Temeljito očiščen
Vakuumsko pečeno
Ustrezno pasiviran ali elektropoliran
Kovinske površine so zato prednostna strukturna osnova za vakuumske grelne plošče.
Delovni vidiki v vakuumskih okoljih
Vsaka površina kot vir plina
V vakuumskem inženirstvu vsaka izpostavljena površina prispeva k skupni obremenitvi s plinom.
Celo kontaminirane plasti v sledovih lahko prevladujejo nad obnašanjem sistema v zgodnjih fazah iz-črpavanja.
Posledično pri izbiri materiala manj gre za izboljšanje zmogljivosti in bolj za odpravo nepotrebnih dejavnikov, ki prispevajo k razvoju plina.
Učinki toplotnega cikla
Ponavljajoči se cikli segrevanja in hlajenja lahko povzročijo difuzijo ujetih plinov iz podpovršinskih plasti. Materiali s porozno strukturo ali polimernimi vključki se sčasoma poslabšajo, medtem ko gosto kovinske površine ostanejo stabilne.
Zaključek
Izbira grelne plošče za uporabo v vakuumu zahteva izjemno discipliniran pristop k inženirstvu materialov in površin. Optimalna rešitev zaprevleka materiala grelne plošče visok vakuum nizko izločanje plinovsistemi običajno temeljijo na nerjavnem jeklu 316L ali vakuumskem -aluminiju, v kombinaciji z elektropoliranimi ali skrbno nadzorovanimi tankimi premazi, kjer je to potrebno.
Materialov, kot so standardni PTFE, lepila, maziva in porozni anodizirani zaključki, se izogibamo zaradi vztrajnega izločanja plinov in zadrževanja vlage. Namesto tega je učinkovitost dosežena s čistočo, strukturno preprostostjo in nadzorovano površinsko kemijo.
Obvezen postopek vakuumskega izpe{0}}anja in testiranja puščanja s helijem zagotavljata, da so pred delovanjem odpravljene vse preostale hlapne snovi in navidezna puščanja.
Navsezadnje visoko{0}}vakuumsko grelno ploščo opredeljuje izredna materialna disciplina. V takšnih okoljih je odsotnost nepotrebnega materiala glavna prednost delovanja, čistoča pa ne postane le zahteva procesa, temveč merljiva fizična lastnost, ki ureja stabilnost sistema.
