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简述对某真空体系排气性能测试的研究
作者:管理员    发布于:2013-12-13 08:11:35    文字:【】【】【
    在进行排气特性测试前,先对系统本底真空度进行了测试。对测试真空室及磁悬浮分子泵进行150℃、24h真空烘烤,烘烤中由磁悬浮分子泵及前级分子泵机组排气,博山消防泵降至室温后排气17h真空度达到3.4×10-9Pa,排气65h真空度达到2×10-9Pa。此时系统极限真空度受到磁悬浮分子泵极限真空度的限制,主要气载来源于分子泵转子的放气。系统达到本底状态后,关闭前级泵阀门,停分子泵。按测试方案向系统内充入一定状态的气体,维持一定时间并进行一定操作后,启动分子泵排气,进行排气特性测试。共进行了6种状态下排气特性的测试工作。在每次测试后,均对系统进行烘烤并恢复到2~3×10-9Pa本底真空状态,以消除前一次测试对后面测试的影响。使用露点计分别对测试中使用的空气、高纯氮气及超干氮气进行了含水量测试。高纯氮气含水量为5ppm,而超干氮气含水量小于0.5ppm。根据资料,经该处理的超干氮气含水量约为40ppm量级。当使用含水量极低的超干燥氮气对系统充气后,经10min排气即可进入10-7Pa量级,14h内极限真空度可以恢复到10-9Pa量级范围内。而直接向系统充入空气后,24h内极限真空度仅为10-7Pa,较之前者低两个数量级,此时必须通过烘烤排除水蒸汽后才能在较短时间内恢复充气前真空状态。当采用超干燥氮气充气后,打开一只法兰,在法兰开启后如不保持超干氮气的连续流动状态,空气中的水蒸汽将通过法兰口进入真空室内,很快被吸附在真空室的内表面上,使得排气过程与直接暴露大气的状态相同,所充入的超干氮气未起到任何作用。
    如果在打开法兰时保持气体以10L/min流量连续从开口处流出,可以有效地阻止水蒸汽的进入,起到明显地保护表面作用。当在开口过程中用铝薄对法兰口进行临时密封并保持干燥氮气连续流动情况下(F),其测试结果应好于未封口状态(E)或与其一致,但测试结果该状态仅略好于无干燥氮气流动状态(D),这是由于操作过程中的偶然疏忽导致大气中水蒸汽进入真空室内。脱附出气过程由脱附速率决定,金属真空室表面的脱附速率可以表示为:dR/dt=-R/S0exp(-Ed/RT),其中R:单位面积上的吸附量;S0:吸附态分子垂直表面的振动周期;Ed:脱附激活能;R:气体普适常数;T:温度。对于脱附激活能较小的气体容易脱附,而激活能大的成份在室温下脱附速率很低,对真空度不会产生影响,需要重视的是中等激活能的成份,在常温下可以引起可观的脱附出气。根据实验测试,真空中铝合金真空室的出气来源于表面氧化层中吸附的水蒸汽的脱附,其脱附激活能为24kcal/mol,成为常温下限制系统排气特性的决定性因素。对于不烘烤的实际超高真空系统,可以采取以下措施减小出气率,缩短排气时间:采取工艺措施减小氧化层厚度,降低水蒸汽总吸附量;在对已获得超高真空状态的系统进行充气时使用低含水量气体,减小表面水蒸汽吸附量。由排气过程曲线可见,在排气初期,压强随排气时间迅速降低,不同状态充气后的排气曲线几乎相同,该段的气载主要来源于真空室表面吸附的氮气。
    由于不同状态充气后表面吸附水蒸汽量不同,该关系结束的真空度也不同,水蒸汽含量越高,结束越早。此段为典型的未烘烤真空室水蒸汽吸附表面的排气特性曲线,其中C值依赖于充入气体含水量及操作工艺。由于此段下降缓慢,决定了在有限的排气时间内系统所能达到的极限真空度。超高真空系统中充入气体含水量及操作方式直接影响到系统极限真空的获得。采取一定的手段可以有效地减少水蒸汽在表面的吸附量,从而避免烘烤处理,减小排气时间。 
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