真空混合漏孔示漏气体的延迟和保持特性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东南大学电子工程系 作者:朱为

  真空混合漏孔,如漏孔通道内含有空腔、毛细管道等,示漏气体除存在超长反应时间外,还存在超长的延迟时间和保持时间。只有经该延迟时间后,检漏仪才能探得信号。为满足真空元件在生产中的快速检漏的要求,又避免常规质谱检漏法漏检混合漏孔的可能性,在真空室内对检漏元件集体充氦,然后在保持期内逐个检测氦气浓度来判断有无混合漏孔;也可用质谱计比较残余气质谱图中空气成分来确定。

  真空容器如存在混合漏孔,即使漏率达到1 ×10 - 3 PaL/ s 量级,也无法用常规的喷吹检漏法示漏气体探测漏孔。

  图1 为混合漏孔漏气过程的原理图,示漏气体从器壁的大气侧的通道A 进入夹层空间,再经历一个漏入和抽走的一个平衡过程,以及示漏气体与原夹层空间贮存空气的混合替代过程,最后经通道B进入真空室。由于通道A 和B 都是一个微小漏孔,即使夹层空间体积很小,这个抽气平衡过程仍将是十分缓慢,表现在进入真空室内示漏气体的浓度平衡时间即反应时间变得十分漫长。只有采用气罩检漏法,才能保证进行连续长时间注入示漏气体,以便在真空室内建立起一定浓度的示漏气体。拆除气罩,示漏气体停止注入后,原存贮在漏孔通道中的示漏气体同样要经很长的时间才能流失,即有很长的保持时间。实际混合漏孔的夹层空间和通道可能是空腔、毛细管或焊缝等,通道和夹层空间可能等效成很多个,示漏气体经漏孔通道进入夹层空间,再与该夹层空间内原贮存空气相混合需有一定时间,特别是这些通道和腔体往往会处在高压强下,要依靠缓慢的气体扩散而混合,这就造成了示漏气体流动的延迟过程。多级串接和延迟,将形成超长的总延迟时间。很显然,在延迟期内,真空室内基本还没有出现示漏气体,即使应用高灵敏度的检漏仪,也测不到示漏气体,这种长延迟特性是普通漏孔所没有的现象,易被人们忽略,错误认为没有漏孔。

混合漏孔泄漏过程图

图1  混合漏孔泄漏过程图

  图1 所示混合漏孔,通道A 和B 一般不在一个位置,即使探得A ,也难发现B。故给补焊造成困难。堵焊了A ,仅造成一个“死空间”,变成了真空系统的一个放气源。

1、检漏实验方法

  实验真空系统如图2 所示,以分子泵为主抽泵。被检传感器为购买的工业产品。截止阀关闭时,电离真空计指示真空度为10 - 4~10 - 5 Pa ,打开截止阀,压强升高到(1~2) ×10 - 4 Pa 。经多次开闭后,得到图3 所示的稳定残气质谱图,实线为阀关闭的质谱图,虚线为打开的质谱图。两者的差别主要是N2 (28) 和O2 (32) ,其他峰强度几乎没变,这证明被检传感器确实漏入了空气。图3 中Ii 为离子流,为相对值。

3、结论

  混合漏孔因示漏气体浓度的响应速度极慢,且存在延时效应,故用常规的示漏气体喷吹,无法探得漏孔的存在和测得漏率值的大小。真空元器件生产中仅用常规质谱检漏法,有可能漏检混合漏孔。建议辅用质谱计对比法解决产品的快速测定要求。质谱计对比法即把被检元件用隔离阀与质谱计真空系统连接,观察隔离阀启闭后空气质谱峰的变化确定漏孔的存在。也可采用另一种辅助方法,即把成批元件存放于真空室内,先抽气,后充示漏气体He ,让漏孔内有充分时间抽除原存贮空气和再存贮示漏气体,然后逐一取出,在保持期内测定He 气浓度,由于有足够长保持时间,不会因示漏气全衰减而检漏失败。

  混合漏孔容易在复杂的真空密封结构体内出现,掌握了它的超长反应时间和伴随的延迟和保持特性,会有利于探得这种漏孔的存在,从而提高了检漏工作的可信度。上述意见,供检漏工作者参考和讨论。

参考文献

  1.胡汉泉,王 迁主编. 真空物理与技术及其在电子器件中的应用. 北京:国防工业出版社,1982 :546 ,547 ,607~610

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