扩散泵真空抽气系统的操作步骤

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以忱

  扩散泵抽气系统操作(或控制系统设计)时应注意:如果抽气系统正在运转,并且真空室是处于大气压下(即真空室正在进行工艺准备,如装卸物料、处理工件等),则抽气系统的高真空阀和粗抽阀都应该是关闭的。在开始粗抽程序之前,要关闭前级管道阀,打开粗抽阀。在一般的真空系统中,粗抽管路上仅需要简单的粗抽阀即可。典型的扩散泵真空抽气系统如下图所示。

扩散泵抽气系统

1.扩散泵 2.水冷障板 3.液氮阱 4.高真空阀 5.真空室放气阀 6.热传导规 7.电离规 8.粗抽阀 9.粗抽管道阱 10.机械泵1 1.前级阀 12.前级热传导规 13.检漏仪连接口

扩散泵真空抽气系统

  在大型有特殊要求的真空室里,可以采用多步程序进行粗抽:首先,可通过一个较小直径的孔或旁路管道对真空室进行粗抽。该小孔或旁路支管可限制气流的流速并防止紊流搅起真空室基板上的粒子。这些粒子会静电附着在绝缘衬底上。其次,当真空室内的压力降到较低值时,再打开主粗抽阀门,也可以在粗抽管路上设置节流阀,阀板由小到大逐渐开启。第三,如果真空系统中采用罗茨泵,可以将泵旁路或让它空转,直到其入口和出口之间的压差降低到罗茨泵安全工作的数值,譬如1000Pa,才开始将罗茨泵与前级机械泵进行串联抽气,这些功能可采用简单的压力传感器来执行。真空室粗抽达到的压力不应低于15Pa,到此压力后应关闭粗抽阀,并经一段延时之后打开高真空阀。一般不用粗抽泵去抽压力低于15 Pa的大型系统,否则会引起严重的机械泵油返流。

  如果从静止状态启动扩散泵系统时,则扩散泵要首先通入冷却水,然后开动机械泵。在把粗抽管道里的气体抽到某一压力,如100Pa后,即可打开前级管道阀门并对扩散泵通电加热。扩散泵预抽到一定压力后,关闭前级阀门,并打开粗抽阀门对真空室进行粗抽,这些动作可由预先设定的真空规来自动控制完成。100mm或150mm口径的扩散泵的升温时间约为15min,600~800mm口径的扩散泵则为30~45min。对于返油率要求较高的带冷阱的扩散泵真空系统,当启动扩散泵时,在冷阱冷却之前应注意避免泵加热期间的返流污染冷阱以上的部位,当扩散泵开始工作时最好采用对冷阱进行局部冷却(预冷)或采用气体冲洗来解决这个问题,一般这一步骤需要操作人员去手动控制。

  真空系统停机时,首先关闭高真空阀并使冷阱升温,让扩散泵抽走冷阱放出的气体和蒸气。如果让冷阱自然地与其周围环境达到平衡,则视冷阱的结构不同而需要4~20h。用干燥氮气吹冷阱的液氮储罐可使这一时间大大缩短。当冷阱温度达到0℃ ,就可切断扩散泵电源。在扩散泵冷却到约50℃时,关闭前级管道阀门,这时就可停前级机械泵并放气。最后,应把扩散泵的冷却水关掉。如特殊情况下需对扩散泵内放气,则应该在冷阱上方的阀门上进行,但必需把泵冷却到50℃以下才行。对真空室放气不能在扩散泵的前级管道阀门打开时进行,这样会使空气经过粗抽阱、粗抽管道而回流进入扩散泵,从而将大量的机械泵油蒸气带入扩散泵。

  如果真空系统中的泵是每天启动和停机的话,可采用气体冲洗技术来防止过渡过程的返流污染系统。在连续运转系统时,偶尔地启动或关断一次所造成的瞬时污染是很小的,但是每天停机会使这种污染效应大为增加。即使扩散泵泵尚在工作,从阱里解吸出来的泵液馏分还会返流到阱和高真空阀门之间的部分。

常用的典型扩散泵抽气系统的操作步骤如下:

  1)系统启动时,首先接通扩散泵的冷却水,调整水温继电器的温度设定值,然后开动机械泵进行粗抽。

  2)启动机械泵前,要检查泵的油位是否合乎要求,高真空阀及前级阀是否关闭。打开粗抽阀,在中小型抽气系统中,只需要简单的粗抽管道。在某些特殊要求的大型真空室里,可采用多步程序进行粗抽:首先,可通过一个小直径的孔或旁路管道对真空室进行粗抽,当压力降到没有紊流存在时,再打开主粗抽阀门。

  3)当真空室内的压力降到100Pa之后,可打开前级管道阀并给扩散泵加热器通电。如果扩散泵已经处于真空封闭状态,则可在步骤1) 中同时加热扩散泵。当扩散泵刚开始通电加热时,如果电源有调压器时,开始可适当增加点电压,但泵油接近于蒸发温度时应把电压调回到规定电压,这样可加快起动。但应注意时间过长会造成泵油裂化。

  4)一般将系统粗抽到15~20Pa左右时,关闭粗抽阀,等扩散泵正常工作后(即油蒸汽射流正常喷射),打开高真空阀进行抽气。

  5)如果扩散泵正常工作一段时间后,被抽容器的真空度仍不提高,则说明系统漏气率太大,应当关闭高真空阀,待系统漏率符合要求时再打开高真空阀进行抽气。

系统停止运转时应按下述步骤进行:

  1)关闭高真空阀。

  2) 如果在扩散泵入口与高真空阀之间装有液氮冷阱,则在关闭高真空阀后,应使冷阱升温,让扩散泵抽走冷阱放出的气体和蒸汽。冷阱升温可采用自然升温和用干燥氮气吹液氮储罐两种方法。前者升温时间较长,后者可使升温时间大大缩短。

  3)切断扩散泵加热电源。如有冷阱,可在冷阱温度回升到0℃时,切断扩散泵电源。

  4)当扩散泵冷却到50℃时,关闭前级阀,然后关掉机械泵,并立即向泵内放入大气(可通过电磁放气阀自动完成)。

  5)关掉扩散泵的冷却水。

  6)在真空系统停止工作时,如无特殊要求,应将系统各元件保持在真空状态下封存,但机械泵内应通大气。

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