Bài viết này giúp bạn tìm hiểu một số máy bơm chân không ứng dụng trong lĩnh vực chân không siêu cao và chân không cực cao
Khi áp suất vượt quá 10-5Pa, nó sẽ đi vào lĩnh vực ứng dụng chân không cực cao. Tại thời điểm này, chức năng bơm của hầu hết các máy bơm chân không đã dừng hoặc tốc độ bơm rất thấp. Máy bơm chân không nào được sử dụng để đạt được độ chân không cực cao vào thời điểm này? Chúng ta hãy cùng nhau xem xét ngắn gọn.
Chức năng chính của bơm cơ học là cung cấp độ chân không cần thiết trước giai đoạn khởi động của bơm turbo phân tử. Các máy bơm cơ khí thường được sử dụng chủ yếu bao gồmmáy bơm khô xoáy, bơm màng vàmáy bơm cơ khí kín dầu.
Bơm màng có tốc độ bơm thấp hơn nhưng thể tích nhỏ hơn và thường được sử dụng cho các nhóm bơm phân tử nhỏ.
Bơm cơ khí kín dầu là loại bơm cơ khí được sử dụng phổ biến nhất trước đây, có đặc điểm là tốc độ bơm cao và độ chân không cuối cùng tốt. Nhược điểm là thường xảy ra tình trạng hồi dầu. Trong các hệ thống chân không cực cao, van điện từ (được sử dụng để ngăn chặn sự cố mất điện do dầu gây ra hồi dầu) và sàng phân tử (chức năng hấp phụ) thường được sử dụng.
Trong những năm gần đây, máy bơm khô xoáy được sử dụng rộng rãi, có ưu điểm là sử dụng tương đối đơn giản và không hồi dầu. Tuy nhiên, tốc độ bơm và độ chân không cuối cùng của chúng kém hơn một chút so với máy bơm cơ khí kín dầu.
Máy bơm cơ học là nguồn gây ra tiếng ồn và độ rung quan trọng trong phòng thí nghiệm. Chọn máy bơm có độ ồn thấp và đặt chúng trong phòng thiết bị càng nhiều càng tốt là phương pháp tốt hơn, nhưng do hạn chế về khoảng cách làm việc nên điều này thường không dễ đạt được.
Máy bơm turbo phân tử dựa vào các cánh quay tốc độ cao (thường là khoảng 1000 vòng quay mỗi phút) để đạt được dòng khí định hướng và tỷ số giữa áp suất khí thải của máy bơm với áp suất nạp được gọi là tỷ số nén. Tỷ số nén liên quan đến số cấp, tốc độ và loại khí trong máy bơm. Nói chung, khí có trọng lượng phân tử lớn hơn có tỷ số nén cao hơn. Tỷ lệ nén của nitơ là 108-109; Hydro nằm trong khoảng từ 102 đến 104. Độ chân không cuối cùng của bơm turbo phân tử thường được coi là nằm trong khoảng 10-9-10-10mbar. Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ bơm phân tử, chân không cuối cùng đã được cải tiến hơn nữa.
Do ưu điểm của bơm tua bin phân tử chỉ thể hiện ở trạng thái dòng phân tử (trạng thái dòng mà đường đi tự do trung bình của các phân tử khí lớn hơn nhiều so với kích thước tối đa của tiết diện ống dẫn) nên cần phải trang bị với máy bơm chân không phía trước có áp suất làm việc từ 1 đến 10-2Pa. Do các lưỡi dao quay với tốc độ cao, có thể xảy ra hư hỏng hoặc phá hủy bơm phân tử nếu gặp vật lạ, rung lắc, va đập, cộng hưởng hoặc sốc khí. Đối với người mới bắt đầu, nguyên nhân gây thương tích phổ biến nhất là sốc khí do lỗi vận hành. Sự cộng hưởng do máy bơm cơ học gây ra cũng có thể dẫn đến hư hỏng máy bơm phân tử. Tình huống này tuy tương đối hiếm nhưng rất khó phát hiện do tính chất che giấu và cần đặc biệt chú ý.
Ưu điểm của bơm ion phún xạ là độ chân không cuối cùng tốt, không rung, không tiếng ồn, không ô nhiễm, quy trình trưởng thành và ổn định, không cần bảo trì. Ở cùng tốc độ bơm (trừ khí trơ), giá thành của nó thấp hơn nhiều so với bơm phân tử nên được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống chân không siêu cao. Chu kỳ hoạt động bình thường của bơm ion phún xạ thường trên 10 năm.
Máy bơm ion thường yêu cầu áp suất 10-7mbar hoặc cao hơn để hoạt động bình thường (làm việc trong điều kiện chân không kém hơn có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của chúng), do đó cần có cụm bơm phân tử để cung cấp cho chúng độ chân không tốt hơn ở giai đoạn trước. Cách thực hành phổ biến là sử dụng bơm ion+TSP trong buồng chính và trang bị nhóm bơm phân tử nhỏ trong buồng tiêm. Trong quá trình nướng, hãy mở van cắm được kết nối và nhóm bơm phân tử nhỏ sẽ cung cấp chân không ở giai đoạn trước. Sau khi nướng xong, đóng van cắm và sử dụng bơm ion kết hợp với TSP để đạt được độ chân không cực cao
Cần lưu ý rằng bơm ion có khả năng hấp phụ khí trơ kém và tốc độ bơm tối đa cũng có sự khác biệt nhất định so với bơm phân tử. Vì vậy, đối với những tình huống có lượng khí thoát ra lớn hoặc lượng khí trơ lớn thì cần có bộ bơm phân tử. Ngoài ra, bơm ion tạo ra trường điện từ trong quá trình hoạt động, có thể gây nhiễu cho các hệ thống đặc biệt nhạy cảm.
Nguyên lý làm việc của bơm thăng hoa titan dựa vào sự bay hơi của titan kim loại để tạo thành màng titan trên thành buồng để hấp phụ hóa học. Ưu điểm của bơm thăng hoa titan là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, bảo trì dễ dàng, không bức xạ và không có tiếng ồn rung.
Bơm thăng hoa titan thường bao gồm ba sợi titan (để tránh bị cháy), có thể được sử dụng kết hợp với bơm phân tử hoặc bơm ion để đạt được hiệu quả loại bỏ hydro tốt. Đây là máy bơm chân không quan trọng nhất trong phạm vi 10-9-11-11mbar và được trang bị trong hầu hết các buồng chân không siêu cao yêu cầu độ chân không cao.
Nhược điểm của bơm thăng hoa titan là nó yêu cầu phún xạ titan thường xuyên và trong thời gian phún xạ (trong vòng vài phút), chân không sẽ giảm khoảng 1-2 bậc độ lớn. Do đó, một số buồng có yêu cầu cụ thể yêu cầu sử dụng NEG. Ngoài ra, đối với các mẫu/thiết bị nhạy cảm với titan, cần chú ý tránh vị trí đặt bơm thăng hoa titan.
Bơm nhiệt độ thấp
Máy bơm nhiệt độ thấp chủ yếu dựa vào sự hấp phụ vật lý ở nhiệt độ thấp để thu được chân không, với ưu điểm là tốc độ bơm cao, không gây ô nhiễm và độ chân không cuối cùng cao. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ bơm của máy bơm đông lạnh là nhiệt độ và diện tích bề mặt của máy bơm. Trong các hệ thống epit Wax chùm phân tử quy mô lớn, do yêu cầu cao về độ chân không cực cao nên bơm đông lạnh được sử dụng rộng rãi.
Nhược điểm của máy bơm đông lạnh là chúng tiêu thụ một lượng lớn nitơ lỏng và có chi phí vận hành cao. Một hệ thống có bộ làm lạnh tuần hoàn có thể không tiêu thụ nitơ lỏng nhưng có thể gây ra các vấn đề tương ứng như tiêu thụ năng lượng, độ rung và tiếng ồn. Vì vậy, máy bơm đông lạnh ít được sử dụng phổ biến trong các thiết bị thí nghiệm thông thường.
Bơm hút chân không là loại bơm chân không được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây. Ưu điểm của nó là hoàn toàn sử dụng sự hấp phụ hóa học, không tạo ra sự bay hơi và ô nhiễm điện từ, và thường được sử dụng cùng với máy bơm phân tử để thay thế máy bơm thăng hoa titan và máy bơm ion phún xạ. Nhược điểm là chi phí cao hơn và thời gian tái sinh hạn chế. Nó thường được sử dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ ổn định chân không cao hoặc rất nhạy cảm với trường điện từ.
Ngoài ra, do bơm hút không cần nguồn điện bổ sung ngoài lần kích hoạt ban đầu nên nó thường được sử dụng làm bơm phụ để tăng tốc độ bơm và mức độ chân không trong các hệ thống lớn, giúp đơn giản hóa hệ thống một cách hiệu quả.
