A krioszivattyú egy vákuumszivattyú, amely alacsony hőmérsékletű felületet használ a gáz kondenzálására, más néven kondenzátumszivattyú. A krioszivattyú a legalacsonyabb végső nyomással és a legnagyobb szivattyúzási sebességgel rendelkező vákuumszivattyú a tiszta vákuum eléréséhez. Széles körben használják félvezetők és integrált áramkörök kutatásában és gyártásában, valamint molekuláris sugárkutatásban, vákuumbevonó berendezésekben, vákuumfelület-elemző műszerekben, ionimplanterekben és térszimulációkban. eszközök stb.
A szivattyúzási elv egy folyékony héliummal nagyon alacsony hőmérsékletre hűtött hideglemezzel vagy egy hűtővel van felszerelve a krioszivattyúban. Kondenzálja a gázt, és a kondenzátum gőznyomását a szivattyú végső nyomása alatt tartja, hogy elérje a szivattyúzási hatást. Az alacsony hőmérsékletű szivattyúzás fő funkciói az alacsony hőmérsékletű kondenzáció, az alacsony hőmérsékletű adszorpció és az alacsony hőmérsékletű rögzítés.
① Alacsony hőmérsékletű kondenzáció: a gázmolekulák a hideglemez felületén vagy a kondenzált gázrétegen kondenzálódnak, és az egyensúlyi nyomás alapvetően megegyezik a kondenzátum gőznyomásával. Levegő szivattyúzásakor a hideglemez hőmérsékletének 25K-nál alacsonyabbnak kell lennie; hidrogén szivattyúzásakor a hideglemez hőmérséklete alacsonyabb. Az alacsony hőmérsékletű kondenzációs és extrakciós kondenzációs réteg vastagsága elérheti a 10 mm-t.
② Alacsony hőmérsékletű adszorpció: A gázmolekulák a hideglemezre bevont adszorbens felületén adszorbeálódnak monomolekuláris réteg vastagságban (10-8 cm-es sorrend). Az adszorpció egyensúlyi nyomása sokkal alacsonyabb, mint az azonos hőmérsékletű gőznyomás. Például a hidrogén gőznyomása 20 K hőmérsékleten megegyezik a légköri nyomással, és az adszorpciós egyensúlyi nyomás kisebb, mint 10-8 Pa, amikor a 20 K aktív szén elnyeli a hidrogént. Ez lehetővé teszi a szivattyúzást kriogén adszorpcióval magasabb hőmérsékleten.
③ Kriogén csapdázás: Az extrakciós hőmérsékleten nem kondenzálható gázmolekulákat a növekvő kondenzálható gázréteg betemeti és adszorbeálja.
Általánosságban elmondható, hogy a szivattyú végső nyomása a kondenzált gáz gőznyomása a hideglemez hőmérsékletén. Amikor a hőmérséklet 120 K, a víz gőznyomása már alacsonyabb, mint 10-8 Pa. Amikor a hőmérséklet 20 K, a hélium, a neon és a hidrogén kivételével más gázok gőznyomása is alacsonyabb, mint {{3} } Pa. A szivattyúzott tartály és a kriogén hűtőlemez eltérő hőmérséklete miatt azonban a szivattyú végső nyomása nagyobb, mint a kondenzátum gőznyomása. Szobahőmérsékletű, 20 K-es kriopanellel rendelkező edényben a szivattyú végső nyomása körülbelül 4-szerese a kondenzátum gőznyomásának.
A típusú krioszivattyúk két típusra oszthatók: befecskendező folyékony hélium krioszivattyúkra és zárt rendszerű gáz-hélium hűtő-krioszivattyúkra.
① Befecskendezett folyékony hélium krioszivattyú: Főleg egy folyékony hélium tartályból, egy szivattyútestből és egy terelőlemezhez csatlakoztatott folyékony nitrogén üregből áll. A folyékony hélium fogyasztásának csökkentése érdekében a folyékony héliumtartály külső fala kétrétegű hőszigetelő falat vesz fel, és közben kiürül.
Amikor a szivattyút 10-6 Pa nyomásra előszivattyúzzák, folyékony nitrogént és folyékony héliumot öntenek bele, és a gáz lecsapódik a 4,2K működő hideglemezen. Az előszivattyúzás után a hélium és a hidrogén parciális nyomása 10-12 Pa nagyságrendű, így a szivattyú 10-11 Pa alatti végső nyomást érhet el. Ha a folyékony héliumtartályt evakuálják és nyomásmentesítik 6650 Pa, a folyékony hélium hőmérséklete 2,3K-ra csökkenthető, és alsó határnyomás érhető el.
②Zárt rendszerű gázhélium hűtőszekrény kriogén szivattyúja: Ez egy új típusú kriogén szivattyú, amely az 1970-es években jelent meg (a képen). Ez a szivattyú nem fogyaszt héliumot, könnyen kezelhető, könnyen karbantartható, és egyre gyakrabban használják. A hűtőszekrény hűtőközege gázhélium, az elsődleges hűtőlemez hőmérséklete 50-100K, amely a vízgőz kondenzálására és egyéb gázok előhűtésére szolgál; a másodlagos hideglemez hőmérséklete 10-20K, amelyet nitrogén, oxigén és argon és egyéb gázok kondenzálására használnak.
A másodlagos hideglemez belső felülete aktív szénnel van bevonva. Az aktív szén fajlagos felülete 500-2500 m2/g, alacsony hőmérsékleten erős adszorpciós képességgel rendelkezik a hélium, a neon és a hidrogén számára. A hideglemez oxigénmentes rézből készül, a felület pedig tükörszintre polírozott, hogy csökkentse az emissziót. A szivattyú végnyomása 10-7 ~ 10-8 Pa, az üzemi nyomástartomány 10-1 ~ 10-7 Pa, és az előszivattyúzási nyomásnak 1 Pa-nak kell lennie. .
A késztermék szivattyúzási sebessége elérte a 60,000 liter/sec (1 liter=10-3 m3) értéket. Ezenkívül az eljárás jellemzői szerint a levegőelszívás hideglemeze elhelyezhető a szivattyúzott tartályban, és a levegő elszívási sebessége elérheti a 106 liter/sec-et.
Alacsony hőterhelés Az olajszivattyú hőterhelése elsősorban a gáz kondenzációs hője és a környező fal sugárzó hője a működő hideglemez felőli oldalon. A kondenzációs hő a gáz típusától függ. 80K és 133,322 Pa literes nitrogén esetén a kondenzációs hő egy 20 K-os hideglemezen 0.3-0.6 joule.
A működő hideglemez által kapott sugárzó hő arányos a környező falpanel hőmérsékletének 4. hatványa és a működő hideglemez hőmérséklete közötti különbséggel. Ezért a 4,2K és 20K működő hideglemezeket 50-100K hideglemezekkel árnyékolják, hogy csökkentsék a működő hideglemezek által kapott sugárzó hőt.