O placă de încălzire care funcționează fiabil în aerul ambiant poate compromite o cameră cu vid înalt-pentru ore sau chiar zile prin eliberarea continuă de umiditate adsorbită și compuși organici volatili. Selectarea echipamentelor pentru service-ul cu vid este în esență un proces de eliminare a oricărui material care nu poate menține un mediu curat, cu presiune ultra-joasă-la o miliardime-din-o scară-atmosferică.
În sistemele de vid, performanța nu este definită doar de capacitatea de încălzire. Este definită de cât de puțin contribuie structura la încărcarea cu gaz, contaminarea și întârzierea-la pompare. Selectarea unuimaterialul plăcii de încălzire acoperire vid înalt eliberare redusă de gazePrin urmare, sistemul devine o disciplină de reținere a materialelor și de inginerie controlată a suprafețelor.
Selectarea materialului de bază pentru plăcile de încălzire cu vid
Oțel inoxidabil 316L ca linie de bază standard
În majoritatea sistemelor termice cu vid înalt-, oțelul inoxidabil 316L este considerat materialul structural implicit.
Avantajele sale includ:
Degajare intrinsecă foarte scăzută după curățarea corespunzătoare
Stabilitate mecanică ridicată la cicluri termice
Rezistență excelentă la coroziune
Compatibilitate cu procedurile de coacere-vacuum
Permeabilitatea minimă a gazelor atunci când este procesată corespunzător
Atunci când este supus curățării cu vid-și electrolușării, oțelul inoxidabil prezintă rate extrem de scăzute de degajare a gazelor, ceea ce îl face potrivit pentru medii cu vid ultra{-înalt (UHV).
Condiționarea suprafeței joacă un rol esențial. Electropolished 316L oferă o suprafață netedă, cu energie redusă-care reduce locurile de adsorbție pentru apă și hidrocarburi.
Aspirat-Aluminiu pentru sisteme ușoare
Aliajele de aluminiu sunt, de asemenea, utilizate în plăcile de încălzire în vid, unde reducerea greutății și reacția termică sunt importante.
Cu toate acestea, aluminiul necesită o pregătire atentă a suprafeței:
Se preferă lustruirea electro-
Pot fi aplicate acoperiri de conversie chimică compatibile cu vid-
Porozitatea suprafeței trebuie redusă la minimum
Anodizarea standard este, în general, nepotrivită pentru serviciul de vid înalt. Structura poroasă de oxid se comportă ca un burete, captând umezeala și hidrocarburile care sunt eliberate lent în timpul funcționării.
Acest lucru duce la timpi de pompare{0}}prelungiți și la condiții instabile de vid.
Acoperiri de suprafață și compatibilitate
Acoperiri subțiri PFA pentru protecție chimică
În unele aplicații, pentru rezistența chimică poate fi utilizată o acoperire PFA (perfluoroalcoxi) foarte subțire.
Când este aplicat corespunzător și copt-aspirat, PFA oferă:
Permeabilitate relativ scăzută la gaze
Inerție chimică
Comportament stabil la temperaturi moderate
Cu toate acestea, grosimea acoperirii trebuie să rămână minimă. Straturile groase de fluoropolimer sunt de obicei evitate deoarece gazele prinse în matricea polimerică pot fi eliberate treptat în condiții de vid.
Acest efect mărește sarcina de degajare și întârzie stabilizarea presiunii în cameră.
Materiale de evitat în sistemele de vid
Anumite materiale sunt fundamental incompatibile cumaterialul plăcii de încălzire acoperire vid înalt eliberare redusă de gazecerințe.
Materialele excluse în mod obișnuit includ:
Foaie standard de PTFE sau acoperiri groase de PTFE pulverizate
Vopsele organice și acoperiri pe bază de polimer-
Adezivi și agenți de lipire
Lubrifianți și grăsimi în zonele expuse
Izolație de sârmă fără-vid-
Straturi poroase din aluminiu anodizat
Se știe, în special, că PTFE absoarbe moleculele mici și le eliberează lent în timp, crescând durata de pompare-și contaminând procesele sensibile de vid.
Principii de proiectare pentru plăcile de încălzire cu-degasare scăzută
Minimizarea volumelor prinse
Într-o cameră cu vid, fiecare obiect este un potențial emițător de gaz.
Prin urmare, geometria de proiectare trebuie să evite:
Găuri oarbe fără căi de aerisire
Cavități închise
Goluri sigilate suprapuse
Caracteristici filetate neventilate
Toate golurile interne trebuie să fie ventilate pentru a permite evacuarea gazelor în timpul ciclurilor de pompare-în jos și coacere-.
Aerisire și proiectare mecanică
Toate conexiunile filetate ar trebui să fie ventilate prin găuri transversale-sau fante. Acest lucru previne scurgerile virtuale cauzate de pungile de aer prinse care eliberează lent gaz în timp.
Construcțiile sudate sau lipite sunt de preferat față de ansamblurile mecanice ori de câte ori este posibil.
Cerințe privind coacerea în vid-și testarea scurgerilor
Condiționare termică înainte de service
Un pas critic în orice sistem de plăci de încălzire compatibil cu vid-este coacerea cu vid-după-fabricare.
Acest proces:
Alungă umezeala absorbită
Îndepărtează reziduurile organice volatile
Stabilizează chimia suprafeței
Reduce ratele-de degajare pe termen lung
Temperaturile de coacere-de coacere sunt de obicei specificate peste temperatura de serviciu prevăzută pentru a asigura condiționarea completă a tuturor materialelor.
Testarea scurgerilor de heliu
Testarea scurgerilor prin spectrometrie de masă cu heliu este utilizată pentru a verifica integritatea sistemului.
Acest proces detectează:
Scurgeri reale prin îmbinări sau suduri
Scurgeri virtuale din volumele blocate
Micro-fisuri în structurile sudate
Numai după ce a trecut testul de scurgere cu heliu, sistemul poate fi considerat adecvat pentru funcționarea în vid înalt sau ultra{0}}.
Standarde de performanță în degajare
Cerințe ASTM E595
Materialele ne-metalice utilizate în sistemele de vid sunt adesea evaluate folosind criteriile ASTM E595.
Limitele tipice de acceptare includ:
Pierdere totală de masă (TML): mai puțin de 1,0%
Material condensabil volatil colectat (CVCM): mai puțin de 0,1%
Acești parametri asigură că materialele nu vor elibera compuși volatili excesivi în condiții de vid și temperatură ridicată.
Comportamentul metalelor curățate
Metalele prelucrate corespunzător, cum ar fi oțelul inoxidabil și aluminiul prezintă rate extrem de scăzute de degajare atunci când:
Curățat temeinic
Coaptă în vid
Pasivat sau electro-lustruit corespunzător
Prin urmare, suprafețele metalice sunt fundația structurală preferată pentru plăcile de încălzire în vid.
Considerații operaționale în medii de vid
Fiecare suprafață ca sursă de gaz
În ingineria vidului, fiecare suprafață expusă contribuie la sarcina totală de gaz.
Chiar și straturile de contaminare în urme pot domina comportamentul sistemului în timpul etapelor incipiente de pompare-down.
Ca urmare, selecția materialelor se referă mai puțin la îmbunătățirea performanței și mai mult la eliminarea factorilor care contribuie inutil la evoluția gazului.
Efecte de ciclism termic
Ciclurile repetate de încălzire și răcire pot determina difuzia gazelor captate din straturile subterane. Materialele cu structuri poroase sau incluziuni de polimer tind să se înrăutățească în timp, în timp ce suprafețele metalice dense rămân stabile.
Concluzie
Selectarea unei plăci de încălzire pentru aplicații cu vid necesită o abordare extrem de disciplinată a ingineriei materialelor și a suprafețelor. Soluția optimă pentrumaterialul plăcii de încălzire acoperire vid înalt eliberare redusă de gazesistemele se bazează, de obicei, pe oțel inoxidabil 316L sau aluminiu-de vid, combinate cu straturi subțiri lustruite electrolcuit sau controlate cu grijă, acolo unde este necesar.
Materialele precum PTFE standard, adezivii, lubrifianții și finisajele anodizate poroase sunt evitate datorită comportamentului persistent de degazare și a reținerii umidității. În schimb, performanța este obținută prin curățenie, simplitate structurală și chimie controlată a suprafeței.
O procedură obligatorie de coacere-vacuum și de testare a scurgerilor de heliu asigură că toate substanțele volatile reziduale și scurgerile virtuale sunt eliminate înainte de operare.
În cele din urmă, designul plăcii de încălzire cu vid înalt-este definit de disciplina extremă a materialelor. În astfel de medii, absența materialelor inutile este avantajul principal de performanță, iar curățenia devine nu doar o cerință a procesului, ci o proprietate fizică măsurabilă care guvernează stabilitatea sistemului.
