1. Pam Vakum: Powerhouse of Vacuum Systems
Pam vakum menjana dan mengekalkan persekitaran vakum dengan mengeluarkan molekul gas dari ruang tertutup. Mereka dikategorikan berdasarkan julat dan mekanisme operasi mereka:
a. Pam mekanikal
- Jenis: Rotary Vane Pumps, Pam Skru.
- Prinsip: Mampatan mekanikal gas melalui komponen berputar.
Rotary Vane PumpsGunakan pemutar yang dipasang secara eksentrik dengan bilah yang boleh ditarik balik untuk memerangkap dan memampatkan gas.
Pam skruBergantung pada rotor heliks dwi untuk mengangkut gas dengan getaran minimum.
- Prestasi:
Julat tekanan: Vakum rendah (1 × 10⁻³ - 760 Torr).
Ciri -ciri utama: Kelajuan mengepam cepat, keberkesanan kos, dan kesesuaian untuk tahap vakum kasar.
- Aplikasi: Penciptaan pra-vakum (pam foreline), pembekuan pembekuan, dan peralatan makmal.
b. Pam molekul
- Prinsip: Bilah berputar berkelajuan tinggi (20, 000-90, 000 rpm) Sediakan momentum kepada molekul gas, mengarahkannya ke ekzos.
- Prestasi:
Julat tekanan: Vakum tinggi (1 × 10⁻⁹ - 1 × 10⁻³ Torr).
Ciri -ciri utama: Operasi bebas minyak, kritikal untuk proses sensitif pencemaran.
- Jenis:
Pam molekul turbo: Bilah turbin pelbagai peringkat untuk pemindahan gas yang cekap.
Pam molekul hibrid: Campurkan turbo dan seret peringkat untuk liputan tekanan yang lebih luas.
- Aplikasi: Litografi semikonduktor, kimpalan rasuk elektron, dan pemendapan filem nipis.
c. Pam kriogenik
- Prinsip: Molekul gas dipeluwap dan terperangkap pada permukaan yang disejukkan hingga 10-20 K menggunakan helium cecair atau cryocoolers.
- Prestasi:
Julat tekanan: Vakum ultra tinggi (<1×10⁻¹⁰ Torr).
Ciri -ciri utama: Tiada bahagian yang bergerak, operasi ultra-bersih, tetapi memerlukan penjanaan semula berkala untuk melepaskan gas yang terperangkap.
- Aplikasi: Pemecut zarah, ruang simulasi ruang, dan alat analisis permukaan (contohnya, spektroskopi fotoelektron sinar-X).
2. Chambers Vacuum: Kejuruteraan The Void
Bilik-bilik vakum adalah bekas tertutup yang direka untuk mengekalkan persekitaran tekanan rendah.
Reka Bentuk & Bahan
- Keluli tahan karat (304\/316L): Lebih disukai untuk persekitaran vakum yang tinggi dan menghakis (contohnya, etsa plasma).
- Aloi aluminium (6061\/5083): Ringan dan termal konduktif, sesuai untuk penyejukan pesat (misalnya, mikroskop elektron).
Teknologi pengedap
- Anjing laut statik: Gasket logam (tembaga untuk vakum ultra tinggi) atau elastomer O-ring (fluorokarbon untuk kegunaan umum).
- Meterai dinamik: Meterai cecair magnet untuk aci berputar (contohnya, pemacu pam molekul) atau belos untuk pemindahan gerakan.
Kes penggunaan perindustrian
- Sistem salutan: Dewan pemendapan wap fizikal (PVD) untuk lapisan optik atau semikonduktor.
- Instrumen saintifik: Mikroskop elektron yang memerlukan vakum untuk mengelakkan penyebaran elektron.
- Ujian ruang: Mensimulasikan keadaan luar angkasa untuk komponen satelit.
3. Instrumen Pengesanan: Memastikan Ketepatan
a. Pengukur vakum
Instrumen ini mengukur tekanan di pelbagai tahap vakum:
- Pengukur Pirani: Mengesan perubahan kekonduksian terma (10 ⁻⁴ - 760 Torr), sesuai untuk pemantauan vakum kasar.
- Manometer kapasitans: Ukur tekanan melalui pesongan diafragma (10⁻⁴ - 1000 torr), menawarkan ketepatan yang tinggi.
- Pengukur pengionan: Gunakan pengeboman elektron untuk mengionkan molekul gas (10⁻¹⁰-10⁻³ Torr), penting untuk sistem vakum tinggi.
b. Spektrometer jisim helium
- Prinsip: Mengesan gas pengesan helium yang melarikan diri melalui bibir mikro (sensitiviti hingga 10⁻¹² Torr · l\/s).
- Aplikasi:
Fabs semikonduktor: Memastikan ruang pemprosesan wafer bebas kebocoran.
Aeroangkasa: Mengesahkan integriti sistem bahan api dalam kapal angkasa.
HVAC: Menguji meterai litar penyejuk.
Dari membolehkan fabrikasi cip skala nanometer untuk membuka kunci penemuan fizik kuantum, peralatan vakum membentuk tulang belakang teknologi canggih. Sebagai industri mendorong ke arah skala yang lebih kecil dan kecekapan yang lebih tinggi, inovasi dalam reka bentuk pam, bahan ruang, dan pengesanan kebocoran akan terus memacu kemajuan di seluruh sains dan kejuruteraan.