Cuando se trabaja con sistemas de alto vacío (HV) y ultra-alto vacío (UHV), hay aspectos específicos que hay que tener en cuenta para garantizar que sigan siendo eficientes y seguros.
¿Cuáles son las condiciones de alto y ultra-alto vacío?
Los rangos de alto vacío son los que están entre 10 x 10-3y 10 x 10-7 mbar.
Los rangos de ultra-alto vacío son los que están entre 10 x 10-7y 10 x 10-12 mbar.
Al igual que con todos los sistemas de vacío, los estándares, reglas y protocolos establecidos que rigen los factores y asuntos de vacío deben reexaminarse y rediseñarse con frecuencia.
Con frecuencia, los usuarios deben:
- Comprobar los niveles de vacío.
- Revisar la configuración de la bomba.
- Realizar comprobaciones de seguridad.
- Evaluar métodos de medición.
- Realizar procesos de detección de fugas.
Aplicaciones
Las aplicaciones de alto vacío incluyen:
- Procesos metalúrgicos.
- Física nuclear.
- Simulaciones espaciales.
- Instrumentos analíticos.
Las aplicaciones de ultra-alto vacío incluyen:
- Análisis de superficies
- Física de alta energía.
- Crecimiento epitaxial por haces moleculares (MBE).
Consideraciones de eficiencia
Los usuarios deben realizar una evaluación cuidadosa del diseño, los materiales y el estado del sistema de vacío para identificar las áreas problemáticas. La eficiencia de los sistemas de alto y ultra-alto vacío se puede mejorar siguiendo varias prácticas recomendadas:
- Minimice la superficie interna de la cámara.
- Suelde solo desde el interior.
- Utilice bajas velocidades de desorción/desgasificación.
- Realice un tratamiento previo de los materiales: por ejemplo, someter a electro-pulido.
- Compruebe si hay huecos internos o volúmenes atrapados, como agujeros ciegos.
- Utilice sellos metálicos.
- Reduzca el número de sellos y de alimentaciones.
Consideraciones sobre las condiciones de trabajo
Desgasificación
La desgasificación es el proceso de liberación de gas que se disolvió, atrapó o absorbió en algún material. Para crear y mantener entornos de alto y ultra-alto vacío limpios, los usuarios deben supervisar cuidadosamente la desgasificación.
La desgasificación se produce normalmente cuando los materiales que no se consideran absorbentes liberan suficientes moléculas para interferir con los procesos de vacío industriales o científicos. Las fuentes comunes de desgasificación incluyen:
- Humedad
- Selladores
- Lubricantes
- Adhesivos
- Impurezas metálicas
- Grietas en el cristal
La limpieza de superficies, el calentamiento de componentes individuales o la realización de un secado pueden expulsar los volátiles.
Carga de gas
En condiciones de alto y ultra-alto vacío, los niveles de desgasificación deben mantenerse lo más bajos posible.
Al minimizar las superficies se reduce el impacto de la desgasificación. Cuanto mayor sea la superficie, mayor será la desgasificación y la presión del sistema.
¿Cómo saber mis condiciones de funcionamiento?
Un analizador de gases residuales (RGA) es un espectrómetro de masas cuadrupolar pequeño, diseñado normalmente para el análisis del entorno, el control de procesos y la monitorización de la contaminación en sistemas de vacío. Los RGA pueden controlar la calidad del vacío mediante la detección (y medición) de trazas diminutas de impurezas en un entorno gaseoso a baja presión.
Los RGA suelen montarse directamente sobre la cámara de vacío y en ella. Los RGA realizan varias funciones que serían difíciles de obtener por otros métodos, incluyendo: el análisis de varias reacciones de fase gaseosa, la monitorización de cambios que ocurren en cualquier entorno de gas, la detección de fugas de vacío y la comprobación de controladores de flujo de masa.
Consideraciones sobre la selección de bombas
Hay muchos tipos de bombas capaces de producir presión de alto y ultra-alto vacío, y la mayoría de las aplicaciones requieren que varias bombas trabajen juntas. Sin embargo, emparejar diferentes tipos de bombas de vacío para optimizar el rendimiento no siempre es una cuestión sencilla.
Varios factores afectan a la elección de las bombas, como:
- Ruido y vibraciones
- Costes iniciales y continuos
- Tolerancia a la contaminación
- Espacio ocupado
- Requisitos de mantenimiento
- Resistencia a los golpes
Opciones de bomba
Bombas preliminares
Las opciones de bombas preliminares incluyen:
- Bombas de diafragma
- Bombas de scroll
- Bombas Roots multietapa
- Bombas de tornillo
Bombas secundarias
Las opciones principales de bombas secundarias capaces de alcanzar niveles de alto y ultra-alto vacío incluyen:
- Bombas turbomoleculares
- Bombas de difusión
- Bombas criogénicas
- Bombas de iones
- Bombas de sublimación de titanio
- Bombas no evaporables
Estas bombas producen condiciones de vacío evacuando, capturando o atando rápidamente moléculas de gas.
Descripción de los tipos de bomba
Cada tipo de bomba tiene ventajas y desventajas únicas, lo que añade complejidad al proceso de selección.
Por ejemplo, las ventajas de las bombas turbomoleculares incluyen:
- Funcionamiento cinético sencillo
- Bajo mantenimiento
- Funcionamiento sin hidrocarburos
Las desventajas incluyen:
- Piezas móviles que generan vibraciones
- Velocidad de bombeo reducida para gases ligeros
- Sensibilidad a golpes mecánicos
- Contaminación por partículas
Los compradores deben someterse a un proceso de comparación similar para cada tipo de bomba a fin de tomar una decisión bien fundamentada.
Resumen
Al crear condiciones de alto y ultra-alto vacío, es fundamental tener en cuenta estos tres factores: eficiencia, consideraciones sobre las condiciones de trabajo y selección de la bomba. Un enfoque centrado en estos elementos clave, lo mantendrá en el camino para ofrecer un rendimiento óptimo y unas condiciones fiables de alto y ultra-alto vacío.
