Quando si lavora con sistemi ad alto vuoto (HV) e a ultra alto vuoto (UHV), è necessario considerare alcuni aspetti specifici per garantire che questi rimangano efficienti e sicuri.
Cosa sono le condizioni HV e UHV?
Gli intervalli di pressione HV sono compresi tra 10 x 10-3 e 10 x 10-7 mbar.
Gli intervalli di pressione UHV sono compresi tra 10 x 10-7 e 10 x 10-12 mbar.
Come per tutti i sistemi per vuoto, gli standard, le regole e i protocolli che regolano i fattori e le questioni in materia di vuoto devono essere spesso riesaminati e riprogettati.
Gli utenti devono regolarmente:
- Controllare i livelli di vuoto
- Rivedere la configurazione della pompa
- Eseguire i controlli di sicurezza
- Valutare i metodi di misurazione
- Sottoporsi a processi di rilevamento delle perdite
Applicazioni
Le applicazioni HV includono:
- Processi metallurgici
- Fisica nucleare
- Simulazione delle condizioni nello spazio
- Strumentazione analitica
Le applicazioni UHV includono:
- Analisi delle superfici
- Fisica ad alta energia
- Epitassia a fascio molecolare (MBE, Molecular Beam Epitaxy)
Considerazioni sull'efficienza
Gli utenti devono eseguire un'attenta valutazione del design, dei materiali e delle condizioni del sistema del vuoto al fine di identificare le aree problematiche. L'efficienza del sistema del vuoto HV e UHV può essere migliorata seguendo diverse best practice:
- Ridurre al minimo l'area della superficie interna della camera.
- Saldare solo dall'interno.
- Utilizzare bassi tassi di desorbimento/degassificazione.
- Pretrattare i materiali, ad esempio sottoponendoli a pulitura elettrolitica.
- Verificare la presenza di spazi interni o volumi intrappolati, come i fori ciechi filettati.
- Utilizzare guarnizioni metalliche.
- Ridurre il numero di guarnizioni e di passanti.
Considerazioni sulle condizioni di lavoro
Degassificazione
La degassificazione è il processo di rilascio di gas che è stato disciolto, intrappolato o assorbito in qualche materiale. Per creare e mantenere puliti gli ambienti con vuoto HV e UHV, gli utenti devono monitorare attentamente la degassificazione.
La degassificazione si verifica in genere quando i materiali di solito non considerati assorbenti rilasciano molecole sufficienti a interferire con i processi industriali o scientifici del vuoto. Le fonti più comuni di degassificazione includono:
- Umidità
- Sigillanti
- Lubrificanti
- Adesivi
- Impurità del metallo
- Incrinature dei cristalli
La pulizia delle superfici, il riscaldamento di singoli componenti o l'esecuzione di una procedura di riscaldamento (bake-out) possono disperdere le sostanze volatili.
Carico di gas
In condizioni di HV e UHV, i livelli di degassificazione e rilascio di gas devono essere mantenuti più bassi possibile.
La riduzione al minimo delle superfici efficaci riduce l'impatto della degassificazione. Maggiore è l'area superficiale, maggiore è la degassificazione e maggiore è la pressione del sistema.
Come faccio a conoscere le mie condizioni operative?
Un analizzatore di gas residui (RGA) è un piccolo spettrometro di massa a quadrupolo, generalmente progettato per l'analisi ambientale, il controllo dei processi e il monitoraggio della contaminazione nei sistemi per vuoto. I compressori RGA sono in grado di monitorare la qualità del vuoto rilevando (e misurando) tracce minute di impurità in un ambiente gassoso a bassa pressione.
Gli RGA sono solitamente montati direttamente sulla camera a vuoto e all'interno di essa. Gli RGA eseguono varie funzioni che sarebbero difficili da ottenere con altri metodi, tra cui l'analisi di varie reazioni di fase gassosa, il monitoraggio delle modifiche che si verificano in qualsiasi ambiente con gas, il rilevamento di perdite di vuoto e la verifica dei controller di flusso di massa.
Considerazioni sulla scelta della pompa
Esistono molti tipi di pompe in grado di produrre pressione del vuoto HV e UHV e la maggior parte delle applicazioni richiede il funzionamento di più pompe insieme. Tuttavia, associare diversi tipi di pompe per vuoto per ottimizzare le prestazioni non è sempre una questione semplice.
La scelta delle pompe è influenzato da diversi fattori, quali:
- Rumorosità e vibrazioni
- Costi iniziali e correnti
- Tolleranza alla contaminazione
- Ingombro
- Requisiti di manutenzione
- Resistenza agli urti
Opzioni di pompe
Pompe di prevuoto
Le opzioni delle pompe di prevuoto includono:
Pompe secondarie
Le principali opzioni delle pompe secondarie capaci di livelli HV e UHV includono:
- Pompe turbomolecolari
- Pompe a diffusione
- Pompe criogeniche
- Pompe ioniche a polverizzazione
- Pompe a sublimazione del titanio
- Pompe ioniche a polverizzazione non evaporabili
Queste pompe producono condizioni di vuoto tramite lo svuotamento, la cattura o la legatura rapida di molecole di gas.
Comprendere i tipi di pompa
Ciascun tipo di pompa presenta vantaggi e svantaggi unici, che aggiungono complessità al processo di selezione.
Ad esempio, i vantaggi delle pompe turbomolecolari includono:
- Semplicità del funzionamento cinetico
- Manutenzione ridotta
- Funzionamento privo di idrocarburi
Gli svantaggi includono:
- Parti mobili che generano vibrazioni
- Velocità di pompaggio ridotta per i gas leggeri
- Sensibilità agli urti meccanici
- Contaminazione da particolato
Gli acquirenti devono sottoporsi a un processo di confronto simile per ciascun tipo di pompa per giungere a una decisione informata.
Riepilogo
Quando si creano condizioni HV e UHV, è fondamentale considerare questi tre fattori: efficienza, considerazioni sulle condizioni di lavoro e selezione della pompa. Un approccio incentrato su questi elementi chiave consentirà di raggiungere prestazioni ottimali e condizioni HV e UHV affidabili.
