Введение
Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но наиболее важным его применением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.
Цель курсового проекта: спроектировать вакуумную систему для сверхвысокого вакуума и разработать вакуумную камеру в соответствии с исходными данными к проекту.
Задачи курсового проекта: определение геометрических размеров вакуумной системы; провести расчет стационарного режима работы вакуумной установки; провести расчет в неустановившемся режиме работы; провести расчет толщины стенок вакуумной камеры.
Исходные данные:
Давление (P), Па |
3·10-5 |
Газовая нагрузка (Q), м3*Па/с |
1,9·10-5 |
Диаметр (d), м |
1 |
Высота (h), м |
1,6 |
Время установившегося режима, мин |
60 |
Время неустановившегося режима, мин |
15 |
Расположение камеры |
вертикальная |
Типы вакуумных насосов |
магниторазрядный и диффузионный |
Выбор вакуумной схемы установки
В зависимости от назначения установки к ее вакуумной системе может быть предъявлен ряд требований, выполнение которых обеспечивает возможность проведения необходимого технологического процесса, осуществимого в вакууме:
Вакуумная система должна обеспечить получение требуемого давления в откачиваемом объеме. Для удовлетворения этого требования вакуумная система должна быть герметичной и снабжена соответствующими средствами откачки, измерения давления, коммутирующими и разъемными элементами. Важным условием выполнения этого требования является подбор материалов, из которых будут изготовлены вакуумная система и ее элементы, а также методы подготовки вакуумной системы к работе.
Вакуумная система должна обеспечить возможность получения требуемой быстроты откачки объема. Для этого вакуумная система должна иметь определенную проводимость, а примененный вакуумный насос должен обладать необходимой быстротой действия.
Вакуумная система должна быть снабжена устройствами для контроля ряда параметров, характеризующих ее состояние (общее и парциальные давления остаточных газов, скорость собственного газовыделения вакуумной системы, скорость накопления отдельных газов и паров в вакуумной системе и т. д.).
При применении автоматических систем управления технологическими процессами вакуумная система должна быть оснащена набором различных датчиков, осуществляющих передачу информации на ЭВМ.
Технологический процесс, осуществляемый на вакуумных установках, часто длится многие десятки часов, поэтому вакуумная система должна быть высоконадежной при эксплуатации и иметь длительный межремонтный период. Это требование вызвано также и тем, что необходимо поддерживать вакуумную систему в рабочем состоянии в течение как можно большего времени.
Схема вакуумной установки представлена на рисунке 1. В нее входят следующие насосы: магниторазрядные, диффузионный и пластинчато-роторный.
CV1 – вакуумная камера; NM1-NM3 – насос магниторазрядный;
ND1 – насос диффузионный; NV1 – насос механический;
PT1-PT3 – вакуумметр тепловой; PА1-PА3 – вакуумметр ионизационный;
VF1, VF2 – клапан дозирующий; VE1-VE3 - клапан с электромагнитным приводом;
VТ1-VT3 – высоковакуумный затвор; BL1 – ловушка заливная.
Рисунок 1. – Схема типовая вакуумная
Вакуумная система для получения сверхвысокого вакуума имеет три типа вакуумных насосов. Насосы NM1-NM3 обеспечивают получение сверхвысокого вакуума, насос ND1 – высокого вакуума, а NV1 создает предварительное разряжение. Манометры PT2 и PA3 необходимы для проверки работоспособности насоса ND1. Манометр PA2 контролирует предельное давление насосов NM1-NM3. Быстрота действия и предельное давление механического насоса NV1 должны быть согласованы с характеристиками насоса для получения высокого вакуума, а диффузионного насоса ND1 – с насосом для получения сверхвысокого вакуума.
Открытие клапана VE1 необходимо для предварительной откачки диффузионного насоса. Предварительно откачивается и вакуумная камера, и магниторазрядные насосы через байпасную магистраль с открытием клапана VE1. Кипятильник насоса ND1 включается при достижении необходимого разряжения в нем. Затем закрывается клапан VE1 и открывается затвор VT1 и откачивается камера CV1 и насосы NM1-NM3, до давления необходимого для включения магниторазрядных насосов. После откачки магниторазрядных насосов, закрывается затвор VT1 и откачивается камера насосами VM1-VM3 до давления необходимого по технологическому процессу.