Вакуумная техника: термины простым языком

Короткие объяснения понятий, с которыми сталкиваешься при заказе и эксплуатации вакуумного оборудования. Без учебника и формул: что это, зачем нужно и на что влияет при выборе. Если термин связан с тем, что мы изготавливаем, — рядом ссылка на соответствующий раздел.

Диапазоны и единицы Откачка Измерение Герметичность Соединения Материалы Процессы и покрытия

Диапазоны и единицы

Вакуум: Состояние газа при давлении ниже атмосферного. Практически важно не само разрежение, а сколько молекул осталось: чем их меньше, тем реже они сталкиваются с изделием и друг с другом. Именно от этого зависят чистота процесса и работа приборов.
Низкий, средний, высокий, сверхвысокий вакуум: Условные диапазоны. Ориентировочно: низкий — от атмосферы до 100 Па, средний — 100…0,1 Па, высокий — 0,1…10⁻⁵ Па, сверхвысокий — ниже 10⁻⁵ Па. Границы в разных источниках слегка расходятся, поэтому в техническом задании лучше писать конкретное давление, а не название диапазона.; Практический смысл деления в том, что каждому диапазону соответствуют свои насосы, уплотнения и материалы. Переход в следующий диапазон — это не «чуть лучше откачать», а другая конструкция системы.
Паскаль, миллибар, торр: Единицы давления, которые встречаются вперемешку. 1 мбар = 100 Па; 1 торр (мм рт. ст.) ≈ 133,3 Па; атмосфера ≈ 101 325 Па. В отечественной документации обычно Па, в импортных каталогах — мбар или торр. При сверке характеристик первым делом приводите всё к одной единице: расхождение в 100 раз возникает именно здесь.
Остаточное давление: Давление, которое система реально держит после долгой откачки. Определяется не только насосом, но и газовыделением стенок, натеканием через уплотнения и качеством сборки. Насос с паспортным пределом 10⁻⁶ Па в плохо сделанной камере даст на порядки хуже.
Парциальное давление: Давление отдельного компонента в смеси газов. В вакуумной технике важно потому, что суммарное давление может быть в норме, а вредный компонент — вода, масло, растворитель — присутствовать в количестве, недопустимом для процесса.

Откачка

Форвакуум: Предварительное разрежение, которое создают перед включением высоковакуумного насоса. Большинство высоковакуумных насосов не умеют работать «от атмосферы» и требуют, чтобы на выходе уже было разрежение. Отсюда двухступенчатая схема: форвакуумный насос плюс высоковакуумный.
Пластинчато-роторный насос: Самый распространённый форвакуумный насос, с масляным уплотнением. Дёшев и надёжен, но требует ловушки: пары масла способны проникать обратно в камеру — см. вакуумные ловушки.
Сухие насосы: спиральный, мембранный, винтовой: Работают без масла в рабочей камере, поэтому не загрязняют тракт. Выбирают там, где чистота важнее цены: аналитика, полупроводниковые процессы, работа с чувствительными покрытиями.
Турбомолекулярный насос: Высоковакуумный насос с быстро вращающимся ротором, отбрасывающим молекулы газа в сторону выхода. Даёт высокий и сверхвысокий вакуум, но требует форвакуума и боится попадания частиц и резкого напуска воздуха.
Диффузионный насос: Высоковакуумный насос без движущихся частей: струя паров рабочей жидкости увлекает молекулы газа. Прост и вынослив, но неизбежно связан с риском обратного потока паров, поэтому почти всегда работает в паре с охлаждаемой ловушкой.
Быстрота откачки: Объём газа, который насос удаляет за единицу времени, обычно в л/с или м³/ч. Определяет, как быстро система выйдет на режим. Важно помнить: реальная быстрота на камере всегда ниже паспортной из-за сопротивления трубопровода, ловушек и клапанов.
Проводимость тракта: Способность трубопровода пропускать газ. Узкий длинный патрубок может свести на нет мощный насос: в высоком вакууме проводимость падает резко, поэтому диаметр присоединения выбирают не «как удобно», а по расчёту.

Измерение вакуума

Вакуумметр: Прибор для измерения давления ниже атмосферного. Одного универсального не бывает: каждый тип работает в своём диапазоне, поэтому на установке обычно стоят два-три датчика разных принципов.
Датчик Пирани: Измеряет давление по теплоотдаче нагретой нити: чем меньше газа, тем хуже он уносит тепло. Работает примерно от атмосферы до 10⁻² Па. Показания зависят от рода газа — для смеси, отличной от воздуха, нужна поправка.
Ионизационный датчик: Для высокого и сверхвысокого вакуума: газ ионизируется, а по току ионов судят о давлении. Тоже зависит от рода газа и требует аккуратного обращения — при напуске воздуха под напряжением выходит из строя.
Ёмкостный (мембранный) датчик: Измеряет прогиб мембраны, то есть собственно силу давления. Главное достоинство — показания не зависят от рода газа, поэтому его применяют там, где важна абсолютная точность: дозирование, процессы с несколькими газами.

Герметичность

Натекание и скорость натекания: Натекание — проникновение газа снаружи внутрь через неплотности. Измеряется скоростью натекания в мбар·л/с: сколько газа проходит за секунду. Это и есть главный числовой критерий герметичности изделия, его указывают в техническом задании и подтверждают протоколом.
Гелиевое течеискание: Самый чувствительный практичный метод поиска течей: гелий мал, легко проходит через микротрещины и почти отсутствует в воздухе, поэтому его легко обнаружить. Наш диапазон — от 0,1 до 3×10⁻¹¹ мбар·л/с, см. контроль герметичности.
Методы обдува, щупа, вакуумной камеры, накопления: Четыре схемы контроля. Обдув — изделие откачивают, снаружи обдувают гелием, метод показывает, где течь. Щуп — гелий внутри, поиск снаружи щупом. Вакуумная камера — изделие с гелием помещают в откачиваемую камеру, получают суммарное натекание. Накопление — для изделий, которые нельзя откачать или заполнить напрямую.
Виртуальная течь: Коварный случай: реальной неплотности наружу нет, но внутри есть замкнутая полость — глухое отверстие под винт, зазор между приваренными деталями, — которая медленно выпускает накопленный газ. Ведёт себя как течь, но не находится обдувом. Лечится конструкцией: сквозные дренажные пропилы, отсутствие непроливаемых карманов.
Газовыделение: Выход газа из самих стенок и деталей: адсорбированная вода, растворённые газы, пары смазок и полимеров. В высоком вакууме именно газовыделение, а не течи, обычно определяет предельное давление.
Прогрев (обезгаживание): Нагрев откачиваемой системы, чтобы ускорить выход адсорбированной воды со стенок. Требует соответствующих уплотнений: эластомер такого не выдержит, поэтому прогреваемые системы собирают на металлических уплотнениях CF.

Соединения и компоненты

KF (быстроразъёмное соединение): Пара фланцев, центрирующее кольцо с эластомерным уплотнением и зажимной хомут. Собирается без инструмента, поэтому применяется на малых диаметрах и там, где узел часто снимают. Типоразмеры KF10…KF50 — см. фланцы KF.
ISO-K и ISO-F: Один ряд диаметров, два способа стягивания: ISO-K — откидными скобами, ISO-F — болтами по окружности. Первый быстрее разбирается, второй лучше подходит для стационарных стыков большого диаметра. DN 63…500 — ISO-K и ISO-F.
CF (ConFlat): Соединение для сверхвысокого вакуума: ножевые кромки врезаются в медную прокладку. Держит прогрев, почти не выделяет летучих, прокладка одноразовая. CF10…CF400 — фланцы CF.
VCR и VCO: Торцевые уплотнения для газовых линий: VCR — металлической прокладкой, VCO — эластомерным кольцом. Резьба только стягивает узел и со средой не контактирует. Подробно — в справке о соединении VCR.
Сильфон: Гофрированная вставка, которая берёт на себя несоосность, температурные удлинения и вибрацию. Ставится там, где жёсткий стык разошёлся бы по уплотнению — например, между насосом и камерой. См. сильфоны и ниппели.
Вакуумная ловушка: Узел между насосом и камерой, задерживающий то, что не должно попасть внутрь: пары масла, влагу, частицы. Бывает азотной, сорбционной и сетчатой — см. ловушки.
Вакуумная камера: Корпус, внутри которого создаётся разрежение. Её качество определяется не толщиной стенки, а швами, поверхностями под уплотнение и отсутствием непроливаемых полостей — см. изготовление камер.

Материалы и обработка

Нержавеющие стали 304, 316L, 12Х18Н10Т: Основные материалы вакуумной техники: низкое газовыделение, стойкость к коррозии, хорошая свариваемость. 316L предпочтительнее при агрессивных средах, 12Х18Н10Т — отечественный аналог того же класса. Полный перечень марок, включая титан и алюминиевые сплавы, — на странице «Материалы».
Материалы, которых избегают: Латунь, оцинкованные детали, кадмиевые покрытия: цинк и кадмий имеют высокое давление паров и «испаряются» в вакууме, загрязняя систему. Смазки и полимеры применяют только специальные, вакуумные.
Электрохимическая полировка: Обработка, после которой внутренняя поверхность становится гладкой и однородной. Уменьшает площадь реальной поверхности, а с ней газовыделение и удержание влаги; обязательна для трактов особо чистых газов.
Вакуумно-плотная сварка: Сварка, рассчитанная не на прочность, а на отсутствие сквозных дефектов и полостей. Шов кладут изнутри, без окисления, с продувкой — см. орбитальную сварку.

Процессы и покрытия

ALD, атомно-слоевое осаждение (молекулярное наслаивание): Метод получения тонких плёнок последовательными самоограничивающимися реакциями: каждый цикл добавляет строго определённое количество вещества. Толщина задаётся числом циклов — см. ALD-покрытия.
Конформность покрытия: Способность плёнки повторять рельеф с одинаковой толщиной — на выступах, в порах, каналах и глухих полостях. Главное отличие ALD от напыления, которое переносит материал по прямой видимости.
CVD, химическое осаждение из газовой фазы: Плёнка растёт в результате химической реакции на нагретой поверхности. Быстрее ALD, но менее точен по толщине и обычно требует более высоких температур.
PVD, физическое осаждение: Материал переносится физически — распылением или испарением, например магнетронным напылением. Работает по прямой видимости, поэтому сложная геометрия покрывается неравномерно. Оборудование для такого процесса — установки магнетронного напыления.
Прекурсор: Исходное химическое соединение, из которого в реакторе образуется покрытие. Подаётся в виде пара — из барботёра или сублимацией твёрдого вещества.
Термовакуумные испытания: Проверка изделия на совместное действие вакуума и температуры — то есть в условиях, близких к реальной эксплуатации в разрежённой среде. Оборудование — термовакуумные камеры.

НЕ НАШЛИ НУЖНОГО

Спросите — ответим по существу

Если задача сложнее справочной статьи, опишите её словами. Разберёмся и предложим решение, даже если в итоге окажется, что нужное вам изготавливаем не мы.

ЗАЯВКА

Опишите задачу — ответим с оценкой

Чем конкретнее исходные данные — материал, геометрия, условия эксплуатации, — тем точнее будет ответ. Чертёж или эскиз ускоряет подбор технологии.

Телефон: 8 903 092-63-29
Email: sales@nitektech.ru
Почтовый адрес: 195030, Санкт-Петербург, а/я 7