Почему камера становится источником газовой нагрузки
Новая камера, камера после чистки или длительного хранения может требовать дополнительной подготовки перед эксплуатацией. Даже при наличии расчётных данных по откачке, предельному остаточному давлению и скорости газовыделения фактическое состояние конкретной системы способно заметно изменить результат первоначальной откачки.
В загрязнённой камере общая газовая нагрузка может быть на порядок выше значений газовыделения материалов, приведённых в документации. Первая кривая откачки в таком случае обычно показывает более высокое давление, чем можно ожидать для нормальной рабочей камеры.
Анализатор остаточных газов (RGA) в подобных условиях, как правило, фиксирует повышенное содержание водяного пара и пики загрязняющих газов, связанных с остатками чистящих средств и углеводородов. На внутренних поверхностях образуется слой адсорбированной воды; в нём могут удерживаться летучие загрязнения и следовые углеводороды из атмосферного воздуха.
Остатки чистящих средств и обезжиривателей, а также загрязнения в порах, трещинах, фланцевых зазорах и других виртуальных утечках продолжают влиять на вакуум. Длительная откачка способна удалить часть таких молекул, однако для многих систем требуется последовательный процесс очистки.
Цель подготовки вакуумной системы
После подготовки камеры и связанных с ней компонентов газовая нагрузка, воздействующая на высоковакуумный насос, должна находиться в пределах скоростей газовыделения материалов, указанных в документации. Это необходимо для ввода системы в эксплуатацию по назначению.
Подготовка касается не только поверхности камеры. Вода и растворители могут удерживаться в тонкой оксидной плёнке на металле, а эластомерные уплотнительные кольца способны содержать поглощённые загрязнения. Поэтому метод очистки выбирают с учётом требуемого предельного давления, назначения системы, её конструкции и используемых материалов.
Методы очистки и их ограничения
Уплотнительные кольца и вакуумный прогрев
Новые эластомерные уплотнительные кольца из Viton могут содержать воду, растворители, смазку для форм и непрореагировавшие мономеры. Перед установкой или после воздействия загрязнителей их рассматривают как самостоятельный источник газовой нагрузки.
В исходном материале для таких колец указан вакуумный прогрев при 150 °C. Для Viton приведено ограничение: нагрев выше 160 °C может приводить к разрушению материала. Допустимую температуру и режим прогрева необходимо соотносить с материалом уплотнений и всей конструкцией системы.
В системах сверхвысокого вакуума с металлическими прокладками прогрев камеры и форвакуумной части может быть штатной процедурой. Для систем с эластомерными уплотнениями температурные ограничения становятся одним из определяющих факторов.
Продувка нагретым азотом
Горячий азот (N2) может применяться для удаления поверхностных загрязнений. В исходном примере очищенный газ проходит через нагреватель и медленно протекает через камеру в течение примерно 15–30 минут, унося загрязнения через небольшое выпускное отверстие. Время и температуру подбирают для конкретной системы; для высокого вакуума этот метод рассматривают как частичное решение.
Инфракрасный прогрев
ИК-лампы внутри камеры нагревают внутренние поверхности и способствуют десорбции воды и других загрязнений из оксидного слоя, пор, трещин и зон виртуальных утечек. Ограничения метода — холодные участки, температурная стойкость уплотнений и риск переноса углеводородов в высоковакуумный насос.
Ультрафиолетовое излучение
УФ-лампы с длиной волны 185 и 254 нм повышают энергию адсорбированных молекул воды и способствуют их десорбции. Такое излучение также может разрушать межуглеродные связи в углеводородных загрязнениях; его действие ограничено поверхностью и десорбируемым газом.
Совместное ИК- и УФ-воздействие
ИК-источник помогает высвободить загрязнения из объёма материала, а УФ-излучение действует после их выхода на поверхность или десорбции. Сочетание методов рассматривают как способ усилить подготовку камеры при наличии соответствующих условий.
Тлеющий разряд
Для очистки камеры могут использоваться разные газовые смеси. В исходном материале как инертная среда для многих задач приведён аргон (Ar): активные частицы в тлеющем разряде способны удалять стойкие загрязнения при бомбардировке поверхности.
При УФ-обработке водяной пар может образовывать реакционноспособные радикалы OH*, которые взаимодействуют с углеводородами. При этом метод практически не влияет на загрязнения, поглощённые в объёме материала, и на ловушки виртуальных утечек. Эти ограничения важно учитывать при выборе одного или нескольких способов подготовки.
Что учитывать при выборе метода
Универсального режима очистки не существует: метод зависит от состояния камеры и требований технологического процесса. Перед началом работ полезно определить, какие источники загрязнений преобладают и какие ограничения накладывает система.
- Требуемое предельное остаточное давление и режим работы вакуумной системы.
- Материалы камеры, уплотнений и элементов, находящихся в вакуумном объёме.
- Наличие воды, углеводородов, остатков чистящих средств и загрязнений в труднодоступных полостях.
- Допустимая температура, равномерность прогрева и защита высоковакуумного насоса.
- Возможность применения продувки, ИК- или УФ-источников либо тлеющего разряда.
Выбранный метод или комбинация методов должны соответствовать состоянию системы и выполняемому процессу. Тщательная оценка условий подготовки помогает сократить время выхода на рабочий вакуум без применения неподходящих воздействий к чувствительным материалам.
Нужна консультация по подготовке вакуумной камеры?
Опишите процесс, требуемое давление, объём и материалы камеры, тип уплотнений, состав загрязнений, действующую схему откачки и ограничения по температуре. Инженер рассмотрит исходные данные для предварительной консультации.
