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    技術文章
    淺述真空系統中真空室加工工藝

    1真空室概述

    真空系統的核心是真空室,它是針對具體應用量身定做的。它包括應用并將其可靠地與外部分離或防止環境受內部流程影響。不管干燥過程是否需要高真空環境,等離子體過程都需要在中或高真空環境下進行,而表面研究也需要在高真空環境下進行:–真空室必須始終機械地承受其與大氣的壓差。

    歐盟標準規定真空容器不受任何基于設計和計算的具體準則的影響。它們不是壓力設備(壓力設備指令2014/68/EU適用于具有內部壓力大于500hPa的部件),而且根據機械指令2006/42/EC它們不屬于機器。然而,它們必須以安全可靠的方式進行設計、計算和生產,并在交付前進行測試。

    圓柱管、球體、平板或模具配件壁厚的計算,如盤形底,可使用AD-2000手冊進行。AD2000規定實際上是“壓力容器工作委員會”設計制定的,用于對壓力容器的計算,但也描述負載條件“外部過壓”。在這里,您將發現,例如,計算所需壁厚的方程包括圓柱管的“彈性屈曲”或“塑性變形”等。

    由于矩形腔室或類似設計,必須檢查表面偏轉和出現的張力。如果它們過高,必須增加壁厚或對該區使用進行加固,如通額外的焊接肋板。為此,可以使用采用有限元法(FEM)執行機械計算的程序來優化腔室設計。除允許的機械應力外,也有必要檢查在負載條件“外部環境、真空內部”下密封面是否互相保持齊平。如果密封面歪曲,可能發生泄漏,阻礙腔室的使用。

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    具有冷卻剖面和水冷法蘭的EUV光源室

    腔室的基本形狀通常由應用決定。對于腔體,如可能,應該選擇圓柱管,它有利于物料的投放和系統的穩定性。對于較小的公稱通徑,平底可密封管側,較大直徑應該通過盤形底來密封,以限制物質投入和腔室的質量。示例:直徑為600mm的腔室需要平底,大約是盤形底壁厚的三倍。具有配件蓋的主法蘭允許進入腔室,門鉸鏈的使用提高了易用性。外部的腔室支腳確保了穩定性,環首螺絲或起重卸扣可實現安全運輸。

    如果腔室要進行回火或內部熱源導致腔室蓋過熱,必須提供腔室冷卻系統。這可通過焊接冷卻剖面或大面積墊板冷卻(圖)或甚至作為雙重容器來實現。

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    具有墊板冷卻的空間模擬室

    2真空室加工-表面

    真空室和部件的內表面是在高真空和超高真空下實現工作壓力的重要因素。必須在該條件下進行加工,以最小化有效表面,并產生具有最小解吸率的表面。

    真空室和部件的表面往往是在焊接和機械加工后經過精細玻璃珠噴砂的。具有限定直徑的高壓玻璃珠被吹到表面上。密封面不能被噴砂,所以在噴砂過程中要將其蓋住。這個過程對表面僅密封,使表面精確齊平,去除近表面層,如色斑,并產生裝飾性的外觀。要噴砂的表面必須清潔、無油脂,砂礫介質必須定期更換,特別是在改變材料類別時,如鐵素體何奧氏體不銹鋼。

    01研磨

    用于消除宏觀粗糙度,使其無氧化皮、水垢或劃痕。這應該在清潔、無油、無油脂的表面上進行,并且磨料不應被加工到表面里。根據初始粗糙度和要去除的層厚度,應該采用越來越細的顆粒,使用橫磨方法(即:交替研磨方向)在幾個步驟中進行研磨。研磨通常是隨后表面處理(如電拋光)的準備步驟。研磨產生視覺上統一的印象。憑借已經相對光滑、酸洗的表面,研磨可以產生更多的裝飾效果,而且還可以增大表面積。

    02刷光

    用于焊縫的后處理。所用刷子必須由不銹鋼制成,并且不得受到其他物質的污染,保證無異物被帶到表面上。這同樣適用于拋光。拋光或磨損可能不增加到表面上和/或然后必須完全去除。有效的表面積不得通過微觀粗糙來增加。

    03酸洗

    是清潔表面的一種有效方法。雜質和大約1至2μm厚的表層被溶解。相關酸洗參數,如染色劑濃度、溫度或酸洗時間,必須嚴格遵守,以避免過度酸洗。酸洗后,必須集中沖洗,以去除酸洗液的所有殘余物。酸洗過程只能略微改變表面粗糙度。

    04 電拋光

    是金屬選擇性陽極通過使用DC電源溶解到電解液中。在這種情況下,通常去除表面12至15μm的顆粒,以產生結晶的純凈表面。為均勻地去除表面,必須頻繁地制造適合于部件的電極。這使得過程變得復雜起來。此外,CF密封面必須被覆蓋,因為作為邊緣,電場強度局部增大,從而導致材料去除增加。在UHV用戶中,該過程是有爭議的。對氫進入表面或通過電解液殘余物進入表面上進行了討論。如酸洗一樣,在電拋光后,必須徹底沖洗部件。此外,在這之后應進行泄漏測試,因為焊縫區域的物質被去除了。根據先前條件,電拋光可以減少一半的表面粗糙度。

    通常情況下,根據實驗或過程,在用戶和設計師之間的對話中設計腔室。單獨定制腔室的另一選擇是標準的真空室。這些是預配置的基礎結構,可通過自由可選的端口予以補充。與完全定制的真空室相比,它們更加快速、實惠。

    3真空室加工—清潔

    清潔表面是真空技術中的先決條件。必須去除表面上的所有雜質,以使其在真空條件下不解吸、不產生氣體負荷或沉積在部件上。

    最初的預處理是必需的,例如,用高壓清洗器,以去除粗污垢。隨后,將在多腔室超聲波中清洗部件。首次清潔是在超聲波條件下使用特殊的清潔劑進行,對表面進行清潔和脫脂。污物沾有表面上的表面活性劑,并粘著在清洗液中。清洗液的pH值必須調整到適合于腔室材料的范圍。在其他清洗液中,清潔劑通過預沖洗、然后用熱去離子水徹底沖洗才能完全去除。在這之后,必須在高溫、無塵、無烴空氣中快速完成干燥。大型腔室使用蒸汽或高壓清洗器與特殊的清洗劑進行清洗。然后,必須使用熱的去離子水再次清洗數次,最后在高溫空氣中進行快速干燥。

    清潔后,真空側表面必須只能佩戴清潔、不起毛的手套觸摸。所用包裝為PE塑料薄膜,且密封面和刀刃輪廓用PE帽保護。

    已清潔部件表面仍然有出氣源。在UHV下,明確吸附的水分子和貯存在空氣中的烴痕是殘余氣體的最大來源。為有效地去除表面的這些物質,對UHV腔室進行加熱。在壓力小于1·10-6hPa的連續排空下,部件通常加熱到150°C至300°C約48小時。

    通過物理吸附或化學吸附粘著在表面的外來原子通過這些過程獲得熱能量,它們憑借這些熱量可溶解粘著物并將其從表面釋放。從表面釋放的分子必須通過真空泵從系統中去除。在冷卻后,獲得的最終壓力已經下降了幾個量級。如果腔室被排空,表面會再次附著分子。使用干燥氮氣作為溢出氣體并簡短暴露于大氣中并不能完全防止表面上形成水組織,只能減少它。為在容許的抽空時間內達到最終壓力,小于1·10-8hPa,再次烘烤是不可避免的。

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