Virbactd.ru

Авто шины и диски
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вакуумная насосная станция и ее особенности

Вакуумная насосная станция и ее особенности

Насосные станции представлены целостными комплексами конструкций, обладающих высокотехнологической степенью. Они готовы снабдить водой гигантские индустриальные аппараты, механизмы пожарной отрасли или обеспечить подачей воды здание и в том числе крупный мегаполис. К тому же, они могут отводить канализационную воду и перенаправлять ее поток к очистным постройкам.

Современные предприятия, где используются насосные станции, обеспеченные полным комплексом механизмов для качественного обрабатывания сточных и подводных вод. Помимо этого, стало возможным обеспечить водой отдаленные участки фермерской земли, перекачивая воду из мобильных резервуаров или близлежащих речек и каналов. Характерной особенностью таких установок является возможность комплектовать общий механизм до необходимой мощности, способной обеспечить даже самый огромный комплекс поставкой либо отводом жидкости.

Блочная насосная станция

1 Основные особенности

В современном мире создать устройство для откачки воды или газа, а также других веществ и их продуктов распада (даже на молекулярном уровне!) достаточно просто. Тому пример огромное количество подобных аппаратов.

Наиболее технологичным и развитым из таких аппаратов можно с уверенностью назвать вакуумный насос. Промышленные виды вакуумных насосов подразделяются на такие типы, как:

  • Вакуумный насос;
  • Вакуумный агрегат;
  • Вакуумная установка.

Другим наименованием вакуумных моделей является «устройство для откачки», так как данное устройство используется преимущественно для откачки воздуха, различных газов, воды, парогазовых смесей и подобных веществ. Основные характеристики вакуумных насосов таковы:

  • Быстрая скорость откачки смесей или воды;
  • Величина произведенного вакуума.

Скорость откачки, имеющая символ «S», всегда измеряется в литрах за секунду, и показывает объем откачиваемой среды в одну единицу времени. Объем вакуума измеряется величиной, так называемого остаточного давления, в полости с разреженной атмосферой.

При этом единицами измерения описываемой величины являются: проценты от общего атмосферного давления, кПа, Па и миллиметры ртутного столба (мм.рт.ст).

У вакуумных насосов имеются и подвиды. Такие, как:

  • Вакуумный аппарат для создания предельного остаточного давления (характеристики от 1*10-3 миллиметров ртутного столба);
  • Высоковакуумные аппараты производящие предельное остаточное давление (характеристики от 5*10- до 5*10-7 миллиметров ртутного столба); .

Вакуумный насос с манометром, от компании Value

Вакуумный насос с манометром, от компании Value

При этом, как бы сильно на первый взгляд не отличались данные подвиды друг от друга, каждая насосная система работает на одном и том же механизме, общем для всех подвидов. И, как уже писалось выше, существуют более узкие и специфичные версии вакуумных насосов. Такие, как:

  • Электрический вакуумный насос (обычно марки «Value»);
  • Водяной вакуумный аппарат (как и описанный выше насос, тоже чаще всего марки «Value»);
  • Мини-вакуумный насос (как правило, для бытовых нужд);
  • Насос доильного предназначения;
  • Вакуумные контейнеры «Value», «GE» и т.д.

1.1 Области применения

Изобретение этих насосов дало человеку возможность решить множество различных ситуаций, которые требовали его вмешательства. Вакуумные насосы и контейнеры применяются в очень многих промышленных областях и решают поистине огромный список задач:

  • Защита окружающей среды (очистные контейнеры, фильтры продуктов распада веществ с заводов и т.д., где применяют насосы «Value»);
  • Полиграфическое дело (подготовка изображений, их копирование и сканирование, где применяют аппараты «Value» и «2НВР»);
  • Пищевая промышленность (обработка продуктов вроде птицы/молока/фруктов, вакуумные контейнеры для упаковки и т.д.);
  • Медицинская отрасль (мини-вакуумные приборы для дыхательных аппаратов, мини-вакуумные трубки в стоматологии для откачки крови и слюны);
  • Химическая промышленность (перегонка веществ и продуктов их распада, сжатие газов и т.д.);
  • Производство керамики и стеклянных изделий, где наиболее часто применяют вакуумные контейнеры «2НВР» и «5ДМ»;
  • Деревообрабатывающая отрасль, где применяют аппараты «2НВР» и вакуумные контейнеры.

Мобильный вакууматор для пищевых продуктов

Мобильный вакууматор для пищевых продуктов

При этом наиболее популярны бытовые вакуумные насосы «Value» и мини версии вакуумных насосов. Аппараты «Value» весьма распространены в сельскохозяйственном ремесле, тогда как мини-вакуумные устройства применяют преимущественно в медицине. Так, например, без мини-вакуумных устройств не обходится ни один прибор для искусственной вентиляции легких.
к меню ↑

1.2 Какие преимущества использования вакуумных насосов?

Что очевидно, каждая отдельно взятая группа вакуумных насосов, будь то контейнеры или мини аппараты, имеет свои определенные преимущества благодаря конструктивным особенностям, принципа работы и других, менее значимых факторов.

Водокольцевые аппараты, например, отличаются особой прочностью и способны выполнять свою работу при предельно высоких температурах или других подобных тяжелейших условиях. Обычно их применяют для откачивания загрязненных паров, воздуха и газов. Они особенно востребованы при проведении промышленных работ.

Пластинчато-роторные устройства весьма стойки к парам воды, очень компактные и предельно надежны. Они показывают высокую производительность откачки и, при этом, потребляют предельно маленькое количество энергии.

Так называемые «насосы Рутса» показывают мощную производительность, скорость работы и, что очень важно для насосных систем, равномерность откачки носителя. При их работе в сжимаемом газе полностью отсутствуют примеси масла.

Мембранные и спиральные аппараты вакуумного принципа работы используют для проведения работ в агрессивной среде. Однако, в отличие от водокольцевых устойчивых аппаратов, мембранные и спиральные требуют предварительного нанесения специального защитного покрытия на все детали насосной системы.

Винтовые насосные системы отличаются тем, что вообще не потребляют масла и не требуют установки конденсаторов. Кроме того, они прекрасно экономят расход потребляемой энергии.

Вакуумные контейнеры отличаются широтой применения, и некоторые их виды отличаются повышенной мобильностью и возможность легкой транспортировки. Впрочем, такие контейнеры хотя и достаточно защищены, но все же не способны на работу в агрессивной среде как в случае с водокольцевыми аппаратами.

Доильный аппарат с подключенным вакуумным насосом

Доильный аппарат с подключенным вакуумным насосом

Однако вакуумные контейнеры для таких условий не применяются вовсе. Они используются в быту, на кухне, для сохранения остатков пищи, откладывания запасов, скоропортящихся или нуждающихся в защите вещей.
к меню ↑

Где купить безмасляный вакуумный насос

Вакуумный безмасляный насос можно выбрать не только разных типов и моделей, но и разной ценовой политики. Изготавливается оборудование и отечественными производителями, и зарубежными. Иностранные компании по производству вакуумной техники предлагают несколько шире модельный ряд с более качественным оборудованием, но и цена их будет выше.

Вакуумный безмасляный насос

Купить вакуумный насос любого производителя можно у официальных дилеров, которые находятся не только в Москве, но и в разных регионах страны. В нынешнее время компьютерных технологий существует множество интернет-магазинов от официальных поставщиков, которые смогут дать специализированную консультацию и помогут выбрать необходимую модель насоса.

Известными зарубежными производителями безмасляных вакуумных насосов являются:

  • Busch (Германия);
  • Becker (Германия);
  • Pfifer Vacuum (Германия);
  • Elmo Rietschle (Германия);
  • DVP (Италия);
  • TEPRO (Польша).

Российские и украинские производители безмасляных вакуумных насосов:

  • Вакууммаш (Россия, Казань);
  • Насосэнергомаш (Украина, Сумы);
  • Ливгидромаш (Россия, Ливны);
  • Беском (Россия, Бессоновка);
  • НПО им. Фрунзе (Украина, Сумы).

Поршневые, спиральные и мембранные вакуум-насосы часто используются совместно с турбомолекулярным насосом для получения высокого и сверхвысокого вакуума, поэтому их можно покупать в комплекте с ним.

Вакуумная установка. Виды и устройство. Работа и применение. Насос

Вакуумная установка применяется для создания технического вакуума с помощью насосного оборудования. Она откачивает воздух, и поддерживает его разрядку на заданном уровне. Устройства данного типа могут работать как для создания вакуума для конкретных целей, так и срабатывания в качестве всасывающего насоса для густых и твердых материалов.

Где применяется вакуумная установка
Данное оборудование выпускается с различной производительностью, поскольку широко применяется в различных сферах промышленности:
  • Автомобильной.
  • Пищевой.
  • Химической.
  • Металлургии.
  • Фармацевтики.
  • Деревообработки и пр.

Вакуумное оборудование позволяет решать ряд важных задач на производстве. Оно создает условия необходимые для функционирования производственных линий, поэтому является незаменимым. Оно является не единственным для решения отдельных задач, но в отличие от аналогов поддается более медленному износу и нуждается в меньшем потреблении электроэнергии.

Вакуумные установки используются крайне широко, даже в самых необычных сферах. К примеру, ими оснащаются доильные аппараты, используемые для доения КРС. Также они используются на мебельном производстве как часть вакуумного пресса, применяемого для нанесения ламинации на ДСП и МДФ. Также примером использования вакуумных установок является производство лампочек накаливания. Они откачивают воздух в производственной камере. За счет этого в стеклянных колбах ламп отсутствует воздух.

Нужно отметить, что большинство производителей отошли от этой технологии и вместо вакуума заполняют колбы инертным газом. Также вакуумные устройства используются для откачки воздуха в системах кондиционирования и охлаждения перед закачкой фреона или другого хладагента. Предварительное удаление воздуха исключает сохранение в системе пара, способного выпасть в виде конденсата.

Vakuumnaia ustanovka 2

Как устроена система

Вакуумная установка является системой функционирующей в результате работы вакуумного насоса. Он создает и поддерживает в определенной среде уровень технического вакуума, удаляя из нее воздух или любой газ. Такое оборудование является частью различных производственных линий, а также может выступать как отдельные агрегаты для решения конкретных задач. Типовая схема вакуумной установки состоит из насоса, который выполняет всасывание воздуха или газа. Он работает за счет периодического изменения объема рабочей камеры.

Откачка воздуха выполняется из герметичной камеры. Насос создает всасывающее усилие, постепенно выкачивая воздух или газ. Его концентрация в камере уменьшается. Специфика работы оборудования не позволяет добиться абсолютного вакуума. В резервуаре всегда остается небольшое количество воздуха или другого газа, но в очень малом количестве. Производительность откачки при включении насоса постепенно замедляется по мере снижения концентрации газов.

Для разрядки воздуха или другого газа в рабочей камере установки применяется принцип их удаления изменением давления. В примыкающей к рабочей камере полости создается разрядка давления, за счет чего молекулы газа или пара перетекают туда. Действие имеет циклическое повторение. За счет этого осуществляется постепенная откачка газа до получения технического вакуума.

Для функционирования вакуумной установки используются насосы разных типов. В зависимости от принципа работы их можно разделить на 2 вида:
  1. Мокрые.
  2. Сухие.

Мокрая вакуумная установка является бюджетным решением, применяемым для большинства задач. Ее насос заполняется густым маслом, которое препятствует разгерметизации за счет своей вязкости и обеспечивает смазку деталей. Такие установки отличаются долговечностью, но требуют периодического обслуживания. Оно заключается в замене масла. Со временем оно теряет свои качества, поэтому снижает эффективность.

Сухие установки работают без масла. За счет этого при трении они изнашиваются скорее. Поэтому они зачастую дороже, так как сложные в изготовлении и более требовательны к качеству комплектующих. При их работе исключается рассеивание молекул масла. Это крайне важно для химической промышленности и фармакологии, где молекулы смазки могут вызвать реакции с производимой продукцией.

Виды вакуумных насосов

Вакуумная установка может оснащаться насосами разного типа. Именно насосы являются самым сложным и важным агрегатом всей системы.

Насосы бывают нескольких видов, наиболее распространенными из которых являются:
  • Поршневые.
  • Штанговые.
  • Крыльчатные.
  • Мембранные.

Поршневой оснащается поршнем и системой клапанов. За счет его движения создается всасывающее усилие. При подъеме поршня впускной клапан открывается, что обеспечивает откачку с рабочей камеры. При движении поршня вниз впускной клапан перекрывается и открывается выпускной. За счет этого откаченный газ или пар выдавливается из системы.

Штанговый работает по принципу поршневого, но является более примитивным. Его используют на ручных вакуумных установках, где откачка воздуха выполняется за счет мускульной силы. Такое оборудование преимущественно применяется для проведения научных или учебных опытов.

Вакуумная установка с крыльчатым насосом используется исключительно для прокачки жидкостей. Имеющийся в ней электродвигатель раскручивает лопасти, создавая разрядку давления. За счет этого жидкость поднимается по системе труб. Это оборудование является сложным аналогом обычных погружных насосов для жидкостей, но в отличие от них оборудование может находиться на поверхности без погружения в перекачиваемую среду.

Vakuumnaia ustanovka 3

Вакуумная установка с мембранным насосом не имеет трущихся частей. Ее агрегат оснащается эластичной мембраной. За счет ее растяжения создается разрядка давления. При отпускании мембрана в силу своей эластичности принимает первоначальное положение. По сути повторяется принцип работы поршневой системы. При этом отсутствие трущихся частей позволяет установке работать в грязной среде, способной навредить более сложному оборудованию. Срок службы такого устройства зависит только от рабочих качеств мембраны и среды, в которой той приходится находиться.

Виды вакуумных установок
Установки для создания технического вакуума бывают нескольких видов. Самыми востребованными и распространенными среди них являются 3 устройства:
  1. Напыления.
  2. Литья.
  3. Плазменные.
Установки напыления

Применяются совместно с оборудованием, которое предусматривает покрытие каких-либо поверхностей краской, защитным составом и т.д. Покрываемое изделие помещается в рабочую камеру установки, затем из нее откачивается воздух. В условиях вакуума выполняется напыление покрытия. Затем для его закрепления производится обжиг. Этот метод позволяет создать условия окрашивания без доступа воздуха, что существенно повышает стойкость нанесенного покрытия. В первую очередь отсутствие доступа воздуха гарантирует отсутствие окисления при работе с металлами. Кроме этого напыляемый состав в вакууме получает лучшую сцепку с поверхностью.

Ustanovki napyleniia

Установки для литья

Применяются в первую очередь в металлургии. Ее применение позволяет создать оптимальные условия при литье, что сопровождается получением минимальной пористости материала, однородной структуры и гладкости поверхности. Такие устройства могут применяться не только в металлургии, но и при работе с полимерами, и прочими материалам. Данные устройства работают по принципу удаления воздуха из формы во время заливки расплавленного металла или полимера. Использование этого оборудования позволяет сделать качество сложного литья практически безупречным.

Вакуумная установка предотвращает образование воздушных карманов которые не позволяют литью проникать в тонкие капилляры. Применение таких систем позволяет добиться высокой скорости заливки, сделать возможным выполнение более тонкого литья, минимизировать производство брака, получить поверхность изготавливаемого изделия более гладкой. Вакуумное литье на порядок более надежное и точное, чем ранее применяемое центробежное. Установки вакуумного литья используются как на больших производствах, так и на небольших предприятиях. К примеру, они незаменимы при литье изделий из эпоксидной смолы, из которой делают прозрачные столешницы, предметы интерьера, рукоятки для дверей, бритв, ножей и прочего инструмента.

Ustanovki dlia litia

Установки вакуумного литья помимо работы с металлами могут использоваться для литья воска, полиуретана, полиамида. Данные устройства представлены как большими, так и компактными аппаратами. Последние нашли применение в ювелирном деле. Они применяются для работы с расплавленными драгоценными металлами и литьевым воском.

Установка имеет герметичную открываемую камеру, в которую помещается модуль для литья. Нередко приборы этого типа являются роботизированными. Они работают автоматически, без необходимости контроля за параметрами отрицательного давления и т.д. Устройства более высокого класса самостоятельно производят литье в модуль. Они используются для работы с быстро застывающими материалами.

Вакуумно-плазменные установки

Используются для нанесения тонких слоев диэлектриков и металлов на заготовки. Оборудование дает сплошной однородный слой без дефектов. Для его функционирования применяется физика плазмы. Вакуумная установка этого типа позволяет избежать неравномерности и подтеков при нанесении покрытий из расплавленных материалов. Этот метод в разы более аккуратный, чем ранее применяемая технология окунания или протяжки через экструдер. Она позволяет работать с поверхностями со сложным рельефом.

Выбираем насос

вакуумные насосы принцип работы

Устройство и принцип действия вакуумного насоса напрямую зависит от поставленных перед ним задач. За последние десятилетия было придумано множество схем и создано немало разновидностей подобных агрегатов, которые ныне активно используются в промышленности и быту. Естественно, бытовые модели отличаются более слабыми характеристиками, имеют относительно небольшие габариты. Чаще всего их используют для откачки воды.

Манипуляции с рабочей камерой позволяют аппарату перекачивать огромные количества жидкости за минимальное время. Впрочем, это далеко не всё, на что способно вакуумное оборудование. Взять, к примеру, контейнеры с насосом, предназначенные для длительного хранения продуктов после герметизации.

Основные разновидности вакуумных насосов

Для создания корпусов и движущихся деталей применяется металл и прочный пластик. Важным моментом считается их устойчивость к агрессивной среде перекачивающих веществ. Особое внимание следует уделить прочности конструкции и высокой точности подгонки всех деталей. В совокупности это позволит создать герметический контакт и направить поток молекул в едином направлении. Рассмотрим некоторые типы вакуумных насосов, принцип их действия.

Водокольцевые

Для создания разрежающей среды используется вода. Насос выполнен в цилиндрическом виде с находящимся внутри ротором, оснащенным лопатками, которые вращаются на смещенном от центра валу. Для запуска такого агрегата его необходимо заполнить жидкостью.

Такой вакуумный насос имеет следующий принцип работы. После пуска двигателя крыльчатка рассредотачивает воду по внутренним стенкам рабочей камеры. Между ними образуется вакуумная среда. Из приемного патрубка подается газ, который перемешивается и выбрасывается в выпускной патрубок. Такие агрегаты часто используются при очистке газа.

  • вода усиливает герметичность конструкции, она не позволяет газу направиться в обратном направлении;
  • она охлаждает и смачивает вращающиеся элементы, уменьшая процесс трения;
  • такие агрегаты считаются экономичными и долговечными;
  • возможна работа с газами в сочетании с элементами воды.

Такой насос часто используется для перекачки газов с примесями воды. Это превосходный вариант для кондиционера, холодильника.

Пластинчато роторные

Эти насосы выполнены в цилиндрическом корпусе с гладкой внутренней поверхностью и действующим ротором. Смещенная ось позволяет получить различный боковой зазор. На роторе установлены подвижные пластины, прижимающиеся пружинами к корпусу, за счет чего свободное пространство делится на сектора с изменяющимся объемом. После запуска двигателя начинают передвигаться газы, образуя разрежение в приемном патрубке и избыточное давление на выходе.

При изготовлении пластин используются антифрикционные материалы либо специальные масла, имеющие малую вязкость. Такие водяные насосы способны создать сильный вакуум, однако они слишком чувствительные к качеству перекачиваемого вещества. Поэтому они требуют периодической чистки, в результате чего загрязняют воду фракциями смазки.

Мембранно поршневые

Движущим элементом такой конструкции является мембрана, движущаяся за счет рычажного механизма. Она должна иметь достаточную прочность к механическим воздействиям. По краям она надежно фиксируется к внутренним стенкам корпуса, а центральная часть крепится к движущемуся штоку. За счет этого постоянно меняется объём пространства внутри рабочей камеры.

Подобные вакуумные насосы для воды работают за счет втягивания и выталкивания перекачиваемого вещества. Совместив работу двух таких мембран в противофазе происходит движение перекачиваемого вещества в заданном направлении. Этот механизм не имеет крутящихся деталей, в нем нет эффекта трения.

К плюсам такой конструкции можно отнести:

  • нет загрязнения перекачивающегося вещества продуктами смазки;
  • герметичность конструкции полностью исключает возможную утечку;
  • обладает хорошей регулировкой расхода, отличается экономичностью;
  • возможна длительная работа в сухом режиме;
  • может применяться при работе во взрывоопасной среде.

Все зависит от прочности мембраны, которая постоянно находится в движении.

Винтовые

В основе такого вакуумного водяного насоса находится вращающийся винт, находящийся в центре рабочей камеры. При его вращении происходит выталкивание воды.

  • движущегося привода;
  • одного либо двух роторов;
  • статора.

Рассмотрим, как работает данная техника. Точность подгонки деталей исключает изменение направления перекачиваемой жидкости. Таким образом, на входе образуется вакуум, а на выходе – избыточное давление. Лучшие модели в своём классе.

Преимущества конструкции:

  • небольшой шум в работе;
  • равномерный расход;
  • возможность перекачки жидкого вещества с механическим приводом.

Важно контролировать смазку трущихся деталей.

Вихревые

В их основу входит использование центробежной силы. Вакуумный насос для откачки воды имеет основной узел, которым является вращающееся на центральном валу колесо с лопастями. Входной патрубок располагается на боковой стороне корпуса, а не вблизи к центру оси.

Малый зазор между лопастями и корпусом способствует эффективному направлению движения жидкости. Такая конструкция отличается способностью нагнетания высокого давления и наличием самовсасывающего эффекта. Она простая в применении, легкая в ремонте, однако обладает низким КПД. Попадание посторонних мелких фракций приведет к механическим повреждениям лопастей. Полный обзор технологии.

Вакуум при производстве CPU. Зачем он нужен? Разбор

Сложно ли наклеить пленку на экран телефона? В целом, процедура то довольно простая — протер экран и быстро наклеил пленку! Но как же много пленок оказалось в помойке из-за маленьких частичек пыли, которые оказались между экраном и пленкой, при этом образовав отвратительный маленький пузырик воздуха!

Уверен, что такая ситуация знакома очень многим зрителям нашего канала. И мы тут говорим о том, чтобы просто наклеить пленку на телефон.

А теперь представьте, что вам надо нанести слой всего в несколько нанометров! Или нанести на кремниевую пластину рисунок будущего процессора с помощью экстремальной УФ литографии! Тут дело уже не только в пыли: любая неточность уже критична!

Чтобы не было дефектов должна быть идеальная чистота и абсолютно контролируемые условия. Как же это достигается? Как сделать условия осаждения контролируемыми? Это действительно сложная задача и частично ей занимается область под названием Вакуумная техника!

Что такое вакуум?

Давайте для начала поймем, что такое вакуум, что такое давление газа и как они связаны?

Представим себе стеклянную камеру идеально изолированную от внешней среды, где давление воздуха внутри такое же как снаружи, то есть 1 атмосфера. Что это значит?

Газ — это такое состояние вещества, когда молекулы движутся в каком-то объеме свободно, при этом занимая весь доступный объем. Эти молекулы газа находятся в постоянном и хаотичном движении — они как бешенные летают туда-сюда и сталкиваются друг с другом.

Но не только между собой — они еще и сталкиваются со стенками нашего стеклянного сосуда! Когда одна молекула стукается о стенку, то ничего особенного не происходит, но вот когда этих молекул много, то эти триллионы столкновений становятся уже существенными! Это и есть давление газа.

Я просто напоминаю что в одном кубическом метре газа при атмосферном давлении примерно 1 атм — это 2 на 10 в 25 степени молекул газа!

Вот столько: ≈ 26 875 000 000 000 000 000 000 000

Но когда эти столкновения внутри сосуда и снаружи равны, то это и значит что давление одинаковое! Столкновения снаружи и внутри друг друга компенсируют!

Но вот мы начинаем этот газ откачивать из нашей колбы и в идеальном случае, в идеальном вакууме, откачиваем до тех пор, пока газа в этом сосуде совсем не остается, то есть убрали все молекулы из объема.

При этом давление внутри стало равно нулю, а снаружи молекулы все также стукаются о внешние стенки нашей колбы, то есть наше стекло начинает сжиматься, потому что разница давления стала равна 1 атмосфере! Или равно примерно 1 кг на 1 квадратный сантиметр!

И если этот сосуд достаточно крепкий, то он выдержит это давление, а если нет, то происходит взрыв…

Также справедливо и обратное — если накачать слишком много газа в объем, то он может не выдержать, прямо как воздушный шарик с гелием, который надули слишком сильно. В общем, тут то мы и приходим к тому, что такое вакуум — это среда, где газа сильно меньше чем в атмосфере, то есть давление сильно меньше, чем атмосферное!

Зачем нужен вакуум?

Ну а зачем вакуум вообще нужен и при чем тут производство процессоров?

Дело в том, что при производстве нужны минимальные загрязнения и максимальный контроль. Да и для того, чтобы вообще многие процессы из нашей святой троицы осаждения, травления и литографии работали — необходимы низкие давления.

Если вы помните, то вакуум нужен для электронных микроскопов и для гигантских установок экстремальной ультрафиолетовой литографии, ведь ультрафиолетовое излучение рассеивается в воздухе, как и луч электронов в электронном микроскопе.

Не говоря уж о научном оборудовании, которое может выглядеть как-то так. Внутри всех этих железяк нужно создать очень низкое давление.

Вообще идеальным примером тут может служить обычная лампа накаливания. Внутри первых ламп был вакуум! То есть инженеры пытались максимально продлить срок службы вольфрамовой нити, максимально избавив ее от любого газа, с которым она может взаимодействовать!

Современные же лампы накаливания заполнятся избыточным инертным газом, то есть таким газом, который с Вольфрамовой нитью не взаимодействует.

Поняли к чему я клоню?

Это и есть создание контролируемых условий для проведения определенных процессов. Сначала из колбы убрали воздух со всей той гадостью, которую он в себе несет: с грязью, пылью и самое главное — убрали кислород. Ведь именно он реагирует с Вольфрамом, и при нагреве нить просто сгорит.

Так вот при производстве процессоров надо сделать тоже самое — надо либо полностью убрать любой газ, а в особенности кислород из объема, либо сначала убрать, а потом заполнить рабочий объем специальным газом!

Просто представьте, когда мы говорим о транзисторах размером в пару десятков нанометров — любая, даже самая маленькая частичка пыли, может испортить тысячи транзисторов.

Тут кстати вакуум играет не самую важную роль, гораздо лучше в этом помогает сделать так называемые «чистые комнаты»!

А кислород вообще главный враг! Ведь при осаждении различных материалов используются пары и активные ионы различных металлов, а они только и мечтают как бы с этим кислородом связаться, то есть как бы им окислиться!

Вот осаждаете вы алюминий, а он бац и стал оксидом алюминия, и уже вместо проводника он стал изолятором, тем самым испортив вам контакт транзистора! В общем, надо максимально избавиться от воздуха в установках на производстве, а как?

Как создается вакуум?

Ну вот наконец-то мы и переходим к самому интересному. Как создать вакуум?

Тут то вы очевидно ответите, что все очень просто — надо просто откачать газ: подключил насос и выкачивай свой воздух сколько влезет! Частично вы правы, но все, как обычно, чуть-чуть сложнее.

Мы не зря тут вам напоминали, что такое газ и давление, и что газ занимает весь объем, доступный ему. Если у нас полностью изолированная колба, чтобы уменьшить в ней давление надо увеличить ее объем! Тогда образовавшийся новый объем мгновенно занимает газ, равномерно распределялась. Соответственно на единицу площади стенки в среднем попадает меньше молекул газа!

Вы ровно так и дышите между прочим! Грудные мышцы расширяют ваши легкие — увеличивая их объем, давление в легких понижается и воздух через нос или рот заполняет легкие. Потом мышцы сжимают легкие, давление повышается и газ выходит наружу.

А попробуйте зажать нос и закрыть рот, а потом вдохнуть или выдохнуть — вот поздравляю — вы создали изолированную колбу, о которой мы вам тут рассказываем!

То есть для откачки или иначе говоря для создания вакуума надо сначала увеличить объем, а потом этот объем просто изолировать!

И на производствах для этого используются специальные вакуумные насосы, которые ровно так и работают — посмотрите на пример так называемого мембранного насоса.

Мембрана выгибается в одну сторону и объем увеличивается, заполняется газом из той области, которую мы откачиваем, потом мембрана выгибается в другую сторону, и газ выталкивается уже наружу, так как доступ обратно в камеру уже перекрыт.

По такому же принципу работают и так называемые роторные насосы. Они более мощные и могут создавать более глубокий вакуум, чем мембранные!

Есть целая куча различных роторных насосов, но в целом принцип у них один и тот же — увеличили объем, отсекли его и выбросили газ с другой стороны!

Но тут мы сталкиваемся с новой проблемой!

Глубокий вакуум

Такие насосы могут откачать газ только до определенных давлений, а они, мягко говоря, все еще великоваты. Слишком много всякой ненужной гадости будет у вас в камере. Примерно в десять тысяч раз больше, чем хотелось бы! Надо создать более глубокий или иначе говоря высокий вакуум.

Кстати, оцените таблицу типов вакуума — в производстве обычно используется высокий вакуум, а например для детектора гравитационных волн LIGO надо было создать Экстремальный вакуум!

И тут человечество пошло на много разных хитростей, но сейчас мы расскажем вам о двух самых классных для создания высокого вакуума.

Первые — это так называемые турбомолекулярные насосы! Они не создают новый объем, как это было с роторными насосами. Объем остается таким же!

Но как же он тогда качает?

А дело все в том, что он работает как вентилятор! Молекулы газа стукаются о его лопасти и отскакивают от них только в определенных направлениях, то есть их просто как шарики выбивают из рабочей камеры!

Только для того, чтобы это начало работать — лопасти этого вентилятора надо раскрутить очень быстро.

Современные турбины крутятся со скоростями до полутора тысяч оборотов в секунду! Их даже стали делать на специальном магнитном подвесе, то есть лопасти просто висят на магнитной подушке и крутятся на бешеной скорости.

И самое интересное, что для корректной работы таких турбин необходимо производить откачку уже из выхлопа самой турбины. То есть получается такая своеобразная двухэтапная откачка рабочей камеры.

Использование турбин — это самый популярный метод откачки до высокого вакуума — именно он и используется в установках ASML для литографии! Мы такую турбину можем даже увидеть на рендере.

А какой же второй способ? Это так называемый крионасос. Иногда это специальный насос, а иногда это в общем-то даже не совсем насос как таковой.

Работает по принципу бокала с пивом, о котором мы вам уже рассказывали в материале о магии создания процессоров! На холодной поверхности водяной пар конденсируется! А если поверхность охладить очень сильно, то конденсироваться будет уже не только вода, но и все остальные газы из воздуха, в том числе и кислород. Он будет просто застревать на стенках!

Для этого часто применяют обычно жидкий азот у которого температура почти -200 градусов по цельсию, который закачивают в стенки специальной камеры. Молекулы газа, которые летают в объеме долетая до этой стенки просто на ней застревают и все.

Вот такое вот элегантное и простое решение! Но само собой, что если перестать охлаждать, то весь газ вернется обратно в объем.

Выводы

И конечно есть еще другие типы насосов — есть ионные и диффузионные насосы. Но они уже не такие популярные в целом, хотя выполняют все ту же функцию — понижают давление в камере.

При этом как и с лампочкой накаливания, зачастую после откачки рабочий объем в камере потом заполняется так называемым рабочим газом, то есть газом который необходим для проведения определенного технологического процесса! И иногда это кислород! Тот самый кислород, от которого мы изначально хотели избавиться. Просто первичная откачка позволяет добиться правильных условий процесса, ведь мы можем контролировать давление, концентрацию и поток кислорода. Все ради контроля процесса! И так на каждом этапе производства!

И без этих сложных и крутых технологических решений, о которых мы вам рассказываем в этой серии разборов, современный мир, которым мы его знаем сейчас, был бы совсем невозможен. Никаких процессоров и экранов!

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Роторный двигатель как работает
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector