Физико-технические основы создания оптимизированных высоковакуумных магниторазрядных насосов, герметизирующих элементов и устройств для вакуумного технологического и аналитического оборудования электронной техники

• Автор: Курбатов, Олег Константинович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 360 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ И СРЕДСТВ ФОРМИРОВАНИЯ

БЕЗМАСЛЯНОЙ ОСТАТОЧНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ВЫСОКОВАКУУМНЫХ СИСТЕМАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Современные средства и системы получения безмасляного вакуума.

Анализ оборудования.

1.2. Спектральный состав остаточной газовой среды при откачке

высоковакуумными насосами различного типа.

1.3. Состояние, технический уровень и требования, предъявляемые к уплотнительным материалам элементной базы оборудования с безмасляной откачкой

1.4. Постановка задачи.

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. ОПЫТ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОКОВАКУУМНЫХ

МАГНИТОРАЗРЯДНЫХ НАСОСОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЙ СЕРИЙ НЭМИНОРД НМДО.
2.1. Особенности магниторазрядных насосов
2.2. Опыт создания и применения насосов первого поколения серии НЭМ и
агрегатов на их базе
2.3. Исследование, создание и опыт эксплуатации насосов второго поколения
серииНОРД НМДО.
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАГНИТОРАЗРЯДНЫХ НАСОСАХ С ЦЕЛЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ИХ ПАРАМЕТРОВ.
3.1. Физическая модель магниторазрядных насосов
3.1.1. Кинетика электронов
3.1.2. Распределение электрического поля
3.2. Особенности физических процессов в элементарной ячейке насоса
3.3. Расчет величины разрядного тока.
3.4. Исследование распределения ионов по поверхности катода, по углам и по
энергиям в ячейке насоса
3.4.1. Методика исследования и аппаратура.
3.4.2. Основные результаты и их обсуждение
3.5. Экспериментальное определение коэффициентов распыления титана
ионами , ,Аг с энергией от 0,5 до 9 кэВ в сверхвысоком вакууме
3.5.1. Механизм катодного распыления
3.5.2. Экспериментальная установка и аппаратура.
3.5.3. Методика измерений и экспериментальные результаты
3.6. Исследование с помощью сканирующего зондового микросокопа СЗМ микроструктурных изменений титановых катодов магниторазрядиых насосов после длительной откачки кислорода.
3.7. Исследование и определение связи между разрядным током, коэффициентом распыления, коэффициентом поглощения газовых молекул и быстротой действия ячеек магниторазрядных насосов
3.8. Выводы.
ГЛАВА 4. СОЗДАНИЕ МАГНИТОРАЗРЯДНЫХ НАСОСОВ ТРЕТЬЕГО
ПОКОЛЕНИЯ СЕРИИ НМД
4.1. Основы выбора оптимальных геометрических и физических параметров насосов .
4.1.1. Экспериментальное устройство и методика измерений.
4.1.2. Зависимость интенсивности разряда от анодного напряжения
4.1.3. Зависимости разрядного тока и интенсивности разряда Пеннинга от напряженности магнитного поля.
4.1.4. Зависимости разрядного тока и интенсивности разряда от зазора между анодом и катодом и от соотношения длины и диаметра ячеек
4.1.5. Зависимость интенсивности разряда в ячейке от давления
4.1.6. Выбор оптимальных геометрических размеров и значений 1аиЯ для ячейки магниторазрядного насоса.
4.2. Разработка методики расчета магниторазрядных насосов.
4.2.1. Выбор геометрических и физических параметров
4.2.2. Расчет быстроты действия одиночной магниторазрядной ячейки
4.2.3. Определение диаметра условного прохода присоединительного фланца и размеров входного патрубка
4.2.4. Выбор конструкции насосов определение количества электродных блоков
4.2.5. Определение величины зазора между анодом и катодом.
4.3. Разработка и внедрение в серийное производство магниторазрядных насосов с оптимальными геометрическими и физическими параметрами насосов 3го поколения .
4.3.1. Расчет насосов.
4.3.2. Конструкция насосов.
4.3.3. Испытательное оборудование и аппаратура
4.3.4. Вакуумные характеристики насосов серии НМД
4.3.5. Сравнение насосов серии НМД с насосами серий НЭМ, НОРД и Уасюп фирмы Уапап США.
4.3.6. Малогабаритные магниторазрядные насосы
4.3.7. Особенности и нестандартный метод определения быстроты действия малогабаритных насосов
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ОСНОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СОЗДАНИЕ
ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ЗАПОРНОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ ВЫСОКОВАКУУМНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.
5.1. Классификация и анализ техникоэксплуатационных требований к герметизирующей элементной базе.
5.2. Анализ и дальнейшее развитие научных основ процесса герметизации цельнометаллических разъемных соединений
5.2.1. Многослойная шероховатопористая физическая модель вакуумных течей
5.2.2. Расчет напряженнодеформированного состояния
сверхвысоковакуумного разъемного фланцевого соединения
5.3. Исследования и разработка оптимизированных сверхвысоковакуумных фланцевых соединений
5.3.1. Экспериментальные исследования
5.3.2. Определение наличия замкнутых газовых полостей в соединениях со встречными канавками и степени их влияния на процесс получения сверхвысокого вакуума СВВ.
5.4. Разработка научнотехнических принципов и методов проектирования запорнорегулирующей арматуры.
5.4.1. Исследование по созданию оптимизированных цельнометаллических клапанов, прогреваемых в закрытом состоянии, с повышенным ресурсом работы .
5.4.2. Экспериментальный выбор оптимизированных конструкций быстродействующих клапанов
5.4.3. Расчет вакуумных проводимостей арматуры
5.5. Создание и внедрение в серийное производство параметрических рядов запорнорегулирующей арматуры.
5.5.1. Основные технические, эксплуатационные требования и характеристики запорнорегулирующей арматуры
5.5.2. Сверхвысоковакуумные клапаны.
5.5.3. Высоковакуумные и форвакуумные клапаны с различными приводами.
5.5.4. Высоковакуумные плоские затворы шиберного типа с различными приводами
5.5.5. Высоковакуумные натекатели и газонапускные системы, в том числе многоканальные, для автоматизированною оборудования.
5.6. Выводы.
ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И СОЗДАННОЙ
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ В ОБОРУДОВАНИИ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ И СМЕЖНЫХ ОТРАСЛЕЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
6.1. Использование оптимизированных магниторазрядных насосов в вакуумных системах оборудования электронной техники, экспериментальной и технической физики
6.2. Применение разработанной герметизирующей и запорнорегулирующей элементной базы в вакуумных системах оборудования электронной техники и смежных отраслей науки и техники
6.3. Использование результатов работы в создании запорнорегулирующей арматуры для автоматизированных теплоэнергетических объектов городского хозяйства
6.3.1. Клапаны для горячей воды и пара
6.3.2. Газовые клапаны
6.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ВЫПОЛНЕННОЙ ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИИ.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.
ВВЕДЕНИЕ


Остальные обозначения те же самые, что и в 1. Из формул 1. Эти коэффициенты могут служить критериями оптимальности при сравнении запорной арматуры различной конструкции. Если учесть стоимостные характеристики арматуры, то формулы 1. Ст1в7 1. Показано, что для производства значительной группы сложных и ответственных приборов электронной техники СВЧприборов, рентгеновских трубок, фотоэлектронных приборов ФЭУ, электроннооптических преобразователей Э1 и др. Причем остаточное давление в стих приборах не должно быть выше Па и в составе остаточных газов не должны присутствовать тяжелые углеводороды с М, т. Современное состояние исследований и производство изделий микроэлектроники, требующих точного метрологического и аналитического обеспечения, приводит к тому, что аналитический прибор становится частью технологической установки, в частности установок молекулярнолучевой эпитаксии МЛЭ. Это обстоятельство превращает данные установки в единый аналитикотехнологический комплекс со сверхвысоковакуумными средствами получения безмасляного вакуума. В качестве вакуумных систем технологического и аналитического оборудования используются либо откачные агрегаты, либо блоки или посты откачки, состоящие из сверхвысоковакуумных частей с насосами, затворами, клапанами, фланцевыми соединениями и форвакуумными элементами. Причем сверхвысоковакуумные части установок, с целью эффективного обезгаживания и снижения предельного остаточного давления, являются, как правило, цельнометаллическими и прогреваемыми до 0С. Основными элементами высоковакуумных систем технологического и аналитического оборудования являются сверхвысоковакуумные безмасляные насосы, прогреваемые фланцевые соединения, запорная арматура затворы и клапаны. Дальнейшее их существенное совершенствование задача данной работы. Анализ средств получения безмасляного сверхвысокого вакуума показал, что наиболее эффективными и удобными в эксплуатации в составе оборудования производства электровакуумных приборов повышенной сложности и в аналитическом оборудовании по п. ГЛАВА 2. В магниторазрядных насосах откачка газов происходит путем поглощения газовых молекул пленками геттера, чаще всего титана, распыляемого в высоковольтном разряде в магнитном поле. Активные газы азот, кислород и др. Однако в большинстве случаев эти недостатки являются несущественными, а магниторазрядные насосы успешно используются в качестве безмасляных средств получения сверхвысокого вакуума. В основе работы магниторазрядных насосов лежит самостоятельный газовый разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях, так называемый разряд Пеннинга , поддерживающийся при низких давлениях вплоть до Ю Па. Пеннинг использовал этот разряд при разработке сверхвысоковакуумного ионизационного манометра. Первый магниторазрядный насос непрерывного действия без насыщения, в котором использовался разряд Пеннинга, был предложен в году профессором МГУ Э. М. Рейхруделем и сотрудниками . Насос представлял собой набор круглых ячеек в стеклянном баллоне, размещенном в длинном соленоиде. Интенсивное применение магниторазрядных насосов в промышленности началось с года, когда Холл предложил удобную в изготовлении многоячеистую сотовую конструкцию насоса с металлическим корпусом и постоянными магнитами . В гг. НЭМ с быстротой действия по азоту 0,2 0 и 0 лсек, а позже были разработаны насосы с быстротой действия и лсек. На рис. НЭМ, а на рис. Рис 2. Рис 2. Разработка насосов серии НЭМ явилась серьезным шагом вперед в создании отечественных безмасляных средств получения сверхвысокого вакуума. Насосы серии НЭМ сразу нашли широкое применение в электронной промышленности и в экспериментальном и физическом оборудовании. Большое количество насосов серии НЭМ было использовано для откачки самого крупного отечественного ускорителя заряженных частиц Серпуховского ускорителя . Главным образом там были применены насосы НЭМ0, НЭМ0 и НЭМ1Т и НЭМ2,5Т. Насосы серии НЭМ по своим вакуумным и эксплуатационным характеристиками являлись лучшими отечественными насосами того времени.