Aquest article us porta a entendre diverses bombes de buit aplicades en els camps del buit ultra alt i el buit extremadament alt
Quan la pressió supera 10-5Pa, entra al camp de les aplicacions de buit ultra alt. En aquest punt, la funció de bombeig de la majoria de les bombes de buit s'ha aturat o la velocitat de bombeig és molt baixa. Quines són les bombes de buit que s'utilitzen per aconseguir un buit ultra alt en aquest moment? Fem un cop d'ull junts.
La funció principal d'una bomba mecànica és proporcionar el buit previ necessari per a la posada en marxa d'una bomba turbomolecular. Les bombes mecàniques d'ús habitual inclouen principalmentbombes seques de vortex, bombes de diafragma ibombes mecàniques segellades amb oli.
Les bombes de diafragma tenen una velocitat de bombeig més baixa però un volum més petit, i s'utilitzen generalment per a grups de bombes moleculars petits.
La bomba mecànica segellada amb oli és la bomba mecànica més utilitzada en el passat, caracteritzada per una alta velocitat de bombeig i un bon buit final. El desavantatge és que hi ha una situació comuna de retorn del petroli. En els sistemes de buit ultra alt, generalment es requereixen vàlvules electromagnètiques (utilitzades per evitar que els talls accidentals de l'alimentació provoquin retorn d'oli) i tamisos moleculars (funció d'adsorció).
En els darrers anys s'han utilitzat molt les bombes seques vortex, que tenen l'avantatge de ser relativament senzilles d'utilitzar i no retornar oli. Tanmateix, la seva velocitat de bombeig i el buit final són lleugerament inferiors a les bombes mecàniques segellades amb oli.
Les bombes mecàniques són una font important de soroll i vibració del laboratori. Escollir bombes de baix soroll i col·locar-les a les sales d'equips tant com sigui possible és un millor enfocament, però a causa de les limitacions de distància de treball, aquest últim no sol ser fàcil d'aconseguir.
Les bombes turbomoleculars es basen en fulles rotatives d'alta velocitat (generalment al voltant de 1000 revolucions per minut) per aconseguir un flux de gas direccional, i la relació entre la pressió d'escapament de la bomba i la pressió d'admissió s'anomena relació de compressió. La relació de compressió està relacionada amb el nombre d'etapes, la velocitat i el tipus de gas de la bomba. En general, els gasos amb pes moleculars més grans tenen relacions de compressió més altes. La relació de compressió del nitrogen és 108-109; L'hidrogen oscil·la entre 102 i 104. El buit final d'una bomba turbomolecular es considera generalment entre 10-9-10-10mbars. En els darrers anys, amb l'avenç continu de la tecnologia de bombes moleculars, el buit final s'ha millorat encara més.
A causa del fet que els avantatges de les bombes turbomoleculars només es poden reflectir en l'estat de flux molecular (l'estat de flux on el camí lliure mitjà de les molècules de gas és molt més gran que la mida màxima de la secció del conducte), cal que estigui equipat. amb una bomba de buit frontal amb una pressió de treball d'1 a 10-2Pa. A causa de la rotació a gran velocitat de les pales, es pot produir danys o destrucció de la bomba molecular si es troba amb objectes estranys, tremolor, impacte, ressonància o xoc de gas. Per als principiants, la causa més comuna de lesions és el xoc de gas causat per errors operatius. La ressonància causada per les bombes mecàniques també pot provocar danys a les bombes moleculars. Tot i que aquesta situació és relativament rara, és difícil de detectar per la seva ocultació i requereix una atenció especial.
Els avantatges de la bomba iònica de pulverització són un bon buit final, sense vibracions, sense soroll, sense contaminació, procés madur i estable, sense necessitat de manteniment. A la mateixa velocitat de bombeig (excepte el gas inert), el seu cost és molt inferior al de la bomba molecular, de manera que s'utilitza àmpliament en sistemes de buit ultra alt. El cicle de funcionament normal d'una bomba iònica de polver catòdica sol durar més de 10 anys.
Les bombes d'ions generalment requereixen una pressió de 10-7mbar o superior per funcionar correctament (treballar en condicions de buit més pobres pot reduir significativament la seva vida útil), per tant, cal un conjunt de bomba molecular per oferir-los un millor buit abans de l'etapa. La pràctica habitual és utilitzar una bomba iònica + TSP a la cambra principal i equipar un petit grup de bombes moleculars a la cambra d'injecció. Durant la cocció, obriu la vàlvula d'endoll connectada i el petit grup de bombes moleculars proporcionarà el buit de l'etapa frontal. Un cop s'hagi completat la cocció, tanqueu la vàlvula d'endoll i utilitzeu la bomba d'ions juntament amb TSP per aconseguir un buit ultra alt.
Cal tenir en compte que les bombes iòniques tenen poca capacitat d'adsorció de gasos inerts i també hi ha una certa diferència en la velocitat màxima de bombeig en comparació amb les bombes moleculars. Per tant, per a situacions amb gran alliberament de gas o una gran quantitat de gasos inerts, es necessiten conjunts de bombes moleculars. A més, la bomba d'ions genera camps electromagnètics durant el funcionament, que poden causar interferències a sistemes especialment sensibles.
El principi de funcionament d'una bomba de sublimació de titani es basa en l'evaporació del titani metàl·lic per formar una pel·lícula de titani a la paret de la cambra per a l'adsorció química. Els avantatges de la bomba de sublimació de titani són una estructura senzilla, un baix cost, un manteniment fàcil, sense radiació i sense soroll de vibració.
La bomba de sublimació de titani sol estar composta per tres filaments de titani (per evitar que es cremin), que es poden utilitzar en combinació amb una bomba molecular o una bomba iònica per aconseguir un bon efecte d'eliminació d'hidrogen. És la bomba de buit més important en el rang de 10-9-11-11mbars i està equipada a la majoria de les cambres de buit ultra alt que requereixen un alt grau de buit.
L'inconvenient de la bomba de sublimació de titani és que requereix una pulverització regular de titani i, durant el període de pulverització (en pocs minuts), el buit disminuirà en uns 1-2 ordres de magnitud. Per tant, algunes cambres amb requisits específics requereixen l'ús de NEG. A més, per a mostres/dispositius sensibles al titani, s'ha de prestar atenció a evitar la posició de la bomba de sublimació de titani.
Bomba de baixa temperatura
Les bombes de baixa temperatura es basen principalment en l'adsorció física a baixa temperatura per obtenir el buit, amb els avantatges d'una alta velocitat de bombeig, sense contaminació i un buit final elevat. Els principals factors que afecten la velocitat de bombeig d'una bomba criogènica són la temperatura i la superfície de la bomba. En els sistemes d'epitaxi de feix molecular a gran escala, a causa de l'elevat requisit de buit extrem, les bombes criogèniques s'utilitzen àmpliament.
El desavantatge de les bombes criogèniques és que consumeixen una gran quantitat de nitrogen líquid i tenen uns costos operatius elevats. Un sistema amb una unitat de refrigeració circulant pot no consumir nitrogen líquid, però pot comportar problemes corresponents com ara consum d'energia, vibracions i soroll. Per tant, les bombes criogèniques s'utilitzen amb menys freqüència en equips de laboratori convencionals
La bomba absorbent és un tipus de bomba de buit que s'ha utilitzat àmpliament en els últims anys. El seu avantatge és que adopta completament l'adsorció química, no produeix evaporació i contaminació electromagnètica, i sovint s'utilitza juntament amb bombes moleculars per substituir les bombes de sublimació de titani i les bombes iòniques de pulverització. El desavantatge és que té un cost més elevat i uns temps de regeneració limitats. S'utilitza habitualment en sistemes que requereixen una alta estabilitat al buit o són altament sensibles als camps electromagnètics.
A més, a causa del fet que la bomba d'aspiració no requereix una font d'alimentació addicional a més de l'activació inicial, sovint s'utilitza com a bomba auxiliar per augmentar la velocitat de bombeig i el grau de buit en sistemes grans, cosa que pot simplificar eficaçment el sistema.
