Vakuumteknologi

Vakuumteknologi, alla processer och fysiska mätningar som utförs under förhållanden med under-normalt atmosfärstryck. En process eller fysisk mätning utförs vanligtvis i ett vakuum av ett av följande skäl: (1) för att avlägsna beståndsdelarna i atmosfären som kan orsaka en fysisk eller kemisk reaktion under processen (t.ex. vakuumsmältning av reaktiva metaller såsom titan); (2) för att störa ett jämviktsförhållande som förekommer vid normala rumförhållanden, såsom avlägsnande av oluckad eller upplöst gas eller flyktig vätska från huvuddelen av material (t.ex. avgasning av oljor, frystorkning) eller desorption av gas från ytor (t ex rengöring av mikrovågsrör och linjära acceleratorer under tillverkning); (3) att förlänga avståndet som en partikel måste föra innan den kolliderar med en annan, och därigenom hjälper partiklarna i en process att röra sig utan kollision mellan källa och mål (exempel på användningsområden är vakuumbeläggning, partikelacceleratorer, tv-bildrör); (4) för att minska antalet molekylära påverkningar per sekund, och därmed minska risken för kontaminering av ytor beredda i vakuum (användbart i studier med ren yta).

För varje vakuumprocess kan en begränsande parameter för det maximalt tillåtna trycket definieras. Det kan vara antalet molekyler per enhetsvolym (orsak 1 och 2), den genomsnittliga fria vägen (anledning 3) eller den tid som krävs för att bilda en monolager (anledning 4).

Vid rumstemperatur och normalt atmosfärstryck innehåller 1 kubikfot (0,03 kubikmeter) luft cirka 7 × 10 ²³ molekyler som rör sig i slumpmässiga riktningar och med en hastighet av cirka 1 000 mil per timme (1 600 kilometer per timme). Momentumutbytet som tillförs väggarna är lika med en kraft på 14,7 pund för varje kvadratmeter väggarea. Detta atmosfärstryck kan uttryckas i ett antal enheter, men tills relativt nyligen uttrycktes det vanligen i termer av vikten av en kvicksilverkolonn av enhetens tvärsnitt och 760 mm hög. Således är en standardatmosfär lika med 760 mm Hg, men för att undvika anomalin att jämföra uppenbarligen olika enheter har en term, torr, postulerats; en standardatmosfär = 760 torr (1 torr = 1 mm Hg). Denna term ersattes 1971 av en SI-enhet definierad som newton per kvadratmeter (N / m ²) och kallades pascal (en pascal = 7,5 × 10 ^-3 torr).

Den första stora användningen av vakuumteknologi inom industrin inträffade omkring 1900 i tillverkningen av elektriska glödlampor. Andra anordningar som kräver vakuum för deras drift följde, såsom de olika typerna av elektronrör. Vidare upptäcktes att vissa processer utförda i ett vakuum uppnådde antingen överlägsna resultat eller slutar faktiskt ouppnåeliga under normala atmosfäriska förhållanden. Sådana utvecklingar inkluderade ”blommande” linsytor för att öka ljusöverföringen, beredningen av blodplasma för blodbanker och produktionen av reaktiva metaller som titan. Tillkomsten av kärnenergi på 1950-talet gav drivkraft för utvecklingen av vakuumutrustning i stor skala. Ökande applikationer för vakuumprocesser upptäcktes stadigt, som i rymdsimulering och mikroelektronik.

Olika typer av enheter har utvecklats för att producera, underhålla och mäta ett vakuum. Flera av de mer betydelsefulla typerna beskrivs nedan.

Oljetätad roterande pump

Kapaciteter> är tillgängliga från ^en / ₂ till 1000 kubikfot per minut, gäller från atmosfärstryck ned till så lite som 2 x 10 ^-2 torr under enstegs pumpar och mindre än 5 x 10 ^-3 torr under två steg pumpar. Pumparna utvecklar sin fulla hastighet från atmosfär till ungefär en torr, varvid hastigheten minskar till noll vid deras ultimata tryck. En anordning av denna typ, användbar för att pumpa både vätskor och gaser, är en tvåbladig pump i vilken rotorn är excentrisk mot statorn, så att den bildar en halvmåneformig volym som svejs av bladen genom utloppsventilen. En annan sort, en roterande kolvpump, liknar en enkelbladig pump, men det enda bladet är en del av hylsanslaget runt rotorn. Bladet är ihåligt och fungerar som en inloppsventil och stänger av pumpen från systemet när rotorn är i centrum.

Det ultimata uppnåliga trycket begränsas av läckage mellan hög- och lågtryckssidorna på pumpen (främst på grund av överföring av gaser och ångor upplösta i tätningsoljan som blinkar när de utsätts för det låga inloppstrycket) och sönderdelning av den utsatta oljan till heta punkter genererade av friktion.

Typiska tillämpningar av denna pump är livsmedelsförpackningar, höghastighetscentrifuger och ultravioletta spektrometrar. Den används också ofta som en förpump eller en grovpump, eller båda, för de flesta av de andra beskrivna pumparna.