Чистота газа
Сотрудники компании Kaufman & Robinson, Inc.
ВВЕДЕНИЕ
Для некоторых вакуумных установок и процессов чистота газа – важный фактор. Например, загрязнения могут уменьшить срок службы нейтрализаторов с полым катодом и плазменным мостом в 10 и более раз. В этой статье рассматриваются методики, обеспечивающие чистоту газа.
На рис. 1 показано типовое газобаллонное оборудование. Газ поступает из баллона в двухступенчатый регулятор давления, который уменьшает давление газа от высокого давления газового баллона до двух атмосфер после регулятора. Затем газ проходит по трубе к проточному клапану, который также можно назвать контроллером массового расхода. Далее по дополнительной трубе он поступает на проходной штуцер в стенке вакуумной камеры. Внутри камеры есть еще одна труба от проходного штуцера до устройства, использующего этот газ. Газовые фитинги соединяют трубы между собой и другими деталями.
ГАЗОВЫЙ БАЛЛОН
Газовый баллон должен содержать газ чистотой 99.999% или выше. Бывает, что вместо высокочистого аргона поставляют аргон для сварки. Убедитесь, что такого не произошло.
ЗАМЕНА ГАЗОВОГО БАЛЛОНА
Рутинная замена пустого газового баллона – наиболее частая причина загрязнения газа. Когда новый газовый баллон присоединяется к регулятору давления, часть атмосферного воздуха попадает между баллоном и регулятором. Немедленное открытие клапана газового баллона приведет к тому, что этот попавший воздух загрязнит чистый газ в баллоне.
Правильная процедура: оставить газовый баллон закрытым, откачать вакуумную систему и открыть все клапана от вакуумной системы до газового баллона, включая полное открытие регулятора давления. После того, как линия подачи газа откачана, на что будет указывать установление в вакуумной камере нормального донного давления (≤1×10-6 торр), закройте регулятор давления и проточный газовый клапан.
Далее, откройте клапан на газовом баллоне до такого положения, чтобы манометр перед регулятором показывал давление в баллоне. Затем откройте регулятор давления, чтобы установить стандартное давление после регулятора. Если вы не знаете, какое стандартное давление должно быть после регулятора, установите 138 КПа (20 футов/дюйм2, ман.). Настройте проточный газовый клапан на расход по крайней мере 10 см3/мин и продержите его в течение 15 минут. По существу, это –продувка всех отложившихся на стенках загрязнений в объеме между баллоном и регулятором давления и между регулятором и проточным клапаном. Полностью откройте клапан на газовом баллоне. Затем проточный клапан может быть закрыт. Если это желательно, регулятор давления также можно закрыть. Правильная замена газового баллона необходима для чистоты газа.
РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
Необходимо использовать высокочистый, двухступенча-тый регулятор давления газа. Высокочистый регулятор очищается ультразвуком и использует металлические уплотнения. Двухступенчатый регулятор лучше поддерживает постоянное давление и, следовательно, обеспечивает более стабильное управление процессом.
ТРУБЫ
Чтобы уменьшить загрязнения, суммарная длина труб должна быть минимальной.
Полимеры
Слово «полимеры» используется здесь как общее обозначение различных пластиков и эластомеров. Все полимеры, которые мы протестировали, собирают грязь при нахождении в атмосфере и затем понемногу выделяют ее в вакууме. Некоторые полимерные трубы даже пропускают загрязнения путем диффузии через стенки. Если трубы покрыты оплеткой из нержавеющей стали, необходимо узнать у производителя, из какого материала они сделаны. Итак, не используйте полимерные трубы для подвода чистого газа!
Нержавеющая сталь
Бесшовные трубы из нержавеющей стали – стандартные детали для вакуумных систем. При изготовлении этих труб используются смазки. С внешней стороны эти смазки удаляются по косметическим причинам. До тех пор, пока внутренняя поверхность труб не будет очищена, эти смазки останутся там и будут загрязнять газ месяцами или даже годами.
Существуют стандартные процессы, такие как электрополирование, которые очищают внутренние стенки труб из нержавеющей стали. До тех пор, пока вы не узнаете, что был проведен соответствующий процесс очистки и после очистки трубы были защищены от попадания грязи, считайте, что внутренние стенки труб надо очистить. Для длинных труб не существует практичной альтернативы одному из этим стандартных процессов. Простая промывка внутренних стенок трубы растворителем – неадекватная замена.
Короткие трубы из нержавеющей стали можно очистить вручную. Для протирки используйте куски жесткой проволоки со смоченным в спирте тампоном из безворсовой ткани. Повторяйте эту процедуру до тех пор, пока на тампоне не будет оставаться темных пятен. Ополосните внутренние стенки трубы дистиллированной водой, затем продуйте сухим азотом или другим чистым, сухим газом. Оставшиеся внутри чистой трубы после обрезания частицы металла также должны быть удалены.
ТРУБНЫЕ ФИТИНГИ
Для уменьшения вероятности утечек, число фитингов должно быть минимальным. Перед установкой фитинги должны быть очищены ультразвуком. Если ультразвуковая очистка невозможна, используйте безворсовый тампон и спирт с последующей промывкой дистиллированной водой и сушкой.
Фитинги используются для соединения труб между собой или для подсоединения труб к другим деталям. Различные фитинги рассчитаны на разное число подсоединений/разъединений. Как правило, реальное число подсоединений любого фитинга к газовым трубам менее заявленного.
В регуляторе давления для уплотнения резьбы могут использоваться тефлоновые ленты. В таких соединениях могут быть очень незначительные утечки, но чистый газ не будет загрязняться, если внутри соединения поддерживается давление газа выше атмосферного.
Обжимные фитинги, в которых герметичное уплотнение достигается путем обжима хомута вокруг трубы, особенно чувствительны к подсоединениям/разъедине-ниям. Каждый раз, когда обжимные фитинги разъединяются на внешней стороне вакуумной камеры, конец трубы должен быть обрезан и установлен новый хомут, а фитинг затянут в соответствии с инструкциями производителя.
Обжимные фитинги внутри вакуумной камеры должны рассматриваться индивидуально. Очевидно, что неболь-шие утечки из трубы в вакуум в камере будут допустимы. На практике, бывают некоторые проблемы, связанные с повторным использованием хомутов внутри вакуумной камеры, в том числе и из-за повторного затягивания без учета инструкций производителя.
НАЧАЛЬНАЯ ОЧИСТКА СИСТЕМЫ
После того, как газобаллонная система собрана после очистки всех ее компонентов, рекомендуется начальная очистка всей системы. Подключите газовый баллон, как это описано выше в разделе «Замена газового баллона» и выполните все описанные процедуры, за исключением того, что продувка с расходом 10 см3/мин или более должна проводиться, по крайней мере, в течении часа.
ОЧИСТКА ПОСЛЕ НАРУШЕНИЯ ВАКУУМА
После открытия вакуумной камеры газовая магистраль до проточного газового клапана загрязняется атмосферным воздухом. После его последующей откачки, перед началом работы рекомендуется продуть систему потоком по крайней мере в 10 см3/мин в течение 15 мин.
Наиболее распространённая альтернативная процедура – продувка потоком газа в 10 см3/мин или более все время, пока открыта вакуумная камера. Затем работу можно начинать, как только в вакуумной камере установится требуемое давление. Если в вакуумной камере необходимо проверить донное давление, продувку можно прекратить после того, как система откачки доведет давление до менее чем один миллиторр.
Вероятно, что очистка после разрушения вакуума наименее важная из описанных здесь процедур обеспечения чистоты. Поэтому это должна быть первая процедура, которую можно пропустить для процессов и оборудования, не очень чувствительных к чистоте газа.
|
2015-2020 
