пн-пт c 9:00 до 18:00
8 800 700 67 23
+7 (495) 225-75-50
+7 (499) 369-02-69
 

Применение вакуумных технологий

К тому времени, когда Эдисон выпустил лампы накаливания, вакуумная технология занимала нишу чистой лабораторной технологии. Пятьсот автоматических насосов Sprengel были использованы на первой производственной площадке Эдисона. С тех пор многие другие важные отрасли промышленности, например, микроэлектроника, разработали технологию вакуумной обработки. С экономической точки зрения эти промышленные применения гораздо важнее для вакуумной промышленности, чем ее приложения в физике. Согласно опросу инженерных федераций в Европе, США и Японии, около 40% продаж вакуумного оборудования компаний в этих регионах идет в полупроводниковой промышленности. Это, безусловно, самый большой сегмент рынка вакуумных технологий. Значимость вакуумной техники для физических исследований, однако, не снизилась вовсе.

В таблице 1 представлены промышленные применения вакуумной техники в различных вакуумных режимах; На таблице 2 показаны приложения в физических исследованиях. Оба списка показывают разнообразие в области применения вакуумных технологий. Даже для изделий повседневного использования важную роль играет вакуумная технология, например, лиофильная сушка или вакуумная упаковка пищевых продуктов, покрытие бутылок из лимонада ПЭТ для уменьшения потерь углекислого газа, покрытие архитектурного стекла для уменьшения потерь тепловой энергии, Или рециркуляции ртути из батарей или электронных отходов.

Применения вакуумной технологии охватывает диапазона давлений в 15 степеней, от 10-10 Па в экстремальном вакууме до 105 Па при атмосферном давлении. Это огромная проблема для техники вакуумного измерения, а также применяемых вакуумных насосов и материалов. 

Некоторые важные новые области исследований, такие как анализ полимеров и каталитические исследования, требуют вакуума для аналитических инструментов. При электронно-лучевой сварке мишень находится под давлением окружающей среды, тогда как электроны ускоряются в условиях высокого вакуума. Новая ветвь терапии рака с использованием ионных пучков представляет собой еще один пример, когда мишень (пациент) находится под атмосферным давлением, но пучки ускоряются в условиях сверхвысокого и высокого вакуума.

В промышленности микроэлектроники вакуум необходим главным образом для получения тонких слоев оксидов, плазменного травления, химического и физического осаждения паров и ионной имплантации. Большая часть инвестиций для новых фабрик расходуется на вакуумную технологию. По мере того как плотность интеграции на кристаллах возрастала, важность степени чистоты вакуума, а также технологических газов возрастала. Кроме того, важным вопросом является управление выхлопными газами для охраны здоровья персонала и охраны окружающей среды. Периодичность обслуживания насосов в полупроводниковой промышленности значительно расширилась за счет использования сухих (безмасляных) насосов.

Повышенная коррозионная стойкость сухих насосов также имеет большое значение для фторирования пластмасс. Поверхности синтетических материалов требуют активации фтором в качестве предварительной обработки для нанесения покрытия и склеивания.


Вакуумная металлургия

Отжиг, плавка, литье

Сварка электронным лучом

Дегазация металла

10-3 – 103 Па

Выращивание кристаллов

Резка кремния

10-4 – 10-1 Па

Физическое осаждение из паровой фазы

1 - 10Па

Химическое осаждение из паровой фазы

10-7 - 104 Па

Медицинское оборудование

Рентгеновские лучи

Стерилизация оборудования

10-7 – 104 Па

Сушка и дегазация

Дегазация жидкости

Литьё резины и лака

Литьё пластика

Сушка изолирующих материалов

10-2 – 104 Па

Переработка

10 - 104 Па

Химическая индустрия

Лабораторная техника

Лабораторные процессы

102 – 103 Па

Сублимационная сушка

Фармацевтическая индустрия

Продукты

1 - 104 Па

Упаковка продуктов

102 – 104 Па

Разработка электроники

ЭЛТ, Мониторы, Вакуумные выключатели

10-7 – 10-1 Па

Полупроводниковая промышленность

Литография и т.д.

10-5 – 102 Па

Вакуумные технологии в исследовательских областях

Биотехнологии

10-8 – 105 Па

Физика элементарных частиц

10-9 – 10-6 Па

Детекторы гравитационных волн

10-8 – 10-6 Па

Создание тонких пленок

10-6 – 10 Па

Молекулярно-пучковая эпитаксия

10-10 – 10-8 Па

Термоядерная реакция

10-4 – 10-1 Па

Метрология

10-8 – 10-1 Па

Нанотехнологии

10-8 – 105 Па

Анализ поверхностей

10-9 – 10-1 Па

Исследование плазмы

10-7 – 103 Па

Синхротронное излучение

10-8 – 10-5 Па

Низкотемпературные исследования

10-6 – 10-1 Па

Космическое моделирование

10-5 – 10-3 Па

С 2000 года энергетические установки стали мощным рынком вакуумной техники. Для производства солнечных элементов необходим вакуум для производства кристаллов кремния, тонкого покрытия пленки (также для тонких фотолюминесцентных фотоэлементов) и окончательного ламинирования. Солнечные тепловые электростанции нуждаются в стеклянных трубах, покрытых в вакууме. Роторы в ветряных турбинах производятся из армированных волокном материалов, изготовленных путем вакуумной инфузии. Они устанавливаются на своих постах вакуумными подъемниками, способными перевозить грузы весом 32 т. Во внутренней части ветровой турбины, вакуумные контакторы ограничивают и выключают электрические токи более 2000 A.

Исследовательская область

Менее известным применением вакуумной технологии является водоподготовка, используемой главным образом для снижения содержания кислорода, а также для очистки сточных вод. Проблемные сточные воды выпаривают и дистиллят можно восстановить.

В автомобильной промышленности системы грубой и тонкой вакуумной откачки используются для заполнения тормозных систем, сервоуправляемых систем и систем кондиционирования воздуха. Вакуумные методы используются для проверки герметичности таких систем и двигателей.

Вакуум имеет большое значение для целей теплоизоляции, будь то в криотехнологии, холодильниках или даже зданиях. Откачаные нанопористые пены дают в 10 раз большую теплопроводность, чем обычные пены. 

Чтобы отметить больше любопытства, акустические характеристики древесины для музыкальных инструментов могут быть улучшены путем применения вакуумной термообработки.

Поверхностный анализ, безусловно, является основной областью применения в исследованиях. В этой области переход между промышленными и другими приложениями является плавным. Например, вакуумная металлизация криминалистических следов по источникам загрязнения испарителей становится заметной и идентифицируется путем металлизации цинком или золотом.

Самая длинная вакуумная система в мире - это 27-километровая вакуумная трубка ускорителя ЛЭП (Большой электронный позитронный коллайдер) ЦЕРНа, размещенная в подземном тоннеле под Женевой. Эта вакуумная система обеспечивант основу для исследования элементарных частиц всей материи и процессов, которые произошли вскоре после того, как Большой Взрыв породил нашу Вселенную.

Еще большими по объему являются вакуумные системы детекторов гравитационных волн, построенных в нескольких местах по всему миру. Детекторы LIGO (Лазерный интерферометр Gravitational Wave Observatory) в Вашингтоне и Луизиане имеют две вакуумные трубки длиной 4 км и диаметром 1,2 м.

Камеры для моделирования космического пространства требуют еще больших объемов. Самая большая вакуумная космическая камера, используемая НАСА, расположена в Сандаски, штат Огайо, США.

В 2006 году в Исследовательском центре Карлсруэ (ныне Технологический институт в Карлсруэ) была установлена самая большая в мире единая компактная камера сверхвысокого вакуума (1400 м3). Огромная камера содержит электронный энергетический спектрометр, с помощью которого определяется масса нейтрино.

Для подключения различных компонентов (насосов, клапанов, вакуумных манометров, труб, камер, конденсатоотводчиков и других принадлежностей) предлагается широкий диапазон стандартизованных фланцев до больших диаметров (DN 1000), а также тщательно разработанные и тщательно проверенные сварные соединения. Для проверки герметичности гелиевый течеискатель стал стандартным испытательным прибором. Его чувствительность достаточна для обнаружения и локализации даже самых маленьких утечек, которые могут повлиять на работу устройства или установки.

Значительные достижения в области вакуумных технологий в последние десятилетия были вызваны главным образом увеличением технологических требований, возникающих в химической и технологической областях. Самые последние события касались, в частности, следующих проблем:

  • Улучшенная чистота вакуума с помощью сухих насосов.
  • Разработка одноступенчатых насосов.
  • Комплексная система калибровки вакуумных датчиков.
  • Снижение дегазации для выпекаемых и невосстанавливаемых вакуумных систем.
Ряд проблем, связанных с чистым вакуумом, связан, в частности, с созданием вакуума без углеводородов. В прошлом он был создан предпочтительно с сорбционными и конденсационными насосами. Исследование их поведения использовало методы физики поверхностного и пограничного слоев, которые фокусируются на взаимодействии газов и твердых поверхностей. Таким образом, сложилась тесная связь между этой дисциплиной и физикой вакуума и технологией. Из многочисленных методов и методик исследований были найдены широкомасштабные применения методов электронной спектроскопии и масс-спектрометрии вторичных ионов. Эти процессы, выполняемые в условиях сверхвысокого вакуума, регулярно применяются в аналитике.

В настоящее время имеется большое количество механических насосов, таких как механические насосы, поршневые насосы, винтовые насосы, для получения сухого, то есть свободной от углерода, вакуума. Они служат форвакуумными насосами для высоковакуумных насосов, а также для создания грубого и чистого вакуума. В дополнение эти типы насосов являются надежными против агрессивных сред и пыли и имеют более высокую устойчивость к парам. Из-за их длительных интервалов обслуживания и их улучшенной экологической совместимости по сравнению с маслонаполненными насосами их стоимость владения низкая.

Создание вакуума и поддержание его в различных рабочих условиях стало обычной задачей. С 1970-х годов число физиков, занимающихся вакуумной наукой, неуклонно снижается. Сегодня достижения в области вакуумной техники связаны, прежде всего, с техническими разработками.

Вакуумная камера