Este artículo le permitirá comprender varias bombas de vacío aplicadas en los campos del vacío ultraalto y del vacío extremadamente alto.
Cuando la presión excede 10-5Pa, ingresa al campo de las aplicaciones de vacío ultraalto. En este punto, la función de bombeo de la mayoría de las bombas de vacío se ha detenido o la velocidad de bombeo es muy baja. ¿Cuáles son las bombas de vacío que se utilizan para lograr un vacío ultraalto en este momento? Echemos un breve vistazo juntos.
La función principal de una bomba mecánica es proporcionar el vacío previo a la etapa necesario para el arranque de una bomba turbomolecular. Las bombas mecánicas comúnmente utilizadas incluyen principalmentebombas secas de vórtice, bombas de diafragma ybombas mecánicas selladas con aceite.
Las bombas de diafragma tienen una velocidad de bombeo más baja pero un volumen más pequeño y generalmente se usan para grupos de bombas moleculares pequeñas.
La bomba mecánica sellada con aceite es la bomba mecánica más utilizada en el pasado y se caracteriza por una alta velocidad de bombeo y un buen vacío final. La desventaja es que existe una situación común de retorno de petróleo. En los sistemas de vacío ultra alto, generalmente se requiere el uso de válvulas electromagnéticas (utilizadas para evitar cortes de energía accidentales que provoquen el retorno de aceite) y tamices moleculares (función de adsorción).
En los últimos años se han utilizado ampliamente las bombas secas vortex, que tienen la ventaja de ser relativamente sencillas de utilizar y no devolver aceite. Sin embargo, su velocidad de bombeo y su vacío final son ligeramente inferiores a los de las bombas mecánicas selladas con aceite.
Las bombas mecánicas son una fuente importante de ruido y vibración en el laboratorio. Elegir bombas silenciosas y colocarlas en salas de equipos tanto como sea posible es un mejor enfoque, pero debido a las limitaciones de la distancia de trabajo, esto último generalmente no es fácil de lograr.
Las bombas turbomoleculares dependen de paletas giratorias de alta velocidad (generalmente alrededor de 1000 revoluciones por minuto) para lograr un flujo de gas direccional, y la relación entre la presión de escape de la bomba y la presión de entrada se denomina relación de compresión. La relación de compresión está relacionada con el número de etapas, la velocidad y el tipo de gas en la bomba. Generalmente, los gases con pesos moleculares mayores tienen relaciones de compresión más altas. La relación de compresión del nitrógeno es 108-109; El hidrógeno oscila entre 102 y 104. Generalmente se considera que el vacío máximo de una bomba turbomolecular está entre 10-9-10-10 mbar. En los últimos años, con el avance continuo de la tecnología de bombas moleculares, se ha mejorado aún más el vacío definitivo.
Debido al hecho de que las ventajas de las bombas turbomoleculares sólo pueden reflejarse en el estado de flujo molecular (el estado de flujo en el que el camino libre promedio de las moléculas de gas es mucho mayor que el tamaño máximo de la sección del conducto), es necesario equiparlas con una bomba de vacío frontal con una presión de trabajo de 1 a 10-2Pa. Debido a la rotación de alta velocidad de las aspas, se pueden producir daños o destrucción de la bomba molecular si se encuentran objetos extraños, sacudidas, impactos, resonancias o choques de gas. Para los principiantes, la causa más común de lesiones es el choque de gas causado por errores operativos. La resonancia causada por bombas mecánicas también puede provocar daños en las bombas moleculares. Aunque esta situación es relativamente rara, es difícil de detectar debido a su ocultamiento y requiere especial atención.
Las ventajas de la bomba de iones de pulverización catódica son un buen vacío final, sin vibración, sin ruido, sin contaminación, un proceso maduro y estable y sin necesidad de mantenimiento. A la misma velocidad de bombeo (a excepción del gas inerte), su coste es mucho menor que el de la bomba molecular, por lo que se utiliza ampliamente en sistemas de vacío ultraalto. El ciclo de funcionamiento normal de una bomba de iones de pulverización suele ser de más de 10 años.
Las bombas de iones generalmente requieren una presión de 10-7mbar o superior para funcionar correctamente (trabajar en condiciones de vacío más deficientes puede reducir significativamente su vida útil), por lo que se necesita un conjunto de bomba molecular para proporcionarles un mejor vacío previo a la etapa. La práctica común es utilizar una bomba de iones + TSP en la cámara principal y equipar un pequeño grupo de bombas moleculares en la cámara de inyección. Durante el horneado, abra la válvula de tapón conectada y el pequeño grupo de bombas moleculares proporcionará el vacío de la etapa frontal. Una vez completado el horneado, cierre la válvula de tapón y utilice la bomba de iones junto con TSP para lograr un vacío ultraalto.
Cabe señalar que las bombas de iones tienen poca capacidad de adsorción de gases inertes y también existe una cierta diferencia en la velocidad máxima de bombeo en comparación con las bombas moleculares. Por lo tanto, para situaciones con una gran liberación de gas o una gran cantidad de gases inertes, se necesitan conjuntos de bombas moleculares. Además, la bomba de iones genera durante el funcionamiento campos electromagnéticos que pueden provocar interferencias en sistemas especialmente sensibles.
El principio de funcionamiento de una bomba de sublimación de titanio se basa en la evaporación del titanio metálico para formar una película de titanio en la pared de la cámara para la adsorción química. Las ventajas de la bomba de sublimación de titanio son su estructura simple, bajo costo, fácil mantenimiento, sin radiación y sin ruido de vibración.
La bomba de sublimación de titanio generalmente se compone de tres filamentos de titanio (para evitar que se quemen), que se pueden usar en combinación con una bomba molecular o una bomba de iones para lograr un buen efecto de eliminación de hidrógeno. Es la bomba de vacío más importante en el rango de 10-9-11-11mbar y está equipada en la mayoría de las cámaras de vacío ultraalto que requieren un alto grado de vacío.
La desventaja de la bomba de sublimación de titanio es que requiere pulverización regular de titanio y, durante el período de pulverización (en unos pocos minutos), el vacío disminuirá en aproximadamente 1-2 órdenes de magnitud. Por lo tanto, algunas cámaras con requisitos específicos requieren el uso de NEG. Además, para muestras/dispositivos sensibles al titanio, se debe prestar atención a evitar la posición de la bomba de sublimación de titanio.
Bomba de baja temperatura
Las bombas de baja temperatura dependen principalmente de la adsorción física a baja temperatura para obtener el vacío, con las ventajas de una alta velocidad de bombeo, sin contaminación y un alto vacío final. Los principales factores que afectan la velocidad de bombeo de una bomba criogénica son la temperatura y la superficie de la bomba. En los sistemas de epitaxia de haces moleculares a gran escala, debido al alto requisito de vacío extremo, se utilizan ampliamente bombas criogénicas.
La desventaja de las bombas criogénicas es que consumen una gran cantidad de nitrógeno líquido y tienen elevados costes operativos. Es posible que un sistema con una unidad de refrigeración circulante no consuma nitrógeno líquido, pero puede generar los problemas correspondientes, como consumo de energía, vibración y ruido. Por lo tanto, las bombas criogénicas se utilizan con menos frecuencia en equipos de laboratorio convencionales.
La bomba absorbente es un tipo de bomba de vacío que se ha utilizado mucho en los últimos años. Su ventaja es que adopta completamente la adsorción química, no produce evaporación ni contaminación electromagnética y, a menudo, se usa junto con bombas moleculares para reemplazar las bombas de sublimación de titanio y las bombas de iones de pulverización catódica. La desventaja es que tiene un coste mayor y tiempos de regeneración limitados. Se utiliza comúnmente en sistemas que requieren una alta estabilidad del vacío o son altamente sensibles a los campos electromagnéticos.
Además, debido al hecho de que la bomba de succión no requiere suministro de energía adicional además de la activación inicial, a menudo se usa como bomba auxiliar para aumentar la velocidad de bombeo y el grado de vacío en sistemas grandes, lo que puede simplificar efectivamente el sistema.
