Теоретические сведения. Работоспособность различных электровакуумных приборов (ЭВП), вакуумных систем оборудования электронной промышленности зависит от наличия в них паспортного

Работоспособность различных электровакуумных приборов (ЭВП), вакуумных систем оборудования электронной промышленности зависит от наличия в них паспортного значения предельного давления при эксплуатации и хранении (для ЭВП). Предельное же давление зависит от их герметичности.

Герметичность вакуумной системы - это свойство всех ее элементов и их соединений обеспечить настолько малое проникновение (натекание) газа через них, чтобы им можно было пренебречь в рабочих условиях.

Места нарушения герметичности называются течами, а проникновение газа через них - натеканием. Газ может проникнуть в вакуумную систему через места сварки, разъемные соединения, дефекты структуры материалов. Натекание газа может быть обусловлено и свойствами материала вакуумных систем и ЭВП, например, диффузионным механизмом- проникновение молекул газов через вакуумостойкий материал. Практически полного отсутствия течей достигнуть невозможно, можно лишь добиться того, чтобы натекание оставалось в до­пустимых пределах, но для этого необходимо уметь проводить его количественную оценку.

Причины, вызывающие ухудшение вакуума в вакуумной системе, могут быть различными. Давление в системе может повышаться за счет неисправности насосов, натекания газа через течи, газовыделения материалов внутри вакуумной система.

Рис. 4.1. Варианты изменения давления при откачке рабочих объемов вакуумных систем

Если давление в откачанном объеме с течением времени изменяется по кривой I (рис. 4.1), достигая постоянной величины, то это указывает на наличие источников газовыделения, т.к. при достижении равновесия между газовы­делением и газопоглощением стенками системы давление в ней перестает изменяться. Если давление возрастает пропор-ционально времени (кривая 2), то причиной этого является негерметичность, т.е. наличие течей в объеме. Нас будет интересовать именно этот случай.

Дать количественную оценку величины натекания только по скорости увеличения давления в системе нельзя, т.к. проникновение равных количеств газа в системы, имеющие разные объемы, вызовет различное возрастание давления. Необходимо учитывать объем всей системы. Негерметичность вакуумной системы характеризуется количеством прони­кающего газа Q_нат ^:

Q_нат , м ³ Па/с, (5.1)

где V - объем вакуумной системы, м³ ;

dp/dt - скорость возрастания давления, Па/с.

Для удобства сравнения величину Q_нат определяют при стандартных условиях: внешнее давление 0,101 МПа, t° = 25°С, натекающий газ - воздух, и обозначают через В. Натекание ограничивает предельный вакуум, достижимый в системе:

р_nр=Q_нат/S, (5.2)

где S - быстрота откачки насосов в условиях динамического равновесия, м³/с.

На практике условия контроля на герметичность чаще всего не совпадают со стандартными внешними условиями: контроль осуществляется при различных давлениях, вместо воздуха оценивается натекание различных пробных газов (гелия, аргона, водорода). В этом случае для различных режимов течения газа через течи величина натекания Q_нат приводится к стандартным условиям с помощью следующих пересчетных формул.

а) Молекулярный режим:

В = Q_нат (5.3)

где В - величина натекания через течь в стандартных условиях, м³ Па/с;

Q_нат - величина натекания в реальных условиях испы­таний, м ³Па/с;

М и М_в - молекулярные масса пробного газа и воздуха;

р_а - атмосферное давление воздуха. Па;

р₁ и р₂ – давление газа за по обе стороны течи. Па.

б) Вязкостный режим:

В = Q_нат (5.4)

где h и hв. - вязкости пробного газа и воздуха, Н*с/м².

Режимы течения газа через течь условно определяются по величине Q_нат:_:^: молекулярный – Q_нат £I,3*10^{-7 м3} Па/с, особенно для легких газов (Не, Н₂); вязкостный - Q_нат >1,3*10^{-4 м3} Па/с; молекулярно-вязкостный - 1,3- I0^-7£ Q_нат £ 1,3*10^{-4 м3} Па/с, для легких газов ближе к молекулярному.

В условиях молекулярно-вязкостного режима течения газа пересчет величины течи к стандартным условиям производится по формулам наиболее близкого для него режима – молекуляр­ного или вязкостного.

Для оболочек ЭВП требования к их герметичности определяются заданным сроком их службы и хранения, величиной их объема, допустимым увеличением давления в них, степенью обезгаживания внутренних элементов и т.д. При непрерывной откачке вакуумного оборудования требования к его герметичности определяются величиной его рабочего или предельного остаточного давления, которое нужно поддер­живать при известной скорости откачки. Количественной мерой герметичности является допустимая величина суммарного натекания Q_доп через все течи. Поэтому при расчете величины Q_доп необходимо обеспечивать запас в сторону ее уменьшения на 1¸2 порядка, т.к. после сборки и запуска оборудования могут появиться, незапланированные течи, например, в сварных соединениях. Величина Q_доп для вакуумного оборудования равна:

Q_доп £р_раб S_эф – Q_r, м³ Пa/c, (5.5)

где р_раб - заданное рабочее давление, Па;

S_эф - эффективная скорость откачки установки, м³/с;

Q_r - поток рабочего газовыделения, м³*Па/с.

Для ЭВП без геттера (газопоглотителя) или без автономных средств откачки

Q_доп (5.6)

где V - объем ЭВП, м³;

р_доп - допустимое давление в ЭВП, Па;

р_о - остаточное давлении в ЭВП, Па;

q - количество газа, выделяемое внутренними элементами ЭВП, м³*Па;

t - срок службы и складского хранения, с.

Если в ЭВП встроен геттер, то

Q_доп (5.7)

где w - общая сорбционная емкость геттера по воздуху, м³ *Па.

При наличии у ЭВП автономных средств откачки (магниторазрядных или геттерно-ионных насосов)

Q_доп (5.8)

Следует отметить, что расчет по формулам (5.5) - (5.8) является недостаточно точным, он позволяет определить порядок величины Q_доп, которую в дальнейшем необходимо корректировать.