سیستم خلاء آرایش پیچیده ای از اجزا است که برای ایجاد و حفظ یک محیط کنترل شده با سطوح فشار کاهش یافته زیر فشار اتمسفر طراحی شده است. این سیستم ها در طیف وسیعی از صنایع، از تحقیقات علمی و تولید گرفته تا الکترونیک و اکتشافات فضایی، کاربرد دارند. درک نحوه عملکرد یک سیستم خلاء و اجزای کلیدی آن برای درک کاربردهای متنوع و اهمیت آن در زمینه های مختلف بسیار مهم است.
عملکرد سیستم خلاء:
در هسته خود، یک سیستم خلاء با حذف مولکول های گاز از یک فضای تعریف شده عمل می کند، در نتیجه فشار را کاهش می دهد و یک محیط کنترل شده با فشار پایین ایجاد می کند. این امر از طریق یک سری اجزای به هم پیوسته که با هم کار می کنند تا سطح خلاء مورد نظر را ایجاد، کنترل و حفظ کنند، به دست می آید. اصل اساسی ایجاد یک گرادیان فشار است که به مولکول‌های گاز اجازه می‌دهد از یک منطقه با فشار بالاتر به یک منطقه با فشار پایین‌تر حرکت کنند و در نهایت منجر به تخلیه سیستم شود.
پمپ خلاء: پمپ خلاء قلب سیستم است و وظیفه حذف مولکول های گاز از سیستم را بر عهده دارد. انواع مختلفی از پمپ های خلاء وجود دارد که هر کدام دارای محدوده فشار و کاربردهای متفاوتی هستند. انواع متداول عبارتند از:
پمپ های جابجایی مثبت: این پمپ ها شامل پمپ های پره ای دوار و پمپ های پیستونی هستند که به طور فیزیکی مولکول های گاز را به دام می اندازند و از آنها خارج می کنند.
پمپ های انتقال مومنتوم: به عنوان مثال پمپ های انتشار و پمپ های توربومولکولی هستند که از چرخش با سرعت بالا برای بیرون راندن مولکول های گاز از سیستم استفاده می کنند.
پمپ‌های گیرافتاده: اینها پمپ‌های سرمایی و جذبی هستند که مولکول‌های گاز را روی سطوح سرد یا مواد جاذب جذب می‌کنند.
محفظه خلاء: محفظه خلاء فضای بسته ای است که در آن کاهش فشار اتفاق می افتد. برای مقاومت در برابر اختلاف فشار طراحی شده است و مجهز به پورت هایی برای اتصال پمپ خلاء، گیج ها و سایر قطعات است.
اندازه گیری و کنترل فشار: اندازه گیری دقیق فشار برای کنترل و حفظ سطح خلاء ضروری است. برای نظارت بر فشار از گیج های فشار مانند پیرانی، یونیزاسیون و مانومترهای خازنی استفاده می شود. سیستم های کنترل سرعت پمپ و جریان گاز را برای رسیدن به محدوده فشار مورد نظر تنظیم می کنند.
شیرها: سوپاپ ها به صورت استراتژیک در سیستم قرار می گیرند تا جریان گاز را کنترل کنند، قسمت های مختلف سیستم را ایزوله کنند و امکان تعمیر و نگهداری را فراهم کنند. شیرهای دروازه ای، شیرهای پروانه ای و شیرهای توپی معمولاً برای دستکاری جریان گاز استفاده می شوند.
درگاه‌های ورودی و خروجی گاز: این درگاه‌ها ورود گازها به سیستم را برای فرآیندهایی مانند کندوپاش، رسوب بخار شیمیایی و کاشت یون تسهیل می‌کنند. آنها همچنین اجازه تهویه کنترل شده سیستم را می دهند.
فیلترها و تله ها: فیلترها و تله ها برای جذب و حذف ذرات، مایعات و گازهای ناخواسته از سیستم خلاء استفاده می شوند. تله های سرد، غربال های مولکولی و فیلترهای ذرات از ورود آلاینده ها به محفظه خلاء جلوگیری می کنند.
مهر و موم و واشر: برای حفظ یکپارچگی محیط خلاء، مهر و موم و واشر با کیفیت بالا در نقاط اتصال مختلف به کار گرفته می شود. اینها از نشت گاز جلوگیری می کنند و گرادیان فشار را حفظ می کنند.
پمپ پشتیبان: در برخی از سیستم های خلاء، از یک پمپ پشتی برای کمک به پمپ خلاء اولیه با جابجایی حجم گازهای بزرگتر در فشارهای بالاتر استفاده می شود. این به بهبود راندمان پمپ و کاهش بار روی پمپ اولیه کمک می کند.
بافل ها و دیفیوزرها: این قطعات برای هدایت جریان گاز و مدیریت دینامیک گاز در داخل سیستم، کاهش تلاطم و کمک به فرآیند تخلیه طراحی شده اند.
لوازم جانبی: لوازم جانبی مختلفی را می توان بسته به کاربرد آن در یک سیستم خلاء ادغام کرد. اینها ممکن است شامل نگهدارنده‌های نمونه، عناصر گرمایش یا سرمایش، و ابزار دقیق برای نظارت و تجزیه و تحلیل درجا باشد.
به طور خلاصه، یک سیستم خلاء با ایجاد یک محیط کنترل شده با فشار کاهش یافته از طریق استفاده از اجزای تخصصی که هماهنگ هستند، عمل می کند. پمپ خلاء به عنوان جزء اصلی عمل می کند، در حالی که محفظه خلاء، سیستم های اندازه گیری و کنترل فشار، دریچه ها و سایر اجزاء نقش مهمی در دستیابی و حفظ سطح خلاء مورد نظر دارند. طراحی و ادغام این اجزا بر اساس کاربرد خاص، خواه ساخت نیمه هادی، آزمایش های تحقیقاتی یا شبیه سازی های فضایی، متفاوت است. پیشرفت مداوم فناوری سیستم خلاء، توانایی‌های ما را در حوزه‌های علمی، صنعتی و فناوری متعددی افزایش می‌دهد.
