Hệ thống chân không là sự sắp xếp phức tạp của các bộ phận được thiết kế để tạo ra và duy trì một môi trường được kiểm soát với mức áp suất giảm dưới áp suất khí quyển. Các hệ thống này tìm thấy ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, từ nghiên cứu và sản xuất khoa học đến điện tử và thám hiểm không gian. Hiểu cách thức hoạt động của hệ thống chân không và các thành phần chính của nó là rất quan trọng để nắm bắt được các ứng dụng và tầm quan trọng đa dạng của nó trong các lĩnh vực khác nhau.
Hoạt động của hệ thống chân không:
Về cốt lõi, hệ thống chân không hoạt động bằng cách loại bỏ các phân tử khí khỏi một không gian xác định, từ đó giảm áp suất và tạo ra môi trường áp suất thấp được kiểm soát. Điều này đạt được thông qua một loạt các thành phần được kết nối với nhau hoạt động cùng nhau để tạo ra, kiểm soát và duy trì mức chân không mong muốn. Nguyên tắc cơ bản là tạo ra một gradient áp suất cho phép các phân tử khí di chuyển từ vùng áp suất cao hơn đến vùng áp suất thấp hơn, cuối cùng dẫn đến sự thoát hơi nước của hệ thống.
Bơm chân không: Bơm chân không là trái tim của hệ thống, chịu trách nhiệm loại bỏ các phân tử khí khỏi hệ thống. Có nhiều loại máy bơm chân không khác nhau, mỗi loại phục vụ cho các phạm vi áp suất và ứng dụng khác nhau. Các loại phổ biến bao gồm:
Bơm dịch chuyển tích cực: Chúng bao gồm máy bơm cánh gạt quay và máy bơm piston, có chức năng bẫy và xả các phân tử khí thải.
Bơm chuyển động lượng: Ví dụ như bơm khuếch tán và bơm turbo phân tử, sử dụng vòng quay tốc độ cao để đẩy các phân tử khí ra khỏi hệ thống.
Bơm bẫy: Đây là bơm lạnh và bơm hấp phụ để thu giữ các phân tử khí trên bề mặt lạnh hoặc vật liệu hấp phụ.
Buồng chân không: Buồng chân không là không gian kín nơi xảy ra hiện tượng giảm áp suất. Nó được thiết kế để chịu được sự chênh lệch áp suất và được trang bị các cổng để kết nối bơm chân không, đồng hồ đo và các bộ phận khác.
Đo lường và kiểm soát áp suất: Đo áp suất chính xác là điều cần thiết để kiểm soát và duy trì mức chân không. Đồng hồ đo áp suất như đồng hồ đo Pirani, đồng hồ đo ion hóa và áp kế điện dung được sử dụng để theo dõi áp suất. Hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ bơm và lưu lượng khí để đạt được phạm vi áp suất mong muốn.
Van: Van được đặt ở vị trí chiến lược trong hệ thống để kiểm soát dòng khí, cách ly các bộ phận khác nhau của hệ thống và cho phép bảo trì. Van cổng, van bướm và van bi thường được sử dụng để điều khiển dòng khí.
Cổng đầu vào và đầu ra khí: Các cổng này tạo điều kiện thuận lợi cho việc đưa khí vào hệ thống cho các quá trình như phún xạ, lắng đọng hơi hóa học và cấy ion. Chúng cũng cho phép kiểm soát hệ thống thông gió.
Bộ lọc và bẫy: Bộ lọc và bẫy được sử dụng để thu giữ và loại bỏ các hạt, chất lỏng và khí không mong muốn khỏi hệ thống chân không. Bẫy lạnh, sàng phân tử và bộ lọc hạt ngăn chặn chất gây ô nhiễm xâm nhập vào buồng chân không.
Vòng đệm và vòng đệm: Để duy trì tính toàn vẹn của môi trường chân không, vòng đệm và vòng đệm chất lượng cao được sử dụng tại các điểm kết nối khác nhau. Những điều này ngăn chặn rò rỉ khí và duy trì độ dốc áp suất.
Bơm dự phòng: Trong một số hệ thống chân không, bơm dự phòng được sử dụng để hỗ trợ bơm chân không chính bằng cách xử lý lượng khí lớn hơn ở áp suất cao hơn. Điều này giúp cải thiện hiệu suất bơm và giảm tải cho máy bơm chính.
Vách ngăn và Bộ khuếch tán: Những bộ phận này được thiết kế để định hướng dòng khí và quản lý động lực khí trong hệ thống, giảm nhiễu loạn và hỗ trợ quá trình sơ tán.
Phụ kiện: Nhiều phụ kiện khác nhau có thể được tích hợp vào hệ thống chân không tùy thuộc vào ứng dụng của nó. Chúng có thể bao gồm giá đỡ mẫu, bộ phận làm nóng hoặc làm mát và thiết bị đo để theo dõi và phân tích tại chỗ.
Tóm lại, hệ thống chân không hoạt động bằng cách tạo ra một môi trường được kiểm soát với áp suất giảm thông qua việc sử dụng các bộ phận chuyên dụng hoạt động hài hòa. Bơm chân không đóng vai trò là thành phần cốt lõi, trong khi buồng chân không, hệ thống đo và điều khiển áp suất, van và các bộ phận khác đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được và duy trì mức chân không mong muốn. Thiết kế và tích hợp của các thành phần này khác nhau tùy theo ứng dụng cụ thể, cho dù đó là sản xuất chất bán dẫn, thí nghiệm nghiên cứu hay mô phỏng không gian. Sự tiến bộ không ngừng của công nghệ hệ thống chân không giúp nâng cao khả năng của chúng tôi trên nhiều lĩnh vực khoa học, công nghiệp và công nghệ.
