Pa量级超高真空度的设备及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于真空技术领域，具体涉及一种获得超高真空度的设备及其方法。
【背景技术】
[0002]真空环境为人们提供了清洁、少受外界干扰的实验环境，当代科学技术的发展无不伴随着真空科学与技术的进步。如今真空科学已广泛应用于电子、半导体、冶金、医药、航空航天等领域，并为微纳米工程、分析测试技术、激光工程等高新技术提供了必要保障。通常真空环境的获得是通过真空栗来实现的，由机械栗、扩散栗、分子栗、离子栗、升华栗等不同种类真空栗及其组合来满足对不同真空度的需求。现有设备，通过单一机械栗，其工作室的真空度可达10 ta量级；由机械栗、扩散栗的组合，工作室真空度达到10 4Pa量级；同时机械栗、分子栗两级真空系统可将工作室的极限真空度提高到10 6Pa量级；若要继续提高真空度，一般采用机械栗、分子栗配合升华栗或溅射离子栗的组合，可以实现10 9Pa量级的超高真空，但现有设备如分子束外延设备、X射线光电子能谱仪、俄歇电子能谱仪等采用此类配置，其工作室极限真空大多只能达到1 X 10 sPa?2X 10 sPa量级，只有极少数设备能实现10 9Pa量级。采用此类配置的真空系统组成复杂、成本很高；真空获取系统占用空间大，影响系统结构，甚至影响系统功能的实现，而且极限真空维持稳定性差、操作复杂。随着对设备真空度的要求不断提高，真空获取系统越发复杂，相应的设备成本急剧增加，使用操作难度增加，结构尺寸增大等这些都限制了它的使用及推广。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是要解决现有实现10 9Pa量级真空系统组成复杂、成本很高，真空获取系统占用空间大，影响系统结构，甚至影响系统功能的实现，而且极限真空维持稳定性差、操作复杂的问题，而提供一种获得10 9Pa量级超高真空度的设备及其方法。
[0004]—种获得10 9Pa量级超高真空度的设备包括机械栗、波纹管、真空电磁阀、分子栗、工作室、闸板阀、卤素灯、进气孔、进气截止阀、流量计、气瓶截止阀、减压阀、气瓶、加热带、石英窗口、真空计、热电偶、密封法兰和工作负载，
[0005]所述的机械栗与分子栗之间通过波纹管连接，在波纹管上设置真空电磁阀，在分子栗和工作室之间设置闸板阀，所述的工作室内设有卤素灯，在工作室顶端设有透光口，且透光口采用石英窗口密封，在工作室底部设有进气孔，工作气体由气瓶经减压阀、气瓶截止阀、流量计、进气截止阀和进气孔进入工作室内，在工作室外壁四周缠绕加热带，所述的工作负载设置在工作室内，且通过密封法兰进行密封，由真空计检测工作室内的真空度，由热电偶测量工作室内温度。
[0006]—种获得10 9Pa量级超高真空度的方法，具体是按以下步骤完成的:首先启动上述的获得10 9Pa量级超高真空度的设备的机械栗，打开电磁阀和闸板阀，当真空计显示工作室内压力为IPa?10Pa时，启动分子栗，当真空计显示工作室内压力为10 5Pa?10 7Pa时，打开卤素灯，同时启动加热带烘烤，设置烘烤温度为100?400°C，烘烤时间为24h?120h，然后关闭卤素灯和加热带，直至真空计显示工作室内压力为109Pa时，先关闭闸板阀，然后关闭电磁阀、分子栗和机械栗。
[0007]本发明优点:本发明针对现有设备真空获取系统结构复杂，成本高昂的问题，提供了一种获得10 9Pa量级超高真空度的设备，通过机械栗加单级分子栗两级真空获取系统实现10 9Pa量级超高真空度的方法，由该方法实现的真空设备的极限真空度可达
7.3X10 9Pa0 二、采用本发明一种获得10 9Pa量级超高真空度的方法可显著提高采用机械栗、分子栗配置的真空设备的极限真空度；同时与现有可实现10 9Pa量级超高真空度的设备相比，本发明大大简化了真空获取系统结构、降低了设备成本；此外本发明所实现的设备还具有配置简单、操作方便、真空系统可靠性高等优点。
【附图说明】
[0008]图1是【具体实施方式】一所述的一种获得10 9Pa量级超高真空度的设备的结构示意图；
[0009]图2是实施例2真空计16显示器的照片。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:结合图1，本实施方式是一种获得10 9Pa量级超高真空度的设备，包括机械栗1、波纹管2、真空电磁阀3、分子栗4、工作室5、闸板阀6、卤素灯7、进气孔
8、进气截止阀9、流量计10、气瓶截止阀11、减压阀12、气瓶13、加热带14、石英窗口15、真空计16、热电偶17、密封法兰18和工作负载19，
[0011]所述的机械栗1与分子栗4之间通过波纹管2连接，在波纹管2上设置真空电磁阀3，在分子栗4和工作室5之间设置闸板阀6，所述的工作室5内设有卤素灯7，在工作室5顶端设有透光口，且透光口采用石英窗口 15密封，在工作室5底部设有进气孔8，工作气体由气瓶13经减压阀12、气瓶截止阀11、流量计10、进气截止阀9和进气孔8进入工作室5内，在工作室5外壁四周缠绕加热带14，所述的工作负载19设置在工作室5内，且通过密封法兰18进行密封，由真空计16检测工作室5内的真空度，由热电偶17测量工作室5内温度。
[0012]图1是【具体实施方式】一所述的一种获得10 9Pa量级超高真空度的设备的结构示意图，图中1为机械栗，2为波纹管，3为真空电磁阀，4为分子栗，5为工作室，6为闸板阀，7为卤素灯，8为进气孔，9为进气截止阀，10为流量计，11为气瓶截止阀，12为减压阀，13为气瓶，14为加热带，15为石英窗口，16为真空计，17为热电偶，18为密封法兰，19为工作负载。
[0013]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:所述的分子栗4为具有获取10 9Pa极限真空能力的分子栗。其他与【具体实施方式】一相同。
[0014]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:所述的工作室5利用特种钢材制备而成，且工作室5加工成型后在无油高真空条件下进行除气钝化处理，工艺真空度为10 5Pa?500Pa，温度为500?1200°C，处理时间为24h?120h。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0015]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:所述的工作室5的内壁表面粗糙度为0.05 μπι?10 μπι。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0016]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同点是:所述的工作室5在真空环境下的放气量为10 9Pa.L.s 1?10 7Pa.L.s 10其他与【具体实施方式】一至四相同。
[0017]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同点是:所述的石英窗口 15为面积不大于400cm2石英窗口。其他与【具体实施方式】一至五相同。
[0018]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同点是:所述的密封法兰18为超高真空金属密封法兰，超高真空金属密封法兰的密封为全金属密封。其他与【具体实施方式】一至六相同。
[0019]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同点是:所述的获得10 9Pa量级超高真空度的设备的整体漏率为10 9Pa.L.s 1?10 sPa.L.s、其他与【具体实施方式】一至七相同。
[0020]【具体实施方式】九:一种获得10 9Pa量级超高真空度的方法，具体是按以下步骤完成的:首先启动【具体实施方式】八所述的获得10 9Pa量级超高真空度的设备的机械栗1，打开电磁阀3和闸板阀6，当真空计16显示工作室5内压力为IPa?10Pa时，启动分子栗4，当真空计16显示工作室5内压力为10 5Pa?10 7Pa时，打开卤素灯7，同时启动加热带14烘烤，设置烘烤温度为100?400°C，烘烤时间为24h?120h，然后关闭卤素灯7和加热带14，直至真空计16显示工作室5内压力为10 9Pa时，先关闭闸板阀6，然后关闭电磁阀3、分子栗4和机械栗1。
[0021]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】九的不同点是:所述设置烘烤温度为200°C，烘烤时间48h。其他与【具体实施方式】九相同。
[0022]采用下述试验验证本发明效果
[0023]实施例1:一种获得10 9Pa量级超高真空度的方法，具体是按以下步骤完成的:首先启动获得10 9Pa量级超高真空度的设备的机械栗1，打开电磁阀3和闸板阀6，当真空计16显示工作室5内压力为IPa?10Pa时，启动分子栗4，当真空计