CN220435043U - 真空部件和真空设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及真空部件和真空设备。一种用于真空设备的真空部件，其包括：壁元件，其具有在真空外部的外表面和在真空内部的内表面；层加热元件，其连接到外表面；以及NEG材料层，其在与加热元件的位置相对应的位置处连接到内表面。

Description

真空部件和真空设备
技术领域
本实用新型涉及一种用于真空设备的真空部件和一种具有这样的真空部件的真空设备。
背景技术
当物体置于真空下时，嵌入材料内和表面上的气体从物体的表面放出。通过该过程产生气体被称为除气。一旦真空室被大致降低至低于0.1mbar，则除气就变成总气体负载的逐渐显著部分。对于超高真空系统(10-7mbar或更低)，除气是影响脱气和达到极限压力的时间的最重要因素。
能够通过以下措施来减少除气：从真空泵中消除弹性体、烃油和油脂；避免使用已知具有差的除气性能的其他材料，诸如低碳钢或多孔表面；以及使用洁净室技术以避免污染。
传统的热源可包括构建到真空系统或其部件中的金属丝加热元件、或者附接到系统外表面或缠绕在系统外表面周围的带子、缆线和带状物，这些带子、缆线和带状物进而被覆盖在隔热材料或其他绝缘材料中。
已发现这种类型的传统加热方法存在某些缺点。例如，当采用加热缆线时，可能难以实现热源和表面之间的均匀接触：导致可变的表面温度和差的热传递。
取决于系统的具体情况，冷点可能不充分地脱气，或者相反地可能促进冷凝或升华，这进而可对总体系统压力和/或性能具有有害影响。加衬芯的水套加热器改善了这些问题中的一些。
在某些应用中，期望提供补充抽气和如何减少在小直径管和难以接近的位置中从管道结构除气的措施。这方面的一个示例是SEM柱，其中在一些情况下，系统用TMP抽气降压，该TMP然后关闭以使振动最小化，且然后采用呈NEG(非蒸散型吸气剂)或离子泵形式的机械无源泵以在测量期间维持高真空/低压力。在许多情况下，接近受到限制，并且无源泵经由长的细管在距柱一定距离处连接，从而降低了那些泵的抽气性能。
在使用之前，任何NEG材料都必须通过在低压(<1E-6mbar)环境中将其加热到200℃以上的相对高的温度来激活。然而，常规的加热有时在真空设备的难以接近的区域中是不可能的，并且通常热量未被只定位到NEG材料。高温区域的这种非区域化引起从其他部件过度除气，这在冷却周期期间可能使NEG涂层部分地饱和或恶化。
先前已在GB2569996A中描述了使用沉积在真空部件的外表面上的多层加热器涂层以在使用之前引发对真空部件的除气。然而，即使当最初加热真空部件以进行脱气时，真空设备要使用的材料也是有限的，使得在真空设备中使用多孔材料通常是不可能的。
另外，即使对于通常的真空材料(诸如，不锈钢或铝)，除气也是一个耗时的过程。此外，在这些材料中污染物随时间的积聚是可能的，且因此，除气过程必须重复进行。如果使用无源泵，则这再次引起问题，因为无源泵的材料可能饱和或恶化。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的是提供一种用于真空设备的真空部件，该真空设备用于产生和维持超高真空。
该问题通过具有下述特征的真空部件和具有下述特征的真空设备来解决：
一种真空部件，其用于真空设备，其特征在于，所述真空部件包括：
壁元件，其具有在真空外部的外表面和在真空内部的内表面，层加热元件，其连接到所述外表面，以及
NEG材料层，其在与所述层加热元件的位置相对应的位置处连接到所述内表面；
一种真空设备，其特征在于，所述真空设备包括至少一个容器和至少一个真空泵，其中，所述真空设备进一步包括前述真空部件。
根据本实用新型，用于真空设备的真空部件包括壁元件，该壁元件具有在真空外部的外表面和在真空内部的内表面。因此，外表面可展现环境压力，其中，内表面可展现真空并且是真空部件和/或真空设备的内部表面。进一步地，层加热元件连接到外表面以加热真空部件。根据本实用新型，NEG材料层在与层加热元件的位置相对应的位置处连接到内表面。因此，在壁元件的相对两侧处，被层加热元件覆盖的区域至少部分地且优选地完全地与被NEG材料层覆盖的区域重叠。通过层加热元件，能够激活NEG材料层。因此，通过层加热元件和NEG材料层的直接组合，提供了能够被激活的在真空部件内部的无源真空泵。同时，NEG材料层可充当壁元件的材料的障壁层，从而防止对壁元件的过度除气。因此，通过层加热元件，能够减少对真空部件的壁元件的初始脱气。另外，由于层加热元件和NEG材料层的重叠，所以热量被定位到NEG材料层，从而防止真空设备的其他部件的过热。其中，层加热元件可提供均匀加热，从而允许对NEG材料的均匀激活。
优选地，加热元件是电阻加热器或传导加热器。
优选地，层加热元件是根据GB 2569996构建的，其中，该申请的内容通过引用完全并入本文。
优选地，层加热元件覆盖真空部件的完整的或几乎完整的外表面。由此，提供了对真空部件的壁元件的均匀加热，并且有可能对真空部件进行脱气。
优选地，加热元件包括加热层，该加热层涂覆到外表面上并且优选地通过电绝缘体层与真空部件分离。因此，从外表面开始，首先可存在电绝缘体层，接着是被构建为电阻加热层或传导加热层的加热层。
优选地，NEG材料层覆盖真空部件的完整的或几乎完整的内表面。因此，真空部件的完整的或几乎完整的内表面要么用于无源抽气和/或要么提供完整的障壁，从而防止或最小化对真空部件的除气。
优选地，NEG材料层的厚度在100nm和1000nm之间、更优选地在300nm和1000nm之间、以及最优选地在400nm和600nm之间。
优选地，NEG材料层是基于例如Ti-Zr-Hf-V的四元合金，但也可以是任何三元合金，诸如，Hf-Zr-V、Ti-Zr-Hf、Ti-Hf-V、Ti-Zr-V，例如Zr-V的二元合金，或例如锆的单一元素。四元合金Ti-Zr-Hf-V可能是优选的，因为它在相对低的激活温度(150℃至200℃)下具有改进的抽气速度。
优选地，NEG材料层包括充当障壁层的致密NEG材料层。附加地，或替代地，NEG材料层包括柱状NEG材料层，从而由于柱状NEG材料层的表面结构所致而提供了增加的表面，以便提高NEG材料的抽气性能。
优选地，从壁元件的内表面开始，NEG材料层包括至少两个层。第一层是充当障壁的致密NEG材料层，且第二层是柱状NEG材料层。因此，通过这两个层的组合，同时得以防止或最小化对真空部件的壁元件的除气，并且实现NEG材料的足够的抽气性能。
优选地，NEG材料层和/或层加热元件部分地且优选地完全地被一个或多个热绝缘体包围。通过热绝缘体，得以防止真空设备的连接到真空部件的其他部件过热。同时，也得以防止或最小化对那些部分的意外除气。同时，由层加热元件产生的热量被定位到NEG材料层，从而提高了NEG材料层的激活效率。
优选地，热绝缘体中的一个或多个是热质量体(thermal mass)。如果真空部件是管道，则热质量体可以是一个或多个法兰。通过法兰，与壁元件相比，存在附加材料，其具有增加的热容量，从而减少了热传递。同时，由于法兰的增加的表面，所以实现了对热质量体的冷却。其中，特别地，热质量体可具有粗糙化的外表面或在外表面处的冷却片，以便能够将热量高效地耗散到环境中。
优选地，所述一个或多个热绝缘体是减薄的壁区段。通过减薄的壁区段，减少了热传导。其中，减薄的壁区段的壁厚与壁元件相比可小于其80％、优选地小于其60％、以及更优选地小于其40％。下限仅由真空部件的稳定性设定。
优选地，所述一个或多个热绝缘体是与部件和/或壁元件的材料相比具有较低热传导性的绝缘材料。
优选地，热绝缘材料是陶瓷材料或塑料，其中，热绝缘材料在内表面处优选地被NEG材料层覆盖。
优选地，真空部件被构建为管。
进一步地，本实用新型涉及一种真空设备，其包括含有真空的至少一个容器和连接到容器的至少一个真空泵。其中，真空泵可被构建为涡轮分子真空泵。进一步地，真空设备包括如上文所描述的真空部件。特别地，真空部件是将容器与真空泵连接的管。
在下文中，参考附图来更详细地描述本实用新型。
附图说明
这些图示出了：
图1本实用新型的第一实施例，
图2本实用新型的另外的实施例，
图3本实用新型的另外的实施例，以及
图4本实用新型的详细视图。
具体实施方式
参考图1，其示出了根据本实用新型的真空部件，该真空部件被构建为管10。管10具有壁元件12，该壁元件具有外表面14和内表面16。通过壁元件，限定了内容积18。在安装状态下，内容积18中存在真空。虽然图1将本实用新型的真空部件示为管，但也能够使用真空设备的其他真空部件。例如，SEM柱可用作真空部件。
管10的外表面14被层加热元件20覆盖。其中，层加热元件可直接涂覆到管10的外表面上。其中，层加热元件可根据GB 2569996来构建。如图4中详细示出的，层加热元件20可包括直接连接到管10的壁元件12的至少一个电绝缘体层22。在电绝缘体层22的顶部上，优选地通过涂覆构建了加热层24。加热器层24可被构建为传导加热器层或电阻加热器层。其中，电绝缘体层22可包括选自由陶瓷、聚合物或聚合物基复合材料组成的组的材料。其中，陶瓷可选自由硅树脂碳质炸药(silicone carbonite)、或者硝酸盐、氧化铝、硝酸铝、尖晶石、莫来石组成的组。替代地，电绝缘体层22可以是选自液晶聚合物的组的聚合物，液晶聚合物包括芳族聚酰胺和芳族聚酯、芳族聚酰亚胺、聚酰胺、聚砜、聚乙烯亚胺和聚醚醚酮(PEEK)，或其衍生物或共聚物。优选的聚酰亚胺可包括聚(4,4'-氧二亚苯基均苯四甲酰亚胺)。替代地，可选择聚酰胺尼龙树脂或聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂。聚合物可附加地包括来自由以下各者组成的组中的一者或多者：抗静电剂、抗氧化剂、脱模剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂、流动增强剂、填料(包括纳米填料)、光稳定剂和紫外线吸收剂、颜料和增塑剂。在实施例中，聚合物可以是复合材料，其包括聚合物基质和增加聚合物基质的耐温性的分散相：玻璃纤维增强聚合物和碳纤维增强聚合物是特别优选的。
优选地，加热器层24是金属的或陶瓷的。优选地，加热器层24是金属的，包括选自由以下各者组成的组的材料：镍铬合金、钛合金、kanthal(FeCrAl合金)、铜镍合金、铂、铱、铼、钯、铑、金、铜、银、钨及其合金。替代地，加热器层24是陶瓷的，并且选自由二硅化钼或正温度系数陶瓷(诸如，钛酸钡或钛酸铅)组成的组。
优选地，绝缘层22、加热器层24和/或任何另外的外绝缘层(未示出)使用选自由以下各者组成的组的技术中的一种或多种来沉积：高速氧燃料喷涂(HVOF)、电泳沉积(EPD)、低温沉积(LPD)、电子束物理气相沉积(EBPVD)、空气等离子喷涂(APS)、静电喷涂辅助气相沉积(ESAVD)、直接气相沉积及其组合。
根据本实用新型，NEG材料层26连接到壁元件的内表面16。其中，NEG材料层26可包括第一层28，该第一层被构建为充当障壁的致密NEG材料层以防止或最小化对壁元件12的除气。其中，致密NEG材料层28直接连接到壁元件的内表面上。致密NEG材料层可通过涂覆来构建。NEG材料层26可包括被构建为柱状NEG材料层30的第二NEG材料层，其中，通过柱状NEG材料层，提供了增加的表面以便提高NEG材料层的抽气性能。尽管图1示出了NEG材料层26具有第一NEG材料层和第二层，但NEG材料层26可仅包括一个NEG材料层(致密NEG材料层抑或柱状NEG材料层)，或者可包括堆叠在彼此之上的两个以上的NEG材料层。
其中，示出了层加热元件20几乎覆盖壁元件的完整的外表面。另外，在壁元件的相对两侧处，层加热元件20的位置对应于NEG材料层26的位置。因此，对NEG材料层的均匀加热是可能的。另外，NEG材料层在管道10的完整的或几乎完整的内表面上延伸，以便高效地防止管道10的除气进入真空和/或提高NEG材料层的抽气效率。
管道10具有第一端32和第二端34，其中，在第一端32和第二端34处连接有法兰36以将例如管道连接到容器或真空泵。通过法兰36，提供了热质量体，从而限制由层加热元件20提供的热量。同时，通过法兰36，增加了外表面以便允许通过法兰36进行高效的热耗散。因此，通过法兰36，提供了热障壁，从而防止来自层加热元件20的热量扩散到附接到管10的第一端32或第二端34的部件。因此，层加热元件20的热量被定位到管道10，由此提供对NEG材料层26的均匀和高效加热。
在下文中参考图2，其中，相同或类似的元件用相同的附图标记表示。在图2的实施例中，层加热元件20由被构建为减薄的壁区段38的热绝缘体限制。这些减薄的壁区段被构建为壁元件12中的会合凹槽(conferential groove)。因此，通过减薄的壁区段38，得以降低跨越这些区段的热传导性，从而限制由层加热元件20产生的热量。因此，提供了对NEG材料层26的高效和均匀加热。其中，减薄的壁区段38中的壁厚可小于剩余壁元件12的壁厚的80％、更优选地小于60％、以及最优选地小于50％。
参考图3，其中，相同或类似的元件用相同的附图标记表示。在图3的实施例中，层加热元件20由绝缘体限制，这些绝缘体由绝缘材料40构建。特别地，绝缘材料40可以是陶瓷，诸如氧化铝，但不限于这种具体选择。特别地，绝缘材料40被选择为与壁元件12的材料相比具有降低的热传导性。因此，得以防止或减小跨越绝缘材料40的热传导。层加热元件20的热量被限制到部件10以便提供对NEG材料层的高效和均匀加热。其中，应注意，绝缘材料40的内表面延伸到壁元件12的内表面。因此，部件10的内表面的一部分由绝缘材料40的材料构建。为了防止经由绝缘材料(其可能是多孔陶瓷)除气或甚至渗漏，由作为障壁的至少一个NEG材料层且优选地致密材料层来涂覆绝缘材料40。
附图标记列表
12 壁元件
14 外表面
16 内表面
18 内部容积
20 层加热元件
22 电绝缘体层
24 加热器层
26 NEG材料层
28 致密NEG材料层
30 柱状NEG材料层
32 第一端
34 第二端
36 法兰
38 减薄的壁区段
40 绝缘材料

Claims (21)

1.一种真空部件，其用于真空设备，其特征在于，所述真空部件包括：
壁元件，其具有在真空外部的外表面和在真空内部的内表面，
层加热元件，其连接到所述外表面，以及
NEG材料层，其在与所述层加热元件的位置相对应的位置处连接到所述内表面。
2.根据权利要求1所述的真空部件，其特征在于，所述层加热元件是电阻加热器或传导加热器。
3.根据权利要求1或2所述的真空部件，其特征在于，所述层加热元件覆盖完整的所述外表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空部件，其特征在于，所述层加热元件包括涂覆在所述外表面上的加热层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的真空部件，其特征在于，所述NEG材料层覆盖完整的所述内表面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的真空部件，其特征在于，所述NEG材料层的厚度在100nm到1000nm之间。
7.根据权利要求6所述的真空部件，其特征在于，所述NEG材料层的厚度在300nm和1000nm之间。
8.根据权利要求7所述的真空部件，其特征在于，所述NEG材料层的厚度在400nm和600nm之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的真空部件，其特征在于，所述NEG材料层包括致密NEG材料层和/或柱状NEG材料层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的真空部件，其特征在于，从所述内表面开始，所述NEG材料层包括至少两个层，其中，第一层是致密NEG材料层，并且第二层是柱状NEG材料层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的真空部件，其特征在于，NEG材料层和/或所述层加热元件部分地被一个或多个热绝缘体包围。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的真空部件，其特征在于，NEG材料层和/或所述层加热元件完全地被一个或多个热绝缘体包围。
13.根据权利要求11或12所述的真空部件，其特征在于，所述一个或多个热绝缘体是热质量体。
14.根据权利要求13所述的真空部件，其特征在于，所述热质量体是法兰。
15.根据权利要求11或12所述的真空部件，其特征在于，所述一个或多个热绝缘体是减薄的壁区段。
16.根据权利要求11或12所述的真空部件，其特征在于，所述一个或多个热绝缘体是与所述部件的材料相比具有低的热传导性的热绝缘材料。
17.根据权利要求16所述的真空部件，其特征在于，所述热绝缘材料是陶瓷材料或塑料。
18.根据权利要求17所述的真空部件，其特征在于，所述热绝缘材料在所述内表面处被所述NEG材料层覆盖。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的真空部件，其特征在于，所述真空部件被构建为管。
20.一种真空设备，其特征在于，所述真空设备包括至少一个容器和至少一个真空泵，其中，所述真空设备进一步包括根据权利要求1至19中任一项所述的真空部件。
21.根据权利要求20所述的真空设备，其特征在于，所述至少一个真空泵被构建为涡轮分子真空泵。
CN202321374747.4U 2022-06-01 2023-06-01 真空部件和真空设备 Active CN220435043U (zh)

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