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真空清洗工艺

2019年02月18日 点击:

真空清洗一般定义为在真空工艺进行前,先从工件或系统材料表面清除所不期望的物质的过程。真空零部件的表面清洗处理是很必要的,因为由污染物所造成的气体、蒸气源会使真空系统不能获得所要求的真空度。此外,由于污染物的存在,还会影响真空部件连接处的强度和密封性能。


一.真空加热清洗

    将工件放置于常压或真空中加热.促使其表面上的挥发杂质蒸发来达到清洗的目的,这种方法的清洗效果与工件的环境压力、在真空中保留时间的长短、加热温度、污染物的类型及工件材料有关。其原理是加热工件.促使其表面吸附的水分子和各种碳氢化合物分子的解吸作用增强。解吸增强的程度与温度有关。在超高真空下,为了得到原子级清洁表面,加热温度必高于450度才行.加热清洗方法特别有效。但有时,这种处理方法也会产生副作用。由于加热的结果,可能发生某些碳氢化合物聚合成较大的团粒,并同时分解成碳渣

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二.紫外线辐照清洗

    利用紫外辐照来分解表面上的碳氢化合物。例如,在空气中照射15h就可产生清洁的玻璃表面。如果把适当预清洗的表面放在一个产生臭氧的紫外线源中.要不了几分钟就可以形成清洁表面(工艺清洁)。这表明臭氧的存在增加了清洁速率。其清洗机理是:在紫外线照射下,污物分子受激并离解,而臭氧的生成和存在产生高活性的原子态氧。受激的污物分子和由污物离解产生的自由基与原子态氧作用.形成较简单易挥发分子.如H203、CO2和N2.其反应速率随温度的增加而增加.

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三.放电清洗

    这种清洗方法在高真空,超高真空系统的清洗除气中应用的非常广泛.尤其是在真空镀膜设备中用的最多。利用热丝或电极作为电子源.在其相对于待清洗的表面加负偏压可以实现离子轰击的气体解吸及某些碳氢化合物的去除.清洗效果取决于电极材料、几何形状及其与表面的关系.即取决于单位表面积上的离子数和离子能量.从而取决于有效电功率。在真空室中充入适当分压力的惰性气体(典型的如Ar气).可以利用两个适当的电极间的低压下的辉光放电产生的离子轰击来达到清洗的目的。该方法中.惰性气体被离化并轰击真空室内壁、真空室内的其它结构件及被镀基片,它可以使某些真空系统免除被高温烘烤。如果在充入的气体中加入氧气,对某些碳氢化合物可以获得更好的清洗效果。因为氧气可以使某些碳氢化合物氧化生成易挥发性气体而容易被真空系统排除。不锈钢高真空和超高真空容器表面上杂质的主要成分是碳和碳氢化合物。一般情况下,其中的碳不能单独挥发.经化学清洗后,需要引入Ar或Ar+O2混合气体进行辉光放电清洗,使表面上的杂质和由于化学作用被束缚在表面上的气体得到清除.在辉光放电清洗中.最重要的参数是外加电压的类型(交流或直流),放电电压大小、电流密度、充入气体种类和压力.轰击的持续时间.电极的形状以及待清洗的部件的材料和位置等.

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 四.气体冲洗

1.氮气冲洗

   氮气在材料表面吸附时,由于吸附能小,因而吸留表面时间极短.即便吸附在器壁上,也很容易被抽走。利用氮气的这种性质冲洗真空系统,可以大大缩短系统的抽气时间。如真空镀膜机在放入大气之前,先用干燥氮气充入真空室冲刷一下再充入大气,则下一抽气循环的抽气时间可缩短近一半,其原因为氮分予的吸附能远比水气分子小,在真空下充入氮气后,氮分子先被真空室壁吸附了。由于吸附位是一定的,先被氮分子占满了,其吸附的水分子就很少了,因而使抽气时间缩短了。如果系统被扩散泵油喷溅污染了,还可以利用氮气冲洗法来清洗被污染的系统.一般是一边对系统进行烘烤加热,一边用氮气冲洗系统,可将油污染消除。

2.反应气体冲洗

   这种方法特别适用于大型超高不锈钢真空系统的内部洗(去除碳氢化合物污染)。通常对于某些大型超高真空系统的真空室和真空元件,为了获得原子态的清洁表面,消除其表面污染的标准方法是化学清洗,真空炉焙烧、辉光放电清洗及原能烘烤真空系统等方法。以上的清洗和除气方法常用于真空系统安装前及装配期间。在真空系统安装后(或系统运行后),由于真空系统内的各种零部件已经被固定,这时对它们进行除气处理就很困难,一旦系统受到(偶然)污染(主要是大原子数的分子如碳氢化合物的污染),通常要拆卸后重新处理再安装.而用反应气体工艺,可以进行原位在线除气处理.有效地除去不锈钢真空室内的碳氢化合物的污染.其清洗机理:在系统中引述氧化性气体(O2、N0 )和还原性气体(H2、N H3)对金属表面进行化学反应清洗,消除污染,以便获得原子态的清洁金属表面。表面氧化/还原的速率取决于污染的情况及金属表面的材质,表面反应速率的大小通过调整反应气体的压力和温度来控制。对于每一种基材而言,精确的参数要通过实验来确定.对于不同的结晶取向,这些参数是不同的.

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