晶体生长设备的真空系统设计

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:374

李留臣

(西安理工大学晶体生长设备研究所，西安 710048)

摘要：阐述了降低真空系统漏气率的一些措施，包括真空系统设计中的结构设计、密封形式的选择、密封材质的选用等，提出了一种新型的静密封结构，提高了真空系统的密封性能。

关键词：真空；密封；漏气率；密封结构

文章编号：1004-4507(2004)06-0051-03

随着科学技术的飞速发展，在半导体工业、表面科学、真空冶金、生物制药、新材料生产与研究等科研与生产领域中，真空系统的应用越来越广泛，并且向更高的要求发展，因此，如何设计真空系统，提高系统的密封性，降低系统的漏气率，是使真空系统更好的为现代工业发展服务的关键所在。

西安理工大学晶体生长设备研究所是我国研究生产人工晶体生长设备的骨干企业，具有40多年设计生产真空设备的经验，根据多年的实际工作经验，对提高真空系统密封性、降低系统漏气率方面提出设计方法。

1 技术措施

1．1 真空系统的结构

真空系统的结构是影响真空系统密封性和系统漏气率的关键，真空系统的结构合理与否，将直接影响系统的密封性和系统的漏气率。

(1)真空系统内部尽可能地避免出现小曲率半径的死角、弯角，要圆角光滑过渡，不留死角，有利于打磨抛光、清洗清扫。

(2)抽空管道、送气管道等与真空室相连接的管道，采用圆弧过渡，使气路畅通无阻，但要考虑清洗清扫的方便性，如图1所示。

(3)认真设计真空室内各种连接件的结构，减少螺纹连接、销钉连接、铆钉铆接，使气路畅通，避免气路堵塞，如图2所示。

(4)打磨抛光真空系统内表面，使其表面光亮如表面越光亮就越不易气体吸附，越容易获得真空。

(5)尽可能减小真空室的体积，缩短管路系统。

a．减小抽空管道、充气管道的体积；
b．减小相关辅助腔的体积；
c．增加相应的隔离阀，使工作室与辅助室分开，重点保证工作室的真空度要求。

(6)在不影响使用的条件下，可在真空系统内部设置烘烤装置。

在图2所示的情况中如果没有工艺孔的存在，抽真空过程中，两配合件之间形成接触密封，内部残存一部分气体，而这种密封又是不可靠的，在真空形成的过程中，残存的气体会不断地向外释放，从而影响系统的真空度要求。增加透气工艺孔，消除了残余气体的存在，可以大大提高真空系统的真空度，从而满足高真空系统的要求。

1．2 密封形式的选择

密封形式可根据所需真空度的高低及实际工作需要选择密封形式，对于人工晶体生长设备，一般需要的真空度在10^-3pa以下，因此，无需采用金属密封。以tdr-70型单晶炉为例，我们选择磁性流体密封作为旋转动密封，选择高精度大伸缩量的焊接波纹管进行移动密封，小直径轴的旋转密封选用“o”型密封圈或威尔逊密封，各种静密封则采用“o”型密封圈密封形式，直径压缩比为15％-25％。

1．3 密封件材质的选用

真空度在10^-3pa以下的真空系统，密封材料一般选择橡胶密封圈即可满足要求。但是，考虑到实际工作条件的需要(真空室内温度最高可达2300℃，密封部位进行水冷后，其温度在80℃左右，个别处温度可达100℃以上)。所以，要选择比较理想的密封圈材料。

用于真空密封橡胶材料，除要求具有光洁表面、无划伤、无裂纹外，还要求有低的渗透率和出气率，良好的耐热性耐油性，同时要有一定的强度、硬度和弹性等。

各种橡胶材料的主要性能如表1-表3。

氟橡胶是一种具有耐高温、耐各种介质的密封材料。各种气体在氟橡胶中有较小的扩散速度和较大的溶解度，透气性很小，如表2所示，在高温、真空中放气速率很低 (在2．6×10^-7pa的失重为2．3％)，可用于10^-5-10^-7pa的真空密封；采用合理的密封结构，烘烤到200℃，并加上冷却措施，可达到1o-8pa的高真空。氟

李留臣