真空技术4.docVIP

第六章 管路接头与阀门 在前面章节中，我们着重在真空泵，压力量测，然而在组成成真空系统时，腔体与腔体之件的连接，或是腔体与泵的连接也是很重要的问题。管路的连接方式牵扯到如何在连接后不会漏真空，同时也必须考虑一旦真空度到达时，或是有其它用途时，如何隔离真空。阀门的选取以及真空管路的密合是这个章节所欲介绍的重点 阀门（Valve) 阀门是用来控制气体流通的门户，同时也是阻隔不同压力区的腔体，它的重点在于必须能够承受压力不会变形，以及阀门关门的机制如何？阀门的材料大致分为黄铜，铝以及不锈钢的材质。黄铜的阀门都用在foreline，或是不具有腐蚀性的气体环境。铝阀门所用的压力范围涵盖全部，但是若牵连腐蚀性的气体，通常以不锈钢的阀门取代。阀门与其它管件连接时，其密合的方式有采用o-ring以及金属式（俗称gasket))的密合，而阀门本身在密合时（俗称flapper)也区分为金属和O-ring两种，金属的密合可耐到300C，而O-ring则视种类而定，若是Buna-N只能耐80C，若是Viton则是可以耐到200C。一般而言阀门可分为下列数种 Gate valves Rectangular valves Right-angle and block valves Straight-through valves Ball valves Inline valves Butterfly valves Variable conductance controllers Leak valves Gate valve Gate Valve 一般用在两个系统之间，它可以提供一个高气体流量的通道。最常看到的地方在于高真空泵与腔体之间，藉此Gate Valve 可以让腔体破真空而不必关掉泵的运作，其次gate Valve 也用在由一个腔体在真空环境中，将试片或对象转进另一腔体，gate valve成为其门户。图6.1为gate valve 在开关时之情形。该阀门的开关乃是用气压的方式推挤阀门。在关的状态时，其弹簧是在松弛状态，等到要打开阀门时，则气体进入气体室推挤活塞，将flapper带出，完成阀门打开的动作。因此该图所显示的阀门其打开的机制是采抽拉式，而其密合的方式采O-ring。 Rectangular valves 该种阀用在一些系统需要阀门是很低的高度，但是有足够宽的宽度，例如可以用来传送盘状的对象（Si wafer)。 Right-angle and block valves 这种阀有O-ring 密合以及金属密合两种。通常用在foreline，UHV shut-off 阀，sorption pump的阀。其气导为其 Straight-through valves 的一半，图6.3为其外貌 . Straight-through valves 该阀最大的特色在于气体流通时，完全不必绕弯。图6.4为其外貌图 Ball valves 该种阀仅适合用在低真空的环境下，在高真空环境下该阀容易泄漏，图6.5为其外貌图。 Inline valves 该种阀其进气口与出气口不在同一方向，其用的时机在于其它阀门在空间的装置上无法胜任时。图6.6为其外貌图。 Butterfly valves 该种阀用在扩散泵比较多，在装置时，必须预留空间给其Flapper旋转。图6.7为其外貌。 Variable conductance controllers 该种阀可以用来量整气导值。除非是特殊用途，否则不常见。图6.8为其外貌。 Leak valves 该阀有时候也称气体控制阀，专用用来控制少量气体进入腔体。其外貌见图6.9。 真空腔体在密合时，如何不让外界气体进入腔体内是首要目标，O-ring密合与金属密合是最主要的两种方式，为了配合这种密合，在管路接头的设计上必须要有凹槽或刀口，方能达到要求。下面所介绍的便是O-ring的密合方式。O-ring的密合其原理不外乎是将O-ring挤压，让O-ring去填满空隙，让空气无法进出。挤压O-ring的方式可以是正压力，也可以是剪力，完全视凹槽的几何形状而定。图6.10为O-ring 受到正压力而密合的凹槽几何形状，虽然其几何形状略略不同，但大体而言O-ring是接受正压力而密合。图6.11也是一种正压力下的紧密结合的几何结构，只不过此回其凹槽较深，整个O-ring落在凹槽之内，在密合时,上方的突出物会深入下方的凹槽，挤压O-ring而达到密合作用。图6.12显示其它几何形状的密合机制，与前面不同之处在于其凹槽呈梯形状。在密合时会出现剪力。图6.13则是另一类的组合 前面几种都是O-ring落在一个接头的凹槽内，然而也有所谓接缝式的O-ring密合，图6.14乃