Устройство и эксплуатация вакуумных приборов часть 1

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА курса повышения квалификации «Устройство и эксплуатация вакуумных приборов»

1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

В различных областях науки и техники для производства но­вых материалов, приборов и проведения научных исследований применяются технологические процессы, осуществляемые при отсутствии окружающего нас атмосферного воздуха. В некоторых случаях вакуум оказывается наилучшей средой для проведения технологических процессов, в других — более благоприятна спе­циальная газовая атмосфера, часто также сильно разреженная, создаваемая в откачиваемом объекте после предварительной откачки до высокого вакуума.

Вакуумные технологические процессы нашли применение в са­мых разнообразных областях науки и техники. В медицине вакуум необходим для получения витаминов, антибиотиков; в ка­честве лечебной среды — в декомпрессионных установках. Пи­щевая промышленность использует вакуум для сушки и консер­вирования продуктов, опреснения морской воды и производства сахара.

В легкой промышленности металлизация пластмасс, бумаги, тканей, бытовых и оптических зеркал производится в вакууме. Вакуумная кристаллизация, пропитка, сушка в химической про­мышленности позволяют снизить себестоимость и увеличить вы­пуск синтетических материалов, красителей и удобрений.

В металлургии плавка или переплав под вакуумом освобождает металлы от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, изготав­ливаются вакуумной порошковой металлургией.

Электронная промышленность широко использует вакуум для изготовления электровакуумных и полупроводниковых приборов. Легирование чистых материалов в вакууме точно дозированными присадками, например при помощи ионных пучков, открывает новые возможности в получении полупроводниковых структур, сверхпроводников и сверхдиэлектриков.

Научные исследования в области фундаментальных наук широко используют вакуум. Основной аппарат современной ядерной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без вакуума. Поддержание почти космического вакуума требуется в установках для изучения управляемых термоядерных реак­ций. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытаний искусственных спутников, ракет, исследования процессов схватывания и трения между различными материалами.

Все разнообразные технологические процессы, осуществляе­мые в вакууме, требуют для их выполнения специального техно­логического оборудования — вакуумных машин и установок.

Наиболее высокий уровень конструкторских разработок с точки зрения механизации и автоматизации выполняемых процессов достигнут в вакуумных машинах, наиболее характерными при­мерами которых являются автоматы откачки для изготовления электровакуумных и вакуумно-полупроводниковых приборов, карусельные машины для напыления тонких пленок, лентопротяж­ные машины для нанесения проводящих покрытий на диэлектри­ческие конденсаторные пленки, бироторные машины для изго­товления пленочных резисторов, автоматы для проверки на гер­метичность, автоматические линии сборки и герметизации реле, автоматизированные печи отжига и плавки материалов.

Вакуумные установки, отличающиеся от машин меньшей степенью механизации и автоматизации основных и вспомогатель­ных операций машинного технологического процесса, часто используются для научных исследований, отработки сложного технологического процесса или мелкосерийного производства.

При выборе откачных средств наибольшую трудность пред­ставляет определение суммарного газовыделения обрабатывае­мых материалов и деталей вакуумной системы. Элементы вакуумных машин и установок далее описываются в основ­ном с точки зрения расчета их основных конструктивных харак­теристик. Подробно рассмотрен метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) для расчета проводимостей и защитного действия сложных элементов вакуумных систем: ловушек, затво­ров, клапанов и т. д. Аналогичный подход применен и при опи­сании конструкций герметичных фланцевых соединений.

Во всем мире продолжается интенсивное развитие промышленности, которое связано не только с увеличением объемов производства и ассортимента выпускаемой продукции, но и с растущими требованиями к ее качеству. Обеспечение высокого качества продукции неразрывно, но с повышением уровня контроля, контроль герметичности герметизируемой продукции (течеискание) в соответствии с ГОСТ 18353-79 прочно входит тему неразрушающего контроля качества.

Значимость обеспечения высокого качества изделий по параметру «герметичность» и достоверного контроля герметичности трудно переоценить. В век ракетно-космической техники, атомной  энергетики и микроэлектроники наука и техника решают задачи обеспечения герметичности самых разнообразных объектов. Надежной герметизации подлежат системы самолетов, ракет, подводных и надводных  кораблей, имитаторы космического пространства, термоядерные установки, хранилища газа и нефтепродуктов, те с тем герметизируются малогабаритные изделия массового производства, выпускаемые химической, электронной, ой, автомобильной и многими другими отраслями промышленности.

В вакуумируемых изделиях герметичность осуществляется для получения и сохранения необходимого вакуума, в газонаполненных - для обеспечения заданных давления и концентрации рабочих веществ в полости изделия или для предупреждения проникновения в нее вредных веществ. В системах жизнеобеспечения объектов, находящихся в космосе, герме­тизация осуществляется во избежание утечек различных рабочих сред, а также атмосферного воздуха.

Негерметичность таких изделий мо­жет привести не только к нарушению ус­ловий их эксплуатации, но и к преждевре­менному прекращению функционирова­ния изделия и связанному с этим значи­тельному материальному ущербу, а также тяжелым последствиям: взрывоопасной ситуации, возникновению пожара, отрав­лению окружающей среды и трагической гибели людей. По этой причине испыта­ниям на герметичность (течеисканию) во всех отраслях народного хозяйства прида­ется особое значение.

Большое разнообразие выпускаемых промышленностью герметизируемых объ­ектов, различающихся по конструкции и применяемым материалам и рабочим сре­дам, по сроку службы и хранения, массо­вости выпуска, условиям эксплуатации и другим параметрам, требует развития раз­личных методов и аппаратуры контроля герметичности, отличающихся назначени­ем, физической сущностью, чувствитель­ностью, быстродействием и т.п. В этой связи в промышленности разработан ком­плекс методов и способов испытаний, удовлетворяющий требования разработ­чиков к степени герметичности различных деталей, сборочных единиц и изделий в целом.

Для технически обоснованной фор­мулировки требований к герметичности проектируемых изделий и правильного выбора метода и аппаратуры контроля разработчики герметизированных изделий должны иметь четкое представление о существующих методах и аппаратуре кон­троля герметичности.

Рациональные методы контроля и применяемая аппаратура могут быть оп­ределены исходя из требований к степени герметичности того или иного объекта, необходимой производительности, надеж­ности контроля, экономической рента­бельности, безопасности, условий контро­ля и т.п.

На этапе разработки технологии из­готовления герметизируемых изделий следует правильно определить те этапы технологического процесса производства, на которых возможно и целесообразно контролировать герметичность отдельных деталей, сборочных узлов и изделий в сборе, а также разработать необходимую оснастку.

Непосредственно перед испытаниями на герметичность операторы и руководи­тели испытательных участков должны строго следовать требованиям технологи­ческих инструкций, четко знать последо­вательность, режимы и параметры технологии контроля герметичности, понимать, чем вызваны требования к той или иной операции подготовки изделий к контролю герметичности и непосредственно контро­ля герметичности.