Modernizacja stolika pomiarowego w aparaturze ultrawysokopróżniowej
Trudno dziś wyobrazić sobie jakikolwiek produkt zaawansowanej technologii, przy produkcji którego nie
wykorzystywano by jednej z technik próżniowych. Przy badaniach naukowych i pracach badawczo-rozwojowych,
dotyczących właściwości materiałów niskowymiarowych i o rozmiarach rzędu nanometrów, potrzeba
przeprowadzania eksperymentów w warunkach ultra wysokiej próżni jest wręcz nieodzowna.
Odpowiedni wybór materiałów używanych w środowisku ultra wysokiej próżni jest bardzo ważnym
elementem projektowania próżniowych urządzeń. Istotnym jest, aby wybrane komponenty spełniały wszystkie
stawiane im wymagania. Materiały nie mogą stanowić przeszkody w osiągnięciu pożądanego stopnia próżni na
przykład w procesie odgazowania . Nie mogą wpływać na procesy próżniowe oraz nie powinny stanowić zagrożenia
dla bezpieczeństwa pracownika.
Wszystkie urządzenia próżniowe wymagają maksymalnego wykluczenia niepożądanych gazów czy par, które
mogą pochodzić z zewnątrz (z atmosfery), z wnętrza materiału lub z pomp. Gazy z zewnątrz przenikają poprzez
ścianki, nieszczelności w miejscach łączenia (na spawach), pęknięcia czy pory. Z materiału gazy wydostają się
poprzez segregację z objętości i desorpcję ze ścianek. Mogą także dyfundować z pęknięć czy porów materiału.
Wymagane właściwości materiałów stosowanych w UHV (ultra high vacuum ultra wysoka próżnia) należy
odpowiednio dobrać w odpowiedzi do zapotrzebowania, z uwzględnieniem elementów łączenia takich jak spawy,
luty, uszczelki itp.
Po pierwsze, należy rozpatrzeć właściwości mechaniczne. Materiał musi być stosunkowo łatwo poddawany
obróbce (cięcie, formowanie), wytrzymywać wysokie temperatury pracy, lecz nie może stać się kruchy przy niższych
temperaturach.
Po drugie, należy rozpatrzeć właściwości termiczne. Ciśnienie par musi pozostawać na niskim poziomie
podczas pracy w wysokich temperaturach. Należy zwrócić uwagę, aby wartości rozszerzalności cieplnej materiałów
łączonych były zgodne (podobne) i nie powodowały wzrostu ciśnienia wewnątrz komory próżniowej.
Trzecim wymogiem, jaki muszą spełniać materiały wykorzystywane w UHV to szybkość pompowania gazu.
Komponenty nie mogą być porowate czy popękane gdyż w miejscach takich pułapkowane są zanieczyszczenia (gazy
resztkowe), stają się miejscami wirtualnych przecieków. Ważne jest, aby po procesie czyszczenia i wygrzewania
komory współczynnik desorpcji gazów z objętości, ścianek i poszczególnych elementów aparatury był odpowiedni
podczas pracy przy wysokich temperaturze czy promieniowaniu.
Pozostałe wymagania, które muszą być uwzględnione przy wyborze budulców to: reagowanie materiałów
między sobą, reagowanie materiałów z procesami zachodzącymi w próżni, nie emitowanie gazów podczas pracy z
promieniowaniem rentgenowskim, z
ródłami wysokoenergetycznymi.
Projekt pracy inżynierskiej dotyczył zaprojektowania i budowy stolika pomiarowego do aparatury ultra
wysoko próżniowej oraz elementów jego mocowania do manipulatora.
Stolik pomiarowy wykonany został z miedzi. Ten materiał jest przede wszystkim miękki, kowalny i ciągliwy i
łatwo poddający się obróbce. Dzięki tym cechom, można było uzyskać odpowiedni kształt stolika, do którego
przymocowane zostały elementy układu bezpośredniego chłodzenia i łączenia z manipulatorem.
Elementy mocowania zostały wykonane natomiast z najbardziej popularnego metalu, jakim jest stal
nierdzewna Ten rodzaj materiału spełnia niemal wszystkiej wymagania wymienione we wstępie, a ponadto jest
stosunkowo ekonomiczny. W prezentacji zostały przedstawione dwa projekty uwzględniające możliwości łączenia
stolika do manipulatora.
W projekcie pierwszym, ze względu na powstałe naprężenia, nastąpiło odkształcenie elementów mocujących,
powodując zmianę położenia stolika względem osi manipulatora oraz zmianę kąta względem poziomu. Spowodowało
to zaprojektowanie drugiego projektu zawierającego tylko jeden element mocujący. Pomimo
Nieodzownym elementem aparatur próżniowych są elementy izolujące. Zabezpieczają przed ładowaniem
niepożądanych elementów. W projekcie inżynierskim zostały zastosowane trzy rodzaje takich materiałów: ceramika,
mika oraz szkło kwarcowe.
Bibliografia:
Prezentacja pierwsza
1. Charles Kittel: Wstęp do fizyki ciała stałego. Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998,
2. Ashcroft N., Mermin N.  Fizyka ciała stałego , Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1986,
3. Ibach H., Luth H. , Fizyka ciała stałego , Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996,
Azaroff L.V.  Struktura i własności ciał stałych , Warszawa, PWN, 1964,
4. Gopikrishnan C. R. et al  Electronic structure, lattice energies and Born exponents for alkali halides from first
principles , AIP ADVANCES 2, 012131 (2012),
5. Maj M.  WPA
YW KIERUNKU WST
PNEGO ODKSZTAA
CENIA NA PROCES MAGAZYNOWANIA
ENERGII W POLIKRYSZTAA
ACH , INSTYTUT PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI
POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa 2007.
Prezentacja druga
1. http://accuglassproducts.com/home.php
2. B. S. Halliday  An introduction to materials for use in vacuum , Vacuum 37, 1987, 583-585.
3. H. A. Tasman, A. J. H. Boerboom, J. Kistemaker,  Vacuum Techniques in Conjunction with Mass Spectrometry ,
Vacuum 1963;