Máquina de vedação a vácuo de tubo de quartzoÉ um equipamento especializado integrado de extração a vácuo e tecnologia de fusão a alta temperatura, com as propriedades de alta temperatura e estabilidade química do material de quartzo, combinando a vantagem de proteção de isolamento do ambiente de vácuo para alcançar a embalagem fechada da amostra. Seu valor fundamental consiste em fornecer um ambiente de armazenamento ou reação a longo prazo em uma "atmosfera de vácuo ou gás inerte" para amostras sensíveis e é amplamente utilizado em áreas como ciência de materiais, síntese química e dispositivos eletrônicos. Este artigo irá analisar em profundidade o princípio de funcionamento do dispositivo, combinando o cenário real com a direção de sua aplicação, fornecendo apoio teórico para a seleção e uso do dispositivo.
Principio básico de funcionamento: mecanismo de sinergia entre vácuo e alta temperatura
Máquina de vedação a vácuo de tubo de quartzoA lógica de trabalho é desenvolvida em torno dos três pontos centrais de "construção de ambiente de vácuo - selagem de fusão a alta temperatura - endurecimento estereotipado de refrigeração", através da sinergia precisa entre o sistema de vácuo e o sistema de aquecimento, para alcançar a embalagem de alta densidade a ar de tubos de quartzo. Seu princípio central pode ser desmontado em duas partes do princípio de extração a vácuo e do princípio de vedação a alta temperatura, ambos trabalham juntos para garantir a qualidade da vedação.
(1) Princípio de funcionamento do sistema de vácuo: construir um ambiente de baixo oxigênio / sem oxigênio
O sistema de vácuo é o "núcleo de proteção ambiental" do equipamento, composto principalmente por bomba de vácuo (bomba de vácuo a óleo, bomba de vácuo seca), medidor de vácuo, tubos de vácuo e componentes de vedação, sua função principal é extrair ar e impurezas voláteis dentro do tubo de quartzo para construir um ambiente estável de baixo vácuo ou alto vácuo, o princípio é o seguinte:
Mecanismo de extração de gradiente de vácuo: os equipamentos geralmente usam o modo de extração de dois níveis de "extração grossa-fina". Primeiro, reduzir rapidamente a pressão do ar interno do tubo de quartzo pela bomba de vácuo grosseira (ou fase grosseira da bomba principal), reduzindo a concentração do ar da pressão normal (101,3 kPa) para abaixo de 10Pa, removendo a maioria do ar macro; Em seguida, mude para o modo de bombeamento fino (como a operação de alta precisão da bomba auxiliar ou da bomba principal), aumentando ainda mais o vácuo para níveis de 10-2Pa ou até 10-4Pa, eliminando eficientemente pequenas bolhas e componentes voláteis. Este método de extração de gradiente pode garantir a eficiência do vácuo e alcançar uma alta precisão do vácuo para atender às necessidades de vácuo de diferentes experimentos.
Princípio de controle de vedação e retenção de pressão: durante o processo de bombeamento de vácuo, o tubo de quartzo e a tubulação de vácuo se conectam estreitamente através de uma almofada de vedação (borracha fluorada, borracha de silicone e outros materiais resistentes ao vácuo) para evitar a irrigação do ar externo. Quando o nível de vácuo atinge o valor predefinido, o sistema fecha a válvula de vácuo para entrar na fase de retenção de pressão e monitora a mudança de pressão em tempo real através do medidor de vácuo. Se a taxa de queda do vácuo durante a pressão de manutenção é ≤0.1Pa / h, o sistema é bem selado, sem ponto de vazamento; Se a pressão subir abruptamente, um alarme de vazamento de gás é acionado para verificar a selagem da interface ou do próprio tubo de quartzo.
Princípio de substituição de gás inerte (função opcional): para amostras facilmente oxidáveis ou que exigem atmosferas específicas de gás, o equipamento pode ser compatível com um sistema de substituição de gás inerte. Seu princípio é depois de bombear vácuo, para o tubo de quartzo para entrar em argônio, nitrogênio e outros gases inertes, esperando que a pressão interna do tubo retorne à pressão micropositiva (0,01-0,05MPa), bombear vácuo novamente, repetir 2-3 vezes, para que o resíduo de oxigênio no tubo caia abaixo de 10ppm, formando uma atmosfera de proteção de gás inerte, para evitar a oxidação da amostra.
(2) Princípio de vedação de aquecimento: fundição e vedação de tubos de quartzo
O sistema de aquecimento é o "núcleo de execução de selagem" do equipamento, o modo de aquecimento principal é dividido em aquecimento por indução de alta frequência e aquecimento de chama, o princípio principal é usar a alta temperatura para fundir a parte de selagem do tubo de quartzo, através da moldagem mecânica para alcançar conexões fechadas, o mecanismo específico é o seguinte:
Princípio de aquecimento por indução de alta frequência (tecnologia principal): o equipamento produz campos magnéticos alternados através da bobina de indução de alta frequência, quando o tubo de quartzo está no campo magnético, o tubo produz um efeito de turbulência dentro do corpo, formando calor joule, para que a temperatura local aumente rapidamente para 1700-1800 ℃ (temperatura de fusão do vidro de quartzo). Este método de aquecimento tem a velocidade de aquecimento rápida (5-10 segundos para alcançar a temperatura de fusão), concentração da área de aquecimento (pode controlar com precisão a faixa de fusão ± 2 mm), boa uniformidade de temperatura e outras vantagens, pode evitar eficazmente a rachadura causada pelo sobreaquecimento local do tubo de quartzo, aplicável a cenários de vedação de alta precisão.
Princípio de aquecimento de chama (tecnologia tradicional): a queima de gás inflamável (como hidrogênio + oxigênio, acetileno + oxigênio) produz chama de alta temperatura, injetada diretamente para a parte de vedação do tubo de quartzo para derreter o tubo. A vantagem do aquecimento de chama é o baixo custo do equipamento, adaptado a tubos de quartzo de grande diâmetro (diâmetro interno ≥ 50 mm), mas a uniformidade da temperatura de aquecimento é pobre, vulnerável à influência do fluxo de ar que leva à irregularidade da área de fusão, aplicável a cenários que exigem menos precisão de vedação.
Forma de fusão e princípio de vedação: independentemente do método de aquecimento usado, quando o tubo de quartzo atinge o estado de fusão, a pressão axial é lentamente aplicada através do sistema de retenção do equipamento para que o vidro de quartzo da parte de fusão se funde entre si para formar uma superfície de vedação densa. Em seguida, através do resfriamento gradiente (a temperatura de fusão cai lentamente para a temperatura ambiente, a taxa de resfriamento é controlada em 5-10 ° C / min), para evitar rachaduras do tubo de quartzo devido à tensão térmica, assegurando a resistência mecânica e a estanqueidade do ar da superfície de vedação. Após a conclusão da vedação, a resistência à pressão da vedação pode atingir 1-2MPa, a taxa de vazamento de vácuo ≤ 10-9 Pa · m³ / s, para atender às necessidades de armazenamento de vácuo a longo prazo.