سیستم های خلاء به دستگاه هایی گفته می شود که فرآیندها و اندازه گیری های فیزیکی را زیر فشار جو یعنی زیر یک اتمسفر انجام می دهند که امروزه در صنایع مختلفی از جمله دفاعی، هوافضا، پزشکی و انرژی هسته ای از اهمیت بالایی برخوردار هستند.
نیاز به خلاء معمولا به این دلیل است که فرآیندها و اندازه گیری ها و تحولات مورد نظر برای یک کاربرد خاص در معرض هوا، گازها و مواد اطراف دچار یک واکنش شیمیایی و یا فیزیکی ناخواسته می شوند. در محیط خلا با خارج کردن این مواد و گازها، مانع انجام این واکنش ها می شوند. برای مثال عملیات ذوب تیتانیم اگر در محیط هوا انجام گیرد باعث انجام اکسیداسیون شدید آن خواهد شد.
همچنین محیط خلا با تغییر در فشار جزیی گازها در برخی موارد باعث امکان پذیری واکنش ها و انتقال تعادل ترمودینامیکی به جهت خاص خواهد شد. برای مثال اکسیدهای فلزی را در محیط خلا می توان به فلز تبدیل نمود در صورتیکه در شرایط یک اتمسفر این کار غیرممکن است.
اولین استفاده از محیط های خلاء مربوط به ساخت لامپ های حبابی است که تا هم اکنون نیز مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به کاربرد و حساسیت مورد نیاز، میزان خلاء ایجاد شده در سیستم های مختلف متفاوت است.
تقسیم بندی سیستم های خلاء
بطورکلی میزان خلاء را می توان به پنج دسته تقسیم بندی نمود:
خلاء پایین: از یک میلی بار تا یک اتمسفر
خلاء متوسط: از یک میلی بار تا 3-10میلی بار
خلاء بالا (HV): از 3-10 میلی بار تا 7-10میلی بار
خلاء بسیار بالا (UHV): از 7-10 میلی بار تا 12-10 میلی بار
خلاء بینهایت بالا (XHV): بالاتر از 12-10 میلی بار
برای ایجاد شرایط خلاء از پمپ های خلاء استفاده می شود که از مهم ترین انواع آن می توان از پمپ های روتاری، پمپ های دیفوژن و پمپ های توربومولکولار نام برد. هر کدام از این انواع محدوده های مختلفی از خلاء را ایجاد می کنند. همچنین برای ثبت میزان خلاء از گیج های اندازه گیری خلاء و یا مانومترها استفاده می شود. بسته به محدوده کاری انواع مختلفی مانند فشارسنج های خازنی، پیرانی و غیره برای این کار توسعه پیدا کرده اند.
تجهیزات سیستم های خلاء تولید شده شامل اتصالات مختلف همجنس، غیرهمجنس و دو فلزی، فیدتروها، قطعات فشار سنج و غیره هستند. این قطعات در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که برخی از آن ها عبارتند از:
– تجهیزات تولید پوشش های فاز بخار PVD: برای لایه نشانی قطعات با استفاده از روش های فاز بخار شامل اسپاترینگ و تبخیر حرارتی نیاز است سیستم ابتدا تحت خلا قرار گیرد و سپس گاز واکنش پس از حذف گازهای اکسیژن و نیتروژن وارد سیستم شود. در این سیستم ها قطعات مختلفی مانند فیدتروها برای انتقال جریان الکتریکی به داخل محفظه قرار داده می شود. همچنین سنسورهای مختلف برای تعیین وضعیت داخل محفظه به کار گرفته می شوند که بایستی سیگنال ها را به بیرون و پردازشگرها انتقال دهند. همه این موارد از طریق فیدتروها بخصوص فیدتروهای سرامیکی قابل انجام است.
– قطعات مرتبط با سیستم های پلاسما و تجهیزات اشعه X: لامپ های تولید اشعه X و تجهیزات پلاسما در محیط های خلاء کار می کنند و همچنین نیاز به تامین جریان الکتریکی قوی دارند که از طریق اتصالات سرامیک به فلز قابل تامین است.
– مولدهای مایکروویو: این مولد ها شامل قطعات مس در اتصال به قطعات سرامیکی عایق هستند که بایستی در جریان الکتریکی بالا کار نمایند.
– سانتریفیوژها، رآکتورها در صنایع هسته ای
– شتاب دهنده ذرات و تحقیقات روی ذرات بنیادی که در محیط هایی با خلاء بسیار بالا کار می کنند.
