진공 밸브

세 가지 주요 기능
  > 펌프에서 진공 용량을 분리합니다.
  > 특정 압력을 달성하기 위해 가스 흐름을 제어합니다.
  > 진공 볼륨 간 물체 이동 가능

밸브의 주요 설계 특성은 기능에 따라 다르지만, 세부적인 부분은 제작과 사용자의 편의성에 따라 결정됩니다. 구성 재질에는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 황동이 포함되며, 필요한 베이크아웃 온도, 압력 범위 및 나머지 시스템의 구성 재질에 따라 선택됩니다.

모든 밸브에는 열고 닫을 때 물리적으로 움직이는 부품이 있습니다. 이 부품의 모양과 동작은 밸브의 설계에 따라 크게 달라지며, 아쉽게도 일반적인 총칭은 없습니다. 간결함을 위해 아래에서는 플래퍼라는 용어를 사용합니다.

 

씰링 및 작동
플래퍼 밀폐:
플래퍼가 폐쇄된 위치에 있는 상태에서, 플래퍼와 밸브 바디 사이에 씰이 형성된다. 용도, 압력 범위 및 최대 작동 온도에 따라, 여러 종류의 씰이 사용된다: 고무 오링, 성형 고무 링, 고무 다이어프램 또는 컵, 소프트 메탈/초경금속 씰, 하드 메탈/초경금속  및 소프트 메탈/연마 사파이어 플랫.

고무 O-링
가장 일반적인 유형으로, 종종 오링의 홈이 플래퍼 표면에 절단됩니다. 성형된 고무 링은 홈 없이 플래퍼에 직접 가황 처리됩니다. 고무는 Buna-N(~80°C까지 베이킹) 또는 Viton®(~200°C까지 밸브를 열어 베이킹)일 수 있습니다. 후자의 내화학성과 허용 가능한 가스 방출/투과율 덕분에 진공 응용 분야에 적합한 엘라스토머입니다. 올바른 구성 재질을 사용하면 Viton 밀봉 밸브가 UHV 압력과 호환되는 경우가 많습니다.

고무 다이어프램
또는 고무 컵 씰이 밸브 본체에 의해 가장자리 주위에 끼어 있습니다. 다이어프램의 중심은 밸브를 통한 가스 흐름을 차단하기 위해 안장이나 포트 쪽으로 편향됩니다. 이 씰 유형은 작동 온도가 높지 않고 압력이 거친 진공에서 고진공까지 다양한 포어라인 응용 분야용으로 설계된 밸브에 사용됩니다.

부드러운 금속/단단한 금속
씰은 CF 플랜지와 유사한 씰링 작용을 합니다. 본체에 가공된 금속 칼날이 플래퍼에 장착된 구리 패드를 기계적으로 변형시킵니다. 밸브는 토크 렌치로 닫혀 있으며 각 패드의 수명은 상대적으로 짧습니다. 그러나 패드는 교체 가능하며 밸브의 수명은 씰에 의해 제한되지 않습니다. 이러한 밸브를 사용하면 고온(300°C, 아마도 450°C)까지 베이킹할 수 있어 UHV와 호환됩니다. 이 메커니즘의 버전은 모든 금속 누출 밸브에서도 발견됩니다.

초경금속/초경금속
씰은 플래퍼 씰 표면 주위에 직경이 크고 얇은 컵 모양의 와셔(벨빌 와셔) 모양입니다. 밸브가 닫히면 메커니즘으로 인해 이 와셔가 편평해지며(외경은 증가하고 내경은 감소) 플래퍼/본체에 대한 탄성 변형에 의해 내부/외부 가장자리가 각각 밀봉됩니다. 밸브는 300°C까지 베이킹 가능하며 UHV와 호환됩니다.

소프트 메탈/사파이어 플랫
씰에는 밸브의 출구 포트를 둘러싸는 구리 개스킷과 짝을 이루는 플래퍼 장착 광학적으로 평평한 사파이어 패드가 있습니다. 폐쇄력은 사파이어 표면 프로파일과 정확히 일치하도록 구리를 소성 변형시킵니다. 밸브 설계는 두 구성 요소 중 하나가 회전하는 것을 방지하므로 밸브가 항상 같은 위치에 다시 안착됩니다. 450°C까지 구울 수 있는 이 밸브는 UHV 챔버로 유입되는 매우 낮은 가스 흐름을 제어하는 데 사용됩니다.

작동:
플래퍼를 이동시키기 위해 회전 또는 선형 운동이 씰을 통해 공기 측에서 진공 측으로 전달됩니다. 플래퍼를 움직이는 부분과 움직임을 일으키는 메커니즘을 모두 액추에이터라고 합니다. 액추에이터는 수동 핸드 휠 또는 레버, 전자기 액추에이터, 모터 또는 공압 실린더로 구동됩니다.

액추에이터 밀봉
회전 액추에이터는 샤프트 주위에 압축된 동적 O-링 씰로 밀봉되는 경우가 많습니다. 때때로 선형 액추에이터에 사용되지만 가스 파열 위험이 높기 때문에 다른 선형 씰보다 인기가 떨어집니다. 대부분의 동적 O-링 액추에이터 씰은 대략 및 (중간) 고진공 압력 범위에 적합합니다.

가장 일반적인 선형 액추에이터는 금속 벨로우즈로 밀봉되어 있습니다. 벨로우즈는 종종 액추에이터 샤프트의 플레이트에 용접되지만 용접, 정적 O-링 씰 또는 금속 개스킷 씰을 통해 밸브 본체에 밀봉됩니다. 밸브 설계에 따라 씰을 사용하면 고진공 또는 UHV 범위에서 잘 작동할 수 있습니다.

앞에서 설명한 고무 다이어프램은 공기 측 액추에이터가 진공 속으로 침투하지 않고 단순히 다이어프램을 밀어주기 때문에 자체 씰입니다. 비슷한 방식으로, 극도로 미세한 제어 누출 밸브를 밀봉하는 주름진 금속 다이어프램은 액추에이터에 필요한 작은 이동 거리를 가능하게 하기 위해 늘어납니다.

 

게이트 밸브

게이트 밸브 응용 분야에는 진공 볼륨과 펌프 사이의 격리, 샘플 도입 중 챔버와 로드록 사이의 격리, 샘플 이동 중 챔버와 로드록 사이의 접근, 싱크로트론 빔 라인과 실험 스테이션 사이의 격리가 포함됩니다.

보어의 모양은 일반적으로 원형이지만 웨이퍼, CD 또는 하드 드라이브 디스크와 같은 디스크 모양 기판을 이송하는 데 좁은 직사각형을 사용할 수 있습니다.

펌프와 챔버 사이에 밸브를 배치하면 해당 챔버의 펌핑 속도가 필연적으로 감소됩니다. 이 효과를 최소화하려면 밸브의 가스 컨덕턴가 높아야 합니다. 즉, 직경이 크고, 장애물이 없고, 직선 보어가 있어야 하며, 플랜지 면 사이의 거리가 짧아야 합니다. 컨덕턴스의 문제는 아니지만 밸브를 통해 한 챔버에서 다른 챔버로 물체를 전달하려면 게이트 밸브가 제공하는 넓은 방해받지 않는 경로가 필요합니다.

게이트 밸브

게이트 밸브의 판형 플래퍼는 열린 위치에서 보어에서 완전히 수축됩니다. 플래퍼 씰은 대부분 표면에 파인 홈에 고정된 O-링입니다. 잘 설계된 밸브에서는 밸브가 닫힐 때 플래퍼가 밸브 본체에서 일정 거리를 유지하므로 개구부의 가장자리가 O-링을 자르지 않습니다. 선형 이동의 끝에 도달하면 오버센터 메커니즘이 플래퍼를 밸브 본체에 밀어 붙이고 O-링을 압축하여 씰을 만듭니다.

대부분의 게이트 밸브는 플래퍼 양쪽의 15psi 과압에서 누출되지 않지만 일반적인 설치에서는 압력 주기 또는 환기 중에 진공이 유지되는 볼륨을 향하는 O-링이 있습니다. 즉, 증가된 압력은 플래퍼를 닫힌 위치로 강제하고 밀봉을 유지하는 데 도움이 됩니다.