진공펌프에 대한 자료

소개글

진공펌프에 대한 자료에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 진공 펌프의 분류

2. Positive displacement 펌프

3. Entrapment 펌프

4. 그밖의 펌프

본문내용

(rotator)와 고정자(stator)의
작동에 따른 분자 경로의 변화
그림 7에 일반적인 터보 분자 펌프의 구조를 나타내었다. 날의 각은 배출구 쪽으로 갈수록 더 많이 기우는데 이는 흡입구에서는 진공용기와의 압력차가 크지 않고 또한 많은 기체를 받아들일 수 있도록 하기 위함이고 배출구 쪽에서는 압력차가 커지기 때문에 이를 유지하기 위함이다. 고정자는 역류를 방지하는 baffle의 역할과 함께 회전자에서 튀어나온 분자를 아래쪽을 향하도록 각을 유지하고 있다.
터보 분자 펌프는 고속(10,000∼100,000)으로 회전하는 날이 작은 입자나 부스러기에 의해 쉽게 손상을 입을 수 있고, 또 고속회전시 각 속도가 회전축으로 크게 걸려 작은 충격에도 망가질 수 있으므로 사용에 각별히 주의해야 한다.
3. Entrapment 펌프
3.1. 이온 펌프(Ion pump)
그림8. Ion pump의 작동 원리
이름에서 짐작할 수 있듯이 기체를 이온화하여 표면과의 반응성을 높여 주어진 공간으로부터 기체분자를 제거하는 방법으로 그림 8에 그 원리를 나타내었다.
Cathode로부터 발생된 전자는 바깥에서 형성된 자기장의 영향으로 나선형으로 anode 쪽으로 운동을 한다. 전압은 약 5 kvolt 정도이고 자기장은 전자에 회전운동을 유도하여 곧바로 anode로 가는 것을 방지하고 기체분자와 충돌할 수 있는 확률을 높이게 된다. 전자는 나선형 운동 중에 기체 분자와 충돌하여 이온화시키고, 이온화된 기체는 cathode 쪽으로 급격히 가속되어 배기 과정이 이루어지게 된다. 이때 약하게 충돌한 이온은 cathode에 묻히게 되면서 제거되고, 강하게 충돌한 이온은 티타늄 cathode를 sputter하여 새로운 티타늄 표면을 형성하여 gettering으로 기체입자를 붙잡는다. (새로운 티타늄 표면은 기체입자와 화합물을 형성하거나 증가된 표면에너지를 줄이기 위해 분자결합을 함으로써 기체입자를 제거하게 된다.)
3.2. Cryogenic pump
cryogenic 펌프는 '저온(cryo-)'을 이용한 것으로, 차가운 표면에 기체 분자들이 응축 또는 흡착되도록 하여 제거하는 원리를 이용한다. 냉매로는 액체질소나 압축된 헬륨을 이용한다.
냉각된 표면이 기체분자를 붙잡는데 있어서 냉온응축(cryo-condensation)과 냉온흡착(cryo-sorption)의 원리를 이용한다. 냉온응축의 경우는 증기를 차갑게 하여 액화시킨 다음 얼리는 방법을 말하는데 80K 단계에서 증기압이 낮은 물분자가 먼저 제거되고 다음이 N2, O2, Ar등이다. 다음 단계는 냉온흡착을 이용하는데 15K 영역에서 담당하며 He, H2, Ne 등 저온에서도 증기압이 높은 기체들의 운동에너지를 빼앗아 표면에서 움직이지 못하게 하는 것이다. 그림에서처럼 안쪽 표면에 activated charcoal (활성탄)이 발려 있음을 보는데, 이는 물분자와 같이 1단계에서 포획될 수 있는 기체들이 15K 영역에 달라붙게 되면 냉온흡착을 할 수 있는 표면적이 줄어들기 때문에 이를 방지하기 위한 목적이다.
그림9. Cryogenic pump의 개략도
3.3. Getter pump
티타늄(Ti)과 같이 화합물 형성이 쉬운 물질을 필라멘트나 덩어리 형태로 가열하여 진공 펌프 벽에 증착하면, 펌프내로 들어온 가스와 hydride, oxide, nitride 등의 화합물을 형성하면서 기체 분자를 제거하게 되는데 이러한 원리에 의해 작동하는 펌프를 의미한다.
Getter 펌프에는 위와같이 증착 막을 이용하는 경우와 재생이 가능한 zirconium-vanadium 또는 iron의 합금을 bulk 상태로 이용하는 경우가 있다.
4. 그밖의 펌프
Stream ejecter 펌프: 확산 펌프와 비슷한 원리로 기름대신에 고속의 수증기를 이용하고 수Torr까지 사용이 가능하다.
Water jet 펌프: 수압을 이용하여 간단한 진공 또는 흡입 장치로 사용하는데, 유속이 빠른 곳에서 압력이 낮아진다는 베르누이 정리를 이용한 방법이다.
참고문헌
1. 안일신, '진공물리 및 진공기술', 한양대학교 출판부, 1999
2. Harland G. Tompkins, 'Pumps Used in Vacuum Technology', American Vacuum Society(AVS), 1991
3. Donald M. Mattox, 'Handbook of Physical Vapor Deposition Processing', Noyes Publication, 1998

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