표면처리 기초표면처리 기초[[ 진공에 대하여진공에 대하여 ]]

올린이 : 태 경 봉

진 공 기 술1. 압력 측정2. 열 전대진공계3. 진공 용기 내에서의 기체분자의 고체표면 으로의 충돌4. 확산펌프5. 전리진공계

토리첼리 진공

* 진공도 단위 760 mmHg = 760 Torr 760Torr x 10 -6

= 0.76 x 10-3 Torr = 0.76 mTorr ( 10-3 = m)

토리첼리 진공

대기압

수은

토리첼리의 진공을 나타내는 수은주

진공기술에 사용하는 압력 단위의 환산 1 N/m2 = 1 Pa(SI 단위 ) 1 Pa = 0.0075 Torr 1 Torr = 1 mmHg 1 기압 (atm) = 760 Torr = 1.013 x 105 Pa → 1 Torr = 133 Pa 1 Torr = abt 100 Pa

진공의 측정 1. 진공계의 종류

1) 압력을 직접측정 -. 액주형 기압계 -. 맥라우드 진공계 -. 다이아프램 진공계

2) 기체의 열 특성을 이용 -. THERMOCOUPLE 진공계 -. 피라니 진공계

3) 기체의 이온을 이용 -. 열 음극 이온게이지 (hot cathode ion gauge) -. Bayard-Alpert 게이지 -. Penning 게이지 -. 마그네트론 게이지 (magnetron gauge)

→ 진공 영역에 따라 2~3 개의 게이지를 병용해 사용해야 함 .

진공계 종류별 사용범위 Torr 10-14 10-13 10-1210 -11 10-10 10-910-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1100 101 102 103 104

Torr10-14 10-1310-12 10-1110-1010-9 10-8 10-710-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104

U-tube Bourdon gauge

thermistor

thermocouple diaphragm gauge

Pirani gaugeMcleod gauge

Penning gaugeHot filament ionization gauge

Cold cathode discharge gauge

Convectron gauge ( 대류 게이지 )

Convectron gauge ( 대류 게이지 ) : 저 진공 영역 게이지 , 열 손실 센서로 대류열의 변화 감지

( ~ 10-3 까지 측정 )

Convectron gauge ( 대류 게이지 )

열전대접합부열전대

110v ( 교류 )변압기

히터

히터전류제어

외벽절연기판

진공계로의 접속부 1. 필라민트에 전류를 보냄 → 저항 ↑

2. 필라민트 온도 ↑ ( 전압 일정히 유지 ) → 전류 ↓

2. 외부공기에 의해 필라민트 온도↓ → 전류 ↑

3. 진공이 되어 외부공기 옅어짐 → 저항↑ , 전류 ↓

4. 즉 , 필라민트에 일정전압을 가함 → 필라민트 전류측정 → 주변 공기입자 수 측정가능 → 압력 측정가능 .

IONIZATION 진공계 구성도

나선형 코일 GRID

진공용기로

유리외벽

탈가스용전 원

콜렉터

에밋션 제어회로

콜렉터전 원

GRID 전압전 원에미션 전류미터

- 30 V

필라민트

+150 V 필라민트전 원

1. 3 극관 진공계 : 캐소드 ( 필라멘트 ), 콜렉터 , 그리드로

구성

2. 필라멘트 → 전자 방출 그리드 → + 전위 줌 ( 전자모임 ) 콜렉터 → - 전위 줌 ( 이온모임 )

3. 필라멘트에서 나온 전자 → 그리드 (+ 극 ) 로 이동 ( 이동 시 진동 되풀이함 ) 4. 이동 시 진공중의 기체분자와 충돌함 . → 기체분자가 전자와 이온으로 분리 → 이온이 콜렉터 (- 극 ) 로 모여 전류가

흐름 . → 전류치 측정하여 진공도 측정 .

5. 즉 , 그리드 + 전위 일정히 유지 : 콜렉터로 모이는 이온수 = 진공중에

남아 있는 분자수와 비례

++

++++__

____

__

⊕

Ionization gauge ( 전리 진공계 )Ionization gauge ( 전리게이지 ) : 고 · 초고진공 영역 게이지 . 기체를 이온화하여 양이온이 된 기체 분자의 개수를 이온 전류로써 측정 . 이온 전류가 기체 분자 밀도에 비례함을 이용하여 압력 측정 . (10-3 ~10-10 까지 측정 )

확산 펌프의 구성도제 1 노즐

제 2 노즐제 3 노즐

확산펌프 작동원리 1. 히터에서 오일증기가 상승하여 노즐로 초음속으로 분출 .

2. 분별증류 (fractionation): 증기압이 낮은 오일은 바깥쪽 , 높은 오일은 안쪽에서 기화한다 .

3. 이 오일증기가 주변 기체분자들을 아래쪽으로 이동시켜 배기

4. 벽을 친 오일증기는 응축되어 아래로 흘러 다시 boiler 로 간다 .

5. 확산펌프는 기계적 펌프가 대부분의 공기를 제거한 후 10-3 Torr 에서 작동

< 오일확산펌프 시스템 >

여러가지 진공펌프의 작업 가능 압력

V( 전원 ) p q

Rc Ra

Rd

G

휘트스톤 브릿지

신호처리부

아날로그 게이지

전리진공계 ( 센서 )

Rb

V( 전원 ) p q

RaRc

Rd

Rb

☞ p 점과 q 점의 전위차 (Vp-Vq) 에 해당하는 만큼 게이지에

전류가 흐른다 .

if) Ra X Rb = Rc X Rd

p 점과 q 점의 전위가 같아서 전류가 흐르지 않는다 .

☞ 전리진공계의 콜랙터에 흐르는 전류량이 진공도에 따라

변하므로 즉 , 저항값이 달라지므로 p 와 q 점 사이에 전위차가

생기게 된다 . 그 전위차에 의한 전류값을 진공값으로 변환한다 .

휘트스톤 브릿지와 압력 Indicating 시스템