진공 공학
Vacuum engineering |
진공 공학은 대기압 하에서 작동하는 것보다 더 나은 결과를 얻기 위해 진공 기술을 사용하는 기술 공정과 장비를 다룬다.진공 기술의 가장 광범위한 적용 분야는 다음과 같습니다.
진공 코팅은 금속, 유리, 플라스틱 또는 세라믹 표면에 다양한 유형의 코팅을 도포할 수 있어 고품질 및 균일한 두께와 색상을 제공합니다.진공 건조기는 섬세한 재료에 사용할 수 있으며 건조 온도가 낮아 상당한 양의 에너지를 절약할 수 있습니다.
설계 및 메커니즘
진공 시스템은 일반적으로 게이지, 증기 제트 및 펌프, 증기 트랩 및 밸브와 기타 확장 배관으로 구성됩니다.진공 시스템 하에서 작동하는 선박은 처리 탱크, 증기 시뮬레이터, 입자 가속기 또는 시스템을 대기 가스 압력 이하로 유지하기 위한 밀폐된 챔버가 있는 기타 공간 유형 중 하나일 수 있습니다.밀폐된 챔버에 진공이 생성되기 때문에 외부 기압에 견딜 수 있는지 여부를 고려하는 것이 이러한 유형의 설계에서 일반적인 예방책입니다.좌굴 또는 붕괴의 영향과 함께 진공 챔버의 외부 쉘을 신중하게 평가하여 쉘 자체의 두께 증가에 따라 열화의 징후를 보정합니다.진공 설계에 사용되는 주요 재료는 보통 연강, 스테인리스강, 알루미늄입니다.유리와 같은 다른 부분은 게이지 유리, 뷰 포트 및 전기 절연에 사용됩니다.진공 챔버 내부는 항상 매끄럽고 녹과 결함이 없어야 합니다.고압 용제는 일반적으로 진공에 부정적인 영향을 미치는 과도한 오일 및 오염 물질을 제거하는 데 사용됩니다.진공 챔버는 밀폐된 공간에 있기 때문에 세척 시 위험이나 위험을 방지하기 위해 매우 구체적인 세제만 사용할 수 있습니다.진공 챔버에는 항상 일정 개수의 액세스 및 보기 포트가 있어야 합니다.일반적으로 시스템 작동에 필요한 펌프, 배관 또는 기타 부품의 부착에 대한 플랜지 연결 형태입니다.진공 챔버의 씰링 능력 설계는 매우 중요합니다.완벽한 진공 상태를 유지하려면 챔버 자체가 밀폐되어 있어야 합니다.이는 일반적으로 질량 분석계 누출 [1]감지기를 사용하여 누출 점검 프로세스를 통해 확인됩니다.또한 모든 개구부와 연결부에는 O-링과 개스킷이 조립되어 있어 시스템에 공기가 더 이상 누출되지 않도록 합니다.
테크놀로지
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진공 공학은 사용되는 진공 수준에 따라 크게 다른 기술과 장비를 사용합니다.대기압에서 약간 감소된 압력은 환기 시스템 또는 재료 취급 시스템의 공기 흐름을 제어하는 데 사용될 수 있습니다.저압 진공은 과도한 가열 없이 식품을 가공할 때 진공 증발로 사용될 수 있다.더 높은 등급의 진공은 가스 제거, 진공 야금 및 전구와 브라운관 생산에 사용됩니다.소위 "초고" 진공은 특정 반도체 처리를 위해 필요합니다; 가장 낮은 압력을 가진 "가장 단단한" 진공은 물리학의 실험을 위해 생산됩니다. 물리학의 실험에서는 몇 개의 공기 원자조차 진행 중인 실험을 방해합니다.
사용되는 기기는 압력 감소에 따라 달라집니다.송풍기는 다양한 종류의 왕복 펌프와 회전 펌프에 자리를 내줍니다.일부 중요한 애플리케이션의 경우 증기 이젝터는 일부 프로세스에 충분하거나 보다 완벽한 펌핑 프로세스를 위한 예비 단계로 대형 프로세스 용기를 대략적인 진공 상태로 신속하게 대피시킬 수 있습니다.슈프렝겔 펌프의 발명은 백열전구 개발의 중요한 단계였는데, 백열전구의 수명을 연장시킨 이전에 사용 가능했던 것보다 더 높은 진공 상태를 만들 수 있었기 때문입니다.높은 진공 레벨(낮은 압력)에서는 확산 펌프, 흡수 펌프, 극저온 펌프가 사용됩니다.펌프는 진공 용기의 희박한 가스를 모아 훨씬 더 높은 압력, 더 적은 부피, 배기로 밀어 넣기 때문에 "압축기"에 가깝습니다.진공 시스템에는 2종 이상의 다른 진공 펌프로 이루어진 체인을 사용할 수 있으며, 하나의 "대충" 펌프가 시스템에서 대부분의 공기량을 제거하고, 추가 단계는 낮은 압력과 낮은 압력에서 상대적으로 적은 양의 공기를 처리합니다.일부 용도에서는 펌핑 후 인클로저에 남아 있는 공기와 결합하기 위해 화학 원소가 사용됩니다.예를 들어, 전자 진공관에서는 초기 펌프 다운 및 튜브 폐쇄 후 남은 공기를 제거하기 위해 금속 "게터"를 유도에 의해 가열했습니다.또한 "게터"는 남은 수명 동안 튜브 내에서 발생한 모든 가스를 천천히 제거하여 충분한 진공 상태를 유지합니다.
적용들
진공 기술은 폐쇄 부피와 일부 환기구 사이의 압력 차이를 만들어 폐쇄 부피에서 공기를 배출하는 방법이며, 궁극적인 환기구로 개방된 [2]대기를 들 수 있습니다.산업용 진공 시스템을 사용할 경우 진공 펌프 또는 제너레이터가 이 압력 차이를 생성합니다.17세기 동안 발견된 진공의 개념에 기초하여 다양한 기술적 발명품들이 만들어졌다.진공 발생 펌프부터 X선 튜브까지 다양하며, 나중에 X선 방사선의 소스로 사용하기 위해 의료 분야에 도입되었습니다.진공 환경은 압력의 기본을 돌아봄으로써 새로운 발견이 이루어짐에 따라 과학 연구에 중요한 역할을 하게 되었다."완벽한 진공"이라는 개념은 실현될 수 없지만, 20세기 초의 기술적 발견에 거의 근접해 있습니다.오늘날 진공 공학은 알루미늄에서 지르코늄에 이르기까지 다양한 재료를 사용합니다.진공 기술은 밸브, 플랜지 및 기타 진공 부품만을 취급한다는 통념이 있을 수 있지만, 특히 첨단 기술의 영역에서 이러한 전통적인 진공 기술의 도움으로 새로운 과학적 발견이 종종 이루어집니다.진공 공학은 화합물 반도체, 전력 소자, 메모리 로직, 태양광 발전 등에 사용된다.
또 다른 기술적 발명품은 진공 펌프이다.이러한 발명은 밀폐된 부피에서 가스 분자를 제거하여 부분 진공 상태를 남기기 위해 사용됩니다.두 개 이상의 진공 펌프가 하나의 애플리케이션에서 사용되어 유창한 흐름을 만들어냅니다.유창한 흐름은 진공으로 명확한 경로를 만들어 공정을 방해하는 공기 분자를 제거하는 데 사용됩니다.이 프로세스에서는 완벽한 진공 상태를 만들기 위해 진공 상태를 사용합니다.부분 진공과 같은 진공 유형은 양의 변위형 펌프를 사용하면 발생할 수 있습니다.양의 배기량 펌프는 가스 부하를 입구로부터 출구 포트로 전달할 수 있지만, 설계상의 한계로 인해 상대적으로 낮은 진공만을 달성할 수 있습니다.더 높은 진공 상태에 도달하려면 다른 기술을 사용해야 합니다.양수 변위형 펌프로 고속 펌프를 추종하는 등의 일련의 펌프를 사용하면 단일 펌프를 사용하는 것보다 훨씬 더 나은 진공 상태를 만들 수 있습니다.사용되는 펌프의 이러한 조합은 일반적으로 시스템 내 진공 필요성에 따라 결정됩니다.
진공 시스템에 사용할 재료는 신중하게 평가해야 합니다.많은 재료는 다공성이 있어 통상적인 압력에서는 중요하지 않지만, 잘못 사용할 경우 진공 시스템으로 미량의 공기를 지속적으로 유입시킬 수 있습니다.고무나 플라스틱과 같은 일부 품목은 시스템을 오염시킬 수 있는 진공 상태로 가스를 방출합니다.고 및 초고진공 수준에서는 금속도 신중하게 선택해야 합니다. 공기 분자와 수분이 금속 표면에 부착될 수 있으며 금속 안에 갇힌 가스가 진공 상태에서 표면에 스며들 수 있습니다.일부 진공 시스템에서는 저휘발성 그리스를 간단히 코팅하는 것만으로도 조인트의 틈새를 메우기에 충분하지만, 초고진공에서는 끼인 가스를 최소화하기 위해 피팅을 세심하게 가공하고 연마해야 합니다.고진공 시스템의 구성 요소를 굽는 것이 일반적입니다. 고온에서는 표면에 달라붙은 가스나 습기가 모두 제거됩니다.그러나 이 요건은 사용할 수 있는 재료에 영향을 미친다.
입자 가속기는 가장 큰 초고진공 시스템이며 길이가 [3]최대 킬로미터까지 될 수 있습니다.
역사
"Vacuum"이라는 단어는 "empty"로 번역된 라틴어 "vacua"에서 유래했습니다.물리학자들은 진공청소기를 이용하여 부분적으로 비어있는 공간을 묘사하는데, 여기서 공기나 다른 가스가 하나의 용기에서 제거되고 있다.빈 공간과 관련된 진공에 대한 생각은 일찍이 5세기 그리스 철학자들로부터 추측되어 왔는데, 아리스토텔레스 (기원전 384-322년)는 진공이 자연에서 빈 공간이라는 관계를 만들어 [4]내는 것이 불가능할 것이라고 생각한 사람이다.이 생각은 진공 기술과 물리학이 발견된 17세기까지 수 세기 동안 지속되었다.17세기 중반, 에반젤리스타 토리첼리는 유리관의 수은 기둥에 의해 발생하는 진공의 특성을 연구했다; 이것은 대기압의 변화를 관찰하는 기구인 기압계가 되었다.오토 폰 게리케는 1654년에 기압의 영향을 극적으로 보여주었는데, 그 때 말들은 함께 놓여진 20인치 직경의 반구를 분리할 수 없었다.1698년, 토마스 세이버리는 광산에서 물을 퍼내기 위해 낮은 등급의 진공 상태를 만들기 위해 증기의 응축에 의존하는 증기 펌프에 대한 특허를 취득했다.이 장치는 1712년 뉴코멘 대기 엔진에서 개선되었다. 비효율적이기는 하지만 지하수에 의해 범람할 수 있는 탄광이 개발될 수 있었다.1564-1642년 동안, 유명한 과학자 갈릴레오는 실린더 내의 피스톤을 사용하여 진공 상태를 발달시키는 측정된 힘을 개발하기 위한 실험을 수행한 최초의 물리학자 중 한 명이었다.이것은 과학자들에게 큰 발견이었고 다른 사람들과 공유되었다.프랑스 과학자이자 철학자인 블레이즈 파스칼은 진공에 대한 추가 연구를 조사하기 위해 발견된 아이디어를 사용했다.파스칼의 발견은 파스칼이 수은을 사용하여 진공청소기를 당기는 비슷한 방법을 사용했기 때문에 토리첼리의 연구와 유사했다.마그데부르크 시장이 새로운 아이디어를 발명하거나 개조하기 위해 이 발견을 사용한 것은 1661년까지였다.오토 폰 게리케 시장은 최초의 공기 펌프를 만들고, 물 펌프의 아이디어를 수정했으며, 압력계도 수정했다.오늘날 진공 공학은 기계 산업의 모든 박막 요구에 대한 솔루션을 제공합니다.이 엔지니어링 방법은 일반적으로 R&D 요구 또는 대규모 재료 생산에 사용됩니다.
펌프 기술은 19세기 중반 가이슬러와 스프렝글이 마침내 고진공 체제에 접근할 수 있게 될 때까지 고조를 이뤘다.이것은 진공에서의 방전, 음극선의 발견, X선의 발견, 그리고 전자의 발견에 대한 연구로 이어졌다.광전 효과는 고진공에서 관찰되었는데, 이것은 양자 역학과 현대 물리학의 많은 부분을 공식화하도록 이끈 중요한 발견이었다.
