[发明专利]一种八面超高真空腔体

说明书

本发明公开了一种八面超高真空腔体。包括超高真空主腔室；所述的超高真空腔室是由不锈钢整体机械加工，真空腔室的形状是八棱柱形，在确保腔室的机械强度情况下，实现了腔室的8个侧面8‑16个法兰接口，不锈钢棒加工成八棱柱形式，在八棱柱内镗出圆柱形空腔，将八棱柱上下两个面加工为法兰；腔室主体成型后，在其八棱柱的每个腔壁分别镗一或二个孔，孔直接制备法兰接口或焊接法兰。实现腔室的16个侧面法兰接口，能够很方便地观察到腔室内的情况，其真空度及对称性完全可以达到MBE生长腔室的要求。

技术领域

本发明涉及超高真空整体腔室制作，尤其是更高的真空度以及对称性真空腔体的结构与制备。

背景技术

一般来说，超高真空设备系统由真空泵、真空计、真空腔室及其它部件组成。它的核心为实现超高真空环境(真空度要好于1×10^-10mbar)，以确保所需的工艺过程或者物理过程能够实现，同时应用于在半导体、凝聚态物理、化学、新材料研究和生物科学等各个领域。。

在超高真空系统中，真空腔室的漏率和腔室内壁释气往往决定着该腔室的极限真空情况。真空腔室的漏率及释气与其容积、材质、形状及工艺制程密切相关。由于工艺的限制，腔体一般由不锈钢材料制备而成。超高真空腔室(一般来说为球形或者圆柱形，目的是分散压力)都是用薄壁材料焊接而成的，腔壁的厚度局限于2-4mm。以球形真空腔室为例，其制作过程主要有以下几个步骤：利用模具将板料冲压出两个直径一致的半球，机械抛光，焊接成整球，在指定的位置镗孔，用焊接的方式把腔室、管道、法兰组合起来，电解抛光。其中冲压、镗孔、焊接过程对腔体的对称性和漏率会造成不可控的影响。

为了使腔体实现更高的超高真空环境，本发明所提及的整体腔室会很大程度上优化制作工艺，极大地减少了腔室发生泄漏的风险。整体腔室，是用机械加工的方式，车削车铣来直接加工大块的不锈钢原材料，一次性地直接形成腔室。

发明内容

本发明目的是，提供一种八面超高真空腔体。它可以提供超高真空环境，并作为Molecular Beam Epitaxy(MBE)的生长腔室。

本发明的技术方案是，一种八面超高真空腔体，包括超高真空主腔室；所述的超高真空腔室是由不锈钢整体机械加工，由锈钢棒加工成八棱柱形式，在八棱柱内镗出圆柱形空腔；将八棱柱上下两个面加工为法兰；真空腔室的形状是八棱柱形；真空腔室的八棱柱形的8个侧面设有8-16个法兰接口；腔室主体成型后，在其八棱柱的每个侧面作为腔壁，腔壁上分别镗一或二个孔，孔直接制备法兰接口或焊接法兰。

八棱柱上下两个面加工的法兰为第1，2法兰，规格为CF200，分别用来安装样品操纵台和安装束源的法兰。

传统工艺是采用在圆柱形的管道上下焊接两个CF200的法兰，整体腔室的CF200法兰是在整体腔室的端面通过机械加工制程形成的，这样的优点是避免了焊接所造成的腔室泄漏风险，同时由于采用的是腔室上整体加工，也保证了两个法兰面的平行度和同心度，这是传统的焊接工艺所很难实现的。

腔室的8个侧面中相互间隔的四个面各加工一个法兰，构成第3，4，5，6法兰，即3个CF35,一个CF80法兰，3个CF35的法兰中心线正对腔室中心，可以用于MBE系统中安装蒸发源以及离子枪的备用法兰口；第6法兰即CF80法兰为整个腔室的真空抽气接口，这个接口用来接分子泵和离子泵用于实现材料生长所必备的超高真空环境。

腔室的8个侧面中每个侧面加工两个法兰共16个法兰；则第7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18个法兰的装配均是通过在腔壁上镗孔,将法兰内嵌到腔壁内，采用内焊实现。传统工艺，先把圆柱形的腔室进行镗孔，同时将管路进行线切割加工；将切割好的管道焊接在腔室上，再将法兰焊接在管道上；焊接腔体和管道，再焊接管道与法兰。相比之下减少了大部分焊接工艺，节省了焊接成本，同时也避免了可能由焊接造成的腔室泄漏。