一种八面超高真空腔体的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

第7，8，9，10法兰(4个CF100)正对腔室中心，用来装置RHEED的电子枪，荧光屏，晶振，以及观察窗。第11，12，13，14法兰(4个CF35)正对腔室中心，作为磁力传送杆，闸板阀的接口，用来连接其他工艺系统以及传送样品。

有益效果：1.本发明设计的八面超高真空腔体设计时腔壁较厚(4-20mm), 可以有效地降低氢气的漏率，提高极限真空。2.在确保腔室的机械强度的情况下，实现了腔室的16个侧面法兰。其中12个法兰的开口方向就是棱柱面的垂直方向，所以可以在很大程度上保证所有法兰的对中性。3.大部分开口直接在八面真空腔体上，极大地减少了焊接的工序，避免了可能由焊接造成的腔室泄漏。所述的超高真空腔室是由不锈钢整体机械加工而来，包括18个真空法兰(11个 CF35，4个CF100，1个CF80，上下各1个CF200)；真空腔室设计的形状是8 棱柱样的，在确保腔室的机械强度情况下，实现了腔室的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Molecular Beam Epitaxy(MBE)生长腔室的要求。

附图说明

图1为本发明整体腔室的俯视图；

图2为本发明整体腔室的侧视图；

图3为本发明MBE生长腔室的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明提供了一种用于在超高真空系统中的MBE生长腔室。

图1示出了根据本发明实施方案的整体结构的俯视图。在本实施方案中，用机械加工的方式，将不锈钢原材料加工成八棱柱形式(截面图形并非正八面体)，在八棱柱内镗出圆柱形空腔，将上下面部分加工为法兰。腔室主体成型后，在其腔壁指定位置按照要求镗孔，将对应的法兰，管道，按图1，图2焊接即成。

基于整体腔室加工的理念来设计八面超高真空腔体，所述的整体腔室包括主腔室、18个法兰组成(11个CF35,4个CF100，1个CF80,上下各1个CF200 (4个真空管道接口))。

法兰1，2(第1，2法兰，2个CF200)设计的足够大，分别用于装置样品控制台和蒸发源面板。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。

剩余的法兰的装配是通过在腔壁上镗孔,将法兰内嵌到腔壁内，焊接实现的。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。

优选地，第7，8，9，10法兰(4个CF100)正对腔室中心，用来装置RHEED 的电子枪，荧光屏，晶振，以及观察窗。第11，12，13，14法兰(4个CF35) 正对腔室中心，一般作为磁力传送杆，闸板阀的接口，用来连接其他腔室以及传送样品，图3所示。

虽然以上对本发明的实施案例的结构、特征和具体的操作方法进行了详细的描述，但是这些描述并不意图限制本发明。任何本领域普通技术人员阅读这些描述后，在本发明的精神下对本发明进行显而易见的改进或变更都是可能的，并且这些改进和变更都落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围仅由所附权利要求书确定。