진공펌프의 유지보수 방법

 

 

 

(1) 오일회전펌프

이전 시간에 진공 시스템의 유지보수에 대해 알아보았다 오일 회전펌프의 교환순서는 다음과 같다.

 

1. 오일 랭크의 배기 밸브를 열어 기름을 제거한다.
2. 밸브가 열린 상태로 손으로 펌프를 회전시켜 내부에 오일이 모두 제거되도록 수행한다.
3. 일정한 시간을 유지하여 오일이 제거되는 것을 확인한다.
4. 만일, 심각한 오염이 있다면, 밸브를 잠그고, 오일을 교체한 후에 펌프를 운전하여 펌프 내부를 세척하고 다시 오일을 제거한다.
5. 새로운 기름을 주유하여 오일을 넣고, 적절한 운전을 실시한 후 다시 일정 레벨 선까지 오일을 보충한다.

 

표 10-1에서는 오일 회전 펌프의 고장진단과 대책을 정리하고 있다. 보다 자세한 고장진단을 확인하기 위해 항목별로 리스트를 작성하여 주기적으로 점검한다.

 

 

 

(2) 확산 펌프

일반적으로 확산 펌프는 진공 용기 아래에 장착되지만, 대형 펌프일 경우에는 별도로 펌프 가까이에 공간을 차지하게 된다. 확산 펌프의 오일 교체는 1년에 1회 정도로 실시하며, 오일이 모자랄 경우에는 고진공 압력이 성능을 발휘하지 못하게 되며, 진동이 일어나기도 한다. 펌프를 장기간 사용하면 제트 노즐에 오일 산화물이 많이 형성되어 노즐을 막을 수 있기 때문에 세척하여야 하며, 세척 용제로는 아세톤이나 트리클렌 등을 사용한다. 확산 펌프의 가열기에 공급되는 전원은 반드시 정격을 사용하여야 한다. 펌프를 동작하면서 주의하여야 할 사항으로는 먼저 가능한 가스를 흘리면서 사용하지 말아야 하며, 1 mtorr 이상의 진공에서 1시간 이상 연속하여 동작하지 않는 것이 바람직하다. 공정 작업을 종료하면, 펌프 내로 공기가 유입되지 않도록 하고 진공상태를 유지하는 것이 좋으며, 이를 위해 가열기의 동작을 중지하고 포라인 펌프로 계속 배기하면서 펌프 수랭 관으로 물을 공급하여 식힌 뒤에 포라인 밸브를 잠가야 한다. 또한, 펌프에 오일 교환이나 세척 작업을 한 뒤에도 반드시 내부에 진공을 유지하도록 하여야 한다.

 

 

 

(3) 크라이오 펌프

크라이오 펌프는 본체와 헬륨 콤프레서 모듈로 구성되는데, 온도 상승이나 압력 상승으로 진공 배기에 성능이 저하될 수 있다. 이는 콤프레서의 고장이나 펌프의 오염에 의해 초래하게 되기 때문에 주기적으로 펌프의 성능을 점검하여야 한다. 만일, 크라이오 펌프 내로 누설이 발생하면 배기 능력의 저하와 압력 상승을 일으키며 바로 누설의 원인을 찾아 제거하여야 한다. 또한, 오염으로 인하여 배기 능력이나 가벼운 가스를 배기하지 못하게 되면, 펌프를 분해하여 세척하여야 한다. 펌프를 가동하는 도중에 펌프 내로 물이 침투하여 배기 되면 역시 배기 능력 저하 및 압력 상승이 발생하며, 이때는 펌프를 정지하고 재생 작업을 실시하여야 한다.

 

 

 

(4) 터보 분자 펌프

터보 분자 펌프는 회전자가 고속으로 회전(보통 60,000rpm)하기 때문에 펌프 입구로 불순물이 들어가지 않도록 주의하여야 하며, 이는 회전자 날의 손상을 일으켜 큰 문제를 야기할 수 있다. 터보 펌프의 회전자와 고정자 사이에는 베어링이 설치되며, 원활하게 동작하기 위해서는 윤활유를 공급해야 한다. 그리고 펌프가 동작하는 동안 기계적으로 충격을 가하지 않아야 한다. 원리적으로 고속 회전함으로 갑자기 대기에 노출되거나 동작 중에 큰 부하가 걸리지 않도록 하여야 한다.

 

 

 

(5) 진공 시스템

진공 시스템은 필히 정기적으로 점검하고 보수하여야 고장을 예방할 수 있다. 또한, 시스템을 항상 양호하게 유지하고 지속해서 동작하기 위해서는 잘 보수하고, 매뉴얼의 안전 동작에 대한 사항과 주의할 점을 잘 숙지하여야 할 것이다. 표 10-2에서는 진공 시스템에서 사용할 수 있는 각종 가스의 위험성을 나타내고 있다. 표 10-3은 인체에 독성을 나타내는 가스를 나타낸다.

진공 시스템에서 진공 영역으로 노출되는 부분은 청결한 표면 상태를 가져야 하고, 특히 초고진공에서는 잘 닦고 조심스럽게 다루는 것만으로도 부족하며 진공 용기와 부품의 용접 부위나 조립 부분은 반드시 화학적으로 세척하여야만 한다. 여기서, 화학적 세척이란 제작과정에서 사용한 오일에 의한 심한 오염을 완전히 제거하는 탈지 수준을 의미한다. 물론, 이와 같은 세척 과정으로도 원자 수준에서는 완벽한 표면 상태를 얻을 수 없을 것이다. 일단 세척 후에 대기 중에 노출되면, 수증기나 CO, 등이 순식간에 흡착될 것이며, 세척 과정에서의 찌꺼기나 흔적 등이 남을 것이다. 아무튼 최대한의 노력으로 세척하여 오염원을 제거하여야 한다. 일반적으로 사용하는 화학 세척법은 먼저 맨눈으로 나타나는 오염 물질이나 오일을 제거하고, perchloroethylene(CaCL) 증기로 탈지한 후에 알칼리성 세척제(pH=11)로 초음파 세정한다. 그리고 증류수(DI water; deionized water, 혹은 demineralized water)를 이용하여 세척한다. 마지막으로 150 정도의 oven에서 베이크 한다. 이러한 세척 과정은 스테인리스강이나 알루미늄 합금을 세척하기 위해 가장 효과적인 방식으로 알려져 있다. 일반적으로 기름을 제거하기 위해 주로 사용하는 용매로는 acetone이나 trichloroethylene이 있으며, 유독성 여부를 확인하고 사용하여야 한다. 세척 방법으로는 연마와 같은 기계적인 방법, 화학물질을 이용하는 방법, 반응성 기체나 플라스마 방전 등을 이용하는 방법 및 베이크 방법 등이 있다. 세척의 주요 목적은 진공에서 가스방출의 원인을 제거하기 위한 것으로, 세척을 얼마나 수행하여야 하는가는 진공도에 따라 다르다. 그림 10-1에서는 진공도에 따라 구분되는 표준 세척 과정을 나타내고 있다. 세척 과정에서 제일 먼저 수행하는 것은 표면에 맨눈으로 보이는 이물질을 제거하는 것으로써, 일반적으로 기계적인 방법을 실시하며, 이는 초정밀 연삭, 정밀 연마, 모래 블래스팅(sand blasting) 및 솔질 등으로 분류한다. 표면의 입자를 제거하면, 다음으로는 표면의 얇은 막이나 화합물층을 구성하는 그리스나 오일 등의 오염물을 제거한다. 이는 대부분 화학적인 방법으로 제거하는데, 오일의 종류에 따라 산성 혹은 알칼리성 용액을 사용하여 용액으로 세척하거나 초음파 세척을 행하게 된다. 기계 가공을 통해 생성되는 기름은 유기 용매로 세척하며, 사용되는 유기 용매로는 벤젠, 자일렌(xylene), 사염화탄소(CCk)와 프레온 등이 있고, 프레온 증기 세척은 여러 분야에서 이용된다. 이와 같은 유기 용매로 세척한 후에는 반드시 용매를 씻어내기 위해 아세톤이나 에탄올을 이용하며, 다시 증류수로 닦은 후에 건조한 공기로 말린다. 화학적 세척은 용매의 종류와 처리 방법에 따라 세척 효과가 매우 다르다. 화학적 세척의 경우에는 표면의 불순물 제거 효과 이외에 표면의 화학적 조성을 변화시킬 수도 있다. 고진공 및 초고진공 영역에서 사용하기 위해서 이와 같은 기계적 및 화학적 세척을 수행한 다음에 베이크아웃(bake-out)을 실시한다. 일반적으로 수증기, 이산화탄소 및 탄화수소는 300°C 이하에서도 쉽게 제거되지만, 수소를 제거하기 위해서는 보다 높은 온도로 가열하여야 한다.