4.

Équipement

Un système à vide opérationnel est généralement constitué de trois parties : la chambre dans laquelle le travail est effectué, les pompes à vide et les accessoires, comme les commandes électriques et la tuyauterie. Un système à vide simple est représenté sur la figure 1. Pour rendre l'équipement opérationnel, la chambre de travail avec sa jauge est scellée sous vide au port de pompage. Lorsque les soupapes de vide poussé et de dégrossissage ont été fermées et la soupape de prévide ouverte, les pompes mécaniques démarrent ainsi que celles de diffusion. Lorsque la pompe de diffusion fonctionne, elle est isolée du reste du système par fermeture de la soupape de prévide. La chambre de travail est ensuite vidée par la pompe mécanique. Pour ce faire, la soupape d'entrée de l'air est fermée et la soupape de dégrossissage ouverte. La pression à l'intérieur de la chambre de travail est réduite jusqu'à un dixième de bar. La chambre est ensuite ouverte à la pompe de diffusion, en fermant la soupape de dégrossissage, puis en ouvrant les soupapes de prévide et de vide poussé. La chambre de travail est ensuite sous vide poussé. Elle est constituée d'un conteneur étanche à l'air. Pour les opérations simples, un verre à joint en caoutchouc ou un récipient en forme de cloche d'acier fait souvent office de chambre de travail. Des connexions étanches sont prévues pour les accessoires tels que les verres de vue, les appareils qui transmettent le mouvement mécanique dans le vide, ainsi que les bornes électriques.

Le moteur alternatif à vapeur constitue un des premiers types de pompe à vide. Dans ses applications relatives à la technologie du vide, elle a été remplacée par la pompe rotative avec joint étanche à l'huile (figure 2), et par la pompe à éjection (figure 3). Dans la pompe rotative, un cylindre excentré tourne à l'intérieur d'un carter cylindrique creux. Une palette alternative, montée dans le carter et maintenue en contact avec le rotor, fait office de joint entre les ports d'entrée et de sortie. Tout l'intérieur baigne dans une huile d'étanchéité sous basse pression. Les pompes à éjection fonctionnent d'après le principe suivant : un liquide ou gaz sous pression passant à travers une buse prend la forme d'un jet, aspire au passage des molécules de gaz et les éjecte, ce qui produit un vide. La pompe à diffusion fonctionne sur un principe similaire, mais utilise la vapeur d'un liquide sous très basse pression, comme par exemple un fluide organique spécialement sélectionné et préparé, ou du mercure. Les vapeurs chauffées sont recyclées par un processus continu de condensation et d'ébullition. Parmi les autres types de pompe à vide, on trouve les pompes ioniques (utilisées pour obtenir un état sec, exempt de toute vapeur et fonctionnant par ionisation des molécules de gaz et par piégeage de ces molécules sur les plaques d'un collecteur électrique), les pompes ioniques chimiques (dont le fonctionnement repose sur la réaction de vapeurs métalliques avec le gaz, suivi de la condensation de ces vapeurs sur le carter de la pompe), et enfin les absorbeurs à zéolites (qui éliminent les gaz en les adsorbant et en les absorbant grâce à des zéolites synthétiques). On obtient des vides encore plus poussés grâce aux absorbeurs à ionisation-adsorption. Il est aussi possible d'effectuer un pompage cryogénique (voir cryogénie) en condensant les gaz sur des surfaces maintenues à des températures extrêmement basses.

Les pompes, les soupapes, les séquences de fonctionnement et les verrouillages de protection intermédiaires sont contrôlées par des composants électriques situés dans une commande située sur ou près de la machine. Les commandes peuvent être manuelles ou informatisées. On utilise souvent des chicanes et des pièges à condensation dans les tuyaux à vide, pour vérifier le mouvement des molécules de gaz indésirables des pompes vers la chambre de travail ou dans le sens inverse. Les chicanes fonctionnent soit à la température locale, soit refroidies à la température de la glace sèche ou de l'azote liquide, les molécules étant condensées ou adsorbées sur les surfaces des chicanes. D'autres composants des systèmes à vide sont les soupapes, les tuyauteries et les connexions de tuyauterie, toutes conçues pour être parfaitement étanches.