硅片传输机器人磁流体密封的研究与设计

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要随着集成电路(IC)集成度的提高，硅片传输机器人的工作环境向着高洁净度、高真空度方向发展，传统的机械密封难以保证IC制造对硅片传输环境的要求，而磁流体密封是一种零泄漏、无磨损、长寿命的新型密封形式，具有很好的应用前景。因此，研究和探讨真空环境下硅片传输机器人磁流体密封机理和设计方法具有重要价值和意义。本文首先分析了国内外硅片传输机器人和磁流体密封技术的发展及研究现状，指出目前磁流体密封设计的核心内容是制备高性能的磁性流体和合理设计磁流体密封结构以增强密封耐压能力。其次，根据磁流体力学理论对磁流体密封机理进行了分析，推导了

2、磁流体密封的耐压公式，得出磁流体密封的耐压能力取决于磁流体的饱和磁化强度和密封间隙内的磁场梯度。本文建立了轴对称条件下典型磁流体密封结构的磁场分析模型，并使用ANSYS有限元分析软件对磁流体密封结构中的非线性磁场分布进行了计算，得出了密封结构内的磁力线和磁感应强度的分析结果。在此基础上，分析了磁流体密封结构参数对密封耐压压差的影响规律，指出了矩形磁极齿形结构参数的最佳取值范围。。然后，设计并制作了一套简易的磁流体密封实验装置，研究了磁场强度、密封间隙和转轴速度对磁流体密封耐压能力的影响。理论分析和实验结果表明：磁流体密封是实现硅片传输机器人真空动密

3、封一种有效可行的方法；磁流体密封的结构设计对密封耐压能力的影响较大，合理设计磁流体的密封结构，可以有效地提高密封耐压能力。最后，针对真空环境下硅片传输的任务特点，本文设计了一种用于硅片传输机器人动力传递的同心双轴磁流体密封装置，探讨并提出了一种真空环境下具备径向直线伸缩运动和圆周旋转运动的硅片传输机器人设计方案。关键词：硅片传输机器人；磁流体；密封；磁场；数值计算硅片传输机器人磁流体密封的研究与设计Research。andDesignofMagneticFluidSealsforWaferHandlingRobotAbstractGenerally

4、awafer’SproductioniSrequiredadustfreevacuumenvironmentinordertoachievehigherICintegrationlevelsandpreventthesurfaceofthewaferfrompollution．AreliablerotaryhermeticaltechniqueiscrucialforwaferhandlingrobotwithinavacuurQchamber．Comparingtoconventionalmechanicalseals，magneticfluid

5、sealedtransmissionCalltransmitrotarymotionintoavacuunlchamber谢n1zeroleakage，minimalcontaminationlevelandnomaintenancerequired,SOitisasignificantworktodotheresearchonprincipleanddesignmethodofmagneticfluidsealorientedtowaferhandlingrobotundervacuu／ncondition．Firstly，thispaperin

6、troducesthedevelopmentandcurrentresearchonwaferhandlingrobotandmagneticfluidsealtechnologyathomeandabroad．Thenthispaperpointsoutthemaindesignchallengeofmagneticfluidrotarysealishowtopreparativehighperformancemagneticfluidandtheoptimumstructuraldesigntoimprovesealcapacity．Secon

7、dly，theprincipleofmagneticfluidsealisanalyzedandsealdifferentialpressureformulasofmagneticfluidsealisdeducedandobtainedaccordingtothetheoryofferrohydrodynamics．Thesealcapacityofmagneticfluidsealisdependonthesaturationmagnetizationofthemagneticfluidandmagneticfieldgradientwithi

8、nthesealinggap．ThemathematicalmodelOfrotationallysymmetricmag