整理磁控濺射鍍膜技術(shù)綜合介紹

1、精品文檔磁控濺射電鍍上世紀(jì)80年代開始，磁控濺射技術(shù)得到迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的 推廣?，F(xiàn)在磁控濺射技術(shù)已經(jīng)在鍍膜領(lǐng)域占有舉足輕重的地位，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué) 領(lǐng)域發(fā)揮著極大的作用。正是近來市場(chǎng)上各方面對(duì)高質(zhì)量薄膜日益增長(zhǎng)的需要使磁 控濺射不斷的發(fā)展。在許多方面，磁控濺射薄膜的表現(xiàn)都比物理蒸發(fā)沉積制成的要 好;而且在同樣的功能下采用磁控濺射技術(shù)制得的能夠比采用其他技術(shù)制得的要厚。 因此，磁控濺射技術(shù)在許多應(yīng)用領(lǐng)域包括制造硬的、抗磨損的、低摩擦的、抗腐蝕 的、裝潢的以及光電學(xué)薄膜等方面具有重要是影響。磁控濺射技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用，是由該技術(shù)有別于其它鍍膜方法的特點(diǎn)所決定 的。其特點(diǎn)可歸納為：

2、可制備成靶材的各種材料均可作為薄膜材料 ，包括各種金屬、 半導(dǎo)體、鐵磁材料,以及絕緣的氧化物、陶瓷等物質(zhì)，尤其適合高熔點(diǎn)和低蒸汽壓的材 料沉積鍍膜在適當(dāng)條件下多元靶材共濺射方式，可沉積所需組分的混合物、化合物薄 膜;在濺射的放電氣中加入氧、氮或其它活性氣體，可沉積形成靶材物質(zhì)與氣體分子 的化合物薄膜；控制真空室中的氣壓、濺射功率，基本上可獲得穩(wěn)定的沉積速率，通過 精確地控制濺射鍍膜時(shí)間，容易獲得均勻的高精度的膜厚，且重復(fù)性好;濺射粒子幾乎 不受重力影響，靶材與基片位置可自由安排；基片與膜的附著強(qiáng)度是一般蒸鍍膜的 10 倍以上,且由于濺射粒子帶有高能量，在成膜面會(huì)繼續(xù)表面擴(kuò)散而得到硬且致密的薄

3、膜，同時(shí)高能量使基片只要較低的溫度即可得到結(jié)晶膜；薄膜形成初期成核密度高，故 可生產(chǎn)厚度10nm以下的極薄連續(xù)膜。1磁控濺射工作原理：磁控濺射屬于輝光放電范疇，利用陰極濺射原理進(jìn)行鍍膜。膜層粒子來源于輝 光放電中，氬離子對(duì)陰極靶材產(chǎn)生的陰極濺射作用。 氬離子將靶材原子濺射下來后， 沉積到元件表面形成所需膜層。磁控原理就是采用正交電磁場(chǎng)的特殊分布控制電場(chǎng) 中的電子運(yùn)動(dòng)軌跡，使得電子在正交電磁場(chǎng)中變成了擺線運(yùn)動(dòng)，因而大大增加了與 氣體分子碰撞的幾率。用高能粒子(大多數(shù)是由電場(chǎng)加速的氣體正離子)撞擊固體表 面(靶)，使固體原子(分子)從表面射出的現(xiàn)象稱為濺射。濺射現(xiàn)象很早就為人們所認(rèn) 識(shí)，通過前人的

4、大量實(shí)驗(yàn)研究，我們對(duì)這一重要物理現(xiàn)象得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1) 濺射率隨入射離子能量的增加而增大；而在離子能量增加到一定程度時(shí)，由于 離子注入效應(yīng)，濺射率將隨之減??；(2) 濺射率的大小與入射粒子的質(zhì)量有關(guān)：(3) 當(dāng)入射離子的能量低于某一臨界值(閥值)時(shí)，不會(huì)發(fā)生濺射；(4) 濺射原子的能量比蒸發(fā)原子的能量大許多倍；(5) 入射離子的能量很低時(shí)，濺射原子角分布就不完全符合余弦分布規(guī)律。角分 布還與入射離子方向有關(guān)。從單晶靶濺射出來的原子趨向于集中在晶體密度最大的 方向。(6) 因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量很小，所以即使使用具有極高能量的電子轟擊靶材也不會(huì)產(chǎn) 生濺射現(xiàn)象。由于濺射是一個(gè)極為復(fù)雜的物理過程，涉及

5、的因素很多，長(zhǎng)期以來對(duì) 于濺射機(jī)理雖然進(jìn)行了很多的研究，提出過許多的理論，但都難以完善地解釋濺射 現(xiàn)象。2輝光放電:輝光放電是在真空度約為一的稀薄氣體中，兩個(gè)電極之間加上電壓時(shí)產(chǎn)生的一 種氣體放電現(xiàn)象。濺射鍍膜基于荷能離子轟擊靶材時(shí)的濺射效應(yīng)，而整個(gè)濺射過程 都是建立在輝光放電的基礎(chǔ)之上的，即濺射離子都來源于氣體放電。不同的濺射技 術(shù)所采用的輝光放電方式有所不同，直流二極濺射利用的是直流輝光放電，磁控濺 射是利用環(huán)狀磁場(chǎng)控制下的輝光放電。如圖所示為一個(gè)直流氣體放電 體系，在陰陽(yáng)兩極之間由電動(dòng)勢(shì)為 的直流電源提供電壓和電流，并以 電阻作為限流電阻。在電路中，各 參數(shù)之間應(yīng)滿足下述關(guān)系：V=E-I

6、R使真空容器中Ar氣的壓力保持 一定，并逐漸提高兩個(gè)電極之間的 電壓。在開始時(shí)，電極之間幾乎沒 有電流通過，因?yàn)檫@時(shí)氣體原子大 多仍處于中性狀態(tài)，只有極少量的 電離粒子在電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)1i%7*子等翦子瘁J心 117子Sl、/AZ2Z陌槌精品文檔(b)動(dòng)，形成極為微弱的電流，即圖(b)中曲線的開始階段所示的那樣。 隨著電壓逐 漸地升高，電離粒 子的運(yùn)動(dòng)速度也 隨之加快，即電流 隨電壓上升而增 加。當(dāng)這部分電離 粒子的速度達(dá)到 飽和時(shí)，電流不再 隨電壓升高而增 加。此時(shí)，電流達(dá) 到了一個(gè)飽和值(對(duì)應(yīng)于圖曲線的第一個(gè)垂直段)當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí)，離子與陰極之間以及電子與氣體分子之間的碰撞變得重要

7、 起來。在碰撞趨于頻繁的同時(shí)，外電路轉(zhuǎn)移給電子與離子的能量也在逐漸增加。一 方面，離子對(duì)于陰極的碰撞將使其產(chǎn)生二次電子的發(fā)射，而電子能量也增加到足夠 高的水平，它們與氣體分子的碰撞開始導(dǎo)致后者發(fā)生電離，如圖（a）所示。這些過程均產(chǎn)生新的離子和電子，即碰撞過程使得離子和電子的數(shù)目迅速增加。這時(shí)，隨著 放電電流的迅速增加，電壓的變化卻不大。這一放電階段稱為湯生放電。在湯生放電階段的后期，放電開始進(jìn)入電暈放電階段。這時(shí)，在電場(chǎng)強(qiáng)度較高 的電極尖端部位開始出現(xiàn)一些跳躍的電暈光斑。因此，這一階段稱為電暈放電。在湯生放電階段之后，氣體會(huì)突然發(fā)生放電擊穿現(xiàn)象。這時(shí)，氣體開始具備了 相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力，我們將這種

8、具備了一定的導(dǎo)電能力的氣體稱為等離子體。此時(shí)， 電路中的電流大幅度增加，同時(shí)放電電壓卻有所下降。這是由于這時(shí)的氣體被擊穿， 因而氣體的電阻將隨著氣體電離度的增加而顯著下降，放電區(qū)由原來只集中于陰極 邊緣和不規(guī)則處變成向整個(gè)電極表面擴(kuò)展。在這一階段，氣體中導(dǎo)電粒子的數(shù)目大 量增加，粒子碰撞過程伴隨的能量轉(zhuǎn)移也足夠地大，因此放電氣體會(huì)發(fā)出明顯的輝 光。電流的繼續(xù)增加將使得輝光區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)放電長(zhǎng)度上，同時(shí)，輝光的亮度不 斷提高。當(dāng)輝光區(qū)域充滿了兩極之間的整個(gè)空間之后， 在放電電流繼續(xù)增加的同時(shí)， 放電電壓又開始上升。上述的兩個(gè)不同的輝光放電階段常被稱為正常輝光放電和異 常輝光放電階段。異常輝光放電

9、是一般薄膜濺射或其他薄膜制備方法經(jīng)常采用的放 電形式，因?yàn)樗梢蕴峁┟娣e較大、分布較為均勻的等離子體，有利于實(shí)現(xiàn)大面積 的均勻?yàn)R射和薄膜沉積。3、磁控濺射：平面磁控濺射靶采用靜止電磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)為曲線形。其工作原理如下圖所示。電子 在電場(chǎng)作用下，加速飛向基片的過程中與氫原子發(fā)生碰撞。若電子具有足夠的能量 （約為30eV）。時(shí)，則電離出A葉并產(chǎn)生電子。電子飛向基片，A葉在電場(chǎng)作用下加 速飛向陰極濺射靶并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性 的靶原子（或分子）沉積在基片上形成薄膜。二次電子 el在加速飛向基片時(shí)受磁場(chǎng) B 的洛侖茲力作用，以擺線和螺旋線狀的復(fù)合形式在靶表面作圓周運(yùn)動(dòng)

10、。該電子el的運(yùn)動(dòng)路徑不僅很長(zhǎng)，而且被電磁場(chǎng)束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)。在該區(qū) 中電離出大量的A葉用來轟擊靶材，因此磁控濺射具有沉積速率高的特點(diǎn)。隨著碰 撞次數(shù)的增加，電子el的能量逐漸降低，同時(shí)，el逐步遠(yuǎn)離靶面。低能電子el將 如圖中e3那樣沿著磁力線來回振蕩，待電子能量將耗盡時(shí)，在電場(chǎng) E的作用下最 終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳給基片的能量很小，使基片溫升較低。 在磁極軸線處電場(chǎng)與磁場(chǎng)平行，電子e2將直接飛向基片。但是，在磁控濺射裝置中， 磁極軸線處離子密度很低，所以e2類電子很少，對(duì)基片溫升作用不大。精品文檔磁控濺射工作原理圖磁控濺射的基本原理就是以磁場(chǎng)改變電子運(yùn)動(dòng)方

11、向，束縛和延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)路 徑，提高電子的電離概率和有效地利用了電子的能量。因此，在形成高密度等離子 體的異常輝光放電中，正離子對(duì)靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效，同時(shí)受正交 電磁場(chǎng)的束縛的電子只能在其能量將要耗盡時(shí)才能沉積在基片上。這就是磁控濺射 具有“低溫”、“高速”兩大特點(diǎn)的機(jī)理。、磁控濺射的應(yīng)用: 1、磁控濺射的優(yōu)點(diǎn):（1）操作易控。鍍膜過程，只要保持工作壓強(qiáng)、電功率等濺射條件相對(duì)穩(wěn)定，就 能獲得比較穩(wěn)定的沉積速率。（2）沉積速率高。在沉積大部分的金屬薄膜，尤其是沉積高熔點(diǎn)的金屬和氧化物 薄膜時(shí)，如濺射鎢、鋁薄膜和反應(yīng)濺射 TiO2、ZrO2薄膜，具有很高的沉積率。（3）基板低溫性。相

12、對(duì)二極濺射或者熱蒸發(fā)，磁控濺射對(duì)基板加熱少了，這一點(diǎn) 對(duì)實(shí)現(xiàn)織物的上濺射相當(dāng)有利。（4）膜的牢固性好。濺射薄膜與基板有著極好的附著力， 機(jī)械強(qiáng)度也得到了改善（5）成膜致密、均勻。濺射的薄膜聚集密度普遍提高了。從顯微照片看，濺射的 薄膜表面微觀形貌比較精致細(xì)密，而且非常均勻。（6）濺射的薄膜均具有優(yōu)異的性能。如濺射的金屬膜通常能獲得良好的光學(xué)性能、 電學(xué)性能及某些特殊性能。（7）易于組織大批量生產(chǎn)。磁控源可以根據(jù)要求進(jìn)行擴(kuò)大，因此大面積鍍膜是容 易實(shí)現(xiàn)的。再加上濺射可連續(xù)工作，鍍膜過程容易自動(dòng)控制，因此工業(yè)上流水線作 業(yè)完全成為可能。（8）工藝環(huán)保。傳統(tǒng)的濕法電鍍會(huì)產(chǎn)生廢液、廢渣、廢氣，對(duì)環(huán)境造

13、成嚴(yán)重的污 染。不產(chǎn)生環(huán)境污染、生產(chǎn)效率高的磁控濺射鍍膜法則可較好解決這一難題。2、磁控濺射應(yīng)用：磁控濺射目前是一種應(yīng)用十分廣泛的薄膜沉積技術(shù)，濺射技術(shù)上的不斷發(fā)展和對(duì)新功能薄膜的探索研究，使磁控濺射應(yīng)用延伸到許多生產(chǎn)和科研領(lǐng)域。（1） 在微電子領(lǐng)域作為一種非熱式鍍膜技術(shù) ，主要應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積（CVD）或 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）生長(zhǎng)困難及不適用的材料薄膜沉積，而且可以獲得 大面積非常均勻的薄膜。包括歐姆接觸的 Al、Cu、Au、W、Ti等金屬電極薄膜及 可用于柵絕緣層或擴(kuò)散勢(shì)壘層的 TiN、Ta2O5、TiO、AI2O3、ZrO2、AIN等介質(zhì)薄 膜沉積。（2）磁控濺射技術(shù)在光

14、學(xué)薄膜（如增透膜）、低輻射玻璃和透明導(dǎo)電玻璃等方面也得到應(yīng)用。在透明導(dǎo)電玻璃在玻璃基片或柔性襯底上，濺射制備SiO2薄膜和摻雜ZnO或InSn氧化物（ITO）薄膜，使可見光范圍內(nèi)平均光透過率在 90%以上。（3）在現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)中，利用磁控濺射技術(shù)制作表面功能膜、超硬膜，自潤(rùn)滑薄膜，能有效的提高表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性 能,從而大幅度地提高涂層產(chǎn)品的使用壽命。磁控濺射除上述已被大量應(yīng)用的領(lǐng)域，還在高溫超導(dǎo)薄膜、鐵電體薄膜、巨磁阻 薄膜、薄膜發(fā)光材料、太陽(yáng)能電池、記憶合金薄膜研究方面發(fā)揮重要作用。三抽真空系統(tǒng) 1擴(kuò)散泵中的油在真空中加熱到沸騰溫度（約為 200度）產(chǎn)生大量

15、的油蒸氣，油蒸 氣經(jīng)導(dǎo)流管由各級(jí)噴嘴定向高速噴出。由于擴(kuò)散泵進(jìn)氣口附近被抽氣體的分壓強(qiáng)高 于蒸氣流中該氣體的分壓強(qiáng)。這樣，被抽氣體分子沿著蒸氣方向高速運(yùn)動(dòng)，氣體分 子碰到泵壁又反射回來，再受到蒸氣流碰撞而重新沿蒸氣流方向流向泵壁。經(jīng)過幾 次碰撞后，氣體分子被壓縮到低真空端，再由下幾級(jí)噴嘴噴出的蒸氣進(jìn)氣多級(jí)壓縮， 最后由前級(jí)泵抽走，而油蒸氣在冷卻的泵壁上被冷凝后又返回到下層重新被加熱， 如此循環(huán)工作達(dá)到抽氣目的。2. 影響油擴(kuò)散泵性能的因素如下。（1）、油擴(kuò)散泵的返流。（2 ）、氣體分子的反擴(kuò)散。（3）、擴(kuò)散泵油的裂化分解，一般擴(kuò)散泵對(duì)其工作油的要求是飽和蒸氣壓以內(nèi)（室溫下0.00000001P

16、a左右），受熱穩(wěn)定性好，不易被氧化，分子量大的高沸點(diǎn)的液體， 如硅油是擴(kuò)散泵中比較理想的工作油。(4) 、泵清洗不干凈，污染物質(zhì)留在泵內(nèi)并重復(fù)循環(huán)，影響其真空度。3是指泵內(nèi)裝有兩個(gè)相反方向同步旋轉(zhuǎn) 的葉形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁間 有細(xì)小間隙而互不接觸的一種變?nèi)菡婵毡谩９矢摺⒅姓婵毡眯枰凹?jí)泵。它的結(jié)構(gòu)和工作原理與 羅茨鼓風(fēng)機(jī)相似，工作時(shí)其吸氣口與被抽真空容器或真 空系統(tǒng)主抽泵相接。這種真空泵的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵殼之間互不接觸，羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結(jié)構(gòu)和制造精度外，還取決于前級(jí)泵的極限 真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。羅茨泵的工作原理與羅茨 鼓風(fēng)機(jī)相似。由

17、于轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，被抽氣體從進(jìn)氣口吸入到轉(zhuǎn)子與泵殼之間的空 間vO內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后 v0空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣 體沒有壓縮和膨脹。但當(dāng)轉(zhuǎn)子頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣，vO空間與排氣側(cè)相通時(shí)，由于排氣側(cè)氣體壓強(qiáng)較高，則有一部分氣體返沖到空間vO中去，使氣體壓強(qiáng)突然增高。 當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體排出泵外。羅茨泵在泵腔內(nèi)，有二個(gè)8”字形的轉(zhuǎn)子相互垂 直地安裝在一對(duì)平行軸上，由傳動(dòng)比為 1的一對(duì)齒輪帶動(dòng)作彼此反向的同步旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。在轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。 2結(jié)構(gòu)組成羅茨真空泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子在泵體中如何布置，決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外羅茨 真空

18、泵的總體結(jié)構(gòu)布置一般有三種方案：1立式：兩個(gè)轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，但兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸線構(gòu)成的平面與水平面垂 直，這種結(jié)構(gòu)，泵的進(jìn)排氣口呈水平設(shè)置，裝配和連接管道都比較方便。但其缺點(diǎn) 是泵的重心太高，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性差，所以除小規(guī)格的泵外，采用這種結(jié)構(gòu)型 式的不太多。2. 臥式：兩個(gè)轉(zhuǎn)子的軸線呈水平安裝，兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸線構(gòu)成的平面成水平方向，這種結(jié)構(gòu)的泵的進(jìn)氣口在泵的上方， 排氣口在泵的下方(也有與此相反的)。下邊的 排氣口一般為水平方向接出，所以進(jìn)排氣方向是相互垂直的。排氣口接一個(gè)三通管 向兩個(gè)方向開口，一端接排氣管道，另一端死或接旁通閥時(shí)使用。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 是重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好。國(guó)內(nèi)外大中

19、型泵多采用此種結(jié)構(gòu)型式。3. 豎軸式：國(guó)外有的羅茨泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸線與水平面垂直安裝。這種結(jié)構(gòu)的裝 配間隙容易控制，轉(zhuǎn)子裝配方便，占地面積小，但齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝拆不便，潤(rùn)滑 裝置也較復(fù)雜。當(dāng)總體結(jié)構(gòu)決定后，泵體本身的結(jié)構(gòu)與形狀也就相應(yīng)地決定了。4. 帶溢流閥的羅茨泵：為了防止超載引起事故，羅茨泵上裝有一個(gè)比較可靠的 安全保護(hù)器，即在旁通管路上裝有一個(gè)溢流閥。排氣口處于規(guī)定壓力時(shí)，溢流閥是 關(guān)閉的。當(dāng)其排氣口壓力超過規(guī)定壓力時(shí)，則溢流閥的閥門自動(dòng)被頂開而產(chǎn)生溢漢， 排氣口壓力變正常后，溢流閥再自行關(guān)閉。它能自動(dòng)調(diào)節(jié)，也是泵的允許壓差裝置， 因此溢流閥的最大好處是使羅茨泵能連同前級(jí)泵一起，在各種壓力

20、范圍內(nèi)能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。采用這種設(shè)計(jì)，能使真空容器在粗真空狀態(tài)的抽氣停息時(shí)間可縮短3050%.對(duì)于比較大的泵，溢流閥安裝在泵體外邊的旁通管路上，在比較小的泵上，溢流閥則 是裝在泵殼內(nèi)的。5. 帶蒸汽冷凝器的羅茨泵：在需要抽吸蒸汽情況下，抽氣機(jī)組必須設(shè)計(jì)會(huì)使蒸 汽冷凝的冷凝器，這個(gè)冷凝器可裝在泵之前或裝在泵之后，而不裝在羅茨泵的泵體 上。在某種情況下，冷凝特升化吸熱能夠減少羅茨泵發(fā)熱。 假設(shè)采用了復(fù)式冷凝器， 在維修時(shí)可用適當(dāng)?shù)娜軇┣宄酃福羝湍茼槙车卦趯?dǎo)管中流動(dòng)。從特征曲線可 以看出當(dāng)達(dá)到極限真空時(shí)，通過泵入口的正向氣流量為零，既泵的實(shí)際抽速為零，式：PC和PR事實(shí)就是前級(jí)泵和羅茨真空泵的極限壓

21、力， 達(dá)到極限真空是幾乎為分 子流狀態(tài)，將其導(dǎo)通能力帶入式中：理論抽速P0羅茨真空泵的極限壓力P0 前級(jí)真空泵的極限壓力11.6F 20 C時(shí)空氣的導(dǎo)通能力因此選擇不同的前級(jí)泵可以獲得不同的極限真空冷卻裝置1. 空氣冷卻：羅茨真空泵由于輸送和壓縮氣體而產(chǎn)生熱量，這些熱量必須從轉(zhuǎn) 子傳至殼體而散發(fā)。但在低壓下，氣體對(duì)熱的傳導(dǎo)和對(duì)流性能極差，致使轉(zhuǎn)子吸收 的熱量不易散出，造成轉(zhuǎn)子溫度永遠(yuǎn)高于殼體的溫度。由于轉(zhuǎn)子的熱膨脹，使轉(zhuǎn)子 與轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼間的間隙減少，特別在壓差也高的情況下，尤為嚴(yán)重，甚至 造成轉(zhuǎn)子卡死，使泵損壞。為了使羅茨泵在較高的壓差下工作，以擴(kuò)大使用范圍， 增加泵的可靠性，就必須設(shè)

22、法散出轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量，也就是說要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。為了理解空氣冷卻的實(shí)質(zhì)，先來看一下氣體在羅茨真空泵排氣一側(cè)的流動(dòng)情況， 在羅茨真空泵中吸入氣體被壓縮的過程不是連續(xù)的，而是突然的。吸入氣體隨轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動(dòng)而被封閉于腔內(nèi)，又隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使腔內(nèi)的氣體突然與排氣口接通。由于排 氣一側(cè)的氣體壓力較高，排氣口處的氣體就向腔中返沖，然后又隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而 被驅(qū)趕排出泵外。這樣的過程在每旋轉(zhuǎn)一周中兩個(gè)轉(zhuǎn)子共進(jìn)行四次排氣過程。從上述氣體的流動(dòng)情況可以設(shè)想：假若每次返沖到泵腔中的氣體是冷的，則可 以在高溫的泵腔內(nèi)吸收大量的熱量，這些吸收了熱量的氣體又在轉(zhuǎn)子的繼續(xù)壓縮中 排出，從而會(huì)達(dá)到轉(zhuǎn)子冷卻的目的。空氣冷卻就是運(yùn)

23、用上述原理。在泵的排氣口處設(shè)置密集的冷卻片，冷卻片用冷 水管進(jìn)行冷卻，或在泵的排氣口處直接安裝冷卻水管，這樣排氣口處的氣體就會(huì)降 溫，這種冷卻方法能有效地散出羅茨泵轉(zhuǎn)子在壓縮氣體中所產(chǎn)生的執(zhí)量。而且當(dāng)排 氣壓力較高時(shí)，因氣體分子的密度大，使熱傳導(dǎo)性能更好，其冷卻效果也好些。使 用這種方法能保證泵在較高的壓差下作，實(shí)驗(yàn)證明，一臺(tái)羅茨泵在30Torr壓差下運(yùn)轉(zhuǎn)6h,其轉(zhuǎn)子在外殼的溫度差為22度，當(dāng)在排氣口處安裝冷卻器后，在 85Torr壓差 下長(zhǎng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，其溫差也不超過17度。一般說來，羅茨真空泵采用空氣冷卻之后，可 將壓差提高80Torr，而不加冷卻器一般只能達(dá)到1530Torr。這種冷卻方法與環(huán)

24、境溫度有關(guān)系，環(huán)境溫度高吸入的氣體溫度就高。則冷卻效 果就不好。此外，這種方法只能避免高壓差產(chǎn)生的高熱，而不能防止泵壓縮過程中 發(fā)熱，而引起間隙變小的問題，所以受泵本身間隙的限制。2. 轉(zhuǎn)子的內(nèi)部冷卻：為了使羅茨真空泵在更高壓差下工作，可采取更有效的冷 卻方法，即將轉(zhuǎn)子用循環(huán)油冷卻，在泵軸兩端分別有油孔、油徑軸頭打入，經(jīng)轉(zhuǎn)子 內(nèi)壁再?gòu)牧硪欢伺懦?。冷卻油除冷卻轉(zhuǎn)子外，還潤(rùn)滑齒輪和軸承。這種冷卻效果較好，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子溫度低于外殼溫度，大泵常采用這種方式。例如在 80Torr壓差 下工作時(shí)，羅茨真空泵轉(zhuǎn)子溫度較外殼低 78度，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)泵負(fù)荷越重時(shí)，則間隙 越大，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子用油冷卻，溫度比殼體低

25、，負(fù)荷越大，殼體膨脹越厲害，軸間 距加大，所以間隙會(huì)增大。由于負(fù)荷大，轉(zhuǎn)子和殼體溫差不斷增高，使間隙不斷增大，這會(huì)使首逆流增大， 引起羅茨真空泵抽速下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，羅茨泵在高負(fù)荷下工作時(shí)，需要采 用有效措施，一般是將羅茨真空泵的外殼和轉(zhuǎn)子同時(shí)采用油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。3. 轉(zhuǎn)子的油膜冷卻：這種冷卻方法是在羅茨真空泵入口處連接一個(gè)輸油管，用均勻滴下的冷卻油帶走轉(zhuǎn)子的熱量。 油經(jīng)過濾器器、冷卻器，通過密封良好的油泵， 再經(jīng)過辦輸油管將油送到泵的入口。油滴到轉(zhuǎn)子上之后，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而均面在轉(zhuǎn)了子的表面上。這不僅將轉(zhuǎn)子的熱量帶走，同時(shí)在兩個(gè)轉(zhuǎn)子表面上形成油膜，防 止氣體的逆流，而且還能將轉(zhuǎn)子表

26、面上依附的微細(xì)塵埃帶走。在泵的出口處設(shè)有油 槽，收集廢油，經(jīng)過過濾，冷卻后重新循環(huán)使用。此種方法效果良好。但由于泵內(nèi) 有油，失去了羅茨泵無油蒸汽污染真空系統(tǒng)的特點(diǎn)。再則油具有一定的粘度，對(duì)高 速旋轉(zhuǎn)的羅茨泵轉(zhuǎn)子增加了不少的摩擦力，當(dāng)然使泵的功率消耗增加。所使用的油，要求飽和蒸汽壓應(yīng)盡量代。4水冷卻：所謂濕式羅茨真空泵，即是由間級(jí)或雙級(jí)泵吸入的空氣經(jīng)壓縮后， 通過綜合吸收及有相位差的組合消音器傳送。將微量的水注入泵內(nèi)，便能消除因壓 縮空氣而產(chǎn)生的熱量。吸入水管裝在單級(jí)或雙級(jí)泵組的吸氣端并連接到真空泵的進(jìn) 氣口上。水是靠真空泵產(chǎn)生的真空度而吸入，真空度越大，吸入水量就越高。用一 只簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)閥門便

27、能保證最佳的吸入量，吸入水的溫度應(yīng)保持在20度左右，要清潔，無鈣質(zhì)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；(2) 轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對(duì)稱性，故振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子和殼體間 均有間隙，不用潤(rùn)滑，摩擦損失小，可大大降低驅(qū)動(dòng)功率，從而可實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速；泵腔內(nèi)無需用油密封和潤(rùn)滑，可減少油蒸氣對(duì)真空系統(tǒng)的污染；(4) 泵腔內(nèi)無壓縮，無排氣閥。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，對(duì)被抽氣體中的灰塵和水蒸汽 不敏感；(5) 壓縮比較低，對(duì)氫氣抽氣效果差；(6) 轉(zhuǎn)子表面為形狀較為復(fù)雜的曲線柱面，加工和檢查比較困難。羅茨真空泵近 幾年在國(guó)內(nèi)外得到較快的發(fā)展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)得到了廣泛 的應(yīng)用。

28、性能特點(diǎn)羅茨真空泵的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)快，耗功少，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低，抽速大、效率高， 對(duì)被抽氣體中所含的少量水蒸汽和灰塵不敏感，在1001帕壓力范圍內(nèi)有較大抽氣速率，能迅速排除突然放出的氣體。這個(gè)壓力范圍恰好處于油封式機(jī)械真空泵與擴(kuò)散泵之間。因此，它常被串聯(lián)在擴(kuò)散泵與油封式機(jī)械真空泵之間，用來提高中間壓力范圍的抽氣量。這時(shí)它又稱為機(jī)械增壓泵。羅茨真空泵廣泛用于 真空冶金中的冶煉、脫氣、軋制，以及化工、食品、醫(yī)藥 工業(yè)中的真空蒸餾、真空濃縮和真空干燥等方面。真空泵配件為用于真空泵噪聲治 理的，真空泵消音器。4 保養(yǎng)方法（一）、羅茨真空泵定期檢查：1、每日檢查：a）油位檢查：油量過多，使溫度升高，油量過少

29、，造成潤(rùn)滑不良。b）溫度檢查：用溫度計(jì)檢查泵各部位溫度。c）電動(dòng)機(jī)負(fù)荷檢查：用功率表或電流，電壓表測(cè)量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷。2、羅茨真空泵每月檢查：聯(lián)軸器及墊片是否損壞和松動(dòng)。3、羅茨真空泵每3個(gè)月檢查：齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油是否變質(zhì)。4、羅茨真空泵每6個(gè)月檢查：a）前蓋軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油是否變質(zhì)。b）活塞環(huán)及活塞環(huán)襯套是否磨損。c）齒輪微量程度的磨損對(duì)轉(zhuǎn)子正常運(yùn)轉(zhuǎn)是否產(chǎn)生影響，是否需要調(diào)整。（二）、羅茨真空泵拆裝：增壓泵進(jìn)行拆卸和重新裝配時(shí)，須根據(jù)以下注意事項(xiàng)進(jìn)行：1、羅茨真空泵未拆卸前，先測(cè)量并記錄轉(zhuǎn)子各部分間隙。2、盡量避免用重錘敲打，拆下的零件不得碰傷，妥善保管好。3、將需要更換的零部件的更換原因及使用情況

30、詳細(xì)記錄下來。4、羅茨真空泵重新裝配前須把各零部件清潔干凈，毛刺修光。5、 無密封墊襯或密封圈的靜密封面用106 ”有機(jī)硅橡膠涂料。用干凈密封的橡 膠密封件，需涂上真空考克脂。帶溢流閥真空泵溢流閥上的密封圈及平面上不得涂 任柯油脂。6、根據(jù)間隙一覽表調(diào)整轉(zhuǎn)子各部分間隙。7、全部裝好后須進(jìn)行檢漏。&重裝后須進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)和必要的性能測(cè)試，待正常后才能安裝使用。羅茨泵工作原理性能特點(diǎn)羅茨泵實(shí)質(zhì)上與凸輪泵相同，但轉(zhuǎn)子是羅茨型的。它 能輸送黏度為數(shù)萬(wàn)厘泊的液體。羅茨泵主要是有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)子位于泵體 中，由一對(duì)同步齒輪傳動(dòng)，對(duì)于羅茨泵的轉(zhuǎn)子，在泵體內(nèi)是互相嚙合的，但具有間 隙。間隙大小主要取決于液體

31、黏度。超過一定黏度范圍必須調(diào)整增大間隙。1、羅茨泵經(jīng)常檢查油位位置，不符合規(guī)定時(shí)須調(diào)整使之符合要求.以羅茨泵運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)，油位到油標(biāo)中心為準(zhǔn)。2、 羅茨泵換油期限按實(shí)際使用條件和能否滿足性能要求等情況考慮 ，由用戶酌 情決定.一般新羅茨泵，抽除清潔干燥的氣體時(shí)，建議在工作100小時(shí)左右換油一次待 油中看不到黑色金屬粉末后，以后可適當(dāng)延長(zhǎng)換油期限。3、羅茨泵經(jīng)常檢查油質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)油變質(zhì)應(yīng)及時(shí)更換新油，確保羅茨泵工作正常。4、羅茨泵一般情況下，羅茨泵工作2000小時(shí)后應(yīng)進(jìn)行檢修，檢查桷膠密封件老化 程度，檢查排氣閥片是否開裂，清理沉淀在閥片及排氣閥座上的污物清洗整個(gè)羅茨泵 腔內(nèi)的零件,如轉(zhuǎn)子,旋片,彈

32、簧等一般用汽油清洗，并烘干對(duì)橡膠件類清洗后用干布 擦干即可.清洗裝配時(shí)應(yīng)輕拿輕放小心碰傷。5、羅茨泵向軸承體內(nèi)加入軸承潤(rùn)滑機(jī)油，觀察油位應(yīng)在油標(biāo)的中心線處，潤(rùn)滑油 應(yīng)及時(shí)更換或補(bǔ)充。6、羅茨泵檢查羅茨泵管路及結(jié)合處有無松動(dòng)現(xiàn)象 用手轉(zhuǎn)動(dòng)羅茨泵，試看羅茨泵 是否靈活。7、羅茨泵重新裝配后應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)行，一般須空運(yùn)轉(zhuǎn)2小時(shí)并換油二次，因清洗時(shí)在 羅茨泵中會(huì)留有一定量易揮發(fā)物，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，再投入正常工作。&羅茨泵開動(dòng)電機(jī)，當(dāng)羅茨泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，打開出口壓力表和進(jìn)口羅茨泵，視其顯 示出適當(dāng)壓力后，逐漸打開閘閥，同時(shí)檢查電機(jī)負(fù)荷情況。9、羅茨泵盡量控制羅茨泵的流量和揚(yáng)程在標(biāo)牌上注明的范圍內(nèi) ，以保證羅茨泵

33、 在最高效率點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，才能獲得最大的節(jié)能效果。6消除故障編輯一般故障極限壓力不高（1）管道、系統(tǒng)漏氣（2）泵部分漏氣（3）前極泵極限壓力下降（4 ）潤(rùn)滑油太臟或牌號(hào)不符（5 ）油封磨損（6）溢流閥處漏氣（1 ）系統(tǒng)檢漏（2 ）對(duì)泵檢漏（3）修理或更換前級(jí)泵（4）調(diào)換潤(rùn)滑油（5）調(diào)換油圭寸（6）對(duì)溢流閥進(jìn)行清理抽速不足（1）管道通導(dǎo)能力不夠（2 ）前級(jí)泵抽速下降（3）溢流閥處漏氣（1）增大管道通導(dǎo)能力（2）修理或更換前級(jí)泵（3）對(duì)溢流閥處進(jìn)行清理電動(dòng)機(jī)過載（1）入口壓力過高（2）轉(zhuǎn)子端面與端蓋單面接觸（3）前級(jí)泵返油進(jìn)泵腔（4）溢流閥卡住，使出口過高（1）調(diào)整、控制入口壓力（2）調(diào)整轉(zhuǎn)子端面間隙（

34、3 ）裝置防返油設(shè)備（4）對(duì)溢流閥進(jìn)行清理過熱（1 ）選擇的前級(jí)泵抽速不夠，造成壓縮比過大（2）入口壓力過高（3 ）冷卻不良（4）齒輪箱潤(rùn)滑油過高（5 ）轉(zhuǎn)子與泵殼接觸（6）齒輪、軸承、油封潤(rùn)滑不良（1 ）重新選用前級(jí)泵（2）調(diào)整、控制入口壓力（3 ）暢通冷卻（4 ）調(diào)整油量（5）修整（6）保證油量適當(dāng)，潤(rùn)滑良好聲音異常（1 ）裝配不良（2 ）導(dǎo)向齒輪與轉(zhuǎn)子位置偏移使轉(zhuǎn)子相碰（3）入門壓力過高（4）過載或潤(rùn)滑不良造成對(duì)齒輪的損傷（5 ）軸承磨損（1）重裝（2 ）調(diào)整位置，保證間隙（3）調(diào)整、控制入口壓力（4 ）調(diào)換齒輪（5 ）調(diào)換軸承軸承、齒輪早期磨損嚴(yán)重（1）潤(rùn)滑油不良（2）潤(rùn)滑油不足（1）

35、調(diào)換潤(rùn)滑油（2）補(bǔ)充潤(rùn)滑油羅茨泵常見故障與排除及拆裝如羅茨泵（機(jī)械增壓泵）機(jī)組經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，羅茨泵內(nèi)產(chǎn)生異常雜音，則 可能有以下原因：1、羅茨泵的啟動(dòng)壓力太高，造成泵的機(jī)件過熱而受損（有些機(jī)械增壓泵經(jīng)特殊 設(shè)計(jì)后，也可以在大氣壓下啟動(dòng)）。2、在生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的較大的磨耗性粒子進(jìn)入羅茨泵內(nèi)部造成機(jī)件磨損。3、泵的安放位置不對(duì)，例如：傾斜置放。泵內(nèi)的潤(rùn)滑油的油量不適合。以上各原因均會(huì)導(dǎo)致羅茨泵的機(jī)件（轉(zhuǎn)子、定子、軸承與齒輪等）精密度變差 或受嚴(yán)重污染，從而使羅茨泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生異常雜音。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生異常雜音后，應(yīng)立即檢查泵的啟動(dòng)壓力是否符合規(guī)定值， 可用電流表檢查泵電機(jī)的輸入電流是否合乎

36、額定值，有無異常的高或低。還應(yīng)檢查 泵內(nèi)潤(rùn)滑油的情況及泵的安放位置是否合適。發(fā)現(xiàn)問題后，要立即采取相應(yīng)的措施 解決。羅茨真空泵工作時(shí)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與泵體互相不接觸，因此沒有直接磨損， 但由于間隙很?。ㄒ话?.100.25 mm ），經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后傳動(dòng)齒輪磨損，當(dāng)齒側(cè)間隙 大于轉(zhuǎn)子間最小間隙時(shí)，將產(chǎn)生相碰而發(fā)生故障，此時(shí)則應(yīng)更換齒輪。一般在運(yùn)轉(zhuǎn) 一年則應(yīng)進(jìn)行大修一次，檢查齒輪及軸承的磨損情況，檢查密封裝置，更換密封圈（環(huán)），檢查轉(zhuǎn)子腐蝕情況，轉(zhuǎn)子結(jié)垢情況，泵體內(nèi)表面腐蝕情況和結(jié)垢情況。 清洗 測(cè)量磨損超出規(guī)定尺寸時(shí)，應(yīng)調(diào)整間隙或更換零件。泵的拆裝程序如下：1、放出潤(rùn)滑油及冷卻水；2、拆卸聯(lián)軸器和

37、電機(jī)；3、拆卸旁通管路和旁通閥；4、拆軸承;5、拆卸前后端蓋及密封裝置；6、拆轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪；7、拆轉(zhuǎn)子。拆裝時(shí)的注意事項(xiàng)如下：1、安裝底座時(shí)必須認(rèn)真調(diào)整水平，否則將影響轉(zhuǎn)子與泵體兩端的間隙；2、拆裝零部件不能用鐵錘敲打；3、拆裝時(shí)注意密圭寸面，不得有任何劃痕和碰傷；4、平面密封使用室溫硫化橡膠時(shí)，要涂布均勻，不能過薄也不能太厚；5、轉(zhuǎn)子裝后應(yīng)認(rèn)真調(diào)整間隙，按規(guī)定間隙調(diào)整，發(fā)現(xiàn)超出規(guī)定時(shí)應(yīng)取出重新修 理，但修理后必須進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)試，動(dòng)平衡合格后再重新組裝。過載問題羅茨真空泵壓縮氣體所需的功率與壓差成正比，一旦氣體壓差過高，泵就可能 出現(xiàn)過載現(xiàn)象，造成電機(jī)繞組燒損。解決泵過載問題的方法主要有以下幾種：(1)采用機(jī)械式自動(dòng)調(diào)壓旁通閥。旁通閥安裝在羅茨真空泵的出口和入口之間的旁通管路上。此閥控制泵出入口之間的壓差不超過額定值。當(dāng)壓差達(dá)到額定值時(shí), 閥門靠壓差作用自動(dòng)打開，使羅茨真空泵出口和入口相通，使出入口之間的壓差迅 速降低，這時(shí)羅茨真空泵在幾乎無壓差的負(fù)荷下工作。當(dāng)壓差低于額定值時(shí)，閥自 動(dòng)關(guān)閉，氣體通過羅茨真空泵內(nèi)由前級(jí)泵抽走。帶有旁通溢流閥的羅茨真空泵可以 與前級(jí)泵同時(shí)啟動(dòng)，使機(jī)組操作簡(jiǎn)單方便。(2)采用液力聯(lián)軸器采用液力聯(lián)軸器也能防止泵的過載現(xiàn)象發(fā)生，使泵可以在 高壓差下工