無擴散泵、無羅茨泵、清潔、節(jié)能的新一代蒸發(fā)鍍膜設(shè)備

1、無擴散泵、無羅茨泵、清潔、節(jié)能的新一代蒸發(fā)鍍膜設(shè)備分子增壓泵大型蒸發(fā)鍍膜設(shè)備儲繼國1，龔建華2，鄭主安3，蔣新元3，潘尚堯4，王樹理5，王雨51深圳大學物理科學與技術(shù)學院 2摩爾市真空技術(shù)有限公司3上海三井真空設(shè)備有限公司 4. 深圳市振恒昌實業(yè)有限公司（2008年廣東省產(chǎn)學研基金資助項目）一、大型蒸發(fā)鍍膜目前存在的問題1油蒸汽污染 粗真空：通常采用滑閥泵，或旋片泵。它們都是有油泵，本底油蒸汽壓為10-1 Pa。 中真空：通常采用羅茨泵。該泵的油蒸汽污染為10-2 Pa，其污染也不能忽略。 擴散泵的油蒸汽污染為10-510-6 Pa，該污染很難清除，是真空鍍膜的頭號大敵。2能耗高大型蒸發(fā)鍍膜設(shè)

2、備抽氣機組的典型配置有如下兩種： 單擴散泵機組：KT-800+ ZJ-1200+ H-150+2X-30（維持泵）, 抽氣能耗為35kW。 雙擴散泵機組：2×K-800+ ZJ-1200+ H-150+1m2深冷水汽泵+2X-30（維持泵）抽氣能耗為50kW。3活性氣體分壓強高蒸發(fā)鍍膜設(shè)備頻繁暴露大氣，鍍膜室會吸附大量水汽，因此，精抽本底中，H2O占8090%。近年來，部分設(shè)備開始采用深冷水汽泵（-120）與擴散泵一起工作，抽氣時間明顯縮短，油蒸汽污染也有所降低，但未能消除，然而，能耗和費用進一步增加，因此，未能在大范圍內(nèi)推廣應用。二、升級換代的新路分子增壓泵+深冷水汽泵最近，深圳大

3、學的原創(chuàng)性科技成果“分子增壓泵”實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，如圖1、2所示，該泵具有： 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子全部由平圓盤構(gòu)成。 兼有中、高真空泵雙重性能。 能耗低，僅為同抽速羅茨泵的10%，擴散泵的20%，分子泵的60%。 泵口可以360°轉(zhuǎn)動。 能獲得十分清潔的中、高真空。 轉(zhuǎn)子全部由平圓盤構(gòu)成，消除了分子泵易發(fā)生打片損壞的一大缺陷。抽速 /L.s-1 壓強 /Pa圖1 分子增壓泵抽速與壓強的關(guān)系圖2 分子增壓泵的品圓盤轉(zhuǎn)子 圖1 MB200D分子增壓泵的平圓盤轉(zhuǎn)子最近，深冷水汽泵開始獲得推廣應用，該泵具有：無油蒸汽污染，對水汽抽速高，能耗較低等優(yōu)點。上述二種新型的抽氣裝備，為攻克大型蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的三

4、大難題提供了新的路子：1油蒸汽的對策 粗真空采用獨特的抽氣工藝，將粗抽壓強從幾Pa提高到50100Pa，利用粗真空油蒸汽擴散速度與壓強平方成反比的特點，將油蒸汽污染降至可檢測值之下，詳見參考文獻1。 中、高真空采用分子增壓泵+深冷水汽泵，取代擴散泵和羅茨泵。2高能耗的對策 粗抽壓強提高到50100Pa，縮短抽氣時間一半，節(jié)省粗抽能耗50%。 采用分子增壓泵和深冷水汽泵組合，取代高能耗擴散泵和羅茨泵，節(jié)省精抽能耗80%。3活性可凝性氣體的對策采用深冷水汽泵作輔助抽氣，大幅度抽速提高對水汽的抽速。三、實例圖3 本項目蒸發(fā)鍍膜設(shè)備方框圖基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，抽氣機組由4臺MB-200D分子增壓泵、1臺

5、深冷水汽泵 P、 2臺粗抽泵H-150和1臺2X-15前級泵組成，水汽泵位于鍍膜室和高閥之間。真空和鍍膜試驗分別在上海三井公司和深圳振恒昌公司進行，如圖4、5所示。1抽氣工藝1）粗抽：10550Pa，時間34min。2）精抽：502×10-2Pa，抽氣時間4min。分子增壓泵一直運行，由高閥控制。深冷吸附阱與鍍膜室直接相連，僅精抽時制冷，其余時間置于待機狀態(tài)。圖5 鍍膜試驗（深圳振恒昌公司，09.7）3）如圖2所示，4臺分子增壓泵20 Pa抽速已達800L/s，故本設(shè)備不需要羅茨泵。分子增壓泵抽速隨真空度提高迅速上升，抽氣效果明顯優(yōu)于羅茨泵。圖4 真空試驗（上海三井公司，09.6）

6、2鍍膜室抽氣曲線本設(shè)備精抽壓強與時間關(guān)系如圖6所示。精抽4min，鍍膜室壓強降至2×10-2 Pa，已達到蒸發(fā)鍍膜要求。精抽10分鐘進10-3Pa。 四、社會、經(jīng)濟效益五、討論目前，許多水汽泵生產(chǎn)廠未提供泵的飽和吸附量，即使提供，也與高壓強下運行的狀況不符。我們發(fā)現(xiàn)，水汽泵在0.1 Pa附近，工作幾分鐘就會出現(xiàn)抽氣能力顯著下降的現(xiàn)象。此時，水汽泵吸附的水汽總量不到廠家提供的最大吸附量的1/3。我們認為水汽泵吸附水汽后，在冷凝面上凝結(jié)成霜，相當于穿了一件棉衣，從而，在較高壓強下（需要較高的制冷功率）運行時，無法提供足夠的制冷量，導致抽氣能力顯著下降。應對措施：降低水汽泵運行的起始壓強，減少運行時間，每次鍍膜結(jié)束，進行再生、除霜，將冷凝面結(jié)霜層的厚度控制在最小的限度，取得了較好效果。六、其它應用本項技術(shù)還可用于其它大型中、高真空設(shè)備。例如：磁控濺射鍍膜設(shè)備、大型連續(xù)鍍膜設(shè)備、分子蒸餾設(shè)備和各種真空爐等。七、致謝 本項研究的前期工作一直在華中一先生指導下進行，華先生臨終之前一個月，還在關(guān)注和支持本項的進展情況，作為華先生的學生，在此表示深沉的致謝和敬意，并希望本項成果能夠迅速推廣應用，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，習此慰告華中一先生在天之靈。參考文獻1. Xiaotian Yang, Jiguo Chu，et al