真空知識培訓(xùn)教材

真空理論知識培訓(xùn) 擬制：許坤良真空理論知識培訓(xùn) 擬制：許坤良目錄：基礎(chǔ)知識：往復(fù)式真空泵：旋片式油封機(jī)械真空泵羅茨式真空泵：分子真空泵：油擴(kuò)散泵：低溫泵：真空泵流量的測量方法沖洗抽氣法：一基礎(chǔ)知識：1.真空及其度量：真空 一般是指在給定的空間內(nèi)，壓力低于101325Pa的氣體狀態(tài)。在真空狀態(tài)下，氣體的稀薄程度，通常用氣體的壓力值來表示。真空的主要特性 真空狀態(tài)同正常的大氣狀態(tài)相比較，氣體較為稀薄，即單位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，分子之間或分子與其他質(zhì)點（如電子、離子）之間的碰撞幾率減少分子在單位時間內(nèi)碰撞于單位表面積（如器壁）上的次數(shù)也相對減少。分為：“自然真空”和“人為真空”人為真空---是指人們對一個容器進(jìn)行抽氣而獲得的真空空間。氣體的稀薄程度叫真空度。真空度可用氣體壓強(qiáng)、分子密度、平均自由程和形成一個單分子層的時間來描述，在真空科學(xué)與技術(shù)中，通常都用氣體的壓強(qiáng)來表示。氣體壓強(qiáng)越低，真空度越高。2.換算關(guān)系：1atm=1.01325*105Pa (1Pa=1N/m2)(760mmHg)latm=760mmHg=760Torr(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)1Torr=133.322Pa(1Pa=7.5*10-3Torr=0.0075Torr=7.5mTor)rlbar=l05Pa=750Torr lPa=7.5mTorrlmbar=750mTorr各真空區(qū)域的物理特性及應(yīng)用：低真空：l*105Pa l*lC2Pa=0.75Torr=750mTorr中真空：1*15 1*10-1Pa=0.75mTorr高真空：l*l0-ll*l0-6Pa=7.5mTorr第2頁共24頁超高真空：l*106---l*10mpa極高真空：小于10-12Torr低真空(1*105Pa-----1*102Pa)在低真空狀態(tài)下，氣態(tài)空間的特性和常壓時相比，沒有明顯的不同。氣體分子仍以雜亂無章的熱運動為主，氣體分子間的相互碰撞十分頻繁。中真空(1*102 1*10-1Pa)在中真空狀態(tài)下，由于壓強(qiáng)較低，氣體分子的密度和常壓相比已有很大差別。氣體的對流現(xiàn)象完全消失。氣體流動也逐漸從粘滯流狀態(tài)過渡到分子流態(tài)，即氣體分子的動力學(xué)性質(zhì)更為明顯。氣體中的帶電粒子在電場作用下將會產(chǎn)生定向運動，若與氣體分子碰撞使之電離，即發(fā)生“氣體導(dǎo)電”現(xiàn)象。高真空(1*10-1 1*10-6Pa)高真空時氣體分子密度更加降低，分子之間的碰撞次數(shù)很少。氣體流動狀態(tài)完全呈現(xiàn)分子流態(tài)?？臻g的任何物體和殘余氣體分子的化學(xué)作用已經(jīng)接近于零。超高真空(1*10-6---1*10-12Pa)在超高真空區(qū)域，氣體分子是以在固體表面吸附為主，表面物理化學(xué)為決定物理本質(zhì)的基本規(guī)律。真空泵性能的表示法：極限壓力 將真空泵與檢測容器相連，放入待測的氣體后，進(jìn)行長時間連續(xù)地抽氣，當(dāng)容器內(nèi)的氣體壓力不再下降，而維持某以定值時，此壓力即為泵的極限壓力。Pa流量 在真空泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體量稱為泵的流量。流量的單位用壓力*體積/時間來表示(PaM3/h)。通常泵要給出流量與入口壓力的關(guān)系WuxiChTtmonductorWafe公公爲(wèi)Ltd. 軸與您攜手改變生活曲線。3） 抽氣速率 在真空泵的吸氣口處，單位時間內(nèi)流過的氣體的體積稱為泵的抽氣速率。4） 抽氣的概念 若真空容器所有的內(nèi)表面上無氣體的吸附和脫附現(xiàn)象發(fā)生，這種抽氣過程稱作理想狀態(tài)的抽氣過程。容器內(nèi)氣源產(chǎn)生的氣體量為》Q（Pam3）=Q+Qd+Q+Qb+Qldpbr式中：Q] 漏氣量；Qd 容器內(nèi)表面吸附氣體的脫附量；dQp 容器內(nèi)部的擴(kuò)散或滲透的放氣量；pQb 泵向真空容器的返流氣體量；bQr 真空容器內(nèi)裝配的機(jī)構(gòu)的放器量；r為了獲得超高真空，烘烤這道工序是必不可少的。因為溫度高了，氣體分子在表面上滯留時間短了，短時間Q能快速下降。在250-450C條件下烘烤比不烘烤，壓力能夠下降3-4個數(shù)量級。除掉水蒸氣后，殘余氣體多為金屬中溶解的氫氣了。容器內(nèi)壓力p不能繼續(xù)下降的原因思Q引起的。在容器不漏氣的情況下，極限壓力取決于表面放氣率。真空泵的分類：5.1氣體輸送泵：它是一種能使氣體不斷吸入和排出泵外以達(dá)到抽氣目的的真空泵。5.1.1變?nèi)菡婵毡茫菏抢帽们蝗莘e的周期變化來完成吸氣、壓縮和排氣的裝置。1）往復(fù)式真空泵 利用泵腔內(nèi)活塞的往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。（活塞式旋轉(zhuǎn)式真空泵-----利用泵腔內(nèi)活塞的旋轉(zhuǎn)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。?油封式機(jī)械泵。?干式真空泵----排氣口與大氣相通，能連續(xù)向大氣中排氣的泵。液環(huán)真空泵。羅茨真空泵 泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉或多葉形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁之間均保持有一定的間隙。它屬于無內(nèi)壓縮式的真空泵。5.1.2動量傳動式真空泵：是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使之吸入、壓縮、排氣的一種裝置。分子真空泵 它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動量傳輸給氣體分子，使之壓縮、排氣的一種真空泵。牽引分子泵 高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子表面與氣體分子相碰，把動量傳輸給氣體分子，將氣體分子拖動到泵的出口排出。渦輪分子泵 泵內(nèi)裝有多級帶槽的圓盤或葉片的轉(zhuǎn)子，在定子圓盤(或定片)間旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的圓周線速度很高，這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。復(fù)合式分子泵 它是由渦輪分子泵和牽引式分子泵，優(yōu)化組合，串聯(lián)起來工作的一種真空泵。噴射真空泵 它是利用文丘里效應(yīng)的壓力降產(chǎn)生的高速射流把氣體輸送到泵出口的一種動量傳輸泵。水噴射泵。氣體噴射泵。蒸汽噴射泵。擴(kuò)散泵 以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。WuxiChTtmonductorWafe公公爲(wèi)Ltd. 軸與您攜手改變生活5.2氣體捕集泵：它是一種將被抽氣體吸附或凝結(jié)在泵內(nèi)表面上的真空泵。吸附泵 它主要依靠具有大面積的吸附劑的物理吸附作用來抽氣的一種捕集式真空泵。低溫泵 利用低溫表面來冷凝捕集氣體的真空泵。真空泵的技術(shù)術(shù)語：除主要特性、極限壓力、流量和抽氣速率之外，還有以下有關(guān)性能和參數(shù)：啟動壓力 泵無損壞啟動并有抽氣作用時的壓力。前級壓力---排氣壓力低于101325Pa的真空泵出口壓力。最大前級壓力超過它能使泵損壞的前級壓力。最大工作壓力對應(yīng)最大流量的入口壓力。在此壓力下，泵能連續(xù)工作而不惡化或損壞。壓縮比 泵對給定氣體的出口壓力與入口壓力之比。何氏系數(shù)。抽氣系數(shù)---泵的實際抽氣速率與泵入口面積按分子瀉流計算的理論抽氣速率之比。返流率 泵在規(guī)定條件下工作時，與抽氣方向相反而通過泵入口的單位面積、單位時間的泵液的質(zhì)量流率。水蒸氣允許量 在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時能抽除的水蒸氣的質(zhì)量流率。最大允許水蒸氣入口壓力 在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時所能抽除的水蒸氣的最高入口壓力。真空泵的用途：主泵---在真空系統(tǒng)中，用來獲得所要求的真空度的真空泵。2)粗抽泵---從大氣壓開始，降低系統(tǒng)的壓力達(dá)到另一抽氣系統(tǒng)開始工作的真空泵前級泵 用以使另一個泵的前級壓力維持在其最高許可的前級壓力以下的真空泵。前級泵也可以做粗抽泵使用。維持泵 在真空系統(tǒng)中，當(dāng)抽氣量很小時，不能有效地利用主要前級泵，為此，在真空系統(tǒng)中配置一種容量較小的輔助前級泵，維持主泵正常工作或維持已抽空的容器所需之低壓的真空泵。粗(低)真空泵 從大氣壓開始，降低容器壓力且工作在低真空范圍的真空泵高真空泵 在高真空范圍內(nèi)工作的真空泵。超高真空泵---在超高真空范圍內(nèi)工作的真空泵。增壓泵 裝于高真空泵和低真空泵之間，用來提供抽氣系統(tǒng)在中間壓力范圍內(nèi)的抽氣量或降低前級泵容量要求的真空泵(如機(jī)械增壓泵和油增壓泵等)二?往復(fù)式真空泵：1.概述：往復(fù)式真空泵（簡稱往復(fù)泵）又名活塞式真空泵，屬于低真空獲得設(shè)備之一。往復(fù)式真空泵從結(jié)構(gòu)形式上可分立式和臥式兩種；從級數(shù)上可分單級、雙級和四級泵；從抽氣方式上可分為單作用和雙作用；從潤滑方式上可分有油和無油的。一般單級泵可獲得極限壓力為1330—2660Pa,雙級泵極限壓力可達(dá)4—7Pa,三級泵極限壓力可達(dá)0.1—2.6Pa（19.5mTorr）。主要用在石油、化工、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、電氣、宇航模擬等領(lǐng)域。2.往復(fù)泵的結(jié)構(gòu)和工作原理：結(jié)構(gòu)：主要部件有氣缸1及在其中做往復(fù)直線運動的活塞2，活塞的驅(qū)動是用曲柄連桿機(jī)構(gòu)3（包括十字頭）來完成的。除上述主要部件外還有排氣閥4和吸氣閥5等重要部件，以及機(jī)座、曲軸箱、動密封和靜密封等輔助材料。工作原理：運轉(zhuǎn)時，在電動機(jī)的驅(qū)動下，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用，使氣缸內(nèi)的活塞做往復(fù)運動當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)從左端向右端運動時，由于氣缸的左腔體積不斷增大，氣缸內(nèi)氣體的密度減少，而形成抽氣過程，此時被抽容器中的氣體經(jīng)過吸氣閥5進(jìn)入泵體左腔。當(dāng)活塞達(dá)到最右位置時，氣缸左腔內(nèi)就完成充滿了氣體。無錫華豐芯半導(dǎo)體有限公hLtd. 疏増関與您攜手改變生活接著活塞從右端向左端運動，此時吸氣閥5關(guān)閉。氣缸內(nèi)的氣體隨著活塞從右向左運動而逐漸被壓縮，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體的壓力達(dá)到或稍大于一個大氣壓時，排氣閥被打開，將氣體排到大氣中，完成一個工作循環(huán)。當(dāng)活塞再自左向右運動時，有重復(fù)一循環(huán)，如此反復(fù)下去，被抽容器內(nèi)最終達(dá)到某一穩(wěn)定的平衡壓力。3.往復(fù)泵的主要性能參數(shù)：3.1抽氣速率-----影響抽速的因素較多，主要是A的取值（吸氣溫度系數(shù)）入的取值TP（吸氣壓力系數(shù)）；入的取值（相對容積系數(shù)）；入的取值（泄漏系數(shù)）。VL極限壓力：丄吸、排氣閥的阻力損失。丄余隙容積。丄曲軸的轉(zhuǎn)速及活塞行肘-—往復(fù)泵的轉(zhuǎn)速不宜太高，轉(zhuǎn)速高了，在一定的抽氣速率下，行程就短，為裝氣閥缸徑又不能太小，則會引起余隙容積增大，膨脹線和壓縮線變短，對提高真空度不利。丄填料密封的性能 填料密封性能的好壞對泵的真空度影響較大，密封不好，空氣會漏入氣缸，降低泵的真空度。日本設(shè)計的無油潤滑往復(fù)式真空泵的填料采用了5道密封環(huán)。丄活塞環(huán)的密封-—活塞環(huán)的密封好壞對真空度的影響也很大。對無油潤滑的往復(fù)式真空泵，日本采用2道填充聚四氟乙烯環(huán)或石墨作為活塞環(huán)?；钊h(huán)采用填充聚四氟乙烯材料，活塞環(huán)內(nèi)側(cè)加了張力環(huán)，保證了密封效果，又減少了活塞的軸向高度。（活塞環(huán)的作用-—-是減少壓縮側(cè)的氣體泄漏到吸氣側(cè)，以提高泄漏系數(shù)，增大排L氣量。在接近極限壓力時，若活塞環(huán)密封不好，必然會影響真空度）。三?旋片式油封機(jī)械泵：概述：旋片式油封機(jī)械泵（簡稱旋片泵）為一種變?nèi)菔綒怏w傳輸真空泵，工作壓力范圍為101325—1.33*10-Pa（O.lmTorr）,屬于低真空泵。廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、輕工、石油及醫(yī)藥等領(lǐng)域。旋片泵不適合于抽除含氧過高的、有爆炸性的、對金屬有腐蝕性的、與泵油會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、含有顆粒塵埃的氣體。工作原理和結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu) 旋片泵主要有泵體、轉(zhuǎn)子、旋片、彈簧、端蓋等組成。轉(zhuǎn)子偏心地安裝于泵體內(nèi)且外圓與泵體內(nèi)表面相切（兩者間有很小的間隙），轉(zhuǎn)子開槽，槽內(nèi)裝有旋片。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，旋片靠離心力和彈簧張力使其頂端與泵體內(nèi)壁始終接觸，沿泵體內(nèi)壁滑動。工作原理旋片把轉(zhuǎn)子、泵體、端蓋形成的月牙形空間分隔成A、B、C三部分。若轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，A空間的容積增加，壓力降低，氣體經(jīng)泵入口處被吸入，此時處于吸氣過程；B空間的容積減小，壓力增加，處于壓縮過程；C空間的容積進(jìn)一步縮小，壓力進(jìn)一步增加，當(dāng)壓力超過排氣壓力時，壓縮氣體推開泵油密封的排氣閥，處于向大氣中的排氣過程。在泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，不斷進(jìn)行吸氣、壓縮和排氣過程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。性能參數(shù)：旋片泵的性能參數(shù)有：極限壓力、抽氣速率、功率、溫升、振動、噪聲、壽命等。3.1極限壓力旋片泵的極限壓力與測量時使用的真空計種類有關(guān)。用壓縮式真空計測量時，極限壓力值比用熱傳導(dǎo)真空計（熱偶計或皮氏計等）測量的結(jié)果約低一個數(shù)量級。這是因為前者只能測量永久氣體的分壓，后者測得的是被測氣體的全壓。泵循環(huán)油量也影響泵的極限壓力。隨著油量的增多，密封效果越好，而實際上泵油中含有大量的空氣和水分，泵油進(jìn)入泵腔后，吸收在泵油中的空氣和水分又釋放出來，影響泵的真空壓力。一般泵油應(yīng)保持在指定油位上，使泵的循環(huán)油量保持一定。泵的極限壓力與泵油的工作溫度有關(guān)。油溫越高，油的飽和蒸氣壓越高，泵的極限壓力也越高。3.2抽氣速率一-指旋片泵單位時間排出的氣體體積。抽速的單位:L/s。國外常用M3/h。有的返流：在旋片泵工作時，油蒸氣會逆著氣流運動方向進(jìn)入泵入口，通過入口管路最終進(jìn)入被抽容器。油蒸氣的返流量隨隨壓力的降低而增加，在極限壓力附近時，返流量最大。油的返流會污染真空腔，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。防止油返流的措施主要有：1） 在泵入口管道上設(shè)置放氣閥，使入口壓力維持在10Pa（75mTorr）或更高。這樣可以減小返流98%。2） 對于單級泵，在泵運轉(zhuǎn)時打開氣鎮(zhèn)閥就能很好地防止有的返流。3）在泵入口設(shè)置吸附阱，依靠吸附劑吸附返流蒸氣。顆?；钚匝趸X可以吸附99%的返流油蒸氣。這種吸附阱需定期更換吸附劑，以防吸附材料吸氣能力達(dá)到飽和而失效4）使用特殊泵油。特殊泵油的返流量很小。泵的啟動與停止：泵的啟動---旋片泵由三相交流電驅(qū)動，要特別注意電源線的連接，以保證旋轉(zhuǎn)方向的正確，否則，泵油將被排到真空室。因此泵應(yīng)設(shè)置反向制動以防止泵的反轉(zhuǎn)。當(dāng)電源線接錯時，泵不能啟動。為防止電機(jī)燒壞，還應(yīng)設(shè)置過載開關(guān)，通常為溫控開關(guān)。泵的停止---停泵時，出口空氣的壓力將使泵反轉(zhuǎn)，會使泵油返到真空室中，空氣也會進(jìn)入真空室破壞真空。因此需要特殊的閥門把泵和真空室隔開，以防止空氣和泵油進(jìn)第11頁共24頁WuxiChTtmonductorWafe公公爲(wèi)Ltd. 軸與您攜手改變生活入真空室。泵油的過濾和更換：為防止泵油中的粉塵、顆粒物質(zhì)隨泵油一起進(jìn)入泵腔，在泵運轉(zhuǎn)過程中應(yīng)設(shè)有連續(xù)過濾裝置（油過濾器）。過濾器內(nèi)的過濾芯在油經(jīng)過時擋住了機(jī)械污染物，凈化了泵油，過濾后的油經(jīng)內(nèi)管進(jìn)入泵的循環(huán)油路中。注意油量、油的顏色和狀態(tài)。一般每周檢查一下油量。換油的時間間隔依工作條件而定。一般因油潤滑不良、油分解或污染物太多使泵極限壓力上升時，就需要更換泵油了。油霧的產(chǎn)生及分離：在旋片泵排氣過程中，懸浮在被抽氣體中的油滴隨氣體一起被排出。在泵出口處看到“油霧“。同時也有少量的油蒸氣被排出。新型旋片泵一般在出口設(shè)置油氣分離裝置除塵裝置：在有些真空工藝中會產(chǎn)生大量的灰塵，這些灰塵將隨被抽氣體一起進(jìn)入旋片泵?；覊m混在泵油中，像研磨劑一樣會對泵轉(zhuǎn)子和泵腔造成磨損和破壞。四?羅茨式真空泵：概述：羅茨式真空泵（簡稱羅茨泵）是一種無內(nèi)壓縮的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔秸婵毡?。可分為直排大氣的干式羅茨泵和濕式羅茨泵。屬于低真空泵（機(jī)械增壓泵）。具有以下特點：1）在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速。2）設(shè)有旁通溢流閥可在大氣壓下啟動，縮短了抽氣時間。3） 轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與泵腔壁之間有間隙，泵內(nèi)運動件無摩擦，不必潤滑，泵腔內(nèi)無油。4） 轉(zhuǎn)子形狀對稱，動平衡性能良好，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，選擇高精度的齒輪傳動，運轉(zhuǎn)時噪音低。5） 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，通常選臥式結(jié)構(gòu)，泵腔內(nèi)氣體垂直流動，有利于被抽的灰塵或冷凝物的排除。6） 選擇適宜的轉(zhuǎn)子型線和精細(xì)的研磨加工，可獲得較高的容積效率。7）運轉(zhuǎn)維護(hù)費用低。一般與前級泵（旋片泵、滑閥泵和水環(huán)泵等）串聯(lián)構(gòu)成機(jī)組。對于干式清洗無油的抽氣系統(tǒng)多用氣冷式羅茨泵機(jī)組；對于含水蒸氣的被抽系統(tǒng)，多用濕式羅茨泵。從羅茨泵的結(jié)構(gòu)原理得知，轉(zhuǎn)子可在高速下運轉(zhuǎn)，故泵的抽速很高（可高打100000m3/h以上）羅茨泵的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點 羅茨泵是一種雙轉(zhuǎn)子的容積式真空泵。在泵腔內(nèi)有兩個形狀對稱的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子形狀有兩葉、三葉和四葉的。兩個轉(zhuǎn)子彼此朝相反方向旋轉(zhuǎn)，由軸端齒輪驅(qū)動同步轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子彼此無接觸，轉(zhuǎn)子與泵腔壁也無接觸，其間通常有）.15-1.0mm的間隙，泵腔靠間隙來密封?；?，可實現(xiàn)五油清潔的抽氣過程。泵的潤滑部位近限于軸承和齒輪，以及動密封處。泵沒有往復(fù)運動部件，故可實現(xiàn)良好的動平衡。工作原理---由于轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動，被抽氣體從吸氣口進(jìn)入泵腔，被封閉在吸氣腔之內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出泵外。由于在吸入空間內(nèi)的氣體沒有被壓縮，當(dāng)轉(zhuǎn)子的頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣時，吸氣腔空間這時與排氣側(cè)相通，由于排氣側(cè)氣體壓力較高，有部分高壓氣體返流到吸氣腔空間內(nèi)，使泵腔內(nèi)的壓力突然升高到達(dá)排氣壓力。此即所謂的外壓縮過程。轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，被抽氣體被排出泵外。兩個轉(zhuǎn)子的不斷運轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)了羅茨泵的抽氣過程。工作原理---由于轉(zhuǎn)子的不斷轉(zhuǎn)動，被抽氣體從吸氣口進(jìn)入泵腔，被封閉在吸氣腔之內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出泵外。由于在吸入空間內(nèi)的氣體沒有被壓縮，當(dāng)轉(zhuǎn)子的頂部轉(zhuǎn)過排氣口邊緣時，吸氣腔空間這時與排氣側(cè)相通，由于排氣側(cè)氣體壓力較高，有部分高壓氣體返流到吸氣腔空間內(nèi)，使泵腔內(nèi)的壓力突然升高到達(dá)排氣壓力。此即所謂的外壓縮過程。轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，被抽氣體被排出泵外。兩個轉(zhuǎn)子的不斷運轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)了羅茨泵的抽氣過程。羅茨泵的密封很關(guān)鍵，主動軸外伸部分、兩個轉(zhuǎn)子的軸承與泵腔之間設(shè)有動密封，泵腔與各端蓋設(shè)有靜密封。羅茨泵的主要參數(shù)（有效抽氣量??）：返流量---由于羅茨泵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)非?？欤瑳]能把吸入的氣體全部排入前級側(cè)，而再次帶入高真空側(cè)，引起返流。如轉(zhuǎn)子在前級真空側(cè)吸附的氣體，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到高真空側(cè)被解吸放出。兩轉(zhuǎn)子齒合處的空腔容積，即所謂的有害空間內(nèi)的氣體被帶回到高真空側(cè)。在較高壓力和較低壓力時，由于返流作用較大些，故抽速在此兩者情況下稍微有些下降。羅茨泵抽氣腔內(nèi)是干燥無油的，故抽氣抽氣壓力為全壓力。第14頁共24頁?羅茨泵機(jī)組的極限全壓力與選擇的前級泵種類有關(guān)。一般為10-3hPa,它受前級泵泵油的蒸氣壓力，以及齒輪箱、軸承處潤滑油的蒸氣壓力的影響。羅茨泵的潤滑油通常使用機(jī)械泵油或低蒸氣壓力的擴(kuò)散泵油。羅茨泵上有油的空間要同前級真空側(cè)相連通，由齒輪和軸承負(fù)荷引起的油裂化物被前級泵抽除而對羅茨泵入口處無影響。在較高壓力下工作時，較高的壓力差會將油通過軸封處而進(jìn)入被抽空間去。分子真空泵：概述：分子真空泵（簡稱分子泵），是一種機(jī)械泵。它已擺脫了那種靠容積變化來抽氣的容積泵原理，而是靠高速運動的剛體表面來攜帶氣體分子實現(xiàn)抽氣的一種新型機(jī)械真空泵。用高速剛體表面攜帶氣體分子按一定方向運動的現(xiàn)象稱為牽引分子泵，或稱為氣體的外摩擦輸運現(xiàn)象。分子泵又稱為牽引分子泵，具有啟動時間短，抽重氣體比抽輕氣體快等一系列優(yōu)點，牽引分子泵的壓縮比與抽氣槽的形狀有關(guān)。（壓縮比=出口壓力/入口壓力）由于抽速低沒有廣泛應(yīng)用。早期超高真空下工作的渦輪分子泵。（1956）渦輪分子泵是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，動葉片的線速度很高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般為200-1200s-i。這樣的轉(zhuǎn)子會因動平衡不好而引起振動，使軸承很快磨損，渦輪分子泵的壽命也會因此而降低，所以渦輪分子泵動平衡的好壞是發(fā)展渦輪分子泵的關(guān)鍵所在。為此后來又出現(xiàn)了空氣軸承和磁懸浮軸承的新型渦輪分子泵。經(jīng)過烘烤去氣可以獲得極高真空。?渦輪分子泵的壓縮比與渦輪葉片的級數(shù)有關(guān)。提高泵的壓縮比要增加葉片的級數(shù)。渦輪分子泵的工作原理：原理復(fù)雜不敘述。渦輪分子泵都是由多級葉列串聯(lián)組成的，即轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)子、??、轉(zhuǎn)子，按次序轉(zhuǎn)子和定子交替排列。葉列的級數(shù)是由要求的壓縮比來確定，一般渦輪分子泵都有15-31級葉列。渦輪分子泵的抽氣性能：渦輪分子泵的抽氣性能由泵的極限壓力和抽速以及前級壓力等組成。在泵的出口側(cè)氣體流動處于分子流態(tài)時，泵的極限壓力與泵的葉列級數(shù)、泵吸入側(cè)泵體內(nèi)表面及轉(zhuǎn)子的零件表面的放氣率，泵的抽速以及抽氣腔的密封程度有關(guān)。渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)有非常良好的氣密性，因此，泵的極限壓力主要取決于吸入側(cè)零、部件的表面放氣率。材料的放氣令、放出的氣體成分與表面加工的質(zhì)量，高真空下烘烤除氣狀態(tài)以及表面氧化膜的情況有關(guān)。在泵抽不同分子量氣體時，從泵的吸氣口斷面到第一個工作輪之間的管道的阻力不同，而使工作抽速有些變化。另外，還有葉輪環(huán)形間隙的流導(dǎo)也與氣體的分子量有關(guān)，在氣體分子量小時，被抽氣體通過間隙的返流量也要增加，因而環(huán)形間隙的流導(dǎo)也會影響泵的工作抽速值。被抽氣體的分子量越小，泵所能建立的壓縮比就越小。一般的渦輪分子泵，對氫氣的壓縮比為103—104；對氮的壓縮比為108—109，對重的氣體（如M=50—100）,壓縮比可高達(dá)1012—1015O被抽的真空系統(tǒng)中的殘余氣體為輕的氣體，主要是氫。當(dāng)泵的抽氣部分冷卻到液氮溫度時，可有效地提高泵的壓縮比，對輕的氣體可提高WuxiChTtmonductorWafe公公爲(wèi)Ltd. 軸與您攜手改變生活102—103倍，泵的極限壓力也降低了。?泵體和轉(zhuǎn)子、定子工作輪在吸入側(cè)和葉輪之間的表面放氣量。磁懸浮分子泵的特點：轉(zhuǎn)子均采用高溫/高應(yīng)力的高強(qiáng)度鋁合金并經(jīng)過一次銑制而成，具有更高的強(qiáng)度，避免了多次機(jī)械加工造成轉(zhuǎn)子內(nèi)應(yīng)力過高餓缺點。復(fù)合轉(zhuǎn)子的拖動級上形成有螺旋形凹槽，通過轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)可使半導(dǎo)體工藝中產(chǎn)生的顆粒被帶出泵外，有效防止了顆粒沉積致使轉(zhuǎn)子卡死的現(xiàn)象。磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子和/或定子上均涂有防腐涂層（傳統(tǒng)的是鍍鑷涂層），降低轉(zhuǎn)子與高速氣流之間的摩擦系數(shù)，有效減小泵內(nèi)熱量的產(chǎn)生，具有良好的組熱效果。磁懸浮軸承，無磨損，運行時間長，無須備用電池。在掉電時候可自動切換至發(fā)電機(jī)模式，避免軸承磨損或直接損壞?，F(xiàn)在大多數(shù)的擴(kuò)散泵均可以用分子泵來替換。油擴(kuò)散泵：1.概述：油擴(kuò)散泵屬于射流真空泵的一種。油擴(kuò)散泵工作在高真空區(qū)域，以低壓高速油蒸氣流作為工作介質(zhì)。泵的抽氣過程是被抽氣體擴(kuò)散到油蒸氣射流中而被攜帶到泵出口排除的過程。油擴(kuò)散泵的工作壓力范圍為10-1—10-6Pa,其極限壓力可達(dá)10-8Pa。泵的抽氣速率可從每秒幾升到每秒十幾萬升。油擴(kuò)散泵特別適應(yīng)于排除被處理材料在處理過程中放出大量氣體的工藝過程。泵的抽氣過程：由于泵內(nèi)已經(jīng)預(yù)抽真空，壓力較低，故泵油可以在較低溫度下蒸發(fā)。油蒸氣經(jīng)導(dǎo)流管進(jìn)入傘形噴嘴，油蒸氣經(jīng)過噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)化成動能，形成高速蒸氣射流。油擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)特點：擴(kuò)散泵的重要結(jié)構(gòu)部件有：泵體、噴嘴、冷卻帽、蒸氣導(dǎo)流管和加熱器等?，F(xiàn)油擴(kuò)散油擴(kuò)散泵的性能參數(shù)：抽氣速率；極限壓力；最大出口壓力。擴(kuò)散泵油的特性及返油：1） 對擴(kuò)散泵油的要求。?泵油的分子量要大。?為了降低泵的極限壓力，要求泵油在常溫下的飽和蒸氣壓要低。為使泵能在較高出口壓力下工作，要求泵油在沸騰溫度下的飽和蒸氣壓應(yīng)盡可大。泵油的熱穩(wěn)定性（高溫下不易分解）和抗氧化性能（與大氣接觸時不會因氧化改變泵油的性能）要好；凝固點和低溫黏度要低；無毒、耐腐蝕。2） 泵油對極限壓力的影響。3） 泵油的飽和蒸氣壓。4） 泵油的返流。低溫泵：1.概述：低溫泵是利用低溫（低于100K）表面冷凝、吸附和捕集氣體來獲得和保持真空的設(shè)備。優(yōu)點：1）起始壓力高（原則上可以從大氣壓開始抽氣），極限壓力低，可達(dá)10-13Pa，因此，其工作范圍寬。2）抽速大，對于20°C空氣，最大抽速可達(dá)11.6L/S.CM。3）可以抽除各種氣體，從而獲得清潔的超高真空。（半導(dǎo)體中主要用于薄膜制備、離子注入、離子刻蝕、掃描電鏡、電子衍射儀等）。低溫泵運行時冷劑或制冷設(shè)備。低溫泵的抽氣原理和分類：?在低溫抽氣過程中，受傳導(dǎo)、氣L固相變，低溫沉積物的不斷增長與變化，低溫沉積物的結(jié)構(gòu)及其熱物理性質(zhì)等因素的影響。關(guān)于低溫抽氣機(jī)理，大致可歸納為兩種：一種是按速度分布決定捕獲率的學(xué)說，它認(rèn)為飛到冷表面的氣體分子中，僅僅是能量低于某一臨界值的分子才能捕獲；另一種是動態(tài)平衡學(xué)說，它認(rèn)為飛到冷表面的氣體分子停留在冷表面上，同時有另外一些分子從表面蒸發(fā)，離開表面，被捕捉和離開表面的分子之差就是抽氣速度。后者較為流行。低溫抽氣機(jī)理：?用液He冷卻固體表面達(dá)4.2K,空氣中除H2、He之外，大部分氣體的飽和蒸氣壓都低于lOioPa,即空氣中主要氣體成分都會被冷凝，達(dá)到了抽真空的目的---低溫冷凝泵。在低溫表面上粘帖一些固體吸附劑,氣體分子打到這些多孔的吸附劑上而被捕獲。這種泵叫低溫吸附泵。又可分為兩種類型：一類是非金屬吸附劑泵,以活性炭、分子篩等為吸附劑；另一類是金屬吸附劑泵,以蒸氣或升華在冷面上的鈦、鉭等金屬或其他合金為吸附劑。實際使用的低溫泵常將低溫冷凝與吸附作用結(jié)合起來,對各種氣體都能抽除。?現(xiàn)代低溫泵：它由低溫泵、壓縮機(jī)和膨脹機(jī)等部分組成。制冷介質(zhì)He由壓縮機(jī)壓縮,經(jīng)進(jìn)氣管到膨脹機(jī)。這時進(jìn)氣閥門打開,膨脹機(jī)活塞在專用電機(jī)帶動下向上運動,使膨脹機(jī)下腔充滿高壓氣體。當(dāng)活塞到達(dá)頂端時,關(guān)閉進(jìn)氣閥,同時打開排氣閥,使膨脹機(jī)與低壓端相通,氣體膨脹制冷,活塞向下移動把冷量儲存在活塞內(nèi)的蓄冷器中。如此多次循環(huán)，在一級、二級冷頭分別獲得低于80K和20K的低溫和所需制冷公里,并是氣體在低溫面上凝結(jié),在活性炭上吸附而被抽除。?被抽氣體壓力和低溫表面溫度對抽速的影響：氣體的飽和蒸氣壓隨溫度呈指數(shù)下降，當(dāng)被抽氣氣體壓力一定時，溫度越低，實際抽速越接近理論抽速。輻射屏流導(dǎo)對抽速的影響：為減少低溫泵對低溫介質(zhì)的消耗，減輕低溫板的熱復(fù)核，往往在低溫板周圍加上輻射屏。這時，低溫泵的抽速要受到輻射屏流導(dǎo)的影響，會降低抽速。對于低于30K的低溫泵中，一般都必須加輻射屏和輻射擋板。凝結(jié)層對低溫泵抽速的影響：低溫泵在工作一段時間以后，低溫表面凝結(jié)一定厚度的固態(tài)氣體層，它的存在，對低溫泵抽速有一定影響。降低極限壓力的方法：在超高真空狀態(tài)下，低溫冷凝泵的極限壓力主要由兩部分組成，一部分是被抽氣體的飽和蒸氣壓；另一部分是被抽容器的表面放氣。在低溫泵中所用材料大部分是不銹鋼而不銹鋼放出的主要是氫氣H2,因此，增強(qiáng)低溫泵對氫的抽除很有意義。降低低溫表面和防輻射擋板的溫度：降低低溫面溫度可降低被抽氣體飽和蒸氣壓。降低抽氣前容器中不可凝氣體的分壓力。1） 予抽法：使用前級泵進(jìn)行予抽。予抽的真空度越高，極限壓力越低。2） 沖洗法：如果用20K下可凝的氣體CO2、N2、Ar等沖洗被抽容器，經(jīng)過幾次沖洗置換后，可將容器中原有的不可凝氣體大大減少，當(dāng)?shù)蜏乇脝雍罂赡詺怏w冷凝，降低了極限壓力。提高吸附抽氣的效果：選擇吸附效果好的吸附劑，增加吸附劑量和吸附面積。?增加低溫捕集抽氣作用：如在4.2K低溫表面上預(yù)冷N2形成凝結(jié)層，可使H2壓力降低兩個數(shù)量級。排氣量：低溫泵惡毒排氣量是指泵的抽速下降至零（或下降30%）時所抽的氣體量。對于一臺低溫泵其制冷能力一定，外來的總熱負(fù)荷決定了低溫泵的工作壓力，從而決定著低溫泵的最大排氣量。制冷時間：低溫泵開始制冷到額定溫度的時間為制冷時間。在制冷機(jī)低溫泵中，則與制冷機(jī)的機(jī)型、制冷量、熱