分子泵與鈦升華泵組合系統(tǒng)的應(yīng)用特性

2010-03-25 張以忱 東北大學(xué)

  渦輪分子泵的單位體積抽速小,對(duì)不同種類氣體具有不同的壓縮比,因而對(duì)被抽氣體有一定的選擇性。但其在一定的壓力范圍內(nèi)具有恒定的抽速,而鈦升華泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,單位體積的抽速大,特別是對(duì)活性氣體的比抽速大。其缺點(diǎn)是對(duì)隋性氣體抽速小,單泵工作極限真空度低。因此由這些泵單獨(dú)組成的真空系統(tǒng),都因受泵本身的缺點(diǎn)限制了極限真空度的提高和抽速的增加。經(jīng)驗(yàn)表明,采用兩種類型的真空泵組合成無油超高真空系統(tǒng),有助于揚(yáng)長(zhǎng)避短,可有效地提高真空系統(tǒng)的真空度和抽速及降低設(shè)備的投資成本。

  渦輪分子泵是一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械真空獲得設(shè)備。它對(duì)各種氣體的壓縮比隨氣體的分子量而變化。根據(jù)理論研究和實(shí)際測(cè)量的結(jié)果,得出渦輪分子的壓縮比是轉(zhuǎn)速和氣體分子質(zhì)量的關(guān)系。在速度和泵比幾何系數(shù)一定的情況下(由制造決定了的),壓縮比與氣體分子的質(zhì)量有關(guān)。氣體分子的質(zhì)量越大,它的壓縮比就越大,反之則小。利用這一特點(diǎn),在真空系統(tǒng)內(nèi)才能獲得無油清潔真空。而對(duì)一些輕質(zhì)量氣體(如氫氣)就顯得壓縮比太小了。

  根據(jù)渦輪分子泵的抽氣理論可知,質(zhì)量越大的氣體其獲得的分壓力就低,反之質(zhì)量越小的氣體,其分壓力就高。因此,渦輪分子泵抽氣的真空系統(tǒng),其殘余氣體的主要成份是一些輕質(zhì)氣體。實(shí)測(cè)結(jié)果主要是氫氣。同時(shí)超高真空系統(tǒng)中,材料放出的氣體組份也以氫較多。這就限制了系統(tǒng)極限真空度的提高,也將影響系統(tǒng)的清潔。氫易與其它氣體結(jié)合成一些氫的化合物而“污染”系統(tǒng)。由渦輪分子泵獲得的真空系統(tǒng)的殘余氣體成份百分比見表1。

表1 渦輪分子泵真空系統(tǒng)殘余氣體成分百分比

 渦輪分子泵真空系統(tǒng)殘余氣體成分百分比

  由表1 可知,由渦輪分子泵獲得的真空系統(tǒng)中殘余氣體氫占82%,而其余氣體的總和才占18%。因此單靠渦輪分子泵來排除一個(gè)系統(tǒng)的氣體時(shí),所獲得的真空中氫分壓特別高。這降低了系統(tǒng)的極限真空度,限制了使用范圍。

  在真空獲得設(shè)備中,鈦升華泵是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,使用方便,對(duì)活潑性氣體抽速大,工作范圍寬廣。從低真空直至超高真空可以連續(xù)工作的一種無油真空泵。由它獲得的真空環(huán)境是清潔無污染的。新鮮鈦膜對(duì)幾種活性氣體的比抽速和理論抽速見表1。

表1 新鮮鈦膜對(duì)氣體的比抽速

新鮮鈦膜對(duì)氣體的比抽速

  從表1 可知,每平方厘米新鮮鈦膜在20℃下對(duì)氫的實(shí)測(cè)抽速為每秒3 升多。而理論比抽速最大,達(dá)40 多升。選擇鈦升華泵對(duì)氫有大的抽速這一優(yōu)點(diǎn),可以彌補(bǔ)渦輪分子泵對(duì)氫的抽速小的缺點(diǎn)。從而提高系統(tǒng)的極限真空度,增加比抽速。使組合真空系統(tǒng)的抽速大,體積小,造價(jià)低廉。

  除了渦輪分子泵和鈦升華泵各自的優(yōu)缺點(diǎn)外。渦輪分子泵還由于機(jī)械結(jié)構(gòu)與高速旋轉(zhuǎn)的原因,使得它要獲得大的抽速較為困難。而鈦升華泵造價(jià)低,而且易于實(shí)現(xiàn)大抽速。目前它的抽速在高真空或超高真空獲得設(shè)備中是較大的一種,而使用和維護(hù)都十分方便。只是由于排除惰性氣體性能差而限制了它單泵進(jìn)入超高真空?紤]到空氣中的惰性氣體主要是以氬氣為主,可以用抽速小一點(diǎn)的分子泵來排除惰性氣體,以充分發(fā)揮鈦升華泵的大吸氣性能的優(yōu)點(diǎn)。