常用真空泵簡(jiǎn)介第三節(jié)動(dòng)量傳遞式真空泵利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動(dòng)量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使氣體不斷地從入口傳輸?shù)匠隹诘恼婵毡?。分子泵：牽引分子泵、渦輪分子泵和復(fù)合分子泵三大類。噴射真空泵：水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類擴(kuò)散泵：以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴(kuò)散泵不帶分餾裝置，油擴(kuò)散泵有分餾裝置2一、分子真空泵(MolecularPump)31.1概述分子真空泵（分子泵）是1913年德國(guó)人蓋德（W.Gaede）發(fā)明的，之后他又以氣體的外摩擦作用為分子泵奠定了理論基礎(chǔ)。——利用了氣體的外摩擦輸運(yùn)現(xiàn)象，也就是分子牽引力，所以稱為牽引分子泵。1956年，德國(guó)人貝克（W.Becker）發(fā)明了渦輪分子泵，以高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片和靜止的定葉片配合來(lái)實(shí)現(xiàn)抽氣，極限壓強(qiáng)可達(dá)10-9Pa以下。1972年出現(xiàn)了渦輪-牽引復(fù)合分子泵，采用螺旋動(dòng)密封，可直接向大氣排氣。近年來(lái)，空氣軸承和磁懸浮軸承的應(yīng)用，使分子泵作為清潔真空獲得設(shè)備更加完善。4空氣軸承（AirBearing）5磁懸浮軸承（MagneticBearing）6

71.2牽引分子泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與抽氣原理1-吸氣口2-排氣口3-轉(zhuǎn)子4-泵體5-擋塊GaedeHolweckSiegbahn8GaedeMDPHolweckMDP9Moleculardragpump(MDP)10氣體在兩個(gè)平行平面1、2之間運(yùn)動(dòng)，二平面速度分別為u1和u2，運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镺x。認(rèn)為氣體速度在Ox垂直方向上非常?。╲z=vy=0），在Oz和Oy方向，壓強(qiáng)為常數(shù)。蓋德理論11由板間低壓氣體輸運(yùn)性質(zhì)可得將上式積分，可得兩平板間氣體速度與通道高度的關(guān)系式（1-1）（1-2）12根據(jù)靠近上下兩個(gè)面的氣層受力的平衡條件，可以得到積分常數(shù)C1和C2通過(guò)槽寬為b的通道的氣體的流導(dǎo)為S，即通道的抽速（1-3）13由式（1-3），可以得到流量公式（1-4）14式（1-4）可看成兩個(gè)單獨(dú)的流量的和（1-5）（1-6）15分界壓強(qiáng)ps和分界通道長(zhǎng)度xs第一項(xiàng)與壓強(qiáng)p有關(guān)，第二項(xiàng)為常量某一瞬間，不是第一項(xiàng)起支配作用就是第二項(xiàng)起支配作用于是可得一個(gè)特征壓強(qiáng)ps—粘滯流態(tài)和分子流態(tài)的分界壓強(qiáng)（1-7）16討論：(1)粘滯流態(tài)和分子流態(tài)的流量與抽速分界壓強(qiáng)ps把壓強(qiáng)范圍分成p>ps和p<ps兩個(gè)區(qū)域①

p>ps區(qū)域，氣體為粘滯流狀態(tài)②

p<ps區(qū)域，氣體為分子流狀態(tài)17討論：(2)分界通道長(zhǎng)度xs分界壓強(qiáng)ps處定為通道長(zhǎng)度x的原點(diǎn)，x=0p=patm時(shí)，其坐標(biāo)為x=xs——分界通道長(zhǎng)度①

ps<p<patm區(qū)域，氣體為粘滯流狀態(tài)，壓強(qiáng)為②

p<ps區(qū)域，x<0，氣體為分子流狀態(tài)，壓強(qiáng)為Op=pSx=xSp=patm大氣粘滯流分子流x<0p<pS18直排大氣的牽引分子泵191.3渦輪分子泵的抽氣原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Turbomolecularpump20Turbomolecularpump212223取渦輪分子泵的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉列，葉片的傾角為,厚度為t，葉片間距為a，長(zhǎng)度為b，葉片可看成是彼此平行的長(zhǎng)平板。轉(zhuǎn)子葉片將空間分割成空間①和②氣體分子從空間①經(jīng)過(guò)葉片進(jìn)入空間②的幾率為W12，反向幾率為W21轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)速度u_渦輪分子泵的抽氣原理①②2425氣體分子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度設(shè)為C站在葉片上觀測(cè)，速度分布如(d)、(e)令A(yù)1,0、A′1,0、A′2,0、A2,0構(gòu)成的通道空間為K1的空間內(nèi)，①區(qū)分子可自由地通過(guò)K區(qū)到②區(qū)2的空間內(nèi)，沒(méi)有分子能自由的飛過(guò)K區(qū)到達(dá)①區(qū)抽氣系數(shù)和壓縮比26氣體分子從①側(cè)到②側(cè)的凈氣流量為若A1=A2，T1=T2，p2/p1=n2/n127H=0時(shí)，得最大壓縮比Kmaxp1=p2時(shí)，得最大抽氣系數(shù)Hmax氣體分子通過(guò)葉列的幾率W12和W21與葉列的速度比C1、葉列傾角、葉列的節(jié)弦比a/b有關(guān)。通常W12和W21可用積分方程法、蒙特卡洛法、傳輸矩陣法和角系數(shù)法求得2829渦輪分子泵都是由多級(jí)葉列組成的，轉(zhuǎn)子與定子按次序交替排列，葉列的級(jí)數(shù)由泵要求的壓縮比來(lái)確定，一般渦輪分子泵有15~31級(jí)葉列。若要提高抽速，葉列幾何參數(shù)應(yīng)選a/b≥1.0，=30o~40o若要提高壓縮比，則應(yīng)選a/b≥0.5，=10o~20o多級(jí)葉列組合時(shí)，在泵的吸入口附近應(yīng)選擇抽速大的葉片形狀，壓縮比可相對(duì)小一些；經(jīng)過(guò)幾級(jí)葉列壓縮后，壓強(qiáng)增大，抽速下降，這時(shí)應(yīng)選擇壓縮比高抽速低的葉片形狀——整個(gè)渦輪分子泵的就能獲得抽速高、壓縮比大、級(jí)數(shù)少的結(jié)構(gòu)。葉片的速度比C1值越高，葉列的抽氣性能越好，但是由于葉列受強(qiáng)度與氣體摩擦生熱的限制，C1不能選的過(guò)高，一般選C1≤1.0渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)301.4渦輪分子泵的特性1、抽速葉列的抽速可表示為抽速與葉輪的轉(zhuǎn)速之間大致有如下關(guān)系若進(jìn)氣管道流導(dǎo)為SV，則實(shí)際抽速為31322、抽速與入口壓強(qiáng)的關(guān)系分子泵的抽速在分子流壓強(qiáng)范圍內(nèi)幾乎不變，但在過(guò)渡流和粘滯流范圍內(nèi)，由于大部分分子不能與葉列碰撞，抽速會(huì)迅速下降。333、壓縮比與轉(zhuǎn)速和相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系壓縮比與轉(zhuǎn)速和相對(duì)分子質(zhì)量的平方根有指數(shù)關(guān)系分子量大的氣體，壓縮比高——渦輪分子泵獲得清潔真空的物理基礎(chǔ)344、壓縮比與前級(jí)壓強(qiáng)的關(guān)系355、抽速與氣體種類的關(guān)系36376、渦輪分子泵應(yīng)用特點(diǎn)工作壓力范圍寬，在10-1~10-8Pa范圍內(nèi)具有穩(wěn)定抽速；起動(dòng)時(shí)間短，能抽除各種氣體和蒸汽；分子泵適用于在要求清潔的高真空和超高真空的儀器及設(shè)備上使用。也可用來(lái)作為離子泵、升華泵、低溫泵等氣體捕集超高真空泵的前級(jí)預(yù)抽真空泵使用，這將獲得更低的極限壓力或更清潔的無(wú)碳?xì)浠衔锏恼婵窄h(huán)境。381.5復(fù)合分子泵(Compoundmolecularpump)39復(fù)合式分子泵是渦輪分子泵與牽引分子泵的串聯(lián)組合，集兩種泵的優(yōu)點(diǎn)于一體，在很寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)(10-6~1Pa)具有較大的抽速和較高的壓縮比，大大提高了出口壓強(qiáng)。復(fù)合式分子泵的形式很多，按結(jié)構(gòu)分，主要有兩種：渦輪葉片與筒式牽引泵的串聯(lián)組合渦輪葉片與盤式牽引泵的串聯(lián)組合渦輪級(jí)主要用來(lái)提高泵的抽速，一般采用有利于提高抽速的葉片形狀，級(jí)數(shù)在10級(jí)以內(nèi)。牽引級(jí)主要用來(lái)增加泵的壓縮比，提高泵的出口壓強(qiáng)在復(fù)合分子泵的設(shè)計(jì)中，必須處理好渦輪級(jí)與牽引級(jí)之間的應(yīng)配和銜接關(guān)系。401、渦輪葉片與筒式牽引泵的組合CompoundmolecularpumpwithHolweckstage412、渦輪葉片與盤式牽引泵的組合4243二、噴射真空泵(JetVacuumPump)噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體，使被抽容器內(nèi)獲得一定真空度的一種低真空泵。按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵噴射泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體抽氣量大，應(yīng)用廣泛：冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域缺點(diǎn)：抽氣效率低，能量損失大442.1水噴射泵水噴射泵是用水作為工作介質(zhì)，通過(guò)高速射流來(lái)引射被抽氣體，使容器達(dá)到一定真空度的粗真空獲得設(shè)備單級(jí)泵的極限壓強(qiáng)為3.3kPa，兩級(jí)串聯(lián)可獲得好一些的真空度，主要受水飽和蒸汽壓的限制?？蓡为?dú)使用，也可作為其他真空泵的前級(jí)。2.1.1工作原理452.1.2水噴射泵的結(jié)構(gòu)噴嘴的作用是將水的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，其結(jié)構(gòu)對(duì)泵的性能影響較大，常用錐形收縮型、流線型和多孔型。吸入室一般為圓筒形，截面積為噴嘴出口面積的6-10倍擴(kuò)散器由漸縮段、喉管、漸擴(kuò)段組成。漸縮段使氣體順利進(jìn)入喉管(15~30o)；喉管使液體與氣體均勻混合，進(jìn)行質(zhì)量遷移和能量傳遞；漸擴(kuò)段是將氣液混合介質(zhì)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，使被抽氣體壓縮。(5~8o)462.1.3水噴射泵的性能參數(shù)水噴射泵的主要性能參數(shù)為極限壓強(qiáng)、抽氣量、抽速和體積引射系數(shù)。極限壓強(qiáng)決定于水溫對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓抽速與被抽氣體的壓強(qiáng)、溫度有關(guān)，與泵的排氣壓強(qiáng)有關(guān)，與工作介質(zhì)的體積流量、溫度、壓強(qiáng)有關(guān)47當(dāng)pA>>pf，pW>>pB>>pA時(shí)，泵的抽速為注意：此時(shí)泵的抽速與被抽氣體的壓強(qiáng)無(wú)關(guān)體積引射系數(shù)為泵的抽速與工作介質(zhì)體積流率之比482.2水蒸汽噴射泵水蒸汽噴射泵是用水蒸汽作為工作介質(zhì)，從拉瓦爾噴嘴中噴射出高速蒸汽射流來(lái)攜帶被抽氣體，使容器達(dá)到一定真空度的粗真空獲得設(shè)備單級(jí)泵的壓縮比一般為8~10，為了獲得更低的極限壓強(qiáng)，需要多個(gè)噴射泵串聯(lián)起來(lái)工作。492.2.1水蒸汽噴射泵的結(jié)構(gòu)與工作原理單級(jí)泵主要由拉瓦爾噴嘴、混合室、擴(kuò)壓器組成1-工作蒸汽進(jìn)入室；2-吸入室；3-混合室；4壓縮室；5-拉瓦爾噴嘴6-擴(kuò)壓器；A-抽氣入口；B-工作蒸汽入口；C-排氣口；D-冷凝液排出口50工作原理工作蒸汽在拉瓦爾噴嘴中的流動(dòng) 工作蒸汽經(jīng)拉瓦爾噴嘴加速，在噴嘴喉部達(dá)到音速WK，在擴(kuò)張段繼續(xù)加速，出口處獲得超音速氣流，噴射到混合室，在其中形成低壓，將被抽氣體吸入。工作蒸汽和被抽氣體在混合室中的流動(dòng)

工作蒸汽和被抽氣體在混合室中進(jìn)行動(dòng)量和能量交換，使二者速度趨于一致混合氣體在擴(kuò)壓器中的流動(dòng)

混合氣體在擴(kuò)壓器中減速增壓，在喉部出現(xiàn)正激波，氣流壓強(qiáng)突升，速度同時(shí)驟降至亞音速；在擴(kuò)張段壓強(qiáng)進(jìn)一步升高，最終克服出口反壓排出泵外。512.2.2抽氣性能水蒸汽噴射泵的抽氣性能可由引射吸收和壓縮比來(lái)描述。引射系數(shù)：被抽氣體質(zhì)量流率與工作蒸汽質(zhì)量流率之比，反映了泵的抽氣能力和效率壓縮比：出口壓強(qiáng)與入口壓強(qiáng)之比，反映了泵的排氣能力和獲得的極限真空度水蒸汽噴射泵的抽氣性能與工作介質(zhì)的壓強(qiáng)、溫度、流量有關(guān)，與被抽氣體的種類、壓強(qiáng)、溫度、流量等因素有關(guān)522.2.3多級(jí)噴射泵系統(tǒng)為了獲得更高的真空度，可將兩個(gè)或者兩個(gè)以上的噴射泵串聯(lián)起來(lái)工作中間設(shè)置冷凝器，將失去工作能力的蒸汽冷凝以減少下級(jí)泵的氣體負(fù)荷多個(gè)噴射泵、冷凝器以及管道、閥門、供水、供氣系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成多級(jí)噴射泵系統(tǒng)。53使用壓強(qiáng)高的水蒸汽可獲得大的膨脹比，噴射器有較高的引射系數(shù)（被抽氣體與工作蒸汽的重量比），可減少泵的蒸汽耗量和冷卻水。壓強(qiáng)高于1.2兆帕?xí)r效果不明顯,而且還會(huì)增加生產(chǎn)蒸汽的費(fèi)用。通常選用0.4～1兆帕的蒸汽，低到0.25兆帕的蒸汽也可使用。使用濕蒸汽會(huì)使泵的性能不穩(wěn)定，一般選用干飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽。2.2.4水蒸汽的選用54補(bǔ)充1.時(shí)間常數(shù)與排氣時(shí)間用抽速S=常數(shù)的真空泵，對(duì)容積為V的容器抽氣，在dt時(shí)間內(nèi)的抽氣量為pSdt，壓強(qiáng)變化dp，對(duì)應(yīng)于dp的氣體量為-Vdp積分上式，考慮初始條件pt=0=p0，有55時(shí)間常數(shù)抽氣時(shí)間562.排氣狀態(tài)微分方程考慮表面脫附、滲透、氣體返流、泄漏等因素后，排氣狀態(tài)微分方程可寫為(1)∑Q=0，理想狀態(tài)57(2)∑Q=QB排氣狀態(tài)微分方程可寫為t=0時(shí)，p=p0t=∞時(shí)，dp/dt=0，p=p∞=QB/S有效抽速58抽氣時(shí)間59(3)∑Q=QL，S=constant(4)∑Q=constant，S=0真空泵不工作或由閥門隔開(kāi)60例P294，第3題解：V=500L，p0=1atm，p=1Torr，求有效抽速需要求解S和p∞p∞<1Pa61P294，第7題解：S=10L/s，V=5L，p0=1atm，p=3Pa，p∞=6×10-2Pa，求抽氣時(shí)間62P294，第9題解：D=20cm，d=10cm，l=10cm，h滑片=0.4cm，=400rpm，V=5L，p0=1atm，p=10Pa，求最大抽速和抽氣時(shí)間對(duì)雙旋片泵，其最大抽速為當(dāng)旋片垂直于泵腔中心-轉(zhuǎn)子中心連線時(shí)，露出槽外長(zhǎng)度最小，為Dcos-d63RrOO1NAB泵腔半徑R，轉(zhuǎn)子半徑r，t時(shí)刻旋片總長(zhǎng)度AB，OO1為偏心距e，過(guò)泵腔中心O做AB垂線ON，AB與泵腔直徑OB夾角為

=0時(shí)，ON=0，AB=2R，旋片沿OO1方向

ON=e時(shí)最大，AB最小，旋片垂直于OO1方向64三、油擴(kuò)散泵(OilDiffusionPump

)油擴(kuò)散泵是射流泵的一種，以擴(kuò)散泵油為工作介質(zhì)，由鍋爐加熱形成油蒸汽，經(jīng)噴嘴加速后形成高速射流，被抽氣體擴(kuò)散到油蒸汽射流中，被攜帶到泵出口排出。主要工作在高真空區(qū)域，工作壓強(qiáng)范圍為10-1~10-6Pa，極限壓強(qiáng)可達(dá)10-8Pa優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、壽命長(zhǎng)、抽速大缺點(diǎn)：效率低，存在油蒸汽反擴(kuò)散造成的污染653.1擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)66分餾裝置673.2工作原理鍋爐內(nèi)的擴(kuò)散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽；油蒸汽經(jīng)過(guò)導(dǎo)流管進(jìn)入傘形噴嘴，形成超音速蒸汽流由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽氣體擴(kuò)散到蒸汽射流內(nèi)部，獲得動(dòng)量，被攜帶到泵壁上油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，釋放出氣體，被前級(jí)泵抽走冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐683.2.1亞開(kāi)爾模型Jaekel模型是一個(gè)初步的理論模型：自傘形噴嘴射出的射流，在噴嘴平面上各處流速的大小和方向均完全相等，且在射流長(zhǎng)度L范圍內(nèi)保持為常數(shù)；氣體分子一旦落入蒸汽流中，即可獲得向出口方向的動(dòng)量，不考慮分子與蒸汽碰撞時(shí)的散射；蒸汽流分子數(shù)密度N>>氣體分子數(shù)密度n693.2.2壓縮比蒸汽流運(yùn)動(dòng)速度為w，在蒸汽流內(nèi)單位時(shí)間、單位面積上被向下抽的氣體分子數(shù)為nd=wn單位時(shí)間、單位面積向上反擴(kuò)散的氣體分子數(shù)為在穩(wěn)定平衡時(shí)，nd=nu70互擴(kuò)散系數(shù)n1=n，n2=nd，且nd>>n，因此D≈D0/nd——與n無(wú)關(guān)積分上式，并考慮邊界條件，x=0時(shí)，p=pf，x=L時(shí)，p=pL713.2.3抽速A為噴嘴處的環(huán)形面積，該處射流抽走的氣體流量為Q=pdV/dt=pAdx/dt=pAw抽速為S=Q/p=Aw入口流導(dǎo)為有效抽速為72比抽速：?jiǎn)挝幻娣e的抽速，Seo何氏系數(shù)：表征抽氣效率的系數(shù)，H733.3擴(kuò)散泵的性能3.3.1抽速與入口壓強(qiáng)關(guān)系擴(kuò)散泵抽速在很寬的壓強(qiáng)范圍內(nèi)保持不變，但在壓強(qiáng)較高或很低時(shí)，抽速下降很快。當(dāng)泵入口壓強(qiáng)很低時(shí)，氣體從前級(jí)通過(guò)射流的反擴(kuò)散會(huì)增加，同時(shí)工作油蒸汽的含氣量和泵壁放氣影響變得顯著入口壓強(qiáng)較高時(shí)，大量氣體分子進(jìn)入射流與蒸汽分子碰撞，射流的定向速度衰減較大，增大了前級(jí)的反流，抽速降低743.3.2極限壓強(qiáng)油擴(kuò)散泵的極限壓強(qiáng)與前級(jí)側(cè)氣體的反擴(kuò)散、泵壁溫度下泵油的飽和蒸汽壓、泵油的裂化程度、蒸汽射流的放氣量以及泵壁的放氣量等因素密切相關(guān)當(dāng)泵的出口壓強(qiáng)小于某一出口壓強(qiáng)p2max時(shí)，泵的入口壓強(qiáng)不受出口壓強(qiáng)的影響，氣體的反擴(kuò)散對(duì)泵的極限壓強(qiáng)影響不大753.3.3最大出口壓強(qiáng)油擴(kuò)散泵的最大出口壓強(qiáng)取決于最后一級(jí)噴嘴的工作狀態(tài)，與蒸汽射流密度、噴嘴蒸汽流量以及最后一級(jí)噴嘴的結(jié)構(gòu)有關(guān)。為提高泵的最大出口壓強(qiáng)，可提高泵的加熱功率，最大出口壓強(qiáng)與加熱功率成線性關(guān)系。油擴(kuò)散泵的最大出口壓強(qiáng)一般規(guī)定為40Pa。763.4減少返油的措施(1)返油源于以下四個(gè)方面凝結(jié)于頂噴嘴表面的油膜蒸發(fā)，占總返油量的70%左右；泵壁上凝結(jié)油膜的蒸發(fā)，與泵壁的冷卻狀況有關(guān)；蒸汽射流碰壁后的散射，與射流強(qiáng)度有關(guān)；蒸汽射流中油分子向高真空側(cè)的擴(kuò)散，與射流溫度有關(guān)77(2)減少返油的措施在頂噴嘴上加擋油帽，可大幅減少頂噴嘴表面油膜的蒸發(fā)返油量，且對(duì)泵的抽速影響不大——現(xiàn)代擴(kuò)散泵的標(biāo)配；在泵入口處加擋油環(huán)或者擋油阱，可以減少泵壁上凝結(jié)油膜的蒸發(fā)返油量；調(diào)節(jié)鍋爐加熱功率：調(diào)節(jié)功率獲得合理的蒸汽射流強(qiáng)度和射流溫度，可減少返油量——國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的擴(kuò)散泵上都采用加熱功率調(diào)節(jié)裝置78第四節(jié)氣體捕集式真空泵氣體捕集泵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，主要有兩種形式。吸附泵：主要是依靠具有大表面積的吸附劑的物理吸附作用來(lái)抽氣的一種捕集式真空泵，如吸附阱、吸氣泵；還有連續(xù)不斷的形成新鮮的吸氣劑膜的捕集式真空泵，如濺射離子泵、熱蒸發(fā)鈦升華泵等。低溫泵：利用低溫表面來(lái)冷凝捕集氣體的真空泵，如冷凝泵和小型制冷機(jī)低溫泵等。79一、濺射離子泵(IonPump)80811.1概述濺射離子泵是1958年由Hail等人發(fā)現(xiàn)潘寧放電真空計(jì)在測(cè)量真空時(shí)，真空計(jì)本身具有一定的抽氣作用，所以離子泵又稱為潘寧泵。優(yōu)點(diǎn)：(1)無(wú)油,無(wú)振動(dòng),無(wú)噪聲；(2)簡(jiǎn)單可靠,壽命長(zhǎng),可烘烤；(3)不需冷卻劑，安裝方向不限；(4)工作壓強(qiáng)范圍寬(1~10-10Pa)；(5)對(duì)惰性氣體抽速大，是目前抽惰性氣體最好的泵。缺點(diǎn)：(1)帶有笨重的磁鐵，體積重量都較大；(2)對(duì)有機(jī)蒸氣污染敏感，連續(xù)抽30min油蒸汽就會(huì)使泵啟動(dòng)困難；(3)二極泵抽惰性氣體會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，需用三極泵。應(yīng)用：現(xiàn)代尖端技術(shù)的超高真空領(lǐng)域，原子能、核工業(yè)、高能加速器、宇宙模擬、表面物理、電子工業(yè)、高純金屬冶煉821.2基本結(jié)構(gòu)泵的陰極由鈦板構(gòu)成，陽(yáng)極由多個(gè)不銹鋼圓筒并聯(lián)組成，至于兩個(gè)陰極鈦板之間磁場(chǎng)(永久磁鐵)方向垂直于陰極板陰、陽(yáng)極間加適當(dāng)直流高壓(3kV~8kV)，且氣壓低于1Pa時(shí)，在陽(yáng)極桶內(nèi)放電。831.3工作原理1.3.1潘寧放電潘寧放電：在電場(chǎng)和磁場(chǎng)聯(lián)合作用下，使電子較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)局限于某一特定空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)所形成的一種氣體放電類型電子的運(yùn)動(dòng)受兩方面限制外加電場(chǎng)對(duì)其軸向運(yùn)動(dòng)的限制磁場(chǎng)對(duì)其半徑方向運(yùn)動(dòng)的限制84電子在圓筒內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)，與氣體分子碰撞而使大量氣體分子電離，在陽(yáng)極筒內(nèi)形成空間電荷。正離子質(zhì)量很大，不受磁場(chǎng)限制，很快飛到陰極中和成分子圓筒內(nèi)空間電荷主要是電子，密度很高。圓筒內(nèi)有外加電磁場(chǎng)，還有空間電荷的電磁場(chǎng)，比較復(fù)雜，但是只要單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入陽(yáng)極的電子數(shù)和新產(chǎn)生的電子數(shù)相等，就會(huì)使氣體出現(xiàn)穩(wěn)定的自持放電。輪滾線的幅值85單元泵加上電場(chǎng)與磁場(chǎng)后，等電位線如圖所示。潘寧放電，電子在電磁場(chǎng)的綜合作用下，軌跡像一根拉開(kāi)的電爐絲繞成一個(gè)螺旋狀放在陽(yáng)極筒里。電子在陽(yáng)極筒內(nèi)轉(zhuǎn)速很高，要經(jīng)歷很長(zhǎng)的路程后才落到陽(yáng)極上10-4Pa：1km，束縛時(shí)間1ms10-8Pa：104km10-10Pa：束縛時(shí)間可達(dá)17min正離子產(chǎn)生以下作用：角度、能量合適，注入陰極板內(nèi)Ti原子被濺射出來(lái)，形成Ti膜吸氣打出二次電子1.3.2單元泵內(nèi)的物理過(guò)程861.4二極泵的氬不穩(wěn)定性二級(jí)濺射離子泵的最大缺點(diǎn)：SAr：SN2只有1%惰性氣體的不穩(wěn)定性：二極濺射離子泵長(zhǎng)時(shí)間抽氣后，會(huì)出現(xiàn)Ar循環(huán)不穩(wěn)定現(xiàn)象——二極離子泵在抽除Ar，Kr，Xe等惰性氣體時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)真空系統(tǒng)的壓強(qiáng)突然脈沖式的上升，幅度可達(dá)10-2Pa。87Ar循環(huán)不穩(wěn)定的原因 系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，壓強(qiáng)降低，氣體放電模式改變，離子轟擊陰極表面不再集中于中心部位，開(kāi)始想周圍陽(yáng)極邊緣所對(duì)的陰極環(huán)形部分?jǐn)U展，在正離子轟擊下引起濺射和Ar氣釋放，反過(guò)來(lái)又增加更大的離子轟擊，因此Ar壓強(qiáng)急劇上升；隨著壓強(qiáng)上升，放電再次向陰極中央集中，邊緣重新抽除Ar，壓強(qiáng)降低。主要原因：陰極的雙重功能引發(fā)——二極泵的陰極一方面作為濺射源，另一方面作為Ar的收集極，導(dǎo)致前面被掩埋的氣體被轟擊出來(lái)，所以會(huì)周期性的釋放被掩埋的氣體。881.5濺射離子泵的改進(jìn)為了提高惰性氣體的抽速，克服循環(huán)不穩(wěn)定性，離子泵的設(shè)計(jì)中把濺射和埋藏作用分開(kāi)，并且把SAr/SN2作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)——三極濺射離子泵三電位三極型：增加一個(gè)處于中間電位的收集極，SAr/SN2=21%二電位三極型：陽(yáng)極與收集極均接地，SAr/SN2=25%異形陰極二極型陰極短柱型：SAr/SN2=25%磁控管型891.6濺射離子泵的工作特性1.6.1放電特性泵內(nèi)放電空間的電子不斷電離氣體分子，泵外回路上有放電電流I，I的大小與泵內(nèi)氣壓p的n次方成正比可根據(jù)工作時(shí)泵流的大小，估算泵內(nèi)壓強(qiáng)901.6.2抽速特性離子泵的抽速與放電強(qiáng)度（I/p）成正比(1)壓強(qiáng)較高時(shí)：電離產(chǎn)生放電電流大，由于電源的高內(nèi)阻，加大陽(yáng)極的電壓較低；過(guò)多的空間電子是電子分部擴(kuò)展，空間電位下降——抽速較低(2)壓強(qiáng)較低時(shí)：氣體稀薄、密度低，產(chǎn)生繁流的初始電子和二次電子少，放電強(qiáng)度太低，抽速下降911.7離子泵的使用和維護(hù)烘烤氬清洗處理

Ar離子轟擊鈦板，把陰極上的玷污物或溶解在陰極板里面的氫轟擊出來(lái)，一般1~2小時(shí)。工作壽命

為了提高使用壽命，盡量不要在高氣壓范圍內(nèi)使用92二、鈦升華泵(Tisublimationpump)932.1概述鈦、鋯、鉭、鈮、鎢、鉬等金屬在一定的溫度范圍內(nèi)，對(duì)活性氣體有很好的吸附和吸收性能——真空條件下，將這些金屬蒸發(fā)沉積到真空腔內(nèi)壁上，形成一層薄膜，可用來(lái)吸附活性氣體鉭的吸氣性能最好，但是蒸發(fā)溫度高；鈦價(jià)格便宜易蒸發(fā)，且抽氣性能和工藝性能耗，一般采用鈦?zhàn)錾A泵（TSP）優(yōu)點(diǎn)：(1)抽速大，液氮溫度下，對(duì)氮的抽速達(dá)10.1L/(cm2·s)，對(duì)氫可達(dá)19.9L/(cm2·s)

；(2)極限真空度高，10-10Pa；(3)超高真空狀態(tài)下，抽速隨壓強(qiáng)降低而增大；(4)可獲得清潔真空；(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用費(fèi)用低缺點(diǎn)：對(duì)惰性氣體抽速小942.2TSP的工作原理與抽氣性能TSP的結(jié)構(gòu)：吸氣面、升華器、控制器工作過(guò)程：通電加熱鈦絲至1100oC直接升華，沉積到冷卻的表面上，形成鈦膜，與活性氣體結(jié)合成穩(wěn)定的化合物(固相的TiO或TiN)，抽除氣體分子吸附機(jī)理：比較復(fù)雜，通常認(rèn)為是物理吸附和化學(xué)吸附的綜合作用，以化學(xué)吸附為主1-吸氣面；2-鈦絲3-電氣控制裝置95抽速特性96972.3TSP的結(jié)構(gòu)鈦升華器的要求能提供所需的鈦升華率；鈦升華率易于調(diào)節(jié)，可連續(xù)或間斷的提供吸氣劑；鈦升華器本身出氣少或易于去氣；有足夠的工作壽命，即有足夠的鈦存儲(chǔ)量低升華率和高升華率兩種TSP小功率升華器：升華率每小時(shí)幾十毫克，吸氣劑量為幾克到幾十克的升華器，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，主要作為輔助泵高升華率升華器：升華率每小時(shí)幾克到幾十克，作為主泵使用98升華器的加熱方式加熱方式有電阻加熱式、熱傳導(dǎo)加熱式、輻射加熱式、電子轟擊加熱式等類型(1)電阻加熱式99(2)輻射加熱式將加熱源和升華源兩部分獨(dú)立，利用鈦球殼內(nèi)的鎢絲加熱，利用輻射加熱空心鈦球，使之升華加熱均勻，儲(chǔ)鈦量大；但是加熱絲固定困難，易燒斷100三、鋯鋁合金吸氣泵鋯鋁吸氣泵采用鋯鋁合金材料(84%鋯，16%鋁)在高溫下吸附活性氣體；鋯釩鐵合金(70%鋯，24.6%釩，5.4%鐵)吸氣泵鋯鋁吸氣泵優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、造價(jià)低，操作安全可靠，維修方便，清潔無(wú)油，對(duì)活性氣體，尤其是對(duì)氫具有很高的抽氣能力。缺點(diǎn)：不能抽惰性氣體鋯鋁吸氣泵對(duì)氫、氘、氚吸氣是可逆的，其他活性氣體則是以穩(wěn)定的化合物形式擴(kuò)散到吸氣劑內(nèi)。1011-泵殼；2-泵芯；3-加熱器；4-電極5-真空規(guī)；6-熱電偶；7-氣體分析接頭3.1鋯鋁吸氣泵的結(jié)構(gòu)與工作原理泵芯是鋯鋁合金(84%:16%)粉末涂敷在金屬吸氣帶上做成的，主要成分為Zr5Al3和Zr3Al2。合金結(jié)構(gòu)是鋁進(jìn)入鋯晶格，產(chǎn)生很多孔穴，增加鋯的吸氣面積，提高擴(kuò)散速率180oC以下以表面吸附為主，180oC以上以體內(nèi)擴(kuò)散為主350~450oC范圍內(nèi)對(duì)所有的活性氣體都有很高的抽氣能力102鋯鋁吸氣泵的飽和與激活鋯鋁吸氣劑長(zhǎng)期在高溫下工作，會(huì)出現(xiàn)“飽和”，吸氣率下降；甚至吸氣劑表面形成氧化膜，失去吸氣性能當(dāng)吸氣速率降低到80%時(shí)，就需要進(jìn)行再激活處理：在<1Pa的壓強(qiáng)下，加熱至750~850oC，使吸氣劑表面的固體氧化膜分解，使金屬和氣體的產(chǎn)物向更深的體內(nèi)擴(kuò)散，生出高度活潑的金屬表面，同時(shí)除去過(guò)量的氫一般的吸氣帶可以反復(fù)激活多次(~20次)，直到全部的吸氣劑飽和為止——更換鋯鋁合金吸氣帶1033.2鋯鋁吸氣泵的工作條件壓強(qiáng)低于10-3Pa時(shí)，抽活性氣體的工作溫度為400oC，體內(nèi)擴(kuò)散速率是金屬表面維持足夠的吸氣速率而不能釋放氫；10-3~1Pa范圍內(nèi)，抽活性氣體工作溫度為750oC——提高溫度加速體內(nèi)擴(kuò)散，加速清洗吸氣劑表面對(duì)H2要求高抽速，工作溫度為400oC對(duì)純氫要求大抽速和大吸氣量是，工作溫度一般為200~300oC對(duì)純氫要求盡可能大的吸氣量而不需要大抽速時(shí)，可室溫工作高真空或者超高真空系統(tǒng)中，工作溫度一般為400oC104四、低溫泵低溫泵是利用低溫表面將被抽空間的氣體冷凝、捕集、吸附或冷凝+吸附，使被抽空間的壓強(qiáng)大大降低，獲得并維持真空狀態(tài)的抽氣裝置低溫泵抽氣是一種儲(chǔ)存式捕集抽氣，氣體并沒(méi)有排出泵外，一旦冷凝表面溫度發(fā)生變化，它抽走的氣體又會(huì)重新釋放，破壞真空應(yīng)用:(1)外太空模擬；(2)高能物理、等離子體研究；(3)薄膜制備領(lǐng)域；(4)微電子學(xué)，尤其是半導(dǎo)體微電子技術(shù)中——離子注入，離子刻蝕；(5)現(xiàn)代表面分析儀器中。1054.1低溫抽氣原理基本原理 設(shè)法使某一固體表面溫度足夠低，使其低于空氣中主要?dú)怏w成分的飽和蒸汽壓溫度，則大部分氣體被凝結(jié)，從