常用真空泵简介.ppt

1 赵风周物理学院2011 5 真空物理与技术VacuumPhysicsandTechnology 2 第三章真空获得 真空泵的分类与性能容积式真空泵动量传递式真空泵气体捕集式真空泵超高真空获得技术 3 第三节动量传递式真空泵 利用高速旋转的叶片或高速射流 把动量传输给被抽气体或气体分子 使气体不断地从入口传输到出口的真空泵 分子泵 牵引分子泵 涡轮分子泵和复合分子泵三大类 喷射真空泵 水喷射泵 气体喷射泵和蒸汽喷射泵三大类扩散泵 以油或汞蒸汽作为工作介质 汞扩散泵不带分馏装置 油扩散泵有分馏装置 4 一 分子真空泵 MolecularPump 5 1 1概述 分子真空泵 分子泵 是1913年德国人盖德 W Gaede 发明的 之后他又以气体的外摩擦作用为分子泵奠定了理论基础 利用了气体的外摩擦输运现象 也就是分子牵引力 所以称为牵引分子泵 1956年 德国人贝克 W Becker 发明了涡轮分子泵 以高速旋转的动叶片和静止的定叶片配合来实现抽气 极限压强可达10 9Pa以下 1972年出现了涡轮 牵引复合分子泵 采用螺旋动密封 可直接向大气排气 近年来 空气轴承和磁悬浮轴承的应用 使分子泵作为清洁真空获得设备更加完善 6 空气轴承 AirBearing 7 磁悬浮轴承 MagneticBearing 8 9 1 2牵引分子泵的结构特点与抽气原理 1 吸气口2 排气口3 转子4 泵体5 挡块 Gaede Holweck Siegbahn 10 GaedeMDP HolweckMDP 11 Moleculardragpump MDP 12 气体在两个平行平面1 2之间运动 二平面速度分别为u1和u2 运动方向为Ox 认为气体速度在Ox垂直方向上非常小 vz vy 0 在Oz和Oy方向 压强为常数 盖德理论 13 由板间低压气体输运性质可得 将上式积分 可得两平板间气体速度与通道高度的关系式 1 1 1 2 14 根据靠近上下两个面的气层受力的平衡条件 可以得到积分常数C1和C2 通过槽宽为b的通道的气体的流导为S 即通道的抽速 1 3 15 由式 1 3 可以得到流量公式 1 4 16 式 1 4 可看成两个单独的流量的和 1 5 1 6 17 分界压强ps和分界通道长度xs 第一项与压强p有关 第二项为常量某一瞬间 不是第一项起支配作用就是第二项起支配作用 于是可得一个特征压强ps 粘滞流态和分子流态的分界压强 1 7 18 讨论 1 粘滞流态和分子流态的流量与抽速 分界压强ps把压强范围分成p ps和p ps两个区域 p ps区域 气体为粘滞流状态 p ps区域 气体为分子流状态 19 讨论 2 分界通道长度xs 分界压强ps处定为通道长度x的原点 x 0p patm时 其坐标为x xs 分界通道长度 ps p patm区域 气体为粘滞流状态 压强为 p ps区域 x 0 气体为分子流状态 压强为 20 直排大气的牵引分子泵 21 1 3涡轮分子泵的抽气原理与结构特点 Turbomolecularpump 22 Turbomolecularpump 23 24 25 涡轮分子泵的抽气原理 26 27 气体分子的平均热运动速度设为C站在叶片上观测 速度分布如 d e 令A1 0 A 1 0 A 2 0 A2 0构成的通道空间为K 1的空间内 区分子可自由地通过K区到 区 2的空间内 没有分子能自由的飞过K区到达 区 抽气系数和压缩比 28 气体分子从 侧到 侧的净气流量为 若A1 A2 T1 T2 p2 p1 n2 n1 29 H 0时 得最大压缩比Kmax p1 p2时 得最大抽气系数Hmax 气体分子通过叶列的几率W12和W21与叶列的速度比C1 叶列倾角 叶列的节弦比a b有关 通常W12和W21可用积分方程法 蒙特卡洛法 传输矩阵法和角系数法求得 30 31 涡轮分子泵都是由多级叶列组成的 转子与定子按次序交替排列 叶列的级数由泵要求的压缩比来确定 一般涡轮分子泵有15 31级叶列 若要提高抽速 叶列几何参数应选a b 1 0 30o 40o若要提高压缩比 则应选a b 0 5 10o 20o多级叶列组合时 在泵的吸入口附近应选择抽速大的叶片形状 压缩比可相对小一些 经过几级叶列压缩后 压强增大 抽速下降 这时应选择压缩比高抽速低的叶片形状 整个涡轮分子泵的就能获得抽速高 压缩比大 级数少的结构 叶片的速度比C1值越高 叶列的抽气性能越好 但是由于叶列受强度与气体摩擦生热的限制 C1不能选的过高 一般选C1 1 0 涡轮分子泵的结构特点 32 1 4涡轮分子泵的特性 1 抽速 叶列的抽速可表示为 抽速与叶轮的转速之间大致有如下关系 若进气管道流导为SV 则实际抽速为 33 34 2 抽速与入口压强的关系 分子泵的抽速在分子流压强范围内几乎不变 但在过渡流和粘滞流范围内 由于大部分分子不能与叶列碰撞 抽速会迅速下降 35 3 压缩比与转速和相对分子质量的关系 压缩比与转速和相对分子质量的平方根有指数关系 分子量大的气体 压缩比高 涡轮分子泵获得清洁真空的物理基础 36 4 压缩比与前级压强的关系 37 5 抽速与气体种类的关系 38 39 6 涡轮分子泵应用特点 工作压力范围宽 在10 1 10 8Pa范围内具有稳定抽速 起动时间短 能抽除各种气体和蒸汽 分子泵适用于在要求清洁的高真空和超高真空的仪器及设备上使用 也可用来作为离子泵 升华泵 低温泵等气体捕集超高真空泵的前级预抽真空泵使用 这将获得更低的极限压力或更清洁的无碳氢化合物的真空环境 40 1 5复合分子泵 Compoundmolecularpump 41 复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合 集两种泵的优点于一体 在很宽的压强范围内 10 6 1Pa 具有较大的抽速和较高的压缩比 大大提高了出口压强 复合式分子泵的形式很多 按结构分 主要有两种 涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合涡轮级主要用来提高泵的抽速 一般采用有利于提高抽速的叶片形状 级数在10级以内 牵引级主要用来增加泵的压缩比 提高泵的出口压强在复合分子泵的设计中 必须处理好涡轮级与牵引级之间的应配和衔接关系 42 1 涡轮叶片与筒式牵引泵的组合 CompoundmolecularpumpwithHolweckstage 43 2 涡轮叶片与盘式牵引泵的组合 44 45 二 喷射真空泵 JetVacuumPump 喷射真空泵是利用液体或者气体的高速射流携带被抽气体 使被抽容器内获得一定真空度的一种低真空泵 按工作介质可分为水喷射泵 大气喷射泵和水蒸汽喷射泵喷射泵特点 结构简单 工作稳定可靠可抽除含有水蒸汽 粉尘的气体 易燃易爆气体和腐蚀性气体抽气量大 应用广泛 冶金 化工 食品制造等领域缺点 抽气效率低 能量损失大 46 2 1水喷射泵 水喷射泵是用水作为工作介质 通过高速射流来引射被抽气体 使容器达到一定真空度的粗真空获得设备单级泵的极限压强为3 3kPa 两级串联可获得好一些的真空度 主要受水饱和蒸汽压的限制 可单独使用 也可作为其他真空泵的前级 2 1 1工作原理 47 2 1 2水喷射泵的结构喷嘴的作用是将水的压强转变成动能 其结构对泵的性能影响较大 常用锥形收缩型 流线型和多孔型 吸入室一般为圆筒形 截面积为喷嘴出口面积的6 10倍扩散器由渐缩段 喉管 渐扩段组成 渐缩段使气体顺利进入喉管 15 30o 喉管使液体与气体均匀混合 进行质量迁移和能量传递 渐扩段是将气液混合介质动能转变为压力能 使被抽气体压缩 5 8o 48 2 1 3水喷射泵的性能参数水喷射泵的主要性能参数为极限压强 抽气量 抽速和体积引射系数 极限压强决定于水温对应的饱和蒸汽压 抽速与被抽气体的压强 温度有关 与泵的排气压强有关 与工作介质的体积流量 温度 压强有关 49 当pA pf pW pB pA时 泵的抽速为 注意 此时泵的抽速与被抽气体的压强无关 体积引射系数为泵的抽速与工作介质体积流率之比 50 2 2水蒸汽喷射泵 水蒸汽喷射泵是用水蒸汽作为工作介质 从拉瓦尔喷嘴中喷射出高速蒸汽射流来携带被抽气体 使容器达到一定真空度的粗真空获得设备单级泵的压缩比一般为8 10 为了获得更低的极限压强 需要多个喷射泵串联起来工作 51 2 2 1水蒸汽喷射泵的结构与工作原理单级泵主要由拉瓦尔喷嘴 混合室 扩压器组成 1 工作蒸汽进入室 2 吸入室 3 混合室 4压缩室 5 拉瓦尔喷嘴6 扩压器 A 抽气入口 B 工作蒸汽入口 C 排气口 D 冷凝液排出口 52 工作原理工作蒸汽在拉瓦尔喷嘴中的流动工作蒸汽经拉瓦尔喷嘴加速 在喷嘴喉部达到音速WK 在扩张段继续加速 出口处获得超音速气流 喷射到混合室 在其中形成低压 将被抽气体吸入 工作蒸汽和被抽气体在混合室中的流动工作蒸汽和被抽气体在混合室中进行动量和能量交换 使二者速度趋于一致混合气体在扩压器中的流动混合气体在扩压器中减速增压 在喉部出现正激波 气流压强突升 速度同时骤降至亚音速 在扩张段压强进一步升高 最终克服出口反压排出泵外 53 2 2 2抽气性能水蒸汽喷射泵的抽气性能可由引射吸收和压缩比来描述 引射系数 被抽气体质量流率与工作蒸汽质量流率之比 反映了泵的抽气能力和效率 压缩比 出口压强与入口压强之比 反映了泵的排气能力和获得的极限真空度 水蒸汽喷射泵的抽气性能与工作介质的压强 温度 流量有关 与被抽气体的种类 压强 温度 流量等因素有关 54 2 2 3多级喷射泵系统为了获得更高的真空度 可将两个或者两个以上的喷射泵串联起来工作中间设置冷凝器 将失去工作能力的蒸汽冷凝以减少下级泵的气体负荷多个喷射泵 冷凝器以及管道 阀门 供水 供气系统 测控系统构成多级喷射泵系统 55 使用压强高的水蒸汽可获得大的膨胀比 喷射器有较高的引射系数 被抽气体与工作蒸汽的重量比 可减少泵的蒸汽耗量和冷却水 压强高于1 2兆帕时效果不明显 而且还会增加生产蒸汽的费用 通常选用0 4 1兆帕的蒸汽 低到0 25兆帕的蒸汽也可使用 使用湿蒸汽会使泵的性能不稳定 一般选用干饱和蒸汽或过热蒸汽 2 2 4水蒸汽的选用 56 补充 1 时间常数与排气时间 用抽速S 常数的真空泵 对容积为V的容器抽气 在dt时间内的抽气量为pSdt 压强变化dp 对应于dp的气体量为 Vdp 积分上式 考虑初始条件pt 0 p0 有 57 时间常数 抽气时间 58 2 排气状态微分方程 考虑表面脱附 渗透 气体返流 泄漏等因素后 排气状态微分方程可写为 1 Q 0 理想状态 59 2 Q QB 排气状态微分方程可写为 t 0时 p p0 t 时 dp dt 0 p p QB S 有效抽速 60 抽气时间 61 3 Q QL S constant 4 Q constant S 0 真空泵不工作或由阀门隔开 62 例 P294 第3题 解 V 500L p0 1atm p 1Torr 求有效抽速 需要求解S和p p 1Pa 63 P294 第7题 解 S 10L s V 5L p0 1atm p 3Pa p 6 10 2Pa 求抽气时间 64 P294 第9题 解 D 20cm d 10cm l 10cm h滑片 0 4cm 400rpm V 5L p0 1atm p 10Pa 求最大抽速和抽气时间 对双旋片泵 其最大抽速为 当旋片垂直于泵腔中心 转子中心连线时 露出槽外长度最小 为Dcos d 65 泵腔半径R 转子半径r t时刻旋片总长度AB OO1为偏心距e 过泵腔中心O做AB垂线ON AB与泵腔直径OB夹角为 0时 ON 0 AB 2R 旋片沿OO1方向 ON e时最大 AB最小 旋片垂直于OO1方向 66 三 油扩散泵 OilDiffusionPump 油扩散泵是射流泵的一种 以扩散泵油为工作介质 由锅炉加热形成油蒸汽 经喷嘴加速后形成高速射流 被抽气体扩散到油蒸汽射流中 被携带到泵出口排出 主要工作在高真空区域 工作压强范围为10 1 10 6Pa 极限压强可达10 8Pa优点 结构简单 操作方便 寿命长 抽速大缺点 效率低 存在油蒸汽反扩散造成的污染 67 3 1扩散泵的结构 68 分馏装置 69 3 2工作原理 锅炉内的扩散泵油经电加热沸腾形成蒸汽 油蒸汽经过导流管进入伞形喷嘴 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气体扩散到蒸汽射流内部 获得动量 被携带到泵壁上油蒸汽在水冷泵壁上冷凝 释放出气体 被前级泵抽走冷凝油滴沿泵壁流回锅炉 70 3 2 1亚开尔模型 Jaekel模型是一个初步的理论模型 自伞形喷嘴射出的射流 在喷嘴平面上各处流速的大小和方向均完全相等 且在射流长度L范围内保持为常数 气体分子一旦落入蒸汽流中 即可获得向出口方向的动量 不考虑分子与蒸汽碰撞时的散射 蒸汽流分子数密度N 气体分子数密度n 71 3 2 2压缩比 蒸汽流运动速度为w 在蒸汽流内单位时间 单位面积上被向下抽的气体分子数为nd wn 单位时间 单位面积向上反扩散的气体分子数为 在稳定平衡时 nd nu 72 互扩散系数 n1 n n2 nd 且nd n 因此D D0 nd 与n无关 积分上式 并考虑边界条件 x 0时 p pf x L时 p pL 73 3 2 3抽速 A为喷嘴处的环形面积 该处射流抽走的气体流量为Q pdV dt pAdx dt pAw 抽速为S Q p Aw 入口流导为 有效抽速为 74 比抽速 单位面积的抽速 Seo 何氏系数 表征抽气效率的系数 H 75 3 3扩散泵的性能 3 3 1抽速与入口压强关系 扩散泵抽速在很宽的压强范围内保持不变 但在压强较高或很低时 抽速下降很快 当泵入口压强很低时 气体从前级通过射流的反扩散会增加 同时工作油蒸汽的含气量和泵壁放气影响变得显著 入口压强较高时 大量气体分子进入射流与蒸汽分子碰撞 射流的定向速度衰减较大 增大了前级的反流 抽速降低 76 3 3 2极限压强 油扩散泵的极限压强与前级侧气体的反扩散 泵壁温度下泵油的饱和蒸汽压 泵油的裂化程度 蒸汽射流的放气量以及泵壁的放气量等因素密切相关 当泵的出口压强小于某一出口压强p2max时 泵的入口压强不受出口压强的影响 气体的反扩散对泵的极限压强影响不大 77 3 3 3最大出口压强 油扩散泵的最大出口压强取决于最后一级喷嘴的工作状态 与蒸汽射流密度 喷嘴蒸汽流量以及最后一级喷嘴的结构有关 为提高泵的最大出口压强 可提高泵的加热功率 最大出口压强与加热功率成线性关系 油扩散泵的最大出口压强一般规定为40Pa 78 3 4减少返油的措施 1 返油源于以下四个方面凝结于顶喷嘴表面的油膜蒸发 占总返油量的70 左右 泵壁上凝结油膜的蒸发 与泵壁的冷却状况有关 蒸汽射流碰壁后的散射 与射流强度有关 蒸汽射流中油分子向高真空侧的扩散 与射流温度有关 79 2 减少返油的措施在顶喷嘴上加挡油帽 可大幅减少顶喷嘴表面油膜的蒸发返油量 且对泵的抽速影响不大 现代扩散泵的标配 在泵入口处加挡油环或者挡油阱 可以减少泵壁上凝结油膜的蒸发返油量 调节锅炉加热功率 调节功率获得合理的蒸汽射流强度和射流温度 可减少返油量 国内外先进的扩散泵上都采用加热功率调节装置 80 第四节气体捕集式真空泵 气体捕集泵是一种将被抽气体吸附或凝结在泵内表面上的真空泵 主要有两种形式 吸附泵 主要是依靠具有大表面积的吸附剂的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵 如吸附阱 吸气泵 还有连续不断的形成新鲜的吸气剂膜的捕集式真空泵 如溅射离子泵 热蒸发钛升华泵等 低温泵 利用低温表面来冷凝捕集气体的真空泵 如冷凝泵和小型制冷机低温泵等 81 一 溅射离子泵 IonPump 82 83 1 1概述 溅射离子泵是1958年由Hail等人发现潘宁放电真空计在测量真空时 真空计本身具有一定的抽气作用 所以离子泵又称为潘宁泵 优点 1 无油 无振动 无噪声 2 简单可靠 寿命长 可烘烤 3 不需冷却剂 安装方向不限 4 工作压强范围宽 1 10 10Pa 5 对惰性气体抽速大 是目前抽惰性气体最好的泵 缺点 1 带有笨重的磁铁 体积重量都较大 2 对有机蒸气污染敏感 连续抽30min油蒸汽就会使泵启动困难 3 二极泵抽惰性气体会出现不稳定 需用三极泵 应用 现代尖端技术的超高真空领域 原子能 核工业 高能加速器 宇宙模拟 表面物理 电子工业 高纯金属冶炼 84 1 2基本结构 泵的阴极由钛板构成 阳极由多个不锈钢圆筒并联组成 至于两个阴极钛板之间磁场 永久磁铁 方向垂直于阴极板阴 阳极间加适当直流高压 3kV 8kV 且气压低于1Pa时 在阳极桶内放电 85 1 3工作原理 1 3 1潘宁放电 潘宁放电 在电场和磁场联合作用下 使电子较长时间内局限于某一特定空间内运动所形成的一种气体放电类型 电子的运动受两方面限制外加电场对其轴向运动的限制磁场对其半径方向运动的限制 86 电子在圆筒内长时间运动 与气体分子碰撞而使大量气体分子电离 在阳极筒内形成空间电荷 正离子质量很大 不受磁场限制 很快飞到阴极中和成分子圆筒内空间电荷主要是电子 密度很高 圆筒内有外加电磁场 还有空间电荷的电磁场 比较复杂 但是只要单位时间内进入阳极的电子数和新产生的电子数相等 就会使气体出现稳定的自持放电 轮滚线的幅值 87 单元泵加上电场与磁场后 等电位线如图所示 潘宁放电 电子在电磁场的综合作用下 轨迹像一根拉开的电炉丝绕成一个螺旋状放在阳极筒里 电子在阳极筒内转速很高 要经历很长的路程后才落到阳极上10 4Pa 1km 束缚时间1ms10 8Pa 104km10 10Pa 束缚时间可达17min正离子产生以下作用 角度 能量合适 注入阴极板内Ti原子被溅射出来 形成Ti膜吸气打出二次电子 1 3 2单元泵内的物理过程 88 1 4二极泵的氩不稳定性 二级溅射离子泵的最大缺点 SAr SN2只有1 惰性气体的不稳定性 二极溅射离子泵长时间抽气后 会出现Ar循环不稳定现象 二极离子泵在抽除Ar Kr Xe等惰性气体时 经常会出现真空系统的压强突然脉冲式的上升 幅度可达10 2Pa 89 Ar循环不稳定的原因 系统长期运行后 压强降低 气体放电模式改变 离子轰击阴极表面不再集中于中心部位 开始想周围阳极边缘所对的阴极环形部分扩展 在正离子轰击下引起溅射和Ar气释放 反过来又增加更大的离子轰击 因此Ar压强急剧上升 随着压强上升 放电再次向阴极中央集中 边缘重新抽除Ar 压强降低 主要原因 阴极的双重功能引发 二极泵的阴极一方面作为溅射源 另一方面作为Ar的收集极 导致前面被掩埋的气体被轰击出来 所以会周期性的释放被掩埋的气体 90 1 5溅射离子泵的改进 为了提高惰性气体的抽速 克服循环不稳定性 离子泵的设计中把溅射和埋藏作用分开 并且把SAr SN2作为一个重要的评价指标 三极溅射离子泵三电位三极型 增加一个处于中间电位的收集极 SAr SN2 21 二电位三极型 阳极与收集极均接地 SAr SN2 25 异形阴极二极型阴极短柱型 SAr SN2 25 磁控管型 91 1 6溅射离子泵的工作特性 1 6 1放电特性 泵内放电空间的电子不断电离气体分子 泵外回路上有放电电流I I的大小与泵内气压p的n次方成正比 可根据工作时泵流的大小 估算泵内压强 92 1 6 2抽速特性 离子泵的抽速与放电强度 I p 成正比 1 压强较高时 电离产生放电电流大 由于电源的高内阻 加大阳极的电压较低 过多的空间电子是电子分部扩展 空间电位下降 抽速较低 2 压强较低时 气体稀薄 密度低 产生繁流的初始电子和二次电子少 放电强度太低 抽速下降 93 1 7离子泵的使用和维护 烘烤氩清洗处理Ar离子轰击钛板 把阴极上的玷污物或溶解在阴极板里面的氢轰击出来 一般1 2小时 工作寿命为了提高使用寿命 尽量不要在高气压范围内使用 94 二 钛升华泵 Tisublimationpump 95 2 1概述 钛 锆 钽 铌 钨 钼等金属在一定的温度范围内 对活性气体有很好的吸附和吸收性能 真空条件下 将这些金属蒸发沉积到真空腔内壁上 形成一层薄膜 可用来吸附活性气体钽的吸气性能最好 但是蒸发温度高 钛价格便宜易蒸发 且抽气性能和工艺性能耗 一般采用钛做升华泵 TSP 优点 1 抽速大 液氮温度下 对氮的抽速达10 1L cm2 s 对氢可达19 9L cm2 s 2 极限真空度高 10 10Pa 3 超高真空状态下 抽速随压强降低而增大 4 可获得清洁真空 5 结构简单 使用费用低缺点 对惰性气体抽速小 96 2 2TSP的工作原理与抽气性能 TSP的结构 吸气面 升华器 控制器工作过程 通电加热钛丝至1100oC直接升华 沉积到冷却的表面上 形成钛膜 与活性气体结合成稳定的化合物 固相的TiO或TiN 抽除气体分子吸附机理 比较复杂 通常认为是物理吸附和化学吸附的综合作用 以化学吸附为主 1 吸气面 2 钛丝3 电气控制装置 97 抽速特性 98 99 2 3TSP的结构 钛升华器的要求能提供所需的钛升华率 钛升华率易于调节 可连续或间断的提供吸气剂 钛升华器本身出气少或易于去气 有足够的工作寿命 即有足够的钛存储量低升华率和高升华率两种TSP小功率升华器 升华率每小时几十毫克 吸气剂量为几克到几十克的升华器 工作可靠 结构简单 操作方便 主要作为辅助泵高升华率升华器 升华率每小时几克到几十克 作为主泵使用 100 升华器的加热方式 加热方式有电阻加热式 热传导加热式 辐射加热式 电子轰击加热式等类型 1 电阻加热式 101 2 辐射加热式将加热源和升华源两部分独立 利用钛球壳内的钨丝加热 利用辐射加热空心钛球 使之升华加热均匀 储钛量大 但是加热丝固定困难 易烧断 102 三 锆铝合金吸气泵 锆铝吸气泵采用锆铝合金材料 84 锆 16 铝 在高温下吸附活性气体 锆钒铁合金 70 锆 24 6 钒 5 4 铁 吸气泵锆铝吸气泵优点 结构简单 体积小 造价低 操作安全可靠 维修方便 清洁无油 对活性气体 尤其是对氢具有很高的抽气能力 缺点 不能抽惰性气体锆铝吸气泵对氢 氘 氚吸气是可逆的 其他活性气体则是以稳定的化合物形式扩散到吸气剂内 103 1 泵壳 2 泵芯 3 加热器 4 电极5 真空规 6 热电偶 7 气体分析接头 3 1锆铝吸气泵的结构与工作原理 泵芯是锆铝合金 84 16 粉末涂敷在金属吸气带上做成的 主要成分为Zr5Al3和Zr3Al2 合金结构是铝进入锆晶格 产生很多孔穴 增加锆的吸气面积 提高扩散速率180oC以下以表面吸附为主 180oC以上以体内扩散为主350 450oC范围内对所有的活性气体都有很高的抽气能力 104 锆铝吸气泵的饱和与激活 锆铝吸气剂长期在高温下工作 会出现 饱和 吸气率下降 甚至吸气剂表面形成氧化膜 失去吸气性能当吸气速率降低到80 时 就需要进行再激活处理 在 1Pa的压强下 加热至750 850oC 使吸气剂表面的固体氧化膜分解 使金属和气体的产物向更深的体内扩散 生出高度活泼的金属表面 同时除去过量的氢一般的吸气带可以反复激活多次 20次 直到全部的吸气剂饱和为止 更换锆铝合金吸气带 105 3 2锆铝吸气泵的工作条件 压强低于10 3Pa时 抽活性气体的工作温度为400oC 体内扩散速率是金属表面维持足够的吸气速率而不能释放氢 10 3 1Pa范围内 抽活性气体工作温度为750oC 提高温度加速体内扩散 加速清洗吸气剂表面对H2要求高抽速 工作温度为400oC对纯氢要求大抽速和大吸气量是 工作温度一般为200 300oC对纯氢要求尽可能大的吸气量而不需要大抽速时 可室温工作高真空或者超高真空系统中 工作温度一般为400oC 106 四 低温泵 低温泵是利用低温表面将被抽空间的气体冷凝 捕集 吸附或冷凝 吸附 使被抽空间的压强大大降低 获得并维持真空状态的抽气装置低温泵抽气是一种储存式捕集抽气 气体并没有排出泵外 一旦冷凝表面温度发生变化 它抽走的气体又会重新释放 破坏真空应用 1 外太空模拟 2 高能物理 等离子体研究 3 薄膜制备领域 4 微电子学 尤其是半导体微电子技术中 离子注入 离子刻蚀 5 现代表面分析仪器中 107 4 1低温抽气原理 基