第5讲：气体捕集式真空泵

[简介]:气体捕集式真空泵是一种使气体分子被吸附或分散在泵内外表上的真空泵，可分以下几种型式。吸附泵，它是依靠具有大外表积的吸附剂(如多孔物质)的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵。例如分子筛吸附泵。于这种类型。一、引言分以下几种型式。吸附泵，它是依靠具有大外表积的吸附剂(如多孔物质)的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵。例如分子筛吸附泵。于这种类型。料的外表上，以到达抽气目的的。它有如下两种型式。(或蒸发)而覆(或称弹道式钛泵)。以实现抽气目的的一种真空泵。下面介绍几种典型的气体捕集式真空泵。二、分子筛吸附泵分子筛吸附泵是利用分子筛作为吸附剂的一种外表吸附泵。分子筛的构造及其抽气原理1～10μm分子筛。子”上还开有大小不同的窗口(晶孔)。分子筛的容积大约有一半是空腔，小于晶分子筛能大量吸气的特性。依据化学组成和构造的不同，分子筛有很多种。常用的有5A型分子筛，其内520m2／g。这两种分子筛在1×lO-3～1×10-2Pa压强范围内对氮吸附量较大。为提高分子筛在低压下的吸附量和吸附速率，承受离子交换改性法得到了NaMZSM-510-4Pa范围内吸附量较高。在液态氮温度下，分子筛吸附的气体体积为其自身体积的50～110倍。在肯定温度下，分子筛对气体的吸附量与气体平衡压强的关系曲线。分子筛吸附泵的构造种予抽泵。(1)使分子筛能得到充分冷却。(2)使被抽气体易于深入分子筛内部。(3)节约液氮的消耗量。(4)易于对分子筛加热再生。(5)必需设置安全阀。分子筛吸附泵的构造类型：按冷却方式不同，可分为内冷式和外冷式。(1)内冷式：如图l所示。泵外壳用不锈钢制成。分子筛放在无氧铜翼片上，四周有镍网围住，防止分子筛漏掉。翼片间距适当。以保证分子筛的充分冷却。由上盖7～8次后需加热再生一次。再生电炉是300～500oC。(2)外冷式：如2(a)或液氮冷却管(图保证气路畅通。分子筛放在这些导热片(或液氮冷却管)与网筒之间。吸附泵套上“穿衣式”电炉加热。分子筛吸附泵的特性10-2～10-3Pa。吸附泵的抽速：分子筛吸附泵的抽速可用阅历公式计算。S=2.8×10-2A(L／S)(1)S=6.6×10-3A·K(L／s)(2)n=4(W/A)(3)A为垂直于泵轴线的截面积为分子筛用量n>17S，当n<17用(2)SK1选取。1Kn2468101417K1.752.853.353.653.753.994.0三、钛升华泵附的抽气装置，称为钛升华泵。钛升华泵的工作原理从图3可见，钛升华泵的构造大致可分为三局部：吸气面、热丝(或升华器)和掌握器。钛升华泵的工作过程是由掌握器通电给升华器(或热丝)，使钛加热到足够高的温度(1100oC)直接升华。升华出来的钛沉积在用水或液氮冷却的外表上，(TiOTiN)，结果将空间的气体分子抽除了。物理吸附和化学吸附综合作用的结果，以化学吸附为主。钛升华泵的构造构造。要有足够的储钛量。电阻加热式升华器：直接通电加热钛丝。常用两种构造。(1)缠绕钛丝式升华就不断升华出来。(2)钛钼丝式升华器：这种升华器是将钛(85％)与钼(15％)冶炼成合金或将钛直接镀在钼杆上，然后将钛钼丝直接通电加热，使钛不断升华。加剧消耗。钛带缠绕在钼箔上，它们之间用氧化铪-甘油浆涂敷。辐射加热式升华器：这种升华器从构造上将加热源和升华源分成两局部。利升华。钛升华泵的特性10-10Pa。10.1L／cm2·s，对氢的抽速可达19.9L／cm2·s。钛升华泵的抽速受很多因素影响，升华泵口流导限制了泵的抽速。对室温下空气，泵口最大流导是11.7L／cm2·s。钛升华泵的抽速可用下式估算：cm2·s)，T为气体确定温度，M为气体摩尔质量；B为1个气体分子需要和几个B=～2G1Pa·L气体的分子数(G=7.21019·1/TP为压强杪种内供给吸气面的钛原子数(1g／h3.5×1018个／s)。四、溅射离子泵泵。是目前抽惰性气体较好的真空获得设备。溅射离子泵的构造板组成的阴极之间，磁场方向与阴极板垂直，当阳极加上适当高压(对阴极为正电位)1Pa时发生，放电可维持到很低的压强。溅射离子泵的抽气机理如图5所示，在每个阳极筒内发生的物理过程，可分解成六个步骤开放说明。图中A表示在低压下，当阴极和阳极间加上高压时，引起场致放射。图中B表示在电、磁场作用下电子作螺旋运动。图中C表示电子与气体分子碰撞产生正离子和二次电子，引起雪崩效应。也有的落在阴板外围区(β区)。(1)β区(a)；斜射的离子切入阴极外表，离子和β区(b)；(2)离子没打入阴极内，从阴极得一电子恢射”。图中F表示对于氢，由于其质量小，氢离子轰击钛板的溅射产额甚低，氢离H2+H+打到钛板上与电子复合变成H原子，然后集中入钛的晶格内，形TiHH20.05％，当温度高于250oC以上时，便又开头分解放出氢。钛大量吸氢后。由于放热反响钛板温度上β-Ti或钛合金作为阴极板，或引入与氢可比较的氩含量。因氩的溅散产额高，可提高对氢的抽速。溅射离子泵的特性10-10Pa。抽速：在高真空时，二极型溅射离子泵每一阳极格子的抽速阅历公式为h为阳极筒高度为阳极电压为磁场强度简直径(cm)；e=2.71828。多个阳极筒组成一台溅射离子泵以后，其总抽速不考虑泵口流导影响)为：So=m·nfs (L/s) (6)式中m优为泵高方向并联单元组数；n为泵深方向每一纵行单元数；f为抽速有效系数，与单元排列有关；s为每一单元的抽速。在抽除惰性气体时，二极泵会消灭氩不稳定性。30min油蒸气就会使泵起动困难。五、低温泵(100K)外表冷凝和吸附气体来获得和保持真空的泵。低温泵的抽气原理与分类北方的冬天，在玻璃窗上常结一层霜，这就是低温抽气作用。水蒸汽分散在原理抽真空的泵叫低温冷凝泵。利用低温外表上的吸附剂和打在其上的气体分子发生吸附而到达抽气作用的泵叫作低温吸附泵。依据所用吸附剂不同，又可分为三种类型：1)非金属吸附剂2)金属吸附剂泵：以蒸发或升华在冷面上的3)气体霜也有类似吸附剂一样的吸气作用，气体(如氦)也一起掩埋或吸附抽除。冷机低温泵。低温泵的构造图6是一种低温冷凝泵。它由三种部件组成，一是由低温介质(液氦)冷却的抽图中是人字形障板，液氮温度)；三是泵体。7所示的结卡勾。对各种气体都能抽除。80K20K的低温顺所需的制冷功率，并使气体在低温面上分散，在活性炭上吸附而被抽除。低温泵的特性低温冷凝泵的理论抽速：cm2；TgK；M为被抽气体分子量；R为气体常数。假设抽20oC空气，则Smax11.6A(L/scm2)，假设冷面为9m2，其最大106(L／s)。低温冷凝泵的实际抽速：度下的平衡压强时，冷凝泵就失去了抽气力量，抽速为零。因此，泵的实际抽永久小于理论抽速。被抽气体压强和冷面温度对抽速的影响：Pg为被抽气体压强(Pa)；Ps为在冷面温度下，被抽气体的蒸汽压强(Pa)；Ts(K)。凝泵抽速的影响：Sa=a·Spt (9)a300KH2O，a=0.92；He4.2K5Aa=0.7；H24.2K铜板上a=0.5～0.75等等。屏蔽通导对抽速的影响：低温泵为削减低温介质消耗，减轻低温板的热负1/Su=1/Sa+1/u (10)射屏低温板的实际抽速(L／s)。分散层对冷凝泵抽速的影响：冷凝泵在工作一段时间以后，低温外表上将热传导不好，会降低抽速，但对捕集非分散性气体是有利的。低温冷凝泵的极限压强(8)式可得：物上的蒸汽压(Pa)，其值随温度而变化。l0-3Pa。90min180min。低温泵的工作寿命：再生寿命：泵使用到必需加热再生的时间。K为分散物的热传导率(W／cm·K)。填寿命：充装一次制冷制所能工作的时间。t=V/Qv (13)VL；QvL／s。(3)