ISO 21360-52023 真空技术测量真空泵性能的标准方法第5部分非蒸发吸气剂（NEG）真空泵标准立项发展报告

真空技术测量真空泵性能的标准方法第5部分：非蒸发吸气剂（NEG）真空泵标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:VacuumTechnology—StandardMethodsforMeasuringVacuum-PumpPerformance—Part5:Non-EvaporableGetter(NEG)VacuumPumps摘要关键词：真空技术；非蒸发吸气剂；真空泵；性能测量；国际标准；抽速测试一、标准立项背景与战略意义1.1行业需求驱动标准立项非蒸发吸气剂（Non-EvaporableGetter,NEG）技术源于20世纪50年代意大利SAESGetters公司的开创性研究。NEG材料（通常为锆基合金，如Zr-V-Fe、Zr-Al等）在受热激活后，能够通过化学吸附作用捕获高活性气体分子（如H₂、CO、CO₂、O₂、N₂等），从而实现气体的持续抽除。与传统的涡轮分子泵、低温泵等相比，NEG泵具有无运动部件、无油润滑、无振动、功耗低、可获得极高真空（XHV，＜10⁻¹⁰Pa）等独特优势，因此在半导体光刻、粒子加速器、同步辐射光源、核聚变装置、空间科学及高端分析仪器等对洁净度和极限真空要求极为苛刻的领域得到了日益广泛的应用。然而，NEG真空泵性能评价的标准化进程却严重滞后于其技术发展和市场应用。具体表现为：其一，不同制造商对NEG泵抽速的定义和测试条件各不相同，同一型号产品由不同厂家测试所得数据缺乏可比性；其二，NEG泵的抽气能力随吸气量的增加而逐步衰减，但业界对"吸气容量""初始抽速""平均抽速"等概念的内涵界定不一；其三，激活工艺（温度、时间、真空度条件）对NEG泵性能具有决定性影响，但各企业沿用的激活规范千差万别。这些问题不仅造成用户选型困难，也阻碍了NEG泵在国际市场上的流通和公平竞争。1.2国际标准化布局的需要ISO/TC112（真空技术标准化技术委员会）长期致力于真空领域国际标准的制定与维护，其下设的WG2工作组专门负责真空泵性能测量标准的制修订工作。此前已发布的ISO21360系列标准分别涉及真空泵性能测量的通用方法（Part1）、正排量真空泵（Part2）、涡轮分子泵（Part3）及低温泵（Part4）等，均已形成较为成熟的国际测试规范体系。唯独NEG真空泵的测试标准长期处于缺失状态，成为该标准体系中明显的空白板块。在这一背景下，自2018年起，由意大利、中国、德国、日本等成员国专家组成的ISO/TC112/WG2工作组着手启动NEG真空泵性能测量标准的预研工作。历经草案编制、多轮国际投票和深入技术讨论，该标准最终于2023年11月28日正式发布。这一标准的出台填补了ISO21360系列标准的最后一块关键拼图，标志着真空泵性能测量国际标准体系的全面完善。1.3政策与技术趋势的呼应从全球科技政策角度看，主要工业国家纷纷将极紫外光刻（EUV）、量子计算、先进粒子物理研究等前沿领域列为国家战略科技方向，而上述领域均高度依赖洁净超高/极高真空环境的实现与维持。NEG泵作为实现此类环境的不可替代装备，其性能测试的标准化直接关系到重大科学设施建设和高端装备制造的可靠性保障。ISO21360-5:2023的发布恰逢其时，为全球真空产业提供了统一的技术语言和评价基准。二、标准结构与核心内容解析2.1标准适用范围与定位ISO21360-5:2023规定了用于测量非蒸发吸气剂（NEG）真空泵性能的标准方法，适用于在超高/极高真空环境中运行的各类NEG泵产品。作为ISO21360系列标准的组成部分，本部分在术语定义、测试原则和表述格式等方面与该系列其他部分保持高度一致，同时针对NEG泵的独特工作原理和运行特性作了专门的技术规定。需要特别指出的是，该标准中的"性能测量"覆盖了NEG泵两个最为关键的维度：抽气性能（抽速及其随吸气量的变化、极限压力）和再生/激活特性（激活条件优化、再生周期评估），从而为使用者提供了一套完整的性能评价框架。2.2术语和定义的统一术语不一致是长期以来制约NEG泵国际交流的首要障碍。本标准在第3章系统界定了以下核心术语：-非蒸发吸气剂（NEG）泵：以非蒸发吸气剂材料为吸气介质，通过加热激活后对活性气体进行化学吸附的真空泵。-吸气容量（SorptionCapacity）：在规定的测试条件下，NEG泵从开始抽气至抽速降至某一规定值（通常为初始抽速的某一百分比）时所累计抽除的气体量，以Pa·L或(mbar·L)计。该参数反映了NEG泵的使用寿命和再生周期。-抽速（PumpingSpeed）：在规定压力和温度条件下，单位时间内通过泵入口截面抽除的气体体积流量。-激活（Activation）：在规定的温度和真空度条件下，使NEG材料表面恢复化学活性的热处理过程。-再生（Regeneration）：对吸气容量已趋于饱和的NEG泵进行再激活处理以恢复其抽气能力的过程。上述定义的统一使各国制造商、用户和检测机构得以在同一语义框架下进行交流和比对。2.3测试装置与仪器要求标准在第4章对测试装置作出了详细规定，核心要求包括：测试真空室：应采用不锈钢材质，内表面需经电抛光处理以最小化放气，测试室容积应足够大以确保可忽略被抽气体返流的影响。真空室需配备合理的进气口和测压口布局，确保气体注入均匀、压力测量具有代表性。压力测量仪器：应根据测试压力范围选用经校准的标准化真空计，其测量不确定度应满足标准规定的限值。对于NEG泵测试中涉及的宽压力范围（从10⁻⁵Pa至10⁻¹Pa区间），推荐采用经气体修正后的电离规或磁悬浮转子真空计等。气体注入系统：需具备精确可控的气体流量调节功能，通常采用经标定的质量流量控制器或定容流导法实现气体流量的准确测定。2.4测量方法与测试程序标准在第5章详细规定了NEG泵性能测量的具体程序，包括两种基本测试方法：方法A——定压法（恒定压力法）：在保持泵入口压力恒定的条件下，通过精确测量注入气体流量来确定泵的抽速。该方法适用于测定NEG泵在特定压力点下的抽速及其随时间（吸气量累积）的衰减规律。方法B——定容法（衰减法）：在封闭的测试容积中注入已知量气体，通过测量压力随时间的衰减曲线来计算泵的抽速。该方法适合测定较低压力范围内的抽速及极限压力。标准还就NEG泵的特殊性提出了以下专门的测试要求：-激活条件的标准化：规定在进行性能测试之前，NEG泵需经历规定的激活程序（温度、保温时间、真空度），且该程序应在测试报告中明确记录。标准推荐了常用的激活温度范围和保温时间窗口，同时允许制造商根据产品特性自行确定激活条件但须予以明确标示。-气体种类的差异化测试：标准规定NEG泵的抽速测试应至少采用H₂和CO两种代表性气体，分别反映NEG材料对可扩散气体（H₂）和不可扩散气体（CO等）的抽气特性。CO的测试结果在转换因子和相关换算中不考虑，须单独标识。-吸气容量的确定：标准给出了吸气容量的标准测定规程，即在一定工作压力下持续抽气，记录抽速随时间的衰退曲线，直至抽速降至初始值的特定比例（通常为50%或90%，视具体应用场景选择并明确标明）。2.5数据表达与不确定度评定标准在第6章规定NEG泵性能测试结果的表达格式，包括抽速-压力曲线、抽速-吸气量曲线等标准图式要求，以及测试条件的完整记录。同时，标准对测量不确定度的来源分析、合成和报告方式提出了要求，确保测试结果的可追溯性和可比性。这部分内容与ISO/IECGuide98-3（GUM）保持一致，体现了当前测量科学的最新理念。三、标准编制历程与主要参与单位3.1编制历程概览ISO21360-5:2023的编制过程历时约五年，主要经历了以下关键阶段：-2018年—2019年（预研阶段）：ISO/TC112/WG2工作组在意大利、中国、德国等成员国的推动下，正式立项NWIP（新工作项目提案），开展NEG泵测试方法的国际比对和预研试验，初步确立标准的技术框架。-2020年—2021年（委员会草案阶段）：工作组完成CD（CommitteeDraft）稿的编制，在ISO/TC112成员国范围内征集意见。重点围绕抽速定义、激活条件、吸气容量测试方法等技术难点开展了多轮讨论和实验室间比对验证。2021年底形成DIS（国际标准草案）。-2022年（DIS投票阶段）：DIS稿在ISO中央秘书处组织开展成员国投票，共收到来自中国、德国、意大利、日本、美国等国家的意见百余条，工作组逐条处理并完善技术内容，最终形成FDIS稿。-2023年（正式发布）：FDIS稿经最终投票通过后，于2023年11月28日由ISO正式发布。3.2主要参与单位介绍——全球真空技术创新引领者在本标准的制定过程中，全球真空技术领域的数家重量级企业和研究机构参与了技术内容的起草与论证，其中意大利SAESGettersS.p.A.的贡献尤为突出。意大利SAESGettersS.p.A.成立于1953年，总部位于米兰郊区的Lainate，是全球公认的吸气剂技术开创者和行业领导者。公司由PaolodellaPorta和GiorgioCarcereri联合创立，自成立以来始终专注于吸气剂材料及真空技术的研发与产业化。20世纪60年代，SAES的科学家团队率先开发出非蒸发吸气剂（NEG）技术，奠定了现代NEG泵的技术基础。经过七十余年的持续创新，SAES已发展成为在全球拥有数十家分支机构和生产研发基地的跨国企业，其NEG泵产品广泛应用于粒子加速器（如CERN的大型强子对撞机LHC）、同步辐射光源、半导体制造设备、平板显示、太阳能电池、医疗设备及航空航天领域。四、标准实施价值与行业影响分析4.1对NEG泵制造行业的影响ISO21360-5:2023的发布将深刻影响NEG真空泵制造行业的技术研发和市场竞争格局。统一标准的建立意味着不同制造商的NEG泵产品将在同一评价体系下进行性能比较，技术的透明化和可比性要求将迫使企业更加注重产品质量的真实提升和测试数据的可靠性，而非单纯依赖宣传口径的差异化。从长远来看，这将加速行业的技术进步和优胜劣汰，有利于技术实力强、产品质量优的企业扩大市场份额。4.2对用户的选型与运维指导意义对于半导体晶圆厂、粒子物理实验室、同步辐射装置等NEG泵核心用户而言，本标准提供了权威的选型依据和验收准则。用户可依据标准规定的测试方法和数据表达格式，对不同供应商的NEG泵进行客观比较和评价，从而降低选型风险。在运维层面，标准中关于吸气容量测试和再生周期判断的规范化方法，将有助于用户科学制定维护保养计划，优化设备运行效率，降低全生命周期成本。4.3对国际贸易和技术交流的推动标准化是消除技术性贸易壁垒的有效手段。ISO21360-5:2023发布后，各国在NEG泵进出口贸易中的性能验证将逐步统一到同一国际标准框架下，减少重复测试成本，加速产品跨境流通。同时，统一的测试标准也为国际科研合作中的真空系统设计提供了共同的技术语言，有助于跨国大型科学设施建设的顺利推进。4.4对下游应用产业发展的支撑作用在下游应用层面，NEG泵性能测试标准的建立将为极紫外光刻（EUV）设备国产化、量子计算真空封装、下一代粒子对撞机建设等前沿科技领域提供可靠的技术基础。以EUV光刻为例，其真空环境要求极为苛刻（需在10⁻⁷Pa以下的洁净真空环境中运行），NEG泵的性能一致性直接关系到光刻设备的良品率和可靠性，统一的标准测试方法将为该领域的供应链质量管控提供有效的技术工具。五、结论与展望展望未来，随着NEG泵技术的持续演进和应用场景的不断拓展，该标准还需在实践中持续修订和完善。可以预见的发展方向包括：针对新型NEG材料（如室温激活型和低温型材料）的性能测试需求的补充，对NEG泵在脉冲式气体负荷条件下的动态响应测试方法的完善，以及数字孪生和人工智能技术在NEG泵性能预测和维护决策中的应用与标准化等。中国作为全球真空技术和装备制造的重要参与国，应积极跟进该标准的实施和后续修订工作，推动国内相关标准的衔接与转化，提升我国真空产业在国际标准化舞台上的话语权和影响力。参考文献[1]ISO21360-5:2023,Vacuumtechnology—Standardmethodsformeasuringvacuum-pumpperformance—Part5:Non-evaporablegetter(NEG)vacuumpumps[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO21360-1:2020,Vacuumtechnology—Standardmethodsformeasuringvacuum-pumpperformance—Part1:Generaldescription[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2020.[3]ISO/IECGuide98-3:2008,Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofu