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干式机械泵的工作原理简介 干式机械泵是指泵能从大气压力下开始抽气，又能将被抽气体直接排到大气中去，泵腔内无油或其他工作介质，而且泵的极限压力与油封式真空泵同等量级或者接近的机械真空泵。 目前，真空行业使用的大多数机械真空泵都是用油、水或其它聚合物等流体充当泵的工作介质，在泵内起冷却、密封、润滑等多种作用。随着科学技术的发展以及真空应用领域的扩大，原有的机械真空泵及其组成的抽气系统出现了两个急需解决问题：一是泵的工作介质返流污染被抽容器，而这种返流在许多情况下影响产品的质量、数量，增加设备的维护成本。其次，由于某些工艺过程中的反应物质使真空泵内的介质严重变质，使泵不能正常工作。 对于普通的无油真空系统来说，虽然可用油封式真空泵加上冷阱或吸附阱之类附件来防止返流，但不能彻底解决问题，而且使系统显得复杂。而使用适当型式的干式机械真空泵，则可以达到理想的使用效果。 干式机械真空泵的应用是广泛的，主要有以下几个方面： 1) 低压化学气相沉积中的多晶硅制备工艺中； 2) 半导体刻蚀工艺。在这些生产工艺中往往用到或生成腐蚀性气体和研磨微粒； 3) 除半导体工艺外的某些产生微粒的工艺，不希望微粒混入泵油中，而希望微粒排出泵外，则用一定型式的干式机械真空泵可以满足要求； 4) 在化学工业、医药工业、食品工业中的蒸馏、干燥、脱泡、包装等，要防止有机溶剂造成污染，适合用干式真空泵； 5) 用做一般无油清洁真空系统的前级泵，以防止油污染。 近年来，干式机械真空泵得到迅速的发展，国外多家大真空公司都研制出了新型的干式械真空泵。国内的许多单位也一直在进行干式机械真空泵的开发研制工作，如东北大学、沈阳真空技术研究所、上海真空泵厂等。目前，干式机械真空泵主要分为接触型及非接触型。接触型的干式泵有叶片式、凸轮式、往复活塞式、膜片式等，这类泵的速度较低，适用于小容量高压缩比（单级压缩比）。非接触型的干式泵有罗茨型、爪型、螺杆型、涡旋型等，其速度较高，适用大容量，低压缩比（指单级压缩比）。不同类型的干式泵具有各自的特点。使用时可根据不同的用途加以选择。 低温泵 低温泵是利用低温表面冷凝气体的真空泵，又称冷凝泵。低温泵是获得清洁真空的极限压力最低、抽气速率最大的真空泵，广泛应用于半导体和集成电路的研究和生产，以及分子束研究、真空镀膜设备、真空表面分析仪器、离子注入机和空间模拟装置等方面。 抽气原理 在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。它使气体凝结，并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力，从而达到抽气作用。低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集。①低温冷凝：气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上，其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时，冷板温度必须低于 25K；抽氢时，冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。②低温吸附：气体分子以一个单分子层厚 (10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在 20K时氢的蒸气压力等于大气压力，用 20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8 帕。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。③低温捕集：在抽气温度下不能冷凝的气体分子，被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。一般说来，泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。温度为120K时，水的蒸气压已低于10-8帕。温度为20K时，除氦、氖和氢外，其他气体的蒸气压也低于10-8帕。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同，泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器，低温板为20K时，泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。 类型 低温泵分为注入式液氦低温泵和闭路循环气氦制冷机低温泵两种。①注入式液氦低温泵：主要由液氦容器、泵体和连接挡板的液氮腔体等部分组成。为了减少液氦消耗，液氦容器的外壁采用双层保温壁并在其间抽成真空。当泵被预抽到10-6帕压力时灌入液氮和液氦，气体凝结在4.2K的工作冷板上。经预抽使氦氢分压到10-12帕数量级，故泵可获得10-11帕以下的极限压力。如果把液氦容器抽真空减压到6650帕，液氦温度可降到2.3K，则可得到更低的极限压力。②闭路循环气氦制冷机低温泵：它是70年代出现的新型低温泵（图）。这种泵不消耗氦气、操作简便，易于维修，应用日渐广泛。制冷机的制冷介质为气氦，一级冷板温度为50～100K，用来冷凝水蒸汽和预冷其他气体;二级冷板温度为10～20K，用来冷凝氮、氧和氩等气体。在二级冷板的内表面涂以活性炭。活性炭的比表面积为500～2500米2／克，在低温下对氦、氖和氢有很强的吸附能力。冷板由无氧铜制成，表面抛光达到镜面程度，以减小辐射系数。泵的极限压力为10-7～