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低温泵培训课件

第一章：低温泵概述与重要性低温泵是真空技术领域的关键设备，通过极低温条件实现高效气体捕获。在现代工业和科研领域具有不可替代的作用，其性能直接影响相关工艺的质量和效率。

什么是低温泵？工作原理利用极低温表面凝缩或吸附气体分子，实现高真空排气。通过冷冻技术将泵体冷却至极低温度（通常为10-20K），使气体分子在低温面上凝结或被吸附。技术优势机械可动部件少，大大降低故障率和维护需求。无油污染，保证洁净的真空环境，特别适合对污染敏感的超高真空应用场景。性能特点

低温泵的应用领域半导体制造用于晶圆制造过程中的刻蚀、沉积等工艺环节，确保超净高真空环境，提高芯片良率。在光刻、离子注入等关键工艺中发挥重要作用。真空镀膜在光学镀膜、显示面板制造、硬质涂层等领域提供稳定高效的真空环境，确保镀膜质量和均匀性。支持大规模生产工艺中的高要求真空条件。粒子加速器为粒子加速器提供所需的超高真空环境，减少粒子束传输过程中的散射和损失。在大型科学装置中用于维持极高真空度。航天科研

低温泵在半导体生产线中的应用在半导体制造过程中，低温泵为关键工艺提供无油、高洁净度的真空环境，直接影响芯片制造质量和良率。图示为现代半导体生产线上的低温泵系统及其安装位置。

第二章：低温泵的工作原理低温泵的工作基于热力学和气体动力学原理，通过创造极低温环境捕获气体分子。本章将详细探讨低温泵的核心工作机制、气体在不同温度下的行为特性以及低温泵实现高真空的物理过程。理解这些基本原理对于正确操作和维护低温泵至关重要，也是解决实际问题的理论基础。

低温泵的核心机制冷却降温通过氦气闭式循环制冷机将泵体冷却至10-20K（-263℃至-253℃），形成极低温表面。这一温度足以让大多数气体分子失去动能。分子凝缩气体分子与低温表面碰撞后失去能量，在表面凝结成固态或液态。不同气体在不同温度下凝结，形成多层捕获机制。分子吸附对于氢气、氦气等凝结温度极低的气体，通过活性炭等吸附剂在低温条件下实现物理吸附，增强气体捕获能力。真空形成随着气体分子被持续捕获，腔体中的气体密度显著降低，形成高真空或超高真空状态，满足工艺需求。这一过程不依赖机械运动部件，而是利用气体热力学性质，实现高效、无污染的真空抽取。

气体蒸气压与温度关系常见气体凝结温度气体种类凝结温度（K）水蒸气＜130二氧化碳＜80氮气＜20氧气＜18氩气＜16氢气需吸附剂氦气需吸附剂蒸气压特性气体蒸气压随温度下降而急剧降低。当温度降至某临界值，蒸气压可低至工艺所需真空度以下，实现有效抽气。以氮气为例，在20K时，其蒸气压低于10-10Pa，足以满足超高真空需求。氢气在20K时蒸气压仍较高，需通过吸附剂进行额外捕获。活性炭在低温下对氢气有极强的吸附能力，每克活性炭可吸附数百毫升氢气。

各种气体蒸气压曲线图中展示了不同气体的蒸气压与温度的关系曲线。注意氮气、氧气等在20K以下蒸气压极低，而氢气、氦气即使在极低温下仍保持较高蒸气压，需要特殊处理。这一关系是低温泵分级捕获气体的物理基础。

第三章：低温泵结构详解（以CRYO-U8H为例）本章将以CRYO-U8H型号低温泵为例，详细介绍低温泵的内部结构与各组成部分的功能。了解低温泵的结构设计有助于理解其工作原理，也是正确操作和维护设备的基础。CRYO-U8H采用两级温区设计，结合了凝缩和吸附两种捕获机制，能高效处理各类气体，适用于多种应用场景。

主要组成部分1两级冷冻机采用GM（Gifford-McMahon）循环制冷机，具有80K（第一级）和15K（第二级）两个温区：第一级（80K）：用于捕获水蒸气等易凝结气体第二级（15K）：用于捕获氮气、氧气等气体280K屏蔽和挡板连接在冷冻机第一级，用于：拦截热辐射，保护15K凝缩面初步捕获水蒸气等易凝结气体形成温度梯度，减少热负荷315K凝缩面和吸附面连接在冷冻机第二级，是主要气体捕获区域：凝缩面捕获氮气、氧气、氩气等气体表面积大化设计，增加捕获效率采用高热导率材料，确保均匀温度分布4吸附剂安装于15K凝缩面内侧：主要用于捕获氢气、氦气等难凝结气体采用活性炭等高效吸附材料特殊安装位置防止表面覆盖，保持高效吸附能力

结构示意图与功能说明冷冻机两级温度分布第一级：约70-80K第二级：约10-20K温度传感器监测各点温度热流路径及保护机制多层热屏蔽减少热辐射低热导率支架减少热传导80K屏蔽保护15K区域真空隔热减少对流换热CRYO-U8H采用优化的流体动力学设计，确保气体分子能有效接触冷却面。温度梯度设计使不同气体在最适合的温区被捕获，提高整体效率。

第四章：低温泵的气体排除过程低温泵通过在不同温区捕获不同种类的气体分子，实现高效真空抽取。本章将详细介绍各类气体在低温泵中的排除过程，包括不同气体的处理方式、温度要求以及捕获效率等关键信息。了解这些过程有助于优