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新型分子增压泵结构、性能及其应用研究大纲

一、引言

（一）研究背景与意义

在现代工业和科研领域，真空技术扮演着举足轻重的角色，从半导体芯片的精密制造，到高端光学器件的真空镀膜，再到前沿科研设备的运行，都离不开稳定、高效的真空环境。真空泵作为获取真空的关键设备，其性能的优劣直接影响着整个真空系统的效能。分子增压泵作为兼具中高真空抽气能力的新一代真空泵，以其清洁、节能、高压缩比等诸多优势，成为真空技术领域的研究热点与发展方向。

在半导体制造过程中，芯片的光刻、刻蚀、沉积等工艺对真空度和气体纯净度要求极高。分子增压泵能够提供清洁的真空环境，有效避免油蒸汽等污染物对芯片的影响，确保芯片制造的高精度和高质量，提升芯片的性能与可靠性。在真空镀膜领域，无论是光学镀膜以满足镜头的高透光率和低反射率要求，还是装饰镀膜实现精美的外观效果，分子增压泵强劲的抽气能力和清洁真空特性，能够使镀膜过程更加均匀、致密，提高镀膜质量，增强产品的市场竞争力。在科研设备中，如粒子加速器、质谱仪等，稳定的真空环境是保证实验数据准确性和实验顺利进行的基础，分子增压泵的应用为科研工作者探索微观世界和宇宙奥秘提供了有力支持。

分子增压泵的结构设计与性能优化，是提升其整体性能和拓展应用范围的核心。合理的结构设计能够确保泵在高速运转下的稳定性和可靠性，提高抽气效率，降低能耗。而性能优化则涉及到对泵的抽气速率、压缩比、极限真空等关键参数的提升，使其更好地满足不同领域对真空环境的严格要求。目前，虽然分子增压泵在部分领域已得到应用，但在一些高端应用场景中，与国外先进产品相比仍存在一定差距，如在超高真空环境下的稳定性和长期运行可靠性等方面。开展对分子增压泵结构、性能及其应用的系统性研究，对于推动我国高端真空设备的国产化进程，打破国外技术垄断，提升我国在半导体、真空镀膜、科研等关键领域的自主创新能力和产业竞争力，具有至关重要的现实意义和战略价值。

（二）国内外研究现状

分子增压泵的发展历程凝聚了众多科研人员的智慧与心血。早期，分子泵的理论基础由德国人W.Gaede于1912年奠定，他发明的第一台分子泵虽因故障多未能普及，但开启了分子泵研究的大门。随后，M.Siegbahn在1926年开发的盘型分子泵以及LEYBOLD公司在1939年生产的分子泵相关产品，均属于牵引式分子泵，然而这些早期泵存在体积大、抽速小、间隙小、故障多等问题，应用范围极为有限。

1954年，WilliBecker博士开启涡轮分子泵的研发，并于1957年由德国PFEIFFER公司成功发明涡轮分子泵，其卧式结构和独特的动、静叶列设计，为分子泵的发展带来了重大突破。此后，分子泵技术不断演进，20世纪80年代中期，日本在德国磁悬浮技术基础上改进，开发出内环式旋转磁悬浮涡轮分子泵，使分子泵在性能上得到进一步提升，并逐渐在半导体等工业产业中获得应用。

我国分子泵的研究起步于20世纪60年代，1964年上海真空泵厂成功研制第一台卧式分子泵FW-140，但因体积笨重、发热等问题未得到广泛应用。1977年，中国科学院科学仪器厂研制成功我国第一台立式涡轮分子泵FB450，正式开启国内分子泵研制的新篇章。此后，中科科仪陆续开发系列油润滑、脂润滑和磁悬浮分子泵产品，在科研、工业过程、真空镀膜、半导体制造等多个行业得到应用，成为国内分子泵技术引领者和标准起草者。

分子增压泵作为具有独特优势的新型分子泵，其研发也取得了显著进展。深圳大学储继国教授及其团队经过三十年的不懈努力，成功研制出分子增压泵。该泵采用国际首创的专利结构，利用分子拖动原理，兼具高真空泵和中真空泵的双重性能。与传统分子泵相比，分子增压泵结构大幅度简化，转速降低，运行可靠，工作压强和排气流量提高近60倍，能耗降低50%。在与罗茨泵的对比中，在10-10?2Pa压强范围，分子增压泵的抽速为罗茨泵的2-20倍，极限真空提高103-10?倍，能耗仅为5-10%，且能获得清洁真空。

从专利技术角度来看，储继国团队的复合拖动结构专利，为分子增压泵的独特性能奠定了基础。这种创新结构使得分子增压泵在中真空抽速和抗大气冲击性能上表现出色，能够承受大流量气体冲击，解决了传统涡轮分子泵易发生打片损坏的难题。在产业化方面，分子增压泵已成功应用于真空镀膜等多个领域，如在磁控溅射离子镀膜机和大型连续镀膜生产线中，有效降低了能耗，提高了产品质量和生产效率。

国外在分子增压泵相关技术研究中，侧重于卧式泵设计的优化以及与其他真空泵的组合应用研究，以进一步提升真空系统的整体性能和稳定性。而国内在分子增压泵技术突破的基础上，不断加强产学研合作，推动分子增压泵在更多领域的应用拓展和产业化规模扩大，努力缩小与