分子真空泵的抽气机理与机械泵

发布时间:2024/4/18 11:33:00

分子真空泵(以下简称分子泵)的抽气机理与机械泵靠泵腔容积变化进行抽气的机理不同,利用了动量传递原理,使分子定向流动而被排出泵外,从而达到抽气的目的。因其工作稳定可靠,在分子流态下具有很好的抽气效率,已经成为清洁高真空、超高真空应用领域的主流获得设备,在科学仪器、工业生产设备中得到广泛应用。

分子泵按结构和工作原理可分为涡轮分子泵、牵引分子泵和复合分子泵三种。


 分子泵结构图  

用高速运动的刚体表面携带气体分子,并使其按一定方向运动的现象称为分子牵引现象,利用这一现象制成的真空泵称为牵引分子泵。

牵引分子泵的优点是启动时间短,在分子流态下有很高的压缩比,能抽除各种气体和蒸气,特别适于抽除较重的气体。但由于牵引分子泵抽速小,密封间隙太小,工作可靠性较差,易出机械故障,而且制造困难,实际上很少应用。后来对牵引分子泵进行了改进,出现了涡轮分子泵。

涡轮分子泵内有多组相间动轮叶和定轮叶,每一个轮叶上有许多按一定角度斜置的叶片。实际的涡轮分子泵都是由多级叶列串联组成,即按动片、定片、动片等依次交替排列。动叶片转动时又类似于电风扇叶片的作用,能将气体从一侧抽到另一侧。


 分子泵分类:(a)涡轮分子泵。(b)复合分子泵 

涡轮分子泵也是一种机械式真空泵,通过高速旋转的多级涡轮转子叶片和静止叶片的组合进行抽气的,在分子流区域内对被抽气体产生很高的压缩比,从而获得所需要的真空性能。涡轮分子泵极限真空比扩散泵高,可达10-8pa。正常工作时需要一定的前级真空度,其真空度高低视泵不同略有差异,一般在1-200Pa之间,可采用机械泵作为前级泵。


 立式涡轮分子泵的结构组成  

复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合,集两种泵的优点于一体,能在很宽的压力范围10-6-1Pa内,具有较大的抽速和较高的压缩比,大大提高了泵的出口压力。

 


 

分子泵常见应用




分析(质谱分析、电子显微镜等)



半导体(电子组件、集成电路、柔性太阳能电池等)



光学/玻璃(热保护、增透、反射、光学滤光膜)



镀膜(表面保护、装饰涂料、显示器、屏幕)



真空冶金(真空炉、真空钎焊、真空烧结、真空合金)



泄漏检测(真空系统、车辆的油箱、安全气囊)



研究实验(医学核磁共振成像、核粒子物理,核聚变研究,激光应用等)



节能灯生产行业及相关


 


 半导体产业反应气体的工艺条件

1-离子注入;2-反应蒸发离子喷镀;3-反应溅射;4-反应离子刻蚀;5-P刻蚀;6-等离子体化学气相沉积;7-低压化学气相沉积  

 

分子泵拆卸与注意事项

 

◆ 定期对分子泵进行巡检,对泵体温度、噪声、振动等方面进行检查,及时发现设备故障,对于接近或达到保养周期的分子泵及时与厂家取得联系。

◆ 对于故障分子泵,第一时间关闭分子泵进气口处的挡板阀或者插板阀,切断分子泵与真空腔室的连接。

◆ 通过控制系统或分子泵控制器上的“停止”键,停止分子泵运转。

◆ 观察分子泵的运转频率,当显示为“0”后,关闭电源,并断开主电缆。

◆ 切断分子泵前级与预抽泵的连接,使整个分子泵与真空系统隔离。


◆ 如果有气体吹扫接口或充气口等,请在分子泵破坏真空后断开相关的连接管路;如果无上述充气口,请在保证分子泵进气口处阀门、前级接口与预抽泵隔断阀门无泄漏的前提下,缓慢打开前级接口,往分子泵内充气,使分子泵内、外压力保持一致;当系统有多台分子泵并联使用时,一定要在充气前确保充气动作对其他分子泵不造成影响,否则请在工艺过程完成、整机停机后再进行充气操作。

◆ 断开分子泵前级接口与前级泵的连接,切断冷却水路。

◆ 将分子泵与高真空阀门或真空腔室的连接件卸下,取下分子泵。

◆ 对于油润滑型分子泵,需将泵静止半小时后,拆下油池,卸下润滑油后,再进行包装发运。其他分子泵可直接进行打包发运,打包时尽量采用原包装。

 

分子泵故障处理


 

○ 分子泵使用中发现油发黑,请问油为什么发黑?或者多长时间油才会变黑?

● 原因:冷却不良,负载太大;解决方法:检查冷却系统,检查真空系统。

○ 分子泵在运转过程中,出现频率从正常下降至一定频率后又恢复到正常,之后又下降至一定频率,再恢复到正常,反反复复,更换电源后现象仍如此,请问该现象如何解释?

● 原因:负载太大,系统真空度不够;解决方法:检查系统。

 分子泵轴承为什么会烧毁?

● 原因:①缺乏定期维护②冷却不良导致过热③没有及时换油④抽除的气体中含有大量粉尘;解决方法:①及时维护②检查冷却系③及时换油④隔离粉尘。

 有防护网保护,为什么还会有大块碎玻璃掉入泵内?

● 原因:防护网破裂,前级管道破裂;解决方法:优化系统设计。

 真空度很好的情况下,分子泵油为何会返到前级管道?

● 原因:油池破裂或密封不良;解决方法:检查油池。

○ 正常使用下,为什么分子泵油池会出现裂纹或者变形?

● 原因:过热,负载大;解决措施:检查冷却系统。

○ 分子泵中经常掉出顶丝、镙钉等物体,如M5的顶丝等,请问是否对分子泵的使用有影响?应如何解决?

● 原因:应是偶尔发生的事情,可能是平衡中遗漏的平衡钉,对分子泵没有影响。

○ 胶圈口分子泵要用多少卡钳,使用才安全?

● 不作特殊限定,至少3个,按照法兰大小可选3、6、12、24等。

 变频器电源在什么情况下会造成程序丢失或者错乱?

● ①电压不稳②强干扰③高压打火④人为解密。

○ 分子泵噪音大如何界定?是否有合格标准,是多少?

● 小于72db合格,噪音的大小不太好界定,需要专用仪器和特定的测试环境。

○ 分子泵是否对冷却有明确要求?如风冷需要外界温度是多少?如水冷则对水有何具体要求?如未达到要求会出现何后果?

● 注意水温和水流量,冷却不良会导致无故停机、碎泵、油变黑等。

○ 分子泵电源存在接地、屏蔽等问题,应如何做才是最佳方式?

● 电源本身有接地线,只需要保证有良好接地就可以了;屏蔽主要是指对强磁场和强辐射的屏蔽。

 变频器电源,转速上升过程中就自动关机,即显示“Poff”

● 原因:电压低。

 分子泵叶片破碎的原因是?

● 造成分子泵转子、定子打碎的原因比较多,归纳起来主要是以下几点:

①误操作:比如突然的破真空,因为转子与定子叶片之间的空隙非常的小,如果叶片的材质比较薄或者比较软,突然的空气阻力会造成叶片变形,这样可能会造成转子定子之间的摩擦,导致打碎。

②是异物掉入:没有安装过滤网肯定不行的,另外掉进去的东西不一定要多大,但如果硬度够了一样会造成伤害,轻则造成叶片边缘被打成锯齿状,重则打碎叶片。所以现在的设备商在安装分子泵的时候会尽量改为侧面90度或倒立安装,避免异物掉入。

③电压的不稳定,特别对磁浮类的分子泵损伤较大。

④前级泵的效率差:我们知道腔体内的大部分气体首先是通过前级泵抽出,真空达到一定程度分子泵才会启动。如果前级泵的效率差,分子泵就会比较吃力,启动速度慢,抽气时间长,电流高,分子泵温度升高等。

⑤分子泵保养时的动平衡没有做好,这是技术的关键,动平衡差,振动就大,抽气效率就差,也容易造成轴承部分的过度磨损。

⑥轴承部分没有使用原厂的标准轴承,效果和尺寸不标准等。