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1、干式真空泵原理 与技术基础,2.干式真空泵的现状,各种干式真空泵介绍与应用,2.1 往复式干泵,美国Varian公司生产有DVP系列3级无油真空泵。 VRC的双级干式真空泵，极限压力2.679.33 101Pa(双缸并联抽速280 L/min；极限压力9.33101；双缸串联抽速140 L/min极限压力2.67Pa),可用于抽除：He,H2,Ar和N2所有气体，它可作涡轮分子泵、低温泵的粗抽泵和前级泵用。 这种泵类似于汽车发动机的机构原理。最高压缩比可达到105。用空气冷却。 活塞及气缸壁上涂以减磨涂料，降低功率消耗。,2.2 爪型干泵,德国莱宝公司生产一种四级全是爪型转子的多级干式泵。这种
2、泵的 抽速100 m3/h（28 L/s）； 极限压强810-1 Pa 噪音68 dB(A)； 马达3 kw； 转速3000 rpm； 泵重180 Kg。 这种泵设有控制单元。为了提高抽速和极限真空，泵入口可串联一级罗茨泵。,2.3 涡旋干泵,它可以代替油封机械泵实现无油清洁真空。一般多用在分析仪器、PVD系统、检漏仪系统、涡轮分子泵和离子泵的预抽泵或前级泵。,这种泵采用双腔式的，动作非常平稳，结构简单，振动、噪音很低。吸气、压缩和排气能连续均匀地进行，驱动力矩变化小，维修也方便，泵体、转子多为铝合金制造，其表面涂以耐蚀性材料。,但这种泵作成大型泵较少，一般抽速在410 L/s左右。,涡旋泵抽
3、气过程,日本生产的泵用双腔并联的单头的涡旋体抽气，而美国Varian生产的泵为双腔串联式三头涡旋体，一个腔用于抽气，另一个腔用于压缩。,这种泵可从大气抽到1.33Pa，能自动进行气镇和轴承的气体净化。,如能很好解决转子的涡旋型线的加工精度和端面的密封等关键技术问题，这种小型干式泵还是有应用前景的。,我国已有这方面的专利。国内已将这种干泵试制成功，但尚未有产品见于市场。,2.4多级罗茨式干泵,这种泵中、大型居多，化学工业，半导体工业应用较多，它可以在恶劣的条件下进行抽空作业。,由于罗茨泵转子的压缩比较低，所以这种干式泵必须要多级串联（一般56级），才能将0.11Pa的气体压缩到大气压排除泵外。
4、在高压段压缩气体时，产生的热量比较多，故多采用气体冷却方式散热，故称这种泵为气冷式多级罗茨泵。,为了阻止返流的冷却气体返回到泵的入口，故多用三叶的或大头型双叶的罗茨泵转子。这种气冷泵的排气有经泵体水套冷却的，也有经过外设管道经冷却器冷却的。,这种泵可长时间运行，振动小，噪音7893dB(A)，稍高于滑阀泵的指标。但运动件耐磨损，寿命长，可抽除有腐蚀性和有毒性的气体。 在半导体工艺过程中，要排除腐蚀性气体，铝合金的泵体可进行阳极氧化处理以增强泵的耐蚀性。,2.5 螺杆式干泵,这种泵有螺杆式、螺旋式和复合式三种结构型式。,美国Stokes公司生产SDS系列螺杆式干泵。它可作为低中真空泵应用，粗抽时
5、抽气量较大。它可在粘性流状态下工作。,其极限压力可达到0.11 Pa。 为了增大压缩比，减少泄漏量，要求转子加工精度较高。,螺杆泵工作温度较高，可在恶劣的抽气条件下工作。 它可用于真空蒸馏、蒸发、干燥、冷冻干燥、溶剂还原、消毒、半导体工业、塑料工业真空涂层、真空铸造、真空冶金、真空热处理、化学试剂的生产用，是一种目前用途较多的泵体。,2.6 涡轮式干泵,它是一种动量传输式干式泵。 日本三菱公司生产有DT系列产品，日立公司生产有复合式的干泵，均可从大气压开始工作，极限压力10-410-2 Pa。转速36000 rpm，抽速20 L/s，重140 kg，6 kw。 最近几年在JVST上报导台湾研制
6、一种涡轮式增压泵，出口压力可达到4000 Pa，用磁悬浮轴承，可以获得清洁的真空。,2.7 分子泵,分子泵自1912年诞生以来，至今已快近一个世纪了。它在初期进展较缓慢，在1970年以前,分子泵的应用还仅限于核物理、电真空、表面科学等领域。但近20年来由于半导体产业的兴起和薄膜工业的发展，分子泵才被人们所重视,并得到了兴旺和发达，现代的分子泵已发展到实用和普及的阶段。,2.7.1 分子泵的特点,涡轮分子泵是靠高速转动的转子携带气体分子获得超高真空的一种真空泵 其极限压力可达109 Pa 抽速系列从5040000L/s 振动小 转速可高达80000转/min 结构精密,分子泵、涡轮分子泵、磁悬浮
7、轴承和气体静压轴承式涡轮分子泵、复合式分子泵、低温型涡轮分子泵、新型牵引分子泵、陶瓷涡轮分子泵，抽反应生成物的涡轮分子泵和极高真空涡轮分子泵,2.7.2 分子泵分类,涡轮分子泵 牵引分子泵 盘型分子泵 螺旋矩形牵引分子泵 复合分子泵,2.7.3 涡轮分子泵,涡轮分子泵的基本结构有两种,一种是卧式的,另一种是立式的。 现在出现一种宽域型的涡轮分子泵，有标准型和化学型两种。标准型泵可用于10-7200Pa的压力范围，流量之大可与低真空范围的机械增压泵相媲美。采用气体清洗措施来保护轴承，还设有防灰尘和玻璃碎片侵入的措施。化学型泵可适于对腐蚀性气体的连续稳定地排气，因转子上涂以耐腐蚀性涂层，轴承采用气
8、体清洗措施。排出腐蚀性气体时，应采取气体清洗措施。磁力轴承用N2来清洗，以防腐蚀性气体侵入。,可获得清洁的高真空和超高真空环境。 应用领域： 它广泛应用于表面分析、加速器技术、等离子体技术、电真空器件的制造及真空技术的各个领域。,美国VARIAN公司的涡轮分子泵,2.7.4牵引分子泵 （1）螺旋矩形牵引分子泵,（2）盘型牵引分子泵,2.7.5 复合式分子泵,1980年以前，涡轮分子泵多用于科研部门，当半导体产业出现后，要求分子泵能连续地大量排气和获得清洁的真空,经常需要涡轮分子泵在1Pa以上工作。 但涡轮分子泵恰好在这个压力范围内抽速下降很多。为了使泵能在高压区域保持有较高的抽气性能，在原有的
9、涡轮分子泵的高压侧配置了螺旋槽式的牵引分子泵，将两种泵的抽气单元串联组成一个整体，形成了一种宽域型的复合式分子泵。,涡轮螺旋矩形复合分子泵,涡轮盘型槽复合分子泵,2.7.6 陶瓷分子泵,一般的涡轮分子泵的转子多用高强度的铝合金材料制造。但在核聚变实验、加速器等领域内，要求泵能在强磁场的条件下应用。 在半导体产业中，为防止气态的反应生成物在泵内相变为固体颗粒物，而要求泵温较高，对砷化镓等强腐蚀性气体的抽除，要求泵应有耐腐蚀的性能。这样一来，再使用原来的金属材料制造分子泵的转子就会遇到很多困难。在这些恶劣的工作环境下最好的材料是使用陶瓷制造分子泵。,因为陶瓷材料具有良好的电绝缘性、耐磁性、耐热性，
10、低的热膨胀性及耐腐蚀性等优点，但它也有些缺点，如脆性、强度的可靠性、加工焊接的特殊性及价格高等。现用于制作回转体的材料有高强度的氮化硅(Si3N4)。,2.7.9 各种先进技术在分子泵中的应用 （1）磁悬浮轴承在分子泵上的应用,一些半导体制造和表面科学研究都要求清洁的高真空,但涡轮分子泵用油来润滑轴承，油蒸汽的返流以及滚珠轴承引起的振动,对涡轮分子泵性能的影响是不能忽视的。为了解决上述问题，现在使用完全无接触的磁悬浮轴承于涡轮分子泵中。,主要技术特点： 1、全无油的真空泵，可用来产生洁净的超高真空。 2、低噪音，低震动。 3、高运行可靠性。无轴承磨损，无需维护。 4、装有自动保护装置，以保证在
11、突然断电时，轴承不会损坏。,（2）陶瓷轴承应用于分子泵,涡轮分子泵采用精密陶瓷轴承支撑，陶瓷轴承的球体是采用一种特殊的复合材料，它较普通的金属球体质量小，所以旋转中离心力小、摩擦生热少、磨损小，一般说来，陶瓷轴承的使用寿命是普通轴承的两倍以上。 转子经过精密动平衡，运转可靠、振动小,2.7.10 分子泵真空机组,技术指标： 抽速：N2 60 L/s 极限压强： 10-6Pa 分子泵启动时间： 1.5 min,莱宝PT70-Compact 系列分子泵机组,Varian TASK涡轮分子泵涡旋泵机组,FJ110分子泵机组,技术指标： 抽气速率： 110 L/s 压缩比 ：N2 108 H2 510
12、2 极限压强：610-6Pa 应用领域：表面分析，加速器，半导体设备，等离子技术，电真空器件制造及真空技术等领域,2.8 高真空直排大气干泵,一般说来，为了获得清洁高真空，需要串联多台工作在不同压力区域的真空泵构成机组，来完成抽气任务。 典型的高真空机组，通常用高真空泵串接干泵来组成，高真空泵如分子泵、低温泵等，前级泵如爪型泵、罗茨干泵、涡旋泵、螺杆泵、活塞泵、膜片泵等。,采用高真空机组，不仅需考虑各种真空泵的工作压力范围，而且系统中的真空泵、连接管道、阀门、真空计等辅助元件以及它们的控制单元使得这套系统成本很高。典型的高真空系统至少额外需要三个阀门和一个旁通管路。 在半导体工厂中，前级真空泵一般都安装在生产车间的下一层，使得前级泵的抽速损耗加大很多，因此必须选用昂贵的、性能好的泵。 此外，在现代工业中的一些真空应用场合，如太阳能电池制备、半导体器件制备、小型精密实验设备等，由真空泵机组带来的占用空间庞大、维护麻烦、抽气效率损失等问题，影响了工艺的进行。,EPX干泵内部分为三级：螺旋级、牵引分子级和旋涡级。,靠近气体入口处的单轴大螺旋结构为第一级，主要是完成大排量的吸气传输过程，压缩比很小。,谢 谢 大 家！,E N D,
