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钛升华真空泵原理及应用
发布时间:2016-04-28来源于:本站阅读次数:305
【摘要】钛升华泵钛升华泵是靠新鲜钛膜的化学吸附作用抽气的真空泵。这种泵具有结构简单、抽速大、无油污染、抗辐射和无振动噪声等特点,启动压力为1~10-2帕,工作压力范围为10-2~10-8帕,是获得无油超高真空的重要真空泵。钛升华泵可有三种类型,一种是单体泵,用法兰与被抽容器联接;另一种是升华器放入被抽容器中,被抽容器壁即
钛升华泵




钛升华泵是靠新鲜钛膜的化学吸附作用抽气的真空泵。


这种泵具有结构简单、抽速大、无油污染、抗辐射和无振动噪声等特点,启动压力为1~10-2帕,工作压力范围为10-2~10-8帕,是获得无油超高真空的重要真空泵。


钛升华泵可有三种类型,一种是单体泵,用法兰与被抽容器联接;另一种是升华器放入被抽容器中,被抽容器壁即为吸气面;第三种是与其它泵组合,作成组合泵。无论哪种类型,都必须有吸气面、升华器和控制器三部分。吸气面主要是泵体或各种壳体,控制器属于电控,升华器的种类较多,这里介绍几种升华器的结构。




1、对升华器的要求能提供所需要的钛升华率;钛升华率易于调节,可连续或间断地供应吸气剂;钛升华器本身出气少或易于去气;要有足够的工作寿命,即要有足够的储钛量。


2、电阻加热式升华器:直接通电加热钛丝。常用两种结构。


  • 缠绕钛丝式升华器:将钛丝直接缠绕在钨杆或钽杆上,钨杆或钽杆通电加热到足够高的温度,钛就不断升华出来。


  • 钛钼丝式升华器:这种升华器是将钛(85%)与钼(15%)冶炼成合金或将钛直接镀在钼杆上,然后将钛钼丝直接通电加热,使钛不断升华。


  • 热传导加热式:它是由导热性能良好的氧化铍陶瓷为芯,内串以铼钨丝制成的加热器。陶瓷芯上先绕一层钼箔,防止钛与氧化铍直接接触起反应,避免钛的加剧消耗。钛带缠绕在钼箔上,它们之间用氧化铪-甘油浆涂敷。


  • 辐射加热式升华器:这种升华器从结构上将加热源和升华源分成两部分。利用放在钛球内的螺旋钨丝,由电阻加热作热源,利用辐射加热钛球,使钛不断地升华。


1特性


极限压强:可达10-10Pa。

抽速:钛升华泵的抽速较大,新鲜钛膜在液氮温度下,对氮的抽速可达10.1L/cm2·s,对氢的抽速可达19.9L/cm2·s。钛升华泵的抽速受很多因素影响,升华速率是决定其抽速的主要因素之一。若吸气面足够大,在一定压强范围内,升华速率高,则泵的抽速大。


当然膜沉积速率与排气量要相称,否则第一层钛膜吸气尚未饱和,第二层又覆盖上去,即使升华率高,抽速也增大不了多少。为了维持恒定的抽速,减少钛的消耗,需要对升华速率进行调节。当真空度高时要把升华速率降低。吸气面也是决定泵性能的重要因素之一。吸气面越大,泵的抽速越大。但泵口流导限制了泵的抽速。对室温下空气,泵口最大流导是11.7L/cm2·s。

2影响因素


钛升华泵(Ti升华泵)的抽气速率与被抽气体的种类及其压力、钛的升华率、钛膜面积和钛膜温度等因素有关。


在压力高时,泵的抽速决定于升华率。为获得大的抽气速率,压力越高升华率应越大,但在低压力下太大的升华率是不必要的。在 10-7帕压力时的升华率只有10-3帕时的1%即可。在超高真空时常采用断续升华,如10-8帕时每隔几小时才升华1分钟。


经彻底烘烤去气的泵,用水或液氮冷却对极限压力的影响不大,但对抽气速率的影响很大。液氮冷却的抽气速率一般比水冷却的大1~4倍。

3应用


钛升华泵在电子器件、高能加速器、可控热核反应装置和空间模拟装置,以及表面物理试验等方面都得到广泛的应用。钛升华泵(TSP)可以有效抽除活性气体H2、N2、CO等,适用于超高真空(UHV)系统。

4使用要求


启动钛升华泵需要1~10-2帕的预真空,同时进行烘烤去气(泵每次暴露于大气压后都要进行烘烤去气)。


烘烤去气是获得超高真空的必要条件。泵经彻底烘烤去气后,可以获得低的极限压力和缩短达到极限压力的抽气时间,还能使泵壁更清洁,沉积的钛膜不易脱落和避免放气等。一般以300~400℃温度烘烤12~24小时。


泵启动后泵壁不宜马上冷却,应让升华的钛在其上沉积几分钟后再冷却,这样钛膜就不易脱落。


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