常用真空泵簡介第三節(jié)動量傳遞式真空泵利用高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給被抽氣體或氣體分子，使氣體不斷地從入口傳輸?shù)匠隹诘恼婵毡谩７肿颖茫籂恳肿颖?、渦輪分子泵和復合分子泵三大類。噴射真空泵：水噴射泵、氣體噴射泵和蒸汽噴射泵三大類擴散泵：以油或汞蒸汽作為工作介質(zhì)。汞擴散泵不帶分餾裝置，油擴散泵有分餾裝置2一、分子真空泵(MolecularPump)31.1概述分子真空泵（分子泵）是1913年德國人蓋德（W.Gaede）發(fā)明的，之后他又以氣體的外摩擦作用為分子泵奠定了理論基礎?！昧藲怏w的外摩擦輸運現(xiàn)象，也就是分子牽引力，所以稱為牽引分子泵。1956年，德國人貝克（W.Becker）發(fā)明了渦輪分子泵，以高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片配合來實現(xiàn)抽氣，極限壓強可達10-9Pa以下。1972年出現(xiàn)了渦輪-牽引復合分子泵，采用螺旋動密封，可直接向大氣排氣。近年來，空氣軸承和磁懸浮軸承的應用，使分子泵作為清潔真空獲得設備更加完善。4空氣軸承（AirBearing）5磁懸浮軸承（MagneticBearing）6

71.2牽引分子泵的結(jié)構(gòu)特點與抽氣原理1-吸氣口2-排氣口3-轉(zhuǎn)子4-泵體5-擋塊GaedeHolweckSiegbahn8GaedeMDPHolweckMDP9Moleculardragpump(MDP)10氣體在兩個平行平面1、2之間運動，二平面速度分別為u1和u2，運動方向為Ox。認為氣體速度在Ox垂直方向上非常?。╲z=vy=0），在Oz和Oy方向，壓強為常數(shù)。蓋德理論11由板間低壓氣體輸運性質(zhì)可得將上式積分，可得兩平板間氣體速度與通道高度的關(guān)系式（1-1）（1-2）12根據(jù)靠近上下兩個面的氣層受力的平衡條件，可以得到積分常數(shù)C1和C2通過槽寬為b的通道的氣體的流導為S，即通道的抽速（1-3）13由式（1-3），可以得到流量公式（1-4）14式（1-4）可看成兩個單獨的流量的和（1-5）（1-6）15分界壓強ps和分界通道長度xs第一項與壓強p有關(guān)，第二項為常量某一瞬間，不是第一項起支配作用就是第二項起支配作用于是可得一個特征壓強ps—粘滯流態(tài)和分子流態(tài)的分界壓強（1-7）16討論：(1)粘滯流態(tài)和分子流態(tài)的流量與抽速分界壓強ps把壓強范圍分成p>ps和p<ps兩個區(qū)域①

p>ps區(qū)域，氣體為粘滯流狀態(tài)②

p<ps區(qū)域，氣體為分子流狀態(tài)17討論：(2)分界通道長度xs分界壓強ps處定為通道長度x的原點，x=0p=patm時，其坐標為x=xs——分界通道長度①

ps<p<patm區(qū)域，氣體為粘滯流狀態(tài)，壓強為②

p<ps區(qū)域，x<0，氣體為分子流狀態(tài)，壓強為Op=pSx=xSp=patm大氣粘滯流分子流x<0p<pS18直排大氣的牽引分子泵191.3渦輪分子泵的抽氣原理與結(jié)構(gòu)特點Turbomolecularpump20Turbomolecularpump212223取渦輪分子泵的一個轉(zhuǎn)子葉列，葉片的傾角為,厚度為t，葉片間距為a，長度為b，葉片可看成是彼此平行的長平板。轉(zhuǎn)子葉片將空間分割成空間①和②氣體分子從空間①經(jīng)過葉片進入空間②的幾率為W12，反向幾率為W21轉(zhuǎn)子運動速度u_渦輪分子泵的抽氣原理①②2425氣體分子的平均熱運動速度設為C站在葉片上觀測，速度分布如(d)、(e)令A1,0、A′1,0、A′2,0、A2,0構(gòu)成的通道空間為K1的空間內(nèi)，①區(qū)分子可自由地通過K區(qū)到②區(qū)2的空間內(nèi)，沒有分子能自由的飛過K區(qū)到達①區(qū)抽氣系數(shù)和壓縮比26氣體分子從①側(cè)到②側(cè)的凈氣流量為若A1=A2，T1=T2，p2/p1=n2/n127H=0時，得最大壓縮比Kmaxp1=p2時，得最大抽氣系數(shù)Hmax氣體分子通過葉列的幾率W12和W21與葉列的速度比C1、葉列傾角、葉列的節(jié)弦比a/b有關(guān)。通常W12和W21可用積分方程法、蒙特卡洛法、傳輸矩陣法和角系數(shù)法求得2829渦輪分子泵都是由多級葉列組成的，轉(zhuǎn)子與定子按次序交替排列，葉列的級數(shù)由泵要求的壓縮比來確定，一般渦輪分子泵有15~31級葉列。若要提高抽速，葉列幾何參數(shù)應選a/b≥1.0，=30o~40o若要提高壓縮比，則應選a/b≥0.5，=10o~20o多級葉列組合時，在泵的吸入口附近應選擇抽速大的葉片形狀，壓縮比可相對小一些；經(jīng)過幾級葉列壓縮后，壓強增大，抽速下降，這時應選擇壓縮比高抽速低的葉片形狀——整個渦輪分子泵的就能獲得抽速高、壓縮比大、級數(shù)少的結(jié)構(gòu)。葉片的速度比C1值越高，葉列的抽氣性能越好，但是由于葉列受強度與氣體摩擦生熱的限制，C1不能選的過高，一般選C1≤1.0渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)特點301.4渦輪分子泵的特性1、抽速葉列的抽速可表示為抽速與葉輪的轉(zhuǎn)速之間大致有如下關(guān)系若進氣管道流導為SV，則實際抽速為31322、抽速與入口壓強的關(guān)系分子泵的抽速在分子流壓強范圍內(nèi)幾乎不變，但在過渡流和粘滯流范圍內(nèi)，由于大部分分子不能與葉列碰撞，抽速會迅速下降。333、壓縮比與轉(zhuǎn)速和相對分子質(zhì)量的關(guān)系壓縮比與轉(zhuǎn)速和相對分子質(zhì)量的平方根有指數(shù)關(guān)系分子量大的氣體，壓縮比高——渦輪分子泵獲得清潔真空的物理基礎344、壓縮比與前級壓強的關(guān)系355、抽速與氣體種類的關(guān)系36376、渦輪分子泵應用特點工作壓力范圍寬，在10-1~10-8Pa范圍內(nèi)具有穩(wěn)定抽速；起動時間短，能抽除各種氣體和蒸汽；分子泵適用于在要求清潔的高真空和超高真空的儀器及設備上使用。也可用來作為離子泵、升華泵、低溫泵等氣體捕集超高真空泵的前級預抽真空泵使用，這將獲得更低的極限壓力或更清潔的無碳氫化合物的真空環(huán)境。381.5復合分子泵(Compoundmolecularpump)39復合式分子泵是渦輪分子泵與牽引分子泵的串聯(lián)組合，集兩種泵的優(yōu)點于一體，在很寬的壓強范圍內(nèi)(10-6~1Pa)具有較大的抽速和較高的壓縮比，大大提高了出口壓強。復合式分子泵的形式很多，按結(jié)構(gòu)分，主要有兩種：渦輪葉片與筒式牽引泵的串聯(lián)組合渦輪葉片與盤式牽引泵的串聯(lián)組合渦輪級主要用來提高泵的抽速，一般采用有利于提高抽速的葉片形狀，級數(shù)在10級以內(nèi)。牽引級主要用來增加泵的壓縮比，提高泵的出口壓強在復合分子泵的設計中，必須處理好渦輪級與牽引級之間的應配和銜接關(guān)系。401、渦輪葉片與筒式牽引泵的組合CompoundmolecularpumpwithHolweckstage412、渦輪葉片與盤式牽引泵的組合4243二、噴射真空泵(JetVacuumPump)噴射真空泵是利用液體或者氣體的高速射流攜帶被抽氣體，使被抽容器內(nèi)獲得一定真空度的一種低真空泵。按工作介質(zhì)可分為水噴射泵、大氣噴射泵和水蒸汽噴射泵噴射泵特點：結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠可抽除含有水蒸汽、粉塵的氣體、易燃易爆氣體和腐蝕性氣體抽氣量大，應用廣泛：冶金、化工、食品制造等領(lǐng)域缺點：抽氣效率低，能量損失大442.1水噴射泵水噴射泵是用水作為工作介質(zhì)，通過高速射流來引射被抽氣體，使容器達到一定真空度的粗真空獲得設備單級泵的極限壓強為3.3kPa，兩級串聯(lián)可獲得好一些的真空度，主要受水飽和蒸汽壓的限制?？蓡为毷褂茫部勺鳛槠渌婵毡玫那凹?。2.1.1工作原理452.1.2水噴射泵的結(jié)構(gòu)噴嘴的作用是將水的壓強轉(zhuǎn)變成動能，其結(jié)構(gòu)對泵的性能影響較大，常用錐形收縮型、流線型和多孔型。吸入室一般為圓筒形，截面積為噴嘴出口面積的6-10倍擴散器由漸縮段、喉管、漸擴段組成。漸縮段使氣體順利進入喉管(15~30o)；喉管使液體與氣體均勻混合，進行質(zhì)量遷移和能量傳遞；漸擴段是將氣液混合介質(zhì)動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，使被抽氣體壓縮。(5~8o)462.1.3水噴射泵的性能參數(shù)水噴射泵的主要性能參數(shù)為極限壓強、抽氣量、抽速和體積引射系數(shù)。極限壓強決定于水溫對應的飽和蒸汽壓抽速與被抽氣體的壓強、溫度有關(guān)，與泵的排氣壓強有關(guān)，與工作介質(zhì)的體積流量、溫度、壓強有關(guān)47當pA>>pf，pW>>pB>>pA時，泵的抽速為注意：此時泵的抽速與被抽氣體的壓強無關(guān)體積引射系數(shù)為泵的抽速與工作介質(zhì)體積流率之比482.2水蒸汽噴射泵水蒸汽噴射泵是用水蒸汽作為工作介質(zhì)，從拉瓦爾噴嘴中噴射出高速蒸汽射流來攜帶被抽氣體，使容器達到一定真空度的粗真空獲得設備單級泵的壓縮比一般為8~10，為了獲得更低的極限壓強，需要多個噴射泵串聯(lián)起來工作。492.2.1水蒸汽噴射泵的結(jié)構(gòu)與工作原理單級泵主要由拉瓦爾噴嘴、混合室、擴壓器組成1-工作蒸汽進入室；2-吸入室；3-混合室；4壓縮室；5-拉瓦爾噴嘴6-擴壓器；A-抽氣入口；B-工作蒸汽入口；C-排氣口；D-冷凝液排出口50工作原理工作蒸汽在拉瓦爾噴嘴中的流動 工作蒸汽經(jīng)拉瓦爾噴嘴加速，在噴嘴喉部達到音速WK，在擴張段繼續(xù)加速，出口處獲得超音速氣流，噴射到混合室，在其中形成低壓，將被抽氣體吸入。工作蒸汽和被抽氣體在混合室中的流動

工作蒸汽和被抽氣體在混合室中進行動量和能量交換，使二者速度趨于一致混合氣體在擴壓器中的流動

混合氣體在擴壓器中減速增壓，在喉部出現(xiàn)正激波，氣流壓強突升，速度同時驟降至亞音速；在擴張段壓強進一步升高，最終克服出口反壓排出泵外。512.2.2抽氣性能水蒸汽噴射泵的抽氣性能可由引射吸收和壓縮比來描述。引射系數(shù)：被抽氣體質(zhì)量流率與工作蒸汽質(zhì)量流率之比，反映了泵的抽氣能力和效率壓縮比：出口壓強與入口壓強之比，反映了泵的排氣能力和獲得的極限真空度水蒸汽噴射泵的抽氣性能與工作介質(zhì)的壓強、溫度、流量有關(guān)，與被抽氣體的種類、壓強、溫度、流量等因素有關(guān)522.2.3多級噴射泵系統(tǒng)為了獲得更高的真空度，可將兩個或者兩個以上的噴射泵串聯(lián)起來工作中間設置冷凝器，將失去工作能力的蒸汽冷凝以減少下級泵的氣體負荷多個噴射泵、冷凝器以及管道、閥門、供水、供氣系統(tǒng)、測控系統(tǒng)構(gòu)成多級噴射泵系統(tǒng)。53使用壓強高的水蒸汽可獲得大的膨脹比，噴射器有較高的引射系數(shù)（被抽氣體與工作蒸汽的重量比），可減少泵的蒸汽耗量和冷卻水。壓強高于1.2兆帕時效果不明顯,而且還會增加生產(chǎn)蒸汽的費用。通常選用0.4～1兆帕的蒸汽，低到0.25兆帕的蒸汽也可使用。使用濕蒸汽會使泵的性能不穩(wěn)定，一般選用干飽和蒸汽或過熱蒸汽。2.2.4水蒸汽的選用54補充1.時間常數(shù)與排氣時間用抽速S=常數(shù)的真空泵，對容積為V的容器抽氣，在dt時間內(nèi)的抽氣量為pSdt，壓強變化dp，對應于dp的氣體量為-Vdp積分上式，考慮初始條件pt=0=p0，有55時間常數(shù)抽氣時間562.排氣狀態(tài)微分方程考慮表面脫附、滲透、氣體返流、泄漏等因素后，排氣狀態(tài)微分方程可寫為(1)∑Q=0，理想狀態(tài)57(2)∑Q=QB排氣狀態(tài)微分方程可寫為t=0時，p=p0t=∞時，dp/dt=0，p=p∞=QB/S有效抽速58抽氣時間59(3)∑Q=QL，S=constant(4)∑Q=constant，S=0真空泵不工作或由閥門隔開60例P294，第3題解：V=500L，p0=1atm，p=1Torr，求有效抽速需要求解S和p∞p∞<1Pa61P294，第7題解：S=10L/s，V=5L，p0=1atm，p=3Pa，p∞=6×10-2Pa，求抽氣時間62P294，第9題解：D=20cm，d=10cm，l=10cm，h滑片=0.4cm，=400rpm，V=5L，p0=1atm，p=10Pa，求最大抽速和抽氣時間對雙旋片泵，其最大抽速為當旋片垂直于泵腔中心-轉(zhuǎn)子中心連線時，露出槽外長度最小，為Dcos-d63RrOO1NAB泵腔半徑R，轉(zhuǎn)子半徑r，t時刻旋片總長度AB，OO1為偏心距e，過泵腔中心O做AB垂線ON，AB與泵腔直徑OB夾角為

=0時，ON=0，AB=2R，旋片沿OO1方向

ON=e時最大，AB最小，旋片垂直于OO1方向64三、油擴散泵(OilDiffusionPump

)油擴散泵是射流泵的一種，以擴散泵油為工作介質(zhì)，由鍋爐加熱形成油蒸汽，經(jīng)噴嘴加速后形成高速射流，被抽氣體擴散到油蒸汽射流中，被攜帶到泵出口排出。主要工作在高真空區(qū)域，工作壓強范圍為10-1~10-6Pa，極限壓強可達10-8Pa優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、壽命長、抽速大缺點：效率低，存在油蒸汽反擴散造成的污染653.1擴散泵的結(jié)構(gòu)66分餾裝置673.2工作原理鍋爐內(nèi)的擴散泵油經(jīng)電加熱沸騰形成蒸汽；油蒸汽經(jīng)過導流管進入傘形噴嘴，形成超音速蒸汽流由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽氣體擴散到蒸汽射流內(nèi)部，獲得動量，被攜帶到泵壁上油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，釋放出氣體，被前級泵抽走冷凝油滴沿泵壁流回鍋爐683.2.1亞開爾模型Jaekel模型是一個初步的理論模型：自傘形噴嘴射出的射流，在噴嘴平面上各處流速的大小和方向均完全相等，且在射流長度L范圍內(nèi)保持為常數(shù)；氣體分子一旦落入蒸汽流中，即可獲得向出口方向的動量，不考慮分子與蒸汽碰撞時的散射；蒸汽流分子數(shù)密度N>>氣體分子數(shù)密度n693.2.2壓縮比蒸汽流運動速度為w，在蒸汽流內(nèi)單位時間、單位面積上被向下抽的氣體分子數(shù)為nd=wn單位時間、單位面積向上反擴散的氣體分子數(shù)為在穩(wěn)定平衡時，nd=nu70互擴散系數(shù)n1=n，n2=nd，且nd>>n，因此D≈D0/nd——與n無關(guān)積分上式，并考慮邊界條件，x=0時，p=pf，x=L時，p=pL713.2.3抽速A為噴嘴處的環(huán)形面積，該處射流抽走的氣體流量為Q=pdV/dt=pAdx/dt=pAw抽速為S=Q/p=Aw入口流導為有效抽速為72比抽速：單位面積的抽速，Seo何氏系數(shù)：表征抽氣效率的系數(shù)，H733.3擴散泵的性能3.3.1抽速與入口壓強關(guān)系擴散泵抽速在很寬的壓強范圍內(nèi)保持不變，但在壓強較高或很低時，抽速下降很快。當泵入口壓強很低時，氣體從前級通過射流的反擴散會增加，同時工作油蒸汽的含氣量和泵壁放氣影響變得顯著入口壓強較高時，大量氣體分子進入射流與蒸汽分子碰撞，射流的定向速度衰減較大，增大了前級的反流，抽速降低743.3.2極限壓強油擴散泵的極限壓強與前級側(cè)氣體的反擴散、泵壁溫度下泵油的飽和蒸汽壓、泵油的裂化程度、蒸汽射流的放氣量以及泵壁的放氣量等因素密切相關(guān)當泵的出口壓強小于某一出口壓強p2max時，泵的入口壓強不受出口壓強的影響，氣體的反擴散對泵的極限壓強影響不大753.3.3最大出口壓強油擴散泵的最大出口壓強取決于最后一級噴嘴的工作狀態(tài)，與蒸汽射流密度、噴嘴蒸汽流量以及最后一級噴嘴的結(jié)構(gòu)有關(guān)。為提高泵的最大出口壓強，可提高泵的加熱功率，最大出口壓強與加熱功率成線性關(guān)系。油擴散泵的最大出口壓強一般規(guī)定為40Pa。763.4減少返油的措施(1)返油源于以下四個方面凝結(jié)于頂噴嘴表面的油膜蒸發(fā)，占總返油量的70%左右；泵壁上凝結(jié)油膜的蒸發(fā)，與泵壁的冷卻狀況有關(guān)；蒸汽射流碰壁后的散射，與射流強度有關(guān)；蒸汽射流中油分子向高真空側(cè)的擴散，與射流溫度有關(guān)77(2)減少返油的措施在頂噴嘴上加擋油帽，可大幅減少頂噴嘴表面油膜的蒸發(fā)返油量，且對泵的抽速影響不大——現(xiàn)代擴散泵的標配；在泵入口處加擋油環(huán)或者擋油阱，可以減少泵壁上凝結(jié)油膜的蒸發(fā)返油量；調(diào)節(jié)鍋爐加熱功率：調(diào)節(jié)功率獲得合理的蒸汽射流強度和射流溫度，可減少返油量——國內(nèi)外先進的擴散泵上都采用加熱功率調(diào)節(jié)裝置78第四節(jié)氣體捕集式真空泵氣體捕集泵是一種將被抽氣體吸附或凝結(jié)在泵內(nèi)表面上的真空泵，主要有兩種形式。吸附泵：主要是依靠具有大表面積的吸附劑的物理吸附作用來抽氣的一種捕集式真空泵，如吸附阱、吸氣泵；還有連續(xù)不斷的形成新鮮的吸氣劑膜的捕集式真空泵，如濺射離子泵、熱蒸發(fā)鈦升華泵等。低溫泵：利用低溫表面來冷凝捕集氣體的真空泵，如冷凝泵和小型制冷機低溫泵等。79一、濺射離子泵(IonPump)80811.1概述濺射離子泵是1958年由Hail等人發(fā)現(xiàn)潘寧放電真空計在測量真空時，真空計本身具有一定的抽氣作用，所以離子泵又稱為潘寧泵。優(yōu)點：(1)無油,無振動,無噪聲；(2)簡單可靠,壽命長,可烘烤；(3)不需冷卻劑，安裝方向不限；(4)工作壓強范圍寬(1~10-10Pa)；(5)對惰性氣體抽速大，是目前抽惰性氣體最好的泵。缺點：(1)帶有笨重的磁鐵，體積重量都較大；(2)對有機蒸氣污染敏感，連續(xù)抽30min油蒸汽就會使泵啟動困難；(3)二極泵抽惰性氣體會出現(xiàn)不穩(wěn)定，需用三極泵。應用：現(xiàn)代尖端技術(shù)的超高真空領(lǐng)域，原子能、核工業(yè)、高能加速器、宇宙模擬、表面物理、電子工業(yè)、高純金屬冶煉821.2基本結(jié)構(gòu)泵的陰極由鈦板構(gòu)成，陽極由多個不銹鋼圓筒并聯(lián)組成，至于兩個陰極鈦板之間磁場(永久磁鐵)方向垂直于陰極板陰、陽極間加適當直流高壓(3kV~8kV)，且氣壓低于1Pa時，在陽極桶內(nèi)放電。831.3工作原理1.3.1潘寧放電潘寧放電：在電場和磁場聯(lián)合作用下，使電子較長時間內(nèi)局限于某一特定空間內(nèi)運動所形成的一種氣體放電類型電子的運動受兩方面限制外加電場對其軸向運動的限制磁場對其半徑方向運動的限制84電子在圓筒內(nèi)長時間運動，與氣體分子碰撞而使大量氣體分子電離，在陽極筒內(nèi)形成空間電荷。正離子質(zhì)量很大，不受磁場限制，很快飛到陰極中和成分子圓筒內(nèi)空間電荷主要是電子，密度很高。圓筒內(nèi)有外加電磁場，還有空間電荷的電磁場，比較復雜，但是只要單位時間內(nèi)進入陽極的電子數(shù)和新產(chǎn)生的電子數(shù)相等，就會使氣體出現(xiàn)穩(wěn)定的自持放電。輪滾線的幅值85單元泵加上電場與磁場后，等電位線如圖所示。潘寧放電，電子在電磁場的綜合作用下，軌跡像一根拉開的電爐絲繞成一個螺旋狀放在陽極筒里。電子在陽極筒內(nèi)轉(zhuǎn)速很高，要經(jīng)歷很長的路程后才落到陽極上10-4Pa：1km，束縛時間1ms10-8Pa：104km10-10Pa：束縛時間可達17min正離子產(chǎn)生以下作用：角度、能量合適，注入陰極板內(nèi)Ti原子被濺射出來，形成Ti膜吸氣打出二次電子1.3.2單元泵內(nèi)的物理過程861.4二極泵的氬不穩(wěn)定性二級濺射離子泵的最大缺點：SAr：SN2只有1%惰性氣體的不穩(wěn)定性：二極濺射離子泵長時間抽氣后，會出現(xiàn)Ar循環(huán)不穩(wěn)定現(xiàn)象——二極離子泵在抽除Ar，Kr，Xe等惰性氣體時，經(jīng)常會出現(xiàn)真空系統(tǒng)的壓強突然脈沖式的上升，幅度可達10-2Pa。87Ar循環(huán)不穩(wěn)定的原因 系統(tǒng)長期運行后，壓強降低，氣體放電模式改變，離子轟擊陰極表面不再集中于中心部位，開始想周圍陽極邊緣所對的陰極環(huán)形部分擴展，在正離子轟擊下引起濺射和Ar氣釋放，反過來又增加更大的離子轟擊，因此Ar壓強急劇上升；隨著壓強上升，放電再次向陰極中央集中，邊緣重新抽除Ar，壓強降低。主要原因：陰極的雙重功能引發(fā)——二極泵的陰極一方面作為濺射源，另一方面作為Ar的收集極，導致前面被掩埋的氣體被轟擊出來，所以會周期性的釋放被掩埋的氣體。881.5濺射離子泵的改進為了提高惰性氣體的抽速，克服循環(huán)不穩(wěn)定性，離子泵的設計中把濺射和埋藏作用分開，并且把SAr/SN2作為一個重要的評價指標——三極濺射離子泵三電位三極型：增加一個處于中間電位的收集極，SAr/SN2=21%二電位三極型：陽極與收集極均接地，SAr/SN2=25%異形陰極二極型陰極短柱型：SAr/SN2=25%磁控管型891.6濺射離子泵的工作特性1.6.1放電特性泵內(nèi)放電空間的電子不斷電離氣體分子，泵外回路上有放電電流I，I的大小與泵內(nèi)氣壓p的n次方成正比可根據(jù)工作時泵流的大小，估算泵內(nèi)壓強901.6.2抽速特性離子泵的抽速與放電強度（I/p）成正比(1)壓強較高時：電離產(chǎn)生放電電流大，由于電源的高內(nèi)阻，加大陽極的電壓較低；過多的空間電子是電子分部擴展，空間電位下降——抽速較低(2)壓強較低時：氣體稀薄、密度低，產(chǎn)生繁流的初始電子和二次電子少，放電強度太低，抽速下降911.7離子泵的使用和維護烘烤氬清洗處理

Ar離子轟擊鈦板，把陰極上的玷污物或溶解在陰極板里面的氫轟擊出來，一般1~2小時。工作壽命

為了提高使用壽命，盡量不要在高氣壓范圍內(nèi)使用92二、鈦升華泵(Tisublimationpump)932.1概述鈦、鋯、鉭、鈮、鎢、鉬等金屬在一定的溫度范圍內(nèi)，對活性氣體有很好的吸附和吸收性能——真空條件下，將這些金屬蒸發(fā)沉積到真空腔內(nèi)壁上，形成一層薄膜，可用來吸附活性氣體鉭的吸氣性能最好，但是蒸發(fā)溫度高；鈦價格便宜易蒸發(fā)，且抽氣性能和工藝性能耗，一般采用鈦做升華泵（TSP）優(yōu)點：(1)抽速大，液氮溫度下，對氮的抽速達10.1L/(cm2·s)，對氫可達19.9L/(cm2·s)

；(2)極限真空度高，10-10Pa；(3)超高真空狀態(tài)下，抽速隨壓強降低而增大；(4)可獲得清潔真空；(5)結(jié)構(gòu)簡單，使用費用低缺點：對惰性氣體抽速小942.2TSP的工作原理與抽氣性能TSP的結(jié)構(gòu)：吸氣面、升華器、控制器工作過程：通電加熱鈦絲至1100oC直接升華，沉積到冷卻的表面上，形成鈦膜，與活性氣體結(jié)合成穩(wěn)定的化合物(固相的TiO或TiN)，抽除氣體分子吸附機理：比較復雜，通常認為是物理吸附和化學吸附的綜合作用，以化學吸附為主1-吸氣面；2-鈦絲3-電氣控制裝置95抽速特性96972.3TSP的結(jié)構(gòu)鈦升華器的要求能提供所需的鈦升華率；鈦升華率易于調(diào)節(jié)，可連續(xù)或間斷的提供吸氣劑；鈦升華器本身出氣少或易于去氣；有足夠的工作壽命，即有足夠的鈦存儲量低升華率和高升華率兩種TSP小功率升華器：升華率每小時幾十毫克，吸氣劑量為幾克到幾十克的升華器，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，主要作為輔助泵高升華率升華器：升華率每小時幾克到幾十克，作為主泵使用98升華器的加熱方式加熱方式有電阻加熱式、熱傳導加熱式、輻射加熱式、電子轟擊加熱式等類型(1)電阻加熱式99(2)輻射加熱式將加熱源和升華源兩部分獨立，利用鈦球殼內(nèi)的鎢絲加熱，利用輻射加熱空心鈦球，使之升華加熱均勻，儲鈦量大；但是加熱絲固定困難，易燒斷100三、鋯鋁合金吸氣泵鋯鋁吸氣泵采用鋯鋁合金材料(84%鋯，16%鋁)在高溫下吸附活性氣體；鋯釩鐵合金(70%鋯，24.6%釩，5.4%鐵)吸氣泵鋯鋁吸氣泵優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、造價低，操作安全可靠，維修方便，清潔無油，對活性氣體，尤其是對氫具有很高的抽氣能力。缺點：不能抽惰性氣體鋯鋁吸氣泵對氫、氘、氚吸氣是可逆的，其他活性氣體則是以穩(wěn)定的化合物形式擴散到吸氣劑內(nèi)。1011-泵殼；2-泵芯；3-加熱器；4-電極5-真空規(guī)；6-熱電偶；7-氣體分析接頭3.1鋯鋁吸氣泵的結(jié)構(gòu)與工作原理泵芯是鋯鋁合金(84%:16%)粉末涂敷在金屬吸氣帶上做成的，主要成分為Zr5Al3和Zr3Al2。合金結(jié)構(gòu)是鋁進入鋯晶格，產(chǎn)生很多孔穴，增加鋯的吸氣面積，提高擴散速率180oC以下以表面吸附為主，180oC以上以體內(nèi)擴散為主350~450oC范圍內(nèi)對所有的活性氣體都有很高的抽氣能力102鋯鋁吸氣泵的飽和與激活鋯鋁吸氣劑長期在高溫下工作，會出現(xiàn)“飽和”，吸氣率下降；甚至吸氣劑表面形成氧化膜，失去吸氣性能當吸氣速率降低到80%時，就需要進行再激活處理：在<1Pa的壓強下，加熱至750~850oC，使吸氣劑表面的固體氧化膜分解，使金屬和氣體的產(chǎn)物向更深的體內(nèi)擴散，生出高度活潑的金屬表面，同時除去過量的氫一般的吸氣帶可以反復激活多次(~20次)，直到全部的吸氣劑飽和為止——更換鋯鋁合金吸氣帶1033.2鋯鋁吸氣泵的工作條件壓強低于10-3Pa時，抽活性氣體的工作溫度為400oC，體內(nèi)擴散速率是金屬表面維持足夠的吸氣速率而不能釋放氫；10-3~1Pa范圍內(nèi)，抽活性氣體工作溫度為750oC——提高溫度加速體內(nèi)擴散，加速清洗吸氣劑表面對H2要求高抽速，工作溫度為400oC對純氫要求大抽速和大吸氣量是，工作溫度一般為200~300oC對純氫要求盡可能大的吸氣量而不需要大抽速時，可室溫工作高真空或者超高真空系統(tǒng)中，工作溫度一般為400oC104四、低溫泵低溫泵是利用低溫表面將被抽空間的氣體冷凝、捕集、吸附或冷凝+吸附，使被抽空間的壓強大大降低，獲得并維持真空狀態(tài)的抽氣裝置低溫泵抽氣是一種儲存式捕集抽氣，氣體并沒有排出泵外，一旦冷凝表面溫度發(fā)生變化，它抽走的氣體又會重新釋放，破壞真空應用:(1)外太空模擬；(2)高能物理、等離子體研究；(3)薄膜制備領(lǐng)域；(4)微電子學，尤其是半導體微電子技術(shù)中——離子注入，離子刻蝕；(5)現(xiàn)代表面分析儀器中。1054.1低溫抽氣原理基本原理 設法使某一固體表面溫度足夠低，使其低于空氣中主要氣體成分的飽和蒸汽壓溫度，則大部分氣體被凝結(jié)，從